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JP5878428B2 - Gas turbine combustor and method of operating gas turbine combustor - Google Patents
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JP5878428B2 - Gas turbine combustor and method of operating gas turbine combustor - Google Patents

Gas turbine combustor and method of operating gas turbine combustor Download PDF

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本発明は、ガスタービン燃焼器に係り、特に、難燃性ガスで、且つ、発熱量が低いガスの安定燃焼が可能なガスタービン燃焼器のバーナ構造に関する。   The present invention relates to a gas turbine combustor, and more particularly to a burner structure of a gas turbine combustor capable of stable combustion of a flame-retardant gas and a gas having a low calorific value.

一般に発熱量の低い燃料は、ガスタービンの主要燃料であるLNG(Liquefied Natural Gas)に比べて、火炎温度が低く燃焼速度が遅いため、燃えにくい燃料である。また、燃焼の際にNOx排出量が少ないことも特徴の一つである。このような低カロリーガスの代表例として、高炉ガスが挙げられる。高炉ガスは製鉄プロセスにおいて高炉から発生する副生ガスで、近年、資源有効利用の観点から、この高炉ガスをガスタービン燃料として利用したいというニーズが高まっている。   In general, a fuel having a low calorific value is a fuel that is difficult to burn because the flame temperature is low and the combustion speed is slow compared to LNG (Liquefied Natural Gas), which is the main fuel of gas turbines. Another feature is that the amount of NOx emissions during combustion is small. A typical example of such a low calorie gas is blast furnace gas. Blast furnace gas is a by-product gas generated from the blast furnace in the iron making process. In recent years, from the viewpoint of effective use of resources, there is an increasing need to use this blast furnace gas as a gas turbine fuel.

高炉ガスは一酸化炭素(CO)や水素(H2)を主要可燃成分とし、その他にN2やCO2を多量に含む難燃性のガスである。このため、ガスタービンの着火から定格負荷範囲を高炉ガス専焼で運転することは難しく、着火から部分負荷範囲を安定に運転(燃焼)するためには、一般に、起動用燃料が別に必要となる。また、難燃性ガスを安定に燃焼するため、ガスタービン燃焼器では燃料と空気を別々の流路から燃焼室に供給する拡散燃焼方式を採用し、液体燃料などの起動用燃料と低カロリーガスのデュアル燃料の燃焼が可能なバーナ構成とするのが一般的である。 The blast furnace gas is a flame retardant gas containing carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) as main combustible components and a large amount of N 2 and CO 2 in addition. For this reason, it is difficult to operate the rated load range from igniting the gas turbine by blast furnace gas-only firing, and in order to stably operate (combust) the partial load range from ignition, generally a separate starting fuel is required. In addition, in order to stably burn the flame-retardant gas, the gas turbine combustor adopts a diffusion combustion system that supplies fuel and air to the combustion chamber from separate flow paths, and a starting fuel such as liquid fuel and a low calorie gas. In general, the burner configuration is capable of burning the dual fuel.

また、その他の低カロリーガスとして、石炭やバイオマスのガス化ガスが挙げられる。これらの石炭やバイオマスを原料とした燃料も資源有効利用の観点からガスタービン燃料としてのニーズは高まっている。石炭あるいは木屑などを原料として空気でガス化して得られた燃料はN2を多量に含む低カロリーガスであり、起動用燃料と低カロリーガスの燃焼が可能なバーナが必要となる。 Other low calorie gases include coal and biomass gasification gases. These coal and biomass fuels are also increasingly needed as gas turbine fuels from the viewpoint of effective use of resources. The fuel obtained by gasification with air using coal or wood chips as a raw material is a low calorie gas containing a large amount of N 2 , and a starter fuel and a burner capable of burning the low calorie gas are required.

ここで、石炭ガス化ガスを対象とした低カロリーガス焚きバーナの構造例として、特許文献1(特開平5−86902号公報)が挙げられる。特許文献1には、バーナの半径方向中心部に起動用の油ノズルを備え、その外周にガス噴孔を配置し、さらにその外周にガス噴孔と空気噴孔を交互に配置したバーナの構造が記載されている。   Here, as a structural example of a low calorie gas burning burner for coal gasification gas, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 5-86902) is cited. Patent Document 1 discloses a burner structure in which a starting oil nozzle is provided at the radial center of a burner, gas injection holes are arranged on the outer periphery thereof, and gas injection holes and air injection holes are alternately arranged on the outer periphery thereof. Is described.

一方、LNGなどの高カロリー燃料は燃焼の際に火炎温度が高くなるため、低NOx燃焼に関して工夫が必要である。その燃焼方法の一例として希薄予混合燃焼が挙げられる。また、予混合燃焼は拡散燃焼に比べて安定燃焼範囲が狭いため、拡散燃焼方式を採用したパイロットバーナで予混合火炎の燃焼安定性を強化するのが一般的である。なお、予混合器においては、燃料と空気を均一に混ぜるための混合距離が必要であり、そのためパイロットバーナよりも予混合バーナが燃焼室下流側に突出する構成となりやすい。   On the other hand, since high-calorie fuels such as LNG have a high flame temperature during combustion, some contrivance is required for low NOx combustion. An example of the combustion method is lean premixed combustion. In addition, since premixed combustion has a narrower stable combustion range than diffusion combustion, it is common to enhance the combustion stability of the premixed flame with a pilot burner employing a diffusion combustion method. In the premixer, a mixing distance for uniformly mixing the fuel and air is required, and therefore, the premix burner tends to protrude to the downstream side of the combustion chamber rather than the pilot burner.

このような構造の一例として、特許文献2には、火炎安定化のためのパイロットバーナと低NOx燃焼のための予混合バーナを組み合せ、燃焼器に供給される空気の大部分を予混合器に供給し燃料と空気を予め混合して希薄予混合燃焼によって低NOx化を図るものが記載されている。   As an example of such a structure, in Patent Document 2, a pilot burner for flame stabilization and a premixing burner for low NOx combustion are combined, and most of the air supplied to the combustor is used as a premixer. A description is given of supplying fuel and air in advance and reducing NOx by lean premix combustion.

特開平5−86902号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-86902 特開平8−86407号公報JP-A-8-86407

一般に、低カロリーガスは、LNGなどの高カロリー燃料に比べて火炎温度が低く燃焼速度が遅いため、燃えにくい燃料である。したがって、ガスタービン燃焼器においては、低カロリーガスの安定燃焼技術が重要な課題となる。また、発熱量が低いために、LNGなどの高カロリーガスと同等の燃焼ガス温度を得るためには、燃焼器に供給する燃料流量を増加させる必要がある。このため、低カロリーガス焚き燃焼器では供給する燃料流量が多くなることも特徴の一つである。   Generally, low-calorie gas is a fuel that is difficult to burn because it has a lower flame temperature and a slower combustion speed than a high-calorie fuel such as LNG. Therefore, in a gas turbine combustor, a stable combustion technique of low calorie gas becomes an important issue. Moreover, since the calorific value is low, it is necessary to increase the flow rate of fuel supplied to the combustor in order to obtain a combustion gas temperature equivalent to a high calorie gas such as LNG. For this reason, the low-calorie gas-fired combustor is also characterized in that the fuel flow rate to be supplied is increased.

特許文献1に記載のバーナ構造において、高炉ガスを燃焼する場合には石炭ガス化ガスに比べてCO2含有量が多いために、内周スワラに形成する火炎温度が低下し、外周スワラから供給する燃料の反応も緩慢となりやすい。したがって、燃焼器出口におけるCO排出濃度が増加しやすくなり、さらに高炉ガスの発熱量が低下した場合には、火炎が吹き飛びやすくなる場合もあった。また、安定燃焼範囲の狭い予混合燃焼を行う特許文献2に記載のバーナ構造で高炉ガスを燃焼する場合、火炎が吹き飛ぶ可能性が高まり、燃焼を行うこと自体が困難となる恐れもある。 In the burner structure described in Patent Document 1, when blast furnace gas is burned, the CO 2 content is higher than that of coal gasification gas, so the flame temperature formed on the inner swirler is lowered and supplied from the outer swirler. The reaction of the fuel to be done tends to become slow. Accordingly, the CO emission concentration at the combustor outlet is likely to increase, and when the calorific value of the blast furnace gas is further reduced, the flame may be easily blown off. In addition, when blast furnace gas is burned with the burner structure described in Patent Document 2 that performs premixed combustion with a narrow stable combustion range, the possibility that a flame will blow out increases, and it may be difficult to perform the combustion itself.

本発明の目的は、CO2を多量に含む高炉ガスなどの難燃性の低カロリーガスをも安定に燃焼できるガスタービン燃焼器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a gas turbine combustor capable of stably burning even a flame-retardant low-calorie gas such as a blast furnace gas containing a large amount of CO 2 .

本発明は、燃料と空気を混合して燃焼する燃焼室と、前記燃焼室に燃料と空気を供給して火炎を保持するバーナとを備えた燃焼器において、前記バーナは、燃料を噴出するガス噴孔と空気を噴出する空気噴孔とを有し、且つ、前記ガス噴孔及び前記空気噴孔が設けられた第1のスワラと、前記ガス噴孔が設けられた第2のスワラとを備え、前記第2のスワラは、前記第1のスワラの外周に配置され、且つ、前記第1のスワラよりも前記燃焼室下流側に突出するように構成され、前記第2のスワラは、前記第1のスワラに空気を供給するための空気流路を有し、前記空気流路は、前記第1のスワラに供給する空気によって、前記第1のスワラよりも前記燃焼室下流側に突出した前記第2のスワラの内周壁を冷却できるように構成されていることを特徴とする。 The present invention relates to a combustor including a combustion chamber in which fuel and air are mixed and combusted, and a burner that supplies the fuel and air to the combustion chamber and holds a flame, wherein the burner is a gas that ejects fuel. A first swirler having a nozzle hole and an air nozzle for ejecting air, and provided with the gas nozzle hole and the air nozzle hole; and a second swirler provided with the gas nozzle hole. wherein the second swirler is disposed on the outer periphery of the first swirler, and than said first swirler being configured to protrude into the combustion chamber downstream, the second swirler, the An air flow path for supplying air to the first swirler, and the air flow path protrudes further downstream of the combustion chamber than the first swirler by air supplied to the first swirler; be configured to allow cooling of the inner circumferential wall of said second swirler And features.

本発明によれば、CO2を多量に含む高炉ガスなどの難燃性の低カロリーガスをも安定に燃焼できるガスタービン燃焼器を提供できる。 The present invention can provide a gas turbine combustor capable of stable combustion even the low-calorie gas flame retardancy, such as blast furnace gas containing CO 2 in a large amount.

本発明の第1の特徴を示す燃焼器構造、およびシステム系統図である。It is a combustor structure and a system diagram showing the first feature of the present invention. 本発明の第1の特徴を示すバーナの正面図である。It is a front view of the burner which shows the 1st characteristic of this invention. 本発明の第1の特徴を示すバーナの断面図である。It is sectional drawing of the burner which shows the 1st characteristic of this invention. 燃料濃度と理論火炎温度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between fuel concentration and theoretical flame temperature. 本発明の第2の特徴を示すバーナの断面図である。It is sectional drawing of the burner which shows the 2nd characteristic of this invention. 本発明の第2の特徴を示すバーナの正面図である。It is a front view of the burner which shows the 2nd characteristic of this invention. 本発明の第3の特徴を示すバーナ構造図である。It is a burner structure figure which shows the 3rd characteristic of this invention.

上記の課題を解決するためには、内周スワラに形成する火炎温度を高くし、燃焼反応を促進させる必要がある。燃焼反応が緩慢となる原因の一つとして、内周スワラに形成する火炎が外周スワラから供給する燃料で冷却されることが挙げられる。これは、特に、発熱量の低いガスの燃焼において顕著である。局所的な火炎温度が低くなる高炉ガスの燃焼において、内周スワラに形成する火炎の温度が上昇する前に外周燃料が混合(合流)すると、内周火炎の温度はさらに低下し反応が緩慢になりやすい。   In order to solve the above problems, it is necessary to increase the flame temperature formed on the inner swirler to promote the combustion reaction. One of the causes that the combustion reaction becomes slow is that the flame formed in the inner swirler is cooled by the fuel supplied from the outer swirler. This is particularly noticeable in the combustion of gas with a low calorific value. In the combustion of blast furnace gas where the local flame temperature becomes low, if the outer peripheral fuel is mixed (joined) before the flame temperature formed in the inner swirler rises, the temperature of the inner peripheral flame further decreases and the reaction becomes slow Prone.

以下に示す本発明の各実施例に記載のバーナは、内周スワラよりも外周スワラを燃焼室下流側に突出させている。そのため、内周スワラに形成される内周火炎の温度が上昇する前に外周燃料の混合による内周火炎の温度低下を防止することができる。さらに、突出した外周スワラの内周壁の冷却媒体として、内周スワラに供給する空気や外周スワラから噴出する燃料を用いている。そのため、壁面冷却によって空気および燃料の温度を高め、しいては内周スワラの火炎温度と外周スワラの外周火炎温度を上昇させることができる。かくして内周スワラに形成する火炎温度を高め、燃焼反応を促進させることにより、高炉ガスをも安定に燃焼させることが可能となる。   In the burner described in each embodiment of the present invention described below, the outer peripheral swirler is protruded to the downstream side of the combustion chamber rather than the inner peripheral swirler. Therefore, it is possible to prevent a temperature drop of the inner peripheral flame due to mixing of the outer peripheral fuel before the temperature of the inner peripheral flame formed in the inner peripheral swirler increases. Further, air supplied to the inner swirler or fuel ejected from the outer swirler is used as a cooling medium for the inner peripheral wall of the protruding outer swirler. Therefore, it is possible to raise the temperature of air and fuel by wall surface cooling, and to raise the flame temperature of the inner swirler and the outer flame temperature of the outer swirler. Thus, by raising the flame temperature formed on the inner swirler and promoting the combustion reaction, it becomes possible to stably burn the blast furnace gas.

なお、特許文献2に示すLNGを対象とした希薄予混合燃焼器は、円環状の予混合バーナを、その内周に設けられたパイロットバーナよりも燃焼室下流側に突出させた構成を有している。これはガスタービンの着火、起動から部分負荷範囲の安定燃焼と、低NOxのための予混合火炎の安定燃焼を目的として、円環状の予混合バーナの内周にパイロットバーナを配置したものである。特許文献2では、着火、起動から部分負荷範囲をパイロットバーナのみで運転するが、本発明の各実施例に記載のバーナでは、低カロリーガスを燃焼する部分負荷範囲も内周スワラと外周スワラの両方に形成する火炎の相互作用によって安定燃焼するものである。   In addition, the lean premix combustor for LNG shown in Patent Document 2 has a configuration in which an annular premix burner is protruded downstream of the combustion chamber from a pilot burner provided on the inner periphery thereof. ing. This is a pilot burner placed on the inner circumference of an annular premix burner for the purpose of stable combustion from the ignition and start-up of the gas turbine to the partial load range and stable combustion of the premixed flame for low NOx. . In Patent Document 2, the partial load range from ignition and start-up is operated only by the pilot burner. However, in the burner described in each embodiment of the present invention, the partial load range for burning the low calorie gas also includes the inner swirler and the outer swirler. Stable combustion is achieved by the interaction of the flames formed on both sides.

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(燃焼器の構成)
図1に、本発明の第1の実施例であるガスタービンの系統と燃焼器の拡大断面図を示す。ガスタービン5は、圧縮機2、燃焼器3、タービン4、発電機6、及び起動用モータ8等で構成される。ガスタービン5は、圧縮機2が大気より吸込んだ空気101を圧縮し、燃焼空気102をガスタービン燃焼器3へと供給する。燃焼器3では、圧縮機2による燃焼空気102と高炉ガス60にコークス炉ガス80を混合した増熱ガス70(着火〜部分負荷範囲で供給)が混合し、燃焼ガス140を発生させタービン4に供給される。タービン4は燃焼ガス140の供給により回転動力が与えられ、タービン4の回転動力が圧縮機2及び発電機6に伝達される。圧縮機2に伝えられた回転動力は圧縮動力に用いられ、発電機6に伝えられた回転動力は電気エネルギーに変換される。
(Combustor configuration)
FIG. 1 shows an enlarged cross-sectional view of a gas turbine system and a combustor according to a first embodiment of the present invention. The gas turbine 5 includes a compressor 2, a combustor 3, a turbine 4, a generator 6, a starter motor 8, and the like. The gas turbine 5 compresses the air 101 sucked from the atmosphere by the compressor 2 and supplies the combustion air 102 to the gas turbine combustor 3. In the combustor 3, the combustion air 102 produced by the compressor 2 and the blast furnace gas 60 are mixed with a heat increasing gas 70 (supplied in the range of ignition to partial load) mixed with the coke oven gas 80 to generate the combustion gas 140 to the turbine 4. Supplied. The turbine 4 is supplied with rotational power by supplying the combustion gas 140, and the rotational power of the turbine 4 is transmitted to the compressor 2 and the generator 6. The rotational power transmitted to the compressor 2 is used as compression power, and the rotational power transmitted to the generator 6 is converted into electric energy.

燃焼器3においては、圧力容器である外筒10内にライナ14によって形成される燃焼室12を備え、ライナ14の外周に燃焼室冷却用のフロースリーブ11を備える。また、燃焼室12の上流には燃料と空気を別々の流路から燃焼室12に供給して火炎を保持するバーナ300を配置している。燃焼器3に供給された燃焼空気102は、フロースリーブ11と燃焼室12との空間内を流れ、燃焼室12を冷却しながらライナ14に設けた燃焼空気孔13、およびバーナ300に設けた空気噴孔402等により燃焼室12内に供給される。   In the combustor 3, a combustion chamber 12 formed by a liner 14 is provided in an outer cylinder 10 that is a pressure vessel, and a flow sleeve 11 for cooling the combustion chamber is provided on the outer periphery of the liner 14. Further, a burner 300 is provided upstream of the combustion chamber 12 to supply fuel and air to the combustion chamber 12 through separate flow paths and hold a flame. The combustion air 102 supplied to the combustor 3 flows in the space between the flow sleeve 11 and the combustion chamber 12, and the combustion air hole 13 provided in the liner 14 while cooling the combustion chamber 12 and the air provided in the burner 300. The fuel is supplied into the combustion chamber 12 through the nozzle holes 402 and the like.

バーナ300は、内周スワラ201と、その外周に配置された環状の外周スワラ202とを備えた2重旋回構造を採用している。また、内周スワラ201よりも外周スワラ202を燃焼室下流側に突出するように構成されている。内周スワラ201、および外周スワラ202に供給する低カロリーガスの流量および発熱量は、ガスタービンの負荷条件によって変化可能とすることを特徴とする。ガスタービンの着火から部分負荷範囲は、高炉ガス60にコークス炉ガス80を混合した増熱ガス70を供給することで安定に燃焼する。その後、燃料流量を増加させ燃焼温度が高くなるにつれて負荷が上昇し、高負荷条件(たとえば中間負荷から定格負荷範囲)に到達すると、高炉ガス60のみの運転も可能となる。   The burner 300 employs a double swirl structure including an inner peripheral swirler 201 and an annular outer peripheral swirler 202 disposed on the outer periphery thereof. Further, the outer peripheral swirler 202 is configured to protrude to the downstream side of the combustion chamber from the inner peripheral swirler 201. The flow rate and calorific value of the low calorie gas supplied to the inner peripheral swirler 201 and the outer peripheral swirler 202 can be changed depending on the load condition of the gas turbine. The partial load range from the ignition of the gas turbine is stably combusted by supplying a heat increasing gas 70 obtained by mixing the coke oven gas 80 with the blast furnace gas 60. Thereafter, as the fuel flow rate is increased and the combustion temperature increases, the load increases. When a high load condition (for example, the intermediate load to the rated load range) is reached, only the blast furnace gas 60 can be operated.

低カロリーガスの供給圧力は燃料系統に設けた圧力調整弁150によって調整が可能であり、その下流には、内周スワラ201に内周燃料201fを供給するための第1の燃料系統51と、外周スワラ202に外周燃料202fを供給する第2の燃料系統52を備える。それぞれの燃料系統には第1の燃料流量調節弁41、および第2の燃料流量調節弁42を備えており、制御装置200によって、着火から定格負荷範囲における内外周スワラの燃料流量の調節が可能である。   The supply pressure of the low calorie gas can be adjusted by a pressure regulating valve 150 provided in the fuel system, and downstream thereof, a first fuel system 51 for supplying the inner peripheral fuel 201f to the inner peripheral swirler 201, A second fuel system 52 for supplying the outer peripheral fuel 202f to the outer peripheral swirler 202 is provided. Each fuel system includes a first fuel flow rate adjustment valve 41 and a second fuel flow rate adjustment valve 42, and the control device 200 can adjust the fuel flow rate of the inner and outer swirlers from the ignition to the rated load range. It is.

(バーナ構造1)
図2にバーナ300の正面図を示す。この図は、バーナ300を下流から見たものである。本実施例のバーナは、内周スワラ201と外周スワラ202で構成する2重旋回バーナ構造である。
(Burner structure 1)
FIG. 2 shows a front view of the burner 300. This figure is a view of the burner 300 from the downstream side. The burner of this embodiment has a double swirl burner structure constituted by an inner circumferential swirler 201 and an outer circumferential swirler 202.

CO2を多量に含む高炉ガスの燃焼では内周スワラによって形成される内周火炎250の火炎温度を高める必要がある。そこで、本実施例のバーナは、内周燃料201fを噴出するガス噴孔401と空気102aを噴出する空気噴孔402とが周方向に交互に設けられた内周スワラ201と、外周燃料202fを噴出するガス噴孔403が設けられた外周スワラ202とを備える。 The combustion of blast furnace gas containing CO 2 in a large amount is required to raise the flame temperature of the inner flame 250 formed by the inner peripheral swirler. Therefore, the burner of the present embodiment includes an inner peripheral swirler 201 in which gas injection holes 401 for injecting inner peripheral fuel 201f and air injection holes 402 for injecting air 102a are alternately provided in the circumferential direction, and outer peripheral fuel 202f. And an outer peripheral swirler 202 provided with a gas injection hole 403 to be ejected.

また、それぞれの噴孔には、図2のA−A断面図に示すような旋回角αが設けられている。そのため、低速となる保炎領域(循環ガス領域)がバーナの半径方向中心部近傍に形成され、燃焼安定性を強化できる。更に、本実施例のバーナは、内周スワラ201のガス噴孔401および空気噴孔402の半径方向内側に、保炎強化用ガス噴孔404を備えている。保炎強化用ガス噴孔404から保炎強化燃料203fを供給することにより、内周スワラの半径方向中心部近傍に形成する循環ガス領域の燃料濃度を高めることが可能となり、燃焼安定性を向上させることができる。   Each nozzle hole is provided with a turning angle α as shown in the AA cross-sectional view of FIG. Therefore, a flame holding region (circulation gas region) at a low speed is formed in the vicinity of the center portion in the radial direction of the burner, and the combustion stability can be enhanced. Further, the burner according to the present embodiment includes a flame-holding gas injection hole 404 on the radially inner side of the gas injection hole 401 and the air injection hole 402 of the inner peripheral swirler 201. By supplying flame holding fuel 203f from the flame holding gas nozzle 404, it becomes possible to increase the fuel concentration in the circulating gas region formed near the radial center of the inner swirler and improve combustion stability. Can be made.

一方、図1に示したように、外周スワラ202においては、ガス噴孔401より外周燃料202fが供給される。外周燃料202fは内周スワラ201から供給される空気102aや、燃焼室12に供給されるバーナ近傍の空気と混合し、内周スワラ201に形成される火炎(内周火炎)を基点に、外周スワラに火炎(外周火炎)が形成される。外周火炎の形成によって、内周火炎周囲の温度は高くなるため、保炎を強化できる。特に、高炉ガスのようなCO2を多量に含む低カロリーガスの燃焼には有効である。 On the other hand, as shown in FIG. 1, in the outer peripheral swirler 202, the outer peripheral fuel 202 f is supplied from the gas injection hole 401. The outer peripheral fuel 202f is mixed with the air 102a supplied from the inner peripheral swirler 201 and the air in the vicinity of the burner supplied to the combustion chamber 12, and based on the flame (inner peripheral flame) formed in the inner peripheral swirler 201, A flame (peripheral flame) is formed in the swirler. Since the temperature around the inner flame is increased by the formation of the outer flame, flame holding can be strengthened. In particular, it is effective for combustion of low calorie gas containing a large amount of CO 2 such as blast furnace gas.

一般に、高炉ガスのようにCO2含有量が多い燃料は密度が大きく、本実施例のように旋回流によって保炎する場合には、密度の大きい燃料は慣性力によって外側に貫通しやすくなる。そこで本実施例のバーナ300では、バーナに供給する燃料を内周スワラと外周スワラに分け、内周スワラに燃料噴孔と空気噴孔を設けている。これにより、例えば燃料と空気が混合する濃度を量論混合比条件となるように燃料流量を調整して、内周スワラに形成する火炎温度をできるだけ高くすることが可能となり、内周火炎の安定性を向上することができる。 In general, a fuel having a high CO 2 content such as blast furnace gas has a high density, and when the flame is held by a swirling flow as in this embodiment, the fuel having a high density is likely to penetrate to the outside by an inertial force. Therefore, in the burner 300 of this embodiment, the fuel supplied to the burner is divided into an inner swirler and an outer swirler, and a fuel injection hole and an air injection hole are provided in the inner swirler. This makes it possible to adjust the fuel flow rate so that, for example, the concentration at which the fuel and air are mixed is the stoichiometric mixture ratio, and to increase the flame temperature formed in the inner swirler as much as possible. Can be improved.

すなわち、内周スワラに空気を導入することで、外側に貫通しやすい燃料の一部と空気の混合が促進し、保炎を賄う内周火炎を安定化できる。さらに本実施例では、内周火炎を火種とし、外周スワラから供給する燃料とライナ14の壁面に設けられた燃焼空気孔13より流入する燃焼空気との混合によって外周火炎が形成され、内外周火炎の相互作用でCO2含有量の多い燃料を安定燃焼することを特徴としている。 That is, by introducing air into the inner swirler, mixing of a part of the fuel that easily penetrates to the outside and the air is promoted, and the inner flame that covers the flame can be stabilized. Further, in the present embodiment, the outer peripheral flame is formed by mixing the fuel supplied from the outer swirler with the inner peripheral flame as a fire type and the combustion air flowing in from the combustion air hole 13 provided in the wall surface of the liner 14. It is characterized by stable combustion of a fuel having a high CO 2 content by the above interaction.

次に、図3にバーナ300の断面図を示す。本実施例のバーナは、内周スワラ201に対し外周スワラ202が燃焼室下流側(図3の右側)に突出し、突出した外周スワラ202の内部に内周スワラ201に空気102aを供給するための空気流路275を有する。そして、空気流路275に空気102aを導入するための複数の空気導入孔402aが、外周スワラ202の先端(燃焼室側端面)近傍の外周壁271に設けられている。このような構成により本実施例のバーナでは、外周スワラ202の内周壁270を、空気流路275を流下する空気102aと外周スワラ202より噴出する外周燃料202fによって冷却しつつ、冷却後の空気102aを内周スワラ201の燃焼用空気に用いることができる。   Next, FIG. 3 shows a cross-sectional view of the burner 300. In the burner of this embodiment, the outer swirler 202 protrudes to the combustion chamber downstream side (the right side in FIG. 3) with respect to the inner swirler 201, and the air 102a is supplied to the inner swirler 201 inside the protruding outer swirler 202. An air flow path 275 is provided. A plurality of air introduction holes 402 a for introducing the air 102 a into the air flow path 275 are provided in the outer peripheral wall 271 near the front end (combustion chamber side end face) of the outer peripheral swirler 202. With such a configuration, in the burner of the present embodiment, the inner peripheral wall 270 of the outer peripheral swirler 202 is cooled by the air 102a flowing down the air flow path 275 and the outer peripheral fuel 202f ejected from the outer peripheral swirler 202, and the cooled air 102a Can be used as combustion air for the inner swirler 201.

図2でも説明したように、本実施例のバーナにおいては、内周スワラ201と外周スワラ202の半径方向中心部近傍に循環ガス領域30、31が形成される。内周スワラ201においては、循環ガス領域30によって燃焼ガスの一部が循環し、供給する内周燃料201fおよび空気102aに連続的に熱を与えることで火炎が保持される。さらに、保炎強化燃料203fの供給によって循環ガス領域30内の燃料濃度は高くなり、燃焼安定性が向上する。外周スワラ202においても、ガス燃料の旋回噴流によって循環ガス領域31が形成され、外周火炎の熱が内周スワラ201の循環ガス領域30に取り込まれる。外周燃料202fは内周火炎250からの熱を利用することができるために反応が活性化し、2重旋回バーナによって低カロリーガスの安定燃焼が可能となる。   As described with reference to FIG. 2, in the burner according to the present embodiment, the circulation gas regions 30 and 31 are formed in the vicinity of the center portions in the radial direction of the inner swirler 201 and the outer swirler 202. In the inner peripheral swirler 201, a part of the combustion gas is circulated by the circulating gas region 30, and the flame is held by continuously supplying heat to the inner peripheral fuel 201f and the air 102a to be supplied. Furthermore, the fuel concentration in the circulating gas region 30 is increased by supplying the flame-holding fuel 203f, and the combustion stability is improved. Also in the outer peripheral swirler 202, the circulating gas region 31 is formed by the swirling jet of gas fuel, and the heat of the outer peripheral flame is taken into the circulating gas region 30 of the inner peripheral swirler 201. Since the outer peripheral fuel 202f can utilize the heat from the inner peripheral flame 250, the reaction is activated, and the double swirl burner enables stable combustion of low calorie gas.

このようなバーナ構造において、外周スワラ202を内周スワラ201よりも下流側に突出させた場合、外周スワラ202の上流側の内周に、内周火炎250が形成されることになる。この時、内周スワラ201においては、内周燃料201fと空気102aの混合・燃焼が進むために内周火炎250の温度が十分に上昇する。外周スワラを同一面上に構成した2重旋回バーナに比べると、内周火炎250の温度が十分に上昇した内周火炎250の下流側に外周燃料202fが混合するため、安定燃焼が可能となる。特に、ガスの発熱量が低い場合は、その効果が顕著となる。   In such a burner structure, when the outer peripheral swirler 202 is protruded downstream from the inner peripheral swirler 201, the inner peripheral flame 250 is formed on the inner periphery upstream of the outer peripheral swirler 202. At this time, in the inner circumferential swirler 201, the mixing and combustion of the inner circumferential fuel 201f and the air 102a proceed, so that the temperature of the inner circumferential flame 250 sufficiently increases. Compared to a double swirl burner in which the outer swirler is configured on the same surface, the outer peripheral fuel 202f is mixed on the downstream side of the inner peripheral flame 250 where the temperature of the inner peripheral flame 250 is sufficiently increased, so that stable combustion is possible. . In particular, when the amount of heat generated by the gas is low, the effect becomes remarkable.

以上の通り、本実施例のバーナ300は、ガス噴孔401と空気噴孔402とが設けられた内周スワラ201よりもガス噴孔403が設けられた外周スワラ202が燃焼室下流側に突出するように構成されている。そのため、内周スワラ201に形成される内周火炎250の温度を十分に上昇させてから外周燃料202fを混合することができるため、内周火炎250の温度が上昇する前に外周燃料202fが混合することで生じる内周火炎250の温度低下を防止し、内周火炎250の燃焼安定性を向上することができる。   As described above, in the burner 300 of the present embodiment, the outer peripheral swirler 202 provided with the gas injection holes 403 protrudes downstream of the combustion chamber than the inner peripheral swirler 201 provided with the gas injection holes 401 and the air injection holes 402. Is configured to do. Therefore, since the outer peripheral fuel 202f can be mixed after sufficiently increasing the temperature of the inner peripheral flame 250 formed in the inner peripheral swirler 201, the outer peripheral fuel 202f is mixed before the temperature of the inner peripheral flame 250 increases. By doing so, the temperature drop of the inner peripheral flame 250 can be prevented, and the combustion stability of the inner peripheral flame 250 can be improved.

また、外周スワラ202から噴出する外周燃料202fが、外周スワラ202を流下する際に内周火炎250からの熱によって加熱することができるため、外周スワラ202に形成される外周火炎260の火炎温度を上昇させ、外周火炎260の燃焼安定性を向上することができる。また、循環ガス領域31によって外周火炎260の熱が内周火炎250に取り込まれるため、外周火炎260の火炎温度を上昇させることにより、内周火炎250の燃焼安定性をも向上することができる。   Further, since the outer peripheral fuel 202f ejected from the outer swirler 202 can be heated by the heat from the inner peripheral flame 250 when flowing down the outer peripheral swirler 202, the flame temperature of the outer peripheral flame 260 formed on the outer peripheral swirler 202 is set. The combustion stability of the outer peripheral flame 260 can be improved. Further, since the heat of the outer peripheral flame 260 is taken into the inner peripheral flame 250 by the circulating gas region 31, the combustion stability of the inner peripheral flame 250 can be improved by increasing the flame temperature of the outer peripheral flame 260.

さらに、外周スワラ202に、内周スワラ201に空気102aを供給するための空気流路275を有し、空気流路275が、内周スワラに供給する空気102aによって、突出した外周スワラ202の内周壁270を冷却できるように構成されている。内周壁270の冷却に用いることで空気102aの温度を高め、しいては内周火炎250の火炎温度を上昇させることができる。そして、内周スワラ201に形成する内周火炎250の火炎温度を高め、内周火炎250の燃焼安定性を向上することができる。   Further, the outer swirler 202 has an air flow path 275 for supplying air 102a to the inner swirler 201, and the air flow path 275 is provided inside the protruding outer swirler 202 by the air 102a supplied to the inner swirler. It is comprised so that the surrounding wall 270 can be cooled. By using it for cooling the inner peripheral wall 270, the temperature of the air 102 a can be increased, and the flame temperature of the inner peripheral flame 250 can be increased. And the flame temperature of the inner periphery flame 250 formed in the inner periphery swirler 201 can be raised, and the combustion stability of the inner periphery flame 250 can be improved.

このように、各火炎の燃焼温度を上昇させて燃焼反応を促進して燃焼安定性を向上することにより、CO2を多量に含む高炉ガスなどの難燃性の低カロリーガスを安定に燃焼することができる。 In this way, by increasing the combustion temperature of each flame to promote the combustion reaction and improving the combustion stability, it is possible to stably burn incombustible low calorie gas such as blast furnace gas containing a large amount of CO 2. be able to.

なお、以上の説明において、燃料系統は2系統として説明してきたが、内周スワラと外周スワラに供給する燃料流量比率をあらかじめ最適条件に設定しておけば、燃料を1系統で制御した場合でも安定燃焼が可能である。さらに、本実施例では増熱したガスによるガスタービンの着火、負荷変化を想定して説明してきたが、2重旋回バーナの半径方向中心部に、液体燃料用の油ノズルを配置した場合でも、安定燃焼が可能である。   In the above description, the fuel system has been described as two systems. However, even if the fuel flow rate supplied to the inner swirler and the outer swirler is set to optimum conditions in advance, even when the fuel is controlled by one system. Stable combustion is possible. Furthermore, in the present embodiment, the description has been made on the assumption that the gas turbine is ignited by the heated gas and the load change, but even when the oil nozzle for liquid fuel is arranged at the center in the radial direction of the double swirl burner, Stable combustion is possible.

(運転方法)
以上述べてきたバーナの運転方法について、図1をもとに説明する。始動時、ガスタービンは起動用モータ8などの外部動力によって駆動される。ガスタービンの回転数を燃焼器の着火条件相当の回転数に保持することで、燃焼器3には着火に必要な燃焼空気102が供給され、着火条件が成立する。高炉ガス60にコークス炉ガス80を混合し、増熱したガス70を2重旋回バーナ300に供給することで、燃焼器3内で着火が可能となる。燃焼器の着火後、燃焼ガス140がタービン4に供給され、増熱ガス70の流量増加とともにタービン4が昇速、起動用モータ8の離脱によりガスタービンは自立運転に入り、無負荷定格回転数に到達する。ガスタービンが無負荷定格回転数に到達後は、発電機6の併入、さらには増熱ガス70の流量増加によりタービン4の入口ガス温度が上昇し、負荷が上昇する。負荷の上昇に伴い、燃焼器出口ガス温度が高くなると燃焼安定性が増加するため、増熱用に供給していたコークス炉ガス80の供給を停止することが可能となる。
(how to drive)
The burner operation method described above will be described with reference to FIG. At startup, the gas turbine is driven by external power such as a starter motor 8. By maintaining the rotational speed of the gas turbine at a rotational speed corresponding to the ignition condition of the combustor, the combustion air 102 necessary for ignition is supplied to the combustor 3 and the ignition condition is established. By mixing the coke oven gas 80 with the blast furnace gas 60 and supplying the heated gas 70 to the double swirl burner 300, ignition in the combustor 3 becomes possible. After the combustor is ignited, the combustion gas 140 is supplied to the turbine 4, the turbine 4 is accelerated with the increase in the flow rate of the heat-increasing gas 70, and the gas turbine enters a self-sustaining operation when the starter motor 8 is detached. To reach. After the gas turbine reaches the no-load rated rotational speed, the inlet gas temperature of the turbine 4 rises due to the addition of the generator 6 and the increase in the flow rate of the heat-increasing gas 70, and the load rises. As the load increases, the combustion stability increases when the combustor outlet gas temperature rises. Therefore, it becomes possible to stop the supply of the coke oven gas 80 supplied for heat increase.

バーナ300においては、内周スワラ201に形成される内周火炎250と外周スワラ202に形成する外周火炎260の相互作用によって、高炉ガス60専焼であっても、安定に火炎を保持できる。特に、本実施例のバーナ300は、内周スワラ201に対し外周スワラ202を燃焼室下流側に突出しているため、内周火炎250の温度が十分に上昇する前に外周燃料202fが合流、混合することがなくなり、内周火炎温度の低下を防止でき、安定燃焼が可能となる。内周スワラ201に供給される空気102aは、外周スワラ202の内周壁270を冷却した空気であり、空気温度の上昇により内周火炎250の温度も高くなり、燃焼安定性が向上する。同様に、外周スワラ202の内周壁270は外周燃料202fでも冷却しており、冷却後の燃料温度が高くなるため外周火炎260の温度上昇に寄与する。   In the burner 300, the flame can be stably held by the interaction between the inner peripheral flame 250 formed on the inner peripheral swirler 201 and the outer peripheral flame 260 formed on the outer peripheral swirler 202 even if the blast furnace gas 60 is exclusively burned. In particular, since the burner 300 of the present embodiment projects the outer swirler 202 to the combustion chamber downstream side with respect to the inner swirler 201, the outer fuel 202f joins and mixes before the temperature of the inner flame 250 sufficiently rises. Thus, the inner flame temperature can be prevented from lowering and stable combustion can be achieved. The air 102a supplied to the inner peripheral swirler 201 is air that has cooled the inner peripheral wall 270 of the outer peripheral swirler 202, and the temperature of the inner peripheral flame 250 increases as the air temperature rises, improving the combustion stability. Similarly, the inner peripheral wall 270 of the outer peripheral swirler 202 is also cooled by the outer peripheral fuel 202f, and the fuel temperature after cooling becomes higher, which contributes to the temperature increase of the outer peripheral flame 260.

さらに、本実施例では、バーナに供給する2系統の燃料流量比率を調整することが可能なため、カロリーの低いガスに対して十分な安定燃焼裕度を確保しつつ、発熱量の高い増熱ガスに対しては低NOx燃焼が可能である。すなわち、図4に示すように、高炉ガスBのような低カロリーガスに対しては当量比1.0近傍を運転点とし、運用することで安定燃焼を確保することができる。これに対し、低カロリーガスの中でも増熱したガスにおいては当量比1.0近傍の理論火炎温度が高くなるため、高炉ガスBに比べてNOx排出量が増加する。このため、本実施例では、増熱ガスに対して理論火炎温度が設定温度T℃となるように当量比(燃料流量比率)を制御することで、増熱ガス運用時の低NOx燃焼とバーナの信頼性を向上できる。   Furthermore, in this embodiment, the ratio of the fuel flow ratios of the two systems supplied to the burner can be adjusted, so that a heat increase with a high calorific value is ensured while ensuring a sufficient stable combustion margin for low-calorie gas. Low NOx combustion is possible for gas. That is, as shown in FIG. 4, stable combustion can be ensured by operating the low calorie gas such as the blast furnace gas B with an equivalence ratio of around 1.0. On the other hand, in the low-calorie gas, the heat-increased gas has a higher theoretical flame temperature in the vicinity of an equivalence ratio of 1.0, and therefore, the NOx emission amount increases compared to the blast furnace gas B. For this reason, in this embodiment, by controlling the equivalent ratio (fuel flow rate ratio) so that the theoretical flame temperature becomes the set temperature T ° C. with respect to the heat increasing gas, the low NOx combustion and the burner during the heat increasing gas operation are controlled. Can improve the reliability.

(バーナ構造2)
図5および図6に本発明の第2の実施例であるバーナの構造図を示す。本実施形態が第1の実施例と異なる点は、外周スワラ202の外周壁271に設けた空気孔導入部を複数の空気孔導入孔402aで構成し、空気流路275を空気孔導入孔402aからの空気102aの衝突噴流で冷却するインピンジメント冷却構造としたことにある。図5は、本発明の第2の実施例を示すバーナの断面を示したものである。インピンジメント冷却方式を用いたときの利点は、少ない空気量で幅広い領域を冷却できることと、温度が高くなる領域に冷却孔を設けることで効率良く冷却することが可能になることである。
(Burner structure 2)
5 and 6 show the structure of a burner according to a second embodiment of the present invention. The present embodiment is different from the first example in that the air hole introducing portion provided in the outer peripheral wall 271 of the outer peripheral swirler 202 is constituted by a plurality of air hole introducing holes 402a, and the air flow path 275 is formed by the air hole introducing holes 402a. The impingement cooling structure cools by the impinging jet of air 102a from the air. FIG. 5 shows a cross section of a burner showing a second embodiment of the present invention. The advantage of using the impingement cooling system is that a wide area can be cooled with a small amount of air, and cooling can be efficiently performed by providing a cooling hole in an area where the temperature is high.

本実施例のようなバーナ構造においては、内周スワラ201に形成する内周火炎250が燃焼室下流側に向けて円錐状に広がるため、外周スワラ202の出口付近の壁面温度が高くなりやすい。本実施例では、外周スワラ202の下流側出口部付近の内周壁270を中心に冷却するために、外周スワラ202の外周壁271に設けた空気孔導入部を複数の小孔である空気孔導入孔402aを設け、外周スワラ202内の空気流路275を衝突噴流によって冷却することを特徴とする。なお、内周火炎250の広がりが大きく外周スワラ202の空気流路275の内周スワラ201側(図5の左側)の温度が上昇する場合には、空気孔導入孔402a(インピンジメント冷却孔)の軸方向位置を最適化することでメタル温度の低減が可能である。   In the burner structure as in the present embodiment, the inner peripheral flame 250 formed in the inner peripheral swirler 201 spreads out conically toward the downstream side of the combustion chamber, so that the wall surface temperature near the outlet of the outer peripheral swirler 202 tends to increase. In the present embodiment, in order to cool around the inner peripheral wall 270 near the downstream outlet portion of the outer peripheral swirler 202, the air hole introducing portion provided in the outer peripheral wall 271 of the outer peripheral swirler 202 is a plurality of small holes. A hole 402a is provided, and the air flow path 275 in the outer swirler 202 is cooled by a collision jet. When the inner flame 250 is wide and the temperature on the inner swirler 201 side (left side in FIG. 5) of the air flow path 275 of the outer swirler 202 rises, the air hole introduction hole 402a (impingement cooling hole). The metal temperature can be reduced by optimizing the position in the axial direction.

次に、図5のB−B位置における断面構造を図6に示す。外周スワラ202の流路には、内周スワラ201の空気孔402に通じる空気流路275と外周スワラ202のガス噴孔403に通じるガス燃料流路276を複数設け、それらを交互に配置する構造としてある。空気流路275の内側(底面)は空気102aの衝突噴流によって効率良く冷却することが可能であり、ガス燃料流路276は外周燃料202fの強制対流によって冷却が可能である。   Next, FIG. 6 shows a cross-sectional structure at the BB position in FIG. The flow path of the outer swirler 202 is provided with a plurality of air flow paths 275 that communicate with the air holes 402 of the inner swirler 201 and a plurality of gas fuel flow paths 276 that communicate with the gas injection holes 403 of the outer swirler 202, and these are arranged alternately. It is as. The inside (bottom surface) of the air flow path 275 can be efficiently cooled by the collision jet of the air 102a, and the gas fuel flow path 276 can be cooled by forced convection of the outer peripheral fuel 202f.

また、本実施例のバーナでは、空気流路275を空気孔導入孔402aからの空気102aの衝突噴流で冷却する構成を有することで、冷却効率を向上することができる。冷却効率の向上は、言い換えると、空気102aを効率良く加熱できることを意味する。即ち、空気102aを効率良く加熱することができる本実施例のバーナでは、内周スワラ201の空気噴孔402から噴出する空気102aの温度を十分に上昇させることができるため、内周火炎250の火炎温度を十分に上昇させることができ、バーナの燃焼安定性を向上することができる。   Further, in the burner of this embodiment, the cooling efficiency can be improved by having a configuration in which the air flow path 275 is cooled by the collision jet of the air 102a from the air hole introduction hole 402a. In other words, improving the cooling efficiency means that the air 102a can be heated efficiently. That is, in the burner of the present embodiment that can efficiently heat the air 102a, the temperature of the air 102a ejected from the air nozzle hole 402 of the inner peripheral swirler 201 can be sufficiently increased. The flame temperature can be raised sufficiently, and the combustion stability of the burner can be improved.

(バーナ構造3)
図7に、本発明の第3の実施例であるバーナの断面図を示す。本実施例の特徴は、外周スワラ202に設ける燃料、および空気流路をいずれも環状の流路(断面C−C参照)とし、且つ、ガス燃料流路276よりも空気流路275を半径方向の内側に設け、空気流路の内壁面に沿って乱流促進リブ310を備えたことにある。
(Burner structure 3)
FIG. 7 shows a cross-sectional view of a burner according to a third embodiment of the present invention. The feature of this embodiment is that the fuel and air flow paths provided in the outer peripheral swirler 202 are both annular flow paths (see section CC), and the air flow path 275 is more radial than the gas fuel flow path 276. Provided with a turbulent flow promoting rib 310 along the inner wall surface of the air flow path.

ガスタービンの着火、起動から定格負荷範囲の運転において、ガス発熱量が変化しても安定燃焼するために内周スワラと外周スワラに供給する燃料流量比率を変化させる場合もある。その際、外周スワラ202に供給する外周燃料202fの流量が少なくなる場合には、外周スワラの冷却性能が不十分となる恐れがある。   In the operation from the ignition and start-up of the gas turbine to the rated load range, the fuel flow rate supplied to the inner swirler and the outer swirler may be changed in order to perform stable combustion even if the gas heat generation amount changes. At that time, if the flow rate of the outer peripheral fuel 202f supplied to the outer peripheral swirler 202 decreases, the cooling performance of the outer peripheral swirler may be insufficient.

このため、本実施例では、内周スワラ201に常に一定の流量が供給される空気102aで外周スワラ202の内周壁270を冷却することを特徴とする。これにより、内外周スワラに供給する燃料流量比率が変化しても、空気102aによって常に外周スワラの冷却が可能であり、バーナの信頼性を向上することができる。特に、本実施例では、環状の空気流路に乱流促進リブ310を設けたため、伝熱面積の増加と冷却空気の乱れの増幅により、効率良く外周スワラ202の内周壁270を冷却することが可能である。   For this reason, this embodiment is characterized in that the inner peripheral wall 270 of the outer peripheral swirler 202 is cooled by the air 102a in which a constant flow rate is always supplied to the inner peripheral swirler 201. Thereby, even if the fuel flow rate supplied to the inner and outer swirlers changes, the outer swirler can always be cooled by the air 102a, and the reliability of the burner can be improved. In particular, in this embodiment, since the turbulent flow promoting rib 310 is provided in the annular air flow path, the inner peripheral wall 270 of the outer peripheral swirler 202 can be efficiently cooled by increasing the heat transfer area and amplifying the turbulence of the cooling air. Is possible.

また、乱流促進リブ310を設けることで冷却効率を向上する本実施例においても、内周スワラ201に供給する空気102aを効率良く加熱することが可能であり、空気102aを十分に加熱してから内周スワラ201の空気噴孔402から噴出させることができる。そのため、内周火炎250の火炎温度を十分に上昇させることができ、バーナの燃焼安定性を向上することができる。   Further, in this embodiment in which the cooling efficiency is improved by providing the turbulent flow promoting rib 310, the air 102a supplied to the inner peripheral swirler 201 can be efficiently heated, and the air 102a is sufficiently heated. From the air nozzle hole 402 of the inner circumferential swirler 201. Therefore, the flame temperature of the inner peripheral flame 250 can be sufficiently increased, and the combustion stability of the burner can be improved.

2 圧縮機
3 燃焼器
4 タービン
5 ガスタービン
6 発電機
8 起動用モータ
10 外筒
11 フロースリーブ
12 燃焼室(ライナ)
13 燃焼空気孔
30 内周スワラの循環ガス領域
31 外周スワラの循環ガス領域
41 第1の燃料流量調節弁(内周燃料系統)
42 第2の燃料流量調節弁(外周燃料系統)
51 第1の燃料系統(内周燃料系統)
52 第2の燃料系統(外周燃料系統)
60 低カロリーガス(高炉ガス)
70 高炉ガスにコークス炉ガスを混合した増熱ガス
80 コークス炉ガス
101 空気
102 燃焼空気
102a 内周スワラの燃焼空気
140 燃焼ガス
150 圧力調整弁
200 制御装置
201 内周スワラ
201f 内周燃料
202 外周スワラ
202f 外周燃料
203f 保炎強化燃料
250 内周火炎
260 外周火炎
275 外周スワラ内の空気流路
276 外周スワラ内のガス燃料流路
300 バーナ
310 乱流促進リブ
401 内周スワラのガス噴孔
402 内周スワラの空気噴孔
403 外周スワラのガス噴孔
404 内周スワラの保炎強化用ガス噴孔
2 Compressor 3 Combustor 4 Turbine 5 Gas turbine 6 Generator 8 Motor for starting 10 Outer cylinder 11 Flow sleeve 12 Combustion chamber (liner)
13 Combustion air hole 30 Circulating gas region 31 of inner swirler Circulating gas region 41 of outer swirler First fuel flow control valve (inner fuel system)
42 Second fuel flow control valve (peripheral fuel system)
51 First fuel system (inner fuel system)
52 Second fuel system (peripheral fuel system)
60 Low calorie gas (blast furnace gas)
70 Coal oven gas mixed with blast furnace gas 80 Coke oven gas 101 Air 102 Combustion air 102a Combustion air 140 of inner swirler 140 Combustion gas 150 Pressure control valve 200 Control device 201 Inner swirler 201f Inner fuel 202 Outer swirler 202f Outer peripheral fuel 203f Flame-holding reinforcing fuel 250 Inner peripheral flame 260 Outer peripheral flame 275 Air flow path 276 in the outer peripheral swirler Gas fuel flow path 300 in the outer peripheral swirler 300 Burner 310 Turbulent flow promoting rib 401 Gas injection hole 402 in the inner peripheral swirler Swirler air injection hole 403 Outer peripheral swirler gas injection hole 404 Inner peripheral swirler gas injection hole

Claims (9)

燃料と空気を混合して燃焼する燃焼室と、前記燃焼室に燃料と空気を供給して火炎を保持するバーナとを備えた燃焼器において、
前記バーナは、燃料を噴出するガス噴孔と空気を噴出する空気噴孔とを有し、且つ、前記ガス噴孔及び前記空気噴孔が設けられた第1のスワラと、前記ガス噴孔が設けられた第2のスワラとを備え、
前記第2のスワラは、前記第1のスワラの外周に配置され、且つ、前記第1のスワラよりも前記燃焼室下流側に突出するように構成され、
前記第2のスワラは、前記第1のスワラに空気を供給するための空気流路を有し、
前記空気流路は、前記第1のスワラに供給する空気によって、前記第1のスワラよりも前記燃焼室下流側に突出した前記第2のスワラの内周壁を冷却できるように構成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
In a combustor comprising a combustion chamber for mixing and burning fuel and air, and a burner for supplying a fuel and air to the combustion chamber to hold a flame,
The burner has a gas nozzle for ejecting fuel and an air nozzle for ejecting air, the first swirler provided with the gas nozzle and the air nozzle, and the gas nozzle A second swirler provided,
The second swirler is arranged on the outer periphery of the first swirler, and is configured to protrude further downstream of the combustion chamber than the first swirler,
The second swirler has an air flow path for supplying air to the first swirler,
The air flow path is configured so that air supplied to the first swirler can cool an inner peripheral wall of the second swirler that protrudes further downstream of the combustion chamber than the first swirler. A gas turbine combustor.
請求項に記載のガスタービン燃焼器において、
前記第2のスワラは、前記空気流路に空気を導入するための空気導入孔を前記第2のスワラの外周壁に複数有し、前記空気流路を前記空気導入孔からの空気の衝突噴流で冷却するよう構成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
The gas turbine combustor according to claim 1 .
The second swirler has a plurality of air introduction holes for introducing air into the air flow path in an outer peripheral wall of the second swirler, and the air flow path is a collision jet of air from the air introduction hole. The gas turbine combustor is configured to be cooled with a gas turbine.
請求項1または2に記載のガスタービン燃焼器において、
前記空気流路の内壁面に乱流促進リブを備えたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
The gas turbine combustor according to claim 1 or 2 ,
A gas turbine combustor comprising turbulent flow promoting ribs on an inner wall surface of the air flow path.
請求項からの何れか一項に記載のガスタービン燃焼器において、
前記第2のスワラの前記燃料噴孔に燃料を供給する燃料流路と前記空気流路とがそれぞれ環状の流路であって、前記燃料流路よりも内周に前記空気流路が配置されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
The gas turbine combustor according to any one of claims 1 to 3 ,
The fuel flow path for supplying fuel to the fuel injection hole of the second swirler and the air flow path are each an annular flow path, and the air flow path is disposed on the inner periphery of the fuel flow path. A gas turbine combustor.
請求項からの何れか一項に記載のガスタービン燃焼器において、
前記第1のスワラのガス噴孔と、前記第2のスワラのガス噴孔に供給する燃料系統には、それぞれ流量制御弁を設け、前記各流量制御弁を制御してガスタービンの着火や負荷条件に応じて、前記第1、および第2のスワラに供給する燃料流量比率を制御する制御装置を有することを特徴とするガスタービン燃焼器。
The gas turbine combustor according to any one of claims 1 to 4 ,
The fuel system supplied to the gas nozzle hole of the first swirler and the gas nozzle hole of the second swirler is provided with a flow rate control valve, respectively, and the ignition control and load of the gas turbine are controlled by controlling each flow rate control valve. depending on the conditions, the first, and a gas turbine combustor, characterized by have a control device for controlling the fuel flow ratio to be supplied to the second swirler.
請求項に記載のガスタービン燃焼器において、
前記制御装置は、燃料ガス発熱量が変動した場合にも、前記第1のスワラにおける理論火炎温度が一定となるように、前記燃料流量比率を制御することを特徴としたガスタービン燃焼器。
The gas turbine combustor of claim 5 .
The gas turbine combustor, wherein the control device controls the fuel flow rate ratio so that a theoretical flame temperature in the first swirler is constant even when a fuel gas heat generation amount fluctuates .
請求項1からの何れか一項に記載のガスタービン燃焼器において、
前記第1のスワラの半径方向中心部に、起動用の液体燃料を微粒化するための油ノズルを配置したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
The gas turbine combustor according to any one of claims 1 to 5 ,
A gas turbine combustor, wherein an oil nozzle for atomizing a starting liquid fuel is disposed at a radial center portion of the first swirler.
燃料と空気を混合して燃焼する燃焼室と、前記燃焼室内に燃料と空気を供給して火炎を保持するバーナとを備え、前記バーナに、第1のスワラと、前記第1のスワラの外周に配置された第2のスワラとを有するガスタービン燃焼器の運転方法であって、
前記第1のスワラから燃料と空気とを噴出させて内周火炎を形成し、
前記第2のスワラから前記内周火炎によって加熱された燃料を、前記内周火炎の下流側に噴出させることを特徴とするガスタービン燃焼器の運転方法。
A combustion chamber that mixes and burns fuel and air; and a burner that supplies the fuel and air to the combustion chamber to hold a flame. The burner includes a first swirler and an outer periphery of the first swirler. A method of operating a gas turbine combustor having a second swirler disposed at
An inner flame is formed by ejecting fuel and air from the first swirler,
A method for operating a gas turbine combustor, characterized in that fuel heated by the inner peripheral flame from the second swirler is ejected to the downstream side of the inner peripheral flame.
請求項に記載のガスタービン燃焼器の運転方法において、
空気を前記第2のスワラに流下させて前記内周火炎によって加熱し、加熱された前記空気を前記第1のスワラから噴出させることを特徴とするガスタービン燃焼器の運転方法。
The method of operating a gas turbine combustor according to claim 8 ,
A method for operating a gas turbine combustor, wherein air is caused to flow down to the second swirler, heated by the inner peripheral flame, and the heated air is ejected from the first swirler.
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