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技術 ガスタービン予混合燃焼器の燃焼方法

出願人 株式会社日立製作所
発明者 石橋洋二岩井一躬井上洋吉田正平赤津茂行小金沢知己
出願日 1994年3月10日 (25年6ヶ月経過) 出願番号 1994-039430
公開日 1995年9月26日 (23年11ヶ月経過) 公開番号 1995-248117
状態 未査定
技術分野 ガスタービン、高圧・高速燃焼室 ガスタービン、高圧・高速燃焼室
主要キーワード 切り換え期間 一時低下 各流路壁 火炎吹 関係線図 燃焼経過 配分割合 下流側空間
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (5)

目的

ガスタービン起動から定格運転に至る間のガスタービンの運転における自由度と信頼性とを損うことなく、拡散バーナによるNOx発生量の抑制が可能なガスタービン予混合燃焼器燃焼方法を提供する。

構成

燃焼器上流側から順に、1段目燃焼室I、1段目混合領域II、2段目燃焼室III、2段目混合領域IV及び3段目燃焼室Vを有し、1段目燃焼室Iで発生した燃焼ガスと下流側から供給される予混合気を混合させながら、順次、ガスタービンの負荷に応じて2段目燃焼室III及び3段目燃焼室Vで予混合燃焼させ、下流側の予混合燃焼を行わせる前に、1段目燃焼室Iにおいて、拡散燃料28による燃焼モードから、拡散燃料28の大部分を1次予混合燃料29に回した、拡散・1段目予混合ハイブリッド燃焼モードへ切り換える構成にしてある。

概要

背景

従来、ガスタービンから排出されるNOxの抑制には、乾式低NOx燃焼器が採用され、その多くは、燃料ガスと空気とを予め混合させて燃焼させる予混合燃焼方式が用いられている。

低NOx化の原理は、燃料と空気の混合比を理論燃空比よりも小さい状態で低温燃焼をさせ、NOxの生成量を抑制するものである。ガスタービン予混合燃焼器は、ガスタービンの起動時から低負荷時までの燃焼の安定性を確保するために、従来から使用されている拡散燃焼と、予混合燃焼とを組み合わせた、いわゆるハイブリッド型が主流となっている。

そして、乾式低NOx燃焼器の主要な課題として、(1)できるだけ小さい燃空比での安定燃焼、(2)ガスタービン高負荷運転時における拡散燃焼をできるだけ絞ることによる予混合燃焼比率の拡大、(3)予混合燃焼作動域のガスタービン低負荷側へ拡大、などがあげられる。

これらの課題を解決する方法としては、予混合バーナ複数個配列し、ガスタービンの負荷に応じて点火する予混合バーナの数を増やす方法、及び燃焼用空気燃料流量に応じて調節する方法が一般に採用されている。

特開昭61−135942号公報には、燃焼器内を流れる燃焼ガス燃焼器上流側端部に拡散燃焼用の拡散バーナを備え、燃焼器下流側の側壁から、予混合気を3系統に分割して供給して燃焼させる構造が開示されている。

このような構造の場合、ガスタービンの低負荷運転時では、燃料は最上流側の系統のみから供給される。このため、予混合気用空気の全量に混合すれば、希薄過ぎて着火しないような燃料流量でも可燃濃度となり、低負荷でも予混合燃焼によるガスタービンの運転が可能となる。

また、この型式の燃焼器では、予混合気は、燃焼器上流側の拡散バーナの火炎が保有する熱によって着火される。すなわち、拡散バーナの火炎は、予混合気の着火及び保炎を保持できる以上の熱量を必要とするが、この条件を満たせば、安定燃焼を得ることができる。

更に、この型式の燃焼器では、燃焼器上流側で発生した燃焼ガスと、燃焼器下流側から供給される予混合気とが燃焼器内で混合する際、燃焼ガスが所定温度以上の高温であれば、燃空比が非常に小さい場合でも、燃焼反応が進行するので、予混合燃焼の作動域を広く取ることができる。

概要

ガスタービンの起動から定格運転に至る間のガスタービンの運転における自由度と信頼性とを損うことなく、拡散バーナによるNOx発生量の抑制が可能なガスタービン予混合燃焼器の燃焼方法を提供する。

燃焼器は上流側から順に、1段目燃焼室I、1段目混合領域II、2段目燃焼室III、2段目混合領域IV及び3段目燃焼室Vを有し、1段目燃焼室Iで発生した燃焼ガスと下流側から供給される予混合気を混合させながら、順次、ガスタービンの負荷に応じて2段目燃焼室III及び3段目燃焼室Vで予混合燃焼させ、下流側の予混合燃焼を行わせる前に、1段目燃焼室Iにおいて、拡散燃料28による燃焼モードから、拡散燃料28の大部分を1次予混合燃料29に回した、拡散・1段目予混合ハイブリッド燃焼モードへ切り換える構成にしてある。

目的

本発明の目的は、このような厳しい条件を満しながら、拡散バーナによるNOx発生量の抑制が可能なガスタービン予混合燃焼器の燃焼方法を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
2件

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請求項1

ガスタービン燃焼器における前記燃焼器の内部を流れる燃焼ガス上流側端面の中心部に拡散バーナ、前記拡散バーナの外周側に1次空気と1次燃料との混合気である1次予混合気を供給する1段目予混合ノズルをそれぞれ備え、前記拡散バーナから供給される燃料、及び前記1段目予混合ノズルから供給される1次予混合気の少なくともいずれかを燃焼させる1段目燃焼室を、前記上流側端面から下流側に延びる空間内に形成し、前記1段目燃焼室における下流側端部の外周側に、2次空気と2次燃料との混合気である2次予混合気を供給する2次予混合気供給手段を有し、前記2次予混合気供給手段を有する位置よりも下流側空間内に前記2次予混合気を燃焼させる2段目燃焼室を形成し、更に、前記2段目燃焼室の下流側端部の外周側に3次空気と3次燃料との混合気である3次予混合気を供給する3次予混合気供給手段を有し、前記3次予混合気供給手段を有する位置よりも下流側空間内に前記3次予混合気を燃焼させる3段目燃焼室を形成して構成されるガスタービン予混合燃焼器燃焼方法において、前記拡散バーナから前記1段目燃焼室に供給する燃料により生成される燃焼ガスが、前記1次予混合気を酸化反応させる可能な温度条件に到達するまでは、前記拡散バーナからのみ燃料を供給して燃焼ガスを生成させ、前記温度条件に到達した後は、前記拡散バーナから供給する燃料の大部分を前記1次予混合気の燃料に回し、前記拡散バーナと前記1段目予混合ノズルのいずれも作動させる、拡散・1段目予混合ハイブリット燃焼方法により、前記1段目燃焼室における前記ガスタービンの負荷の上昇を図り、その後、前記2次予混合気供給手段により、前記2次予混合気を前記2段目燃焼室に供給して、2段目燃焼により前記ガスタービンの負荷の上昇を図り、前記ガスタービンが所定の負荷に到達した後は、前記3次予混合気を前記3段目燃焼室に供給し、前記3段目燃焼室の内部における燃焼により前記ガスタービンを定格負荷まで運転をすることを特徴とするガスタービン予混合燃焼器の燃焼方法。

請求項2

前記拡散・1段目予混合ハイブリット燃焼方法における、前記拡散バーナから供給する燃料を前記1次予混合気の燃料に回す方法は、前記拡散バーナと前記1段目予混合ノズルとの共通燃料供給系統を、前記拡散バーナへの燃料供給系統と、前記1段目予混合ノズルへの燃料供給系統とに分岐させ、前記拡散バーナへの燃料供給系統と、前記1段目予混合ノズルへの燃料供給系統とに流量制御弁をそれぞれ付設し、前記流量制御弁の開閉を調整することにより行われる請求項1記載のガスタービン予混合燃焼器の燃焼方法。

請求項3

前記拡散・1段目予混合ハイブリット燃焼方法における、前記拡散バーナと前記1段目予混合ノズルとから供給する燃料の全量は一定であり、前記拡散バーナから供給する燃料と前記1段目予混合ノズルから供給する燃料の流量比率が、1対9である請求項1又は2記載のガスタービン予混合燃焼器の燃焼方法。

技術分野

0001

本発明は、NOxの発生量を抑制する、ガスタービン予混合燃焼器燃焼方法に関するものである。

背景技術

0002

従来、ガスタービンから排出されるNOxの抑制には、乾式低NOx燃焼器が採用され、その多くは、燃料ガスと空気とを予め混合させて燃焼させる予混合燃焼方式が用いられている。

0003

低NOx化の原理は、燃料と空気の混合比を理論燃空比よりも小さい状態で低温燃焼をさせ、NOxの生成量を抑制するものである。ガスタービン予混合燃焼器は、ガスタービンの起動時から低負荷時までの燃焼の安定性を確保するために、従来から使用されている拡散燃焼と、予混合燃焼とを組み合わせた、いわゆるハイブリッド型が主流となっている。

0004

そして、乾式低NOx燃焼器の主要な課題として、(1)できるだけ小さい燃空比での安定燃焼、(2)ガスタービン高負荷運転時における拡散燃焼をできるだけ絞ることによる予混合燃焼比率の拡大、(3)予混合燃焼作動域のガスタービン低負荷側へ拡大、などがあげられる。

0005

これらの課題を解決する方法としては、予混合バーナ複数個配列し、ガスタービンの負荷に応じて点火する予混合バーナの数を増やす方法、及び燃焼用空気燃料流量に応じて調節する方法が一般に採用されている。

0006

特開昭61−135942号公報には、燃焼器内を流れる燃焼ガス燃焼器上流側端部に拡散燃焼用の拡散バーナを備え、燃焼器下流側の側壁から、予混合気を3系統に分割して供給して燃焼させる構造が開示されている。

0007

このような構造の場合、ガスタービンの低負荷運転時では、燃料は最上流側の系統のみから供給される。このため、予混合気用空気の全量に混合すれば、希薄過ぎて着火しないような燃料流量でも可燃濃度となり、低負荷でも予混合燃焼によるガスタービンの運転が可能となる。

0008

また、この型式の燃焼器では、予混合気は、燃焼器上流側の拡散バーナの火炎が保有する熱によって着火される。すなわち、拡散バーナの火炎は、予混合気の着火及び保炎を保持できる以上の熱量を必要とするが、この条件を満たせば、安定燃焼を得ることができる。

0009

更に、この型式の燃焼器では、燃焼器上流側で発生した燃焼ガスと、燃焼器下流側から供給される予混合気とが燃焼器内で混合する際、燃焼ガスが所定温度以上の高温であれば、燃空比が非常に小さい場合でも、燃焼反応が進行するので、予混合燃焼の作動域を広く取ることができる。

発明が解決しようとする課題

0010

しかし、上述のような乾式低NOx燃焼器は、燃焼器上流側に取り付けてある拡散バーナによる燃焼により、燃焼器の下流側に供給される予混合気を着火させ、火炎を安定化させるものである。したがって、拡散バーナから供給される燃料を所定量以下に絞ることはできない。

0011

高負荷から定格負荷までの間であっても、拡散バーナの燃焼比率が高く保持されるため、ガスタービン燃焼器全体のNOx発生量が高められる。すなわち、NOx発生量を、より低下させるためには、拡散バーナによるNOx発生量を抑制することが必要である。

0012

しかし、この抑制を行う場合、拡散バーナの機能を低下させない、すなわち、ガスタービンの起動から定格運転に至るまでの間のガスタービンの運転の自由度と信頼性とを損わせないという厳しい条件が、それに付帯される。

0013

本発明の目的は、このような厳しい条件を満しながら、拡散バーナによるNOx発生量の抑制が可能なガスタービン予混合燃焼器の燃焼方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0014

上記目的は、次のようにして達成することができる。

0015

(1)ガスタービンの燃焼器における前記燃焼器の内部を流れる燃焼ガスの上流側端面の中心部に拡散バーナ、拡散バーナの外周側に1次空気と1次燃料との混合気である1次予混合気を供給する1段目予混合ノズルをそれぞれ備え、拡散バーナから供給される燃料、及び1段目予混合ノズルから供給される1次予混合気の少なくともいずれかを燃焼させる1段目燃焼室を、上流側端面から下流側に延びる空間内に形成し、1段目燃焼室における下流側端部の外周側に、2次空気と2次燃料との混合気である2次予混合気を供給する2次予混合気供給手段を有し、2次予混合気供給手段を有する位置よりも下流側空間内に2次予混合気を燃焼させる2段目燃焼室を形成し、更に、2段目燃焼室の下流側端部の外周側に3次空気と3次燃料との混合気である3次予混合気を供給する3次予混合気供給手段を有し、3次予混合気供給手段を有する位置よりも下流側空間内に3次予混合気を燃焼させる3段目燃焼室を形成して構成されるガスタービン予混合燃焼器の燃焼方法において、拡散バーナから1段目燃焼室に供給する燃料により生成される燃焼ガスが、1次予混合気を酸化反応させる可能な温度条件に到達するまでは、拡散バーナからのみ燃料を供給して燃焼ガスを生成させ、その温度条件に到達した後は、拡散バーナから供給する燃料の大部分を1次予混合気の燃料に回し、拡散バーナと1段目予混合ノズルのいずれも作動させる、拡散・1段目予混合ハイブリット燃焼方法により、1段目燃焼室におけるガスタービンの負荷の上昇を図り、その後、2次予混合気供給手段により、2次予混合気を前記2段目燃焼室に供給して、2段目燃焼によりガスタービンの負荷の上昇を図り、ガスタービンが所定の負荷に到達した後は、3次予混合気を3段目燃焼室に供給し、3段目燃焼室の内部における燃焼によりガスタービンを定格負荷まで運転をすること。

0016

(2)(1)において、拡散・1段目予混合ハイブリット燃焼方法における、拡散バーナから供給する燃料を1次予混合気の燃料に回す方法は、拡散バーナと1段目予混合ノズルとの共通燃料供給基系統を、拡散バーナへの燃料供給系統と、1段目予混合ノズルへの燃料供給系統とに分岐させ、拡散バーナへの燃料供給系統と、1段目予混合ノズルへの燃料供給系統とに流量制御弁をそれぞれ付設し、流量制御弁の開閉を調整することにより行われること。

0017

(3)(1)又は(2)において、拡散・1段目予混合ハイブリット燃焼方法における、拡散バーナと1段目予混合ノズルとから供給する燃料の全量は一定であり、拡散バーナから供給する燃料と1段目予混合ノズルから供給する燃料の流量比率が、1対9であること。

0018

本発明では、1段目燃焼室における燃焼ガスの生成には、拡散燃焼と拡散・1段目予混合ハイブリット燃焼方法とを併用している。すなわち、拡散バーナと1段目予混合ノズルとから供給される全燃料が一定という条件下で、拡散バーナから1段目燃焼室に供給される燃料により生成される燃焼ガスが、1次予混合気を酸化反応させる可能な温度条件に到達するまでは、拡散バーナからのみ燃料を供給して燃焼ガスを生成させ、その温度条件に到達した後は、拡散バーナから供給する燃料の大部分を1次予混合気の燃料に回して、拡散バーナと1段目予混合ノズルとによるハイブリッド燃焼モードに移行させ、拡散燃焼を最小限に絞り込んでいる。

0019

したがって、NOx発生量の多い拡散燃焼を減少させ、予混合燃焼を増加させることができ、予混合燃焼は気薄燃焼であるので、1段目燃焼室で生成される燃焼ガス中に含まれるNOx量を大きく抑制することができる。

0020

また、拡散バーナによる燃焼モードから、拡散・1段目予混合ハイブリット燃焼モードへの切り換えを、拡散バーナへの燃料を減少させながら1段目予混合ノズルへの燃料を増加させることで達成させているので、1段目予混合バーナが確実に着火するまでの期間は、燃焼ガスの温度が低く、NOx発生量は少ない。

0021

また、燃焼器下流側に予混合燃焼が存在するときは、燃焼器上流側における燃焼ガスの温度低下によって保炎能力が低下するので、予混合火炎燃焼効率の低下や火炎吹き消えが発生しやすいが、拡散燃焼モードから拡散・1段目予混合ハイブリット燃焼モードへの切り換えを、燃焼器下流側の2次予混合気及び3次予混合気を供給する以前に行うようにしてあるので、予混合火炎の燃焼効率の低下や火炎吹き消えが発生などを、回避することができる。

0022

また、高負荷から定格負荷に至るまでの間のガスタービンの燃焼時においては、拡散燃焼の燃焼比率を小さくでき、燃焼器全体を予混合燃焼主体の燃焼とすることができるので、NOx発生量全体を極めて低く抑えることができる。

0023

以下に本発明の実施例を図1図4を用いて説明する。図1は本実施例のガスタービン予混合燃焼器の説明図、図2は本実施例のガスタービン負荷と燃料の制御・供給方法を示す線図、図3図1の1段目燃焼室における予混合火炎の可燃条件の説明図である。図4図1の1段目燃焼室における燃料切り換え期間中の燃焼ガス温度燃料配分変化状況の説明図である。

0024

ガスタービン発電プラント圧縮機1、燃焼器2及びタービン3からなり、タービン3の出力で発電機4が駆動される。燃焼器2は缶型燃焼器であり、タービンケーシング5、燃焼器外筒6及び燃焼器カバー7によって格納され、燃焼器2の上流側端面には中心部に拡散バーナ14、及び拡散バーナ14の外周側に1次予混合気供給器11が、それぞれ取り付けられている。

0025

更に、燃焼器2の下流側に向って中間部と下流部にそれぞれ燃焼器2の径を絞った縮少部が設けられ、これらの縮少部に2次予混合気供給器12及び3次予混合気供給器13が、それぞれ取り付けられ、燃焼器2の出口端燃焼器尾筒8につながっている。すなわち、燃焼器2は、上流側より下流側に向って1段目燃焼室I、1段目混合領域II、2段目燃焼室III、2段目混合領域IV及び3段目燃焼室Vの構成となっている。

0026

1段目燃焼室Iの上流側端部に取り付けられている拡散バーナ14には、保炎用の空気旋回器10を備えている。なお、空気旋回器10は、従来からガスタービン予混合燃焼器には使用されるものである。

0027

拡散バーナ14の外周側に取り付けられている1次予混合気供給器11は、燃焼器2の下流側に向って径が縮少する、内側と外側との各流路壁で1次予混合気36の流路を形成し、その流路の上流端は1次予混合空気33の流入口として開口し、下流端は1段目燃焼室Iの内部に開口している。

0028

また、1次予混合気36の流路の上流側には、1段目予混合ノズル15を適切な間隔で複数個取り付けてあり、1段目予混合ノズル15から1次予混合燃料29が噴射されて1次予混合気36が形成され、1段目燃焼室I内へ供給される。

0029

1段目燃焼室Iの下流側端部に接続する1段目混合領域IIの外周側には、前述した2次予混合気供給器12の下流側端部を取り付けている。すなわち、2次予混合気供給器12は、管状の流路を形成し、上流側端部を圧縮機吐出空気32の流れ方向に向き合うようになっており、複数個取り付けている。

0030

そして、2次予混合気供給器12は、2次予混合空気34を取り込み、2次予混合空気34と、2次予混合空気34の開口部の下流側に設けた2段目予混合ノズル16から供給される2次予混合燃料30とにより2次予混合気37を形成させ、2次予混合気37を、1段目混合領域IIの外周側から燃焼器2の軸線に対してほぼ直角方向に1段目混合領域II内へ供給するようにしている。なお、燃焼噴射位置と予混合気出口部間の距離は、燃料と空気との混合の均一化が十分達成される長さとしている。

0031

1段目混合領域II内へ供給された2次予混合気37は、1段目燃焼室I内で発生した燃焼ガスと1段目混合領域IIで混合し、所定の高温可燃性ガスを形成し、2段目燃焼室IIIで燃焼する。

0032

2段目燃焼室IIIの下流側端部に接続する2段目混合領域IVの外周部には、前述した2次予混合気供給器12と同形状の3次予混合気供給器13の下流側端部を取り付けている。すなわち、3次予混合空気35と、3段目予混合ノズル17から供給される3次予混合燃料31との混合により3次予混合気38が形成され、3次予混合気38は、2段目混合領域IVの外周部から燃焼器2内へ燃焼器2の軸線に対してほぼ直角方法に2段目混合領域IV内へ供給される。

0033

2段目混合領域IV内へ供給された3次予混合気38は、1段目燃焼室I及び2段目燃焼室IIIで発生した燃焼ガスと2段目混合領域IVで混合して、所定温度の高温可燃性ガスを形成し、この高温可燃性ガスは3段目燃焼室Vで燃焼して高温燃焼ガス39となり、高温燃焼ガス39は燃焼器尾筒8を経てタービン静翼9へと導かれる。

0034

燃料の供給には、1段目燃料系統18、2段目燃料系統21及び3段目燃料系統22があり、それらの系統は、1段目燃料流量調節弁23、2段目燃料流量調節弁26及び3段目燃料流量調節弁27により、それぞれ各系統ごとに燃料流量が調節されている。更に、1段目燃料系統18は拡散燃料系統19と1次予混合燃料系統20とに分岐され、それらの系統における燃料流量は、拡散燃料流量調節弁24及び1次予混合燃料流量調節弁25によって、それぞれ調節されている。

0035

次に、本実施例のガスタービン予混合燃焼器の運転方法を、図2を用いて説明する。図2横座標はガスタービン負荷をパーセントで表わし、縦座標はガスタービン全負荷時に供給される燃料を100%とし、各負荷におけるそれぞれの燃料系統へ供給される燃料の配分割合をパーセントで表わしている。

0036

ガスタービンの起動から約10%負荷、すなわち図2のAまでは、ガスタービンは拡散燃料28のみで運転される。すなわち、ガスタービンの起動から約10%負荷までの間では、燃料流量及び空気流量などの変化幅が大きいため、及び負荷遮断時の安定燃焼を確保するために、保炎特性の高い拡散燃焼を行わせている。なお、図2には起動時から0%負荷時までについて記載していないが、本実施例の説明に直接には影響しないので省略した。

0037

ガスタービンの運転が図2のAに到達した時点で、拡散燃料28の燃料切り換え操作が行われる。すなわち、拡散燃料28の大部分を1次予混合燃料29に回すことにより、拡散燃料28の量を減少させ、拡散燃焼時に生成された火炎によって、1次予混合燃料系統20から供給される1次予混合燃料29を燃焼させ、更に、生成される予混合火炎を保炎させている。そして、最終的には、拡散燃料系統19と1次予混合燃料系統20とにおける、拡散燃料28と1次予混合燃料29との流量比率を1対9程度の比率にすることによって燃料切り換え操作を完了させている。

0038

なお、このような燃料切り換えを可能とするためには、1次予混合気36の燃空比が、いわゆる可燃燃空比以上となっていることが必要である。図3は、1段目燃焼室における予混合火炎の可燃条件の説明図であり、ガスタービン負荷と予混合気燃空比との関係線図を示すが、燃空比が概略0.026以上、かつガスタービン負荷が約5%以上であれば、燃料切り換えが可能である。

0039

また、図4は、図1の1段目燃焼室における燃料切り換え期間中の燃焼ガス温度・燃料配分の変化状況の説明図であり、図4の(a)には燃焼経過時間に対する燃焼ガス温度の変化状況、図4の(b)には燃焼経過時間に対する燃焼ガス温度の変化状況を、それぞれ示している。

0040

本実施例のような、拡散・1段目予混合ハイブリット燃焼モードを採用する場合の場合であっても、予混合火炎の燃焼効率が十分高くなるまでは、燃料ガスは未燃で流出するため、燃焼ガス温度は一時低下する。図4の(a)の△Tfは、燃焼ガス温度降下分を示している。

0041

燃焼ガス温度降下分△Tfは、1段目予混合燃料29を拡散燃料28を絞り込むのに先行して供給したり、また、1段目予混合燃焼により生成する火炎と、拡散燃焼による火炎との接触を促進させることにより、予混合火炎の燃焼性を向上させて、小さくすることができる。すなわち、このようにして、燃焼ガス温度降下を小さく抑制することは可能であるが、消滅させることは困難であり、これに対応してガスタービンの負荷降下も生ずる。

0042

しかし、本実施例の拡散・1段目予混合ハイブリッド燃焼では、1次予混合燃料29の燃料流量が多く、かつ1次予混合気36の燃空比も大きいので、燃料ガス温度及びガスタービン負荷とも、燃料切り換え後、燃料切り換え前と同じ値に短時間で回復し、燃焼ガス中のNOx量の含有比率も大きく低下する。

0043

1段燃焼室Iにおける燃料切り換えの完了後は、ガスタービンは2次予混合燃料30の投入によって、図2のBで示すような、ガスタービン負荷まで運転される。この場合、第1混合領域IIの燃焼ガスを、所定温度以上の高温にしている。本実施例では、この温度を概略1200℃に設定してあり、この条件下では、非常に薄い燃料の混合気であっても高燃焼効率で燃焼する。

0044

上述のガスタービン負荷(図4のB)から100%負荷、すなわち定格負荷までの間は、拡散燃料28、1次予混合燃料29及び2次予混合燃料30の流量を、それぞれほぼ一定に保持したうえで、更に、3次予混合燃料31を供給して、ガスタービンを運転させている。2段目混合領域IVの燃焼ガス温度は第1混合領域IIの場合と同じであり、100%負荷では、全燃料の約95%以上の燃料を予混合燃焼として燃焼させている。

0045

すなわち、本実施例と同型の予混合燃焼器の場合、2段目燃焼室III及び第3段目燃焼室Vの予混合火炎の燃焼性能は、各段上流側の混合領域の燃焼ガス温度に強く依存する。特に、燃焼ガス温度が所定値以下になった場合は、燃焼速度は著しく低下し、火炎の吹き消えが発生する。

0046

しかし、本実施例では、2段目燃焼室III、3段目燃焼室Vに火炎を発生させる以前に、その上流側の1段目燃焼室Iで燃料切り換えを行い、予混合燃焼モードを形成させることから、ガスタービン負荷全域にわたって安定燃焼を実現させることができ、かつ低NOx化が可能となる。

発明の効果

0047

本発明によれば、ガスタービンの起動から定格運転に至る間のガスタービンの運転における自由度と信頼性とを損うことなく、拡散バーナによるNOx発生量の抑制が可能なガスタービン予混合燃焼器の燃焼方法を提供することができる。

図面の簡単な説明

0048

図1本発明の一実施例のガスタービン予混合燃焼器の断面図である。
図2本発明の一実施例における燃料の供給・制御方法の説明図である。
図3図1の1段目燃焼室における予混合火炎の可燃条件の説明図である。
図4図1の1段目燃焼室における燃焼ガス温度・燃料配分の説明図である。

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0049

1…圧縮機、2…燃焼器、3…タービン、4…発電機、5…タービンケーシング、6…燃焼器外筒、7…燃焼器カバー、8…燃焼器尾筒、9…タービン静翼、10…空気旋回器、11…1次混合気供給器、12…2次混合気供給器、13…3次混合気供給器、14…拡散バーナ、15…1段目予混合ノズル、16…2段目予混合ノズル、17…3段目予混合ノズル、18…1段目燃料系統、19…拡散燃料系統、20…1次予混合燃料系統、21…2段目燃料系統、22…3段目燃料系統、23…1段目燃料流量調整弁、24…拡散燃料流量調整弁、25…1次予混合燃料流量調整弁、26…2段目燃料流量調整弁、27…3段目燃料流量調整弁、28…拡散燃料、29…1次予混合燃料、30…2次予混合燃料、31…3次予混合燃料、32…圧縮機吐出空気、33…1次予混合空気、34…2次予混合空気、35…3次予混合空気、36…1次予混合気、37…2次予混合気、38…3次予混合気、39…高温燃焼ガス、I…1段目燃焼室、II…1段目混合領域、III…2段目燃焼室、IV…2段目混合領域、V…3段目燃焼室。

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