(57)【要約】【課題】液体燃料を用いて燃焼ガスを生成する際、燃焼ガスの安定燃焼化と、ＮＯｘの低濃度化とを満たして信頼性の高い運転ができる燃焼装置を提供する。【解決手段】本発明に係る燃焼装置は、燃焼室２２にノズル部７を備え、ノズル部７から噴射する燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼装置において、ノズル部７に液体燃料を供給する液体燃料供給系統５と、水を供給する水供給系統６とを設ける。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室にノズル部を備え、ノズル部から噴射する燃料に燃焼用空気を加えて燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼装置において、前記ノズル部に液体燃料供給系統からの液体燃料と、水供給系統からの水とのそれぞれを加熱し、ガス化して供給する熱交換器を備えたことを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
燃焼室にノズル部を備え、ノズル部から噴射する燃料に燃焼用空気を加えて燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼装置において、前記ノズル部に液体燃料を直接供給する第１液体燃料供給管および水を直接供給する第１水供給配管のそれぞれを備えるとともに、前記ノズル部に第２液体燃料供給配管からの液体燃料および第２水供給配管からの水のそれぞれを加熱し、ガス化して供給する熱交換器を備えたことを特徴とする燃焼装置。
【請求項３】
ノズル部は、熱交換器でガス化した液体燃料および水を混合させる混合器を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の燃焼装置。
【請求項４】
燃焼室にノズル部を備え、ノズル部から噴射する燃料に燃焼用空気を加えて燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼装置において、前記ノズル部に液体燃料を直接供給する第１液体燃料供給管および水を直接供給する第１水供給配管のそれぞれを備えるとともに、前記ノズル部に第２液体燃料供給配管からの液体燃料および第２水供給配管からの水のそれぞれを加熱し、ガス化して供給する熱交換器を備える一方、この熱交換器の入口側の前記第２液体燃料供給配管および前記第２水供給配管のそれぞれに介装させた燃料弁および水供給弁と、前記第１液体燃料供給配管および前記第１水供給配管のそれぞれに介装させた燃料弁および水供給弁とのそれぞれに運転状態に応じて弁開閉制御信号を与える演算制御部を備えたことを特徴とする燃焼装置。
【請求項５】
燃焼室にノズル部を備え、ノズル部から噴射する燃料に燃焼用空気を加えて燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼装置において、前記ノズル部に液体燃料を直接供給する第１液体燃料供給管および水を直接供給する第１水供給配管のそれぞれを備えるとともに、前記ノズル部に第２液体燃料供給配管からの液体燃料および第２水供給配管からの水のそれぞれを加熱し、ガス化して供給する熱交換器を備える一方、この熱交換器の入口側の前記第２液体燃料供給配管および前記第２水供給配管のそれぞれに介装させた燃料弁および水供給弁と、前記第１液体燃料供給配管および前記水供給配管のそれぞれに介装させた燃料弁および水供給弁と、前記熱交換器の出口側の前記第２水供給管から分岐し、熱利用手段に接続する蒸気配管とを備えたことを特徴とする燃焼装置。
【請求項６】
蒸気配管は、蒸気弁を備えるとともに、この蒸気弁に開閉制御信号を備える演算制御部を備えたことを特徴とする請求項５記載の燃焼装置。
【請求項７】
燃焼室にノズル部を備え、ノズル部から噴射する燃料に燃焼用空気を加えて燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼装置において、前記ノズル部に液体燃料供給系統からの液体燃料を加熱し、ガス化して供給する熱交換器を備えたことを特徴とする燃焼装置。
【請求項８】
液体燃料供給系統は、液体燃料を、直接、燃焼室のノズル部に供給する第１液体燃料供給配管と、液体燃料を熱交換器で加熱し、ガス化して前記燃焼室のノズル部に供給する第２液体燃料供給配管とを備えたことを特徴とする請求項７記載の燃焼装置。
【請求項９】
熱交換器は、加熱源としてガスタービンの排熱を利用することを特徴とする請求項１，２，４，５，７または８記載の燃焼装置。
【請求項１０】
熱交換器は、加熱源として電気ヒータを利用することを特徴とする請求項１，２，４，５，７または８記載の燃焼装置。
【請求項１１】
熱交換器は、加熱源としてガスタービンの排熱と電気ヒータとを併用することを特徴とする請求項１，２，４，５，７または８記載の燃焼装置。
【請求項１２】
燃焼室にノズル部を備え、ノズル部から噴射する燃料に燃焼用空気を加えて燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼装置において、前記ノズル部に液体燃料を直接供給する第１液体燃料供給管および液体燃料を熱交換器で加熱し、ガス化して供給する第２液体燃料供給配管とを備えるとともに、前記熱交換器の出口側の前記第２液体燃料供給配管から分岐し、前記ガス化した液体燃料を液体燃料供給源に戻す戻し配管を備えたことを特徴とする燃焼装置。
【請求項１３】
第２液体燃料供給配管は、熱交換器の出口側と戻し配管との間にガス化した液体燃料を減圧する減圧器を備えたことを特徴とする請求項１２記載の燃焼装置。
【請求項１４】
第２液体燃料供給配管は、熱交換器の出口側と戻し配管との間にガス化した液体燃料を減圧する減圧器を備えるとともに、前記熱交換器の入口側に設けた燃料弁と前記戻し配管の下流側に設けた流量制御弁とに弁開閉制御信号を与える演算制御部とを備えたことを特徴とする請求項１２記載の燃焼装置。
【請求項１５】
戻し配管は、凝縮器を備えたことを特徴とする請求項１２，１３または１４記載の燃焼装置。
【請求項１６】
演算制御部は、燃焼室で生成された燃焼ガスの状態量信号と駆動機からの負荷信号とに基づいて弁開閉制御信号を演算することを特徴とする請求項４，６または１４記載の燃焼装置。
【請求項１７】
ノズル部に備えた第１液体燃料供給配管および第１水供給配管のそれぞれは、起動運転時に使用することを特徴とする請求項２，４または５記載の燃焼装置。
【請求項１８】
ノズル部に備えた第２液体燃料供給配管および第２水供給配管のそれぞれは、予め定められた負荷以上でかつ熱交換器の加熱源利用可能状態になった時に使用することを特徴とする請求項２，４または５記載の燃焼装置。
【請求項１９】
ノズル部に備えた第１液体燃料供給配管は、起動運転時に使用することを特徴とする請求項８記載の燃焼装置。
【請求項２０】
ノズル部に備えた第２液体燃料供給配管は、予め定められた負荷以上で、かつ熱交換器の加熱源利用可能になった時に使用することを特徴とする請求項８記載の燃焼装置。
【請求項２１】
ノズル部は、中央部に液体燃料供給通路を備えるとともに、その液体燃料供給通路の外側に向って同心状に形成する水供給通路、水蒸気供給通路、液体燃料ガス供給通路のうち、少なくとも一つ以上を備えるとともに、最も外側にスワラを備えたことを特徴とする請求項１，２，４，５，７，８または１２記載の燃焼装置。
【請求項２２】
水蒸気供給通路、液体燃料ガス供給通路のうち、少なくとも一つ以上は、各通路に対して横断方向に向う噴流孔を備えたことを特徴とする請求項１，２，４，５，７，８または１１記載の燃焼装置。
【請求項２３】
液体燃料ガス供給通路の噴流孔は、水蒸気供給通路の噴流孔の位置よりも上流側に設けたことを特徴とする請求項２２記載の燃焼装置。
【請求項２４】
ノズル部は、頭部を平坦状に形成する燃焼室に複数設置したことを特徴とする請求項１，２，４，５，７，８または１２記載の燃焼装置。
【請求項２５】
ノズル部は、頭部を台形状に形成する燃焼室斜面に沿って複数設置したことを特徴とする請求項１，２，４，５，７，８または１２記載の燃焼装置。
【請求項２６】
ノズル部は、頭部を階段状に形成する燃焼室の各階に設置したことを特徴とする請求項１，２，４，５，７，８または１２記載の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、予め空気を加えて液体燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する際、燃焼ガスの安定燃焼化と、より一層の低ＮＯｘ濃度化とを図る燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼装置には、起動運転から定格運転または停止運転に至るまでの広い負荷範囲に亘って運転の安定化と長寿命化とが求められている。
【０００３】
また、プラントの高熱効率の指向や、環境保護の観点から、燃焼ガス温度のより一層の高温化、ＮＯｘのより一層の低濃度化および燃料の多様化が求められている。
【０００４】
このようなシーズ、ニーズに対し、最近の燃焼装置、例えば火力発電プラントのガスタービンプラントに適用するガスタービン燃焼器では、ＮＯｘの低濃度化に対し、予混合燃焼方式や蒸気・水噴射方式の開発が進められており、また、燃料の多様化、特に種類の異なる液体燃料の多様化の開発が進められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
最近のガスタービン燃焼器では、ＮＯｘの低濃度化に対し、予混合燃焼方式や蒸気・水噴射方式を開発し、法律規制値の濃度よりも大幅に低い値にまで維持できるようになっている。もっとも、この場合の燃料は、液化天然ガス（ＬＮＧ）であり、液体燃料、例えば灯油、軽油等ではＮＯｘの低濃度化に試行錯誤を繰り返している段階である。
【０００６】
また、燃料の多様化、特に種類の異なる液体燃料に対し、ガスタービン燃焼器では、液体天然ガス（ＬＮＧ）並の低ＮＯｘ濃度を維持するために、液体燃料の微粒化、液体燃料と空気との均一混合化および液体燃料の自己着火等を含む逆火防止等多くの難問が含まれている。このような多くの難問を解決するため、ガスタービン燃焼器は、試行錯誤を繰り返す研究開発を進めているものの、未だ模索中である。
【０００７】
本発明は、このような背景技術に照らしてなされたもので、液体燃料を用いて燃焼ガスを生成する際、燃焼ガスの安定燃焼化と、ＮＯｘの低濃度化とを満たして信頼性の高い運転ができる燃焼装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る燃焼装置は、上述の目的を達成するために、請求項１記載に記載したように、燃焼室にノズル部を備え、ノズル部から噴射する燃料に燃焼用空気を加えて燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼装置において、前記ノズル部に液体燃料供給系統からの液体燃料と、水供給系統からの水とのそれぞれを加熱し、ガス化して供給する熱交換器を備えたものである。
【０００９】
また、本発明に係る燃焼装置は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、燃焼室にノズル部を備え、ノズル部から噴射する燃料に燃焼用空気を加えて燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼装置において、前記ノズル部に液体燃料を直接供給する第１液体燃料供給管および水を直接供給する第１水供給配管のそれぞれを備えるとともに、前記ノズル部に第２液体燃料供給配管からの液体燃料および第２水供給配管からの水のそれぞれを加熱し、ガス化して供給する熱交換器を備えたものである。
【００１０】
また、本発明に係る燃焼装置は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、ノズル部は、熱交換器でガス化した液体燃料および水を混合させる混合器を備えたものである。
【００１１】
また、本発明に係る燃焼装置は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、燃焼室にノズル部を備え、ノズル部から噴射する燃料に燃焼用空気を加えて燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼装置において、前記ノズル部に液体燃料を直接供給する第１液体燃料供給管および水を直接供給する第１水供給配管のそれぞれを備えるとともに、前記ノズル部に第２液体燃料供給配管からの液体燃料および第２水供給配管からの水のそれぞれを加熱し、ガス化して供給する熱交換器を備える一方、この熱交換器の入口側の前記第２液体燃料供給配管および前記第２水供給配管のそれぞれに介装させた燃料弁および水供給弁と、前記第１液体燃料供給配管および前記第１水供給配管のそれぞれに介装させた燃料弁および水供給弁とのそれぞれに運転状態に応じて弁開閉制御信号を与える演算制御部を備えたものである。
【００１２】
また、本発明に係る燃焼装置は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、燃焼室にノズル部を備え、ノズル部から噴射する燃料に燃焼用空気を加えて燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼装置において、前記ノズル部に液体燃料を直接供給する第１液体燃料供給管および水を直接供給する第１水供給配管のそれぞれを備えるとともに、前記ノズル部に第２液体燃料供給配管からの液体燃料および第２水供給配管からの水のそれぞれを加熱し、ガス化して供給する熱交換器を備える一方、この熱交換器の入口側の前記第２液体燃料供給配管および前記第２水供給配管のそれぞれに介装させた燃料弁および水供給弁と、前記第１液体燃料供給配管および前記水供給配管のそれぞれに介装させた燃料弁および水供給弁と、前記熱交換器の出口側の前記第２水供給管から分岐し、熱利用手段に接続する蒸気配管とを備えたものである。
【００１３】
また、本発明に係る燃焼装置は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、蒸気配管は、蒸気弁を備えるとともに、この蒸気弁に開閉制御信号を備える演算制御部を備えたものである。
【００１４】
また、本発明に係る燃焼装置は、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、燃焼室にノズル部を備え、ノズル部から噴射する燃料に燃焼用空気を加えて燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼装置において、前記ノズル部に液体燃料供給系統からの液体燃料を加熱し、ガス化して供給する熱交換器を備えたものである。
【００１５】
また、本発明に係る燃焼装置は、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、液体燃料供給系統は、液体燃料を、直接、燃焼室のノズル部に供給する第１液体燃料供給配管と、液体燃料を熱交換器で加熱し、ガス化して前記燃焼室のノズル部に供給する第２液体燃料供給配管とを備えたものである。
【００１６】
また、本発明に係る燃焼装置は、上述の目的を達成するために、請求項９に記載したように、熱交換器は、加熱源としてガスタービンの排熱を利用するものである。
【００１７】
また、本発明に係る燃焼装置は、上述の目的を達成するために、請求項１０に記載したように、熱交換器は、加熱源として電気ヒータを利用するものである。
【００１８】
また、本発明に係る燃焼装置は、上述の目的を達成するために、請求項１１に記載したように、熱交換器は、加熱源としてガスタービンの排熱と電気ヒータとを併用するものである。
【００１９】
また、本発明に係る燃焼装置は、上述の目的を達成するために、請求項１２に記載したように、燃焼室にノズル部を備え、ノズル部から噴射する燃料に燃焼用空気を加えて燃焼させ、燃焼ガスを生成する燃焼装置において、前記ノズル部に液体燃料を直接供給する第１液体燃料供給管および液体燃料を熱交換器で加熱し、ガス化して供給する第２液体燃料供給配管とを備えるとともに、前記熱交換器の出口側の前記第２液体燃料供給配管から分岐し、前記ガス化した液体燃料を液体燃料供給源に戻す戻し配管を備えたものである。
【００２０】
また、本発明に係る燃焼装置は、上述の目的を達成するために、請求項１３に記載したように、第２液体燃料供給配管は、熱交換器の出口側と戻し配管との間にガス化した液体燃料を減圧する減圧器を備えたものである。
【００２１】
また、本発明に係る燃焼装置は、上述の目的を達成するために、請求項１４に記載したように、第２液体燃料供給配管は、熱交換器の出口側と戻し配管との間にガス化した液体燃料を減圧する減圧器を備えるとともに、前記熱交換器の入口側に設けた燃料弁と前記戻し配管の下流側に設けた流量制御弁とに弁開閉制御信号を与える演算制御部とを備えたものである。
【００２２】
また、本発明に係る燃焼装置は、上述の目的を達成するために、請求項１５に記載したように、戻し配管は、凝縮器を備えたものである。
【００２３】
また、本発明に係る燃焼装置は、上述の目的を達成するために、請求項１６に記載したように、演算制御部は、燃焼室で生成された燃焼ガスの状態量信号と駆動機からの負荷信号とに基づいて弁開閉制御信号を演算するものである。
【００２４】
また、本発明に係る燃焼装置は、上述の目的を達成するために、請求項１７に記載したように、ノズル部に備えた第１液体燃料供給配管および第１水供給配管のそれぞれは、起動運転時に使用するものである。
【００２５】
また、本発明に係る燃焼装置は、上述の目的を達成するために、請求項１８に記載したように、ノズル部に備えた第２液体燃料供給配管および第２水供給配管のそれぞれは、予め定められた負荷以上でかつ熱交換器の加熱源利用可能状態になった時に使用するものである。
【００２６】
また、本発明に係る燃焼装置は、上述の目的を達成するために、請求項１９に記載したように、ノズル部に備えた第１液体燃料供給配管は、起動運転時に使用するものである。
【００２７】
また、本発明に係る燃焼装置は、上述の目的を達成するために、請求項２０に記載したように、ノズル部に備えた第２液体燃料供給配管は、予め定められた負荷以上で、かつ熱交換器の加熱源利用可能になった時に使用するものである。
【００２８】
また、本発明に係る燃焼装置は、上述の目的を達成するために、請求項２１に記載したように、ノズル部は、中央部に液体燃料供給通路を備えるとともに、その液体燃料供給通路の外側に向って同心状に形成する水供給通路、水蒸気供給通路、液体燃料ガス供給通路のうち、少なくとも一つ以上を備えるとともに、最も外側にスワラを備えたものである。
【００２９】
また、本発明に係る燃焼装置は、上述の目的を達成するために、請求項２２に記載したように、水蒸気供給通路、液体燃料ガス供給通路のうち、少なくとも一つ以上は、各通路に対して横断方向に向う噴流孔を備えたものである。
【００３０】
また、本発明に係る燃焼装置は、上述の目的を達成するために、請求項２３に記載したように、液体燃料ガス供給通路の噴流孔は、水蒸気供給通路の噴流孔の位置よりも上流側に設けたものである。
【００３１】
また、本発明に係る燃焼装置は、上述の目的を達成するために、請求項２４に記載したように、ノズル部は、頭部を平坦状に形成する燃焼室に複数設置したものである。
【００３２】
また、本発明に係る燃焼装置は、上述の目的を達成するために、請求項２５に記載したように、ノズル部は、頭部を台形状に形成する燃焼室斜面に沿って複数設置したものである。
【００３３】
また、本発明に係る燃焼装置は、上述の目的を達成するために、請求項２６に記載したように、ノズル部は、頭部を階段状に形成する燃焼室の各階に設置したものである。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る燃焼装置の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００３５】
図１は、本発明に係る燃焼装置を、例えばガスタービンプラントのガスタービン燃焼器として適用する第１実施形態を示す概略系統図である。
【００３６】
ガスタービンプラントは、吸い込んだ空気（大気）を圧縮して高圧空気にする空気圧縮機１と、ガスタービン燃焼器２で生成する燃焼ガスに膨張仕事をさせて駆動機、例えば発電機３を回転駆動させるガスタービン４を備える構成になっている。
【００３７】
また、ガスタービン燃焼器２には、液体燃料供給系統５と水供給系統６とが設けられている。
【００３８】
この液体燃料供給系統５および水供給系統６のそれぞれは、ガスタービン燃焼器２のノズル部７に液体燃料および水のそれぞれを直接供給する第１液体燃料供給配管８および第１水供給管９と、液体燃料および水のそれぞれを加熱し、ガス化してガスタービン燃焼器２に供給する第２液体燃料供給配管１０と第２水供給管１１とをそれぞれ備えている。
【００３９】
また、第１液体燃料供給配管８および第１水供給配管９のそれぞれは、液体燃料タンク１２から供給される液体燃料の流量を制御する燃料弁１３ａと、水タンク１４から供給される水の流量を制御する水供給弁１５ａとをそれぞれ備えている。
【００４０】
また、第２液体燃料供給配管１０および第２水供給配管１１のそれぞれは、上述と同様に、液体燃料タンク１２から供給される液体燃料の流量を制御する燃料弁１３と、水タンク１４から供給される水の流量を制御する水供給弁１５とをそれぞれ備えている。
【００４１】
さらに、第２液体供給配管１０および第２水供給配管１１のそれぞれは、ガスタービン４からの排熱（排ガス）ＷＧＳを加熱源として液体燃料タンク１２および水タンク１４のそれぞれから供給される液体燃料および水のそれぞれを加熱し、ガス化する熱交換器１６と、ガス化した液体燃料および水を混合させてガスタービン燃焼器２のノズル部７に供給する混合器１７とを備えている。
【００４２】
なお、本実施形態は、ガスタービン燃焼器２でガス化した液体燃料ガスとガス化（蒸気化）した水蒸気とを混合器１７で混合し、そのガス化した混合ガスをガスタービン燃焼器２のノズル部７に供給しているが、この例に限らず、ガスタービン燃焼器２でガス化した液体燃料ガスとガス化（蒸気化）した水蒸気を直接、ガスタービン燃焼器２のノズル部７に供給してもよい。これは、燃料または燃焼特性上、水蒸気との混合を必要としないときに用いられる。
【００４３】
また、第２水供給配管１１には、混合器１７の入口側から分岐し、途中に蒸気弁１８を介装させて熱利用手段、例えば貯湯部１９に温水等を供給する蒸気配管２０が設けられている。
【００４４】
また、ガスタービン燃焼器２には、演算制御部２１が設けられている。
【００４５】
この演算制御部２１は、ガスタービン燃焼器２の燃焼室２２の燃焼ガス状態量、例えば燃焼ガス温度、燃焼ガス圧力、燃焼振動値等をセンサ２３で検出し、その検出信号と発電機３からの負荷信号（出力信号）とを基に演算して弁開閉信号等を作り出し、その弁開閉信号等を第１液体燃料供給配管８の燃料弁１３ａ、第２液体燃料供給配管１０の燃料弁１３、第１水供給配管９の水供給弁１５ａ、第２水供給配管１１の水供給弁１５、蒸気配管２０の蒸気弁１８、および他の熱利用手段、例えば、貯湯部１９のそれぞれに与えて燃焼室２２の燃焼ガス状態量を調整するようになっている。
【００４６】
一方、ガスタービン燃焼器２のノズル部７は、図２に示すように、筒状の入口部２４の中央に設置され、その両側に供給される空気に旋回流を与えるスワラ２５，２５を備えている。
【００４７】
このノズル部７は、中央に液体燃料を案内する液体燃料供給通路（ヘッダ）２６、液体燃料供給通路２６の外側に向って順次同心状に配置する水供給通路（ヘッダ）２７、水蒸気供給通路２８、混合ガス供給通路２９または液体燃料ガス供給通路３０のそれぞれを備えている。なお、混合ガス供給通路２９または液体燃料ガス供給通路３０、水蒸気供給通路２８のそれぞれは、入口部２４の空間を通る旋回空気に混合ガス、水蒸気等のそれぞれをジェット状に噴出させる噴流孔３１ａ，３１ｂを列状に配置して備えている。なお、水蒸気供給通路２８、混合ガス供給通路２９または液体燃料ガス供給通路３０には、流れの方向に対して横断方向に向って噴流孔３１ａ，３１ｂが設けられている。また、液体燃料ガス供給通路３０に設けた噴流孔３１ａは、水蒸気供給通路２８に設けた噴流孔３１ｂよりも上流側に設けられている。
【００４８】
このような構成を備えるノズル部７は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、ガスタービン燃焼器２における燃焼室２２の頭部側の平坦部に複数にして配置されている。なお、ノズル部７は、図３（ａ），（ｂ）に示す配置に限らず、例えば、図３（ｃ）に示すように、燃焼室２２の頭部側を階段状に形成する複数の斜面部３２ａ，３２ｂに設置してもよく、また、図３（ｄ）に示すように、頭部を台形状に形成する燃焼室２２の斜面３３に複数配置してもよい。
【００４９】
次に、本実施形態に係る燃焼装置の作用を説明する。
【００５０】
起動時または低負荷時、空気圧縮機１からの高圧空気は、熱交換器１６の器内を加温してガスタービン燃焼器２に供給される。
【００５１】
このとき、液体燃料タンク１２および水タンク１４のそれぞれは、液体燃料を第１液体燃料供給配管８を介してガスタービン燃焼器２のノズル部７に、また水を第１水供給配管９を介してガスタービン燃焼器２のノズル部７にそれぞれ直接供給する。
【００５２】
その際、第１液体燃料配管８の燃料弁１３ａおよび第１水供給配管９の水供給弁１５ａのそれぞれは、演算制御部２１からの制御信号により開閉制御される。
【００５３】
ガスタービン燃焼器２のノズル部７に供給された液体燃料は、図２に示すように、液体燃料供給通路２６に案内され、ここから出口を介して燃焼室２２に噴霧され、点火器（図示せず）により着火され、火炎３４を生成する。
【００５４】
また、ガスタービン燃焼器２のノズル部７に供給された水は、火炎３４の生成後、必要に応じて図２に示すように、水供給通路２７に案内され、ここから出口を介して火炎３４に噴霧され、火炎３４から発生する熱を吸収し、燃焼ガス温度を低下させ、ＮＯｘの濃度を低く抑える。
【００５５】
ガスタービン燃焼器２は、図１に示すように、ガスタービン４の負荷（出力）が上昇し、予め定められた負荷になると、第１液体燃料供給配管８および第１水供給配管９から第２液体燃料供給配管１０および第２水供給配管１１に切り替える。
【００５６】
切り替えられた第２液体燃料供給配管１０は、燃料弁１３を開閉制御させ、液体燃料タンク１２からの液体燃料を熱交換器１６に供給し、ここでガスタービン４からの排熱（排ガス）ＷＧＳを熱源として蒸発させてガス化する。
【００５７】
また、切り替えられた第２水供給配管１１は、水供給弁１５を開口させ、水タンク１４からの水を熱交換器１６に供給し、ここで水を蒸発させて水蒸気化する。
【００５８】
熱交換器１６でガス化し、水蒸気化する液体燃料ガスおよび水蒸気は、混合器１７で混合される。なお、熱交換器１６から混合器１７に供給される水蒸気の一部は、蒸気弁１８を備える蒸気配管２０を介して、熱利用手段、例えば貯湯部１９に供給される。
【００５９】
熱交換器１６からの液体燃料ガスと水蒸気とを混合させた混合器１７は、混合ガスとしてガスタービン燃焼器２のノズル部７に供給し、ここから図２に示すように、混合ガス供給通路２９に案内し、噴流孔３１ａから旋回空気に合流させた後、燃焼室２２の火炎２４に供給する。
【００６０】
このように、本実施形態は、燃焼室２２の火炎２４に供給して燃焼ガスを生成する際、混合器１７で液体燃料ガスに水蒸気を混合させ、燃焼ガス温度を高くさせないようにしているので、燃焼ガスのＮＯｘ濃度を低く抑えることができる。
【００６１】
なお、本実施形態は、混合器１７を設けた場合に対して説明しているが、混合器１７を設けていない場合、熱交換器１６からの液体燃料ガスおよび水蒸気のそれぞれを、図２に示すように、液体燃料ガス供給通路３０、水蒸気供給通路２８のそれぞれに供給する。
【００６２】
液体燃料ガス供給通路３０は、液体燃料ガスを下流側の火炎３４に供給し、燃焼ガスを生成する。
【００６３】
また、水蒸気供給通路２８は、水蒸気を噴流孔３１ｂから旋回空気に噴流して合流させ、合流後、下流側の火炎３４に供給して燃焼ガスの温度を低く抑える。
【００６４】
このように、本実施形態は、混合器１７を設置していなくとも、水蒸気供給通路２８からの水蒸気を旋回空気に合流させて燃焼ガスの温度を低く抑えているので、燃焼ガスから発生するＮＯｘの濃度を低く抑えることができる。
【００６５】
ところで、ＮＯｘ濃度を低く抑えすぎるあまり、燃焼ガスの火炎温度を低く抑えすぎると、火炎３４は不安定になり、燃焼振動を発生させる場合がある。燃焼振動が発生すると、火炎３４は、燃焼室２２の入口部２４に向って進退移動し、いわゆる逆火現象が誘起する。
【００６６】
本実施形態は、このような点を考慮して混合ガス供給通路２９または液体燃料ガス供給通路３０の噴流孔３１ａの下流側の水蒸気供給通路２８に噴流孔３１ｂを形成し、ここから水蒸気を噴出させ、火炎３４の不安定移動に伴う逆火を防止している。
【００６７】
また、液体燃料と水との比率または液体燃料ガスと水蒸気との比率は、火炎３４の安定燃焼に著しく影響を与える。
【００６８】
本実施形態は、このような事象を防止するもので、演算制御部２１を備え、センサ２３で検出する燃焼室２２の燃焼ガスの、例えば燃焼ガス温度または燃焼振動値等の信号と、発電機３からの負荷（出力）信号とに基づいて弁開閉信号弁を演算制御部２１で演算し、その演算信号を第１液体燃料供給配管８の燃料弁１３ａ、第２液体燃料供給配管１０の燃料弁１３、第１水供給配管９の水供給弁１５ａ、第２水供給配管１１の水供給弁１５、蒸気配管２０の蒸気弁１８、熱利用手段、例えば貯湯部１９のそれぞれに与え、液体燃料および水のそれぞれの流量を制御し、燃焼室２２の燃焼ガス状態量を調整する。
【００６９】
したがって、本実施形態では、ガスタービン燃焼器２に供給する液体燃料および水のそれぞれの流量をガスタービン負荷に応じた適正量に制御するので、燃焼室２２の火炎３４を常に安定状態に維持させることができる。
【００７０】
図４は、本発明に係る燃焼装置の第２実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成要素と同一構成要素には、同一符号を付す。
【００７１】
本実施形態に係る燃焼装置は、起動運転時、起動用燃料弁３６を介装して液体燃料タンク１２からガスタービン燃焼器２のノズル部７に液体燃料を供給する第１液体燃料供給配管８と、ガスタービン４から熱交換器３５に供給される排熱（排ガス）ＷＧＳが予め定められた温度になったとき、液体燃料タンク１２からガスタービン燃焼器２０のノズル部７にガス化させた液体燃料を切り替えて供給する第２液体燃料供給配管１０とから構成される液体燃料供給系統５を備えたものである。
【００７２】
液体燃料供給系統５のうち、第１液体燃料供給配管８に設けた起動用燃料弁３６は、ガスタービン４から熱交換器３５に供給される排熱ＷＧＳの温度が低いとき、演算制御部２１からの指令により開閉制御され、液体燃料タンク１２からガスタービン燃焼器２のノズル部７に液体燃料を、直接、供給する構成になっている。
【００７３】
なお、本実施形態は、起動運転時、液体燃料タンク１２からガスタービン燃焼器２のノズル部７に液体燃料を供給しているが、この例に限らず、液体燃料に代えて別の系統から天然ガス等のガス燃料を供給してもよい。液体燃料は、ＮＯｘ濃度の発生が高くなることに基づく。
【００７４】
また、液体燃料供給系統５のうち、第２液体燃料供給管８は、燃料弁１３、熱交換器３５、減圧器３７、流量制御弁３８を備え、液体燃料タンク１２からの液体燃料を熱交換器３５でガスタービン４からの排熱ＷＧＳを熱源として蒸発させてガス化し、ガス化した液体燃料を流量制御弁３８で流量制御し、ガスタービン燃焼器２のノズル部７に供給する構成にしている。ここで、ガスタービン燃焼器２のノズル部７は、第１実施形態の構成要素と同一なので、その説明を省略する。
【００７５】
また、第２液体燃料供給管８は、減圧器３７と流量制御弁３８との間から分岐させ、途中に凝縮器３９を備えて液体燃料タンク１２に接続するガス化した液体燃料を戻す戻し配管４０を備え、熱交換器３５でガス化した液体燃料が減圧器３７でも予め定められた圧力以上になっている場合、あるいは予め定められたガス流量以上になっている場合等に凝縮器３９の水供給系統４１と熱交換させて液体燃料タンク１２に戻す構成になっている。
【００７６】
なお、熱交換器３５は、液体燃料タンク１２からの液体燃料を蒸発させてガス化するとともに、空気圧縮機１からの高圧空気を高温化させ、高温燃焼用空気としてガスタービン燃焼器２に供給している。
【００７７】
一方、ガスタービン燃焼器２には、第１実施形態と同様に、演算制御部２１が設けられている。
【００７８】
この演算制御部２１は、ガスタービン燃焼器２の燃焼室２２の燃焼ガス状態量、例えば燃焼ガス温度、燃焼振動等をセンサ２３で検出し、その検出信号と発電機３からの負荷信号とを基に演算して弁開閉信号等を作り出し、その弁開閉信号等を第１液体燃料供給配管８の起動用燃料弁３６、第２液体燃料供給配管１０の燃料弁１３、流量制御弁３８のそれぞれに与えて燃焼室２２の燃料ガス状態量を調整している。
【００７９】
このように、本実施形態は、第２液体燃料供給配管１０に液体燃料タンク１２からの液体燃料を蒸発させてガス化する熱交換器３５と、ガス化した液体燃料を減圧する減圧器３７と、ガス化した液体燃料の流量を制御する流量制御弁３８と、ガス化した液体燃料が予め定められた圧力、流量等を超えている場合、液体燃料タンク１２に戻す戻し配管４０を備えたので、適正な状態量の液体燃料をガスタービン燃焼器２に供給することができる。
【００８０】
また、本実施形態は、熱交換器３５でガスタービン４の排熱ＷＧＳを加熱源として液体燃料タンク１２からの液体燃料を蒸発させてガス化するので、従来のように、液体燃料の微粒化、空気との予混合による均一予混合等に要する時間を大幅に短くすることができ、液体燃料特有の自己着火の危険をガス化により防止することができる。
【００８１】
図５は、液体燃料を微粒化して噴霧した場合、ＬＰＧ燃料を使用する場合、本実施形態で示した液体燃料をガス化した場合の、それぞれのＮＯｘ濃度値を比較したＮＯｘ濃度値を示す線図である
この線図から、本実施形態で示した液体燃料のガス化は、ＬＰＧ燃料のＮＯｘ濃度値とほぼ同一値であり、微粒化した液体燃料のＮＯｘ濃度値に較べて大幅に低下していることが認められた。
【００８２】
図６は、本発明に係る燃焼装置の第３実施形態を示す概略系統図である。なお、第１実施形態の構成要素と同一構成要素には同一符号を付す。
【００８３】
本実施形態に係る燃焼装置は、液体燃料タンク１２からガスタービン燃焼器２２のノズル部７にガス化した液体燃料を供給する第２液体燃料供給配管１０に設けた熱交換器１６内に、例えば電気ヒータ等の熱源を持つ加熱装置４２を組み込んだものである。
【００８４】
ガスタービン燃焼器２２は、第２液体燃料供給配管１０を流れる液体燃料をガス化させるために、熱交換器１６の加熱源をガスタービン４の排熱に求めていると、ガスタービン４が予め定められた負荷にならない限り、液体燃料のガス化に必要な排熱の温度を確保することができない。
【００８５】
本実施形態は、このような点を考慮したもので、ガスタービン４の起動運転前から液体燃料をガス化させるため、熱交換器１６内に電気ヒータ等の加熱装置４２を組み込み、電気ヒータ等の加熱装置４２でガス化した液体燃料を戻し配管４０を介して液体燃料タンク１２に循環させておき、ガスタービン４の起動と同時にガス化した液体燃料をガスタービン燃焼器２のノズル部７に供給する構成にしたものである。
【００８６】
このように、本実施形態は、熱源を迅速に確保できる加熱装置４２を備え、液体燃料をより一層早くガス化できる構成にしたので、図５で示したように、ＮＯｘ濃度を液体燃料の微粒化噴霧に較べてＮＯｘ濃度をより低く抑えることができる。
【００８７】
なお、本実施形態は、液体燃料のガス化として熱交換器１６内に電気ヒータ等の加熱装置４２を組み込んだが、この例に限らず、電気ヒータ等の加熱装置４２に、ガスタービン４の排熱を加熱源として利用し、起動時、加熱装置４２を使用し、ガスタービン４の予め定められた負荷になったときガスタービンの排熱をするか、あるいは両方を併用してもよい。
【００８８】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係る燃焼装置は、液体燃料を加熱してガス化し、水を加熱して蒸気化し、ガス化する液体燃料ガスに蒸気化する水蒸気を加えて混合し、混合ガスを燃焼室に供給して発生する火炎の温度を低く抑えているので、ＮＯｘの濃度をより一層低く抑えることができる。
【００８９】
また、本発明に係る燃焼装置は、燃焼室に供給する液体燃料と水とのそれぞれの流量を負荷（出力）に応じて適正量に制御し、生成される燃焼ガスを安定燃焼させているので、信頼性の高い運転を行うことができる。
【００９０】
また、本発明に係る燃焼装置は、液体燃料を加熱してガス化し、ガス化した液体燃料を減圧し、減圧したガス化燃料の圧力がそれでも高いか、あるいは過流量等になっている場合、もとの供給源に戻し、適正な圧力、流量等に調整してガスタービン燃焼器のノズル部に供給するので、ＮＯｘ濃度のより一層少ない安定した燃焼ガスを生成することができる。
【００９１】
また、本発明に係る燃焼装置は、液体燃料をより早くガス化する加熱手段を備えたので、より早く液体燃料をガス化することができ、この結果、ＮＯｘ濃度をより早く低い濃度に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃焼装置を、ガスタービンプラントのガスタービン燃焼器として適用する第１実施形態を示す概略系統図。
【図２】本発明に係る燃焼装置のノズル部を示す概念図。
【図３】本発明に係る燃焼装置のノズル部の配置を示すもので、（ａ）はノズル部を燃焼室の頭部側に設置する概念図、（ｂ）は（ａ）の平面図、（ｃ）はノズル部を燃焼室に設置する第１変形例を示す概念図、（ｄ）はノズル部を燃焼室に設置する第２変形例を示す概念図。
【図４】本発明に係る燃焼装置の第２実施形態を示す概略系統図。
【図５】液体燃料を微粒化し、噴霧する場合、ＬＰＧ燃料を使用する場合、本発明のようにガス化した液体燃料を使用する場合、ＮＯｘ濃度値を比較したＮＯｘ濃度値線図。
【図６】本発明に係る燃焼装置の第３実施形態を示す概略系統図。
【符号の説明】
１　空気圧縮機
２　ガスタービン燃焼器
３　発電機
４　ガスタービン
５　液体燃料供給系統
６　水供給系統
７　ノズル部
８　第１液体燃料供給配管
９　第１水供給配管
１０　第２液体燃料供給配管
１１　第２水供給配管
１２　液体燃料タンク
１３，１３ａ　燃料弁
１４　水タンク
１５，１５ａ　水供給弁
１６　熱交換器
１７　混合器
１８　蒸気弁
１９　貯湯部
２０　蒸気配管
２１　演算制御部
２２　燃焼室
２３　センサ
２４　入口部
２５　スワラ
２６　液体燃料供給通路
２７　水供給通路
２８　水蒸気供給通路
２９　混合ガス供給通路
３０　液体燃料ガス供給通路
３１ａ，３１ｂ　噴流孔
３２ａ，３２ｂ　斜面部
３３　斜面
３４　火炎
３５　熱交換器
３６　起動用燃料弁
３７　減圧器
３８　流量制御弁
３９　凝縮器
４０　戻し配管
４１　水供給系統
４２　加熱装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004003416.tif 000006
【図５】
2004003416.tif 000007
【図６】
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