(57)【要約】【課題】本発明の目的は、高湿分の燃焼空気を用いて、水素を含む燃料の組成や発熱量が幅広く変化しても燃焼の安定性を高く保持してＮＯｘ排出量を抑制することが可能なガスタービン燃焼器を提供する。【解決手段】本発明のガスタービン燃焼器は、燃焼空気に湿分を混合して水素を含む燃料と混合して燃焼させるガスタービン燃焼器３であって、このガスタービン燃焼器に供給する燃焼空気中に湿分１５を噴出する湿分噴出装置２８、２９を複数個設置し、ガスタービン燃焼器を備えたガスタービンプラントの運転状態によって、複数個設置した湿分噴出装置２８、２９から燃焼室の上流側と下流側の燃焼空気中にそれぞれ噴出する湿分の割合を調節するように構成した。【選択図】図１
2015102266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼空気に湿分を混合し水素を含む燃料と混合して燃焼させるガスタービン燃焼器であって、このガスタービン燃焼器に供給する燃焼空気中に湿分を噴出する湿分噴出装置を複数個設置し、
ガスタービン燃焼器を備えたガスタービンプラントの運転状態によって、複数個設置した湿分噴出装置から燃焼室の上流側と下流側の燃焼空気中にそれぞれ噴出する湿分の割合を調節する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２】
請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、
複数個設置した一方の湿分噴出装置からガスタービン燃焼器の燃焼室の燃焼反応領域となる上流側に湿分を噴出するように構成し、複数個設置した他方の湿分噴出装置から燃焼反応が進行した燃焼室の下流側に湿分を噴出する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３】
請求項２に記載のガスタービン燃焼器において、
複数個設置した他方の湿分噴出装置からガスタービン燃焼器を構成する外筒と内筒で形成される環状の空気流路に湿分を噴出する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２に記載のガスタービン燃焼器において、
複数個設置した他方の湿分噴出装置からガスタービンの車室に湿分を噴出する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５】
請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、
複数個設置した一方の湿分噴出装置からガスタービン燃焼器の燃焼室の燃焼反応領域となる上流側に湿分を噴出するように構成し、複数個設置した他方の湿分噴出装置から燃焼反応が進行した燃焼室の下流側に湿分を噴出するように設置し、
更に、別の湿分噴出装置をガスタービン燃焼器の軸中心上流側に設置したバーナの端面から湿分を噴出するように設置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】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスタービン燃焼器に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機で空気を圧縮し、圧縮した燃焼空気をガスタービン燃焼器で燃料と混合して燃焼して燃焼ガスを生成し、生成した燃焼ガスでタービンを回転させ、タービンに連結された発電機で発電するように構成したガスタービンとして、燃焼空気に多量の湿分を混入し、この高湿分空気を燃焼させることで、タービンに流入する燃焼ガスの流量を増加させ、ガスタービンの出力を増加させる高湿分空気燃焼ガスタービンシステムがある。
【０００３】
この高湿分空気燃焼ガスタービンシステムでは、高湿分の燃焼空気で燃焼するため、ガスタービン燃焼器においては、高い燃焼安定性を確保する燃焼技術が求められる。
【０００４】
一般に、ガスタービンの燃料に液化天然ガスを用いることで、二酸化炭素の発生を抑制したクリーンな発電を行うことが可能である。
【０００５】
また近年では、低炭素社会の実現に向けガスタービンの燃料として、水素を含む燃料を燃焼させることが実行されている。
【０００６】
水素は燃焼速度が速いため、液化天然ガスを燃焼させた場合に比べ、火炎がバーナ側に接近する傾向がある。これによりバーナのメタル温度が上昇するため、バーナの信頼性を確保するための冷却技術が必要となる。
【０００７】
また、水素は断熱火炎温度が高いため、高温の局所領域からサーマルＮＯｘが発生しやすく、環境負荷を低減するためにはＮＯｘの発生を抑制する燃焼技術が必要となる。
【０００８】
ＮＯｘの発生を抑制する技術に、空気と燃料を予め混合し燃焼させることで局所高温領域を低減する予混合燃焼方式が、一般に広く知られている。
【０００９】
しかしながら、水素は前述したように燃焼速度が速く、火炎が予混合器内部に逆流する恐れがあるため、予混合燃焼方式で燃焼させる事は困難である。
【００１０】
このため、一般には燃料を燃焼室に直接噴射して燃焼させる拡散燃焼方式を用いるが、多量に発生するＮＯｘ排出量を抑制するため、火炎形成領域に蒸気などを噴出して火炎温度を低減し、ＮＯｘ排出量を抑制する方法がとられている。
【００１１】
また、水素を含む燃料としては、石油精製プラントから生成される副生ガスや、石炭をガス化した石炭ガス化ガスなどが代表的である。
【００１２】
特に、石炭ガス化ガスからシフト反応を利用してガス中の二酸化炭素を回収する石炭ガス化ガス二酸化炭素回収システムから生成されるガスは、二酸化炭素を回収する割合に応じてガス中の水素濃度が大きく変化する。
【００１３】
このため、石炭ガス化ガス二酸化炭素回収システムから生成されるガスをガスタービンの燃料とする場合、ガスタービンの燃焼器は、同一構造の燃焼器で幅広い水素濃度の燃料を安定に低ＮＯｘで燃焼する燃焼技術が必要となる。
【００１４】
一方で、製鉄所において鉄鉱石を還元して銑鉄を製造する際に生成される高炉ガスやバイオマス燃料は、液化天然ガス比較して発熱量が低く燃えにくい燃料である。
【００１５】
また、いずれの燃料も、その原料や生成の特性上、燃料の発熱量が変化することが考えられる。このため、ガスタービン燃焼器では、燃料の組成や発熱量が大きく変化しても、同一構造のガスタービン燃焼器で安定燃焼する燃焼技術が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平８−２１０６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
前述したように、燃焼空気に多量の湿分を混合し、燃焼器で燃焼させることでガスタービンの出力を増加させることが可能である。しかしながら、燃焼空気に多量の湿分を混入するため、ガスタービン燃焼器の燃焼安定性は低下する事が考えられる。
【００１８】
また、ガスタービン燃焼器としては、水素を含む燃料の組成や発熱量が変化しても、同一構造のガスタービン燃焼器で対応できることが強く求められる。
【００１９】
本発明の目的は、高湿分の燃焼空気を用いて、水素を含む燃料の組成や発熱量が幅広く変化しても燃焼の安定性を高く保持してＮＯｘ排出量を抑制することが可能なガスタービン燃焼器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明のガスタービン燃焼器は、燃焼空気に湿分を混合し水素を含む燃料と混合して燃焼させるガスタービン燃焼器であって、このガスタービン燃焼器に供給する燃焼空気中に湿分を噴出する湿分噴出装置を複数個設置し、ガスタービン燃焼器を備えたガスタービンプラントの運転状態によって、複数個設置した湿分噴出装置から燃焼室の上流側と下流側の燃焼空気中にそれぞれ噴出する湿分の割合を調節するように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、高湿分の燃焼空気を用いて、水素を含む燃料の組成や発熱量が幅広く変化しても燃焼の安定性を高く保持してＮＯｘ排出量を抑制することが可能なガスタービン燃焼器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施例であるガスタービン燃焼器が適用されるガスタービンプラントの全体構成図。
【図２】図１に示したガスタービンプラントに設置される第１実施例のガスタービン燃焼器の詳細構造を示した縦断面図。
【図３】図１に示したガスタービンプラントにおける湿分噴出制御方法を示す説明図。
【図４Ａ】図２に示した第１実施例のガスタービン燃焼器における蒸気噴出ノズルの設置位置の一例を示す部分断面図。
【図４Ｂ】図２に示した第１実施例のガスタービン燃焼器における蒸気噴出ノズルの設置位置の他の一例を示す部分断面図。
【図４Ｃ】図２に示した第１実施例のガスタービン燃焼器における蒸気噴出ノズルの設置位置の更に他の一例を示す部分断面図。
【図５】図１に示したガスタービンプラントに設置される本発明の第２実施例のガスタービン燃焼器の詳細構造を示した縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明のガスタービン燃焼器の実施例について図面を参照して以下に説明する。
【実施例１】
【００２４】
本発明の第１実施例のガスタービン燃焼器について、図１〜図４を参照して説明する。
【００２５】
図１は、本発明の第１実施例のガスタービン燃焼器が設置されるガスタービンプラントの概略構成図である。
【００２６】
図１に示すガスタービンプラントは、主として、空気を圧縮して高圧の燃焼用空気を生成する圧縮機１と、この圧縮機１から導入される燃焼空気４と、水素を含む燃料を供給する気体燃料供給装置５と、燃料配管６と燃料流量調整弁７を介して気体燃料供給装置５から供給される気体燃料８と圧縮機１から導入される燃焼空気４を混合して高温の燃焼ガスを生成するガスタービン燃焼器３と、このガスタービン燃焼器３で生成された燃焼ガス９が導入されて駆動されるタービン２と、タービン２と連結されてタービン２の駆動によって回転し発電する発電機３９と、タービン２から排気された排気ガスを導入して熱交換し、蒸気１５を生成する排熱回収ボイラ１０と、排熱回収ボイラ１０排出される排気ガス１１に含まれる水分を回収し排熱回収ボイラ１０の補給水１２とする水回収装置１３と、水回収装置１３で水分を回収した排気ガスを大気に放出する煙室１４と、排熱回収ボイラ１０で生成した蒸気１５をガスタービン燃焼器３に供給される燃焼空気中に噴出するように排熱回収ボイラ１０から配設された蒸気配管１６、１７と、これらの気配管１６、１７にそれぞれ設置され、ガスタービン燃焼器３に供給される燃焼空気中に噴出する蒸気１５の流量を調整する蒸気流量調整弁１８、１９から構成されている。
【００２７】
図２に本実施例のガスタービン燃焼器の詳細構造を示すように、上記ガスタービン燃焼器３は、圧縮機１から導入される燃焼空気４と気体燃料供給装置５から供給される水素を含む燃料である気体燃料８を燃焼して高温の燃焼ガス９を生成するガスタービン燃焼器３の内筒２０と、この内筒２０の内部に形成した燃焼室３０で生成した高温の燃焼ガス９を内筒２０からタービン３に導くためのトランジッションピース２１と、これらの内筒２０及びトランジッションピース２１を収納して、車室２４に取り付けられる外筒２２と、エンドカバー２３などによって構成される。
【００２８】
内筒２０の上流側の軸中心位置には、燃焼空気４に旋回成分を付与し、水素を含む燃料である気体燃料８との混合を促進して安定に火炎を形成させるための空気旋回器２５と、空気旋回部に気体燃料８を噴出する燃料噴孔２６が形成された拡散燃焼方式のバーナ２７が配置されている。
【００２９】
本実施例のガスタービン燃焼器３では、ガスタービン燃焼器３の軸方向の複数（本実施例では２箇所）の位置で、図１に示すガスタービンプラントの排熱回収ボイラ１０で生成した蒸気１５を、燃焼空気４中に噴出するための蒸気噴出ノズル２８が、燃焼室３０の上流側の位置となるエンドカバー２３に設置されている。
【００３０】
図２に示した本実施例のガスタービン燃焼器３では、蒸気噴出ノズル２８がバーナ２７の周囲に２個設置されているが、本実施例のガスタービン燃焼器３において蒸気噴出ノズル２８の個数は限定されるものではない。
【００３１】
エンドカバー２３に設置した蒸気噴出ノズル２８には、排熱回収ボイラ１０によって生成した蒸気１５を供給するために排熱回収ボイラ１０から配設した蒸気配管１６が接続され、この蒸気配管１６には蒸気１５の蒸気流量を調整する蒸気流量調整弁１８が設置されている。
【００３２】
一方、蒸気噴出ノズル２９は、燃焼室３０を形成する内筒２０の下流側（燃焼ガスの流れ方向）に設置されている。
【００３３】
蒸気噴出ノズル２９の個数も蒸気噴出ノズル２８と同様に限定されるものではない。
【００３４】
蒸気噴出ノズル２９には、排熱回収ボイラ１０によって生成した蒸気１５を供給するために排熱回収ボイラ１０から配設した蒸気配管１７が接続され、この蒸気配管１７には蒸気１５の蒸気流量を調整する蒸気流量調整弁１９が設置されている。
【００３５】
ここで、蒸気を噴出する蒸気噴出ノズル２８、２９の設置位置について説明する。蒸気噴出ノズル２８はガスタービン燃焼器３の燃焼室３０の上流側となるエンドカバー２３に設置されており、燃焼空気に旋回を付与する旋回器２５の空気入口部に蒸気を噴出するように構成されている。
【００３６】
一方、蒸気噴出ノズル２９は、内筒２０の下流位置に設置され、蒸気噴出ノズル２９と対向する位置に形成された蒸気流入孔３１から燃焼室３０に蒸気１５を供給するように構成されている。
【００３７】
エンドカバー２３に設置した蒸気噴出ノズル２８から蒸気１５を噴出することで、噴出された蒸気１５は、旋回器２５に流入する燃焼空気と混合しながら、燃焼室３０内の火炎が形成される燃焼領域に噴出する。
【００３８】
このようにすることで、燃焼室３０の上流側に形成される燃焼反応領域では蒸気１５の流入により局所的な高温領域の発生を防止し、高温領域から発生するサーマルＮＯｘの発生を抑制することが可能となる。
【００３９】
本実施例のガスタービン燃焼器３を適用するガスタービンプラントでは、燃焼空気に多量の湿分を混入し、高湿分空気を燃焼させることでタービンの作動流体を増加させて出力向上を図るものである。
【００４０】
しかしながら、燃焼反応領域に多量の蒸気を噴出すると、火炎温度が低下し、燃焼不安定状態になることが考えられる。
【００４１】
このため、本実施例のガスタービン燃焼器３を適用するガスタービンプラントにおいては、運転状態によって、設定された蒸気１５の蒸気流量を保持した上で、蒸気噴出ノズル２８、２９から噴出する蒸気の流量を制御するものである。
【００４２】
すなわち、燃焼室３０の上流側に設置した蒸気噴出ノズル２８からＮＯｘ排出量を低減するため蒸気１５を噴出するが、噴出過多になると燃焼不安定は発生することが考えられるので、運転状態によって予め蒸気噴霧量の上限を設定し、上限以上の蒸気については、燃焼室３０の下流側に設置した蒸気噴出ノズル２９から蒸気１５を噴出する。
【００４３】
蒸気噴出ノズル２９から蒸気１５を噴出する燃焼室３０の下流側は、燃焼反応が進んでいるため蒸気を噴出しても燃焼安定性に与える影響は少なくなると考えられる。
【００４４】
このように、燃焼室３０の上流側と下流側に蒸気を噴出する蒸気噴出ノズル２８、２９をそれぞれ設置して運転状態に応じ、それぞれの蒸気噴出ノズル２８、２９から噴出する蒸気の流量を蒸気流量調整弁１８、１９の開度を調節して制御することによって、安定燃焼とＮＯｘ排出量の低下を両立し、ガスタービン出力を増加することを可能としたものである。
【００４５】
次に本実施例のガスタービン燃焼器３に蒸気を噴霧する蒸気噴霧流量を制御するガスタービン燃焼器を備えたガスタービンプラントの運転方法について図３を用いて説明する。
【００４６】
図３に示した説明図は、ガスタービン負荷に対する蒸気噴出ノズル２８、２９から噴出する上記１５の蒸気噴出量と、ＮＯｘ排出量、ガスタービンの燃焼効率の関係を示す概念図である。
【００４７】
本実施例のガスタービン燃焼器３を採用する、例えば液化天然ガスを燃料とするガスタービンプラントでは、ガスタービンの部分負荷において、排熱回収ボイラで生成した蒸気を燃焼空気に混合して作動流体を増加させてガスタービンの出力向上を図る。
【００４８】
ガスタービンプラントのガスタービン出力が低い部分負荷では、ガスタービン燃焼器３の燃焼室３０で生成される燃焼ガス９の温度が定格負荷の運転状態に比較して低いため、局所的な高温領域から発生するサーマルＮＯｘの排出量は低下するが、燃焼安定特性は、定格負荷より低下する場合があると考えられる。
【００４９】
このようなガスタービンプラントが低負荷の運転状態では、図３に示すように、ガスタービン燃焼器３の燃焼室３の上流側から蒸気１５を噴出する蒸気噴出ノズル２８の蒸気噴出量を低減して未燃焼成分の発生を抑制し、高い燃焼効率と安定燃焼、及び、低ＮＯｘ化を確保するとともに、燃焼反応が進んだガスタービン燃焼器３の燃焼室３の下流側に設置した蒸気噴出ノズル２９から蒸気１５を噴出する蒸気流量を増加して、タービン出力を増加させる。
【００５０】
一方、燃焼ガス９の温度が高くなるガスタービンプラントが定格負荷では、ガスタービン燃焼器３の燃焼室３０の燃焼領域の燃焼ガス温度が上昇して燃焼の安定性は向上するが、ＮＯｘ排出量が増加する。
【００５１】
そこで、本実施例のガスタービン燃焼器３を採用したガスタービンプラントでは、定格負荷では燃焼室３０の上流側に設置した蒸気噴出ノズル２８から蒸気１５を噴出する蒸気流量を増加させてＮＯｘ排出量を抑制し、燃焼室３０の下流側に設置した蒸気噴出ノズル２９から蒸気１５を噴出する蒸気流量を調整することで、ガスタービンプラントの部分負荷から定格負荷にわたって高い燃焼効率と燃焼安定性を確保し、かつ、ＮＯｘ排出量を制御して高湿分空気燃焼によってガスタービン出力を増加させることが可能である。
【００５２】
ここで、前述した第１実施例のガスタービン燃焼器３では、蒸気噴出ノズル２８をエンドカバー２３に設置したものであるが、その目的のひとつは、サーマルＮＯｘが生成される燃焼反応領域の火炎温度を低減することであり、蒸気噴出ノズル２８の設置位置をエンドカバー２３に限定するものではない。
【００５３】
図４Ａに示すように、ガスタービン燃焼器３の内筒２０の上流側に蒸気流入孔３２を形成し、それと対向する位置に蒸気噴出ノズル２８を設置することで、上記で説明したものと同様の効果が期待できると考えられる。
【００５４】
また、図４Ａに示した蒸気噴出ノズル２８は、内筒２０の外周側に設置されているため、燃焼室軸中心の燃焼反応領域には距離が確保されているため、多量の蒸気を噴出しても燃焼安定性が低下しにくいと言う利点がある。
【００５５】
同様に、蒸気噴出ノズル２９についても、その目的の主なものは、燃焼室３に多量の蒸気を噴出することであり、蒸気噴出ノズル２９の設置位置は、第１実施例のガスタービン燃焼器３で説明した構成である内筒２０の下流側に蒸気流入孔３１を形成し、それと対向する位置に蒸気噴出ノズル２９を設置する構造に限定されるものではない。
【００５６】
例えば、図４Ｂに示すように、内筒２０の下流側位置は上記で説明したものと同様であるが、蒸気流入孔３１を形成せずに、外筒２２と内筒２０で形成される環状の空気流路３３に蒸気を噴射することで第１実施例のガスタービン燃焼器３と同様の効果が期待できる。
【００５７】
すなわち、内筒２０の下流側の環状流路３３に蒸気噴出ノズル２９から噴出された蒸気は、環状流路３３を流下し、内筒２０の上流側に設置したバーナ２７に到達する過程で、内筒２０に形成されている冷却孔（図示なし）や、燃焼孔（図示なし）から燃焼室３０に図４Ｂの矢印３４のように流入する。
【００５８】
蒸気噴出ノズル２９から噴出された蒸気の一部はバーナ２７にその一部が流入するが、燃焼安定性を考慮し蒸気噴出ノズル２８の蒸気噴出流量を制御することで前述したものと同様の効果が得られるものと考えられる。
【００５９】
さらに、前述した蒸気噴出ノズル２８、２９は、ガスタービン燃焼器３の構成部品に設置されているため、例えば、蒸気噴出ノズル２９に供給する蒸気１５は、蒸気配管１７からガスタービン燃焼器３の缶数に分岐されて供給されるため、複数のガスタービン燃焼器３に供給される蒸気流量の偏差は発生しにくいと言う利点はあるが、ガスタービン燃焼器３の缶数だけ分岐配管や蒸気噴出ノズルが必要となる。
【００６０】
ガスタービン燃焼器３は、圧縮機２とガスタービン１を連結するロータの外周に複数個配置され、それぞれのガスタービン燃焼器３は、車室２４に設置されている。
【００６１】
圧縮機２で生成された圧縮空気４は車室２４を介してそれぞれのガスタービン燃焼器３に分配される。
【００６２】
そこで、図４Ｃに示したように車室２４に蒸気噴出ノズル２９を設置することで、上記で説明したものと同様の効果に加え、蒸気噴出ノズル２９の個数を低減し、コストを低下させることが可能になる。
【００６３】
本実施例によれば、高湿分の燃焼空気を用いて、水素を含む燃料の組成や発熱量が幅広く変化しても燃焼の安定性を高く保持してＮＯｘ排出量を抑制することが可能なガスタービン燃焼器を実現できる。
【実施例２】
【００６４】
次に本発明の第２実施例のガスタービン燃焼器について、図５を参照して説明する。
【００６５】
図５に示した第２実施例のガスタービン燃焼器３は、図１〜図４に示した第１実施例のガスタービン燃焼器３と基本的な構成は共通しているので、両実施例に共通した構成の説明は省略して、相違する部分についてのみ以下に説明する。
【００６６】
即ち、第１実施例のガスタービン燃焼器３では、液化天然ガスを燃料としたガスタービンプラントに本実施例のガスタービン燃焼器３を適用したものであるが、図５に示した第２実施例のガスタービン燃焼器３では、水素を含む燃料をガスタービンの燃料に用いる場合のガスタービン燃焼器３の構造とその制御方法について説明する。
【００６７】
図５に示した本実施例のガスタービン燃焼器３において、水素を含む燃料としては、石油精製プラントから生成される副生ガスや、石炭をガス化した石炭ガス化ガスなどが代表的である。ここでは石炭をガス化した石炭ガス化ガスを燃料の対象にして説明する。
【００６８】
石炭を燃焼すると多くの二酸化炭素が排出されるため、石炭ガス化ガスからシフト反応を利用してガス中の二酸化炭素を回収する石炭ガス化ガス二酸化炭素回収システムがある。
【００６９】
石炭ガス化ガス二酸化炭素回収システムから生成されるガスは、二酸化炭素を回収する割合に応じてガス中の水素濃度が大きく変化する。
【００７０】
このため、石炭ガス化ガス二酸化炭素回収システムから生成される水素を含むガスをガスタービンの燃料とする場合、ガスタービン燃焼器は、同一構造のガスタービン燃焼器で幅広い水素濃度の燃料を安定に低ＮＯｘで燃焼する燃焼技術が必要となる。
【００７１】
第２実施例のガスタービン燃焼器３は第１実施例のガスタービン燃焼器３と構成などは同様であるが、第２実施例のガスタービン燃焼器３においては、水素を含む燃料を燃焼した時に発生する課題に対応するガスタービン燃焼器３の構造となっている点が、第１実施例のガスタービン燃焼器３と異なっている。
【００７２】
図５に示した第２実施例のガスタービン燃焼器３では、ガスタービン燃焼器３の内筒２０の上流軸中心位置に、燃焼空気４に旋回成分を付与し、水素を含む燃料である気体燃料８との混合を促進して安定に火炎を形成させるための空気旋回器２５と、空気旋回部に石炭ガス化ガス燃料３７を噴出する燃料噴孔２６が形成された拡散燃焼方式のバーナ２７が配置され、バーナ２７の軸中心に蒸気噴出ノズル３４が設置されている。
【００７３】
また、内筒２０の外周位置には燃焼室３０に蒸気を噴出する蒸気流入孔３１、３２が形成されており、内筒２０の上流側蒸気流入孔３２と対向する位置に蒸気噴出ノズル２８が、内筒２０の下流側蒸気流入孔３１と対向する位置に蒸気噴出ノズル２９がそれぞれ設置されている。
【００７４】
前述したように、水素は燃焼速度が速いため、水素の含有量が増加すると火炎がバーナ２７の近傍に接近してバーナ２７を焼損する場合が考えられるため、バーナ２７の冷却する手段が必要となる。
【００７５】
これに対応するため、第２実施例のガスタービン燃焼器３では、バーナ２７の軸中心部に蒸気１５を噴射する蒸気噴射ノズル３４を配置して、水素濃度が高い燃料を燃焼する場合は、蒸気噴射ノズル３４から蒸気１５を噴出してバーナ２７のメタル温度を低減し、バーナ２７の焼損を防止しするように構成したものである。
【００７６】
また、第２実施例のガスタービン燃焼器３では、内筒２０の外周位置には燃焼室３０に蒸気１５を噴出する蒸気流入孔３１、３２が形成されており、内筒２０の上流側蒸気流入孔３２と対向する位置に蒸気噴出ノズル２８が、内筒２０の下流側蒸気流入孔３１と対向する位置に蒸気噴出ノズル２９が設置されているのは、第１実施例のガスタービン燃焼器３の構成と同様であり、その制御方法においても第１実施例のガスタービン燃焼器３と同様である。
【００７７】
すなわち、第２実施例のガスタービン燃焼器３を適用するガスタービンプラントにおいては、低負荷で燃焼室３０の燃焼ガス温度が低い状態では、上流側の蒸気噴出ノズル２８から噴出する流量を抑制して燃焼安定性を確保し、高負荷で燃焼室３０の燃焼ガス温度が上昇して燃焼安定性が増加している状態では、内筒２０の下流側に設置した蒸気噴出ノズル２９から噴出する蒸気１５の蒸気流量を抑制して、上流側の蒸気噴出ノズル２８から噴出する蒸気流量を増加して、ＮＯｘ排出量を抑制する。
【００７８】
また、前述したように、石炭ガス化ガス二酸化炭素回収システムから生成される水素を含むガスをガスタービンの燃料とする場合に、二酸化炭素を回収する割合に応じてガス中の水素濃度が大きく変化するため、同一構造のガスタービン燃焼器で幅広い水素濃度の燃料を安定に低ＮＯｘで燃焼する燃焼技術が必要となる。
【００７９】
そこで、第２実施例のガスタービン燃焼器３において、燃料に含まれる水素濃度が低い場合は、上流側の蒸気噴出ノズル２８から噴出する流量を抑制して燃焼安定性を確保し、燃料に含まれる水素濃度が高い場合は、内筒２０の下流側に設置した蒸気噴出ノズル２９から噴出する蒸気流量を抑制して上流側の蒸気噴出ノズル２８から噴出する蒸気流量を増加して、ＮＯｘ排出量を抑制するように制御する。
【００８０】
ガスタービン燃焼器３の燃焼室３０の上流側の燃焼反応領域に噴出可能な蒸気１５の蒸気量は、燃焼安定性と予め計画された蒸気投入量の制限がある。
【００８１】
ガスタービン燃焼器３０の上流側に設置した蒸気噴出ノズル２８で燃焼反応領域の火炎温度を低減してＮＯｘ排出量を抑制することは可能であるが、バーナ軸中心部のメタル温度を冷却するには限界がある。
【００８２】
そこで、第２実施例のガスタービン燃焼器３においては、バーナ２７の軸中心部に蒸気噴出ノズル３４を設置して、比較的少ない蒸気流量でもバーナ２７のメタル温度を低減するようにしたものである。
【００８３】
以上説明したように第２実施例のガスタービン燃焼器３によれば、ガスタービンの運転中に燃料となる水素ガス含有燃料の水素濃度が大きく変化しても、ガスタービン燃焼器３の燃焼室３０内に噴出する蒸気噴出ノズル２８、２９の位置や噴出する蒸気１５の流量を制御することに加えて、バーナ２７の軸中心部に設置する蒸気噴出ノズル３４の位置や噴出する蒸気１５の流量を制御することによって、燃焼安定性と低ＮＯｘ化を両立しつつ、バーナ２７の信頼性を確保した上で、高湿分燃焼によってガスタービン出力と効率を向上させるのが可能となる。
【００８４】
本実施例によれば、高湿分の燃焼空気を用いて、水素を含む燃料の組成や発熱量が幅広く変化しても燃焼の安定性を高く保持してＮＯｘ排出量を抑制することが可能なガスタービン燃焼器を実現できる。
【符号の説明】
【００８５】
１：圧縮機、２：タービン、３：燃焼器、４：燃焼空気、５：気体燃料供給装置、６：燃料配管、７：燃料流量調整弁、８：気体燃料、９：燃焼ガス、１０：排熱回収ボイラ、１１：排気ガス、１２：補給水、１３：水回収装置、１４：煙室、１５：蒸気、１６：蒸気配管、１７：燃焼ガス、１８：蒸気流量調整弁、１９：蒸気流量調整弁、２０：内筒、２１：トランジッションピース、２２：外筒、２３：エンドカバー、２４：車室、２５：空気旋回器、２６：燃料噴孔、２７：バーナ、２８：蒸気噴出ノズル、２９：蒸気噴出ノズル、３０：燃焼室、３１：蒸気流入孔、３２：蒸気流入孔、３３：環状流路、３４：蒸気噴出ノズル、３５：燃料配管、３６：燃料流調弁、３７：蒸気配管、３８：蒸気流量調整弁、３９：発電機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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