JP2012031730A - LOW-NOx COMBUSTION METHOD FOR GAS TURBINE COMBUSTOR - Google Patents

LOW-NOx COMBUSTION METHOD FOR GAS TURBINE COMBUSTOR Download PDF

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浩美 小泉
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聡 百々
Hirokazu Takahashi
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Tomohiro Asai
智広 浅井
Shohei Yoshida
正平 吉田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low-NOx combustion method for a gas turbine combustor, capable of suppressing the NOx exhaust amount, even when combusting fuel having a high hydrogen content, and can perform stable combustion.SOLUTION: In the low-NOx combustion method for a gas turbine combustor, inner circumferential fuel for strengthening flame-stabilization of a main burner of a gas turbine combustor is supplied to an inner circumferential side coaxial jet burner part located at an inner circumferential side of the main burner through an inner circumferential fuel system and burned. Outer circumferential fuel for the low-NOx combustion of the main burner is supplied to an outer circumferential side coaxial jet burner part located at an outer circumferential side of the main burner through an outer circumferential fuel system and burned. When the fuel having a high hydrogen content in burned, the supply of the inner circumferential fuel supplied to the inner circumferential side coaxial jet burner part of the main burner is interrupted, and the combustion by the outer circumferential fuel supplied to the outer circumferential side coaxial jet burner part of the main burner is continued to perform the low-NOx combustion operation.

Description

本発明は、燃料と空気を混合して燃焼するガスタービン燃焼器の低ＮＯｘ燃焼方法に関する。   The present invention relates to a low NOx combustion method for a gas turbine combustor that mixes and burns fuel and air.

近年、ガスタービンでは、資源有効利用の観点からガスタービンの主要燃料であるＬＮＧ（Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ）以外に水素を含む副生燃料を利用することが検討されている。   In recent years, in gas turbines, it has been studied to use by-product fuel containing hydrogen in addition to LNG (Liquid Natural Gas), which is the main fuel of gas turbines, from the viewpoint of effective use of resources.

水素は燃焼の際に二酸化炭素（ＣＯ２）を発生させないため、地球温暖化防止に貢献できる燃料である。水素を含む副生燃料は、例えば製鉄プロセスで高炉の原料となるコークス炉より発生するガス（ＣＯＧ：Ｃｏｋｅ Ｏｖｅｎ Ｇａｓ）や、石油製油所で発生するオフガス等がある。 Since hydrogen does not generate carbon dioxide (CO 2 ) during combustion, it is a fuel that can contribute to the prevention of global warming. By-product fuel containing hydrogen includes, for example, a gas (COG: Coke Oven Gas) generated from a coke oven that is a raw material of a blast furnace in an iron manufacturing process, an off-gas generated at a petroleum refinery, and the like.

また、石炭を酸素でガス化して得られるガス化ガスも水素を含む燃料である。石炭を酸素でガス化した燃料によって発電する石炭ガス化複合発電システム（ＩＧＣＣ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｏａｌ Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｙｃｌｅ）は、豊富な資源を有効に利用した発電システムであり、欧米を中心に実用化されている。   A gasification gas obtained by gasifying coal with oxygen is also a fuel containing hydrogen. IGCC: Integrated Coal Gasification Combined Cycle (IGCC), which generates electricity using fuel gasified with oxygen, is a power generation system that makes effective use of abundant resources and has been put to practical use mainly in Europe and the United States. .

また、近年、地球温暖化防止の観点から燃料中の炭素分を分離・除去するＣＯ２貯留・回収システム（ＣＣＳ：Ｃａｒｂｏｎ Ｄｉｏｘｉｄｅ Ｃａｐｔｕｒｅ ａｎｄ Ｓｔｏｒａｇｅ）が検討されている。このＣＯ２貯留・回収システムは、ＩＧＣＣやその他の発電システムへの適用も検討されている。 In recent years, a CO 2 storage and recovery system (CCS: Carbon Dioxide Capture and Storage) that separates and removes carbon in fuels has been studied from the viewpoint of preventing global warming. This CO 2 storage / recovery system is also being considered for application to IGCC and other power generation systems.

ＣＣＳによってＣＯ２を貯留・回収した後の燃料は、水素を多量に含む水素含有燃料となる。そのため、水素含有燃料を使用する燃焼器は水素特有の課題に対応する必要がある。また、ＩＧＣＣプラントは炭種やガス化炉負荷、ＣＣＳの運転条件等によって燃料組成が異なるため、燃料組成の変化に対応可能な燃焼器が必要となる。 The fuel after CO 2 is stored and recovered by CCS becomes a hydrogen-containing fuel containing a large amount of hydrogen. Therefore, a combustor that uses a hydrogen-containing fuel needs to cope with problems specific to hydrogen. In addition, since the fuel composition of the IGCC plant varies depending on the type of coal, gasifier load, CCS operating conditions, etc., a combustor that can cope with changes in fuel composition is required.

ＩＧＣＣプラントで発生する燃料は、発熱量が約１０ＭＪ／ｍ３Ｎの中カロリーガスである。このガスは一般的な高カロリー燃料であるＬＮＧに比べると、火炎温度が高くＮＯｘ低減対策が必要となる。 The fuel generated in the IGCC plant is a medium calorie gas with a calorific value of about 10 MJ / m 3 N. Compared to LNG, which is a general high-calorie fuel, this gas has a higher flame temperature and requires measures to reduce NOx.

また、ＣＣＳを設けることによって多量に発生する水素は可燃範囲が広く燃焼速度が速いため、特に、燃料と空気を予め混合して希薄燃焼によって低ＮＯｘ化を図る予混合燃焼方式では、燃焼の際に火炎がバーナに接近しやすくなり、バーナの信頼性を損なう恐れがある。したがって、予混合燃焼方式においては、バーナの信頼性確保が重要な課題となる。   In addition, since a large amount of hydrogen generated by providing CCS has a wide flammable range and a high combustion speed, the premixed combustion method, in which fuel and air are mixed in advance to achieve low NOx by lean combustion, is particularly useful during combustion. In addition, the flame tends to approach the burner, and the reliability of the burner may be impaired. Therefore, in the premixed combustion system, ensuring the reliability of the burner is an important issue.

一方、燃料と空気を別々の流路より供給する拡散燃焼方式においては、局所火炎温度が高くなりＮＯｘ排出量が増加する。その対策として、空気分離装置で発生する窒素を燃焼器に噴射し、局所火炎温度を低下する方法があげられるが、拡散燃焼方式と窒素噴射の組合せだけではＮＯｘ排出量の環境規制値を満足するのは難しくなる場合があり、蒸気噴射等の追加的措置が必要となる。   On the other hand, in the diffusion combustion method in which fuel and air are supplied from separate flow paths, the local flame temperature increases and the NOx emission increases. As a countermeasure, there is a method of injecting nitrogen generated in the air separation device into the combustor and lowering the local flame temperature, but the combination of the diffusion combustion method and nitrogen injection alone satisfies the environmental regulation value of NOx emissions. This can be difficult and requires additional measures such as steam injection.

前記した拡散燃焼方式以外に高温領域を緩和する燃焼方式として分散希薄燃焼方式が挙げられる。この分散希薄燃焼方式によるガスタービン燃焼器は、特開２００３−１４８７３４号公報に記載されているように、燃焼室内に噴射した燃料と空気を空気孔通過の際の縮流と急拡大によって急速に混合する同軸噴流バーナで構成しており、従来の予混合燃焼器に比べると混合距離が短く急速混合が可能であり、噴射する燃料を空気流で包み込んで空気ノズルを通過する際の縮流と急拡大によって燃料と空気を急速に混合するものである。   In addition to the diffusion combustion method described above, a dispersion lean combustion method can be cited as a combustion method for relaxing the high temperature region. As described in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-148734, the gas turbine combustor using this distributed lean combustion method is rapidly developed by the contraction and rapid expansion of the fuel and air injected into the combustion chamber when passing through the air holes. Consisting of a coaxial jet burner that mixes, the mixing distance is short compared to conventional premixed combustors, and rapid mixing is possible, and the compressed fuel is wrapped in an air flow and passed through an air nozzle. A rapid expansion is a rapid mixing of fuel and air.

特開２００３−１４８７３４号公報JP 2003-148734 A

前記特開２０１０−０６５９６３号公報に記載されているガスタービン燃焼器では、同軸噴流バーナ（メインバーナ）をマルチ化して燃焼器の上流に配置し、高カロリー燃料を分散・希薄燃焼することで低ＮＯｘ化を図っている。そしてガスタービンの幅広い負荷範囲を運転可能とするために、メインバーナに供給する燃料のうち、最内周に位置する第１の同軸噴流バーナ部に供給する保炎強化用の内周燃料と低ＮＯｘ燃焼用の外周燃料の系統に分け、最適な燃料比率［以下、外周燃料比率：（メインバーナ外周燃料流量）／（メインバーナ全流量）］で燃焼している。   In the gas turbine combustor described in the aforementioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-065963, the coaxial jet burner (main burner) is multi-positioned and arranged upstream of the combustor, and the high calorie fuel is dispersed and lean burned to achieve low NOx conversion is planned. In order to make it possible to operate a wide load range of the gas turbine, among the fuel supplied to the main burner, the inner peripheral fuel for flame holding reinforcement supplied to the first coaxial jet burner portion located at the innermost periphery is low. The fuel is divided into NOx combustion peripheral fuel systems and burned at an optimum fuel ratio [hereinafter referred to as peripheral fuel ratio: (main burner peripheral fuel flow rate) / (main burner total flow rate)].

しかしながら、前記ガスタービン燃焼器によって燃焼速度の速い水素含有燃料を燃焼した場合には、バーナに火炎が接近してバーナの信頼性を損なう恐れがある。即ち、同軸噴流バーナでは、噴出した燃料と空気の混合気はバーナと火炎との空間内でも混合しており、燃焼速度の速い燃料を燃焼し火炎がバーナに接近した場合にはバーナ出口から火炎までの混合距離が短くなる。   However, when hydrogen-containing fuel having a high combustion rate is burned by the gas turbine combustor, there is a risk that a flame may approach the burner and impair the burner reliability. That is, in the coaxial jet burner, the mixture of fuel and air ejected is also mixed in the space between the burner and the flame, and when the fuel burns at a high combustion speed and the flame approaches the burner, the flame is discharged from the burner outlet. The mixing distance becomes shorter.

この混合距離の短縮に伴って、ある火炎面においては燃料濃度の高い領域が発生して、火炎温度の上昇によるＮＯｘ排出量が増加し、燃料濃度が高くなることで燃焼速度が速くなってその領域を起点にバーナへの火炎接近・付着のリスクが高くなる。   As the mixing distance is shortened, a region with a high fuel concentration is generated on a certain flame surface, the NOx emission amount increases due to an increase in the flame temperature, and the fuel concentration increases to increase the combustion speed. The risk of approaching and sticking to the burner from the area increases.

そこで、メインバーナへの火炎接近・付着を防止するため、保炎強化用の内周燃料の流量を増加し、低ＮＯｘ燃焼用の燃料流量を低減させて外周燃料比率を低下させる運転を行っていたが、しかしながら、内周燃料流量の増加に伴って最内周に位置する第１の同軸噴流バーナ部の燃料濃度が高くなって火炎温度が上昇するため、ＮＯｘ排出量が増加するという課題があった。   Therefore, in order to prevent the flame from approaching and adhering to the main burner, the flow of the inner peripheral fuel for flame holding enhancement is increased, and the fuel flow for low NOx combustion is decreased to decrease the outer peripheral fuel ratio. However, as the inner peripheral fuel flow rate increases, the fuel concentration in the first coaxial jet burner portion located at the innermost periphery increases and the flame temperature rises, so that there is a problem that the NOx emission amount increases. there were.

本発明の目的は、燃料中の水素含有率が大きく増加する、あるいは高い水素含有率の燃料を燃焼した場合でも、ＮＯｘ排出量を抑制すると共に安定燃焼が可能なガスタービン燃焼器の低ＮＯｘ燃焼方法を提供することにある。   It is an object of the present invention to reduce the NOx emission of a gas turbine combustor that can suppress NOx emissions and perform stable combustion even when the hydrogen content in the fuel is greatly increased or when fuel with a high hydrogen content is burned. It is to provide a method.

本発明のガスタービン燃焼器の低ＮＯｘ燃焼方法は、燃料と空気を混合して燃焼させる燃焼室と、該燃焼室に燃料を噴射する複数の燃料ノズルと、前記燃料ノズルの下流側に設置され前記複数の燃料ノズルに対応して燃焼用空気を燃焼室に供給する複数の空気孔をそれぞれ備えた空気孔プレートと、前記燃料ノズルと空気孔プレートの空気孔を同軸、または同軸に近い状態で配置して構成されるメインバーナを前記燃焼室に面して空気プレートの外周側に複数個配置し、前記燃焼室に面して空気プレートの中心側となるメインバーナの内側に起動用燃料とガス燃焼が可能なパイロットバーナを配置し、前記メインバーナは該メインバーナの内周側から外周側にかけて環状に配設した燃料ノズルと空気孔プレートに環状に配設した空気孔とから形成される同軸噴流バーナ部を複数列配設し、前記各メインバーナの同軸噴流バーナ部に保炎を強化する内周燃料系統と低ＮＯｘ燃焼用の外周燃料供給系統がそれぞれ配設された構成のガスタービン燃焼器の低ＮＯｘ燃焼方法であって、前記メインバーナの保炎を強化する内周燃料は該メインバーナの内周側に位置した内周側の同軸噴流バーナ部に内周燃料系統を通じて供給して燃焼させ、前記メインバーナの低ＮＯｘ燃焼用の外周燃料は該メインバーナの外周側に位置した外周側の同軸噴流バーナ部に外周燃料供給系統を通じて供給して燃焼させ、前記燃料中の水素含有量が大きく増加する、或いは高水素含有燃料を燃焼する場合に、前記メインバーナの内周側の同軸噴流バーナ部に供給する内周燃料の供給を遮断すると共に、前記メインバーナの外周側の同軸噴流バーナ部に供給する外周燃料による燃焼を継続させて低ＮＯｘ燃焼運転を行うことを特徴とする。   A low-NOx combustion method for a gas turbine combustor according to the present invention includes a combustion chamber for mixing and burning fuel and air, a plurality of fuel nozzles for injecting fuel into the combustion chamber, and a downstream side of the fuel nozzle. An air hole plate provided with a plurality of air holes for supplying combustion air to the combustion chamber corresponding to the plurality of fuel nozzles, and the air holes of the fuel nozzle and the air hole plate are coaxial or close to coaxial. A plurality of main burners arranged to face the combustion chamber are arranged on the outer peripheral side of the air plate, and the starting fuel is placed inside the main burner facing the combustion chamber and on the center side of the air plate. A pilot burner capable of gas combustion is disposed, and the main burner includes a fuel nozzle disposed in an annular shape from an inner peripheral side to an outer peripheral side of the main burner and an air hole disposed in an annular shape in an air hole plate. A plurality of coaxial jet burner sections formed are arranged, and an inner peripheral fuel system for strengthening flame holding and an outer peripheral fuel supply system for low NOx combustion are arranged in the coaxial jet burner section of each main burner. In the low-NOx combustion method of the gas turbine combustor, the inner peripheral fuel for strengthening the flame holding of the main burner is connected to the inner peripheral fuel system on the inner peripheral coaxial jet burner portion located on the inner peripheral side of the main burner. The outer peripheral fuel for low NOx combustion of the main burner is supplied through the outer peripheral fuel supply system to the outer peripheral coaxial jet burner portion located on the outer peripheral side of the main burner, and burned. When the hydrogen content of the main burner is greatly increased or the high hydrogen content fuel is burned, the supply of the inner peripheral fuel supplied to the coaxial jet burner portion on the inner peripheral side of the main burner is shut off, and Allowed to continue combustion by the outer peripheral fuel supplied to the coaxial injection burner portion of the outer peripheral side of the over Na and performing low NOx combustion operated.

また、本発明のガスタービン燃焼器の低ＮＯｘ燃焼方法は、燃料と空気を混合して燃焼させる燃焼室と、該燃焼室に燃料を噴射する複数の燃料ノズルと、前記燃料ノズルの下流側に設置され前記複数の燃料ノズルに対応して燃焼用空気を燃焼室に供給する複数の空気孔をそれぞれ備えた空気孔プレートと、前記燃料ノズルと空気孔プレートの空気孔を同軸、または同軸に近い状態で配置して構成されるメインバーナを前記燃焼室に面して空気プレートの外周側に複数個配置し、前記燃焼室に面して空気プレートの中心側となるメインバーナの内側に起動用燃料とガス燃焼が可能なパイロットバーナを配置し、前記メインバーナは該メインバーナの内周側から外周側にかけて環状に配設した燃料ノズルと空気孔プレートに環状に配設した空気孔とから形成される同軸噴流バーナ部を複数列配設し、前記各メインバーナの同軸噴流バーナ部に保炎を強化する内周燃料系統と低ＮＯｘ燃焼用の外周燃料供給系統がそれぞれ配設された構成のガスタービン燃焼器の低ＮＯｘ燃焼方法であって、前記メインバーナの保炎を強化する内周燃料は該メインバーナの内周側に位置した内周側の同軸噴流バーナ部に複数の系統に分岐した内周燃料系統を通じて供給して燃焼させ、前記メインバーナの低ＮＯｘ燃焼用の外周燃料は該メインバーナの外周側に位置した外周側の同軸噴流バーナ部に外周燃料供給系統を通じて供給して燃焼させ、前記燃料中の水素含有量が大きく増加する、或いは高水素含有燃料を燃焼する場合に、前記メインバーナの内周側の同軸噴流バーナ部に供給する複数の系統に分岐した内周燃料系統のうち、一方の系統の内周燃料系統を経由した内周燃料の供給を遮断すると共に、前記メインバーナの外周側の同軸噴流バーナ部に供給する外周燃料による燃焼を継続させて低ＮＯｘ燃焼運転を行うことを特徴とする。   The low-NOx combustion method for a gas turbine combustor according to the present invention includes a combustion chamber for mixing and burning fuel and air, a plurality of fuel nozzles for injecting fuel into the combustion chamber, and a downstream side of the fuel nozzle. An air hole plate provided with a plurality of air holes for supplying combustion air to the combustion chamber corresponding to the plurality of fuel nozzles, and the air holes of the fuel nozzle and the air hole plate are coaxial or close to coaxial. A plurality of main burners arranged and arranged in the state are arranged on the outer peripheral side of the air plate facing the combustion chamber, and are activated inside the main burner facing the combustion chamber and on the center side of the air plate A pilot burner capable of fuel and gas combustion is disposed, and the main burner is annularly disposed from an inner peripheral side to an outer peripheral side of the main burner and an air hole annularly disposed in an air hole plate. A plurality of coaxial jet burner portions formed from the inner peripheral fuel system and the outer peripheral fuel supply system for low NOx combustion are arranged in the coaxial jet burner portions of the main burners. A low-NOx combustion method for a gas turbine combustor configured as described above, wherein the inner peripheral fuel for strengthening the flame holding of the main burner has a plurality of systems in an inner peripheral coaxial jet burner portion located on the inner peripheral side of the main burner The outer peripheral fuel for low NOx combustion of the main burner is supplied to the outer peripheral coaxial jet burner located on the outer peripheral side of the main burner through the outer peripheral fuel supply system. When the hydrogen content in the fuel is greatly increased or the high hydrogen content fuel is burned, it is branched into a plurality of systems that supply the coaxial jet burner portion on the inner peripheral side of the main burner Among the inner peripheral fuel systems, the supply of the inner peripheral fuel via the inner peripheral fuel system of one system is shut off, and the combustion by the outer peripheral fuel supplied to the coaxial jet burner portion on the outer peripheral side of the main burner is continued. And performing low NOx combustion operation.

また、本発明のガスタービン燃焼器の低ＮＯｘ燃焼方法は、燃料と空気を混合して燃焼させる燃焼室と、該燃焼室に燃料を噴射する複数の燃料ノズルと、前記燃料ノズルの下流側に設置され前記複数の燃料ノズルに対応して燃焼用空気を燃焼室に供給する複数の空気孔をそれぞれ備えた空気孔プレートと、前記燃料ノズルと空気孔プレートの空気孔を同軸、または同軸に近い状態で配置して構成されるメインバーナを前記燃焼室に面して空気プレートの外周側に複数個配置し、前記燃焼室に面して空気プレートの中心側となるメインバーナの内側に起動用燃料とガス燃焼が可能なパイロットバーナを配置し、前記メインバーナは該メインバーナの内周側から外周側にかけて環状に配設した燃料ノズルと空気孔プレートに環状に配設した空気孔とから形成される同軸噴流バーナ部を複数列配設し、前記各メインバーナの同軸噴流バーナ部に保炎を強化する内周燃料系統と低ＮＯｘ燃焼用の外周燃料供給系統がそれぞれ配設され、更に低ＮＯｘ燃焼用の燃料を供給する第２の外周燃料系統が配設された構成のガスタービン燃焼器の低ＮＯｘ燃焼方法であって、前記メインバーナの保炎を強化する内周燃料は該メインバーナの内周側に位置した内周側の同軸噴流バーナ部に内周燃料系統を通じて供給して燃焼させ、前記メインバーナの低ＮＯｘ燃焼用の外周燃料は該メインバーナの外周側に位置した外周側の同軸噴流バーナ部に外周燃料供給系統を通じて供給して燃焼させ、前記メインバーナの内周側の同軸噴流バーナ部に隣接した外周側の同軸噴流バーナ部に第２の外周燃料系統を通じて供給して燃焼させ、前記燃料中の水素含有量が大きく増加する、或いは高水素含有燃料を燃焼する場合に、前記メインバーナの内周側の同軸噴流バーナ部に隣接した外周側の同軸噴流バーナ部に第２の外周燃料系統を通じて供給する燃料の供給を遮断すると共に、前記メインバーナの内周側の同軸噴流バーナ部に供給する内周燃料の供給を継続させ、前記メインバーナの外周側の同軸噴流バーナ部に供給する外周燃料による燃焼を継続させて低ＮＯｘ燃焼運転を行うことを特徴とする。   The low-NOx combustion method for a gas turbine combustor according to the present invention includes a combustion chamber for mixing and burning fuel and air, a plurality of fuel nozzles for injecting fuel into the combustion chamber, and a downstream side of the fuel nozzle. An air hole plate provided with a plurality of air holes for supplying combustion air to the combustion chamber corresponding to the plurality of fuel nozzles, and the air holes of the fuel nozzle and the air hole plate are coaxial or close to coaxial. A plurality of main burners arranged and arranged in the state are arranged on the outer peripheral side of the air plate facing the combustion chamber, and are activated inside the main burner facing the combustion chamber and on the center side of the air plate A pilot burner capable of fuel and gas combustion is disposed, and the main burner is annularly disposed from an inner peripheral side to an outer peripheral side of the main burner and an air hole annularly disposed in an air hole plate. A plurality of coaxial jet burner portions formed from the inner peripheral fuel system for reinforcing flame holding and the outer peripheral fuel supply system for low NOx combustion are arranged in the coaxial jet burner portions of the main burners, Further, a low NOx combustion method for a gas turbine combustor having a configuration in which a second outer peripheral fuel system for supplying fuel for low NOx combustion is disposed, wherein the inner peripheral fuel for strengthening flame holding of the main burner is The outer peripheral fuel for low NOx combustion of the main burner is located on the outer peripheral side of the main burner, supplied to the inner peripheral coaxial jet burner portion located on the inner peripheral side of the main burner through the inner peripheral fuel system and burned. The outer peripheral coaxial jet burner is supplied through the outer peripheral fuel supply system and burned, and the outer peripheral coaxial jet burner adjacent to the inner peripheral coaxial jet burner is passed through the second outer peripheral fuel system. When the hydrogen content in the fuel is greatly increased or the high hydrogen content fuel is burned, the coaxial jet burner on the outer peripheral side adjacent to the coaxial jet burner portion on the inner peripheral side of the main burner The supply of fuel supplied to the part through the second outer peripheral fuel system is shut off, and the supply of the inner peripheral fuel supplied to the coaxial jet burner part on the inner peripheral side of the main burner is continued, and the outer peripheral side of the main burner is The low NOx combustion operation is performed by continuing the combustion with the outer peripheral fuel supplied to the coaxial jet burner.

本発明によれば、燃料中の水素含有率が大きく増加する、あるいは高い水素含有率の燃料を燃焼した場合でも、ＮＯｘ排出量を抑制すると共に安定燃焼が可能なガスタービン燃焼器の低ＮＯｘ燃焼方法が実現できる。   According to the present invention, low NOx combustion of a gas turbine combustor capable of suppressing NOx emissions and performing stable combustion even when the hydrogen content in the fuel is greatly increased or fuel with a high hydrogen content is burned. A method can be realized.

図１に示した第１実施例のガスタービン燃焼器を備えたＩＧＣＣプラントの系統を示す概略図。Schematic which shows the system | strain of the IGCC plant provided with the gas turbine combustor of 1st Example shown in FIG. 本発明の第１実施例であるガスタービン燃焼器の構造を示す部分図。1 is a partial view showing the structure of a gas turbine combustor that is a first embodiment of the present invention. FIG. 図１に示した第１実施例のガスタービン燃焼器を燃焼室の下流側から見た図。The figure which looked at the gas turbine combustor of 1st Example shown in FIG. 1 from the downstream of the combustion chamber. 図１に示した第１実施例のガスタービン燃焼器によるガスタービン負荷に対するバーナの燃料流量変化を示す概念図。The conceptual diagram which shows the fuel flow rate change of the burner with respect to the gas turbine load by the gas turbine combustor of 1st Example shown in FIG. 図１に示した第１実施例のガスタービン燃焼器に設置されたメインバーナの保炎の概念を示す概念図。The conceptual diagram which shows the concept of the flame holding of the main burner installed in the gas turbine combustor of 1st Example shown in FIG. 図５に示した第１実施例のガスタービン燃焼器のメインバーナを下流側から見た図。The figure which looked at the main burner of the gas turbine combustor of 1st Example shown in FIG. 5 from the downstream. 図１に示した第１実施例のガスタービン燃焼器に設置されたメインバーナの構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the main burner installed in the gas turbine combustor of 1st Example shown in FIG. 図７に示した第１実施例のガスタービン燃焼器に設置されたメインバーナのガスタービン負荷に対する燃料流量変化を示す概念図。The conceptual diagram which shows the fuel flow rate change with respect to the gas turbine load of the main burner installed in the gas turbine combustor of 1st Example shown in FIG. 図１に示した第１実施例のガスタービン燃焼器に設置されたメインバーナに火炎が接近・付着する状況を示す概念図。The conceptual diagram which shows the condition where a flame approaches and adheres to the main burner installed in the gas turbine combustor of 1st Example shown in FIG. 本発明の第２実施例であるガスタービン燃焼器のメインバーナの構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the main burner of the gas turbine combustor which is 2nd Example of this invention. 図１０に示した第２実施例のガスタービン燃焼器のメインバーナを下流側から見た図。The figure which looked at the main burner of the gas turbine combustor of 2nd Example shown in FIG. 10 from the downstream. 本発明の第３実施例であるガスタービン燃焼器のメインバーナの構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the main burner of the gas turbine combustor which is 3rd Example of this invention. 図１２に示した第３実施例のガスタービン燃焼器に設置されたメインバーナのガスタービン負荷に対する燃料流量変化を示す概念図。The conceptual diagram which shows the fuel flow rate change with respect to the gas turbine load of the main burner installed in the gas turbine combustor of 3rd Example shown in FIG.

本発明の実施例であるガスタービン燃焼器について図面を用いて以下に説明する。   A gas turbine combustor which is an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本発明の第１実施例であるガスタービン燃焼器の燃焼方法が適用されるガスタービン燃焼器について図１乃至図５、図１０乃至図１３を用いて説明する。   A gas turbine combustor to which a combustion method for a gas turbine combustor according to a first embodiment of the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 1 to 5 and FIGS. 10 to 13.

図１は、本発明の第１実施例であるガスタービン燃焼器を備えた酸素吹き石炭ガス化発電プラントの概略系統を示すものである。この石炭ガス化発電プラントの構成及び系統は、ガス化炉２１、ガス精製装置２２、ＣＯ２回収装置２３、ガスタービン装置５、空気分離装置１１等で構成されている。 FIG. 1 shows a schematic system of an oxygen-blown coal gasification power plant equipped with a gas turbine combustor according to a first embodiment of the present invention. The configuration and system of this coal gasification power plant includes a gasification furnace 21, a gas purification device 22, a CO 2 recovery device 23, a gas turbine device 5, an air separation device 11, and the like.

ガス化炉２１では供給された石炭２０と空気分離装置１１から酸素の昇圧圧縮機１５を経由して供給された酸素１２０とを反応させ、この反応で発生した石炭ガス化ガス６０をガス精製装置２２で脱硫・脱塵して燃料中の不純物を除去し、クリーンな燃料であるＣＯ２回収前の石炭ガス化ガス６２としてガスタービン装置５のガスタービン燃焼器３に供給する。 In the gasification furnace 21, the supplied coal 20 and the oxygen 120 supplied from the air separation device 11 via the oxygen boosting compressor 15 are reacted, and the coal gasification gas 60 generated by this reaction is reacted with the gas purification device. At 22, desulfurization and dust removal are performed to remove impurities in the fuel, and the gas is supplied to the gas turbine combustor 3 of the gas turbine device 5 as a coal gasification gas 62 before CO 2 recovery, which is a clean fuel.

ガスタービン装置５のガスタービン燃焼器３では、供給された石炭ガス化ガス６２又は石炭ガス化ガス６３と圧縮機２によって空気１０１を圧縮した燃焼用空気１０２とを混合して燃焼させて熱エネルギーを発生させ、タービン４によってこの熱エネルギーを回転エネルギーに変換し、タービン４から発電機６に動力が伝えられることで発電を行う。   In the gas turbine combustor 3 of the gas turbine device 5, the supplied coal gasified gas 62 or the coal gasified gas 63 and the combustion air 102 obtained by compressing the air 101 by the compressor 2 are mixed and combusted to obtain thermal energy. The thermal energy is converted into rotational energy by the turbine 4 and power is transmitted from the turbine 4 to the generator 6 to generate power.

前記石炭ガス化発電プラントにおいては、ＣＯ２回収前の石炭ガス化ガス６２を発生させることによってＣＯ２回収装置２３の運転が可能となる。ＣＯ２回収装置２３は燃料である石炭ガス化ガス６２中の炭素分を水蒸気とのシフト反応によって水素とＣＯ２を発生させ、ＣＯ２を回収する設備である。 In the coal gasification power plant, it is possible to operation of the CO 2 recovery apparatus 23 by generating a CO 2 recovery before the coal gasification gas 62. CO 2 recovery device 23 the carbon content of the coal gasification gas 62 as fuel to generate hydrogen and CO 2 by a shift reaction with steam, a facility for recovering CO 2.

ＣＯ２回収装置２３が稼働した後は、ＣＯ２回収装置２３によって石炭ガス化ガス６２中のＣＯ２を回収した石炭ガス化ガス６３はガスタービン装置５のガスタービン燃焼器３に供給されて燃焼するので、この石炭ガス化ガス６３は徐々に燃料中の水素含有率が増加し、ガスタービン燃焼器３に供給される石炭ガス化ガス６３の燃料の組成は前記ＣＯ２回収装置２３によるＣＯ２回収の前後で大きく異なるのが特徴である。 After the CO 2 recovery device 23 is operated, the coal gasification gas 63 obtained by recovering the CO 2 in the coal gasification gas 62 by the CO 2 recovery device 23 is supplied to the gas turbine combustor 3 of the gas turbine device 5 and combusted. since, the coal gasification gas 63 is gradually increased hydrogen content in the fuel, CO 2 is the composition of the fuel in the coal gasification gas 63 supplied to the gas turbine combustor 3 by the CO 2 recovering apparatus 23 It is characterized by a large difference between before and after recovery.

Figure 2012031730
Figure 2012031730

前記ＣＯ２回収装置２３によるＣＯ２回収前の燃料中の代表的な水素含有率は、表１に示すように２５〜３０ｖｏｌ．％であるが（組成１）、ＣＯ２回収装置２３によるＣＯ２回収後は燃料中の炭素分を水蒸気とのシフト反応によってＣＯ２に転換後、分離・除去するため、ＣＯ２回収率の増加に伴い水素含有率は高くなり、ＣＯ２回収率９０％の場合には、水素含有率が８０〜９０ｖｏｌ．％まで高くなり（組成２）、燃焼速度の速い燃料がガスタービン装置５のガスタービン燃焼器３に供給されることになる。 As shown in Table 1, typical hydrogen content in the fuel before CO 2 recovery by the CO 2 recovery device 23 is 25-30 vol. % (Composition 1), but after CO 2 recovery by the CO 2 recovery device 23, the carbon content in the fuel is converted to CO 2 by a shift reaction with water vapor, and then separated and removed, increasing the CO 2 recovery rate As a result, the hydrogen content increases. When the CO 2 recovery rate is 90%, the hydrogen content is 80 to 90 vol. % (Composition 2), fuel with a high combustion rate is supplied to the gas turbine combustor 3 of the gas turbine device 5.

石炭ガス化発電プラントにおいては、ガス精製装置２２を通過後の石炭ガス化ガス６２をガスタービン装置５のガスタービン燃焼器３に供給中にＣＯ２回収装置２３を運転すると、ガスタービン燃焼器３に供給される石炭ガス化ガス中の水素含有率は徐々に高くなるので、ガスタービン燃焼器３では火炎がバーナに接近してバーナの信頼性を損なう恐れがある。 In the coal gasification power plant, when the CO 2 recovery device 23 is operated while supplying the coal gasification gas 62 after passing through the gas purification device 22 to the gas turbine combustor 3 of the gas turbine device 5, the gas turbine combustor 3 Since the hydrogen content in the coal gasification gas supplied to is gradually increased, in the gas turbine combustor 3, the flame may approach the burner and impair the burner reliability.

そこで、本実施例のガスタービン燃焼器３においては、図２に示した構造のガスタービン燃焼器３を使用している。即ち、本実施例のガスタービン燃焼器３を備えたガスタービン装置５は、空気１０１を圧縮して燃焼用空気１０２をガスタービン燃焼器３に供給する圧縮機２と、供給された石炭ガス化ガス６２又は石炭ガス化ガス６３と圧縮機２で空気１０１を圧縮した燃焼用空気１０２とを混合して燃焼させて熱エネルギーを発生するガスタービン燃焼器３と、熱エネルギーを回転エネルギーに変換するタービン４と、タービン４によって駆動される発電機６と、起動時に圧縮機２を駆動する起動用モーター８等で構成されている。   Therefore, in the gas turbine combustor 3 of the present embodiment, the gas turbine combustor 3 having the structure shown in FIG. 2 is used. That is, the gas turbine device 5 including the gas turbine combustor 3 of the present embodiment includes the compressor 2 that compresses the air 101 and supplies the combustion air 102 to the gas turbine combustor 3, and the supplied coal gasification Gas turbine combustor 3 that generates heat energy by mixing and burning gas 62 or coal gasification gas 63 and combustion air 102 compressed with air 101 by compressor 2, and converts the heat energy into rotational energy The turbine 4, a generator 6 driven by the turbine 4, and a starting motor 8 that drives the compressor 2 at the time of starting are configured.

前記ガスタービン装置５の運転は、起動用モーター８の駆動によって圧縮機２が大気より吸込んだ空気１０１を圧縮し、燃焼用空気１０２をガスタービン燃焼器３へと供給する。ガスタービン燃焼器３は圧縮機２による燃焼用空気１０２と起動用燃料５１（ここでは、液体燃料として説明する）、またはＣＯ２回収前の石炭ガス化ガス６２、またはＣＯ２回収後の石炭ガス化ガス６３とを混合させて燃焼することによって燃焼ガス１４０を発生させ、燃焼ガス１４０をタービン４に供給して駆動する。 The operation of the gas turbine device 5 compresses the air 101 sucked from the atmosphere by the compressor 2 by driving the starter motor 8 and supplies the combustion air 102 to the gas turbine combustor 3. The gas turbine combustor 3 includes combustion air 102 and starting fuel 51 (described here as liquid fuel) by the compressor 2, coal gasification gas 62 before CO 2 recovery, or coal gas after CO 2 recovery. Combustion gas 140 is generated by mixing with combusted gas 63 and burned, and combustion gas 140 is supplied to turbine 4 and driven.

タービン４は燃焼ガス１４０の供給により回転動力が与えられ、タービン４の回転動力が圧縮機２及び発電機６に伝達されて駆動する。圧縮機２に伝えられた回転動力は圧縮動力に用いられ、発電機６に伝えられた回転動力は電気エネルギーに変換される。   The turbine 4 is supplied with rotational power by supplying the combustion gas 140, and the rotational power of the turbine 4 is transmitted to the compressor 2 and the generator 6 to be driven. The rotational power transmitted to the compressor 2 is used as compression power, and the rotational power transmitted to the generator 6 is converted into electric energy.

次に本実施例のガスタービン燃焼器３の構造について詳細に説明する。図２及び図３に本実施例のガスタービン燃焼器３の断面構造を示したように、ガスタービン燃焼器３は、圧力容器である円筒状の外筒１０の内部に円筒状の燃焼室１２を備えており、燃焼室１２の上流となるガスタービン燃焼器３の頭部の軸心側にパイロットバーナ３５０（本実施例では１個）を、このパイロットバーナ３５０の外周側に複数個（本実施例では６個）のメインバーナ３００を配置している。   Next, the structure of the gas turbine combustor 3 of the present embodiment will be described in detail. As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the cross-sectional structure of the gas turbine combustor 3 of this embodiment is shown. The gas turbine combustor 3 includes a cylindrical combustion chamber 12 in a cylindrical outer cylinder 10 that is a pressure vessel. The pilot burner 350 (one in the present embodiment) is provided on the axial center side of the head of the gas turbine combustor 3 upstream of the combustion chamber 12, and a plurality (one of these is provided on the outer peripheral side of the pilot burner 350. In the embodiment, six) main burners 300 are arranged.

前記パイロットバーナ３５０には、起動用燃料５１での起動を可能とする油ノズル５１ａと、該油ノズル５１ａの外周に配置されてガス燃焼が可能な燃料ノズル３２０を複数個有する同軸噴流バーナを備えている。このように構成することにより、前記パイロットバーナ３５０は油燃料５１によって起動し、部分負荷条件で水素含有燃料（燃料：Ｇｐ系統）への燃料切り替えが可能となる。   The pilot burner 350 is provided with a coaxial jet burner having a plurality of oil nozzles 51a capable of starting with the starting fuel 51 and a plurality of fuel nozzles 320 disposed on the outer periphery of the oil nozzle 51a and capable of gas combustion. ing. With this configuration, the pilot burner 350 is activated by the oil fuel 51, and the fuel can be switched to a hydrogen-containing fuel (fuel: Gp system) under a partial load condition.

一方、低ＮＯｘ燃焼のためのメインバーナ３００は、パイロットバーナ３５０の外周側に複数個（６個）配置され、各メインバーナ３００に備えられた複数個の燃料ノズル３２０は、この燃料ノズル３２０の下流側に設置した空気孔プレート３１５に形成した複数個の空気孔３１０の入口とほぼ同軸となるように、ガス燃焼が可能な前記燃料ノズル３２０を複数個有する同軸噴流バーナを備えている。   On the other hand, a plurality (six) of main burners 300 for low NOx combustion are arranged on the outer peripheral side of the pilot burner 350, and the plurality of fuel nozzles 320 provided in each main burner 300 are A coaxial jet burner having a plurality of the fuel nozzles 320 capable of gas combustion is provided so as to be substantially coaxial with the inlets of the plurality of air holes 310 formed in the air hole plate 315 installed on the downstream side.

前記メインバーナ３００には、上流側に配置した複数個の燃料ノズル３２０と、下流側に配置した空気孔プレート３１５に形成した複数個の空気孔３１０をそれぞれ環状に配列して、メインバーナ３００の軸心側から半径方向外方にかけて、第１の同軸噴流バーナ部３０１、第２の同軸噴流バーナ部３０２、第３の同軸噴流バーナ部３０３、第４の同軸噴流バーナ部３０４をそれぞれ形成している。   In the main burner 300, a plurality of fuel nozzles 320 arranged on the upstream side and a plurality of air holes 310 formed in the air hole plate 315 arranged on the downstream side are arranged in an annular shape, respectively. A first coaxial jet burner portion 301, a second coaxial jet burner portion 302, a third coaxial jet burner portion 303, and a fourth coaxial jet burner portion 304 are formed from the axial center side to the radially outer side, respectively. Yes.

更にガスタービン燃焼器３の燃焼室に面した前記メインバーナ３００の出口形状は、図１にその断面形状を示したように燃焼室側に突出した傾斜面を有する凸型構造となっており、水素含有率の高い燃料に対しても燃焼室内で形成される火炎がバーナ近傍へ接近・付着しにくい構造となっている。   Furthermore, the outlet shape of the main burner 300 facing the combustion chamber of the gas turbine combustor 3 has a convex structure having an inclined surface protruding toward the combustion chamber as shown in the sectional shape in FIG. The structure is such that the flame formed in the combustion chamber is difficult to approach and adhere to the vicinity of the burner even for fuel with a high hydrogen content.

前記各メインバーナ３００には、第１の同軸噴流バーナ部３０１に燃料を供給する、保炎を強化するための内周燃料の燃料系統Ｇ１と、第２の同軸噴流バーナ部３０２乃至第４の同軸噴流バーナ部３０４に燃料をそれぞれ供給する、低ＮＯｘ燃焼用の外周燃料の燃料系統Ｇ２が配設されており、ガスタービンの運転状態や燃料組成に応じて制御装置２００の操作によって各メインバーナ３００に供給する内周燃料Ｇ１と外周燃料Ｇ２の燃料比率調整を行なっている。   Each main burner 300 is supplied with fuel to the first coaxial jet burner section 301. The fuel system G1 of the inner peripheral fuel for strengthening flame holding and the second coaxial jet burner sections 302 to 4 are used. An outer peripheral fuel system G2 for low NOx combustion that supplies fuel to the coaxial jet burner 304 is provided, and each main burner is operated by the operation of the control device 200 according to the operating state and fuel composition of the gas turbine. The fuel ratio of the inner peripheral fuel G1 and the outer peripheral fuel G2 supplied to 300 is adjusted.

即ち、ガスタービン燃焼器３に供給される燃料の調節は、ガスタービン負荷に対応させて制御装置２００から出力した操作信号によってパイロットバーナ３５０に供給する燃料Ｇｐ、メインバーナ３００に供給する内周燃料Ｇ１、及びメインバーナ３００に供給する外周燃料Ｇ２の燃料流量を調節する燃料調節弁２１の開度を操作することによって行われる。   That is, the adjustment of the fuel supplied to the gas turbine combustor 3 is performed by adjusting the fuel Gp supplied to the pilot burner 350 and the inner peripheral fuel supplied to the main burner 300 according to the operation signal output from the control device 200 corresponding to the gas turbine load. It is performed by operating the opening of the fuel control valve 21 that adjusts the fuel flow rate of the outer peripheral fuel G2 supplied to G1 and the main burner 300.

次に本実施例のガスタービン燃焼器３を備えた酸素吹き石炭ガス化発電プラントの運転方法について図１乃至図３を用いて説明する。   Next, an operation method of the oxygen-blown coal gasification power plant equipped with the gas turbine combustor 3 of the present embodiment will be described with reference to FIGS.

図１乃至図３において、酸素吹き石炭ガス化発電プラントに備えられたガスタービン装置５は、始動時に起動用モーター８などの外部動力によって駆動される。   1 to 3, the gas turbine device 5 provided in the oxygen-blown coal gasification power plant is driven by external power such as a starter motor 8 at the time of starting.

ガスタービン装置５の圧縮機２の回転数をガスタービン燃焼器３の着火条件相当の回転数に保持することで、ガスタービン燃焼器３には着火に必要な燃焼空気１０２が圧縮機２から供給され着火条件が成立する。   By maintaining the rotational speed of the compressor 2 of the gas turbine device 5 at a rotational speed corresponding to the ignition condition of the gas turbine combustor 3, the combustion air 102 necessary for ignition is supplied from the compressor 2 to the gas turbine combustor 3. The ignition condition is satisfied.

ガスタービン燃焼器３に供給する燃料は、制御装置２００の制御により、起動用の液体燃料５１をパイロットバーナ３５０に備えられた油ノズル５１ａに供給することによってガスタービン燃焼器３の燃焼室内で着火させて該液体燃料５１を燃焼させる。   The fuel supplied to the gas turbine combustor 3 is ignited in the combustion chamber of the gas turbine combustor 3 by supplying the starting liquid fuel 51 to the oil nozzle 51 a provided in the pilot burner 350 under the control of the control device 200. The liquid fuel 51 is burned.

その後、ガスタービン燃焼器３で発生した燃焼ガス１４０がタービン４に供給され、液体燃料５１の流量増加とともにタービン４が昇速する。そして起動用モーター８の離脱によりガスタービン装置５は自立運転に入り、無負荷定格回転数に到達する。   Thereafter, the combustion gas 140 generated in the gas turbine combustor 3 is supplied to the turbine 4, and the turbine 4 is accelerated as the flow rate of the liquid fuel 51 increases. Then, the gas turbine device 5 enters a self-sustaining operation by the separation of the starting motor 8 and reaches the no-load rated rotational speed.

ガスタービン装置５が無負荷定格回転数に到達後は発電機６を併入し、さらには液体燃料５１の流量増加によってタービン４の入口ガス温度を上昇させ、ガスタービン装置の負荷を増加させていく。   After the gas turbine device 5 reaches the no-load rated speed, the generator 6 is inserted, and further, the inlet gas temperature of the turbine 4 is increased by increasing the flow rate of the liquid fuel 51 to increase the load of the gas turbine device. Go.

一方、酸素吹き石炭ガス化発電プラントのガス化炉２１の負荷上昇に伴ってガスタービン装置５のガスタービン燃焼器３に燃料の石炭ガス化ガス６２（ＣＯ２回収率０％）の供給が可能になると、ガスタービン燃焼器３に設置したパイロットバーナ３５０は油専焼からガス専焼に燃料切り替えが可能となる。 On the other hand, as the load of the gasification furnace 21 of the oxygen-blown coal gasification power plant increases, the fuel gasification gas 62 (CO 2 recovery rate 0%) can be supplied to the gas turbine combustor 3 of the gas turbine device 5. Then, the pilot burner 350 installed in the gas turbine combustor 3 can switch fuel from oil-only combustion to gas-only combustion.

制御装置２００の制御により、ガスタービン燃焼器３に設置したパイロットバーナ３５０をガス専焼に燃料を切り替え後は、ガスタービン燃焼器３からタービン４に流入するガス流量の増加に伴って、ガスタービン燃焼器３に設置したメインバーナ３００に供給する燃焼割合を増加させ、ガスタービン装置の負荷を増加させることが可能となる。   After the pilot burner 350 installed in the gas turbine combustor 3 is switched to fuel exclusively for gas under the control of the control device 200, the gas turbine combustion is performed as the gas flow rate flowing from the gas turbine combustor 3 into the turbine 4 increases. It is possible to increase the combustion ratio supplied to the main burner 300 installed in the vessel 3 and increase the load of the gas turbine device.

ガスタービン燃焼器３に設置したメインバーナ３００による燃料の燃焼は、制御装置２００による制御によって、保炎強化用の内周燃料（Ｇ１）と低ＮＯｘ燃焼用の外周燃料（Ｇ２）の流量比率を調整することができ、外周燃料比率の増加に伴い内周燃料の流量が減少し、即ちガスタービン燃焼器３で燃焼する火炎温度が低下するのでガスタービン燃焼器３の低ＮＯｘ燃焼が可能となる。   The combustion of the fuel by the main burner 300 installed in the gas turbine combustor 3 is controlled by the control device 200 so that the flow rate ratio between the inner peripheral fuel (G1) for flame holding enhancement and the outer peripheral fuel (G2) for low NOx combustion is increased. As the outer peripheral fuel ratio increases, the flow rate of the inner peripheral fuel decreases, that is, the temperature of the flame combusted in the gas turbine combustor 3 decreases, so that the gas turbine combustor 3 can perform low NOx combustion. .

本実施例のガスタービン装置５に設けられたガスタービン燃焼器３の運転スケジュールの概略を図４に示す。図４において、横軸のガスタービン装置の負荷に対して縦軸の燃料流量として示した液体燃料５１である油と、ＣＯ２回収前の石炭ガス化ガス６２（またはＣＯ２回収後の石炭ガス化ガス６３）である石炭ガスの燃料流量の変化を示したものである。なお、図中のａ〜ｅの状態は、
ａ） 着火
ｂ） 無負荷定格回転数
ｃ） 燃料切り替え開始前
ｄ） 燃料切り替え完了後
ｅ） 定格負荷
を表わし、ａ〜ｃが起動用の液体燃料５１（油）での専焼、ｃ〜ｄが起動用の液体燃料５１とＣＯ２回収前の石炭ガス化ガス６２（又はＣＯ２回収後の石炭ガス化ガス６３）のガス燃料との混焼、ｄ〜ｅがＣＯ２回収前の石炭ガス化ガス６２（又はＣＯ２回収後の石炭ガス化ガス６３）のガス燃料専焼の運転状態である。 An outline of an operation schedule of the gas turbine combustor 3 provided in the gas turbine device 5 of the present embodiment is shown in FIG. In FIG. 4, the oil that is the liquid fuel 51 shown as the fuel flow rate on the vertical axis with respect to the load of the gas turbine apparatus on the horizontal axis, and the coal gasification gas 62 before CO 2 recovery (or the coal gas after CO 2 recovery) This shows a change in the fuel flow rate of coal gas, which is a gasification gas 63). In addition, the state of ae in the figure is
a) Ignition b) No-load rated speed c) Before starting fuel switching d) After fuel switching is completed e) Expressing the rated load, a to c are exclusively fired with the starting liquid fuel 51 (oil), c to d Co-firing of liquid fuel 51 for start-up and gas fuel of coal gasification gas 62 before CO 2 recovery (or coal gasification gas 63 after recovery of CO 2 ), de is a coal gasification gas before CO 2 recovery 62 (or the coal gasification gas 63 after CO 2 recovery) is in an operating state of gas fuel combustion only.

ガスタービン燃焼器３に供給される燃料の切り替えは、図２に示した制御装置２００からの操作信号によって燃料Ｇｐ、Ｇ１、Ｇ２を供給する燃料調節弁２１の開度を操作することによって行われる。   The fuel supplied to the gas turbine combustor 3 is switched by operating the opening degree of the fuel control valve 21 that supplies the fuels Gp, G1, and G2 according to the operation signal from the control device 200 shown in FIG. .

そして図４に示したように、燃料切り替え直後はパイロットバーナ３５０での燃料流量が多くなるが、その後のガスタービン装置の負荷上昇に伴いメインバーナ３００での燃焼割合を増加させるため、パイロットバーナ３５０の燃料流量は低下することになる。   As shown in FIG. 4, the fuel flow rate in the pilot burner 350 increases immediately after the fuel switching, but the pilot burner 350 increases the combustion rate in the main burner 300 as the load of the gas turbine device increases thereafter. The fuel flow rate will decrease.

次に本実施例のガスタービン燃焼器３におけるメインバーナ３００の保炎の概念について図５及び図６を用いて説明する。まず、ガスタービン燃焼器３におけるメインバーナ３００の保炎の概念とバーナへの火炎接近・付着の原因について説明する。   Next, the concept of flame holding of the main burner 300 in the gas turbine combustor 3 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6. First, the concept of flame holding of the main burner 300 in the gas turbine combustor 3 and the cause of the flame approach / attachment to the burner will be described.

図５及び図６は、本実施例のガスタービン燃焼器３に設けたメインバーナ３００の軸心側から半径方向外周側に向かって、第１の同軸噴流バーナ部３０１、第２の同軸噴流バーナ部３０２及び第３の同軸噴流バーナ部３０３をそれぞれ備えたメインバーナ３００の拡大断面と正面図をそれぞれ示したものである。   5 and 6 show the first coaxial jet burner 301 and the second coaxial jet burner from the axial center side of the main burner 300 provided in the gas turbine combustor 3 of the present embodiment toward the outer peripheral side in the radial direction. The expansion cross section and front view of the main burner 300 each provided with the part 302 and the 3rd coaxial jet burner part 303 are each shown.

即ち、メインバーナ３００を構成する空気孔プレート３１５の軸中心から半径方向外周側に向かって、第１列目となる環状の空気孔３１０の配列が第１の同軸噴流バーナ部３０１であり、空気孔プレート３１５の軸中心から第２列目及び３列目となる環状の空気孔３１０の配列がそれぞれ第２の同軸噴流バーナ部３０２及び第３の同軸噴流バーナ部３０３となる。   That is, the arrangement of the annular air holes 310 in the first row from the axial center of the air hole plate 315 constituting the main burner 300 toward the outer periphery in the radial direction is the first coaxial jet burner portion 301, The arrangement of the annular air holes 310 in the second and third rows from the axial center of the hole plate 315 is a second coaxial jet burner portion 302 and a third coaxial jet burner portion 303, respectively.

本実施例のガスタービン燃焼器３のメインバーナ３００は、複数個の燃料ノズル３２０と、該複数の燃料ノズル３２０の下流側に設置された複数個の空気孔３１０を備えた空気孔プレート３１５とで構成される。   The main burner 300 of the gas turbine combustor 3 of this embodiment includes a plurality of fuel nozzles 320 and an air hole plate 315 having a plurality of air holes 310 installed on the downstream side of the plurality of fuel nozzles 320. Consists of.

前記空気孔プレート３１５には環状に配置された複数個の燃料ノズル３２０と対応させて複数個の空気孔３１０がそれぞれ環状に開口しており、この空気孔プレート３１５に開口した複数個の空気孔３１０の上流に、複数個の各空気孔３１０とほぼ同軸となるように前記複数個の燃料ノズル３２０を配置した構成となっている。   A plurality of air holes 310 are annularly opened in the air hole plate 315 so as to correspond to a plurality of fuel nozzles 320 arranged in an annular shape, and a plurality of air holes opened in the air hole plate 315 are provided. The plurality of fuel nozzles 320 are arranged upstream of 310 so as to be substantially coaxial with the plurality of air holes 310.

本実施例のガスタービン燃焼器３に設けたメインバーナ３００には、軸心側から半径方向外方にかけて、第１の同軸噴流バーナ部３０１、第２の同軸噴流バーナ部３０２及び第３の同軸噴流バーナ部３０３がそれぞれ備えられている。   The main burner 300 provided in the gas turbine combustor 3 of the present embodiment includes a first coaxial jet burner portion 301, a second coaxial jet burner portion 302, and a third coaxial shaft from the axial center side to the radially outer side. A jet burner portion 303 is provided.

ガスタービン燃焼器３のメインバーナ３００を形成する軸心側の１列目の空気孔３１０（１列目の同軸噴流バーナ部３０１）の出口は、図６に示した旋回角θを設けることによって、燃焼室内に形成される保炎を強化する構造となっている。   The outlet of the first row of air holes 310 (first row coaxial jet burner portion 301) forming the main burner 300 of the gas turbine combustor 3 is provided with the swivel angle θ shown in FIG. The flame holding structure formed in the combustion chamber is strengthened.

図５にメインバーナ３００の断面構造を模式的に示したように、前記メインバーナ３００を形成する１列目の同軸噴流バーナ部３０１の出口では、燃焼室内に形成した旋回流５００によってメインバーナ３００の径方向中心部に負圧を生じさせ、燃焼ガスの一部を循環させることで、前記１列目の同軸噴流バーナ部３０１を構成する燃料ノズル３２０に供給される内周燃料Ｇ１と、燃焼用空気１０２との混合気Ｃ１が燃焼室内に噴出されるが、この循環する燃焼ガスの一部が前記混合気Ｃ１への着火源となって火炉内に火炎６０１を形成することで持続燃焼が可能となる。   As schematically shown in the cross-sectional structure of the main burner 300 in FIG. 5, the main burner 300 is formed by the swirling flow 500 formed in the combustion chamber at the outlet of the coaxial jet burner portion 301 in the first row forming the main burner 300. The inner peripheral fuel G1 supplied to the fuel nozzle 320 constituting the coaxial jet burner portion 301 in the first row and the combustion are generated by generating a negative pressure at the central portion in the radial direction and circulating a part of the combustion gas. The air-fuel mixture C1 with the working air 102 is jetted into the combustion chamber, and a part of this circulating combustion gas serves as an ignition source for the air-fuel mixture C1 to form a flame 601 in the furnace, thereby sustaining combustion. Is possible.

一方、前記メインバーナ３００を形成する２列目の同軸噴流バーナ部３０２の出口では、前記２列目の同軸噴流バーナ部３０２を構成する燃料ノズル３２０に供給される外周燃料Ｇ２と、燃焼用空気１０２との混合気Ｃ２が燃焼室内に噴出されるが、前記混合気Ｃ２は２列目の同軸噴流バーナ部によって火炉内に形成された火炎６０１を火種として着火し、火炉内に外周火炎６０２を形成する。   On the other hand, at the outlet of the second row of coaxial jet burner portions 302 forming the main burner 300, the peripheral fuel G2 supplied to the fuel nozzle 320 constituting the second row of coaxial jet burner portions 302, and combustion air The air-fuel mixture C2 and the air-fuel mixture C2 are ejected into the combustion chamber. The air-fuel mixture C2 is ignited by the flame 601 formed in the furnace by the second row of coaxial jet burners, and the outer flame 602 is introduced into the furnace. Form.

同様に、前記メインバーナ３００を形成する３列目の同軸噴流バーナ部３０３の出口では、前記３列目の同軸噴流バーナ部を構成する燃料ノズル３２０に供給される外周燃料Ｇ２と、燃焼用空気１０２との混合気Ｃ３が燃焼室内に噴出されるが、前記混合気Ｃ３は３列目の同軸噴流バーナ部によって火炉内に形成された火炎６０１から伝播して着火し、火炉内に外周火炎６０３を形成する。   Similarly, at the outlet of the third row coaxial jet burner portion 303 forming the main burner 300, the peripheral fuel G2 supplied to the fuel nozzle 320 constituting the third row coaxial jet burner portion, and combustion air The air-fuel mixture C3 is injected into the combustion chamber, and the air-fuel mixture C3 is propagated and ignited from the flame 601 formed in the furnace by the third row of coaxial jet burners, and the outer flame 603 is ignited in the furnace. Form.

図５には、燃焼室内に形成される火炎として、内周火炎６０１と、その外周側の外周火炎６０２、６０３を概念図としてそれぞれ示しているが、外周火炎６０２、６０３は内周火炎６０１の熱を受けることで着火するため、内周火炎６０１よりもバーナ下流側に形成されることになる。   In FIG. 5, the inner flame 601 and the outer peripheral flames 602 and 603 on the outer peripheral side thereof are shown as conceptual diagrams as flames formed in the combustion chamber, but the outer peripheral flames 602 and 603 are the inner flame 601. Since it ignites by receiving heat, it is formed on the burner downstream side of the inner flame 601.

また、図５に示すように、外周火炎６０２は２列目の同軸噴流バーナ部を構成する空気孔プレート３１５の空気孔３１０の出口から距離（Ｌ０）離れた下流側に保持されるため、前記２列目の同軸噴流バーナ部３０２から噴出した混合気Ｃ２は距離（Ｌ０）内においてさらに混合が促進され、均一な混合気がこの外周火炎６０２に供給されることで低ＮＯｘ燃焼が可能となる。   Further, as shown in FIG. 5, the outer peripheral flame 602 is held on the downstream side away from the outlet of the air hole 310 of the air hole plate 315 constituting the second row of coaxial jet burner portions by a distance (L0). Mixing of the air-fuel mixture C2 ejected from the coaxial jet burner section 302 in the second row is further promoted within the distance (L0), and the uniform air-fuel mixture is supplied to the outer peripheral flame 602, thereby enabling low NOx combustion. .

また、表１に示した水素含有率の燃料のうち、組成２のような、二酸化炭素回収率９０％、水素濃度８０〜９０％、その他の成分１０〜２０％である水素含有率の高い燃料を本実施例のガスタービン燃焼器３で燃焼した場合には、燃焼速度が増加するため、図９に示すように、燃焼室内に形成される内周火炎６０１及び外周火炎６０２、６０３は図５に示した内周火炎６０１及び外周火炎６０２、６０３よりもメインバーナ３００に接近する状態となる。   Further, among the fuels having a hydrogen content shown in Table 1, a fuel having a high hydrogen content, such as composition 2, having a carbon dioxide recovery rate of 90%, a hydrogen concentration of 80 to 90%, and other components of 10 to 20% When the gas turbine is combusted in the gas turbine combustor 3 of the present embodiment, the combustion speed increases. Therefore, as shown in FIG. 9, the inner flame 601 and the outer flames 602 and 603 formed in the combustion chamber are shown in FIG. The inner flame 601 and the outer flames 602 and 603 shown in FIG.

この場合、図９に示したように、まず内周火炎６０１がメインバーナ３００に接近するため、第２および第３の同軸噴流バーナ部３０２、３０３から噴出した混合気Ｃ２、Ｃ３もメインバーナ３００の近傍で着火して、メインバーナ３００の近傍に外周火炎６０２及び外周火炎６０３が形成される。   In this case, since the inner flame 601 first approaches the main burner 300 as shown in FIG. 9, the air-fuel mixtures C2 and C3 ejected from the second and third coaxial jet burner portions 302 and 303 are also the main burner 300. Are ignited in the vicinity of the main burner 300, and an outer flame 602 and an outer flame 603 are formed in the vicinity of the main burner 300.

メインバーナ３００の近傍に例えば外周火炎６０２が形成された場合には、メインバーナ３００と外周火炎６０２との距離（Ｌ１）が図５に示した場合のメインバーナ３００と外周火炎６０２との距離（Ｌ０）よりも短くなるため、前記外周火炎６０２の火炎面に燃料濃度の高い領域が存在することになる。   For example, when the outer flame 602 is formed in the vicinity of the main burner 300, the distance (L1) between the main burner 300 and the outer flame 602 is the distance between the main burner 300 and the outer flame 602 in the case shown in FIG. Therefore, a region having a high fuel concentration exists on the flame surface of the outer peripheral flame 602.

燃料濃度の高い火炎は燃焼速度が速いため、メインバーナ３００の近傍に伝播しようとする。このため、水素含有率の高い燃料をガスタービン燃焼器３で燃焼する場合には、メインバーナ３００の近傍に形成された外周火炎が空気孔近傍へ付着することを防止させるために、外周燃料Ｇ２の燃料流量を低下させて外周燃料比率を下げて燃焼させることになるが、そうすると、メインバーナ３００に供給するトータルの燃料流量は一定であるため、内周燃料Ｇ１の流量が増加して内周火炎６０１の温度が上昇してＮＯｘ排出量が増加してしまう。
そこで、上記のような場合でもＮＯｘ排出量の抑制を可能にした本実施例のガスタービン燃焼器３における低ＮＯｘ燃焼のコンセプトについて説明する。 Since the flame with high fuel concentration has a high combustion speed, it tends to propagate near the main burner 300. For this reason, when fuel with a high hydrogen content is burned in the gas turbine combustor 3, the peripheral fuel G2 is used to prevent the peripheral flame formed in the vicinity of the main burner 300 from adhering to the vicinity of the air holes. In this case, the total fuel flow rate supplied to the main burner 300 is constant, so that the flow rate of the inner peripheral fuel G1 is increased and the inner peripheral fuel rate is increased. The temperature of the flame 601 rises and the NOx emission amount increases.
Therefore, the concept of low NOx combustion in the gas turbine combustor 3 of the present embodiment that enables suppression of NOx emission even in the above case will be described.

図２及び図３に示した第１実施例のガスタービン燃焼器３の断面構造のうち、図３は図２で示したガスタービン燃焼器３を燃焼室の下流側から見た図である。   Of the cross-sectional structure of the gas turbine combustor 3 of the first embodiment shown in FIGS. 2 and 3, FIG. 3 is a view of the gas turbine combustor 3 shown in FIG. 2 as viewed from the downstream side of the combustion chamber.

図４を用いて説明したように、本実施例のガスタービン燃焼器３に設けたパイロットバーナ３５０及びメインバーナ３００においては、図４のｄ〜ｅに示す石炭ガス化ガス６２（又は石炭ガス化ガス６３）のガス燃料専焼に切り替えた後は、パイロットバーナ３５０の外周に設けたメインバーナ３００のみに石炭ガス化ガス６２（又は石炭ガス化ガス６３）のガス燃料が供給される。   As described with reference to FIG. 4, in the pilot burner 350 and the main burner 300 provided in the gas turbine combustor 3 of the present embodiment, the coal gasification gas 62 (or coal gasification) shown in FIG. After switching to gas 63), the gas fuel of the coal gasification gas 62 (or the coal gasification gas 63) is supplied only to the main burner 300 provided on the outer periphery of the pilot burner 350.

そして負荷上昇中は供給される燃料量に合わせて燃焼するメインバーナ３００の本数を調整し、ある負荷条件以上となった場合に６個設置されたメインバーナ３００を全て燃焼させる低ＮＯｘの運転モードとに移行する。   During the load increase, the number of main burners 300 combusting is adjusted in accordance with the amount of fuel supplied, and when the load conditions exceed a certain load condition, all six installed main burners 300 are combusted. And move on.

図７は、本実施例のガスタービン燃焼器３におけるメインバーナ３００の断面を示したものである。メインバーナ３００の構成は図５及び図６に示したものと同じであり、メインバーナ３００を構成する空気孔プレート３１５に開口した複数個の空気孔３１０の上流に、これらの複数個の空気孔３１０とほぼ同軸になるように、メインバーナ３００を構成する複数個の燃料ノズル３２０をそれぞれ配置した構造となっている。   FIG. 7 shows a cross section of the main burner 300 in the gas turbine combustor 3 of the present embodiment. The structure of the main burner 300 is the same as that shown in FIGS. 5 and 6. The plurality of air holes are arranged upstream of the plurality of air holes 310 opened in the air hole plate 315 constituting the main burner 300. A plurality of fuel nozzles 320 constituting the main burner 300 are respectively arranged so as to be substantially coaxial with 310.

燃料ノズル３２０の先端には燃料を噴出するための噴孔３２０ａを備えており、空気孔プレート３１５の空気孔３１０内に燃料Ｇ１、Ｇ２の噴射が可能である。燃料ノズル３２０から噴射した燃料のＣＯ２回収前の石炭ガス化ガス６２（またはＣＯ２回収後の石炭ガス化ガス６３）と燃料ノズル３２０の周囲から供給される燃焼用空気１０２は、空気孔３１０を通過する際の乱れによって急速に混合する。 The tip of the fuel nozzle 320 is provided with an injection hole 320a for injecting fuel, and fuel G1 and G2 can be injected into the air hole 310 of the air hole plate 315. The coal gasification gas 62 before the CO 2 recovery of the fuel injected from the fuel nozzle 320 (or the coal gasification gas 63 after the CO 2 recovery) and the combustion air 102 supplied from the periphery of the fuel nozzle 320 are air holes 310. Mix rapidly due to turbulence when passing through.

メインバーナ３００の第１の同軸噴流バーナ部３０１（最内周）には内周燃料Ｇ１の燃料系統を備えており、第２〜第４の同軸噴流バーナ部３０２〜３０４は低ＮＯｘ燃焼部であるので、外周燃料Ｇ２の燃料系統を備えている。   The first coaxial jet burner portion 301 (innermost circumference) of the main burner 300 is provided with the fuel system of the inner peripheral fuel G1, and the second to fourth coaxial jet burner portions 302 to 304 are low NOx combustion portions. Therefore, the fuel system of the outer peripheral fuel G2 is provided.

本実施例のガスタービン燃焼器３に設けたメインバーナ３００に内周燃料Ｇ１と外周燃料Ｇ２をそれぞれ供給し、内外周の同軸噴流バーナ部３０１〜３０４の燃空比（燃料と空気の質量比）をほぼ均一とした低ＮＯｘの運転モードにおいては、表１の組成２に示したような高水素含有燃料を燃焼した場合に、図９に示したように燃焼室に形成される内周火炎６０２がメインバーナ３００に接近することによって外周火炎６０３、６０４がメインバーナ３００の近傍でそれぞれ形成され、空気と燃料との混合距離が短くなることにより、メインバーナ３００への火炎付着のリスクが高くなる。   The inner peripheral fuel G1 and the outer peripheral fuel G2 are respectively supplied to the main burner 300 provided in the gas turbine combustor 3 of the present embodiment, and the fuel-air ratio (mass ratio of fuel and air) of the coaxial jet burner portions 301 to 304 on the inner and outer periphery is supplied. 9) in the low NOx operation mode in which the high-hydrogen containing fuel as shown in composition 2 in Table 1 is burned, the inner flame formed in the combustion chamber as shown in FIG. As 602 approaches the main burner 300, outer flames 603 and 604 are formed in the vicinity of the main burner 300, and the mixing distance between the air and the fuel is shortened, so that there is a high risk of flame adhesion to the main burner 300. Become.

そこで、本実施例のガスタービン燃焼器３においては、図７及び図８に示したように、ガスタービン燃焼器３の低ＮＯｘの運転モードにおいて、制御装置２００による制御操作によって、メインバーナ３００の第１の同軸噴流バーナ部３０１に燃料を供給する内周燃料Ｇ１を遮断し、メインバーナ３００の第２の同軸噴流バーナ部３０２〜第４の同軸噴流バーナ部３０４に低ＮＯｘ燃焼用の外周燃料Ｇ２のみの供給によってガスタービン燃焼器３を運転するものである。   Therefore, in the gas turbine combustor 3 of the present embodiment, as shown in FIGS. 7 and 8, in the low NOx operation mode of the gas turbine combustor 3, the control operation of the main burner 300 is performed by the control device 200. The inner peripheral fuel G1 for supplying fuel to the first coaxial jet burner 301 is shut off, and the outer peripheral fuel for low NOx combustion is supplied to the second coaxial jet burner 302 to the fourth coaxial jet burner 304 of the main burner 300. The gas turbine combustor 3 is operated by supplying only G2.

本実施例のガスタービン燃焼器３では、低ＮＯｘの運転モードにおいて、制御装置２００による制御操作によってメインバーナ３００に供給する内周燃料Ｇ１を遮断することでメインバーナ３００を構成する該メインバーナ３００の半径方向中心に位置した第１の同軸噴流バーナ部３０１からは燃焼用空気１０２のみが供給される。   In the gas turbine combustor 3 of the present embodiment, in the low NOx operation mode, the main burner 300 constituting the main burner 300 is configured by cutting off the inner peripheral fuel G1 supplied to the main burner 300 by the control operation by the control device 200. Only the combustion air 102 is supplied from the first coaxial jet burner 301 located at the center in the radial direction.

このようにして、メインバーナ３００の半径方向中心部近傍には、第１の同軸噴流バーナ部３０１の外周側に位置する第２の同軸噴流バーナ部３０２から供給された外周燃料Ｇ２と燃焼用空気１０２との混合気Ｃ２と、第１の同軸噴流バーナ部３０１から供給された燃焼用空気１０２との混合によって希薄化した火炎温度の低い循環ガスが取り込まれ、燃焼室内に内周火炎６０２ａを形成する。   In this way, in the vicinity of the center portion in the radial direction of the main burner 300, the outer peripheral fuel G2 and the combustion air supplied from the second coaxial jet burner portion 302 located on the outer peripheral side of the first coaxial jet burner portion 301. The circulating gas having a low flame temperature, which is diluted by mixing the air-fuel mixture C2 with the combustion air 102 and the combustion air 102 supplied from the first coaxial jet burner 301, is taken in to form an inner flame 602a in the combustion chamber. To do.

このように燃料濃度が低く形成できるため、高水素含有燃料を使用する場合であってもメインバーナ３００から離れた燃焼室内の位置に火炎が形成されるので、外周火炎（６０２〜６０４）の位置は内周火炎６０２ａよりもさらに燃焼室の下流側に形成され、メインバーナ３００と外周火炎（６０２〜６０４）との距離（Ｌ２）を十分長い距離に保つことが可能となり、よって均一な混合気Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４が外周火炎６０２、６０３、６０４にそれぞれ供給することができる。   In this way, since the fuel concentration can be formed low, a flame is formed at a position in the combustion chamber away from the main burner 300 even when a high hydrogen content fuel is used, so the position of the outer peripheral flame (602 to 604) Is formed further downstream of the combustion chamber than the inner peripheral flame 602a, and the distance (L2) between the main burner 300 and the outer peripheral flame (602 to 604) can be maintained at a sufficiently long distance. C2, C3, and C4 can be supplied to the peripheral flames 602, 603, and 604, respectively.

また、本実施例のガスタービン燃焼器３では、メインバーナ３００の内周側に位置する同軸噴流バーナ部に内周燃料Ｇ１を供給する燃料系統を通じた燃料の供給を遮断したことで外周燃料Ｇ２を増加させる必要があるが、均一な混合気が外周火炎（６０２〜６０４）に供給され、且つメインバーナ３００と外周火炎（６０２〜６０４）との距離（Ｌ２）を十分に確保しているため、外周火炎（６０２〜６０４）がメインバーナ３００の近傍に付着しにくく、この結果、本実施例のガスタービン燃焼器３によって高水素含有燃料を低ＮＯｘで安定に燃焼することが可能となる。   Further, in the gas turbine combustor 3 according to the present embodiment, the outer peripheral fuel G2 is cut off from the fuel supply through the fuel system that supplies the inner peripheral fuel G1 to the coaxial jet burner portion located on the inner peripheral side of the main burner 300. However, the uniform air-fuel mixture is supplied to the outer flame (602 to 604), and the distance (L2) between the main burner 300 and the outer flame (602 to 604) is sufficiently secured. The outer peripheral flame (602 to 604) hardly adheres to the vicinity of the main burner 300. As a result, the gas turbine combustor 3 of this embodiment can stably burn the high hydrogen-containing fuel with low NOx.

図７に示した本実施例のガスタービン燃焼器３による低ＮＯｘの運転モードにおいて、ガスタービン負荷に対する燃料系統Ｇ１とＧ２の流量の変化を図８に示す。   FIG. 8 shows changes in the flow rates of the fuel systems G1 and G2 with respect to the gas turbine load in the low NOx operation mode by the gas turbine combustor 3 of the present embodiment shown in FIG.

図８では、パイロットバーナ３５０とメインバーナ３００の燃料比率条件において、制御装置２００による制御操作によって、ガスタービン負荷が定格負荷条件近傍に到達する前に内周燃料Ｇ１の供給を遮断し、それに合わせて外周燃料Ｇ２の流量を増加し、負荷上昇する燃料流量の変化を示している。メインバーナ３００の低ＮＯｘ運転モードにおいて、内周燃料Ｇ１を遮断しても本実施例のガスタービン燃焼器３では部分負荷から継続してパイロットバーナ３５０を燃焼しているため、ガスタービン燃焼器の安定燃焼が可能である。   In FIG. 8, in the fuel ratio condition of the pilot burner 350 and the main burner 300, the control operation by the control device 200 cuts off the supply of the inner peripheral fuel G1 before the gas turbine load reaches the vicinity of the rated load condition. Thus, the flow rate of the outer peripheral fuel G2 is increased to show a change in the fuel flow rate that increases the load. In the low NOx operation mode of the main burner 300, even if the inner peripheral fuel G1 is cut off, the gas turbine combustor 3 of this embodiment continues to burn the pilot burner 350 from the partial load. Stable combustion is possible.

本実施例によれば、燃料中の水素含有率が大きく増加する、あるいは高い水素含有率の燃料を燃焼した場合でも、ＮＯｘ排出量を抑制すると共に安定燃焼が可能なガスタービン燃焼器の低ＮＯｘ燃焼方法が実現できる。   According to the present embodiment, even when the hydrogen content in the fuel is greatly increased or the fuel with a high hydrogen content is burned, the NOx emission amount can be suppressed and the low NOx of the gas turbine combustor capable of stable combustion. A combustion method can be realized.

次に、本発明の第２実施例であるガスタービン燃焼器の燃焼方法が適用されるガスタービン燃焼器について図１０及び図１１を用いて説明する。   Next, a gas turbine combustor to which a combustion method for a gas turbine combustor according to a second embodiment of the present invention is applied will be described with reference to FIGS.

本実施例のガスタービン燃焼器において、先の実施例のガスタービン燃焼器と共通する構成については説明を省略し、相違する構成についてのみ説明する。   In the gas turbine combustor of the present embodiment, the description of the configuration common to the gas turbine combustor of the previous embodiment is omitted, and only the configuration that is different will be described.

図１０及び図１１は本実施例のガスタービン燃焼器３に設けたメインバーナ３００の断面図と、このメインバーナ３００を燃焼室側から見た正面図をそれぞれ示している。   10 and 11 show a cross-sectional view of the main burner 300 provided in the gas turbine combustor 3 of the present embodiment and a front view of the main burner 300 viewed from the combustion chamber side.

図１０に示すように、メインバーナ３００の第１の同軸噴流バーナ部３０１に供給する保炎強化用の内周燃料系統を第１（Ｇ１−ａ）と第２（Ｇ１−ｂ）の二つの系統に分け、第１の同軸噴流バーナ部３０１に配置した複数の燃料ノズル３２０は、ある基準の燃料ノズルに対して一つおきの燃料ノズルを群として構成し、該燃料ノズル群と残りの燃料ノズル群の二つの群で形成するとともに、それぞれの燃料ノズル群に前記第１系統（Ｇ１−ａ）と第２系統（Ｇ１−ｂ）とにより内周燃料を独立して供給可能とした。   As shown in FIG. 10, the first (G1-a) and the second (G1-b) have two internal fuel systems for reinforcing the flame holding that are supplied to the first coaxial jet burner portion 301 of the main burner 300. The plurality of fuel nozzles 320 arranged in the system and arranged in the first coaxial jet burner section 301 are configured by arranging every other fuel nozzle as a group with respect to a certain reference fuel nozzle, and the fuel nozzle group and the remaining fuel. In addition to being formed by two groups of nozzle groups, inner fuel can be supplied independently to each fuel nozzle group by the first system (G1-a) and the second system (G1-b).

そして、燃料中の水素含有率が大きく増加する、あるいは高い水素含有率の燃料を燃焼した場合には、いずれかの内周燃料系統（Ｇ１−ａ）又は（Ｇ１−ｂ）を遮断して運転する。   Then, when the hydrogen content in the fuel is greatly increased or when a fuel with a high hydrogen content is burned, one of the inner peripheral fuel systems (G1-a) or (G1-b) is shut off for operation. To do.

即ち、ガス化炉負荷やＣＯ２回収装置の運転状態によっては高水素含有燃料においても燃料中の不活性成分が変動することもあり、その場合、メインバーナ単独でも保炎を強化する必要がある。 That is, depending on the load of the gasifier and the operating state of the CO 2 recovery device, the inert component in the fuel may fluctuate even in the high hydrogen content fuel. In that case, it is necessary to strengthen the flame holding even with the main burner alone. .

そこで本実施例のガスタービン燃焼器３では、２系統化した内周燃料のうち、いずれか一方の燃料を遮断して運転する。これにより、第１の同軸噴流バーナ部３０１では保炎の起点となる燃料濃度をある程度確保でき、特に、不活性成分の変動（増加）などの外乱に対しても安定燃焼が可能となる。   Therefore, the gas turbine combustor 3 according to the present embodiment operates by shutting off any one of the two internal fuels. As a result, the first coaxial jet burner section 301 can secure a certain fuel concentration as a flame holding starting point, and in particular, stable combustion is possible even against disturbances such as fluctuation (increase) in the inert component.

また、メインバーナ３００に内周燃料と外周燃料を供給し外周燃料比率を増加させた低ＮＯｘ燃焼の運転モードにおいては、内周燃料に設けた２系統のうち、いずれかの内周燃料系統を遮断して運転することで内周火炎６０１の温度を低下できる。   Further, in the low NOx combustion operation mode in which the inner peripheral fuel and the outer peripheral fuel are supplied to the main burner 300 to increase the outer peripheral fuel ratio, one of the inner peripheral fuel systems is selected from the two systems provided for the inner peripheral fuel. The temperature of the inner flame 601 can be lowered by operating while shut off.

これにより、内周火炎の位置をバーナから離して保炎でき、しかも部分的には空気によって温度の低い領域を形成できるため、その領域を中心に外周燃料への急速な火炎伝播を抑制でき、外周火炎とバーナとの混合距離（Ｌ３）を確保できるため、バーナへの火炎付着を防止できる。   Thereby, the flame of the inner peripheral flame can be held away from the burner, and partly a low temperature region can be formed by air, so that rapid flame propagation to the outer peripheral fuel can be suppressed around that region, Since the mixing distance (L3) between the peripheral flame and the burner can be secured, it is possible to prevent the flame from adhering to the burner.

図１０では第１の系統（Ｇ１−ａ）を遮断する図を示しているが、もう片方の内周燃料系統（Ｇ１−ｂ）を遮断しても、内周火炎の温度が低下するため同様の効果が得られる。   Although FIG. 10 shows a diagram in which the first system (G1-a) is shut off, even if the other inner fuel system (G1-b) is shut off, the temperature of the inner flame is lowered, so that The effect is obtained.

図１１は、メインバーナ３００を燃焼室側から見た図である。第１の内周燃料（Ｇ１−ｂ）は、第１の同軸噴流バーナ部３０１の燃料ノズルに一つおきに供給できるため、片方の内周燃料の系統を遮断しても燃料が偏って空気孔から噴出することもなく、安定燃焼を損なうことなく低ＮＯｘ燃焼が可能である。   FIG. 11 is a view of the main burner 300 as viewed from the combustion chamber side. Since the first inner peripheral fuel (G1-b) can be supplied to every other fuel nozzle of the first coaxial jet burner 301, the fuel is biased even if one inner peripheral fuel system is shut off. Low NOx combustion is possible without spouting from the holes and without impairing stable combustion.

なお、本実施例のガスタービン燃焼器３に設けたメインバーナ３００に対して第１の同軸噴流バーナ部３０１のすべての燃料ノズルに内周燃料を供給し、内周燃料の流量を低下させ燃料濃度（燃空比）を下げて運転することも考えられるが、第１の同軸噴流バーナ部３０１の燃空比を下げて運転した場合には、第１の同軸噴流バーナ部３０１全体の火炎温度が低下し燃焼速度も遅くなるため、燃料に含まれる不活性成分変動の影響を強く受けやすく、組成変動に対し燃焼安定性を損なう恐れがある。   It should be noted that the inner peripheral fuel is supplied to all the fuel nozzles of the first coaxial jet burner portion 301 to the main burner 300 provided in the gas turbine combustor 3 of the present embodiment, thereby reducing the flow rate of the inner peripheral fuel. Although it is conceivable to operate with the concentration (fuel / air ratio) lowered, when the fuel / air ratio of the first coaxial jet burner unit 301 is lowered, the flame temperature of the entire first coaxial jet burner unit 301 is reduced. And the combustion rate is slowed down, so that it is easily affected by fluctuations in the inert components contained in the fuel, and there is a risk of losing combustion stability against composition fluctuations.

したがって、本実施例のガスタービン燃焼器３で説明したように、第１の同軸噴流バーナ部３０１に部分的に保炎の起点となるように配慮した方が燃焼安定性を損なうことなく低ＮＯｘ燃焼が可能となる。   Therefore, as described in the gas turbine combustor 3 of the present embodiment, it is possible to reduce the NOx without deteriorating the combustion stability if the first coaxial jet burner 301 is considered to be a starting point of flame holding partially. Combustion is possible.

よって本実施例のガスタービン燃焼器３の燃焼方法では、燃料中に不活性成分が増加した場合であっても、第１の同軸噴流バーナ部３０１に燃料を供給する内周燃料系統を２つに分岐させているので、分岐した一方の内周燃料系統が遮断しても分岐した他方の内周燃料系統が生かされているので、保炎性能を更に向上させることが可能になる。   Therefore, in the combustion method of the gas turbine combustor 3 according to the present embodiment, two inner peripheral fuel systems that supply fuel to the first coaxial jet burner 301 are provided even when the inert component is increased in the fuel. Therefore, even if one branched inner circumference fuel system is shut off, the other branched inner circumference fuel system is utilized, so that the flame holding performance can be further improved.

本実施例によれば、燃料中の水素含有率が大きく増加する、あるいは高い水素含有率の燃料を燃焼した場合でも、ＮＯｘ排出量を抑制すると共に安定燃焼が可能なガスタービン燃焼器の低ＮＯｘ燃焼方法が実現できる。   According to the present embodiment, even when the hydrogen content in the fuel is greatly increased or the fuel with a high hydrogen content is burned, the NOx emission amount can be suppressed and the low NOx of the gas turbine combustor capable of stable combustion. A combustion method can be realized.

次に、本発明の第３実施例であるガスタービン燃焼器の燃焼方法が適用されるガスタービン燃焼器について図１２及び図１３を用いて説明する。   Next, a gas turbine combustor to which a combustion method for a gas turbine combustor according to a third embodiment of the present invention is applied will be described with reference to FIGS.

本実施例のガスタービン燃焼器において、先の実施例のガスタービン燃焼器と共通する構成については説明を省略し、相違する構成についてのみ説明する。   In the gas turbine combustor of the present embodiment, the description of the configuration common to the gas turbine combustor of the previous embodiment is omitted, and only the configuration that is different will be described.

図１２に本実施例のガスタービン燃焼器３に設けたメインバーナ３００の構造を示す。本実施例のガスタービン燃焼器の特徴は、保炎強化用の内周燃料Ｇ１と低ＮＯｘ燃焼用の外周燃料系統Ｇ２の間に第３の系統Ｇ３を設け、低ＮＯｘ運転時に第３の系統を遮断して運転するものである。   FIG. 12 shows the structure of the main burner 300 provided in the gas turbine combustor 3 of the present embodiment. The feature of the gas turbine combustor of the present embodiment is that a third system G3 is provided between the inner peripheral fuel G1 for flame holding enhancement and the outer peripheral fuel system G2 for low NOx combustion, and the third system is operated during low NOx operation. It is to operate with shut off.

即ち、本実施例のガスタービン燃焼器３に設けたメインバーナ３００の第１の同軸噴流バーナ部３０１に内周燃料系統Ｇ１を備え、第３および第４の同軸噴流バーナ部３０３、３０４に低ＮＯｘ燃焼用の外周燃料系統Ｇ２をそれぞれ備え、前記第１の同軸噴流バーナ部３０１と前記第３の同軸噴流バーナ部３０３との間に位置する第２の同軸噴流バーナ部３０２に燃料を供給する第３の系統を備える構造としている。   That is, the first coaxial jet burner portion 301 of the main burner 300 provided in the gas turbine combustor 3 of the present embodiment is provided with the inner peripheral fuel system G1, and the third and fourth coaxial jet burner portions 303 and 304 are low. Each of the peripheral fuel systems G2 for NOx combustion is provided, and fuel is supplied to the second coaxial jet burner portion 302 located between the first coaxial jet burner portion 301 and the third coaxial jet burner portion 303. The structure includes a third system.

高水素含有燃料を燃焼した場合、メインバーナ３００の第１の同軸噴流バーナ部３０１に内周燃料を供給すると内周火炎６０１はバーナに接近して保炎されるが、第２の同軸噴流バーナ部３０２に供給する第３の燃料系統を遮断することで第２の同軸噴流バーナ部３０２からは空気のみが供給されるため、内周火炎６０１から外周火炎６０３への急速な火炎伝播を抑制することが可能となる。   When the high hydrogen content fuel is burned, if the inner peripheral fuel is supplied to the first coaxial jet burner portion 301 of the main burner 300, the inner peripheral flame 601 approaches the burner and is held, but the second coaxial jet burner By shutting off the third fuel system supplied to the section 302, only air is supplied from the second coaxial jet burner section 302, so that rapid flame propagation from the inner flame 601 to the outer flame 603 is suppressed. It becomes possible.

これにより、外周火炎６０３とバーナとの混合距離（Ｌ４）を確保することができ、混合距離の増加による均一混合気を外周火炎に供給できる。Ｇ３の系統を遮断したことで外周燃料の流量を増加させる必要があるが、前述の実施例でも説明したように、均一な混合気が外周火炎に供給され、且つバーナと外周火炎との距離（Ｌ４）を十分に確保しているため、外周燃料の流量が増加し燃料濃度が増加しても外周火炎がバーナ近傍に付着しにくく、高水素含有燃料を低ＮＯｘで安定に燃焼することが可能となる。   As a result, a mixing distance (L4) between the outer flame 603 and the burner can be secured, and a uniform air-fuel mixture by increasing the mixing distance can be supplied to the outer flame. It is necessary to increase the flow rate of the peripheral fuel by shutting off the G3 system. However, as described in the above embodiment, a uniform mixture is supplied to the peripheral flame, and the distance between the burner and the peripheral flame ( L4) is sufficiently secured, so even if the flow rate of the peripheral fuel increases and the fuel concentration increases, it is difficult for the peripheral flame to adhere to the vicinity of the burner, and high hydrogen content fuel can be burned stably with low NOx It becomes.

図１３は、本実施例のガスタービン燃焼器３に設けたメインバーナ３００に供給する各燃料系統の流量の変化を示したものである。図中には、パイロットバーナ３５０の燃料流量も示しているが、パイロットバーナ３５０とメインバーナ３００のある燃料比率において、メインバーナ３００では第１の同軸噴流バーナ部３０１に供給する内周燃料Ｇ１、第３及び第４の同軸噴流バーナ部３０３、３０４に供給する低ＮＯｘ燃焼用の外周燃料Ｇ２、および第２の同軸噴流バーナ部３０２に供給する燃料Ｇ３をそれぞれ供給し、低ＮＯｘ燃焼モードで負荷上昇させている。   FIG. 13 shows a change in the flow rate of each fuel system supplied to the main burner 300 provided in the gas turbine combustor 3 of the present embodiment. In the drawing, the fuel flow rate of the pilot burner 350 is also shown. However, at a certain fuel ratio between the pilot burner 350 and the main burner 300, the inner burner G1 supplied to the first coaxial jet burner 301 in the main burner 300, The low NOx combustion peripheral fuel G2 supplied to the third and fourth coaxial jet burner portions 303 and 304 and the fuel G3 supplied to the second coaxial jet burner portion 302 are supplied, respectively, and loaded in the low NOx combustion mode. It is rising.

その際、燃料中の水素含有率が大きく増加する、あるいは高水素含有燃料の燃焼においては、高負荷条件でメインバーナ３００に火炎が付着するリスクが高くなるため、制御装置２００の制御によって、メインバーナ３００の第２の同軸噴流バーナ部３０２に供給する燃料Ｇ３を遮断し、空気のみを第２の同軸噴流バーナ部３０２に供給する。そして第３及び第４の同軸噴流バーナ部３０３、３０４に供給する低ＮＯｘ燃焼用の外周燃料Ｇ２の流量を増加させ、負荷上昇させている。   At that time, in the combustion of the high hydrogen content fuel in the fuel, or in the combustion of the high hydrogen content fuel, there is a high risk that a flame adheres to the main burner 300 under a high load condition. The fuel G 3 supplied to the second coaxial jet burner portion 302 of the burner 300 is shut off, and only air is supplied to the second coaxial jet burner portion 302. Then, the flow rate of the peripheral fuel G2 for low NOx combustion supplied to the third and fourth coaxial jet burner portions 303 and 304 is increased to increase the load.

この結果、内周側火炎６０１と外周側火炎６０３及び６０４との間に第２の同軸噴流バーナ部３０２から供給された空気の層を形成させることができる。   As a result, a layer of air supplied from the second coaxial jet burner 302 can be formed between the inner peripheral flame 601 and the outer peripheral flames 603 and 604.

したがって本実施例のガスタービン燃焼器３に設けられたメインバーナ３００では、内周火炎から外周火炎への急速な火炎伝播を抑制してバーナへの外周火炎付着を防止できるため、低ＮＯｘ燃焼と安定燃焼が可能となる。   Accordingly, in the main burner 300 provided in the gas turbine combustor 3 of the present embodiment, since rapid flame propagation from the inner flame to the outer flame can be suppressed and adhesion of the outer flame to the burner can be prevented, low NOx combustion and Stable combustion is possible.

なお、本実施例のガスタービン燃焼器３では、低ＮＯｘ燃焼とバーナの表面温度の抑制による信頼性の向上が図れるので、第２実施例のガスタービン燃焼器３よりもさらに燃焼安定性を強化でき、高水素含有燃料で不活性成分が大幅に変動する場合にも有効となる。   In the gas turbine combustor 3 of the present embodiment, the reliability can be improved by low NOx combustion and the suppression of the burner surface temperature. Therefore, the combustion stability is further enhanced than the gas turbine combustor 3 of the second embodiment. It is also effective when the inert component fluctuates greatly in a high hydrogen content fuel.

以上、本実施例のガスタービン燃焼器３の特徴を述べてきたが、空気孔プレート３１５の形状は凸型形状以外の平板型や凹型の形状でも同様の効果を得ることが可能である。平板型の空気孔プレート３１５は製作が容易であり、製造コストを抑制できる。また、凹型の空気孔プレート３１５は下流側に形成する火炎の形成が容易となる。   Although the characteristics of the gas turbine combustor 3 of the present embodiment have been described above, the same effect can be obtained even if the shape of the air hole plate 315 is a flat plate shape or a concave shape other than the convex shape. The flat air hole plate 315 is easy to manufacture, and the manufacturing cost can be suppressed. Further, the concave air hole plate 315 facilitates the formation of a flame formed on the downstream side.

また、ＩＧＣＣプラントとＣＯ２貯留・回収プラントを例に実施例を説明したが、水素を含む燃料として製鉄プロセスで発生するコークス炉ガスや、製油所で発生するリファイナリーガスの燃焼においても、同様の効果を得ることが可能である。 In addition, the embodiment has been described by taking the IGCC plant and the CO 2 storage / recovery plant as an example, but the same applies to the combustion of coke oven gas generated in the iron making process as fuel containing hydrogen and refinery gas generated in the refinery. An effect can be obtained.

また、水素含有燃料以外のＬＮＧや液化石油ガス（ＬＰＧ：Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｇａｓ）の燃焼においても、バーナへの火炎付着を防止する手段として効果がある。
さらにまた、本実施例のガスタービン燃焼器３に設けたメインバーナ３００では空気孔群を周方向に４列形成した場合を例に挙げ説明したが、２列以上形成した空気孔群にも適用が可能である。 In addition, in combustion of LNG other than hydrogen-containing fuel and liquefied petroleum gas (LPG: Liquid Petroleum Gas), there is an effect as a means for preventing the flame from adhering to the burner.
Furthermore, in the main burner 300 provided in the gas turbine combustor 3 of the present embodiment, the case where four air hole groups are formed in the circumferential direction has been described as an example, but the present invention is also applicable to an air hole group formed with two or more lines. Is possible.

本実施例によれば、燃料中の水素含有率が大きく増加する、あるいは高い水素含有率の燃料を燃焼した場合でも、ＮＯｘ排出量を抑制すると共に安定燃焼が可能なガスタービン燃焼器の低ＮＯｘ燃焼方法が実現できる。   According to the present embodiment, even when the hydrogen content in the fuel is greatly increased or the fuel with a high hydrogen content is burned, the NOx emission amount can be suppressed and the low NOx of the gas turbine combustor capable of stable combustion. A combustion method can be realized.

本発明は高い水素含有率の燃料を燃焼するガスタービン燃焼器の低ＮＯｘ燃焼方法に適用可能である。   The present invention is applicable to a low NOx combustion method for a gas turbine combustor that burns a fuel having a high hydrogen content.

２：圧縮機、３：ガスタービン燃焼器、４：タービン、５：ガスタービン、６：発電機、８：起動用モーター、１０：外筒、１２：燃焼室、１１：空気分離装置、２０：石炭、２１：ガス化炉、２２：ガス精製装置、１３：窒素の昇圧圧縮機、１４：バックアップ用空気圧縮機、２３：ＣＯ２分離回収装置、１０１：空気、１０２：燃焼用空気、１０３：抽気空気、１４０：燃焼ガス、１０２ａ：リーン燃焼用空気、１３０：窒素、１２０：酸素、５１：起動用液体燃料、５１ａ：起動用油ノズル、６２：ＣＯ２回収前の石炭ガス化ガス、６３：ＣＯ２回収後の石炭ガス化ガス、２００：制御装置、３００：メインバーナ、３０１〜３０４：同軸噴流バーナ部、３１０：空気孔、３１５：空気孔プレート、３２０：燃料ノズル、３２０ａ：燃料噴孔、３５０：パイロットバーナ、５００：旋回流、Ｇ１：内周燃料系統、Ｇ２：外周燃料系統、ＧＰ：パイロットバーナへの燃料系統、Ｇ１−ａ：２系統化した内周燃料の第１の系統、Ｇ１−ｂ：２系統化した内周燃料の第２の系統、Ｇ３：第２の同軸噴流バーナ部に供給する燃料系統、Ｃ１：第１の同軸噴流バーナ部の混合気濃度、Ｃ２：・第２の同軸噴流バーナ部の混合気濃度、Ｃ３：・第３の同軸噴流バーナ部の混合気濃度、Ｃ４：第４の同軸噴流バーナ部の混合気濃度。 2: compressor, 3: gas turbine combustor, 4: turbine, 5: gas turbine, 6: generator, 8: starter motor, 10: outer cylinder, 12: combustion chamber, 11: air separation device, 20: Coal, 21: Gasification furnace, 22: Gas purifier, 13: Nitrogen pressure compressor, 14: Backup air compressor, 23: CO 2 separation and recovery device, 101: Air, 102: Air for combustion, 103: extracted air, 140: combustion gases, 102a: lean combustion air, 130: nitrogen, 120: oxygen, 51: starting liquid fuel, 51a: starting oil nozzle, 62: CO 2 recovery before the coal gasification gas, 63 : coal gasification gas after CO 2 recovery, 200: control unit, 300: main burner, 301-304: coaxial injection burner unit, 310: air hole, 315: air hole plate, 320: fuel nozzle, 320a: 350: Pilot burner, 500: Swirling flow, G1: Inner peripheral fuel system, G2: Outer peripheral fuel system, GP: Fuel system to pilot burner, G1-a: First of the inner fuel in two systems G1-b: a second system of inner peripheral fuel divided into two systems, G3: a fuel system supplied to the second coaxial jet burner part, C1: a mixture concentration in the first coaxial jet burner part, C2 : Mixture concentration in the second coaxial jet burner, C3: Mixture concentration in the third coaxial jet burner, C4: Mixture concentration in the fourth coaxial jet burner.

Claims (6)

燃料と空気を混合して燃焼させる燃焼室と、該燃焼室に燃料を噴射する複数の燃料ノズルと、前記燃料ノズルの下流側に設置され前記複数の燃料ノズルに対応して燃焼用空気を燃焼室に供給する複数の空気孔をそれぞれ備えた空気孔プレートと、前記燃料ノズルと空気孔プレートの空気孔を同軸、または同軸に近い状態で配置して構成されるメインバーナを前記燃焼室に面して空気プレートの外周側に複数個配置し、前記燃焼室に面して空気プレートの中心側となるメインバーナの内側に起動用燃料とガス燃焼が可能なパイロットバーナを配置し、
前記メインバーナは該メインバーナの内周側から外周側にかけて環状に配設した燃料ノズルと空気孔プレートに環状に配設した空気孔とから形成される同軸噴流バーナ部を複数列配設し、
前記各メインバーナの同軸噴流バーナ部に保炎を強化する内周燃料系統と低ＮＯｘ燃焼用の外周燃料供給系統がそれぞれ配設された構成のガスタービン燃焼器の低ＮＯｘ燃焼方法であって、
前記メインバーナの保炎を強化する内周燃料は該メインバーナの内周側に位置した内周側の同軸噴流バーナ部に内周燃料系統を通じて供給して燃焼させ、
前記メインバーナの低ＮＯｘ燃焼用の外周燃料は該メインバーナの外周側に位置した外周側の同軸噴流バーナ部に外周燃料供給系統を通じて供給して燃焼させ、
前記燃料中の水素含有量が大きく増加する、或いは高水素含有燃料を燃焼する場合に、前記メインバーナの内周側の同軸噴流バーナ部に供給する内周燃料の供給を遮断すると共に、前記メインバーナの外周側の同軸噴流バーナ部に供給する外周燃料による燃焼を継続させて低ＮＯｘ燃焼運転を行うことを特徴とするガスタービン燃焼器の低ＮＯｘ燃焼方法。 Combustion chamber for mixing and burning fuel and air, a plurality of fuel nozzles for injecting fuel into the combustion chamber, and combustion air corresponding to the plurality of fuel nozzles disposed downstream of the fuel nozzle An air hole plate having a plurality of air holes to be supplied to the chamber, and a main burner configured by arranging the air holes of the fuel nozzle and the air hole plate in a coaxial state or in a state close to the coaxial surface on the combustion chamber. A plurality of air burners are arranged on the outer peripheral side of the air plate, and a starting burner and a gas burner capable of gas combustion are arranged inside the main burner facing the combustion chamber and on the center side of the air plate,
The main burner is provided with a plurality of rows of coaxial jet burners formed by fuel nozzles arranged annularly from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the main burner and air holes arranged annularly on the air hole plate,
A low NOx combustion method for a gas turbine combustor having a configuration in which an inner peripheral fuel system for strengthening flame holding and an outer peripheral fuel supply system for low NOx combustion are respectively disposed in the coaxial jet burner portion of each main burner,
The inner peripheral fuel that strengthens the flame holding of the main burner is supplied to the inner peripheral coaxial jet burner portion located on the inner peripheral side of the main burner through the inner peripheral fuel system and burned,
The outer peripheral fuel for low NOx combustion of the main burner is supplied to the outer peripheral side coaxial jet burner portion located on the outer peripheral side of the main burner through an outer peripheral fuel supply system and burned.
When the hydrogen content in the fuel is greatly increased or the high hydrogen content fuel is burned, the supply of the inner peripheral fuel supplied to the coaxial jet burner portion on the inner peripheral side of the main burner is shut off, and the main fuel A low-NOx combustion method for a gas turbine combustor, wherein low-NOx combustion operation is performed by continuing combustion with peripheral fuel supplied to a coaxial jet burner portion on the outer peripheral side of the burner. 燃料と空気を混合して燃焼させる燃焼室と、該燃焼室に燃料を噴射する複数の燃料ノズルと、前記燃料ノズルの下流側に設置され前記複数の燃料ノズルに対応して燃焼用空気を燃焼室に供給する複数の空気孔をそれぞれ備えた空気孔プレートと、前記燃料ノズルと空気孔プレートの空気孔を同軸、または同軸に近い状態で配置して構成されるメインバーナを前記燃焼室に面して空気プレートの外周側に複数個配置し、前記燃焼室に面して空気プレートの中心側となるメインバーナの内側に起動用燃料とガス燃焼が可能なパイロットバーナを配置し、
前記メインバーナは該メインバーナの内周側から外周側にかけて環状に配設した燃料ノズルと空気孔プレートに環状に配設した空気孔とから形成される同軸噴流バーナ部を複数列配設し、
前記各メインバーナの同軸噴流バーナ部に保炎を強化する内周燃料系統と低ＮＯｘ燃焼用の外周燃料供給系統がそれぞれ配設された構成のガスタービン燃焼器の低ＮＯｘ燃焼方法であって、
前記メインバーナの保炎を強化する内周燃料は該メインバーナの内周側に位置した内周側の同軸噴流バーナ部に複数の系統に分岐した内周燃料系統を通じて供給して燃焼させ、
前記メインバーナの低ＮＯｘ燃焼用の外周燃料は該メインバーナの外周側に位置した外周側の同軸噴流バーナ部に外周燃料供給系統を通じて供給して燃焼させ、
前記燃料中の水素含有量が大きく増加する、或いは高水素含有燃料を燃焼する場合に、前記メインバーナの内周側の同軸噴流バーナ部に供給する複数の系統に分岐した内周燃料系統のうち、一方の系統の内周燃料系統を経由した内周燃料の供給を遮断すると共に、前記メインバーナの外周側の同軸噴流バーナ部に供給する外周燃料による燃焼を継続させて低ＮＯｘ燃焼運転を行うことを特徴とするガスタービン燃焼器の低ＮＯｘ燃焼方法。 Combustion chamber for mixing and burning fuel and air, a plurality of fuel nozzles for injecting fuel into the combustion chamber, and combustion air corresponding to the plurality of fuel nozzles disposed downstream of the fuel nozzle An air hole plate having a plurality of air holes to be supplied to the chamber, and a main burner configured by arranging the air holes of the fuel nozzle and the air hole plate in a coaxial state or in a state close to the coaxial surface on the combustion chamber. A plurality of air burners are arranged on the outer peripheral side of the air plate, and a starting burner and a gas burner capable of gas combustion are arranged inside the main burner facing the combustion chamber and on the center side of the air plate,
The main burner is provided with a plurality of rows of coaxial jet burners formed by fuel nozzles arranged annularly from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the main burner and air holes arranged annularly on the air hole plate,
A low NOx combustion method for a gas turbine combustor having a configuration in which an inner peripheral fuel system for strengthening flame holding and an outer peripheral fuel supply system for low NOx combustion are respectively disposed in the coaxial jet burner portion of each main burner,
The inner peripheral fuel that strengthens the flame holding of the main burner is supplied through an inner peripheral fuel system branched into a plurality of systems to the coaxial jet burner portion on the inner peripheral side located on the inner peripheral side of the main burner, and burned.
The outer peripheral fuel for low NOx combustion of the main burner is supplied to the outer peripheral side coaxial jet burner portion located on the outer peripheral side of the main burner through an outer peripheral fuel supply system and burned.
Of the inner peripheral fuel system branched into a plurality of systems to be supplied to the coaxial jet burner portion on the inner peripheral side of the main burner when the hydrogen content in the fuel is greatly increased or the high hydrogen content fuel is burned In addition, the supply of the inner peripheral fuel via the inner peripheral fuel system of one system is shut off, and the combustion by the outer peripheral fuel supplied to the coaxial jet burner portion on the outer peripheral side of the main burner is continued to perform the low NOx combustion operation. A low NOx combustion method for a gas turbine combustor. 燃料と空気を混合して燃焼させる燃焼室と、該燃焼室に燃料を噴射する複数の燃料ノズルと、前記燃料ノズルの下流側に設置され前記複数の燃料ノズルに対応して燃焼用空気を燃焼室に供給する複数の空気孔をそれぞれ備えた空気孔プレートと、前記燃料ノズルと空気孔プレートの空気孔を同軸、または同軸に近い状態で配置して構成されるメインバーナを前記燃焼室に面して空気プレートの外周側に複数個配置し、前記燃焼室に面して空気プレートの中心側となるメインバーナの内側に起動用燃料とガス燃焼が可能なパイロットバーナを配置し、
前記メインバーナは該メインバーナの内周側から外周側にかけて環状に配設した燃料ノズルと空気孔プレートに環状に配設した空気孔とから形成される同軸噴流バーナ部を複数列配設し、
前記各メインバーナの同軸噴流バーナ部に保炎を強化する内周燃料系統と低ＮＯｘ燃焼用の外周燃料供給系統がそれぞれ配設され、更に低ＮＯｘ燃焼用の燃料を供給する第２の外周燃料系統が配設された構成のガスタービン燃焼器の低ＮＯｘ燃焼方法であって、
前記メインバーナの保炎を強化する内周燃料は該メインバーナの内周側に位置した内周側の同軸噴流バーナ部に内周燃料系統を通じて供給して燃焼させ、
前記メインバーナの低ＮＯｘ燃焼用の外周燃料は該メインバーナの外周側に位置した外周側の同軸噴流バーナ部に外周燃料供給系統を通じて供給して燃焼させ、
前記メインバーナの内周側の同軸噴流バーナ部に隣接した外周側の同軸噴流バーナ部に第２の外周燃料系統を通じて供給して燃焼させ、
前記燃料中の水素含有量が大きく増加する、或いは高水素含有燃料を燃焼する場合に、前記メインバーナの内周側の同軸噴流バーナ部に隣接した外周側の同軸噴流バーナ部に第２の外周燃料系統を通じて供給する燃料の供給を遮断すると共に、前記メインバーナの内周側の同軸噴流バーナ部に供給する内周燃料の供給を継続させ、前記メインバーナの外周側の同軸噴流バーナ部に供給する外周燃料による燃焼を継続させて低ＮＯｘ燃焼運転を行うことを特徴とするガスタービン燃焼器の低ＮＯｘ燃焼方法。 Combustion chamber for mixing and burning fuel and air, a plurality of fuel nozzles for injecting fuel into the combustion chamber, and combustion air corresponding to the plurality of fuel nozzles disposed downstream of the fuel nozzle An air hole plate having a plurality of air holes to be supplied to the chamber, and a main burner configured by arranging the air holes of the fuel nozzle and the air hole plate in a coaxial state or in a state close to the coaxial surface on the combustion chamber. A plurality of air burners are arranged on the outer peripheral side of the air plate, and a starting burner and a gas burner capable of gas combustion are arranged inside the main burner facing the combustion chamber and on the center side of the air plate,
The main burner is provided with a plurality of rows of coaxial jet burners formed by fuel nozzles arranged annularly from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the main burner and air holes arranged annularly on the air hole plate,
An inner peripheral fuel system for strengthening flame holding and an outer peripheral fuel supply system for low NOx combustion are arranged in the coaxial jet burner portion of each main burner, respectively, and further a second outer peripheral fuel for supplying fuel for low NOx combustion A low-NOx combustion method for a gas turbine combustor having a configuration in which a system is disposed,
The inner peripheral fuel that strengthens the flame holding of the main burner is supplied to the inner peripheral coaxial jet burner portion located on the inner peripheral side of the main burner through the inner peripheral fuel system and burned,
The outer peripheral fuel for low NOx combustion of the main burner is supplied to the outer peripheral side coaxial jet burner portion located on the outer peripheral side of the main burner through an outer peripheral fuel supply system and burned.
Supplying the outer peripheral coaxial jet burner portion adjacent to the inner peripheral coaxial jet burner portion of the main burner through the second outer peripheral fuel system, and burning it;
When the hydrogen content in the fuel is greatly increased or the high hydrogen content fuel is burned, a second outer periphery is provided on the outer peripheral coaxial jet burner portion adjacent to the inner peripheral coaxial jet burner portion of the main burner. The supply of fuel supplied through the fuel system is cut off, and the supply of the inner peripheral fuel supplied to the coaxial jet burner portion on the inner peripheral side of the main burner is continued and supplied to the coaxial jet burner portion on the outer peripheral side of the main burner A low-NOx combustion method for a gas turbine combustor, characterized in that the low-NOx combustion operation is performed by continuing the combustion with the peripheral fuel. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のガスタービン燃焼器の低ＮＯｘ燃焼方法において、ガスタービン燃焼器に備えられたメインバーナの空気孔プレートとして、その断面形状が燃焼室側に突出した凸型の空気孔プレートを使用していることを特徴とするガスタービン燃焼器の低ＮＯｘ燃焼方法。   The low-NOx combustion method for a gas turbine combustor according to any one of claims 1 to 3, wherein an air hole plate of a main burner provided in the gas turbine combustor has a cross-sectional shape on the combustion chamber side. A low-NOx combustion method for a gas turbine combustor, wherein a protruding convex air hole plate is used. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のガスタービン燃焼器の低ＮＯｘ燃焼方法において、ガスタービン燃焼器に備えられたメインバーナの空気孔プレートとして、その断面形状が平板型又は凹型の空気孔プレートを使用していることを特徴とするガスタービン燃焼器の低ＮＯｘ燃焼方法。   The low-NOx combustion method for a gas turbine combustor according to any one of claims 1 to 3, wherein the air hole plate of a main burner provided in the gas turbine combustor has a flat plate shape or a concave shape in cross section. A low-NOx combustion method for a gas turbine combustor using the air hole plate. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のガスタービン燃焼器の低ＮＯｘ燃焼方法において、前記ガスタービン燃焼器に供給する燃料として、製鉄プロセスで副次的に発生するオフガスであるコークス炉ガスや製油所で発生する水素含有オフガス、あるいは、ＣＯ２貯留・回収設備を備えた石炭ガス化発電プラントで発生する水素含有燃料を使用していることを特徴とするガスタービン燃焼器の低ＮＯｘ燃焼方法。 The low NOx combustion method for a gas turbine combustor according to any one of claims 1 to 3, wherein the coke, which is an off-gas that is secondarily generated in an iron-making process, is supplied as fuel to the gas turbine combustor. Low gas turbine combustor characterized by using hydrogen-containing off-gas generated at the furnace gas or refinery, or hydrogen-containing fuel generated at a coal gasification power plant equipped with CO 2 storage and recovery facilities NOx combustion method.
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