CN101614395A - 喷烧器及喷烧器的冷却方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的喷烧器的特征在于，具备：由将燃气轮机起动用的液体燃料喷射到上述燃烧室的液体燃料喷嘴及设置于该液体燃料喷嘴的周围，并喷射用于使液体燃料微粒化的喷雾空气的喷雾空气喷嘴构成的起动用燃料喷嘴；在该起动用燃料喷嘴的周围设置并喷射上述混合燃料的混合燃料喷嘴；设置于该混合燃料喷嘴的上述燃烧室一侧的端部，与混合燃料喷嘴的上述燃烧室一侧端部连通，并为保持火焰而将来自空压机的压缩空气的一部分喷射到上述燃烧室的空气回旋器；以及作为面对上述燃烧室的喷嘴端面，在上述喷雾空气喷嘴的喷出口和上述空气回旋器的喷出口之间，将从上述混合燃料喷嘴喷射的混合燃料的一部分喷出到上述燃烧室的冷却孔。
Description
本申请为分案申请，原申请的申请日为2006年6月23日，申请号为200610093164.9，发明名称为喷烧器、燃气轮机燃烧器、喷烧器的冷却方法及喷烧器的改造方法。
技术领域
本发明涉及使用至少包含氢气或一氧化碳的任意一种的混合燃料的喷烧器及喷烧器的冷却方法。
背景技术
近年来，燃气轮机的燃料正在多样化，而且在研究探讨燃气轮机的主要燃料即LNG(液化天然气)或轻油、除了A种重油以外的由包含氢气或一氧化碳等的多种成分组成的混合气体燃料(以下简称混合燃料)的利用。这种混合燃料比LNG火焰温度高，尤其氢气其可燃范围广、燃烧速度快且易燃。
在燃烧LNG时，予混合方式成为主流。但，如果以预混合方式燃烧混合燃料，由于因燃料组成的变化而引起的特性的变化或混合燃料中包含氢气或一氧化碳而容易引起回火。因此，以予混合方式燃烧混合燃料比较困难。于是，在燃烧混合燃料时，一般采用将燃料和空气分别喷射到燃烧室内的扩散燃烧方式的喷烧器(参照专利文献1：日本特开2004-3730号公报)。
在包含氢气或一氧化碳的混合燃料的情况下，即使扩散燃烧也有必要考虑燃气轮机点火时的安全性，理想的是，在起动燃气轮机时，使用轻油等的其它种类燃料。用轻油等的其它种类燃料起动燃气轮机时，在起动、提速，且加上负荷之后，则将运行模式从起动用燃料转换到专烧混合燃料。这里所说的专烧混合燃料是指，只将混合燃料供给燃烧器的运行模式。然而，转换到专烧混合燃料以后，由于混合燃料火焰温度高且燃烧速度也快，因此，火焰容易接近喷嘴端面，从而，存在喷嘴端面的金属温度上升的危险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种喷烧器及喷烧器的冷却方法，它们即使在将至少包含氢气或一氧化碳的任意一种的混合燃料用作燃料的情况下，也能将喷嘴端面的金属温度控制在适当的范围内并提高其可靠性。
(1)为了达到上述目的，一种喷烧器，在将至少包含氢气或一氧化碳的任意一种的混合燃料喷射到燃气轮机燃烧器的燃烧室内的喷烧器中，其特征在于，具备：由将燃气轮机起动用的液体燃料喷射到上述燃烧室的液体燃料喷嘴及设置于该液体燃料喷嘴的周围，并喷射用于使液体燃料微粒化的喷雾空气的喷雾空气喷嘴构成的起动用燃料喷嘴；在该起动用燃料喷嘴的周围设置并喷射上述混合燃料的混合燃料喷嘴；设置于该混合燃料喷嘴的上述燃烧室一侧的端部，与混合燃料喷嘴的上述燃烧室一侧端部连通，并为保持火焰而将来自空压机的压缩空气的一部分喷射到上述燃烧室的空气回旋器；以及作为面对上述燃烧室的喷嘴端面，在上述喷雾空气喷嘴的喷出口和上述空气回旋器的喷出口之间，将从上述混合燃料喷嘴喷射的混合燃料的一部分喷出到上述燃烧室的冷却孔。
(2)另外，为了达到上述目的，本发明的喷烧器，在将至少包含氢气或一氧化碳的任意一种的混合燃料喷射到燃气轮机燃烧器的燃烧室内的喷烧器中，其特征在于，具备：由将燃气轮机起动用的液体燃料喷射到上述燃烧室的液体燃料喷嘴及设置于该液体燃料喷嘴的周围，并喷射用于使液体燃料微粒化的喷雾空气的喷雾空气喷嘴构成的起动用燃料喷嘴；在该起动用燃料喷嘴的周围设置并喷射上述混合燃料的混合燃料喷嘴；设置于该混合燃料喷嘴的上述燃烧室一侧的端部，与混合燃料喷嘴的上述燃烧室一侧端部连通，并为保持火焰而将来自空压机的压缩空气的一部分喷射到上述燃烧室的空气回旋器；向上述起动用燃料喷嘴供给惰性介质的惰性介质供给系统；以及作为面对上述燃烧室的喷嘴端面，在上述喷雾空气喷嘴的喷出口和上述空气回旋器的喷出口之间，将从上述混合燃料喷嘴喷射的混合燃料的一部分喷出到上述燃烧室的冷却孔。
(3)再有，为了达到上述目的，本发明的喷烧器的冷却方法，在将至少包含氢气或一氧化碳的任意一种的混合燃料喷射到燃气轮机燃烧器的燃烧室内的扩散燃烧方式的喷烧器的冷却方法中，其特征在于，该喷烧器具备：由将燃气轮机起动用的液体燃料喷射到上述燃烧室的液体燃料喷嘴及设置于该液体燃料喷嘴的周围，并喷射用于使液体燃料微粒化的喷雾空气的喷雾空气喷嘴构成的起动用燃料喷嘴；在该起动用燃料喷嘴的周围设置并喷射上述混合燃料的混合燃料喷嘴；设置于该混合燃料喷嘴的上述燃烧室一侧的端部，与混合燃料喷嘴的上述燃烧室一侧端部连通，并为保持火焰而将来自空压机的压缩空气的一部分喷射到上述燃烧室的空气回旋器；以及作为面对上述燃烧室的喷嘴端面，在上述喷雾空气喷嘴的喷出口和上述空气回旋器的喷出口之间，将从上述混合燃料喷嘴喷射的混合燃料的一部分喷出到上述燃烧室的冷却孔。
根据本发明，即使在将至少包含氢气或一氧化碳的任意一种的混合燃料用作燃料的情况下，也能通过提高喷嘴端面附近的燃料浓度来降低火焰温度，从而可以将喷嘴端面的金属温度控制在适当的范围内并提高其可靠性。另外，通过将惰性介质供给到喷嘴端面附近，也能够将喷嘴端面的金属温度控制在适当范围内。
附图说明
图1是具备本发明的第一实施方式的喷烧器的燃气轮机成套设备的简图。
图2是本发明的第一实施方式的喷烧器的侧视剖面的放大图。
图3是从燃烧室一侧看到的本发明的第一实施方式的喷烧器的正视图。
图4是本发明的第二实施方式的喷烧器的局部放大图。
图5是从燃烧室一侧看到的本发明的第二实施方式的喷烧器的正视图。
图6是具备本发明的第二实施方式的喷烧器的燃气轮机成套设备的简图。
图7是表示由氢气、甲烷、氮气构成的混合气体燃料与空气的质量比与理论燃烧温度间的关系图。
图8是表示转换到混合燃料专烧运行后，喷雾空气或惰性介质的供给与喷嘴端面的金属温度的相关关系图。
图9是表示清洗滞留在起动用喷嘴内部的液体燃料的清洗系统图。
具体实施方式
下面，使用附图说明本发明的实施方式。
图1是具备本发明的第一实施方式的喷烧器的燃气轮机成套设备的简图。
本实施方式的燃气轮机成套设备，具备空压机2、燃烧器3、涡轮机4、发电机6及燃气轮机驱动用的起动用电动机8等。在空压机2中，压缩被吸入的空气101，来自空压机2的压缩空气102与燃料200、201一起用燃烧器3燃烧。当将来自燃烧器3的燃烧气体110供给到涡轮机4时，则涡轮机4可由燃烧气体110得到旋转动力，且涡轮机4的旋转动力传递到空压机2和发电机6。传递到空压机2的旋转动力用作压缩动力，而传递到发电机6的旋转动力转换为电能。
再有，在图1中，作为负荷机器虽图示了发电机6，但作为负荷机器也有使用泵等的时候。还有，涡轮机4不限于使用单轴式，也有使用双轴式的时候。
本实施方式的燃烧器3用于燃烧至少包含氢气(H2)或一氧化碳(CO)的任意一种的多种成分混合气体燃料(混合燃料)，除了这种作为混合燃料的气体燃料201以外，还具备供给燃气轮机的起动用燃料即液体燃料200、用于使液体燃料200微粒化的喷雾空气103、降低NOX所需的惰性介质(蒸汽)104的供给系统。在利用燃烧器3燃烧的气体燃料201中，可列举例如由炼焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气等多种成分构成的气体燃料或将煤、重油等原料用氧气气化而得到的包含氢气或一氧化碳的煤、重油气化气等。另外，液体燃料200中，使用例如轻油、A种重油等。
燃烧器3具备：作为压力容器的外筒10；设置于该外筒10的内圆周部，其内部形成燃烧室的主室衬套12；用于在该主室衬套12内的燃烧室中形成火焰的喷烧器13；将由该喷烧器13形成的火焰而发生的燃烧气体110引导到涡轮机4的尾筒(未图示)。在本实施方式中，喷烧器13采用扩散燃烧方式，并一对一地设置于每一个燃烧器罐上。
图2是喷烧器13的侧视剖面的放大图，图3是从燃烧室一侧看到的喷烧器13的正视图。
如这些图2及图3所示那样，喷烧器13具备：将起动用燃料即液体燃料200喷射到燃烧室内的起动用燃料喷嘴15；喷射气体燃料201的混合燃料喷嘴16；为保持火焰而将来自空压机2的压缩空气102中的一部分的压缩空气102a喷射到燃烧室的空气回旋器17。
起动用燃料喷嘴15由配置于燃烧室的半径方向的中心部，并喷射燃气轮机起动用的液体燃料200的液体燃料喷嘴20，和喷射用于使液体燃料200微粒化的喷雾空气103的喷雾空气喷嘴21构成。喷雾空气喷嘴21由设置成包围液体燃料喷嘴20的周围的内筒22形成，喷雾空气103或蒸汽104在形成于内筒22的内壁面和液体燃料喷嘴20的外壁面之间的流道中流过。并且，从面向燃烧室的喷雾空气喷嘴21的喷出口21a喷出的喷雾空气103或惰性介质(蒸汽)104与从液体燃料喷嘴20的喷出口20a喷出的液体燃料200互相干涉，由此，使液体燃料200微粒化后喷雾到燃烧室内。
混合燃料喷嘴16将设置成包围喷雾空气喷嘴21的周围的壳体23作为主体，气体燃料201在形成于壳体23的内壁面和喷雾空气喷嘴21的内筒22的外壁面之间的流道中流过。在该混合燃料喷嘴16的燃烧室一侧的端部设置有空气回旋器17。如图2及图3所示，空气回旋器17具有用于沿圆周方向按一定的间隔对压缩空气102a供给回旋成分的流道17a。流道17a设置成与壳体23的燃烧室一侧的外圆周部相仿。对该空气回旋器17的流道17a供给来自供给燃烧器3空压机的压缩空气102的一部分，即通过压力平衡所供给的空气102a。其余的压缩空气102则通过主室衬套12的燃烧空气孔或冷却孔通入燃烧室内。因此，利用来自空压机2的压缩空气，也可同时进行主室衬套12的冷却。
混合燃料喷嘴16的喷出口16a设置于空气回旋器17的流道17a的内圆周侧，从喷出口16a喷出的气体燃料201与由空气回旋器17喷出的回旋流相伴而喷出到燃烧室内。并且，通过来自空气回旋器17的回旋空气102a与气体燃料201混合，火焰可保持在空气回旋器17的前面。
在面对喷烧器13的燃烧室的喷嘴端面(旋流器端面)18上设置有冷却孔53，这些冷却孔53在喷雾空气的喷出口21a与空气回旋器17的流道17a之间的区域开有多个，从而使其与混合燃料喷嘴16的通道连通。并且，从混合燃料喷嘴16喷出的气体燃料201中的一部分气体燃料201a通过这些冷却孔53喷出到燃烧室内。由此，使喷嘴端面18附近的燃料浓度升高。
在本实施方式中，分别独立地具备向起动用燃料喷嘴15供给液体燃料200的起动用燃料供给系统及向混合燃料喷嘴16供给气体燃料201的混合燃料供给系统。起动用燃料供给系统连接于液体燃料喷嘴20的导入口20b上，混合燃料供给系统连接于混合燃料喷嘴16的导入口16b上，并分别具有调节燃料流量的控制阀(未图示)。
另一方面，向喷雾空气喷嘴21供给喷雾空气103的喷雾空气供给系统连接于喷雾空气喷嘴21的导入口21b上，向空气回旋器17供给惰性介质104的惰性介质供给系统连接于燃烧器外筒10的导入口10b上。这些喷雾空气供给系统及惰性介质供给系统相互通过旁通管路连接，在连接该两者的该旁通管路上设置有开闭旁通管路的流道的断流阀300。再有，在惰性介质供给系统的旁通管路的下游侧，从上游侧起依如下顺序设有开闭惰性介质供给系统的流道的断流阀301及调节流过惰性介质供给系统的蒸汽流量的蒸汽流量调节阀302。
上述结构的燃气轮机成套设备，起动时由起动用电动机8等的外部动力驱动燃气轮机，并由空压机2排出的空气102和液体燃料200在燃烧器内点火。来自燃烧器3的燃烧气体110供给涡轮机4而向涡轮机4提供旋转动力。伴随液体燃料200的流量的增加，涡轮机4提速，并由起动用电动机8的脱离而转换到燃气轮机独立运行。并且，一旦达到空载额定转数，则并入发电机6，通过进一步增加液体燃料200的流量，使燃涡轮机4的入口气体温度上升，使负荷增大。
并入负荷后，从惰性介质供给系统向燃烧器3喷射蒸汽，以控制NOX的排出量。供给燃烧器3的蒸汽104，通过断流阀301并利用蒸汽流量调节阀302调节为适当的流量后，与来自空压机2的燃烧空气102a混合并从空气回旋器17的流道17a喷出到燃烧室。燃烧空气102a的氧浓度通过与蒸汽混合而降低。于是，通过用低氧浓度空气来燃烧液体燃料200，从而降低燃烧室中的火焰温度并控制NOX的浓度。
其后，当进行提升负荷的操作时，则可进行从液体燃料200切换到混合气体燃料即气体燃料201的燃料转换操作。燃料转换操作，在将燃气轮机的负荷保持一定的状态下，以减少液体燃料200的流量并增加气体燃料201的供给量的方式进行。最终结束向气体燃料201的燃料转换操作而转换到混合燃料专烧运行时，则伴随气体燃料201的增加而可提升负荷。转换到混合燃料专烧运行以后，随着停止液体燃料200的供给，则停止供给用于使液体燃料200微粒化的喷雾空气103。
这里，在如本实施方式的扩散燃烧用喷烧器中，为使起动用的燃料微粒化，通常从喷烧器的燃烧室一侧的喷嘴端面喷射空气。但，这样的空气的供给在燃烧多种成分混合气体时，对喷嘴端面的金属温度带来的影响较大。下面，根据图7及图8说明其原因。
图7是表示由氢气、甲烷、氮气构成的混合气体燃料与空气的质量比(F/A)与理论燃烧温度间的关系图。
如图7所示，理论燃烧温度(℃)存在如下趋势：随F/A(kg/kg)的增加而上升，并在某一F/A条件下达到最大值，如果进一步增大F/A，其后则降低。将理论燃烧温度为最大值时的F/A称作量论混合比，与其相比，也将F/A低的区域称作燃料稀薄区域，而将F/A高的状态称作燃料过浓区域。当考虑燃料过浓区域与F/A之间的关系时，可以认为供给喷雾空气时(图7中的区域A)与不供给喷雾空气时(图7中的区域B)相比较更靠近量论混合比。
在本实施方式的情况下，虽可以认为燃烧器3的喷嘴端面附近为燃料过浓区域，但通过供给喷雾空气，F/A接近量论混合比，火焰温度(燃烧温度)增高。另一方面，在供给蒸汽等的惰性介质时，理论燃烧温度呈降低的倾向(图7中的区域C)。
图8是表示在转移到混合燃料专烧运行后，喷雾空气或惰性介质的供给与喷嘴端面的金属温度的相关关系图。
图8表示的是燃烧氢气、甲烷、氮气的混合气体的情况。如图所示，金属的温度与燃气轮机的负荷条件无关，供给喷雾空气时比不供给空气时更高；而供给惰性介质时比不供给惰性介质时更低。这可以认为是因为喷嘴端面附近的F/A随着喷雾空气供给与否或惰性介质供给与否而变化，且燃烧温度变化。尤其是在包含氢气或一氧化碳的燃料的情况下，由于燃烧速度快，火焰有接近喷嘴端面附近的倾向，因此，金属温度容易受火焰温度的影响。于是，如本实施方式那样，在燃烧包含氢气或一氧化碳的混合燃料时，通过注意使喷嘴端面附近的F/A不达到量论混合比附近的条件，从而能够控制喷嘴端面的金属温度上升。
在本实施方式的情况下，当利用从空压机排出空气的一部分冷却喷嘴端面时，则F/A接近量论混合比而使火焰温度升高。因此，当燃烧包含氢气或一氧化碳的混合燃料时，火焰接近旋流器附近而金属温度容易上升，要利用空气冷却是困难的。另一方面，在额定负荷条件下，当通过增加供给空气回旋器17的空气量等将喷嘴端面附近的F/A设定在燃料稀薄区域时，在使燃料流量降低的低负荷条件下，由于未燃烧成份增加而容易熄火，因而不实用。反过来，极端地控制供给空气回旋器17的空气量而提高喷嘴端面附近的F/A时，由于与可燃烧范围相比进一步达到燃料过浓区域，因此，发生火焰吹灭等燃烧稳定性的问题。
与此相反，在本实施方式中，通过在喷嘴端面设置喷出混合气体燃料201的一部分的冷却孔53，从而使喷嘴端面的燃料浓度提高。因此，能够使喷嘴端面附近区域的F/A增加，可以降低喷嘴端面附近的火焰温度。因而，不会发生如空气冷却那样的F/A转移到量论混合比附近而使火焰温度升高的现象，能够降低喷嘴端面的金属温度。
还有，供给给燃气轮机的燃料的温度根据燃料种类多少有差异，其中的焦炉煤气等为100℃以下，用氧气使煤气化的煤气化的气体燃料也为200～300℃以下，该温度比从空压机排出的空气的温度(大约为390℃)还要低。由此，通过利用燃料的显热，即使与空气冷却相比，也能确保高的冷却性能。这样，在燃气轮机的工作负荷范围中，由于能确保燃烧稳定性的同时，将喷嘴端面的金属温度控制在适当范围内，因而可提高可靠性。
再有，根据本实施方式，通过在空气回旋器17的流道17a的内周一侧设置气体燃料201的喷出孔16a，使喷出孔16a承受空气102a的动压。因此，在液体燃料200的专烧运行中，通过喷出孔16a将来自空压机2的压缩空气102a供给到燃料喷嘴16内，并通过设置于喷嘴端面上的冷却孔53供给空气102a。此时，由于喷雾的液体燃料200和从冷却孔53供给的空气102a混合，由于与液体燃料200仅与从空气回旋器17供给的空气102a混合的情况相比，有更多的空气由起动用燃料喷嘴50附近供给到，因而可有效地进行液体燃料燃烧时的煤烟控制。
一般来讲，液体燃料通过使液体燃料微粒化，使微粒化了的燃料蒸发，燃料和空气混合并燃烧等工艺过程而燃烧。因此，在燃料和空气的混合不充分的情况下，燃烧时煤烟等的煤尘浓度增加。在本实施方式中，可以从使起动用的液体燃料微粒化而喷射的喷雾外壳(喷出孔21a)附近通过用于喷出气体燃料201的冷却孔53来供给喷雾空气102a。通过用这种方法燃烧液体燃料，可同时获得控制煤烟发生的效果。
除上述而外，在本实施方式中，通过打开断流阀300，可将为降低NOX而使用的蒸汽等的惰性介质104的一部分供给到起动用燃料喷嘴15的喷雾空气供给系统。降低NOX所需的蒸汽104在转换到气体燃料201的专烧运行并停止喷雾空气103的供给以后供给。通过从位于喷嘴端面中心的起动用燃料喷嘴15喷出蒸汽104，由于喷嘴端面附近的火焰温度降低(也参照图7)，因此，能够降低喷嘴端面的金属温度。
再有，在将蒸汽104供给起动用燃料喷嘴15时，有必要在喷雾空气供给系统中设置防止蒸汽104逆流的止回阀。在本实施方式中，作为用于降低NOX的惰性气体虽以使用蒸汽的情况为例进行了说明，但一般来讲，也可利用在工厂中所得到的氮气或二氧化碳等其它的惰性介质，在这种情况下，也可得到同样的效果。
还有，在燃烧液体燃料200以后，通过将喷雾空气103a的供给系统作为惰性介质的供给系统利用而从起动用燃料喷嘴15喷射惰性介质，就能以简易的结构做成供给油、喷雾空气、燃气的三重燃料的结构。
在本实施方式中，虽然做成具备由冷却孔53喷出气体燃料201的结构以及由起动用燃料喷嘴15的喷雾空气供给系统喷出惰性介质的结构这两者，但在其任意一方都可获得较高的冷却效果。在省略通过从喷嘴端面的中心部喷出惰性介质形成的喷嘴端面的冷却功能的情况下，只要省略例如断流阀300及设有断流阀300的旁通管路即可。相反，即使省略从冷却孔53喷出混合燃料形成的冷却功能，也可以通过从喷嘴端面的中心喷出惰性介质得到喷嘴端面的冷却效果。
在此，图4是省略了本实施方式的冷却孔53的本发明的第二实施方式的喷烧器的局部放大图，图5是从燃烧室一侧看到的该喷烧器的正视图。在这些图中，对于与前面的各个图相同的部分，标上相同的符号而省略其说明。
图4及图5所示的喷烧器，在空气回旋器17的流道17a的内周一侧设置有喷出孔16a，在空气回旋器17的半径方向中心部具备起动用燃料喷嘴15。若除去省略了冷却孔53这一点以外，具有与图2及图3所示的喷烧器相同的结构。如此，即使是没有这样的冷却孔、不能提高喷嘴端面18的附近区域的燃料浓度的喷烧器，也能控制喷嘴端面18的金属温度的上升。
图6是具备图4及图5所示的本发明的第二实施方式的喷烧器的燃气轮机成套设备的简图。
在图6所示的燃气轮机成套设备中，与图1所示的成套设备同样，使用由包含氢气或一氧化碳的多种成分气体的气体燃料201、作为燃气轮机的起动用燃料的液体燃料200、用于使液体燃料200微粒化的喷雾空气103及用于降低NOX的蒸汽104。与图1的成套设备同样，在惰性介质供给系统中具有断流阀301及流量调节阀302，在连接喷雾空气供给系统和惰性介质供给系统的旁通管路上具有断流阀300。即，除去省略了喷嘴端面的冷却孔这一点以外，本实施方式的燃气轮机成套设备具有与图1的成套设备几近相同的结构。
本实施方式的成套设备也与图1的成套设备一样，通过用液体燃料200并入负荷后，将蒸汽104喷射到燃烧室内，从而能NOX排出浓度。并且，随着其后的负荷上升，将燃料从液体燃料200转换到气体燃料201，当运行模式转移到混合燃料专烧以后，停止喷雾空气103的供给。停止喷雾空气103的供给以后，打开断流阀300并通过起动用燃料喷嘴15从喷嘴的端面中心喷射蒸汽104。通过从位于空气回旋器17的端面的中心的起动用燃料喷嘴15将蒸汽104供给燃烧室，从而能够使形成于喷嘴端面附近的火焰的温度降低，并使喷嘴端面的金属温度降低而提高可靠性。
还有，通过利用喷雾空气供给系统将蒸汽104供给起动用燃料喷嘴15，因而无需设置用于将惰性介质供给起动用燃料喷嘴15的新的供给系统。一般来讲，由于在喷嘴端面上不存在喷射燃料的冷却孔，因此，本实施方式的喷烧器可利用现有的扩散燃烧方式的喷烧器很容易地构成也是很大的优点。
图9是具备本发明的第三实施的方式的喷烧器的燃气轮机成套设备的简图。
在第一、第二实施方式中，起动燃气轮机使用液体燃料200，并在某一负荷范围内转换到混合燃料专烧运行以后，停止供给液体燃料200。此时，如果液体燃料200滞留在液体燃料喷嘴20内，则因来自火焰的热使喷嘴20升温，滞留的液体燃料200在喷嘴内发生固化的现象(堵缝)。因此，转换到混合燃料专烧运行结束后，通过将氮气等气体供给到液体燃料喷嘴20内将液体燃料200冲洗到燃烧室3，从而可防止因堵缝引起的液体燃料喷嘴流道的堵塞。
燃烧方式从混合燃料专烧运行(燃气专烧)转换到用起动用液体燃料的运行(油专烧)并停止燃气轮机后，由于燃烧器内的温度高，堵缝现象也同样发生。因此，在停止燃气轮机以后，也同样需要从液体燃料喷嘴20清洗液体燃料。
图9是表示起动用燃料喷嘴附近的放大图，图中具备：向起动用燃料供给系统供给氮气400的清洗系统；及将混合燃料供给系统进行分支而用于向起动用燃料供给系统供给气体燃料201的一部分的气体燃料清洗系统201a。在各自的系统中，分别具备氮气清洗系统的断流阀401和气体燃料清洗系统的断流阀201b。
下面，对燃料转换和起动用燃料的清洗运行进行说明。用液体燃料200起动后，并达到可转换为气体燃料201的负荷条件后，边减少供给到燃烧器的液体燃料喷嘴20的液体燃料200的流量，边增加气体燃料201的流量，进行燃料的转换操作。当供给规定量的气体燃料201，并在液体燃料200的流量为零时，结束燃料转换。此时，如果保持使液体燃料滞留于液体燃料喷嘴20内的状态，则因来自火焰的热在液体燃料喷嘴20内发生堵缝现象。因此，通过进行打开氮气400的断流阀401的操作，并将氮气400供给到液体燃料喷嘴20内，便可将滞留的液体燃料200冲洗到燃烧室3内，并可抑制堵缝的发生。该清洗系统以液体燃料的清洗为目的。再有，通过在清洗结束后还继续向燃烧室内供给氮气400，由于旋流器端面附近的火焰温度降低，因此，可得到降低混合燃料专烧运行(燃气专烧运行时)的旋流器端面的金属温度的效果。
还有，将混合燃料供给系统进行分支而供给到起动用燃料供给系统的气体燃料201供给到液体燃料喷嘴20，在清洗液体燃料时也可以得到同样的效果。还有，通过将滞留于液体燃料喷嘴内的液体燃料200冲洗到燃烧室内，并在清洗完后还继续供给燃烧室内，可提高旋流器端面附近的燃料浓度，并形成燃料过浓区域。因此，可降低旋流器端面的火焰温度，从而降低旋流器端面的金属温度。
在这些清洗系统中，还可以将从设置于起动用燃料喷嘴15的液体燃料喷嘴20供给氮气400或在混合燃料专烧运行时(燃气专烧时)还继续供给气体燃料201的方法与在第一实施方式的旋流器端面的冷却方法这两者进行组合。采用上述方法，即使燃烧包含氢气或一氧化碳等的燃料，也能有效地冷却旋流器端面。
再有，如图2所示，在旋流器端面上具备喷雾空气的喷出口21a、将气体燃料201喷出到燃烧室的冷却孔53、将压缩空气供给燃烧室的空气回旋器17的流道17a。还有，从混合燃料喷嘴16或喷雾空气喷嘴21分别喷出到燃烧室的气体燃料或喷雾空气的喷出口相当于喷嘴端面。
综上所述，在第一至第三实施方式中，表示了用于降低面对燃烧室的起动用燃料喷嘴15及混合燃料喷嘴16附近的端部即旋流器附近的火焰温度的方法。如图8所示，转移到混合燃料专烧运行以后供给喷雾空气103时，存在旋流器端面的金属温度上升，超过形成旋流器的材料的熔点的可能性。例如，SUS钢的熔点为650℃。当超过该熔点时，由于旋流器因火焰而烧损而使空气回旋器17失去功能，或者堵塞了混合燃料喷嘴16的喷出口16a，则有可能使燃烧器无法保持火焰，降低燃烧器的可靠性。因此，通过具备使面对燃烧室的旋流器附近的火焰温度降低到旋流器部件的熔点以下的技术措施，便能够控制旋流器部件的烧损，并提高燃烧器的可靠性。
还有，第一到第三实施方式在改造现有的喷烧器时也是有用的。例如，即使在现有的燃烧器使用LNG(液化天然气)或轻油、A种重油的情况下，也能够通过简单的改造来适应燃料种类的变更。
具体来讲，第一及第二实施方式在改造现有的喷烧器时也是有用的。例如，在具备起动用燃料喷嘴15和混合燃料喷嘴16的喷烧器的情况下，如果是将液体燃料用于起动用燃烧喷嘴15的喷烧器，可认为也具备用于使液体燃料微粒化的喷雾空气供给系统。于是，仅仅对喷雾空气喷嘴21的上游一侧即喷雾空气供给系统进行改造使之供给惰性介质，就能降低旋流器附近的金属温度。
并且，通过更换为在面对喷烧器13的燃烧室的喷嘴端面(旋流器端面)18上具备冷却孔53的部件，就能够进一步降低旋流器附近的金属温度。但是，由于该部件的更换需要从燃烧器上拆卸喷烧器13，因此，将其改造成向喷雾空气系统供给惰性介质更好，因为无需拆卸燃烧器，能更容易地进行改造。
再有，第三实施方式在改造现有的喷烧器时也是有用的。为了清洗滞留于液体燃料喷嘴20内部的液体燃料200，仅仅对起动用燃料供给系统增设供给氮气400的清洗系统，便可得到与第三实施方式相同的效果。但是，为了供给氮气400，需要辅助设备而使设备大型化。于是，通过将混合燃料供给系统进行分支而增设用于向起动用燃料供给系统供给一部分气体燃料201的气体燃料清洗系统201a，为了向喷烧器供给混合燃料，由于可共用已有的设置于混合燃料供给系统的空压机的排出压力，因此，能够使设备小型化。
Claims (3)
1.一种喷烧器，在将至少包含氢气或一氧化碳的任意一种的混合燃料喷射到燃气轮机燃烧器的燃烧室内的喷烧器中，其特征在于，具备：
由将燃气轮机起动用的液体燃料喷射到上述燃烧室的液体燃料喷嘴及设置于该液体燃料喷嘴的周围，并喷射用于使液体燃料微粒化的喷雾空气的喷雾空气喷嘴构成的起动用燃料喷嘴；
在该起动用燃料喷嘴的周围设置并喷射上述混合燃料的混合燃料喷嘴；
设置于该混合燃料喷嘴的上述燃烧室一侧的端部，与混合燃料喷嘴的上述燃烧室一侧端部连通，并为保持火焰而将来自空压机的压缩空气的一部分喷射到上述燃烧室的空气回旋器；以及
作为面对上述燃烧室的喷嘴端面，在上述喷雾空气喷嘴的喷出口和上述空气回旋器的喷出口之间，将从上述混合燃料喷嘴喷射的混合燃料的一部分喷出到上述燃烧室的冷却孔。
2.一种喷烧器，在将至少包含氢气或一氧化碳的任意一种的混合燃料喷射到燃气轮机燃烧器的燃烧室内的喷烧器中，其特征在于，具备：
由将燃气轮机起动用的液体燃料喷射到上述燃烧室的液体燃料喷嘴及设置于该液体燃料喷嘴的周围，并喷射用于使液体燃料微粒化的喷雾空气的喷雾空气喷嘴构成的起动用燃料喷嘴；
在该起动用燃料喷嘴的周围设置并喷射上述混合燃料的混合燃料喷嘴；
设置于该混合燃料喷嘴的上述燃烧室一侧的端部，与混合燃料喷嘴的上述燃烧室一侧端部连通，并为保持火焰而将来自空压机的压缩空气的一部分喷射到上述燃烧室的空气回旋器；
向上述起动用燃料喷嘴供给惰性介质的惰性介质供给系统；以及
作为面对上述燃烧室的喷嘴端面，在上述喷雾空气喷嘴的喷出口和上述空气回旋器的喷出口之间，将从上述混合燃料喷嘴喷射的混合燃料的一部分喷出到上述燃烧室的冷却孔。
3.一种喷烧器的冷却方法，在将至少包含氢气或一氧化碳的任意一种的混合燃料喷射到燃气轮机燃烧器的燃烧室内的扩散燃烧方式的喷烧器的冷却方法中，其特征在于，该喷烧器具备：
由将燃气轮机起动用的液体燃料喷射到上述燃烧室的液体燃料喷嘴及设置于该液体燃料喷嘴的周围，并喷射用于使液体燃料微粒化的喷雾空气的喷雾空气喷嘴构成的起动用燃料喷嘴；
在该起动用燃料喷嘴的周围设置并喷射上述混合燃料的混合燃料喷嘴；
设置于该混合燃料喷嘴的上述燃烧室一侧的端部，与混合燃料喷嘴的上述燃烧室一侧端部连通，并为保持火焰而将来自空压机的压缩空气的一部分喷射到上述燃烧室的空气回旋器；以及
作为面对上述燃烧室的喷嘴端面，在上述喷雾空气喷嘴的喷出口和上述空气回旋器的喷出口之间，将从上述混合燃料喷嘴喷射的混合燃料的一部分喷出到上述燃烧室的冷却孔。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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Ref country code: HK Ref legal event code: DE Ref document number: 1138057 Country of ref document: HK |
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Ref country code: HK Ref legal event code: GR Ref document number: 1138057 Country of ref document: HK |
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Owner name: MITSUBISHI HITACHI POWER SYSTEM LTD. Free format text: FORMER OWNER: HITACHI,LTD. Effective date: 20141211 |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20141211 Address after: Kanagawa Patentee after: Mitsubishi Hitachi Power System Ltd. Address before: Tokyo, Japan, Japan Patentee before: Hitachi Ltd. |
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Address after: Kanagawa Prefecture, Japan Patentee after: Mitsubishi Power Co., Ltd Address before: Kanagawa Prefecture, Japan Patentee before: MITSUBISHI HITACHI POWER SYSTEMS, Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |