JP2002206741A - Gas turbine combustor - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン燃焼
器に係り、特に、重質油あるいは石炭などの燃料を酸素
でガス化し、このガス化ガスに空気と窒素を混合させて
燃焼させるに好適なガスタービン燃焼器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas turbine combustor, and more particularly to a gas turbine combustor which is suitable for gasifying fuel such as heavy oil or coal with oxygen and mixing the gasified gas with air and nitrogen for combustion. Related to a simple gas turbine combustor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、発電プラントとして、ガスタービ
ン燃焼器に、天然ガスを主燃料とした発電用ガスタービ
ン燃焼器を用いたものと、重質油あるいは石炭などの燃
料を酸素でガス化し、このガス化ガスを主燃料としたい
わゆる酸素酸化方式の発電用ガスタービン燃焼器を用い
たものがある。各プラントにおいてはガスタービン燃焼
器から排出されるＮＯｘを低減することが行われてい
る。例えば、前者のガスタービン燃焼器を用いたプラン
トにおいては、予め燃料と空気を混合し、予混合された
混合気を燃焼室内にて低温均一燃焼することによってＮ
Ｏｘの低減を図っている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a power plant, a gas turbine combustor using a gas turbine combustor for power generation using natural gas as a main fuel, and a fuel such as heavy oil or coal gasified with oxygen, There is a type using a so-called oxygen oxidation type gas turbine combustor for power generation using this gasified gas as a main fuel. In each plant, reduction of NOx discharged from the gas turbine combustor is performed. For example, in a plant using the former gas turbine combustor, the fuel and the air are mixed in advance, and the pre-mixed air-fuel mixture is uniformly burned at a low temperature in a combustion chamber.
Ox is reduced.
【０００３】一方、後者のガスタービン燃焼器を用いた
複合発電プラントにおいては、ガス化ガスの燃焼速度が
天然ガスに比べて速いこと、また炭種やガス化炉の運転
状態によってガスタービンに供給される燃料組成が安定
しづらいことを考慮し、燃焼室に燃料と空気を独立に供
給して燃焼する拡散燃焼方式が採用されている。この方
式の場合、空気供給のための燃焼空気孔を燃焼室の軸方
向に沿って複数個配置し、燃焼室内部の温度分布を燃焼
空気孔の配置および配分によって調整することで、火炎
安定化とＮＯｘの低減を図ることができる。On the other hand, in the latter combined power plant using a gas turbine combustor, the gas turbine is supplied to the gas turbine depending on the fact that the combustion speed of the gasified gas is higher than that of natural gas, and on the type of coal and the operating state of the gasifier. In consideration of the difficulty in stabilizing the fuel composition to be performed, a diffusion combustion method is employed in which fuel and air are independently supplied to a combustion chamber for combustion. In this method, flame stabilization is achieved by arranging a plurality of combustion air holes for air supply along the axial direction of the combustion chamber and adjusting the temperature distribution inside the combustion chamber by arranging and allocating the combustion air holes. And NOx can be reduced.
【０００４】また後者のガスタービン燃焼器を用いたプ
ラントにおいては、ガスタービンから抽気される空気あ
るいはバックアップ用空気圧縮機の吐出空気を酸素と窒
素とに分離し、分離された酸素をガス化炉の酸化剤とし
て用い、残りの窒素を昇圧後、ガスタービン燃焼器に噴
射することで出力の増加を図ると同時にＮＯｘを低減す
るシステムとなっている。In a plant using a gas turbine combustor, air extracted from a gas turbine or discharge air of a backup air compressor is separated into oxygen and nitrogen, and the separated oxygen is converted into a gasifier. After increasing the pressure of the remaining nitrogen and injecting it into the gas turbine combustor, the output is increased and the NOx is reduced at the same time.
【０００５】しかし、酸素酸化方式の複合発電プラント
に用いられるガスタービン燃焼器においては、窒素の昇
圧動力をできるだけ軽減し、且つ窒素噴射による低ＮＯ
ｘと燃焼安定性を両立させなければならず、これらの条
件を満たす１つの手段として、例えば、特開平１１−１
３４９０号公報に記載されているように、燃焼空気中に
窒素を噴射して混合する手法が採用されている。However, in a gas turbine combustor used in an oxygen-oxidation combined cycle power plant, the power for boosting nitrogen is reduced as much as possible, and low NO
x and combustion stability must be compatible. One means for satisfying these conditions is disclosed in, for example, JP-A-11-1
As described in Japanese Patent No. 3490, a method of injecting and mixing nitrogen into combustion air is employed.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】酸素酸化方式の複合発
電プラントに用いられるガスタービン燃焼器には燃料と
して、ガス化ガスが用いられるが、このガス化ガスは、
天然ガスの約１／３の発熱量（約１０ＭＪ／Ｎｍ３）で
あるため、天然ガス焚き燃焼器と同一の燃焼器出口ガス
温度、同一のガスタービンの出力を得るようにした場
合、燃焼器に供給される燃料の流量が天然ガス用燃焼器
のものよりも増加し、燃料噴射による運動量の増加に伴
って火炎の広がりが大きくなり、ライナー壁面のメタル
温度が上昇する。またガス化ガスは、水素と一酸化炭素
を主成分としているため、燃料と空気の理想混合比、す
なわち量論混合比における最高火炎温度が天然ガスより
も約２００℃も高くなり、火炎温度の上昇に比例してガ
スタービン燃焼器より排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）
の排出濃度が高くなることが考えられ、プラント余剰窒
素の有効利用が重要となる。その際、プラントで生成さ
れる窒素の量は、従来の高カロリー用燃焼器の低ＮＯｘ
用として用いられる蒸気噴射量の約６倍も多くなるた
め、燃焼器においては、窒素噴射による低ＮＯｘ化と同
時に、燃焼安定性の確保も重要な課題となる。A gas turbine combustor used in an oxygen oxidation combined cycle power plant uses gaseous gas as fuel.
Since the calorific value is about 1/3 of that of natural gas (about 10 MJ / Nm3), if the same combustor outlet gas temperature and the same gas turbine output as natural gas-fired combustor are obtained, The flow rate of the supplied fuel is increased as compared with that of the natural gas combustor, and the spread of the flame increases with the increase of the momentum due to the fuel injection, and the metal temperature on the liner wall increases. In addition, since the gasified gas contains hydrogen and carbon monoxide as main components, the maximum flame temperature at the ideal mixing ratio of fuel and air, that is, the stoichiometric mixing ratio, becomes about 200 ° C. higher than that of natural gas, and the flame temperature becomes lower. Nitrogen oxide (NOx) discharged from the gas turbine combustor in proportion to the rise
It is conceivable that the emission concentration of nitrogen will increase, and effective utilization of surplus nitrogen in the plant is important. At that time, the amount of nitrogen generated in the plant is low NOx of the conventional high calorie combustor.
Since the amount of steam injection used for fuel is about six times as large, it is important for the combustor to secure combustion stability while reducing NOx by nitrogen injection.
【０００７】窒素の有効利用方法としては、まず、第１
に燃料に窒素を混合する方法が考えられる。この方法を
採用すれば、供給されるガス化ガスの発熱量が低下する
ことで、局所的な火炎温度の上昇を抑制することが可能
になる。しかし、窒素の供給圧力に比べて燃料の供給圧
力の方が高いので、窒素を燃料に混合する前に窒素の圧
力をさらに高める必要があり、窒素の昇圧に要するエネ
ルギー分だけプラント効率の低下を招くことになる。[0007] The effective use of nitrogen is as follows:
Another possible method is to mix nitrogen with fuel. If this method is adopted, the calorific value of the supplied gasified gas decreases, so that it is possible to suppress a local increase in the flame temperature. However, since the fuel supply pressure is higher than the nitrogen supply pressure, it is necessary to further increase the nitrogen pressure before mixing the nitrogen with the fuel, and reduce the plant efficiency by the amount of energy required to increase the nitrogen pressure. Will be invited.
【０００８】次に、第２の方法としては、窒素を燃焼室
内部に直接噴射する方法が考えられるが、この方法で
は、噴射する窒素と燃焼ガスの混合特性によっては火炎
温度の低下が不十分となったり、燃料供給量の少ない低
負荷条件においては、窒素の過剰な供給により燃焼安定
性が悪化したりする恐れがある。また窒素を噴射する窒
素噴射孔を燃料ノズルの前面に配置した場合、ガスター
ビンの起動時、昇速時に用いられる他の燃料、例えば、
軽油の燃焼時に、燃焼ガスが窒素噴射孔を介して他の缶
へ逆流する恐れがある。Next, as a second method, a method of directly injecting nitrogen into the combustion chamber can be considered. In this method, however, the flame temperature is not sufficiently reduced depending on the mixing characteristics of the injected nitrogen and the combustion gas. Or under low load conditions where the fuel supply amount is small, the combustion stability may be degraded due to excessive supply of nitrogen. When a nitrogen injection hole for injecting nitrogen is arranged in front of the fuel nozzle, at the time of starting the gas turbine, another fuel used at the time of acceleration, for example,
When the light oil is burned, the combustion gas may flow back to another can through the nitrogen injection hole.
【０００９】また、第３の方法としては、窒素を燃焼空
気中に噴射して混合する方法が考えられる。ただし、こ
の方法の場合は、窒素の噴射位置によって燃焼安定性や
ＮＯｘの低減効果が大きく変化する。例えば、窒素を燃
料ノズルの空気旋回器のみに供給した場合、空気旋回器
を通過する空気中の酸素濃度が極端に低下することがあ
る。特に、燃料供給量の少ない低負荷条件では、火炎温
度の極端な低下により未燃分が増大する。一方、燃焼反
応が完結していると思われる燃焼器の下流に窒素を噴射
した場合、高温となる領域には窒素が供給されなくなる
ため、火炎温度の低下が不十分となり、ＮＯｘ低減効果
が小さくなる。As a third method, a method of injecting nitrogen into combustion air and mixing them can be considered. However, in the case of this method, the combustion stability and the NOx reduction effect greatly change depending on the nitrogen injection position. For example, when nitrogen is supplied only to the air swirler of the fuel nozzle, the oxygen concentration in the air passing through the air swirler may be extremely reduced. In particular, under a low load condition where the fuel supply amount is small, the unburned portion increases due to an extreme decrease in the flame temperature. On the other hand, when nitrogen is injected downstream of the combustor where the combustion reaction is considered to be completed, nitrogen is not supplied to the region where the temperature is high, so that the flame temperature is not sufficiently lowered and the NOx reduction effect is small. Become.
【００１０】本発明の課題は、ガスタービンの作動負荷
範囲内において、プラント効率を損なうことなく窒素を
低圧力で燃焼器に供給し、低負荷条件において未燃分の
排出を抑えるとともにＮＯｘを低減することができるガ
スタービン燃焼器を提供することにある。An object of the present invention is to supply nitrogen to a combustor at a low pressure without impairing plant efficiency within the operating load range of a gas turbine, to suppress the emission of unburned components and reduce NOx under low load conditions. It is an object of the present invention to provide a gas turbine combustor.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するする
ために、本発明は、燃料と空気との混合物を燃焼させる
燃焼室の隔壁を構成するとともに前記燃焼室の軸方向端
部に流体導入部を有するライナーと、前記ライナーを収
容する圧力容器と、前記ライナーと前記圧力容器との間
に形成されて燃焼空気を前記流体導入部に導く空気通路
と、前記空気通路内に配置されて前記空気通路内に窒素
を噴射する窒素噴射ノズルと、前記ライナーの流体導入
部に配置され燃料をガス化して得られたガス化ガスを前
記燃焼室内のライナー壁面に向けて噴射するとともに前
記ガス化ガスとは別に前記空気通路内の空気および窒素
を導入して前記燃焼室内のライナー軸心方向に向けて噴
射する主燃料噴射ノズルと、前記ライナーの流体導入部
から前記燃焼室内に燃料と空気を噴射し主燃料ノズルの
火炎を保持する補助燃料噴射ノズルとを備え、前記ライ
ナーには、前記空気通路内の空気を前記燃焼室内に供給
する複数の燃焼空気孔が前記燃焼室の周方向および軸方
向に沿って形成され、前記複数の燃焼空気孔のうち一部
の燃焼空気孔は前記燃料噴射孔の軸延長線と前記ライナ
ーとの交点よりも前記流体導入部側に形成され、前記窒
素噴射ノズルには、少なくとも前記一部の燃焼空気孔を
臨む位置に窒素噴射孔が形成されてなるガスタービン燃
焼器を構成したものである。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention comprises a partition for a combustion chamber for burning a mixture of fuel and air, and a fluid introduction to an axial end of the combustion chamber. A liner having a portion, a pressure vessel containing the liner, an air passage formed between the liner and the pressure vessel to guide combustion air to the fluid introduction portion, and the air passage being disposed in the air passage. A nitrogen injection nozzle for injecting nitrogen into an air passage; and a gasification gas disposed at a fluid introduction portion of the liner, the gasification gas obtained by gasifying fuel is injected toward a liner wall surface in the combustion chamber, and the gasification gas is injected. Separately from the main fuel injection nozzle for introducing air and nitrogen in the air passage and injecting the air and nitrogen toward the liner axis in the combustion chamber; An auxiliary fuel injection nozzle for injecting fuel and air to hold a flame of a main fuel nozzle, wherein the liner has a plurality of combustion air holes for supplying air in the air passage into the combustion chamber. A part of the plurality of combustion air holes is formed along the circumferential direction and the axial direction, and some of the plurality of combustion air holes are formed closer to the fluid introduction portion than the intersection of the axial extension of the fuel injection hole and the liner. The nitrogen injection nozzle has a gas turbine combustor in which a nitrogen injection hole is formed at a position facing at least a part of the combustion air holes.
【００１２】前記ガスタービン燃焼器を構成するに際し
ては、以下の要素を付加することができる。In configuring the gas turbine combustor, the following elements can be added.
【００１３】（１）前記主燃料噴射ノズルには、導入し
たガス化ガスによる旋回流を形成するとともに前記ガス
化ガスを前記ライナー壁面に向けて噴射する燃料噴射孔
が複数個環状に形成され、且つ、導入した空気および窒
素による旋回流を形成するとともに前記空気および窒素
を前記燃焼室の軸心方向に向けて噴射する流体旋回通路
が複数個環状に形成されてなる。(1) The main fuel injection nozzle is formed with a plurality of annular fuel injection holes for forming a swirling flow by the introduced gasified gas and for injecting the gasified gas toward the liner wall. Further, a plurality of fluid swirling passages for forming a swirling flow by the introduced air and nitrogen and injecting the air and nitrogen toward the axial direction of the combustion chamber are formed in a ring shape.
【００１４】（２）前記窒素噴射ノズルには第１の窒素
噴射孔と第２の窒素噴射孔がそれぞれ複数個前記燃焼室
の周方向に沿って形成され、且つ、前記第２の窒素噴射
孔は前記一部の燃焼空気孔を臨む位置に形成され、前記
第１の窒素噴射孔は前記第２の窒素噴射孔よりも前記流
体導入部側に形成されてなる。(2) A plurality of first nitrogen injection holes and a plurality of second nitrogen injection holes are formed in the nitrogen injection nozzle along the circumferential direction of the combustion chamber, respectively. Is formed at a position facing the part of the combustion air hole, and the first nitrogen injection hole is formed closer to the fluid introduction portion than the second nitrogen injection hole.
【００１５】（３）前記流体導入部側に形成された一部
の燃焼空気孔と前記第２の窒素噴射孔は、前記ライナー
の流体導入部において前記ライナーの軸心と直交する面
から前記ライナーの軸方向に沿って同じ距離だけ離れた
位置に形成されているとともに、前記ライナーの軸心を
基準として周方向の角度が同位相となる位置に形成され
てなる。(3) A part of the combustion air holes and the second nitrogen injection holes formed on the side of the fluid introduction part are arranged so that the liner is located on a plane perpendicular to the axis of the liner in the fluid introduction part of the liner. At the same distance along the axial direction of the liner, and at a position where the circumferential angles are in phase with respect to the axis of the liner.
【００１６】（４）前記第１の窒素噴射孔の流路面積の
大きさをガスタービン負荷に応じて制御する窒素噴射量
制御手段を備えてなる。(4) There is provided a nitrogen injection amount control means for controlling the size of the flow passage area of the first nitrogen injection hole according to the gas turbine load.
【００１７】前記した手段によれば、主燃料噴射ノズル
から空気および窒素を燃焼室の軸心方向に向けて噴射す
るようにしているため、平行旋回型の燃料ノズルに比べ
て火炎の広がりを抑えることができ、高負荷条件でのメ
タル温度（ライナー壁面の温度）の上昇を抑制すること
が可能になる。また燃料供給量の少ない低負荷条件で
は、燃料の貫通力が小さいため、主燃料噴射ノズルから
噴射されるガス化ガスとライナーからの流入空気との混
合割合が低く、主燃料噴射ノズル前面（燃焼室の流体導
入部側）に形成される火炎の温度を一定温度以上に確保
することが可能になり、未燃分の排出濃度を抑制するこ
とができる。一方、燃料供給量の多い高負荷条件では燃
料の貫通力が増加し、燃料噴射孔の延長線とライナーと
の交点よりも流体導入部側に形成された一部の燃焼空気
孔から流入する流入空気とガス化ガスとの混合により安
定な燃焼が可能になる。According to the above-described means, since air and nitrogen are injected from the main fuel injection nozzle in the axial direction of the combustion chamber, the spread of the flame is suppressed as compared with the parallel swirl type fuel nozzle. Therefore, it is possible to suppress an increase in metal temperature (temperature of the liner wall surface) under a high load condition. Further, under a low load condition where the fuel supply amount is small, since the penetration force of the fuel is small, the mixing ratio of the gasified gas injected from the main fuel injection nozzle and the air flowing from the liner is low, and the front surface of the main fuel injection nozzle (combustion) The temperature of the flame formed on the fluid introduction part side of the chamber) can be maintained at a certain temperature or higher, and the emission concentration of unburned components can be suppressed. On the other hand, under high load conditions where the fuel supply amount is large, the penetration force of the fuel increases, and the inflow flowing from some combustion air holes formed on the fluid introduction side from the intersection of the liner of the extension of the fuel injection hole and the liner. Stable combustion becomes possible by mixing air and gasified gas.
【００１８】すなわち、主燃料噴射ノズルの前面側と一
部の燃焼空気孔とを結ぶ領域は、高負荷条件では燃焼安
定性を確保するための高温領域になると同時に、ＮＯｘ
の生成領域になる。このため、主燃料噴射ノズルと窒素
噴射ノズルとを組み合わせることによって前記課題を解
決することが可能になる。That is, the region connecting the front side of the main fuel injection nozzle and some of the combustion air holes becomes a high-temperature region for ensuring combustion stability under high load conditions, and at the same time, NOx
Is the generation area. Therefore, the above-described problem can be solved by combining the main fuel injection nozzle and the nitrogen injection nozzle.
【００１９】また、窒素を主燃料噴射ノズルの流体旋回
通路とライナーの燃焼空気孔とに分けて噴射すること
で、全量の窒素を流体導入部側の窒素噴射ノズルのみか
ら噴射する方式よりも主燃料噴射ノズルを通過する空気
中の酸素濃度を設定濃度に確保できるので、主燃料噴射
ノズルの前面に形成される火炎の温度を一定温度以上に
することができるとともに、未燃分の排出濃度の増加を
抑制することができる。一方、高負荷条件の場合には、
高温領域に属する燃焼空気孔からも窒素が噴射されるた
め、高温領域における火炎温度を低くすることができる
とともに高温領域を小さくすることにによって低ＮＯｘ
化を達成することが可能になる。また燃焼空気中に窒素
を噴射することによって、燃料に窒素を混合する方式よ
りも窒素の昇圧動力を小さくすることができる。In addition, by injecting nitrogen separately into the fluid swirl passage of the main fuel injection nozzle and the combustion air hole of the liner, the entire amount of nitrogen is injected as compared with the system in which the entire amount of nitrogen is injected only from the nitrogen injection nozzle on the fluid introduction section side. Since the oxygen concentration in the air passing through the fuel injection nozzle can be maintained at the set concentration, the temperature of the flame formed on the front surface of the main fuel injection nozzle can be kept at a certain temperature or higher, and the emission concentration of the unburned portion can be reduced. The increase can be suppressed. On the other hand, under high load conditions,
Since nitrogen is also injected from the combustion air holes belonging to the high temperature region, it is possible to lower the flame temperature in the high temperature region and to reduce the NOx by reducing the high temperature region.
Can be achieved. Further, by injecting nitrogen into the combustion air, the pressure boosting power of nitrogen can be made smaller than in a system in which nitrogen is mixed with fuel.
【００２０】また、ライナー軸端となる流体導入部側の
第１の窒素噴射孔の流路面積の大きさをガスタービン負
荷に応じて制御するに際して、例えば、低負荷条件では
第１の窒素噴射孔を全閉とし、一部の燃焼空気孔を臨む
窒素噴射孔のみから窒素を噴射することによって、燃焼
器頭部の火炎温度を一定温度以上に確保し、ガスタービ
ン負荷の上昇とともに第１の窒素噴射孔の面積を大きく
する構成を採用することができる。このような構成を採
用することにより、低負荷条件では、主燃料噴射ノズル
の前面に形成される火炎の温度を急激に低下させること
がないため、部分負荷でも燃焼反応が促進され、一方、
高負荷条件では、各窒素噴射孔から所定の比率で窒素が
噴射されるため、低ＮＯｘ化を図ることが可能になる。In controlling the size of the flow passage area of the first nitrogen injection hole on the side of the fluid introduction portion, which is the end of the liner shaft, in accordance with the load of the gas turbine, for example, the first nitrogen injection is performed under low load conditions. By completely closing the holes and injecting nitrogen only from the nitrogen injection holes facing some of the combustion air holes, the flame temperature at the head of the combustor is maintained at a certain temperature or higher, and the first temperature is increased as the gas turbine load increases. A configuration in which the area of the nitrogen injection hole is increased can be adopted. By adopting such a configuration, under low load conditions, the temperature of the flame formed on the front surface of the main fuel injection nozzle does not suddenly decrease, so that the combustion reaction is promoted even at a partial load,
Under high load conditions, nitrogen is injected from each nitrogen injection hole at a predetermined ratio, so that it is possible to reduce NOx.
【００２１】したがって、プラントの効率を損なうこと
なく、ガスタービンの部分負荷条件での燃焼安定性を確
保することができるとともに高負荷条件での低ＮＯｘ化
を達成することが可能になる。Therefore, it is possible to secure combustion stability under partial load conditions of the gas turbine and to reduce NOx under high load conditions without impairing the efficiency of the plant.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す
石炭ガス化複合発電プラントの全体構成図である。図１
において、石炭ガス化複合発電プラントは、ガス化炉
１、圧縮機２、ガスタービン燃焼器３、タービン４、酸
素製造装置５、発電機６などを備えて構成されている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of an integrated coal gasification combined cycle power plant showing an embodiment of the present invention. FIG.
, The integrated coal gasification combined cycle power plant includes a gasifier 1, a compressor 2, a gas turbine combustor 3, a turbine 4, an oxygen production apparatus 5, a generator 6, and the like.
【００２３】ガス化炉１には、石炭１４が供給されてい
るとともに、圧縮機２の抽気空気１１またはバックアッ
プ用空気圧縮機１０からの吐出空気を窒素と酸素とに分
離する酸素製造装置５から酸素１２が供給されている。
そして、ガス化炉１は、酸素１２を酸化剤として石炭１
４をガス化し、このガス化ガスをガス化ガス流量制御弁
３１に制御するようになっている。ガス化ガス１５はガ
ス化ガス流量制御弁３１で流量が制御された後ガスター
ビン燃焼器３に導入される。この場合、ガス化ガス１５
は、ガス化炉１の負荷上昇に伴って、ガス化ガス１５の
温度および発熱量が安定した段階でガスタービン燃焼器
３に供給されるようになっている。The coal gas 14 is supplied to the gasifier 1, and the oxygen gas is supplied from the oxygen producing apparatus 5 which separates the bleed air 11 from the compressor 2 or the air discharged from the backup air compressor 10 into nitrogen and oxygen. Oxygen 12 is supplied.
The gasification furnace 1 uses the oxygen 12 as an oxidizing agent to
4 is gasified, and this gasified gas is controlled by a gasified gas flow control valve 31. The gasification gas 15 is introduced into the gas turbine combustor 3 after the flow rate is controlled by the gasification gas flow control valve 31. In this case, the gasification gas 15
Is supplied to the gas turbine combustor 3 at a stage where the temperature and the calorific value of the gasification gas 15 are stabilized as the load on the gasification furnace 1 increases.
【００２４】ガスタービン燃焼器３は、軽油燃料ノズル
２２、燃料ノズル２３などを備えており、軽油燃焼ノズ
ル２２は、燃料としての軽油７とアトマイズ空気２９の
供給を受けて軽油７とアトマイズ空気２９を燃焼室８ａ
内に噴射して燃焼室８ａ内に火炎を形成するとともにこ
の火炎を保持する補助燃料噴射ノズルとして構成されて
いる。燃料ノズル２３は、燃料ノズルボディ１９ととも
に空気旋回器２４に配置されて燃料ノズルボディ１９と
の間にガス化ガス通路２４ｂを形成するようになってお
り、ガス化ガス通路２４ｂ内に導入されたガス化ガス１
５は燃料ノズルボディ１９の先端側（燃焼室８ａ側）に
形成された燃料噴射孔２４ａから空気旋回器２４を介し
て燃焼室８ａ内に噴射されるようになっている。空気旋
回器２４には窒素１３と燃焼空気９ａを燃焼室８ａに噴
射するための流体旋回通路２４ｃが形成されている。そ
して、燃焼室８ａ内に、ガス化ガス１５と窒素１３およ
び燃焼空気９ａが噴射されてこれらが燃焼すると、燃焼
室８ａ内には火炎２０ｂが形成されるとともに、燃料の
燃焼に伴って発生する排気ガスがタービン４に供給され
てタービン４が駆動され、タービン４の駆動によって発
電機６による発電が行われる。この場合、始動時には、
タービン４は、起動用モータ（図示省略）などの外部動
力によって駆動され、ガスタービン燃焼器３には、圧縮
機２の吐出空気９ａと軽油７が供給され、これらが燃焼
室８ａ内で燃焼される。その後、燃料供給量の増加に伴
ってガスタービン（圧縮機２と燃焼器３およびタービン
４を含む。）が昇速される。この後、起動用モータの離
脱によりガスタービンは自立運転に入り、ガスタービン
の回転数が無負荷定格回転数に達した後、発電機６が併
入されてガスタービンの駆動による発電が開始される。
なお、酸素製造装置５においては、酸素１２を製造した
際に窒素が生成され、生成された窒素１３は、その後、
窒素昇圧器（図示省略）にて所定の圧力に昇圧された
後、窒素流量制御弁３０を介してガスタービン燃焼器３
に供給されるようになっている。The gas turbine combustor 3 includes a light oil fuel nozzle 22, a fuel nozzle 23, and the like. The light oil combustion nozzle 22 receives the light oil 7 as fuel and the atomized air 29, and receives the light oil 7 and the atomized air 29. To the combustion chamber 8a
A fuel injection nozzle is formed as an auxiliary fuel injection nozzle for forming a flame in the combustion chamber 8a and holding the flame. The fuel nozzle 23 is arranged in the air swirler 24 together with the fuel nozzle body 19 to form a gasified gas passage 24b with the fuel nozzle body 19, and is introduced into the gasified gas passage 24b. Gasification gas 1
Numeral 5 is configured to be injected into the combustion chamber 8a through the air swirler 24 from a fuel injection hole 24a formed on the tip side (combustion chamber 8a side) of the fuel nozzle body 19. The air swirler 24 has a fluid swirl passage 24c for injecting the nitrogen 13 and the combustion air 9a into the combustion chamber 8a. Then, when the gasified gas 15, nitrogen 13 and combustion air 9a are injected into the combustion chamber 8a and burned, a flame 20b is formed in the combustion chamber 8a and is generated with the combustion of the fuel. The exhaust gas is supplied to the turbine 4 to drive the turbine 4, and the driving of the turbine 4 causes the generator 6 to generate power. In this case, when starting,
The turbine 4 is driven by an external power such as a starting motor (not shown) or the like, and the gas turbine combustor 3 is supplied with the discharge air 9a of the compressor 2 and the light oil 7, and these are burned in the combustion chamber 8a. You. Thereafter, the speed of the gas turbine (including the compressor 2, the combustor 3, and the turbine 4) is increased with an increase in the fuel supply amount. Thereafter, the gas turbine enters a self-sustaining operation due to the detachment of the starting motor, and after the rotation speed of the gas turbine reaches the rated no-load rotation speed, the generator 6 is inserted and power generation by driving the gas turbine is started. You.
In the oxygen producing apparatus 5, nitrogen is produced when producing the oxygen 12, and the produced nitrogen 13 is thereafter produced.
After the pressure is increased to a predetermined pressure by a nitrogen booster (not shown), the gas turbine combustor 3
It is supplied to.
【００２５】次に、ガスタービン燃焼器３の具体的構成
について説明する。Next, a specific configuration of the gas turbine combustor 3 will be described.
【００２６】ガスタービン燃焼器３はほぼ円筒状に形成
されたライナー８を備えており、ライナー８は燃焼室８
ａの隔壁を構成するようになっている。燃焼室８ａの軸
方向端部には流体導入部としての空気旋回器２４が設け
られている。ライナー８は圧力容器としての燃焼器外筒
１６内に収容されており、外筒１６とライナー８との間
には円筒状のフロースリーブ１７が設けられている。外
筒１６とフロースリーブ１７の軸方向端部はエンドカバ
ー２１によって閉塞されている。ライナー８とフロース
リーブ１７との間には空気通路９ｂが形成されており、
この空気通路９ｂには、圧縮機２の吐出空気である燃焼
空気９ａがライナー８の外周側とライナー冷却用フロー
スリーブ１７との間を通過し、ライナー８の壁面を冷却
しながら空気旋回器２４側に供給されるようになってい
る。さらにライナー８には、複数個の燃焼空気孔２６
ａ、２６ｂが２列に分かれて円周方向に沿って一定の間
隔で形成されており、燃焼空気９ａが各燃焼空気孔２６
ａ、２６ｂを介して燃焼室８ａ内に供給されるようにな
っている。空気通路９ｂ内には、パイプ状の窒素噴射ノ
ズル２７が複数個ライナー８の外周に沿って円弧状に配
置されており、各窒素噴射ノズル２７の一端はエンドカ
バー２１に固定されている。各窒素噴射ノズル２７に
は、酸素製造装置５で生成された窒素が窒素流量制御弁
３０を介して導入されるようになっており、各窒素噴射
ノズル２７には、エンドカバー２１側に第１の窒素噴射
孔２７ａが形成され、燃焼空気孔２６ａを臨む位置に第
２の窒素噴射孔２７ｂが形成されている。すなわち各窒
素噴射ノズル２７は酸素製造装置５で生成された窒素１
３を窒素噴射孔２７ａ、２７ｂから空気通路９ｂ内に噴
射するようになっており、空気通路９ｂ内の窒素１３と
燃焼空気９ａが空気旋回器２４に導入されるようになっ
ている。The gas turbine combustor 3 has a liner 8 formed in a substantially cylindrical shape.
a of the partition wall. An air swirler 24 as a fluid introduction unit is provided at an axial end of the combustion chamber 8a. The liner 8 is housed in a combustor outer cylinder 16 as a pressure vessel, and a cylindrical flow sleeve 17 is provided between the outer cylinder 16 and the liner 8. The axial ends of the outer cylinder 16 and the flow sleeve 17 are closed by an end cover 21. An air passage 9b is formed between the liner 8 and the flow sleeve 17,
In the air passage 9b, combustion air 9a, which is the discharge air of the compressor 2, passes between the outer peripheral side of the liner 8 and the flow sleeve 17 for cooling the liner, and cools the wall of the liner 8 while cooling the wall of the liner 8. Side. Further, the liner 8 has a plurality of combustion air holes 26.
a, 26b are divided into two rows and are formed at regular intervals along the circumferential direction.
a and 26b are supplied into the combustion chamber 8a. In the air passage 9b, a plurality of pipe-shaped nitrogen injection nozzles 27 are arranged in an arc shape along the outer circumference of the liner 8, and one end of each nitrogen injection nozzle 27 is fixed to the end cover 21. Nitrogen generated by the oxygen production apparatus 5 is introduced into each nitrogen injection nozzle 27 through a nitrogen flow control valve 30. Is formed, and a second nitrogen injection hole 27b is formed at a position facing the combustion air hole 26a. That is, each nitrogen injection nozzle 27 is provided with the nitrogen 1 generated by the oxygen production apparatus 5.
3 is injected from the nitrogen injection holes 27a and 27b into the air passage 9b, and the nitrogen 13 and the combustion air 9a in the air passage 9b are introduced into the air swirler 24.
【００２７】空気旋回器２４はほぼ円盤状に形成されて
ライナー８の軸方向端部に固定されており、空気旋回器
２４の径方向中心部には、円筒状に形成された燃料ノズ
ルボディ１９が挿入されて固定されている。燃料ノズル
ボディ１９は円筒状のケース１９ａを介してエンドカバ
ー２１に固定されており、燃料ノズルボディ１９内には
軽油噴射ノズル２２と燃料ノズル２３が収納されてい
る。ケース１９ａは配管を介してガス化炉１と接続され
ており、ケース１９ａと燃料ノズルボディ１９との間お
よび燃料ノズル２３と燃料ノズルボディ１９との間には
ガス化ガス１５を空気旋回器２４に導くガス化ガス通路
２４ｂが形成されている。The air swirler 24 is formed in a substantially disk shape and is fixed to an axial end of the liner 8. A radially central portion of the air swirler 24 has a cylindrical fuel nozzle body 19. Is inserted and fixed. The fuel nozzle body 19 is fixed to the end cover 21 via a cylindrical case 19a, and a light oil injection nozzle 22 and a fuel nozzle 23 are housed in the fuel nozzle body 19. The case 19a is connected to the gasification furnace 1 via a pipe, and the gasification gas 15 is supplied between the case 19a and the fuel nozzle body 19 and between the fuel nozzle 23 and the fuel nozzle body 19 by an air swirler 24. Is formed.
【００２８】また、空気旋回器２４には、燃焼空気９ａ
と窒素１３を燃焼室８ａ内に噴射するための流体旋回通
路２４ｃが複数個一定の間隔を保って環状に形成されて
いる。各流体旋回通路２４ｃには、空気旋回器２４の軸
心を基準にして一定角度傾斜した旋回角αが設定されて
いるとともに、空気旋回２４の軸心を通る線と平行な線
に対して一定の角度、空気旋回器２４の軸心側に傾斜し
た内向角γが設定されている。このため、各流体旋回通
路２４ｃは、導入した燃焼空気９ａおよび窒素１３によ
る旋回流を形成するとともに、燃焼空気９ａおよび窒素
１３を燃焼室８ａの軸心方向に向けて噴射し、噴射され
た燃焼空気９ａおよび窒素１３による循環流を燃焼室８
ａ内に形成させるようになっている。すなわち燃料ノズ
ル２３、燃料ノズルボディ１９および空気旋回器２４
は、ガス化ガス１５を導入するとともにガス化ガス１５
と別に空気通路９ｂ内の燃焼空気９ａおよび窒素１３を
導入して燃焼室８ａ内に噴射する主燃料噴射ノズルとし
て構成されている。The air swirler 24 includes the combustion air 9a.
And a plurality of fluid swirling passages 24c for injecting nitrogen and nitrogen 13 into the combustion chamber 8a are formed in an annular shape at a constant interval. In each fluid swirl passage 24c, a swirl angle α that is inclined at a fixed angle with respect to the axis of the air swirler 24 is set, and is fixed with respect to a line parallel to a line passing through the axis of the air swirler 24. , An inward angle γ inclined toward the axis of the air swirler 24 is set. For this reason, each fluid swirl passage 24c forms a swirl flow by the introduced combustion air 9a and nitrogen 13 and injects the combustion air 9a and nitrogen 13 toward the axial direction of the combustion chamber 8a, and the injected combustion The circulation flow of the air 9a and the nitrogen 13 is
a. That is, the fuel nozzle 23, the fuel nozzle body 19, and the air swirler 24
Introduces gasification gas 15 and gasification gas 15
Separately, it is configured as a main fuel injection nozzle for introducing combustion air 9a and nitrogen 13 in the air passage 9b and injecting it into the combustion chamber 8a.
【００２９】また、本実施形態においては、燃料噴射孔
２４ａの外向角βは、各燃料噴射孔２４ａを二次元（平
面）に投影した角度θとライナー８の内壁面との交点が
燃焼空気孔２６ａと燃焼空気孔２６ｂとの間になるよう
に設定されている。すなわち燃焼空気孔のうち一部の燃
焼空気孔２６ａは燃料噴射孔２４ａの延長線とライナー
８との交点よりも流体導入部側（空気旋回器２４）側に
形成されている。Further, in the present embodiment, the outward angle β of the fuel injection holes 24a is defined by the intersection of the angle θ at which each fuel injection hole 24a is projected two-dimensionally (in a plane) and the inner wall surface of the liner 8 is the combustion air hole. It is set to be between 26a and the combustion air hole 26b. That is, some of the combustion air holes 26a are formed closer to the fluid introduction section (air swirler 24) than the intersection of the liner 8 and the extension of the fuel injection hole 24a.
【００３０】また、本実施形態において、各燃焼空気孔
２６ａと各窒素噴射孔２７ｂは、ライナー８の軸心と直
交する軸からライナー８の軸方向に沿って同じ距離だけ
離れた位置に形成されているとともに、ライナー８の軸
心を基準として周方向の角度が同位相となる位置（同一
ピッチの位置）に形成されている。Further, in the present embodiment, each combustion air hole 26a and each nitrogen injection hole 27b are formed at the same distance from the axis orthogonal to the axis of the liner 8 along the axial direction of the liner 8. At the same time, they are formed at positions (positions at the same pitch) where the angles in the circumferential direction are in phase with respect to the axis of the liner 8.
【００３１】上記構成において、起動用モータによって
タービン４が駆動されるとともに軽油７が燃焼され、こ
の燃焼に伴う排気ガスがタービン４に送給され、軽油７
の供給量の増加に伴ってガスタービンが加速されて、起
動用モータの離脱によりガスタービンが自立運転に入
り、ガスタービンの回転数が無負荷定格回転数に達した
後、発電機６が併入され、発電機６による発電が開始さ
れる。このとき酸素製造装置５で製造される窒素１３
は、窒素流量制御弁３０によって流量が調整された後、
窒素噴射ノズル２７から空気通路９ｂ内に噴射され、こ
の一部が燃焼空気孔２６ａ内に噴射されて混合ガス（燃
焼ガス）と混合され、低温燃焼時におけるＮＯｘの生成
が抑制される。In the above configuration, the turbine 4 is driven by the starting motor, and the light oil 7 is burned. Exhaust gas accompanying the combustion is supplied to the turbine 4 and the light oil 7 is discharged.
The gas turbine is accelerated with an increase in the supply amount of the gas, and the gas turbine enters a self-sustaining operation due to the detachment of the starting motor. After the rotation speed of the gas turbine reaches the rated no-load rotation speed, the generator 6 Power generation by the generator 6 is started. At this time, the nitrogen 13 produced by the oxygen production apparatus 5
After the flow rate is adjusted by the nitrogen flow control valve 30,
The nitrogen is injected from the nitrogen injection nozzle 27 into the air passage 9b, a part of which is injected into the combustion air hole 26a and mixed with the mixed gas (combustion gas), thereby suppressing the generation of NOx during low-temperature combustion.
【００３２】この後、ガス化炉１で生成されたガス化ガ
ス１５の供給が可能になると、ガスタービン燃焼器３で
は、部分負荷の状態にて軽油焚からガス焚へ運転モード
が切替られ、ガス化ガス１５が燃焼室８ａ内に噴射され
るとともに燃焼空気９ａと窒素１３が燃焼室８ａ内に噴
射される。この場合、空気通路９ｂ内には窒素噴射孔２
７ａと窒素噴射孔２７ｂからそれぞれ窒素が噴射される
ため、空気旋回器２４を通過する空気中の酸素濃度は、
窒素噴射孔２７ａのみから窒素１３を全量噴射した場合
に比べて高くなるため、ガス化ガス１５の供給量が少な
い部分負荷条件（低負荷条件）において、火炎２０ｂを
一定温度以上にすることが可能になるとともに、未燃分
の排出濃度が高まるのを抑制することが可能になる。After that, when the gasification gas 15 generated in the gasification furnace 1 can be supplied, the operation mode of the gas turbine combustor 3 is switched from light oil firing to gas firing in a partial load state, The gasification gas 15 is injected into the combustion chamber 8a, and the combustion air 9a and nitrogen 13 are injected into the combustion chamber 8a. In this case, the nitrogen injection hole 2 is provided in the air passage 9b.
7a and the nitrogen injection holes 27b respectively inject nitrogen, the oxygen concentration in the air passing through the air swirler 24 is
Since the temperature is higher than when the entire amount of nitrogen 13 is injected only from the nitrogen injection holes 27a, the flame 20b can be maintained at a certain temperature or higher under partial load conditions (low load conditions) where the supply amount of the gasification gas 15 is small. As a result, it is possible to suppress an increase in the emission concentration of the unburned portion.
【００３３】一方、ガス化ガス１５の供給量が多くなる
高負荷条件では、燃焼ノズル２３の先端側と燃焼空気孔
２６ａとを結ぶ領域は、ＮＯｘ生成領域となるが、空気
旋回器２４から、均一に混合された低酸素濃度の空気と
ガス化ガス１５とが供給され、これがら燃焼して燃焼ガ
スが発生する過程で、燃焼空気孔２６ａから供給される
窒素１３と燃焼ガスとの混合によって、全域に渡って火
炎２０ｂの温度を低くすることができ、ＮＯｘの生成を
抑制することが可能になる。On the other hand, under a high load condition in which the supply amount of the gasification gas 15 increases, a region connecting the front end side of the combustion nozzle 23 and the combustion air hole 26a becomes a NOx generation region. The uniformly mixed air having a low oxygen concentration and the gasified gas 15 are supplied, and in the process of burning and generating the combustion gas, the mixture of the nitrogen 13 and the combustion gas supplied from the combustion air holes 26a is provided. Thus, the temperature of the flame 20b can be lowered over the entire area, and the generation of NOx can be suppressed.
【００３４】ここで、第１の窒素噴射孔２７ａから窒素
１３を全量噴射した場合、燃料ノズル１３の前面側に形
成される火炎２０ｂの温度は低下するものの、供給され
る空気の量が少ないため、酸素不足によって燃焼反応が
遅れ、残存するガス化ガス１５と燃焼空気孔２６ａから
供給される燃焼空気９ａとの混合により燃焼空気孔２６
ａよりも下流側（燃焼空気孔２６ｂ側）に高温領域が生
成され、この高温領域が燃焼空気孔２６ｂの下流側にも
広がる。これに対して、本実施形態においては、窒素噴
射ノズル２７に２列に分かれて設けられた窒素噴射孔２
７ａ、２７ｂからそれぞれ窒素が噴射されるため、低負
荷での燃焼効率を確保するのと同時に燃焼空気孔２６ａ
よりも下流側に、ＮＯｘの生成領域となる高温領域が発
生するのを阻止することができる。Here, when the entire amount of nitrogen 13 is injected from the first nitrogen injection holes 27a, although the temperature of the flame 20b formed on the front side of the fuel nozzle 13 decreases, the amount of supplied air is small. The combustion reaction is delayed due to the lack of oxygen, and the remaining gasified gas 15 and the combustion air 9a supplied from the combustion air hole 26a are mixed to form the combustion air hole 26.
A high-temperature region is generated downstream of (a) (on the side of the combustion air hole 26b), and this high-temperature region also spreads downstream of the combustion air hole 26b. On the other hand, in the present embodiment, the nitrogen injection holes 2 provided in the nitrogen injection nozzle 27 in two rows are provided.
7a and 27b, the nitrogen is injected from each of the combustion air holes 26a while ensuring the combustion efficiency at low load.
It is possible to prevent the generation of a high-temperature region that is a NOx generation region on the downstream side.
【００３５】次に、本発明の第２実施形態を図２にした
がって説明する。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【００３６】本実施形態は、第１の窒素噴射孔２７ａの
流路面積の大きさをガスタービン負荷に応じて制御する
窒素噴射量制御手段としてのヘッダー部２８を設けると
ともに、フロースリーブ１７に第１の窒素噴射孔２７ａ
と第２の窒素噴射孔２７ｂを形成し、ヘッダー部２８に
酸素製造装置５の製造による窒素を供給し、ヘッダー部
２８とフロースリーブ１７によって窒素噴射ノズルを形
成するようにしたものであり、他の構成は図１のものと
同様である。In this embodiment, a header portion 28 is provided as a nitrogen injection amount control means for controlling the size of the flow passage area of the first nitrogen injection hole 27a in accordance with the gas turbine load. One nitrogen injection hole 27a
And a second nitrogen injection hole 27b are formed, and nitrogen produced by the oxygen production apparatus 5 is supplied to the header 28, and a nitrogen injection nozzle is formed by the header 28 and the flow sleeve 17. Is similar to that of FIG.
【００３７】ヘッダー部２８は円筒状のスライドリング
４０と、スライドリング４０の移動を案内するガイド４
１を備えており、スライドリング４０はフロースリーブ
１７の外周側に配置されている。このスライドリング４
０は、外筒１６に設けられたモータなどを含む駆動機構
によってライナー８の軸方向に沿って往復移動するよう
になっている。さらにスライドリング４０には、窒素噴
射孔２７ａとほぼ同じ大きさの噴射孔４０ａが形成され
いるとともに、第２の窒素噴射孔２７ｂよりも面積の大
きい噴射孔４０ｂが２列に分かれてそれぞれ円周方向に
沿って複数個形成されている。なお、窒素噴射孔２７ｂ
は燃焼空気孔２６ａを臨む位置にあって、前記実施形態
と同様に燃焼空気孔２６ａと同じ位置で且つ同位相の位
置に形成されている。The header 28 includes a cylindrical slide ring 40 and a guide 4 for guiding the movement of the slide ring 40.
1 and the slide ring 40 is arranged on the outer peripheral side of the flow sleeve 17. This slide ring 4
Numeral 0 reciprocates along the axial direction of the liner 8 by a drive mechanism including a motor and the like provided on the outer cylinder 16. Further, the slide ring 40 is formed with injection holes 40a having substantially the same size as the nitrogen injection holes 27a, and the injection holes 40b having a larger area than the second nitrogen injection holes 27b are divided into two rows and each of them has a circumferential shape. A plurality is formed along the direction. The nitrogen injection holes 27b
Is located at a position facing the combustion air hole 26a, and is formed at the same position and in the same phase as the combustion air hole 26a as in the above-described embodiment.
【００３８】一方、窒素噴射孔２７ａは、ガスタービン
の低負荷条件においては、スライドリング４０の移動に
より全閉状態となり、負荷の上昇に伴ってスライドリン
グ４０がエンドカバー２１側に移動するにしたがって窒
素噴射孔２７ａと噴射孔４０ａとを結ぶ通路の面積が徐
々に大きくなり、さらに、タービンの高負荷条件におい
ては、窒素噴射孔２７ａと噴射孔４０ａの開口部が一致
し、両者を結ぶ通路の開口面積が最大となる。On the other hand, under low load conditions of the gas turbine, the nitrogen injection holes 27a are fully closed by the movement of the slide ring 40, and as the load increases, the slide ring 40 moves toward the end cover 21. The area of the passage connecting the nitrogen injection hole 27a and the injection hole 40a gradually increases, and further, under high load conditions of the turbine, the openings of the nitrogen injection hole 27a and the injection hole 40a coincide with each other, and The opening area is maximized.
【００３９】すなわち、各噴射孔から噴射される窒素の
流量比は、図３に示すように設定されており、ガスター
ビンの無負荷定格回転数からガス化ガス１５の専焼モー
ドとなる燃料切り替え負荷条件までは、窒素は窒素噴射
孔２７ｂから全量噴射され、燃焼器頭部の火炎温度を確
保することによって未燃分の排出を抑制することができ
る。そして、その後ガス化ガス１５の供給量の増加によ
ってガスタービン負荷が上昇する高負荷条件では、スラ
イドリング４０の移動に伴って窒素噴射孔２７ａの開口
面積が徐々に大きくなって、噴射孔２７ａの流量比率も
増加し、空気旋回器２４に向けて噴射する窒素と燃焼空
気孔２６ａから流入する窒素によって燃焼器内部の温度
領域が削減され、ＮＯｘが低減される。That is, the flow ratio of the nitrogen injected from each injection hole is set as shown in FIG. 3, and the fuel switching load in which the gasification gas 15 is set to the exclusive combustion mode from the no-load rated rotation speed of the gas turbine. Until the condition, the entire amount of nitrogen is injected from the nitrogen injection holes 27b, and emission of unburned components can be suppressed by securing the flame temperature at the combustor head. Then, under a high load condition in which the gas turbine load increases due to an increase in the supply amount of the gasification gas 15, the opening area of the nitrogen injection hole 27 a gradually increases with the movement of the slide ring 40, and the injection hole 27 a The flow rate ratio also increases, and the temperature region inside the combustor is reduced by the nitrogen injected toward the air swirler 24 and the nitrogen flowing from the combustion air holes 26a, and NOx is reduced.
【００４０】前記実施形態においては、スライドリング
４０をライナー８の軸方向に沿って移動させるものにつ
いて述べたが、スライドリング４０をライナー８の円周
方向に沿って移動させる構成を採用しても、同様の効果
が得られる。In the above embodiment, the slide ring 40 is moved along the axial direction of the liner 8, but the slide ring 40 may be moved along the circumferential direction of the liner 8. The same effect can be obtained.
【００４１】以上述べたように、前記各実施形態によれ
ば、窒素を分散して燃焼領域内に供給することによっ
て、特に、ガス化発電プラントのような不活性媒体の噴
射量が多い場合に、ガスタービンの低負荷条件での燃焼
効率の向上と高負荷条件での低ＮＯｘ化を達成すること
可能になる。As described above, according to each of the above embodiments, by dispersing and supplying nitrogen into the combustion zone, particularly when the injection amount of the inert medium is large, such as in a gasification power plant. Thus, it is possible to improve the combustion efficiency under low load conditions of the gas turbine and to reduce NOx under high load conditions.
【００４２】また、本実施形態においては、窒素噴射孔
２７ａの開口面積を可変にすることで、窒素噴射孔２７
ａを常時開口させた場合よりも部分負荷での燃焼安定性
を向上できるとともに高負荷でのＮＯｘの低減を達成で
きる。In the present embodiment, the opening area of the nitrogen injection hole 27a is made variable so that the nitrogen injection hole 27a
It is possible to improve the combustion stability at a partial load as compared with the case where the valve a is always opened, and to achieve the reduction of NOx at a high load.
【００４３】また、前記各実施形態においては、窒素と
空気がライナー８の軸心方向に噴射され、ガス化ガスが
ライナー８の壁面に向けて噴射されるため、高負荷条件
においてライナーのメタル温度が上昇するのを防止する
こともできる。In each of the above embodiments, since nitrogen and air are injected in the axial direction of the liner 8 and gasified gas is injected toward the wall surface of the liner 8, the metal temperature of the liner under high load conditions is increased. Can be prevented from rising.
【００４４】なお、前記各実施形態においては、石炭ガ
ス化複合発電プラントに本発明を適用したものについて
述べたが、ガス化炉で重質油を燃料として酸素でガス化
する重質油ガス化複合発電プラントにも本発明を適用す
ることができる。In each of the embodiments described above, the present invention is applied to an integrated coal gasification combined cycle power plant. However, heavy oil gasification using heavy oil as a fuel in a gasification furnace to gasify with oxygen. The present invention can be applied to a combined cycle power plant.
【００４５】[0045]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
プラントの効率を損なうことなく、ガスタービンの部分
負荷条件での燃焼安定性を確保することができるととも
に高負荷条件での低ＮＯｘ化を達成することが可能にな
る。As described above, according to the present invention,
It is possible to secure the combustion stability under partial load conditions of the gas turbine and to reduce NOx under high load conditions without impairing the efficiency of the plant.
【図１】本発明の第１実施形態を示すガス化発電プラン
トの全体構成図である。FIG. 1 is an overall configuration diagram of a gasification power plant showing a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２実施形態を示すガスタービン燃焼
器の縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a gas turbine combustor showing a second embodiment of the present invention.
【図３】ガスタービン負荷と窒素噴射量流量比率との関
係を示す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between a gas turbine load and a nitrogen injection amount flow rate ratio.
１ ガス火炉 ２ 圧縮機 ３ ガスタービン燃焼器 ４ ガスタービン ５ 酸素製造装置 ６ 発電機 ８ ライナー ８ａ 燃料室 ９ａ 燃焼空気 ９ｂ 空気通路 １３ 窒素 １４ 石炭 １５ ガス化ガス ２４ 空気旋回器 ２４ａ 燃料噴射孔 ２４ｂ ガス化ガス通路 ２４ｃ 流体旋回通路 ２６ａ、２６ｂ 燃焼空気孔 ２７ 窒素噴射ノズル ２７ａ、２７ｂ 窒素噴射孔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas furnace 2 Compressor 3 Gas turbine combustor 4 Gas turbine 5 Oxygen production device 6 Generator 8 Liner 8a Fuel chamber 9a Combustion air 9b Air passage 13 Nitrogen 14 Coal 15 Gasification gas 24 Air swirler 24a Fuel injection hole 24b Gas Gas passage 24c Fluid swirl passage 26a, 26b Combustion air hole 27 Nitrogen injection nozzle 27a, 27b Nitrogen injection hole
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２３Ｒ 3/28 Ｆ２３Ｒ 3/28 Ｂ (72)発明者 林 明典 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 小林 成嘉 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 長谷川 武治 神奈川県横須賀市長坂二丁目６番１号 財 団法人電力中央研究所 横須賀研究所内 (72)発明者 久松 暢 神奈川県横須賀市長坂二丁目６番１号 財 団法人電力中央研究所 横須賀研究所内──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) F23R 3/28 F23R 3/28 B (72) Inventor Akinori Hayashi 7-2-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 7 Hitachi, Ltd. Power and Electricity Development Division (72) Inventor Shigeyoshi Kobayashi 7-2-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd. Power and Electricity Development Division (72) Inventor Takeharu Hasegawa 2-6-1 Nagasaka, Yokosuka City, Kanagawa Prefecture Inside the Central Research Institute of Electric Power Industry Yokosuka Research Center (72) Inventor Nobu Hisamatsu 2-6-1 Nagasaka, Yokosuka City, Kanagawa Prefecture Central Electric Power Research Institute Yokosuka Research Center
Claims (5)
室の隔壁を構成するとともに前記燃焼室の軸方向端部に
流体導入部を有するライナーと、前記ライナーを収容す
る圧力容器と、前記ライナーと前記圧力容器との間に形
成されて燃焼空気を前記流体導入部に導く空気通路と、
前記空気通路内に配置されて前記空気通路内に窒素を噴
射する窒素噴射ノズルと、前記ライナーの流体導入部に
配置され燃料をガス化して得られたガス化ガスを前記燃
焼室内のライナー壁面に向けて噴射するとともに前記ガ
ス化ガスとは別に前記空気通路内の空気および窒素を導
入して前記燃焼室内のライナー軸心方向に向けて噴射す
る主燃料噴射ノズルと、前記ライナーの流体導入部から
前記燃焼室内に燃料と空気を噴射し主噴射ノズルの火炎
を保持する補助燃料噴射ノズルとを備え、前記ライナー
には、前記空気通路内の空気を前記燃焼室内に供給する
複数の燃焼空気孔が前記燃焼室の周方向および軸方向に
沿って形成され、前記複数の燃焼空気孔のうち一部の燃
焼空気孔は前記燃料噴射孔の軸延長線と前記ライナーと
の交点よりも前記流体導入部側に形成され、前記窒素噴
射ノズルには、少なくとも前記一部の燃焼空気孔を臨む
位置に窒素噴射孔が形成されてなるガスタービン燃焼
器。1. A liner forming a partition of a combustion chamber for burning a mixture of fuel and air and having a fluid introduction portion at an axial end of the combustion chamber, a pressure vessel containing the liner, and the liner And an air passage formed between the pressure vessel and guiding the combustion air to the fluid introduction portion,
A nitrogen injection nozzle that is disposed in the air passage and injects nitrogen into the air passage, and a gasified gas obtained by gasifying fuel disposed in a fluid introduction portion of the liner is applied to a liner wall in the combustion chamber. A main fuel injection nozzle which injects air and nitrogen in the air passage separately from the gasified gas and injects the gas toward the axial direction of the liner in the combustion chamber, and a fluid introduction portion of the liner. An auxiliary fuel injection nozzle for injecting fuel and air into the combustion chamber and holding a flame of a main injection nozzle, wherein the liner has a plurality of combustion air holes for supplying air in the air passage into the combustion chamber. A part of the plurality of combustion air holes is formed along the circumferential direction and the axial direction of the combustion chamber, and a part of the plurality of combustion air holes is more than the intersection of the axial extension of the fuel injection hole and the liner. Is formed in the body inlet side, the nitrogen injection nozzle, a gas turbine combustor comprising nitrogen injection hole is formed at a position facing at least the part of the combustion air holes.
おいて、前記主燃料噴射ノズルには、導入したガス化ガ
スによる旋回流を形成するとともに前記ガス化ガスを前
記ライナー壁面に向けて噴射する燃料噴射孔が複数個環
状に形成され、且つ、導入した空気および窒素による旋
回流を形成するとともに前記空気および窒素を前記燃焼
室の軸心方向に向けて噴射する流体旋回通路が複数個環
状に形成されてなるガスタービン燃焼器。2. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein the main fuel injection nozzle forms a swirl flow by the introduced gasified gas and injects the gasified gas toward the liner wall surface. A plurality of fuel injection holes are formed in an annular shape, and a plurality of fluid swirling passages for forming a swirling flow by the introduced air and nitrogen and injecting the air and nitrogen toward the axial direction of the combustion chamber are formed in an annular shape. A gas turbine combustor formed.
燃焼器において、前記窒素噴射ノズルには、第１の窒素
噴射孔と第２の窒素噴射孔がそれぞれ複数個前記燃焼室
の周方向に沿って形成され、且つ、前記第２の窒素噴射
孔は前記一部の燃焼空気孔を臨む位置に形成され、前記
第１の窒素噴射孔は前記第２の窒素噴射孔よりも前記流
体導入部側に形成されてなることを特徴とするガスター
ビン燃焼器。3. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein the nitrogen injection nozzle has a plurality of first nitrogen injection holes and a plurality of second nitrogen injection holes in a circumferential direction of the combustion chamber. And the second nitrogen injection hole is formed at a position facing the part of the combustion air holes, and the first nitrogen injection hole is more fluid-introduced than the second nitrogen injection hole. A gas turbine combustor characterized by being formed on a side.
おいて、前記流体導入部側に形成された一部の燃焼空気
孔と前記第２の窒素噴射孔は、前記ライナーの流体導入
部において前記ライナーの軸心と直交する面から前記ラ
イナーの軸方向に沿って同じ距離だけ離れた位置に形成
されているとともに、前記ライナーの軸心を基準として
周方向の角度が同位相となる位置に形成されてなること
を特徴とするガスタービン燃焼器。4. The gas turbine combustor according to claim 3, wherein a part of the combustion air holes formed on the fluid introduction portion side and the second nitrogen injection holes are provided in the fluid introduction portion of the liner. It is formed at the same distance from the plane perpendicular to the axis of the liner along the axial direction of the liner, and at the position where the circumferential angles are in phase with respect to the axis of the liner. A gas turbine combustor characterized by being made.
か１項に記載のガスタービン燃焼器において、前記第１
の窒素噴射孔の流路面積の大きさをガスタービン負荷に
応じて制御する窒素噴射量制御手段を備えてなることを
特徴とするガスタービン燃焼器。5. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein said first gas turbine comprises:
A gas turbine combustor comprising nitrogen injection amount control means for controlling the size of the flow path area of the nitrogen injection hole according to the gas turbine load.
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- 2001-01-09 JP JP2001001364A patent/JP3765560B2/en not_active Expired - Fee Related
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