(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気と燃料を供給する設備を備え、該空気と該燃料を混合し燃焼させる燃焼室，燃焼室を囲む円筒形状のライナー，圧力容器として該ライナー外周を囲む外筒，燃焼室上流に燃料と空気を噴出させ火炎を保持する燃料ノズル、更に該空気中に窒素を供給するための複数の窒素噴射ノズルを具備し、燃焼室内部にその空気を流入するため、燃焼室軸方向に複数個の空気孔を該ライナーに設けたガスタービン燃焼器において、
該燃焼室に供給される該燃料の増加量に応じて、該複数個の空気孔に流入する空気のうち、燃焼ガスの下流に位置する該空気孔に流入する空気の窒素の配分量を増加させる手段をもつことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、
空気から酸素を主成分とした酸化剤を生成し、該酸化剤で重油あるいは石炭等をガス化する設備を備え、該ガス化ガスを燃料とするガスタービン燃焼器であって、
前記窒素は、空気から前記酸化剤を取り出す際に生成された気体であることを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のガスタービン燃焼器において、
前記ライナーの外側を流れる前記空気が、該ライナーに設けられた複数の前記空気孔と前記燃料ノズルに供給する構造を備えたガスタービン燃焼器であって、
前記窒素を噴射する前記窒素噴射ノズルは、該ノズルの噴出孔を、前記ライナーの外側を流れる前記空気に対し、該ライナーの軸方向へ該空気の流れ方向に対して逆向きに、該窒素を噴射できる構造としたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項４】
請求項３に記載のガスタービン燃焼器において、
前記窒素噴射ノズルの窒素噴出孔は、前記ライナー外周を流れる前記空気流路に対し、前記燃料ノズルと、前記ライナーの燃料ノズルに最も近い空気孔の間に配置されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れかに記載のガスタービン燃焼器において、
前記ライナーの外周を流れる前記空気中に、該空気の酸素濃度が測定可能な酸素濃度計を設け、該酸素濃度計の出力に応じて前記窒素の供給量を制御する構造としたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項６】
請求項１〜請求項４の何れかに記載のガスタービン燃焼器において、
前記ライナーの温度が測定可能な温度計を少なくとも２個設け、該温度計の出力に応じて前記窒素の供給量を制御する構造としたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス化発電プラント用燃焼器に関係し、特に石炭をガス化する際に、酸素製造装置より生成される窒素を使用し、発電負荷に対応した、窒素と燃焼用空気の混合方法を変えることによって、燃焼室内部の火炎、もしくは燃焼ガスの高温領域を低減し、全負荷帯でのＮＯｘ低減を可能にした燃焼器を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の天然ガスを燃料とした発電用ガスタービン燃焼器では、低ＮＯｘ化の対策として、予め燃料と空気を混合し、燃焼室でこの混合ガスを燃焼させる予混合燃焼方法によって、燃焼温度の均一化を図っている。しかし石炭ガス化プラント用の燃焼器においては、石炭ガス化ガスが従来の燃料に比べて燃焼速度が速く、更に生成ガス中の燃料組成配分が、運用時に安定しないことが考えられるため、火炎安定性や逆火の問題から、予混合燃焼は困難とされている。
【０００３】
また、拡散燃焼方式では、空気供給のための複数の燃焼孔を燃焼室軸方向に設け、燃焼室内部をいくつかの燃焼領域に分けることで、局所的な高温燃焼部を希釈し、ＮＯｘの生成を低減している。
【０００４】
酸素酸化方式のガス化炉を備えた石炭ガス化プラントでは、空気中から酸素を取り出す際に、窒素が生成される。現在、この窒素をプラントの冷却に利用する他に、燃焼器の低ＮＯｘ化に利用することが望まれている。拡散燃焼方式の燃焼器に対し、この余剰窒素の利用方法として、燃料中に混ぜて、燃料の発熱用を低下させる方法，燃焼室内部に直接噴射して、火炎温度を下げる方法、また、燃焼用空気に混ぜて、空気中の酸素濃度を低下させる方法等が考えられている。
【０００５】
このように窒素を利用した低ＮＯｘ燃焼器として、例えば実開昭57−168735号公報に記載されたものが、公知である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
窒素を燃料に混合することで、石炭ガス化ガスの発熱量は低下し、局所的な火炎温度の高温化を防止することができる。しかし、窒素の供給圧に比べ、燃料の供給圧力が高く、燃料に混合する前に、窒素を昇圧する必要があるため、プラント効率が低下してしまう。また、酸素酸化による石炭ガス化ガスは、発熱量が  ２５００kcal／Ｎｍ3 であるのに対し、システム上得られる最大窒素量を燃料に混合すると、１０００kcal／Ｎｍ3 程度まで低下することから、燃焼安定性が損なわれる恐れがある。
【０００７】
窒素を燃焼室内部に直接噴射する方式では、窒素と燃焼ガスの混合特性によっては、火炎温度の低減効果が不十分であったり、火炎安定性が悪化する問題がある。また、燃焼負荷によって燃焼ガスの高温領域の位置が変化するため、窒素噴射の条件設定が困難になることが予想される。
【０００８】
窒素を燃焼用空気に混合する方法においても、空気が燃焼室軸方向に複数設けられた各燃焼孔、及び燃料ノズルに配分されて、燃焼室内部の各燃焼領域に供給される場合は、空気中に窒素を噴射する位置によって、燃焼安定性、及びＮＯｘ低減化に関係してくる。例えば、燃焼室上流、特に燃料ノズルに供給される空気に窒素を混ぜた時は、空気中の酸素濃度が低減するために、火炎安定性が悪化し、燃焼ガス温度が低い燃焼室下流に供給される空気に、窒素を混ぜたときは、  ＮＯｘ低減効果がなくなる。
【０００９】
以上のような課題を解決するために、火炎安定性を損なうことなく、全負荷対に対して燃焼ガス温度の高温領域に、窒素を供給する手段、及び運転方法が必要となる。本発明の目的は、発電の全負荷帯にわたって、効率良く局所的な火炎温度の高温化を防止し、NOxの排出量を低減するとともに、酸素濃度低下に伴う燃焼不安定性の回避が可能となるガスタービン燃焼器を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のガスタービン燃焼器は、空気と燃料を供給する設備を備え、該空気と該燃料を混合し燃焼させる燃焼室，燃焼室を囲む円筒形状のライナー，圧力容器として該ライナー外周を囲む外筒，燃焼室上流に燃料と空気を噴出させ火炎を保持する燃料ノズル、更に該空気中に窒素を供給するための複数の窒素噴射ノズルを具備し、燃焼室内部にその空気を流入するため、燃焼室軸方向に複数個の空気孔を該ライナーに設けたガスタービン燃焼器において、該燃焼室に供給される該燃料の増加量に応じて、該複数個の空気孔に流入する空気のうち、燃焼ガスの下流に位置する該空気孔に流入する空気の窒素の配分量を増加させる手段をもつことを特徴とする。そして、該燃焼室に供給される該燃料の供給量が増加するほど、火炎が燃焼ガスの下流方向へ長くなるため、該燃料の増加量に応じて、燃焼ガスの下流に位置する該燃焼孔に流入する空気に、混合される窒素の配分量が増加する手段をとることで、火炎温度を低下することができ、上記課題を解決できる。
【００１１】
また、前記ガスタービン燃焼器が石炭、もしくは油を酸素酸化によってガス化した燃料を用いる場合は、酸素製造装置より生成される窒素、もしくは窒素含有量が空気よりも多い気体を利用することで、発電プラント効率を損なうことなく、低ＮＯｘ化が可能となる。
【００１２】
また、前記空気と窒素の混合方法として、前記ライナーの外側を流れる前記空気が、該ライナーに設けられた複数の前記燃焼孔と前記燃料ノズルに供給する構造を備えたガスタービン燃焼器において、前記窒素を噴射する前記窒素噴射ノズルは、該ノズルの噴出孔を、前記ライナーの外側を流れる前記空気に対し、該ライナーの軸方向へ該空気の流れ方向に対して逆向きに、該窒素を噴射できる構造とする。ここで、前記各空気孔と燃料ノズルから燃焼室に流入する空気に含まれる窒素の配分は、空気中に窒素が噴出し貫通する距離に従い、空気と窒素の混合度合が変化する。
【００１３】
例えば燃焼用空気の流れ方向に対して、反対方向に窒素を噴射する場合、窒素噴射ノズルから窒素噴流の到達点までが、空気に窒素が混合するため、この混合領域に前記燃焼孔が設けられていれば、空気よりも酸素濃度の低い気体を燃焼室に供給できる。前記到達点、及び空気に対する窒素の混合度合は、各流体の物性値，窒素噴射の流量，流速、及び噴流の幅、そして空気の流量と流速から、制御が可能となる。
【００１４】
このような構造、及び制御方法によって、各燃焼孔、及び燃料ノズルに供給される空気に対し、窒素混合量を調整することができ、燃焼室内部の高温領域に対して窒素分を多く含んだ空気を供給することで、火炎温度の均一化を図れる。更に、前記ガス化プラントにおいては、燃料流量に比例した窒素流量が生成されるため、前記窒素噴射手段に対して、部分負荷から定格負荷に至るまで窒素流量を制御する必要がなくなり、システムを簡素化できる。
【００１５】
また、前記窒素噴射ノズルの窒素噴出孔は、前記ライナー外周を流れる前記空気流路に対し、前記燃料ノズルと、前記ライナーの燃料ノズルに最も近い燃焼孔の間に配置されていることで、窒素流量が少ないときは、燃料ノズルに流入する空気のみに、窒素を混合することができ、燃料流量の少ない部分負荷運転時や油燃焼時に問題となる燃料ノズルの温度上昇を回避し、効率良く火炎温度を低下することができる。
【００１６】
また、前記複数個の窒素噴射ノズルを、燃焼器軸方向に対し、各々のノズルの噴射位置を変えて配置することで、各燃焼孔、及び燃料ノズルに供給される空気に対し、窒素と空気の混合度合を変えることができる。例えば燃焼室の軸方向に対して、ある燃焼孔が配置されている燃焼室内部の領域の燃焼温度が高いとすると、その燃焼孔に近い位置に、噴孔径が大きい燃料ノズルを配置すれば、前記燃焼孔に流入する空気の窒素分を増やすことができる。
【００１７】
また、窒素の噴射位置が違う窒素噴射ノズルに対して、各々流量制御を別系統とすることで、負荷変化によって燃焼温度高温領域の位置が変わっても、その高温領域に近い位置で、窒素を噴射している窒素噴射ノズルの流量を増やすことによって、燃焼温度を低下することができる。
【００１８】
また、前記窒素噴射ノズルは、窒素が噴出できる複数の噴出口を具備し、更に複数の該噴出口は、前記ライナーの各燃焼孔、及び燃料ノズルの空気流入孔に向けて窒素を噴射できる位置に配置されており、燃焼温度分布に対応した噴孔径にすることで、各燃焼孔、及び燃料ノズルに供給される空気に対し、窒素混合量を調整することができ、燃焼室内部の高温領域に対して確実に窒素分を多く含んだ空気を供給することができる。
【００１９】
また、上述の様な燃焼器に対して、前記ライナーの外周を流れる前記空気中に、該空気の酸素濃度が測定可能な酸素濃度計を少なくとも１個以上設け、該酸素濃度計の出力に応じて、前記窒素の供給量を制御する構造とすることにより、酸素濃度の不足に伴う火炎の不安定性や、火炎の高温領域を予測することができるため、各燃焼孔もしくは燃料ノズルに流入する空気の窒素配分を制御することができる。
【００２０】
また、前記ライナーの温度が測定可能な温度計を、少なくとも２個以上は設け、該温度計の出力に応じて、前記窒素の供給量を制御する構造とすることで、上述と同様に火炎の高温領域の位置が確認でき、この位置に流入する空気の窒素配分を制御増加させることが可能となる。
【００２１】
以上のような構造、及び制御とすることで、燃焼温度の高温領域を、酸素濃度の低い空気で希釈することが可能となり、排出ガス中のＮＯｘを低減することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。図１には、重油あるいは石炭などの燃料を酸素酸化によってガス化し、そのガスを燃焼させてガスタービンを駆動し、ガスタービンに結合されている発電機にて発電する重質油ガス化あるいは石炭ガス化複合発電プラントの系統とガスタービン用燃焼器の拡大断面図を示されている。本プラントは、ガス化炉１，圧縮機２，燃焼器３，タービン４，酸素製造装置５，発電機６等を備えている。
【００２３】
ここでは、以下、石炭ガス化複合プラントの場合について、運転方法を説明する。
【００２４】
始動時、外部動力によって駆動された圧縮機２の吐出空気９ａを用い、軽油７を燃料として、燃焼室８に着火する。タービン４の昇速後、自立運転にはいり、ガスタービンの無負荷定格回転数に達した後、発電機６を併入することで徐々に負荷をとり始める。
【００２５】
一方、ガス化炉１に必要な酸化剤の酸素１２は、酸素製造装置５にて生成される。酸素製造装置５では、バックアップ用圧縮機１０か、あるいは圧縮機２より抽気される抽気空気１１から、酸素１２と窒素１３に分離し、酸素１２はガス化炉１へ、窒素１３はガスタービンの燃焼器３へ供給する。
【００２６】
ガス化炉１では、酸素１２の供給により、石炭１４を燃焼し、ガス化炉負荷上昇に伴って、ガス化ガス１５が供給可能となる。ガス化炉１の起動直後は、生成されるガス化ガス１５の温度及び発熱量が極めて低いため、負荷が上昇し、ガス化ガス１５の温度及び発熱量が安定するまでは、ガスタービンの燃焼器３では、軽油７を燃料として燃焼させる。
【００２７】
次の本発明を用いた燃焼器３について説明する。燃焼器３は、圧力容器である燃焼器外筒１６，空気を燃焼室８に導くためのフロースリーブ１７，燃焼室８を囲むライナー１８，燃料を供給し火炎２０ｂを保持するための燃料ノズル１９，燃料ノズル１９を外筒１６に固定し、更に窒素１３，供給するヘッドエンド部  ２１から構成される。
【００２８】
燃料ノズル１９は燃焼器３の中心軸上に配置され、ガスタービンの着火からガス燃焼に至るまでを運用する油ノズル２２，油７を噴霧するためのアトマイズ空気噴孔２３，圧縮機２から吐出した燃焼用空気９を燃焼室８に供給するための空気噴孔２４，石炭ガス化ガス１５を供給するためのガス噴孔２５より構成されている。空気噴孔２４、及びガス噴孔２５は燃焼器３に対して同心円上の周方向に、各々いくつかの噴孔が交互に配置され、それらの噴孔は、燃焼器３の中心軸に対しある旋回角度を有している。また、ガス化ガス１５の燃焼器３への供給ラインには、燃料流量制御弁３１が設けられており、ガス化ガス流量を制御している。
【００２９】
ライナー１８においては、燃焼室８の上流から、燃焼器３の軸方向に第１燃焼孔２６ａと第２燃焼孔２６ｂの２列にわたる燃焼孔が、周方向へ複数設けられており、圧縮機２の吐出空気９ａを燃焼室８に供給している。
【００３０】
ヘッドエンド２１においては、燃焼器３の中心軸に対して周方向に、複数の窒素噴射ノズル２７が配置され、ライナー１８とフロースリーブ１７の間に流入する空気に対し、窒素１３を噴射する。更に、ヘッドエンド部２１の内部に、窒素１３を各々の窒素噴射ノズル２７に分配するための中空２８が設けられている。また、窒素１３の燃焼器３への供給ラインには、窒素流量制御弁３０が設けられており、窒素流量を制御している。
【００３１】
燃焼器３の運転方法について以下説明する。圧縮器２より空気９ａが燃焼室８に流入した後、軽油７、及びアトマイズ空気２９を供給し、燃焼室８にて着火させる。着火からタービン４が無負荷定格回転数に達し、負荷を取り始める間、酸素製造装置５より生成された窒素１３を燃焼器３に供給し、油燃焼によるＮＯｘの生成を抑制する。ガス化炉１において、ガス化ガス１５の温度，発熱量が安定し、必要なガス流量が生成された後、燃焼室８に供給し、油燃焼による火炎にて着火する。燃焼室８に、ガス化ガス１５の安定な火炎２０が形成されることによって、軽油７、及びアトマイズ空気２９の供給を停止することができ、ガス化ガス１５の拡散燃焼による部分負荷から定格負荷までの運転が可能となる。
【００３２】
図２（ａ）に負荷を取り始めてから定格負荷に至るまでの、ガス化ガス流量と生成される窒素流量の関係を示す。ガス化ガスと窒素は、ガス化炉で消費される酸素の量に比例して生成されるため、ガス化ガス量に対する窒素量の比率は、全負荷帯でほぼ同じとなる。
【００３３】
図２（ｂ）は、図１に示した窒素噴射ノズル２７から噴射する窒素流量と、噴射孔から窒素が空気中に噴射して最大到達点に達する距離との関係を表している。これらの関係は、窒素と空気の物性値，流速、及び窒素噴孔径等が影響している。ライナーとフロースリーブの間の空気流路面積が同じであり、更に第１、及び第２燃焼孔へ空気が流出するため、図の窒素到達距離に対して、Ｖ１，Ｖ２、及びＶ３の領域の順番で、空気の流速が増加している。従って窒素流量と窒素噴射到達距離の関係を表す線の傾きが、第１，第２燃焼孔の位置で極端に変化する。
【００３４】
以上の様に、負荷に対する燃料と窒素噴射流量、そして窒素噴射流量と窒素噴流到達位置の関係が予測できれば、燃焼室に配分した各燃焼空気に混合される窒素の量が全負荷帯で制御できる。このような窒素と空気の混合度合の予測に基づいて、次に、本発明の全負荷帯にわたるＮＯｘ低減効果を具体的に説明する。
【００３５】
図３に部分負荷から定格負荷における拡散燃焼の火炎と窒素噴射の状態を、燃焼器の部分拡大図で示す。図３（ａ）は部分負荷運転時の状態を表わしている。部分負荷運転時では、ガス化ガスの流量が少ないため、燃焼室８の燃料ノズル  １９近傍の当量比は、量論混合比に達しておらず、従って、燃焼室８の上流部に小さな拡散火炎２６ａが形成する。
【００３６】
このとき、酸素製造装置で生成される窒素流量１３も少なく、窒素噴射ノズル２７からの窒素噴流流速が遅くなる。そのため、ライナー１８とフロースリーブ１７の間を流れる燃焼用空気９に対して、逆流で噴出している窒素１３の到達距離は短く、窒素１３は、燃料ノズル１９を介して、燃焼反応の大部分に消費されている空気９ｄに混合する。このようにして、部分負荷運転では、燃焼室８の上流部に発生した火炎温度を低下させるように、火炎形成に寄与している空気９ｄに対して、最も窒素１３が混合するようにしている。但し、この際、燃料ノズル１９に供給される空気９ｄの酸素濃度が極端に低く、燃焼が不安定にならないように、窒素噴射ノズル２７の上流に設置された窒素流量制御弁３０で、ある程度、窒素流量を制御する必要がある。
【００３７】
図３(ｂ)は、定格負荷運転時の火炎位置と、窒素噴射の状態を示している。定格負荷では、部分負荷に比べガス化ガスの流量が多いため、燃焼室８の燃料ノズル１９近傍の当量比は、量論混合比よりも高い。従って、燃料ノズル１９から燃焼室８に供給する空気９ｄによって燃えきらなかった燃料が、第１燃焼孔２６ａ、及び第２燃焼孔２６ｂから供給される空気９ｃ，９ｂによって燃焼し、図３  （ｂ）の様に、火炎２０ｂの長さが長くなる。
【００３８】
このとき、燃料の生成量に比例した窒素流量が得られるため、図のように窒素噴射の到達距離が長くなり、燃焼反応に関与する第１燃焼孔２６ａ、及び第２燃焼孔２６ｂの流入空気９ｃ，９ｂにも窒素１３が混合し、火炎全体の温度を低下させることが可能となる。
【００３９】
以上のような構造、及び制御方法によって、発電の全負荷帯にわたって、効率良く局所的な火炎温度の高温化を防止し、ＮＯｘの排出量を低減するとともに、酸素濃度低下に伴う燃焼不安定性の回避が可能となる。
【００４０】
図４に本発明の第２の実施例を示す。窒素噴射ノズルは、燃焼器径方向に２本ずつＬノズル３２ａとＳノズル３２ｂが設置され、これらのノズルが燃焼器周方向に複数組配置されている。Ｌノズル３２ａとＳノズル３２ｂは其々長さを変えてあり、Ｌノズル３２ａの噴孔は第２燃焼孔２６ｂ近傍、Ｓノズル３２ｂの噴孔は第１燃焼孔２６ａ近傍に設けられている。更に各々のノズルに導かれる窒素  １３は、別系統の流量制御を介して供給される。
【００４１】
図１に示したシステムを運転する上で、窒素１３の供給圧が低く、図２で示した様に、必要な窒素到達距離、即ち窒素噴射速度が得られない場合が考えられる。図４に示した様に、長さの違うノズルから其々窒素１３を噴射すれば、窒素流速もノズルによる圧力損失も少なくして、火炎位置に合わせた窒素１３と空気  ９ａとの混合が可能となる。
【００４２】
更に、Ｌノズル３２ａとＳノズル３２ｂに流れる窒素流量を、上流に設置された流量制御弁３０で、各々制御すれば、発電の全負荷帯に対する火炎位置変化に応じて、其々の位置の空気９ａと窒素１３の混合度を変えることができる。例えば、部分負荷の時は、図３（ａ）に示すように火炎の長さが短い。この時、Ｌノズル３２ａへ窒素１３は供給せず、Ｓノズル３２ｂのみに窒素１３を供給すれば、効率良く火炎温度を低下することができる。しかし、火炎位置が、全負荷帯にわたってそれほど変わらない場合は、窒素系統を別にする必要はなく、火炎位置に合わせてＬノズル３２ａとＳノズル３２ｂの噴孔径を設定すれば良い。
【００４３】
以上のように、火炎位置に合わせて其々の窒素噴射ノズルの窒素噴射位置を変えた構造にすることで、窒素供給圧力が低い場合でも、ＮＯｘの低減が可能となる。
【００４４】
図５に本発明を用いた第３の実施例を示す。窒素噴射ノズル３３は、其々３つの噴射孔を備えており、それらの噴射孔は、各々、燃料ノズル空気噴孔２４，第１燃焼孔２６ａ、及び第２燃焼孔２６ｂに向けて窒素１３を噴射するように配置様れている。各噴孔径は、火炎位置、もしくは燃焼ガス温度の分布と、各空気孔から流出する空気流量によって設定されている。例えば、火炎温度が燃焼室８の燃料ノズル１９近傍で高い分布となる場合、図５の窒素噴射ノズル３３の様に、燃料ノズル空気噴孔２４に向けて窒素１３を噴射する噴孔径を、その他の噴孔径よりも大きくすることで、燃料ノズル１９に流入する空気９ｄの窒素混合量を増加することができる。
【００４５】
このような簡単な構造によって、窒素噴射ノズル３３に対する窒素供給圧力が少ない場合でも、確実な配分で、各空気噴孔から燃焼室８へ流出する空気９ａに、窒素１３を混入することが可能となる。
【００４６】
図６に本発明を用いた第４の実施例を示す。本発明は、図１に示した実施例に、窒素流量制御システムを加えている。第１燃焼孔流入空気９ｃ，第２燃焼孔流入空気９ｂ、及び燃料ノズル流入空気９ｄの一部を採取するため、各々の流入空気近傍にサンプリングプローブ３４を設ける。吸引したサンプリングガス３５は、酸素濃度分析計３６に導入され、各々の空気孔に流入する空気の酸素濃度を計測し、その出力３７を処理装置３８に送る。
【００４７】
処理装置３８では、燃料流量信号３９と各流入空気の酸素濃度出力３７から、最適な窒素流量を算出し、窒素流量に応じた弁開度４０を窒素流量制御弁３０に出力する。ここで、最適な窒素流量として、各サンプリング位置の酸素濃度が、ある規定値以下まで下がらないようにするとともに、燃料流量３９と各酸素濃度３７で予測できる各領域に対する火炎温度を、できるだけ均一にするように計算されている。
【００４８】
このように、各燃焼孔、及び燃料ノズルに流入する空気の酸素濃度を測定し、その酸素濃度に応じた窒素流量を制御することで、酸素濃度低下による火炎の不安定性を確実に防止し、更に燃焼器軸方向の酸素濃度分布を監視し、制御できるため、火炎温度の均一化を図れる。
【００４９】
図７に本発明を用いた第５の実施例を示す。本発明は、図６に示した実施例の、酸素濃度計測に対して、ライナーの温度分布を計測することで、窒素流量を制御している。第１燃焼孔２６ａ，第２燃焼孔２６ｂ、及び燃料ノズル１９近傍のライナー１８に、各々のライナー温度を計測するための熱電対４１を設置する。熱電対４１はアンプ４２に接続され、信号を増幅した後、その出力４３を処理装置３８に送る。処理装置３８では、燃料流量信号３９と各ライナー温度４３から、最適な窒素流量を算出し、窒素流量に応じた弁開度４０を窒素流量制御弁３０に出力する。ここで、最適な窒素流量として、各測定点のライナー温度４３から、燃焼器軸方向の火炎温度分布を予測し、火炎温度が高い領域の流入空気へ混合する窒素配分量を増加させるように算出される。
【００５０】
このように、ライナー温度の計測によって、火炎温度分布の予測ができ、それに対応した窒素流量を制御することで、火炎の高温領域に、積極的に酸素濃度の低い空気を供給することが可能となる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によると、発電の全負荷帯にわたって、効率良く局所的な火炎温度の高温化を防止し、ＮＯｘの排出量を低減するとともに、酸素濃度低下に伴う燃焼不安定性の回避が可能となるガスタービン燃焼器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を用いたガスタービン燃焼器の実施例を示した図。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、図１のシステム上得られる窒素量と窒素噴射到達距離の関係を示した特性図。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は負荷変化時の本発明による火炎温度低減効果を示した図。
【図４】本発明を用いた燃焼器の第２の実施例を示す図。
【図５】本発明を用いた燃焼器の第３の実施例を示す図。
【図６】本発明を用いた燃焼器の第４の実施例を示す図。
【図７】本発明を用いた燃焼器の第５の実施例を示す図。
【符号の説明】
１…ガス化炉、２…圧縮機、３…燃焼器、４…タービン、５…酸素製造装置、６…発電機、７…軽油、８…燃焼室、９ａ…圧縮機吐出空気、９ｂ…第２燃焼孔流入空気、９ｃ…第１燃焼孔流入空気、９ｄ…燃料ノズル流入空気、１０…バックアップ用圧縮機、１１…抽気空気、１２…酸素、１３…窒素、１４…石炭、  １５…ガス化ガス、１６…燃焼器外筒、１７…フロースリーブ、１８…ライナー、１９…燃料ノズル、２０ａ，２０ｂ…火炎、２１…ヘッドエンド部、２２…油ノズル、２３…アトマイズ空気噴孔、２４…燃料ノズル空気噴孔、２５…ガス噴孔、２６ａ…第１燃焼孔、２６ｂ…第２燃焼孔、２７…窒素噴射ノズル、２８…ヘッドエンド中空、２９…アトマイズ空気、３０ａ…窒素流量制御弁、３１…燃料流量制御弁、３２ａ…Ｌノズル、３２ｂ…Ｓノズル、３３…第３の発明による窒素噴射ノズル、３４…サンプリングプローブ、３５…サンプリングガス、３６…酸素濃度分析器、３７…酸素濃度、３８…処理装置、３９…燃料流量、４０…弁開度、４１…熱電対、４２…アンプ、４３…ライナー温度。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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