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公開番号2024067366
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-17
出願番号2022177383
出願日2022-11-04
発明の名称ガスタービン燃焼器
出願人三菱重工業株式会社
代理人SSIP弁理士法人
主分類F23R 3/28 20060101AFI20240510BHJP(燃焼装置;燃焼方法)
要約【課題】燃焼室において燃焼ガスと空気との混合を良好に行いつつ、燃焼室の内壁を効果的に冷却する。
【解決手段】ガスタービン燃焼器は、燃焼室で混合された燃料ガス及び空気をバーナで燃焼可能である。バーナは、第1燃料ガス噴孔、第2燃料ガス噴孔、及び、第1空気噴孔を備える。第1燃料ガス噴孔は、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給源に接続された第1燃料ガス供給系統からの燃料ガスを第1燃料ガスとして燃焼室に噴出する。第2燃料ガス噴孔は、第1燃料ガス噴孔より径方向内側に配置され、燃料ガス供給源に接続された第2燃料ガス供給系統からの燃料ガスを第2燃料ガスとして燃焼室に噴出する。第1空気噴孔は、第1燃料ガス噴孔より径方向外側に配置され、空気を燃焼室に噴出する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
燃焼室で混合された燃料ガス及び空気を前記燃焼室の上流側に配置されたバーナで燃焼可能なガスタービン燃焼器であって、
前記バーナは、
前記燃料ガスを供給するための燃料ガス供給源に接続された第１燃料ガス供給系統から前記燃料ガスを第１燃料ガスとして前記燃焼室に噴出するための第１燃料ガス噴孔と、
前記第１燃料ガス噴孔より径方向内側に配置され、前記燃料ガス供給源に接続された第２燃料ガス供給系統から前記燃料ガスを第２燃料ガスとして前記燃焼室に噴出するための第２燃料ガス噴孔と、
前記第１燃料ガス噴孔より径方向外側に配置され、前記空気を前記燃焼室に噴出するための第１空気噴孔と、
を備える、ガスタービン燃焼器。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記第１燃料ガス噴孔及び前記第２燃料ガス噴孔には、共通の前記燃料ガス供給源から分岐した前記第１燃料ガス供給系統及び前記第２燃料ガス供給系統がそれぞれ接続される、請求項１に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項３】
前記第１燃料ガス供給系統における前記第１燃料ガスの流路面積、又は、前記第２燃料ガス供給系統における前記第２燃料ガスの流路面積の少なくとも一方を調整可能である、請求項１又は２に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項４】
前記第１燃料ガス供給系統は、
前記燃料ガス供給源に接続された燃料ガスメインラインから分岐する第１燃料ガス分岐ラインと、
前記第１燃料ガス分岐ラインに設けられた第１流量調整弁と、
を有し、
前記第２燃料ガス供給系統は、
前記燃料ガスメインラインから分岐する第２燃料ガス分岐ラインと、
前記第２燃料ガス分岐ラインに設けられた第２流量調整弁と、
を有し、
前記第１流量調整弁、又は、前記第２流量調整弁の開度を独立的に調整可能である、請求項１又は２に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項５】
前記第１燃料ガス噴孔及び前記第２燃料ガス噴孔に前記第１燃料ガス及び前記第２燃料ガスをそれぞれ供給するように前記第１流量調整弁及び前記第２流量調整弁の開度が調整される状態と、前記第１燃料ガス噴孔に前記第１燃料ガスを供給するとともに前記第２燃料噴孔に対する前記第２燃料ガスの供給を停止するように前記第１流量調整弁及び前記第２流量調整弁の開度が調整される状態とを切替可能である、請求項４に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項６】
前記第１空気噴孔は周方向に沿って連続的に延在する複数の筒部材の間に形成される、請求項１又は２に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項７】
前記第１空気噴孔は、前記第１空気噴孔から噴出される前記空気を旋回させるためのスワラが周方向に沿って設けられる、請求項６に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項８】
前記第１燃料ガス噴孔は、前記第２燃料ガス噴孔より大きな流路面積を有する、請求項１又は２に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項９】
前記第２燃料ガス噴孔より径方向内側に配置され、前記燃料ガスより発熱量が高い第３燃料ガスを噴出するための第３燃料ガス噴孔を更に備える、請求項１又は２に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項１０】
前記第２燃料ガス噴孔と前記第３燃料ガス噴孔との間に配置され、前記空気を噴出するための第２空気噴孔を更に備える、請求項９に記載のガスタービン燃焼器。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、ガスタービン燃焼器に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば発電プラントにおいて発電機を駆動するためのガスタービンは、燃料ガスと空気とをガスタービン燃焼器で混合・燃焼して生成された燃焼ガスによって駆動される。この種のガスタービン燃焼器で使用される燃料ガスとして、例えば製鉄プラントにおいて製鉄時に生じる高炉ガスのような発熱量が比較的低い、いわゆる低カロリーガスを用いることがある。低カロリーガスは、発熱量の低さから燃焼速度が遅く難燃性ガスであるが、燃焼時のＮＯｘ排出量が少ない等のメリットもあることから、その有効利用が検討されている。
【０００３】
低カロリーガスのような発熱量が少ない燃料ガスを安定的に燃焼させるために、例えば特許文献１では、高カロリーガスである液化天然ガス（ＬＮＧ：ＬｉｑｕｉｄＮａｔｕｒａｌＧａｓ）を併用したガスタービン燃焼器が開示されている。この文献では更に、低カロリーガスである燃料ガスを２系統に分け、それぞれ燃焼器の内側スワラと外側スワラに供給するとともに、内側スワラでは、燃焼室に燃料ガスを噴出するための燃料ガス噴孔と、燃焼室に空気を噴出するための空気噴孔とが、周方向に沿って交互に配置された構成が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１４－５２０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１では、低カロリーガスを燃焼器の内側スワラと外側スワラにそれぞれ供給するが、空気噴孔は内側スワラのみに設けられている。そのため、内側スワラでは低カロリーガスを空気と良好に混合させることができるが、外側スワラでは空気噴孔が設けられていないため、外側スワラに供給された低カロリーガスを空気と良好に混合させることが難しいおそれがある。
【０００６】
また上記特許文献１の構成では、内側のスワラに空気噴孔が位置するため、空気噴孔からの空気は、燃焼室を構成する内壁から離れた位置に噴出される。そのため、空気噴孔からの空気によって燃焼室を構成する内壁が冷却されにくく、燃焼室の内壁の温度が上昇してしまうおそれがある。
【０００７】
本開示の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、燃焼室において燃焼ガスと空気との混合を良好に行いつつ、燃焼室の内壁を効果的に冷却可能なガスタービン燃焼器、及び、ガスタービン燃焼器の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の少なくとも一実施形態に係るガスタービン燃焼器は、上記課題を解決するために、
燃焼室で混合された燃料ガス及び空気を前記燃焼室の上流側に配置されたバーナで燃焼可能なガスタービン燃焼器であって、
前記バーナは、
前記燃料ガスを供給するための燃料ガス供給源に接続された第１燃料ガス供給系統から前記燃料ガスを第１燃料ガスとして前記燃焼室に噴出するための第１燃料ガス噴孔と、
前記第１燃料ガス噴孔より径方向内側に配置され、前記燃料ガス供給源に接続された第２燃料ガス供給系統から前記燃料ガスを第２燃料ガスとして前記燃焼室に噴出するための第２燃料ガス噴孔と、
前記第１燃料ガス噴孔より径方向外側に配置され、前記空気を前記燃焼室に噴出するための第１空気噴孔と、
を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の少なくとも一実施形態によれば、燃焼室において燃焼ガスと空気との混合を良好に行いつつ、燃焼室の内壁を効果的に冷却可能なガスタービン燃焼器、及び、ガスタービン燃焼器の制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
第１実施形態に係るガスタービン燃焼器の全体構成図である。
図１のガスタービン燃焼器のバーナを軸方向下流側から示す図である。
図１の制御装置の内部構成を示すブロック図である。
図１の制御装置によって実施されるガスタービン燃焼器の制御方法を示すフローチャートである。
図４の燃料ガスの発熱量に対するノズル差圧又は燃料流速の振る舞いを示すグラフである。
図４のステップＳ１０３における図１のガスタービン燃焼器の動作状態を示す図である。
第２実施形態に係るガスタービン燃焼器の全体構成図である。
図７のガスタービン燃焼器のバーナを軸方向下流側から示す図である。
図７のガスタービン燃焼器の始動方法を示すフローチャートである。
図９の始動方法によって始動されるガスタービンの負荷に対するノズル差圧の振る舞いを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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