JP4635324B2

JP4635324B2 - Low NOx combustor for two-fluid cycle and operation method thereof

Info

Publication number: JP4635324B2
Application number: JP2000325143A
Authority: JP
Inventors: 潤細井; 浩二新保; 智昭吉田; 秀実藤
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2000-10-25
Filing date: 2000-10-25
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2020-10-25
Also published as: JP2002130674A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二流体サイクル用の低ＮＯｘ燃焼器とその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせて発電効率の向上を図るコージェネレーションシステムが脚光を浴びている。図５は、特公平８−２６７８０号公報に開示された二流体サイクルの構成図であり、ガスタービン設備１の排熱Ｅで発生した水蒸気２を混合器３で圧縮空気４と混合し、この混合ガスを排熱Ｅで加熱してガスタービンの燃焼器５に噴射することにより、余剰水蒸気２ａをユーティリィティとして供給しながら、電力需要に応じて発電出力が増大できるようになっている。なおこの図で６は排熱回収ボイラ、Ａは空気、Ｆは燃料、Ｗは給水である。
【０００３】
一方、環境保護のために、ガスタービンの燃焼排ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を低減することが義務付けられており、我国では、全国基準でも例えば７０ｐｐｍ以下、大都市（例えば東京）では例えば２５〜３０ｐｐｍ以下にする必要がある。
ＮＯｘの発生要因は、燃焼時の高温火炎により空気中の窒素が酸化する、いわゆるサーマルＮＯｘが主であり、このサーマルＮＯｘを低減するには、火炎中のホットスポットを減少させ、高温火炎の発生をなくすことが効果的である。このため、上述した二流体サイクルでは、水蒸気の噴射により火炎温度を低下させる手段が用いられ、燃焼器には水蒸気を噴射しても安定燃焼ができる拡散燃焼器が使用されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した二流体サイクルでは、電力需要が大きいときには大量の水蒸気を燃焼器に噴射してガスタービンの出力を増大させ、電力需要が小さく水蒸気の需要が大きいときには、逆に蒸気噴射を最小限に絞って燃料消費を抑制するようになっている。しかし、上述した従来の燃焼器（蒸気噴射拡散燃焼器）では、水蒸気を減らしすぎるとＮＯｘ発生量が増大して規制値を超えるおそれがあり、常に蒸気噴射が必要となり、その分ユーティリィティ蒸気量が減り、かつ燃料消費量が多くなる問題点があった。
【０００５】
一方、低ＮＯｘ化が可能な燃焼器として、上述した蒸気噴射拡散燃焼器の他に希薄予混合燃焼器が知られている。この希薄予混合燃焼器は、燃料を十分な空気量と予混合して均質化し、これを希薄燃焼させるものであり、大量の空気と共に燃焼させるため、ホットスポットがなく、高温火炎の発生をなくし低ＮＯｘ化を実現することができる。
【０００６】
従って従来の希薄予混合燃焼器を二流体サイクル用に適用することにより、蒸気噴射をなくしても、ＮＯｘ発生量を規制値内に抑えることができ、蒸気噴射を必要に応じてなくし、その分ユーティリィティ蒸気量を増やしかつ燃料消費量を低減することができる。
【０００７】
しかし、この希薄予混合燃焼器は、低ＮＯｘ化のために蒸気を必要としない反面、燃焼が不安定になりやすい問題点があった。このため、希薄予混合燃焼器に水蒸気を噴射すると火炎温度が下がり過ぎてほとんど安定燃焼ができず失火してしまったり、燃焼の安定化のために燃料を増加させると燃料領域で燃料が過剰となり、本来の希薄燃焼ができず、十分なＮＯｘ低減効果が得られなくなる、等の問題点があった。
【０００８】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、電力需要が大きいときには大量の水蒸気を燃焼器に噴射してガスタービンの出力を増大させることができ、かつ電力需要が小さく水蒸気の需要が大きいときに、ＮＯｘの発生を抑制しながら、水蒸気噴射を完全になくし、これによりユーティリィティ蒸気の増加と燃料消費量の低減を図ることができる二流体サイクル用の低ＮＯｘ燃焼器とその運転方法を提供することにある。
【０００９】
参考例によれば、中心部に配置された拡散燃焼式のパイロットバーナー（１２）と、そのまわりに配置された複数の予混合燃焼式のメインバーナー（１４）とを備え、更に、メインバーナーの燃料噴射弁へ流入する空気と混合するように水蒸気を供給する蒸気噴射管（１６）を備え、該蒸気噴射管（１６）に供給しなかった残りの蒸気を噴射する希釈孔（２２ａ）を有する燃焼器ライナ（２２）を備える、ことを特徴とする二流体サイクル用の低ＮＯｘ燃焼器が提供される。
【００１０】
参考例の好ましい実施形態によれば、前記蒸気噴射管（１６）は、メインバーナーの燃料噴射弁の旋回器の上流側に蒸気噴射する蒸気噴射口を有する。また、更に、パイロットバーナーの燃料噴射弁へ流入する空気と混合して水蒸気を供給する蒸気噴射管（１８）を備えることが好ましい。
【００１１】
また、参考例によれば、中心部に配置された拡散燃焼式のパイロットバーナー（１２）と、そのまわりに配置された複数の予混合燃焼式のメインバーナー（１４）とを備え、更に、メインバーナーの燃料噴射弁へ流入する空気と混合するように水蒸気を供給する蒸気噴射管（１６）を備え、出力増加のために蒸気噴射を行う際に、噴射する蒸気の一部を前記蒸気噴射管から噴射して、メイン噴射弁へ流入する空気と混合して燃料噴射弁へ供給し、該蒸気噴射管（１６）に供給しなかった残りの蒸気を燃焼器ライナ（２２）の希釈孔（２２ａ）から噴射する、ことを特徴とする二流体サイクル用の低ＮＯｘ燃焼器の運転方法が提供される。また、前記蒸気噴射時に、燃料の増加量に応じて、蒸気噴射量を増加させ、これにより蒸気と空気の和と燃料との比率をほぼ一定に維持することが好ましい。
【００１２】
また、本発明によれば、二流体サイクル用の低ＮＯｘ燃焼器の運転方法であって、前記焼却器は、中心部に配置された拡散燃焼式のパイロットバーナー（１２）と、そのまわりに配置された複数の予混合燃焼式のメインバーナー（１４）とを備え、更に、メインバーナーの燃料噴射弁へ流入する空気と混合するように水蒸気を供給する蒸気噴射管（１６）を備え、出力増加のために蒸気噴射を行う際に、噴射する蒸気の一部を前記蒸気噴射管から噴射して、メイン噴射弁へ流入する空気と混合して燃料噴射弁へ供給し、
前記蒸気噴射時に、燃料の増加量に応じて、蒸気噴射量及び蒸気割合を増加させ、これにより蒸気と空気の和と燃料との比率が一定になるように維持する、ことを特徴とする二流体サイクル用の低ＮＯｘ燃焼器の運転方法が提供される。
【００１３】
上記本発明の装置及びその運転方法によれば、二流体サイクルのガスタービンにおいて、出力増加のための蒸気噴射を行わない運用状態では、本発明の低ＮＯｘ燃焼器は、従来の希薄予混合燃焼器として作動し、蒸気噴射をなくしても、ＮＯｘ発生量を規制値内に抑えることができ、その分ユーティリィティ蒸気量を増やしかつ燃料消費量を低減することができる。
【００１４】
また、出力増加のために蒸気噴射を行う際は、噴射する蒸気の一部を蒸気噴射管（１６）から噴射させ、予混合燃焼のメイン噴射弁へ流入する空気と混合する。本発明では、メインバーナーの燃料噴射弁の旋回器の上流側に蒸気噴射する蒸気噴射口を有する蒸気噴射管（１６）から、メインバーナーの燃料噴射弁へ流入する空気と混合するように水蒸気を供給するので、蒸気と空気を十分に均一に混合して導入することができる。従って、燃焼的に比較的不安定な予混合燃焼に蒸気を噴射しても、安定した燃焼が可能となる。
【００１５】
更に、蒸気と燃料の割合は、燃料の増加量に応じて、蒸気噴射量を増加することにより、ＮＯｘの発生を抑えながら燃焼量を増大させ、二流体サイクルの出力を高めることができる。なお、残りの蒸気に関しては、燃焼器ライナの希薄孔など、比較的燃焼に関与しない位置に噴射するのがよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の二流体サイクル用の低ＮＯｘ燃焼器の全体構成図である。この図に示すように、本発明の二流体サイクル用低ＮＯｘ燃焼器１０は、中央部に配置されたパイロットバーナー１２と、そのまわりに配置された複数（例えば６つ）のメインバーナー１４とを備える。なお、この図において、２２は燃焼器ライナ、２３はケーシング、２４は点火栓（イグナイタ）であり、空気２６がケーシング２３とライナ２２の間を流れてバーナー１２、１４に達し、このバーナーとその他の部分を通ってライナ２２内に流入して火炎２７ａ，２７ｂを形成し、発生した燃焼ガスがスクロール部（図示せず）を通って図示しないガスタービンに導かれ、これを駆動するようになっている。
【００１８】
図１において、パイロットバーナー１２は、燃料Ｆを燃焼室１１内で拡散燃焼させる拡散燃焼バーナーである。
メインバーナー１４は、互いに同軸に配置された主噴射弁１４ａと予混合管１４ｂとからなる。主噴射弁１４ａには、ケーシング３を通して外部から燃料Ｆが供給される。この燃料には、例えばガス燃料を用いる。予混合管１４ｂは、この図で下端部が開口した円筒形の筒であり、内部で燃料と空気が互いに混合しやすくなっている。すなわち、メインバーナー１４は、主噴射弁１４ａと予混合管１４ｂで構成された予混合希薄バーナーである。この構成により、主噴射弁１４ａにより予混合管１４ｂ内に燃料Ｆを噴射し、予混合管１４ｂ内で燃料Ｆを十分な空気量と予混合しこれを希薄燃焼させることができる。
【００１９】
本発明の二流体サイクル用低ＮＯｘ燃焼器１０は、更に、メインバーナー１４の燃料噴射弁（主噴射弁１４ａ）へ流入する空気と混合するように水蒸気を供給する蒸気噴射管１６を備える。
この蒸気噴射管１６は蒸気噴射口１６ａを有し、この蒸気噴射口１６ａはメインバーナー１４の燃料噴射弁１４ａの旋回器の上流側に蒸気噴射するように位置決めされている。
【００２０】
更に、本発明の低ＮＯｘ燃焼器１０は、パイロットバーナー１２の燃料噴射弁へ流入する空気と混合して水蒸気を供給する蒸気噴射管１８を備えている。
【００２１】
上述した本発明の構成により、パイロットバーナー１２により拡散燃焼を行いメインバーナー１４の保炎源を形成できる。また、メインバーナー１４の予混合管１５における予混合燃焼によりＮＯｘの発生を抑制することができる。
【００２２】
【実施例】
以下、上述した低ＮＯｘ燃焼器１０の実施例を説明する。図１に示した低ＮＯｘ燃焼器１０を用い、蒸気噴射管１６からの蒸気噴射（ケース１）、ライナ希釈孔２２ａからの蒸気噴射（ケース２）、スクロール２１への蒸気噴射（ケース３）の３通りの試験を行い、その燃焼効率、発生ＮＯｘ量、その他を試験した。
【００２３】
図２はケース１の本発明の実施例の試験結果であり、図３はケース２の試験結果であり、図４はケース３の試験結果である。図２〜図４において、横軸は蒸気割合（蒸気流量／空気流量）、縦軸はＮＯｘ発生量である。なおこの試験は運転圧力６ａｔａで実施した。
【００２４】
また、表１は、各ケースの長所と短所をまとめたものである。
【００２５】
【表１】

【００２６】
図２〜図４及び表１から、ケース１では、蒸気割合を増加させるほど発生するＮＯｘの濃度が下がり、効果的にＮＯｘを低減できることが確認できたが、ケース２と３では、蒸気割合を増加させても効果的なＮＯｘ低減ができないことが確認された。
またケース１では、燃焼器の出口温度Ｔ４を一定に制御しても燃焼効率をほぼ１００％に維持でき、燃料効率の低下はなかった。
【００２７】
上述した試験結果の知見を基に、本発明の運転方法では、出力増加のために蒸気噴射を行う際に、噴射する蒸気の少なくとも一部を前記蒸気噴射管１６から噴射して、メイン噴射弁へ流入する空気と混合して燃料噴射弁へ供給する。また、好ましくは、この蒸気噴射時に、燃料の増加量に応じて、蒸気噴射量を増加させ、これにより蒸気と空気の和と燃料との比率をほぼ一定に維持する。
【００２８】
上述した装置及びその運転方法によれば、二流体サイクルのガスタービンにおいて、出力増加のための蒸気噴射を行わない運用状態では、本発明の低ＮＯｘ燃焼器は、従来の希薄予混合燃焼器として作動し、蒸気噴射をなくしても、ＮＯｘ発生量を規制値内に抑えることができ、その分ユーティリィティ蒸気量を増やしかつ燃料消費量を低減することができる。
【００２９】
また、出力増加のために蒸気噴射を行う際は、噴射する蒸気の少なくとも一部を蒸気噴射管１６から噴射させ、予混合燃焼のメイン噴射弁へ流入する空気と混合する。この噴射により、メインバーナーの燃料噴射弁へ蒸気と空気を十分に均一に混合して導入することができる。従って、安定した燃焼を維持できると共に火炎温度を効果的に下げてＮＯｘの発生量を更に低減することができる。
【００３０】
更に、蒸気と燃料の割合を、燃料の増加量に応じて、蒸気噴射量を増加することにより、火炎温度の上昇を防止しＮＯｘの発生量の増加を抑えながら燃焼量を増大させ、二流体サイクルの出力を高めることができる。なお、残りの蒸気に関しては、燃焼器ライナの希薄孔など、比較的燃焼に関与しない位置に噴射するのがよい。
【００３１】
上述した本発明の二流体サイクル用の低ＮＯｘ燃焼器とその運転方法により、通常では、蒸気噴射による出力増加のために増やした燃料で燃料過濃となり、火炎温度が上昇し、ＮＯｘの増加を招くが、本発明の装置と方法により予混合のメイン噴射弁への蒸気の噴射により火炎温度の上昇が抑えられ、ＮＯｘの増加が抑えられることが試験により確認された。なお、この試験では、メインバーナーの燃料流量とほぼ同量の蒸気噴射を行っても燃焼効率も悪化せず、蒸気噴射前の約１／２のＮＯｘ低減効果が確認された。
【００３２】
なお本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００３３】
【発明の効果】
上述したように、本発明の二流体サイクル用の低ＮＯｘ燃焼器とその運転方法は、電力需要が大きいときには大量の水蒸気を燃焼器に噴射してガスタービンの出力を増大させることができ、かつ電力需要が小さく水蒸気の需要が大きいときに、ＮＯｘの発生を抑制しながら、水蒸気噴射を完全になくし、これによりユーティリィティ蒸気の増加と燃料消費量の低減を図ることができる等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の二流体サイクル用の低ＮＯｘ燃焼器の全体構成図である。
【図２】本発明の実施例の試験結果である。
【図３】別の実施例の試験結果である。
【図４】更に別の実施例の試験結果である。
【図５】従来の二流体サイクルの一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１ガスタービン設備、２水蒸気、
２ａ余剰水蒸気（ユーティリィティ）、
３混合器、４圧縮空気、５燃焼器、６排熱回収ボイラ、
１０低ＮＯｘ燃焼器、
１２パイロットバーナー（拡散燃焼バーナー）、
１４メインバーナー（予混合希薄バーナー）、
１４ａ主噴射弁、１４ｂ予混合管、
１６蒸気噴射管、１８蒸気噴射管、
２１スクロール、２２燃焼器ライナ、２２ａ希釈孔、
２３ケーシング、２４点火栓（イグナイタ）、
２６空気、２７ａ，２７ｂ火炎、
Ａ空気、Ｅ排熱、Ｆ燃料、Ｗ給水、Ｓ水蒸気[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a low NOx combustor for a two-fluid cycle and a method of operating the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, cogeneration systems that improve power generation efficiency by combining gas turbines and steam turbines have attracted attention. FIG. 5 is a configuration diagram of a two-fluid cycle disclosed in Japanese Patent Publication No. 8-26780. Steam 2 generated by exhaust heat E of the gas turbine equipment 1 is mixed with compressed air 4 by a mixer 3. By heating the mixed gas with the exhaust heat E and injecting it into the combustor 5 of the gas turbine, the power generation output can be increased according to the power demand while supplying the surplus steam 2a as a utility. In this figure, 6 is an exhaust heat recovery boiler, A is air, F is fuel, and W is water supply.
[0003]
On the other hand, in order to protect the environment, it is obliged to reduce NOx (nitrogen oxide) in the combustion exhaust gas of the gas turbine. In Japan, for example, it is 70 ppm or less even in the national standards, and in a large city (for example, Tokyo), for example, 25 It is necessary to make it -30 ppm or less.
The main cause of NOx is so-called thermal NOx, in which nitrogen in the air is oxidized by a high-temperature flame at the time of combustion. To reduce this thermal NOx, hot spots in the flame are reduced to generate a high-temperature flame. It is effective to eliminate For this reason, in the above-described two-fluid cycle, a means for lowering the flame temperature by using water vapor is used, and a diffusion combustor capable of stable combustion even when water vapor is injected is used as the combustor.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described two-fluid cycle, when the power demand is large, a large amount of steam is injected into the combustor to increase the output of the gas turbine. As a result, fuel consumption is reduced. However, in the above-described conventional combustor (steam injection diffusion combustor), if the water vapor is reduced too much, the amount of NOx generated may increase and exceed the regulation value, and steam injection is always required. However, there was a problem that fuel consumption was increased.
[0005]
On the other hand, as a combustor capable of reducing NOx, a lean premix combustor is known in addition to the above-described steam injection diffusion combustor. This lean premix combustor premixes fuel with a sufficient amount of air to homogenize it, and burns it with lean air. It burns with a large amount of air, so there are no hot spots and the generation of high-temperature flames is eliminated. Low NOx can be realized.
[0006]
Therefore, by applying the conventional lean premixed combustor for the two-fluid cycle, the amount of NOx generated can be kept within the regulation value even without the steam injection, and the steam injection is eliminated as necessary. The amount of utility steam can be increased and fuel consumption can be reduced.
[0007]
However, this lean premixed combustor does not require steam to reduce NOx, but has a problem that combustion tends to become unstable. For this reason, if water vapor is injected into a lean premixed combustor, the flame temperature will fall too low and almost no stable combustion will be possible, resulting in a misfire, or if fuel is increased to stabilize combustion, fuel will be excessive in the fuel region. However, there is a problem that the original lean combustion cannot be performed and a sufficient NOx reduction effect cannot be obtained.
[0008]
The present invention has been developed to solve such problems. That is, the object of the present invention is to increase the output of the gas turbine by injecting a large amount of steam into the combustor when the power demand is large, and to generate NOx when the power demand is small and the demand for steam is large. An object of the present invention is to provide a low-NOx combustor for a two-fluid cycle and an operation method thereof that can completely eliminate steam injection and thereby increase utility steam and reduce fuel consumption.
[0009]
According to the reference example , a diffusion combustion type pilot burner (12) disposed in the center and a plurality of premixed combustion type main burners (14) disposed therearound are provided. It has a steam injection pipe (16) for supplying water vapor so as to mix with air flowing into the fuel injection valve, and has a dilution hole (22a) for injecting the remaining steam not supplied to the steam injection pipe (16). A low NOx combustor for a two-fluid cycle is provided comprising a combustor liner (22).
[0010]
According to a preferred embodiment of the reference example, the steam injection pipe (16) has a steam injection port for injecting steam upstream of the swirler of the fuel injection valve of the main burner. Furthermore, it is preferable that a steam injection pipe (18) for supplying water vapor by mixing with air flowing into the fuel injection valve of the pilot burner is provided.
[0011]
In addition, according to the reference example , a diffusion combustion type pilot burner (12) disposed in the central portion and a plurality of premixed combustion type main burners (14) disposed around the center are provided. A steam injection pipe (16) for supplying water vapor so as to be mixed with the air flowing into the fuel injection valve of the burner is provided, and when steam injection is performed to increase the output, a part of the steam to be injected is said steam injection pipe The remaining steam, which is injected from the fuel, mixed with the air flowing into the main injection valve and supplied to the fuel injection valve, and not supplied to the steam injection pipe (16), is diluted in the dilution hole (22a) of the combustor liner (22). The method of operating the low NOx combustor for a two-fluid cycle is provided. Further, at the time of the steam injection, it is preferable that the steam injection amount is increased in accordance with the fuel increase amount, thereby maintaining the ratio of the sum of steam and air and the fuel substantially constant.
[0012]
Further , according to the present invention, there is provided a method of operating a low NOx combustor for a two-fluid cycle, wherein the incinerator is disposed in a diffusion combustion type pilot burner (12) disposed in the center and around the incinerator. A plurality of premixed combustion main burners (14), and a steam injection pipe (16) for supplying water vapor so as to be mixed with the air flowing into the fuel injection valve of the main burner. When performing steam injection for the purpose, a part of the steam to be injected is injected from the steam injection pipe, mixed with air flowing into the main injection valve, and supplied to the fuel injection valve,
In the steam injection, the steam injection amount and the steam ratio are increased in accordance with the fuel increase amount, whereby the ratio of the sum of steam and air and the fuel is kept constant. A method of operating a low NOx combustor for a fluid cycle is provided.
[0013]
According to the apparatus of the present invention and the method of operating the same, the low NOx combustor of the present invention is a conventional lean premixed combustion in an operation state in which steam injection for increasing the output is not performed in a two-fluid cycle gas turbine. Even if the steam injection is eliminated, the NOx generation amount can be suppressed within the regulation value, and accordingly, the utility steam amount can be increased and the fuel consumption amount can be reduced.
[0014]
Further, when steam injection is performed to increase the output, part of the steam to be injected is injected from the steam injection pipe (16) and mixed with air flowing into the main injection valve for premixed combustion. In the present invention, the steam is mixed with the air flowing into the fuel injection valve of the main burner from the steam injection pipe (16) having the steam injection port for injecting steam upstream of the swirler of the fuel injection valve of the main burner. Since it supplies, it can introduce | transduce vapor | steam and air sufficiently mixed uniformly. Therefore, stable combustion is possible even when steam is injected into premixed combustion that is relatively unstable in terms of combustion.
[0015]
Furthermore, the ratio of the steam and the fuel can be increased by increasing the steam injection amount in accordance with the increase amount of the fuel, thereby increasing the combustion amount while suppressing the generation of NOx, and increasing the output of the two-fluid cycle. The remaining steam is preferably injected into a position that is relatively not involved in combustion, such as a lean hole of a combustor liner.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0017]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a low-NOx combustor for a two-fluid cycle according to the present invention. As shown in this figure, the low-NOx combustor 10 for a two-fluid cycle according to the present invention includes a pilot burner 12 disposed in the center and a plurality of (for example, six) main burners 14 disposed around the pilot burner 12. Prepare. In this figure, 22 is a combustor liner, 23 is a casing, 24 is a spark plug (igniter), and air 26 flows between the casing 23 and the liner 22 to reach the

burners

12 and 14. And flows into the liner 22 to form

flames

27a and 27b, and the generated combustion gas is guided to a gas turbine (not shown) through a scroll portion (not shown) to drive it. ing.
[0018]
In FIG. 1, a pilot burner 12 is a diffusion combustion burner that diffuses and burns fuel F in the combustion chamber 11.
The main burner 14 includes a main injection valve 14a and a premixing tube 14b arranged coaxially with each other. Fuel F is supplied to the main injection valve 14a from the outside through the casing 3. As this fuel, for example, gas fuel is used. The premixing tube 14b is a cylindrical tube whose lower end is opened in this figure, and the fuel and air are easily mixed inside. That is, the main burner 14 is a premixed lean burner composed of a main injection valve 14a and a premixing tube 14b. With this configuration, the fuel F can be injected into the premixing tube 14b by the main injection valve 14a, the fuel F can be premixed with a sufficient amount of air in the premixing tube 14b, and the lean combustion can be performed.
[0019]
The low-NOx combustor 10 for a two-fluid cycle of the present invention further includes a steam injection pipe 16 that supplies water vapor so as to be mixed with air flowing into the fuel injection valve (main injection valve 14a) of the main burner 14.
The steam injection pipe 16 has a steam injection port 16a, and the steam injection port 16a is positioned so as to inject steam to the upstream side of the swirler of the fuel injection valve 14a of the main burner 14.
[0020]
Further, the low NOx combustor 10 of the present invention includes a steam injection pipe 18 that supplies water vapor by mixing with air flowing into the fuel injection valve of the pilot burner 12.
[0021]
With the configuration of the present invention described above, diffusion combustion can be performed by the pilot burner 12 to form a flame holding source for the main burner 14. Moreover, the generation of NOx can be suppressed by premix combustion in the premixing tube 15 of the main burner 14.
[0022]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of the above-described low NOx combustor 10 will be described. The low NOx combustor 10 shown in FIG. 1 is used to perform steam injection from the steam injection pipe 16 (case 1), steam injection from the liner dilution hole 22a (case 2), and steam injection to the scroll 21 (case 3). Three kinds of tests were conducted, and the combustion efficiency, the amount of generated NOx, and others were tested.
[0023]
2 is a test result of the embodiment of the present invention in case 1, FIG. 3 is a test result of case 2, and FIG. 4 is a test result of case 3. 2 to 4, the horizontal axis represents the steam ratio (steam flow rate / air flow rate), and the vertical axis represents the NOx generation amount. This test was conducted at an operating pressure of 6 ata.
[0024]
Table 1 summarizes the advantages and disadvantages of each case.
[0025]
[Table 1]

[0026]
From FIG. 2 to FIG. 4 and Table 1, in case 1, it was confirmed that the concentration of NOx generated decreases as the steam ratio increases, and NOx can be effectively reduced. However, in

cases

2 and 3, the steam ratio is It has been confirmed that effective NOx reduction cannot be achieved even when the amount is increased.
In case 1, the combustion efficiency could be maintained at almost 100% even when the combustor outlet temperature T4 was controlled to be constant, and the fuel efficiency did not decrease.
[0027]
Based on the knowledge of the test results described above, in the operation method of the present invention, when steam injection is performed to increase the output, at least a part of the steam to be injected is injected from the steam injection pipe 16 to the main injection valve. It is mixed with the air flowing into and supplied to the fuel injection valve. Preferably, at the time of this steam injection, the steam injection amount is increased in accordance with the fuel increase amount, thereby maintaining the ratio of the sum of steam and air to the fuel substantially constant.
[0028]
According to the above-described apparatus and its operation method, in a gas turbine having a two-fluid cycle, the low NOx combustor according to the present invention is a conventional lean premixed combustor in an operation state in which steam injection for increasing output is not performed. Even if the operation is performed and the steam injection is eliminated, the amount of NOx generated can be suppressed within the regulation value, and accordingly, the utility steam amount can be increased and the fuel consumption amount can be reduced.
[0029]
When steam injection is performed to increase the output, at least a part of the steam to be injected is injected from the steam injection pipe 16 and mixed with air flowing into the main injection valve for premix combustion. By this injection, it is possible to introduce the steam and air into the fuel injection valve of the main burner with sufficiently uniform mixing. Therefore, stable combustion can be maintained and the flame temperature can be effectively lowered to further reduce the amount of NOx generated.
[0030]
Furthermore, the ratio of steam and fuel is increased according to the amount of fuel increase, and the amount of steam injection is increased to prevent an increase in flame temperature and increase the amount of combustion while suppressing an increase in the amount of NOx generated. The output of the cycle can be increased. The remaining steam is preferably injected into a position that is relatively not involved in combustion, such as a lean hole of a combustor liner.
[0031]
With the above-described low-NOx combustor for the two-fluid cycle and the operation method thereof according to the present invention, normally, fuel becomes rich with the increased fuel due to the increase in output by steam injection, the flame temperature rises, and NOx increases. However, tests have confirmed that the apparatus and method of the present invention can suppress an increase in flame temperature and an increase in NOx by injection of steam into the premixed main injection valve. In this test, the combustion efficiency was not deteriorated even when steam injection of the same amount as the fuel flow rate of the main burner was performed, and an NOx reduction effect of about ½ before steam injection was confirmed.
[0032]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, the low-NOx combustor for the two-fluid cycle of the present invention and its operation method can increase the output of the gas turbine by injecting a large amount of steam into the combustor when the power demand is large, and When the demand for power is small and the demand for water vapor is large, it is possible to completely eliminate water vapor injection while suppressing the generation of NOx, thereby improving utility steam and reducing fuel consumption. Have
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a low-NOx combustor for a two-fluid cycle according to the present invention.
FIG. 2 is a test result of an example of the present invention.
FIG. 3 is a test result of another example.
FIG. 4 is a test result of still another example.
FIG. 5 is a configuration diagram showing an example of a conventional two-fluid cycle.
[Explanation of symbols]
1 gas turbine equipment, 2 steam,
2a surplus water vapor (utility),
3 Mixer, 4 Compressed air, 5 Combustor, 6 Waste heat recovery boiler,
10 Low NOx combustor,
12 Pilot burner (diffusion combustion burner),
14 Main burner (premixed lean burner),
14a main injection valve, 14b premixing pipe,
16 steam injection pipes, 18 steam injection pipes,
21 scroll, 22 combustor liner, 22a dilution hole,
23 casing, 24 spark plug (igniter),
26 Air, 27a, 27b Flame,
A air, E exhaust heat, F fuel, W water supply, S water vapor

Claims

二流体サイクル用の低ＮＯｘ燃焼器の運転方法であって、前記焼却器は、中心部に配置された拡散燃焼式のパイロットバーナー（１２）と、そのまわりに配置された複数の予混合燃焼式のメインバーナー（１４）とを備え、更に、メインバーナーの燃料噴射弁へ流入する空気と混合するように水蒸気を供給する蒸気噴射管（１６）を備え、出力増加のために蒸気噴射を行う際に、噴射する蒸気の一部を前記蒸気噴射管から噴射して、メイン噴射弁へ流入する空気と混合して燃料噴射弁へ供給し、
前記蒸気噴射時に、燃料の増加量に応じて、蒸気噴射量及び蒸気割合を増加させ、これにより蒸気と空気の和と燃料との比率が一定になるように維持する、ことを特徴とする二流体サイクル用の低ＮＯｘ燃焼器の運転方法。 A method of operating a low NOx combustor for a two-fluid cycle, wherein the incinerator includes a diffusion combustion type pilot burner (12) disposed in a central portion and a plurality of premixed combustion types disposed around the incinerator. A steam injection pipe (16) for supplying water vapor so as to be mixed with air flowing into the fuel injection valve of the main burner, and performing steam injection to increase output In addition, a part of the steam to be injected is injected from the steam injection pipe, mixed with the air flowing into the main injection valve, and supplied to the fuel injection valve,
In the steam injection, the steam injection amount and the steam ratio are increased in accordance with the fuel increase amount, whereby the ratio of the sum of steam and air and the fuel is kept constant. A method of operating a low NOx combustor for a fluid cycle.