(57)【要約】      （修正有）【課題】ガスタービンの燃料を油燃料からガス燃料に切り替える際に、ガスタービンから排出される排ガスをできる限り可視化できないようにすることが可能なガスタービン燃焼器及びその運転方法を提供する。【解決手段】パイロットバーナ３７での燃焼を油焚きからガス焚きに切り替えるに際して、メインバーナ３９Ａ〜３９Ｆにガス燃料を供給してメインバーナ３９Ａ〜３９Ｆでガス焚きを開始し、その後、パイロットバーナ３７にガス燃料を供給してパイロットバーナ３７でガス焚きを開始する。【選択図】図３
2018071354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイロットバーナと、前記パイロットバーナの外周に配置されたメインバーナから構成され、前記パイロットバーナは油焚きとガス焚きが可能に構成され、前記メインバーナは少なくともガス焚きが可能に構成されたガスタービン燃焼器の運転方法であって、
前記パイロットバーナでの燃焼を油焚きからガス焚きに切り替えるに際して、
前記メインバーナにガス燃料を供給してメインバーナでガス焚きを開始し、その後、前記パイロットバーナにガス燃料を供給してパイロットバーナでガス焚きを開始することを特徴とするガスタービン燃焼器の運転方法。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービン燃焼器の運転方法において、
前記メインバーナにガス燃料を供給してメインバーナでガス焚きを行う過程で前記パイロットバーナのガス焚きを行うバーナに不活性ガスを供給するようしたことを特徴とするガスタービン燃焼器の運転方法。
【請求項３】
パイロットバーナと、前記パイロットバーナの外周に配置されたメインバーナから構成され、前記パイロットバーナは油焚きとガス焚きが可能に構成され、前記メインバーナは少なくともガス焚きが可能に構成され、
前記パイロットバーナの油燃料ノズルに油燃料を供給する、油燃料流量調整弁を備えた油燃料供給系統と、
前記パイロットバーナのガス燃料ノズルにガス燃料を供給する、パイロットバーナガス燃料流量調整弁を備えたパイロットバーナガス燃料供給系統と、
前記メインバーナのガス燃料ノズルにガス燃料を供給する、メインバーナガス燃料流量調整弁を備えたパイロットバーナガス燃料供給系統と、
前記油燃料流量調整弁、前記パイロットバーナガス燃料流量調整弁及び前記メインバーナガス燃料流量調整弁にそれらの開度を制御する制御指令を出す制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記パイロットバーナでの燃焼を油焚きからガス焚きに切り替えるに際して、前記油燃料流量調整弁に開度を徐々に閉じる指令を出すと共に、前記メインバーナガス燃料流量調整弁の開度を徐々に開く指令を出し、その後、前記メインバーナガス燃料流量調整弁を開いたまま、前記パイロットバーナガス燃料流量調整弁に徐々に開く指令を出すと共に、前記油燃料流量調整弁に開度を全閉とする指令を出すように構成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、
前記パイロットバーナのガス燃料ノズルに不活性ガスを供給する、不活性ガス流量調整弁を備えた不活性ガス供給系統を備え、
前記制御装置は、前記メインバーナガス燃料流量調整弁を開いてメインバーナで火炎が形成されてから前記パイロットバーナガス燃料流量調整弁を開く前に、前記不活性ガス流量調整弁に開く指令を出す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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン燃焼器及びその運転方法に係り、特に、ガス燃料と油燃料の双方を燃焼可能なガスタービン燃焼器及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電コストの低減、資源の有効利用、及び、地球温暖化防止の観点から、製鉄所で副生するコークス炉ガスや製油所で副生するオフガスなどの水素を含む水素含有燃料を有効利用することが検討されている。例えば、ガスタービン発電プラントに水素含有燃料を利用すると、水素含有燃料は、燃焼時における二酸化炭素(Carbon Dioxide：CO2)の排出量が少ないため、地球温暖化防止策として有効である。また、豊富な資源である石炭をガス化して発電する石炭ガス化複合発電プラント（Integrated coal Gasification Combined Cycle：IGCC）においては、ガスタービンに供給する水素含有燃料中の炭素分を回収・貯留するシステム（Carbon Capture and Storage：CCS）を設けて、CO2排出量を更に削減する方策も検討されている。
【０００３】
水素含有燃料をガスタービンの燃料として使用する場合、燃焼器内で着火に失敗すると、未燃焼の水素含有燃料が燃焼器から排出されて、下流側のタービン内に滞留する危険性が懸念される。このため、水素含有燃料を用いるガスタービンにおいては、水素を含まない起動用燃料（例えば、油燃料）で着火し、所定の部分負荷まで起動用燃料で運転し、所定の部分負荷において、起動用燃料から水素含有燃料に切り替え、この後、水素含有燃料により定格負荷まで負荷上昇させ、運転継続することが考えられている。また、IGCCにおいては、プラント起動時、ガス化炉で石炭ガスが発生するまでは油燃料でガスタービンを運転し、石炭ガス発生後にガスタービンの燃料を油燃料から石炭ガスへ切り替えるようにしている。
【０００４】
これらのため、ガスタービンの燃料として通常はガス燃料を使用するが、プラント起動・停止の際は油燃料を使用するといった２種類の燃料が使用できるガスタービン燃焼器が用いられる。油燃料とガス燃料の双方が燃焼可能（油焚きとガス焚きが可能）なガスタービン燃焼器は、一般的に、燃焼器の軸中心部に位置する起動用バーナと、起動用バーナの外周に配置されたメインバーナで構成され、起動用バーナにおいて油焚きとガス焚きが可能に構成されている場合もある。
【０００５】
従来、ガスタービンの燃料を油燃料からガス燃料に切り替える（油焚きからガス焚きに切り替える）運転方法としては、例えば、特許文献１に記載のように、起動用バーナにおける油燃料の噴射量を減少させると同時に起動用バーナにおけるガス燃料の噴射量を増加させ、その後、メインバーナにおけるガス燃料の噴射量を増加させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１０５６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ガスタービンは、ガスタービンから排出される排ガスに含まれる物質が環境基準値以下となるように構成されている。しかしながら、ガスタービンの燃料を油燃料からガス燃料への切り替える際に、ガスタービンから排出される排ガスに多くの煤塵が発生する可能性がある。例え、排ガスに含まれる物質が環境基準以下であっても、景観の保全という観点からガスタービンから排出される排ガス中の煤塵をできる限り可視化できないようにすることが望ましい。
【０００８】
本発明の目的は、ガスタービンの燃料を油燃料からガス燃料に切り替える際に、ガスタービンから排出される排ガスをできる限り可視化できないようにすることが可能なガスタービン燃焼器及びその運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のガスタービン燃焼器及びその運転方法は、パイロットバーナでの燃焼を油焚きからガス焚きに切り替えるに際して、メインバーナにガス燃料を供給してメインバーナでガス焚きを開始し、その後、パイロットバーナにガス燃料を供給してパイロットバーナでガス焚きを開始するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ガスタービンの燃料を油燃料からガス燃料に切り替える際に、ガスタービンから排出される排ガスをできる限り可視化できないようにすることが可能となる。  
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例が適用されるガスタービンプラントの概略構成図である。
【図２】本発明の実施例が適用されるガスタービン燃焼器の一例の構造を示す概略断面図である。
【図３】本発明の実施例が適用されるガスタービン燃焼器の一例の構造を示す燃焼室から見たバーナの正面図である。
【図４】比較例のガスタービン燃焼器の運転方法における燃料切り替えロジックと煤塵量の関係を示す図である。
【図５】本発明の実施例のガスタービン燃焼器の運転方法における燃料切り替えロジックと煤塵量の関係を示す図である。
【図６】本発明の実施例が適用されるガスタービン燃焼器の一例の構造を示す燃焼室から見たバーナの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明の第一の実施例を説明する。
【００１３】
先ず、本発明の実施例が適用されるガスタービン燃焼器について、図１〜図３を用いて説明する。  
図１は本発明の実施例が適用されるガスタービンプラントの概略構成図である。  
ガスタービンプラントは、主な構成要素として、空気圧縮機１、 燃焼器３、ガスタービン２、及び発電機２３を備える。空気圧縮機２は、大気より空気を吸入して圧縮して圧縮空気４を生成し、圧縮空気４を燃焼器３に供給す る。燃焼器３は、圧縮空気４と油燃料及び／又はガス燃料とを混合燃焼させて燃焼ガス２０を生成する。燃焼ガス２０はガスタービン２へ導入され、ガスタービン２は燃焼ガス２０により駆動される。ガスタービン２の回転動力により発電機２３が駆動され発電する。ガスタービン２から排出された排ガス２１は煙突２２から排出される。なお、空気圧縮機１とガスタービン２には、ガスタービン起動用モータなどが接続 されるが図示省略している。また、発電機２３は負荷検出器（図示省略）を備え、負荷検出器で計測したガスタービンの負荷の信号が制御装置４０に入力される。さらに、本発明は、石炭ガス化複合発電プラント（IGCC）におけるガスタービンプラントのガスタービン燃焼器に好適であるが、IGCCを構成する石炭ガス化炉などの石炭ガス化プラント、ガスタービンからの排ガスの熱を利用して蒸気を発生する排熱回収ボイラ、排熱回収ボイラや石炭ガス化プラントにおけるシンガスクーラで発生した蒸気により駆動される蒸気タービンプラントなどの図示を省略している。
【００１４】
図２は本発明の実施例が適用されるガスタービン燃焼器の一例の構造を示す概略断面図である。このようなガスタービン燃焼器は例えば特開2016-38108号公報に記載されている。  
ガスタービン燃焼器３は、略円筒構造に形成されていて、その側面を形成する外筒２７と、外筒２７の端部に設けたエンドカバー２８と、バーナ（パイロットバーナ３８，メインバーナ３９Ａ〜Ｆ）と、外筒１０の内周面とその外周面とで環状の空間を形成する内筒（燃焼室ライナ）２６とを備えている。内筒２６の内部には、油燃料及び／又はガス燃料と圧縮空気４が燃焼する燃焼室が形成される。燃焼室で発生した燃焼ガス２０は尾筒２５を通ってガスタービン２に導入される。
【００１５】
内筒２６のエンドカバー２８側端部には、複数の空気孔３４が形成された空気孔プレート３３が設けられている。空気孔プレート３３の外周面と内筒２６の内面との間にシール部材３６が設けられている。空気孔プレート３３は、ガス燃料噴射ノズル３５と共にパイロットバーナ及びメインバーナを構成する。
【００１６】
空気圧縮機１からの圧縮空気４は、車室２４内に導入され、尾筒２５の周囲と車室２４の内面で形成される空間を通って、内筒２６の外周と外筒２７の内周との間に形成される流路に導入される。尾筒２５や内筒２６には、それらを冷却するために貫通孔（図示省略）が形成される場合もあり、圧縮空気４の一部が貫通孔を介してそれらの内部に流入する。内筒２６の外周と外筒２７の内周との間に形成される流路を流れた圧縮空気４はエンドカバー２８で転向され、空気孔プレート３３に形成された複数の空気孔３４を通過して燃焼室内に噴射される。空気孔プレート３３はパイロットバーナの中央部が燃焼室から遠ざかるように傾斜を持って窪んでいる構造を有する。この構造は、水素を含むガス燃料を用いた場合に好適な構造であり、燃焼室側表面の中央部が燃焼室から遠ざかるように傾斜を持って窪んでいる構造とすることによって、バーナ中央部の表面から定常火炎を見る角度が縮小するため、輻射によりバーナ中央部に流入する熱流束を抑制することができるので、バーナ中央部が過熱される危険を低下させることができる。また、空気孔３４は燃焼室内に旋回成分を持って圧縮空気が噴射されるように傾斜して形成されている。
【００１７】
エンドカバー２８の中央部には、パイロットバーナを構成する油燃料ノズル３７が設けられている。油噴射ノズル３７には油燃料供給装置５からの油燃料が油燃料配管８、油燃料流量調整弁９を介して供給される。油燃料流量調整弁９は制御装置４０によって開度が制御される。また、油燃料配管８には油燃料供給装置５と油燃料流量調整弁９との間に油燃料遮断弁（図示省略）が設けられている。
【００１８】
エンドカバー２８の内部には、メインガスマニホールド２９，３０、パイロットガスマニホールド３１が形成されている。メインガスマニホールド２９，３０には、ガス燃料供給装置６からのガス燃料が、ガス燃料配管１０、メインバーナガス燃料流量調整弁１４、メインバーナガス燃料配管１２を介して供給される。メインガスマニホールド２９，３０に供給されたガス燃料は、複数のガス燃料ノズル３５から空気孔プレート３３のメインバーナを構成する複数の空気孔３４のそれぞれに噴射される。複数の空気孔３３と複数のガス燃料ノズル３５は、１つの空気孔に１つのガス燃料ノズルを対応させて配置されている。パイロットガスマニホールド３１には、ガス燃料供給装置６からのガス燃料が、ガス燃料配管１０、パイロットバーナガス燃料流量調整弁１３、パイロットバーナガス燃料配管１１を介して供給される。パイロットガスマニホールド３１に供給されたガス燃料は、複数のガス燃料ノズル３５から空気孔プレート３３のパイロットバーナを構成する複数の空気孔３４のそれぞれに噴射される。ガス燃料ノズル３５と空気孔３４は同軸となるように配置されて同軸噴流バーナを形成し、メインバーナはこの同軸噴流バーナを多数集合化した構造である。また、パイロットバーナは、同軸噴流バーナを多数集合化した構造と油燃料噴射ノズルとを一体化したものである。同軸噴流バーナを多数集合化した構造によって、予め燃料と空気の分散性を高めて燃焼室内に供給し、短い距離で燃料と空気を混合することにより、逆火を防ぐとともに低ＮＯｘ燃焼を図っている。なお、パイロットバーナガス燃料流量調整弁１３、メインバーナガス燃料流量調整弁１４は制御装置４０によってそれぞれ開度が制御される。また、ガス燃料配管１０はパイロットバーナガス燃料配管１１とメインバーナガス燃料配管１２に分岐し、ガス燃料配管１０にはガス燃料供給装置６と分岐点との間にガス燃料遮断弁（図示省略）が設けられている。なお、ＩＧＣＣプラントの場合、ガス燃料供給装置６は石炭ガス化プラントからの石炭ガス化ガスを供給する。
【００１９】
メインガスマニホールド２９，３０には、さらに、窒素供給装置７、窒素供給配管１５、メインバーナ窒素供給配管１７、メインバーナ窒素流量調整弁１９、メインバーナガス燃料配管１２を介して窒素ガスが供給される。また、パイロットガスマニホールド３１には、窒素供給装置７、窒素供給配管１５、パイロットバーナ窒素供給配管１６、パイロットバーナ窒素流量調整弁１８、パイロットバーナガス燃料配管１１を介して窒素ガスが供給される。パイロットバーナ窒素流量調整弁１８、メインバーナ窒素流量調整弁１９は制御装置４０によってそれぞれ開度が制御される。また、窒素供給配管１５はパイロットバーナ窒素供給配管１６とメインバーナ窒素供給配管１７に分岐し、それぞれ、パイロットバーナガス燃料流量調整弁１３の下流でパイロットバーナガス燃料配管１１、メインバーナガス燃料流量調整弁１４の下流でメインバーナガス燃料配管１２に合流するようになっている。窒素供給配管１５には、窒素供給装置７と分岐点との間に窒素遮断弁（図示省略）が設けられている。メインバーナ、パイロットバーナで燃焼を開始する前に、すなわち、ガス燃料をガス燃料ノズル３５に供給する前に、窒素供給装置から窒素ガスを供給し、メインガスマニホールド２９，３０、パイロットガスマニホールド３１、燃料噴射ノズル３５の燃料ガス供給系統を窒素ガスパージにより浄化（窒素ガス置換）する。
【００２０】
点火栓３２が外筒２７に設けられている。点火栓３２は内筒２６を貫通して空気孔プレート３３の燃焼室側に着火点が位置する。点火栓３２のスパーク動作は制御装置４０によって制御される。
【００２１】
図３は本発明の実施例が適用されるガスタービン燃焼器の一例の構造を示す燃焼室から見たバーナの正面図である。図３に示すように、燃焼器バーナはパイロットバーナ３８とその外周に配置された複数（図３の例では６個）のメインバーナ３９Ａ〜３９Ｆで構成される。中央部に位置するパイロットバーナ用のパイロットバーナ３８はその中心（燃焼器の軸心でもある）に油燃料ノズル３７が位置する。パイロットバーナ３８の周囲に複数のメインバーナ３９Ａ〜３９Ｆが配置されている。また、空気孔プレート３３はパイロットバーナ３８、メインバーナ３９Ａ〜３９Ｆのそれぞれの軸心を中心とする複数の同心円上に空気孔が形成されている。
【００２２】
次に本発明の実施例におけるガスタービン燃焼器の運転方法における燃料切り替えについて説明する。
【００２３】
先ず、比較例のガスタービン燃焼器の運転方法における燃料切り替えについて説明する。図４は比較例における燃料切り替えロジックとその際の煤塵量の関係を示す。ここでは、パイロットバーナをＦ１バーナ、メインバーナをＦ２バーナと呼称する。
【００２４】
ＩＧＣＣプラントで用いられるガスタービン燃焼器では、Ｆ１バーナの油燃料ノズル３７から油燃料を噴射して点火栓３２により着火し、ガスタービン燃焼器により燃焼ガスを生成し、ガスタービンを起動する。このとき、パイロットバーナガス燃料流量調整弁１３、メインバーナガス燃料流量調整弁１４、パイロットバーナ窒素流量調整弁１８、メインバーナ窒素流量調整弁１９は閉じている。所定の燃焼を行った後、ガスタービン燃焼器の燃料を油燃料からガス燃料に切り替える。この燃料切り替えは、部分負荷の状態で行う。まず、パイロットバーナ窒素流量調整弁１８、メインバーナ窒素流量調整弁１９を所定開度開き、窒素ガスパージを所定時間行う。その後、パイロットバーナ窒素流量調整弁１８、メインバーナ窒素流量調整弁１９を閉じて、比較例では、Ｆ１バーナ（パイロットバーナ３８）の同軸噴流バーナで着火しない燃料流量に相当する開度となるようにパイロットバーナガス燃料流量調整弁１３を開動作し、Ｆ１バーナのガス燃料供給系統（パイロットバーナガス燃料流量調整弁１３からパイロットバーナガス燃料配管１１、パイロットガスマニホールド３１、ガス燃料ノズル３５まで間）にガス燃料を充填する（Ｆ１プレフィル）。Ｆ１プレフィルの時間はガス燃料供給系統の体積により決定される。
【００２５】
Ｆ１プレフィル終了後、油燃料流量調整弁９を徐々に閉じてＦ１バーナにおける油燃料を徐々に減少させると同時にパイロットバーナガス燃料流量調整弁１３を徐々に開いてＦ１バーナにおけるガス燃料を徐々に増加させる（Ｆ１燃料切り替え開始）。この燃料切り替え過程でＦ１バーナの同軸噴流バーナに着火しＦ１ガス火炎が形成される。油燃料を所定流量まで減少し、Ｆ１バーナのガス燃料を所定流量（例えば全開または半開流量）まで増加させた後、Ｆ１バーナで所定時間混焼を行う。その後、Ｆ２プレフィル開始前にメインバーナ窒素流量調整弁１９を所定開度開き、再度Ｆ２バーナについて窒素ガスパージを所定時間行う。その後、メインバーナ窒素流量調整弁１９を閉じて、Ｆ２バーナで着火しない燃料流量に相当する開度となるようにメインバーナガス燃料流量調整弁１３を開動作し、Ｆ２バーナのガス燃料供給系統（メインバーナガス燃料流量調整弁１４からメインバーナガス燃料配管１２、メインガスマニホールド２９，３０、ガス燃料ノズル３５まで間）にガス燃料を充填する（Ｆ２プレフィル）。Ｆ２プレフィルの時間はガス燃料供給系統の体積により決定される。Ｆ２プレフィル終了後、油燃料流量調整弁９を再度徐々に閉じてＦ１バーナにおける油燃料を再度徐々に減少させると同時にメインバーナガス燃料流量調整弁１４を徐々に開いてＦ２バーナにおけるガス燃料を徐々に増加させる（Ｆ２燃料切り替え開始）。Ｆ１バーナについてはガス燃料流量をＦ１混焼の時点で所定流量としている場合にはパイロットバーナガス燃料流量調整弁１３の開度を維持し、半開流量としている場合には、パイロットバーナガス燃料流量調整弁１３の開度を再度徐々に開きＦ２バーナのガス燃料増加と共にガス燃料を増加させる。Ｆ２燃料切り替え過程でＦ２バーナに着火しＦ２ガス火炎が形成される。油燃料調整弁９が全閉し、メインバーナガス燃料流量調整弁１４が所定開度となった時点で燃料切り替えが完了する。
【００２６】
このような燃料切り替えロジックで油燃料からガス燃料への燃料切り替えを行うと、排ガス中の煤塵濃度が濃くなり排ガスが可視化できるようになる場合がある。図４に示すように、Ｆ１燃料切り替え開始後（Ｆ１バーナの同軸噴流バーナに着火後）、Ｆ２燃料切り替え開始まで（Ｆ２バーナに着火するまでの間）、すなわち、Ｆ１バーナで油焚きに加えてガス焚きが行われている間（Ｆ１バーナでの混焼局面）、排ガスが可視化（有色煙化）する程度に煤塵量が増えている。
【００２７】
本発明者らの検討によると、比較例では、燃料切り替え時（図４におけるＦ１燃料切り替え開始からＦ２燃料切り替え開始まで）に次のような現象が起きていると考えられる。
【００２８】
ガス燃料は油燃料と比較して燃えやすいことから、ガス燃料の燃焼において酸素の多くを消費し、油燃料に十分な酸素が供給されない状態となる。油燃焼の酸化反応が促進されないため煤塵の発生量が増加すると考えられる。
【００２９】
次に、本発明の実施例におけるガスタービン燃焼器の運転方法における燃料切り替えについて説明する。図５は、本発明の実施例のガスタービン燃焼器の運転方法における燃料切り替えロジックと煤塵量の関係を示す図である。  
本発明の実施例では、パイロットバーナ（Ｆ１バーナ）３８での燃焼を油焚きからガス焚きに切り替えるに際して、メインバーナ（Ｆ２バーナ）３９にガス燃料を供給してメインバーナでガス焚きを開始し、その後、パイロットバーナにガス燃料を供給してパイロットバーナでガス焚きを開始するようにしている。
【００３０】
比較例と同様に、Ｆ１バーナの油燃料ノズル３７から油燃料を噴射して点火栓３２により着火し、ガスタービン燃焼器により燃焼ガスを生成し、ガスタービンを起動する。このとき、パイロットバーナガス燃料流量調整弁１３、メインバーナガス燃料流量調整弁１４、パイロットバーナ窒素流量調整弁１８、メインバーナ窒素流量調整弁１９は閉じている。所定の燃焼を行った後、ガスタービン燃焼器の燃料を油燃料からガス燃料に切り替える。この燃料切り替えは、部分負荷の状態で行う。
【００３１】
まず、パイロットバーナ窒素流量調整弁１８、メインバーナ窒素流量調整弁１９を所定開度開き、窒素ガスパージを所定時間行う。その後、メインバーナ窒素流量調整弁１９を閉じて、Ｆ２バーナで着火しない燃料流量に相当する開度となるようにメインバーナガス燃料流量調整弁１３を開動作し、Ｆ２バーナのガス燃料供給系統（メインバーナガス燃料流量調整弁１４からメインバーナガス燃料配管１２、メインガスマニホールド２９，３０、ガス燃料ノズル３５まで間）にガス燃料を充填する（Ｆ２プレフィル）。Ｆ２プレフィルの時間はガス燃料供給系統の体積により決定される。Ｆ２プレフィル終了後、油燃料流量調整弁９を徐々に閉じてＦ１バーナにおける油燃料を徐々に減少させると同時にメインバーナガス燃料流量調整弁１４を徐々に開いてＦ２−１バーナ、Ｆ２−２バーナ、Ｆ３−１バーナにおけるガス燃料を徐々に増加させる（Ｆ２燃料切り替え開始）。この時点で、Ｆ１バーナにはガス燃料が供給されていない（パイロットバーナガス燃料流量調整弁１３が全閉）。Ｆ２燃料切り替え過程でＦ２バーナに着火しＦ２ガス火炎が形成される。
【００３２】
Ｆ２プレフィル、Ｆ２燃料切り替えの過程で、パイロットバーナ窒素流量調整弁１８は開いたままでも良いし、閉じたままでも良い。
【００３３】
Ｆ１バーナの油焚きにおいて、煤塵の発生量が多い場合には、パイロットバーナ窒素流量調整弁１８を開けた方が煤塵量の低減に有効な場合もある。
Ｆ２プレフィルの過程ではＦ２バーナでの着火を効果的防ぐという観点からパイロットバーナ窒素流量調整弁１８を開いたままとするのが望ましい。Ｆ２燃料切り替えの過程では、Ｆ２バーナ、Ｆ３バーナで着火しやすくするという観点からパイロットバーナ窒素流量調整弁１８を閉じた方が望ましい。しかし、これらに限定されるものではない。
【００３４】
油燃料を所定流量まで減少し、Ｆ２バーナのガス燃料を所定流量（例えば全開流量）まで増加させる（Ｆ２燃料切り替え完了）。その後、Ｆ１バーナでの油焚きとＦ２バーナでのガス焚きの混焼を所定時間行う。この混焼時間は比較例におけるＦ１バーナでのＦ１混焼の時間よりも短い時間としている（例えば比較例では１００秒程度であるが本発明の実施例では十数秒程度である。）。短時間であることから、図５ではＦ２燃料切り替え完了後の混焼の図示を省略している。また、混焼を行うことなく燃料切り替え完了後、直ぐに後述のＦ１プレフィルを開始するようにしても良い。混焼の際に、パイロットバーナ窒素流量調整弁１８は開いて良いし、閉じても良い。詳細は後述するが、Ｆ１プレフィル開始まではパイロットバーナ窒素流量調整弁１８は開いておいた方が煤塵の発生抑制をより確実なものとすることができる。
【００３５】
次に、Ｆ１プレフィルを行う。上述の混焼時、パイロットバーナ窒素流量調整弁１８が閉じていた場合にはＦ１プレフィルの前に窒素ガスパージを行うのが望ましい。Ｆ１バーナ（パイロットバーナ３８）の同軸噴流バーナで着火しない燃料流量に相当する開度となるようにパイロットバーナガス燃料流量調整弁１３を開動作し、Ｆ１バーナのガス燃料供給系統（パイロットバーナガス燃料流量調整弁１３からパイロットバーナガス燃料配管１１、パイロットガスマニホールド３１、ガス燃料ノズル３５まで間）にガス燃料を充填する（Ｆ１プレフィル）。Ｆ１プレフィルの時間はガス燃料供給系統の体積により決定される。
【００３６】
Ｆ１プレフィル終了後、油燃料流量調整弁９を再度徐々に閉じてＦ１バーナにおける油燃料を徐々に減少させると同時にパイロットバーナガス燃料流量調整弁１３を徐々に開いてＦ１バーナにおけるガス燃料を徐々に増加させる（Ｆ１燃料切り替え開始）。この燃料切り替え過程でＦ１バーナの同軸噴流バーナに着火しＦ１ガス火炎が形成される。油燃料調整弁９が全閉し、パイロットバーナガス燃料流量調整弁１３が所定開度（例えば全開）となった時点で燃料切り替えが完了する（Ｆ１燃料切り替え完了）。
【００３７】
このような燃料切り替えロジックで油燃料からガス燃料への燃料切り替えを行うと、排ガスの煤塵量が抑えられ、排ガスの可視化を抑制することができる。すなわち、図５に示すように、Ｆ１バーナでの燃料切り替えの前にＦ２バーナでのガス焚きを開始するようにすると、混焼時でも煤塵量の発生を抑制できる。
【００３８】
Ｆ１燃料切り替えの前にＦ２燃料切り替えを行った場合、Ｆ２バーナのＦ２火炎により油燃料の酸化反応を促進させることができ、煤塵の排出を低減できる。また、Ｆ２燃料切り替え後にＦ１バーナでの混焼が開始しても、Ｆ２燃料ガスが同時投入されている状態なので、Ｆ２火炎により同様に油燃料の酸化反応を促進させることができ、煤塵の排出を低減できる。また、Ｆ１燃料切り替え時には、Ｆ２燃料切り替えの過程で油燃料の燃料流量が既に低下しているので、Ｆ１混焼に起因する煤塵の発生量も抑えられる。
【００３９】
本実施例では、上述したように、Ｆ２燃料切り替えを行ってからＦ１燃料切り替えを行っている。Ｆ２燃料切り替えの際には、Ｆ１燃料ガスが供給されない。したがって、Ｆ２燃料切り替えの際には、上述したように、Ｆ１バーナ（パイロットバーナ３８）の同軸噴流バーナに窒素ガスを供給することができる。Ｆ１バーナの油炊きとＦ２バーナのガス焚きの混焼が行われている際に、Ｆ１バーナ（パイロットバーナ３８）の同軸噴流バーナに窒素ガスを供給すると、油滴から油火炎がリフトした状態となり、気化した燃料とメインバーナからの空気とが混合し、局所の火炎温度が低くなり、これにより煤塵の発生を抑制することができる。
【００４０】
次に、図６を用い本発明の第二の実施例について説明する。図６は第一の実施例で説明したバーナの正面図である。油燃料ノズル３７、パイロットバーナ３８、メインバーナ３９Ａ〜Ｆの構成は第一の実施例と同様である。第二の実施例ではメインバーナ３９の燃料系統を複数個に構成したものである。
【００４１】
本実施例のような燃焼器ではガスタービンの運転状態において、パイロットバーナとメインバーナに燃料を供給しガスタービンを運転するが、低ＮＯｘ化と安定燃焼を両立するためには、メインバーナは、負荷に応じてガス燃料が噴射されるように、複数のグループに分けて構成するのが望ましい。例えば、図６に示すようにメインバーナ３９Ａ，３９Ｃ，３９Ｅのグループ（Ｆ２バーナ）と、メインバーナ３９Ｂ，３９Ｄ，３９Ｆのグループ（Ｆ３バーナ）のように分ける。Ｆ２バーナ、Ｆ３バーナの呼称に併せてパイロットバーナをＦ１バーナと呼称する。部分負荷の際には、Ｆ１バーナ、Ｆ１バーナとＦ２バーナで燃焼を行うようにする。メインバーナをＦ２バーナ、Ｆ３バーナと分けた場合には、メインガスマニホールドをＦ２用とＦ３用に分けて構成し、ガス燃料供給系統をそれに合わせて複数に分岐させる。また、Ｆ２バーナ、Ｆ３バーナをそれぞれ中央部側のＦ２−１バーナ、Ｆ３−１バーナ、外周側をＦ２−２バーナ、Ｆ３−２バーナのように分けてさらに負荷に応じて安定な燃焼が可能なようにしても良い。この場合にもメインマニホールドとガス燃料供給系統をそれに合せて分けて構成する。本実施例は、燃焼器バーナを、Ｆ１バーナ、Ｆ２−１バーナ、Ｆ２−２バーナ、Ｆ３−１バーナ、Ｆ３−２バーナで構成し、Ｆ１バーナが油焚きとガス焚きが可能な構成となっている。
【００４２】
第一の実施例では、Ｆ１バーナを油焚きからガス焚きに切替える前にＦ２バーナを燃焼させて、Ｆ１バーナから発生する煤塵量を抑制した。第二の実施例では第一実施例に相当するＦ２バーナを、Ｆ２−１、Ｆ３−１、Ｆ２−２、Ｆ３−２から選択することができる。例えば切り替えるガスタービンの負荷によっては、Ｆ２バーナとしてＦ２−１、Ｆ３−１を選択することが可能である。Ｆ２−１、Ｆ３−１はメインバーナの中央に位置し、拡散燃焼のような燃焼方式も可能であるため、油燃焼からＦ２バーナに切替える際に安定な燃焼状態を確保することが可能となる。
【００４３】
なお、本発明は上記した第一、二の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加，削除，置換をすることが可能である。
【００４４】
例えば、本発明のガスタービン燃焼器は、上述のようなＩＧＣＣの他に、製鉄プラントから得られる、水素を含む副生ガスであるコークス炉ガス（ＣＯＧ：Coke Oven Gas）、高炉ガス（ＢＦＧ：Blast Furnace Gas）、転炉ガス（ＬＤＧ：Linzer Donawitz Gas）あるいはこれらの混合ガスを燃料として使用するガスタービンや、石油製油所のナフサ分解プラントなどから得られる、水素を含む副生ガスを燃料とするガスタービンに適用することができる。
【００４５】
また、ガスタービン燃焼器としては、燃焼器中心部に設置された拡散燃焼用の燃料噴出ノズルを有するパイロットバーナと、その外周に設置された燃料と空気の混合気を噴出する環状の予混合ノズルを有するメインバーナからなる燃焼器（例えば、特開平７−２８０２６７号公報に記載のような燃焼器）にも本発明を適用できる。この場合、パイロットバーナには油燃料噴出ノズルとガス燃料噴出ノズルが備えられた油焚き・ガス焚きの双方が可能なバーナとする。
【００４６】
また、上述の実施例では、メインバーナはガス焚きのバーナであるが、メインバーナも油焚きとガス焚きの双方が可能な構造でも良い。ガス燃料が利用できない状況の場合に、メインバーナも油燃料を燃焼できれば、タービンプラントの運用の柔軟性確保できる。この場合、パイロットバーナで油焚きからガス焚きに燃料を切り替える際に、メインバーナでガス焚きを行うようにすれば良い。
【００４７】
また、上述の実施例では、窒素ガスパージを行っているが、他の不活性ガスを用いてパージを行うようにしても良い。
【符号の説明】
【００４８】
1・・・圧縮機、２・・・ガスタービン、３・・・燃焼器、４・・・圧縮空気、５・・・油燃料供給装置、６・・・ガス燃料供給装置、７・・・窒素供給装置、８・・・油燃料配管、９・・・油燃料流量調整弁、１０・・・ガス燃料配管、１１・・・パイロットバーナガス燃料配管、１２・・・メインバーナガス燃料配管、１３・・・パイロットバーナガス燃料流量調整弁、１４・・・メインバーナガス燃料流量調整弁、１５・・・窒素供給配管、１６・・・パイロットバーナ窒素供給配管、１７・・・メインバーナ窒素供給配管、１８・・・パイロットバーナ窒素流量調整弁、１９・・・メインバーナ窒素流量調整弁、２０・・・燃焼ガス、２１・・・排ガス、２２・・・煙突、２３・・・発電機、２４・・・車室、２５・・・尾筒、２６・・・内筒、２７・・・外筒、２８・・・エンドカバー、２９・・・メインガスマニホールド、３０・・・メインガスマニホールド、３１・・・パイロットガスマニホールド、３２・・・点火栓、３３・・・空気孔プレート、３４・・・空気孔、３５・・・ガス燃料ノズル、３６・・・シール部材、３７・・・油燃料ノズル、３８・・・パイロットバーナ、３９Ａ〜３９Ｆ・・・メインバーナ、４０・・・制御装置。
【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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