JP5314794B2 - Fuel supply apparatus and gas turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃焼器に燃料を供給する燃料供給装置及びガスタービンに関する。 The present invention relates to a fuel supply device that supplies fuel to a combustor and a gas turbine.
従来、燃焼器が燃料を燃焼させることで発生する燃焼ガスからエネルギーを取り出す装置としてガスタービンがある。ガスタービンによってエネルギーが取り出された燃焼ガスは、排気ガスとして排出される。この排気ガスに含まれるNOxを低減する手段の一つとして、燃料に水を添加してから前記燃料を燃焼させる技術がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is a gas turbine as a device that extracts energy from combustion gas generated by burning a fuel by a combustor. The combustion gas from which energy has been extracted by the gas turbine is discharged as exhaust gas. As one of means for reducing NOx contained in the exhaust gas, there is a technique for burning the fuel after adding water to the fuel.
このような技術として、例えば、特許文献1には、水噴射穴から供給される水をガス燃料と混合して噴射するガス燃料ノズルが開示されている。 As such a technique, for example, Patent Literature 1 discloses a gas fuel nozzle that mixes and injects water supplied from a water injection hole with gas fuel.
ここで、燃料はガス燃料に限られず、例えば、液体燃料としての油燃料がある。ガス燃焼と同様、油燃料に水を混ぜた燃料(エマルジョン燃料)を燃焼させても、NOxを低減することができる。しかしながら、水は油と混ざりにくく、油燃料に水を加えても、時間の経過と共に水と油燃料の分離が進行するおそれがある。 Here, the fuel is not limited to gas fuel, and there is, for example, oil fuel as liquid fuel. Similar to gas combustion, NOx can also be reduced by burning fuel (emulsion fuel) in which water is mixed with oil fuel. However, water is difficult to mix with oil, and even when water is added to the oil fuel, there is a possibility that separation of the water and the oil fuel may proceed with time.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、油燃料と水との混合状態を良好にして、油燃料と水との分離の進行を抑制することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at making the mixing state of oil fuel and water favorable, and suppressing progress of isolation | separation of oil fuel and water.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る燃料供給装置は、油燃料と水とが混合したエマルジョン燃料を燃焼器に供給可能な燃料供給通路と、前記燃料供給通路を流れる前記エマルジョン燃料に含まれる前記水の液滴を微細化する水滴微細化手段と、を備え、前記水滴微細化手段は、前記エマルジョン燃料を掻き混ぜる複数のミキサーと、前記複数のミキサーよりも前記エマルジョン燃料の流れの上流側に設けられて、前記各ミキサーに分配する前記エマルジョン燃料の流量を調節可能な燃料分配量調節手段と、を含んで構成され、前記エマルジョン燃料が前記ミキサーを通過する際に損失した圧力を測定可能な圧力損失測定手段を備え、前記燃料分配量調節手段によって前記各ミキサーに分配される前記エマルジョン燃料の流量を、前記圧力損失測定手段が測定した値に基づいて変更することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a fuel supply device according to the present invention includes a fuel supply passage capable of supplying emulsion fuel mixed with oil fuel and water to a combustor, and the fuel supply passage. Water droplet refining means for refining the water droplets contained in the flowing emulsion fuel, and the water droplet refining means includes a plurality of mixers for stirring the emulsion fuel, and the plurality of mixers more than the plurality of mixers. A fuel distribution amount adjusting means provided on the upstream side of the flow of the emulsion fuel and capable of adjusting a flow rate of the emulsion fuel distributed to the mixers, and when the emulsion fuel passes through the mixer Pressure loss measuring means capable of measuring the pressure lost to the fuel, and the emulsion fuel distributed to the mixers by the fuel distribution amount adjusting means. The flow rate, and changes based on the value the pressure loss measuring means has measured.
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るガスタービンは、油燃料と水とが混合したエマルジョン燃料を供給する燃料供給装置と、前記燃料供給装置から供給された前記エマルジョン燃料を燃焼させる燃焼器と、前記エマルジョン燃料が燃焼した燃焼ガスのエネルギーを回転エネルギーに変換するタービン部と、を備え、前記燃料供給装置は、前記エマルジョン燃料を前記燃焼器に供給可能な燃料供給通路と、前記燃料供給通路を流れる前記エマルジョン燃料に含まれる前記水の液滴を微細化する水滴微細化手段と、を備え、前記水滴微細化手段は、前記エマルジョン燃料を掻き混ぜる複数のミキサーと、前記複数のミキサーよりも前記エマルジョン燃料の流れの上流側に設けられて、前記各ミキサーに分配する前記エマルジョン燃料の流量を調節可能な燃料分配量調節手段と、を含んで構成され、前記エマルジョン燃料が前記ミキサーを通過する際に損失した圧力を測定可能な圧力損失測定手段を備え、前記燃料分配量調節手段によって前記各ミキサーに分配される前記エマルジョン燃料の流量を、前記圧力損失測定手段が測定した値に基づいて変更することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a gas turbine according to the present invention is supplied from a fuel supply device that supplies an emulsion fuel in which oil fuel and water are mixed, and the fuel supply device. A combustor that combusts the emulsion fuel; and a turbine unit that converts energy of combustion gas combusted by the emulsion fuel into rotational energy. The fuel supply device can supply the emulsion fuel to the combustor. A fuel supply passage, and water droplet refining means for refining the droplets of water contained in the emulsion fuel flowing through the fuel supply passage, wherein the water droplet refining means is a plurality of agitating the emulsion fuel. A mixer and upstream of the plurality of mixers in the flow of the emulsion fuel before being distributed to the mixers A fuel distribution amount adjusting means capable of adjusting a flow rate of the emulsion fuel, and further comprising pressure loss measuring means capable of measuring a pressure lost when the emulsion fuel passes through the mixer, and the fuel distribution amount The flow rate of the emulsion fuel distributed to each mixer by the adjusting means is changed based on the value measured by the pressure loss measuring means.
本発明に係る燃料供給装置及びガスタービンは、上記構成により、水滴微細化手段がエマルジョン燃料を混合して前記エマルジョン燃料に含まれる前記水の液滴を微細化するため、油燃料と水との混合が良好となり、油燃料と水との分離の進行を抑制することができる。 In the fuel supply device and the gas turbine according to the present invention, the water droplet refining means mixes the emulsion fuel to refine the water droplets contained in the emulsion fuel. Mixing becomes good, and the progress of separation between oil fuel and water can be suppressed.
ここで、油燃料と水との分離の進行を抑制する方法として、エマルジョン燃料を乳化される乳化剤をエマルジョン燃料に添加する方法が考えられる。しかしながら、エマルジョン燃料に乳化剤を添加する場合、乳化剤を必要とする分、燃料のコストが増加するおそれが考えられる。また、数ある乳化剤の中には、ガスタービンに不向きな成分を含むものもあり、このような乳化剤を使用した場合、ガスタービンの耐久性が低下するおそれも考えられる。 Here, as a method of suppressing the progress of separation of the oil fuel and water, a method of adding an emulsifier for emulsifying the emulsion fuel to the emulsion fuel is conceivable. However, when an emulsifier is added to the emulsion fuel, there is a possibility that the cost of the fuel increases due to the necessity of the emulsifier. Some emulsifiers contain components that are unsuitable for gas turbines. If such emulsifiers are used, the durability of the gas turbine may be reduced.
しかしながら、本発明に係る燃料供給装置及びガスタービンは、油燃料と水との混合が良好となり、油燃料と水との分離の進行を抑制することができるため、上述の乳化剤を必要としない。よって、燃料供給装置及びガスタービンは、乳化剤を必要としない分、燃料のコストを低減することができる。また、乳化剤を必要としない分、ガスタービンの耐久性が低下するおそれも抑制できる。 However, the fuel supply apparatus and the gas turbine according to the present invention do not require the above-mentioned emulsifier because the mixing of the oil fuel and water becomes good and the progress of the separation of the oil fuel and water can be suppressed. Therefore, the fuel supply device and the gas turbine can reduce the cost of the fuel because the emulsifier is not required. Moreover, since the emulsifier is not required, the possibility that the durability of the gas turbine may be reduced can be suppressed.
例えば、燃料分配量調節手段が複数のミキサーすべてにエマルジョン燃料を分配した場合、水滴微細化手段全体で扱えるエマルジョン燃料の流量は最大となる。また、例えば、燃料分配量調節手段が複数のミキサーのうち、最も扱えるエマルジョン燃料の流量が少ないミキサーのみにエマルジョン燃料を分配した場合、水滴微細化手段全体で扱えるエマルジョン燃料の流量は最小となる。 For example, when the fuel distribution amount adjusting means distributes the emulsion fuel to all of the plurality of mixers, the flow rate of the emulsion fuel that can be handled by the entire water droplet refining means becomes maximum. In addition, for example, when the fuel distribution amount adjusting means distributes the emulsion fuel only to the mixer having the smallest flow rate of the emulsion fuel that can be handled among a plurality of mixers, the flow rate of the emulsion fuel that can be handled by the entire water droplet refining means is minimized.
このようにして、燃料分配量調節手段が各ミキサーに分配する前記エマルジョン燃料の流量を調節することで、本発明に係る燃料供給装置は、水滴微細化手段全体で扱えるエマルジョン燃料の流量が変化する。これにより、燃料供給装置は、燃焼器に供給するエマルジョン燃料の流量にあわせて燃料分配量調節手段が各ミキサーに分配する前記エマルジョン燃料の流量を調節することで、水滴微細化手段全体で扱えるエマルジョン燃料の流量を調節することができる。 Thus, by adjusting the flow rate of the emulsion fuel distributed to each mixer by the fuel distribution amount adjusting means, the fuel supply device according to the present invention changes the flow rate of the emulsion fuel that can be handled by the entire water droplet refining means. . Thus, the fuel supply device adjusts the flow rate of the emulsion fuel distributed to each mixer by the fuel distribution amount adjusting means in accordance with the flow rate of the emulsion fuel supplied to the combustor, so that the emulsion that can be handled by the entire water droplet refining means. The fuel flow rate can be adjusted.
一般的に、前記ミキサーが扱えるエマルジョン燃料の流量よりも、前記ミキサーに供給されたエマルジョン燃料の流量が多くなるほど、ミキサーを通過する際にエマルジョン燃料が損失する圧力は大きくなる。本発明に係る燃料供給装置は、ミキサーを通過する際にエマルジョン燃料が損失する圧力に基づいて、前記ミキサーが扱えるエマルジョン燃料の流量よりも、前記ミキサーに供給されたエマルジョン燃料の流量が多いか否かを判定することができる。 In general, the greater the flow rate of emulsion fuel supplied to the mixer than the flow rate of emulsion fuel that can be handled by the mixer, the greater the pressure that the emulsion fuel loses when passing through the mixer. The fuel supply device according to the present invention is based on the pressure at which the emulsion fuel is lost when passing through the mixer, and whether the flow rate of the emulsion fuel supplied to the mixer is larger than the flow rate of the emulsion fuel that can be handled by the mixer. Can be determined.
これにより、燃料供給装置は、前記ミキサーが扱えるエマルジョン燃料の流量よりも、前記ミキサーに供給されたエマルジョン燃料の流量が多い場合に、燃料分配量調節手段が前記ミキサー以外のミキサーに燃料を分配することができる。これにより、燃料供給装置は、水滴微細化手段全体で扱えるエマルジョン燃料の流量を増加させることができる。 Thus, the fuel supply device distributes the fuel to the mixer other than the mixer when the flow rate of the emulsion fuel supplied to the mixer is larger than the flow rate of the emulsion fuel that can be handled by the mixer. be able to. Thereby, the fuel supply apparatus can increase the flow rate of the emulsion fuel that can be handled by the whole water droplet refining means.
ここで、前記ミキサーが扱えるエマルジョン燃料の流量よりも、前記ミキサーに供給されたエマルジョン燃料の流量が多い場合、燃料供給装置は、エマルジョン燃料の圧力の損失が増大することに起因して、燃焼器に供給可能なエマルジョン燃料の流量が不足するおそれがある。しかしながら、燃料供給装置は、水滴微細化手段全体で扱えるエマルジョン燃料の流量を増加させることができるので、燃焼器に供給可能なエマルジョン燃料の流量が不足するおそれを抑制することができる。 Here, when the flow rate of the emulsion fuel supplied to the mixer is larger than the flow rate of the emulsion fuel that can be handled by the mixer, the fuel supply device has a combustor due to an increase in pressure loss of the emulsion fuel. There is a risk that the flow rate of the emulsion fuel that can be supplied to the tank is insufficient. However, since the fuel supply device can increase the flow rate of the emulsion fuel that can be handled by the entire water droplet refining means, it is possible to suppress the possibility that the flow rate of the emulsion fuel that can be supplied to the combustor is insufficient.
本発明の好ましい態様としては、前記燃焼器が前記エマルジョン燃料を燃焼させる際に燃焼振動を生じた場合、前記燃料分配量調節手段によって前記各ミキサーに分配される前記エマルジョン燃料の流量を変更することが望ましい。 As a preferred aspect of the present invention, when the combustor generates combustion vibration when combusting the emulsion fuel, the flow rate of the emulsion fuel distributed to the mixers is changed by the fuel distribution amount adjusting means. Is desirable.
燃焼器が燃焼振動を生じた際は、燃焼の燃焼速度を変えることによって前記燃焼振動を抑制することができる。そこで、本発明に係る燃料供給装置は、エマルジョン燃料に含まれる水滴の大きさを変化させることによって、燃焼器での水滴の蒸発の時期を変化させ、結果としてエマルジョン燃料の燃焼速度を変化させる。 When the combustor generates combustion vibration, the combustion vibration can be suppressed by changing the combustion speed of combustion. Therefore, the fuel supply device according to the present invention changes the time of evaporation of water droplets in the combustor by changing the size of the water droplets contained in the emulsion fuel, and as a result, changes the combustion speed of the emulsion fuel.
具体的には、燃料供給装置は、水滴微細化手段全体での許容量を変化させることによって、エマルジョン燃料に含まれる水滴の大きさを変化させる。ここで、許容量とは、ミキサーが取り扱い可能なエマルジョン燃料の流量である。ミキサーに許容量と同じ流量のエマルジョン燃料が供給されると、ミキサーはエマルジョン燃料を適当に混合することができる。 Specifically, the fuel supply device changes the size of the water droplets contained in the emulsion fuel by changing the allowable amount of the entire water droplet refining means. Here, the allowable amount is the flow rate of the emulsion fuel that can be handled by the mixer. When the mixer is supplied with the same amount of emulsion fuel as allowed, the mixer can properly mix the emulsion fuel.
例えば、ミキサーに供給されるエマルジョン燃料の流量が一定で、ミキサーの許容量が小さくなればなるほどエマルジョン燃料に含まれる水滴の大きさは小さくなる。一方、ミキサーに供給されるエマルジョン燃料の流量が一定で、ミキサーの許容量が大きくなればなるほどエマルジョン燃料に含まれる水滴の大きさは大きくなる。 For example, as the flow rate of the emulsion fuel supplied to the mixer is constant and the allowable amount of the mixer becomes smaller, the size of water droplets contained in the emulsion fuel becomes smaller. On the other hand, as the flow rate of the emulsion fuel supplied to the mixer is constant and the allowable amount of the mixer increases, the size of the water droplets contained in the emulsion fuel increases.
燃料供給装置は、燃料分配量調節手段が各ミキサーに分配するエマルジョン燃料の流量を変化させることによって、水滴微細化手段全体での許容量を変化させる。例えば、燃料供給装置は、第1ミキサーのみにエマルジョン燃料を供給することにより、水滴微細化手段全体での許容量を最小とし、第1ミキサー及び第2ミキサーの両方にエマルジョン燃料を供給することによって水滴微細化手段全体での許容量を最大とする。 The fuel supply device changes the allowable amount of the entire water droplet refining means by changing the flow rate of the emulsion fuel distributed to each mixer by the fuel distribution amount adjusting means. For example, the fuel supply device minimizes the allowable amount of the entire water droplet refining means by supplying the emulsion fuel only to the first mixer, and supplies the emulsion fuel to both the first mixer and the second mixer. The allowable amount of the entire water droplet refining means is maximized.
燃料供給装置は、このようにして水滴微細化手段全体での許容量を変化させることによって、燃料器に供給するエマルジョン燃料の流量を変化させることなく、エマルジョン燃料に含まれる水滴の大きさを調節する。これにより、燃料供給装置は、燃焼器での水滴の蒸発の時期を変化さてエマルジョン燃料の燃焼速度を変化させる。結果として、燃料供給装置は、燃料振動を抑制することができる。 The fuel supply device thus adjusts the size of the water droplets contained in the emulsion fuel without changing the flow rate of the emulsion fuel supplied to the fuel device by changing the allowable amount of the entire water droplet refining means. To do. Thereby, the fuel supply device changes the combustion speed of the emulsion fuel by changing the timing of evaporation of water droplets in the combustor. As a result, the fuel supply device can suppress fuel vibration.
本発明の好ましい態様としては、前記水滴微細化手段は、前記エマルジョン燃料が流動可能な外管の内部に静止部材が固定されて構成されるスタティックミキサーを含んで構成されることが望ましい。 As a preferred aspect of the present invention, it is desirable that the water droplet refining means includes a static mixer in which a stationary member is fixed inside an outer tube through which the emulsion fuel can flow.
スタティックミキサーは、可動部材がない。一般的に可動部材は、静止部材よりも不具合が発生しやすい。よって、燃料供給装置は、可動部材がない分、不具合の発生を抑制することができる。また、可動部材を動かすための構成やエネルギーを必要としないため、燃料供給装置は、部品点数が低減され、コストが低減される。また、部品点数が低減されるため、燃料供給装置は、構成の複雑化が抑制される。 The static mixer has no movable member. In general, a movable member is more likely to have a defect than a stationary member. Therefore, the fuel supply device can suppress the occurrence of problems due to the absence of the movable member. Moreover, since the structure and energy for moving a movable member are not required, a fuel supply apparatus reduces a number of parts and reduces cost. Moreover, since the number of parts is reduced, the configuration of the fuel supply device is suppressed from being complicated.
本発明は、油燃料と水との混合状態を良好にして、油燃料と水との分離の進行を抑制することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can improve the mixing state of oil fuel and water and suppress the progress of separation of oil fuel and water.
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態(以下実施形態という)によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the best mode for carrying out the invention (hereinafter referred to as an embodiment). In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art, those that are substantially the same, and those in a so-called equivalent range.
(実施形態1)
図1は、ガスタービンを示す構成図である。本実施形態に係るガスタービン500は、図1に示すように、気体の流れの上流側から下流側に向けて順に、圧縮部510と、燃焼部520と、タービン部530と、排気部540とを含んで構成される。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a gas turbine. As shown in FIG. 1, the
圧縮部510は空気を加圧して、燃焼部520へ加圧された空気を送り出す。燃焼部520は、前記加圧された空気に燃料を供給すると共に燃料を燃焼させる。タービン部530は、燃焼部520から送り出された燃焼ガスが持つエネルギーを回転エネルギーに変換する。排気部540は、前記燃焼ガスを大気へと排出する。
The
燃焼部520は、複数の燃焼器521を含んで構成される。複数の燃焼器521は、それぞれ、内筒522と、尾筒523と、燃料ノズル524とを含んで構成される。内筒522は、圧縮空気の通路であって略円筒形状に形成さる。内筒522は、燃料ノズル524を構成するメインノズルと、パイロットノズルとを内部に支持する。
尾筒523は筒状に形成され、内部に燃料が燃焼する燃焼領域が形成される。尾筒523は、内筒522の軸方向の端部のうち、一方の端部に取り付けられる。内筒522の軸方向の端部のうち尾筒523とは反対側の他方の端部には、内筒522の内部に配置される燃料ノズル524に燃料を供給するための燃料供給装置100の配管が接続される。
The
ここで、燃料供給装置100によって燃料ノズル524に供給される燃料は、油燃料と水とが混合されたエマルジョン燃料である。燃料供給装置100は、油燃料と水とを混合させて燃料ノズル524にエマルジョン燃料を供給する。以下に燃料供給装置100の構成を説明する。
Here, the fuel supplied to the
図2は、燃料供給装置を示す構成図である。燃料供給装置100は、油燃料タンク111と、水タンク112と、油燃料管113と、水管114と、油燃料ポンプ115と、水ポンプ116と、油燃料分配器117と、水分配器118と、燃料供給通路としての複数の燃料供給管121と、複数の水供給管122とを含んで構成される。油燃料タンク111は、油燃料を溜める容器である。油燃料分配器117は、供給された油燃料を複数の経路に分配する手段である。
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating the fuel supply device. The
油燃料タンク111と油燃料分配器117とは、油燃料ポンプ115を介して油燃料管113で接続される。燃料供給装置100は、油燃料分配器117に複数の燃料供給管121が接続される。燃料供給管121は、一方の端部が油燃料分配器117に接続され、他方の端部が図1に示す複数の燃焼器521の燃料ノズル524にそれぞれ接続される。
The
水タンク112は、油燃料に混合させる水を溜める容器である。水分配器118は、供給された水を複数の経路に分配する手段である。水タンク112と水分配器118とは、水ポンプ116を介して水管114で接続される。燃料供給装置100は、水分配器118に複数の水供給管122が接続される。水供給管122は、一方の端部が水分配器118に接続され、他方の端部が複数の燃料供給管121にそれぞれ開口する。
The water tank 112 is a container for storing water to be mixed with oil fuel. The
上記構成の燃料供給装置100は、油燃料ポンプ115が油燃料管113を介して油燃料タンク111から油燃料分配器117へ油燃料を供給する。油燃料分配器117によって複数の燃料供給管121に分配された油燃料は、燃料供給管121を介して、図1に示す複数の燃料ノズル524に導かれる。
In the
また、燃料供給装置100は、水ポンプ116が水管114を介して水タンク112から水分配器118へ水を供給する。水分配器118によって複数の水供給管122に分配された水は、水供給管122を介して複数の燃料供給管121に導かれる。これにより、油燃料と水とが混ざってエマルジョン燃料となり、燃料供給装置100は、このエマルジョン燃料を燃料ノズル524に供給する。
In the
ここで、エマルジョン燃料は、時間の経過と共に油燃料と水との分離が進行する。ここで、油燃料と水との分離の進行とは、具体的には、油燃料の中に混在する水の液滴が寄り集まって大きくなることである。以下、エマルジョン燃料の油燃料の中に混在する水の液滴を水滴という。水滴の大きさが適当な大きさよりも大きくなると、ガスタービンは、排気ガスに含まれるNOxやスス低減が不十分となる。 Here, in the emulsion fuel, separation of the oil fuel and water proceeds with time. Here, the progress of the separation of the oil fuel and the water specifically means that water droplets mixed in the oil fuel gather together and become larger. Hereinafter, water droplets mixed in the oil fuel of the emulsion fuel are referred to as water droplets. If the size of the water droplet is larger than an appropriate size, the gas turbine is insufficient in reducing NOx and soot contained in the exhaust gas.
エマルジョン燃料に乳化剤を添加してエマルジョン燃料を乳化させることによっても、油燃料と水との分離の進行は抑制することができる。しかしながら、乳化剤をエマルジョン燃料に添加する場合、乳化剤を必要とする分、燃料のコストが増加するおそれが考えられる。また、数ある乳化剤の中には、ガスタービンに不向きな成分を含むものもあり、このような乳化剤を使用した場合、ガスタービンの耐久性が低下するおそれも考えられる。 The progress of separation between the oil fuel and water can also be suppressed by adding an emulsifier to the emulsion fuel to emulsify the emulsion fuel. However, when an emulsifier is added to the emulsion fuel, there is a possibility that the cost of the fuel increases due to the necessity of the emulsifier. Some emulsifiers contain components that are unsuitable for gas turbines. If such emulsifiers are used, the durability of the gas turbine may be reduced.
そこで、本実施形態の燃料供給装置100は、乳化剤を添加することなく、エマルジョン燃料の油燃料と水との混合を良好にして、油燃料と水との分離の進行を抑制する。以下にそのための構成を説明する。
Therefore, the
図3は、実施形態1の水滴微細化装置を示す構成図である。燃料供給装置100は、図2に示す水供給管122が燃料供給管121に開口する部分と図1に示す燃料ノズル524との間の燃料供給管121に、図3に示す水滴微細化手段としての水滴微細化装置130を有する。本実施形態の水滴微細化装置130は、スタティックミキサー131によって構成される。
FIG. 3 is a configuration diagram illustrating the water droplet refining apparatus according to the first embodiment. The
スタティックミキサー131は、例えば、筒状の部材である。スタティックミキサー131は、エマルジョン燃料が流動可能な外管の内部に静止部材が固定されて構成される。
The
具体的には、スタティックミキサー131は、図3に示すように、例えば、筒状に形成された外管132と、静止部材としての羽根133及び羽根134及び複数の突起135とを有する。羽根133と羽根134とは、互いに交差して外管132の内部に固定される。羽根133及び羽根134は、エマルジョン燃料の流れの方向、つまり、外管132の軸方向に対して角度を有する面を備える。
Specifically, as shown in FIG. 3, the
複数の突起135は、例えば、外管132及び羽根133よりも、エマルジョン燃料の流れの下流側の外管132に固定される。突起135は、例えば、外管132の径方向内側に向かって外管132の内周部に固定される。なお、以下、エマルジョン燃料の流れの下流側を単に下流側といい、エマルジョン燃料の流れの上流側を単に上流側という。
For example, the plurality of
スタティックミキサー131に供給されたエマルジョン燃料は、まず羽根133及び羽根134によって流れが変化する。ここで、羽根133及び羽根134は、エマルジョン燃料を切り刻む機能も実現する。スタティックミキサー131は、羽根133及び羽根134によってエマルジョン燃料の流れを変化すると共に、エマルジョン燃料に含まれる水滴を切り刻むことによって、エマルジョン燃料の油燃料に混在する水滴を微細化する。
The flow of the emulsion fuel supplied to the
さらに、エマルジョン燃料は、羽根133及び羽根134を通過した後、複数の突起135と衝突する。これにより、スタティックミキサー131は、エマルジョン燃料を構成する油燃料と水との混合を促進して、エマルジョン燃料の油燃料に混在する水滴をさらに微細化する。
Further, the emulsion fuel collides with the plurality of
スタティックミキサー131は、本実施形態では、燃料供給管121の一部に直列に取り付けられる。つまり、本実施形態では、スタティックミキサー131は、燃料供給管121の一部をバイパスせずに取り付けられる。以下に、燃料供給管121の一部に直列に取り付けられると好ましい理由及び効果を説明する。
In this embodiment, the
水滴微細化装置130は、エマルジョン燃料がスタティックミキサー131を通過することによって、油燃料に混在する水滴を微細化する。よって、水滴微細化装置130は、より多くのエマルジョン燃料をスタティックミキサー131に供給する方が油燃料に混在する水滴を微細化することができる。
The
燃料供給管121を流れるエマルジョン燃料の量が同じであれば、スタティックミキサー131が燃料供給管121の一部に直列に取り付けられる場合にスタティックミキサー131を通過するエマルジョン燃料の量は、スタティックミキサー131が燃料供給管121の一部をバイパスして燃料供給管121に取り付けられる場合にスタティックミキサー131を通過するエマルジョン燃料の量よりも多い。
If the amount of the emulsion fuel flowing through the
これにより、水滴微細化装置130は、スタティックミキサー131が燃料供給管121の一部に直列に取り付けられることによって、より多くのエマルジョン燃料の油燃料の中に含まれる水滴を微細化することができる。
As a result, the water
但し、スタティックミキサー131が燃料供給管121の一部をバイパスして燃料供給管121に取り付けられる場合であっても、エマルジョン燃料の一部はスタティックミキサー131を通過する。よって、水滴微細化装置130は、スタティックミキサー131が燃料供給管121の一部をバイパスして燃料供給管121に取り付けられる場合でも、燃料供給管121にスタティックミキサー131が全く取り付けられない場合よりは、より多くのエマルジョン燃料の油燃料の中に含まれる水滴を微細化することができる。
However, even if the
スタティックミキサー131が燃料供給管121の一部に直列に取り付けられる場合、燃料供給装置100は、例えば、燃料供給管121の一部が切除されて、この切除された部分にスタティックミキサー131が溶接によって取り付けられる。また、燃料供給装置100は、スタティックミキサー131の両端部にフランジが形成され、スタティックミキサー131の前記フランジが燃料供給管121に形成されたフランジに取り付けられることによって燃料供給管121に取り付けられてもよい。
When the
なお、スタティックミキサー131の構成は上記構成に限定されない。燃料供給装置100は、スタティックミキサー131が有する羽根の数、羽根の形状、突起の数、突起の形状、羽根と突起との位置関係等が自由に変更されてかまわない。
The configuration of the
また、スタティックミキサー131は、羽根133及び羽根134及び突起135が外管132に固定されて外管132に対して動かない構成、つまり、すべて静止部材で構成されているが、水滴微細化装置130は、このようなスタティックミキサー131に替えて、可動部材を含んで構成されるダイナミックミキサーによって構成されてもよい。可動部材を含んで構成されるダイナミックミキサーとは、例えば、外管の中心軸を軸に回転可能に外管の内部に支持される羽根車を含んで構成されるミキサーである。
The
前記ミキサーは、例えば、モーターの回転が前記羽根車に伝わるように構成される。これにより、前記羽根車が回転して外管の内部を通過するエマルジョン燃料を掻き混ぜる。このようなミキサーによって構成されても、水滴微細化装置130は、エマルジョン燃料の油燃料に混在する水滴を微細化することができる。
For example, the mixer is configured such that the rotation of a motor is transmitted to the impeller. Thereby, the said impeller rotates and it stirs the emulsion fuel which passes the inside of an outer tube | pipe. Even if it is constituted by such a mixer, the water
但し、スタティックミキサー131は、可動部材がないため可動部材を動かすためのエネルギーを必要としない。これにより、スタティックミキサー131は、エマルジョン燃料の油燃料に混在する水滴を微細化するために必要なエネルギーを抑制することができる。
However, the
また、スタティックミキサー131は、可動部材を動かすための構成、例えば、モーターや、モーターに電気を供給するための電源装置及び配線を必要としない。これにより、スタティックミキサー131は、燃料供給装置100の部品点数の増加や、構成の複雑化を抑制することができる。
The
また、一般的に可動部材は、静止部材よりも不具合が発生しやすい。スタティックミキサー131は、可動部材がないため、燃料供給装置100は、不具合の発生を抑制することができる。
In general, the movable member is more prone to problems than the stationary member. Since the
スタティックミキサー131は、エマルジョン燃料の油燃料に混在する水滴を、例えば、3μmから10μmまでの直径になるまで微細化する。これは、近年の研究によって、エマルジョン燃料の油燃料に混在する水滴の大きさが3μmから10μmまでの直径である場合に、排気ガスに含まれるNOxやススを好適に抑制できることが判明したためである。
The
エマルジョン燃料は、燃焼器で燃焼する際に、まず油燃料に含まれる水が蒸発して急膨張する。この水の急膨張によって油燃料の液滴が微細化してエマルジョン燃料の燃焼速度が向上する。ここで、水滴の大きさが変化すると、水が蒸発する時期が変化する。これにより、油燃料の液滴が微細化する時期も変化して、結果的にエマルジョン燃料の燃焼速度も変化する。 When the emulsion fuel is combusted in the combustor, first, water contained in the oil fuel evaporates and rapidly expands. The rapid expansion of the water makes the droplets of the oil fuel fine and improves the combustion speed of the emulsion fuel. Here, when the size of the water droplet changes, the time when the water evaporates changes. As a result, the time when the droplets of the oil fuel become finer also changes, and as a result, the combustion speed of the emulsion fuel also changes.
このような原理を踏まえて、排気ガスに含まれるNOxやススを好適に抑制することができる燃焼速度を実現できる水滴の大きさを実験によって調査したところ、エマルジョン燃料に含まれる水滴の大きさは、3μmから10μmまでが好ましいと判明した。 Based on such a principle, when the size of water droplets capable of realizing a combustion speed capable of suitably suppressing NOx and soot contained in exhaust gas was investigated by experiment, the size of water droplets contained in emulsion fuel was It has been found that 3 μm to 10 μm is preferable.
以上の理由により、エマルジョン燃料の油燃料に混在する水滴を、例えば、3μmから10μmまでの直径になるまで微細化することができるスタティックミキサー131を備えることで、燃料供給装置100は、排気ガスに含まれるNOxやススをより好適に抑制することができる。
For the above reason, the
ここで、本実施形態では、燃料供給装置100は、ガスタービンの燃焼器にエマルジョン燃料を供給するものとして説明したが、燃料供給装置100は、例えば、空調装置のボイラにエマルジョン燃料を供給してもよい。この場合でも、燃料供給装置100は、油燃料と水との混合が良好となり、油燃料と水との分離の進行を抑制することができる。
Here, in the present embodiment, the
(実施形態2)
図4は、実施形態2の水滴微細化装置を示す構成図である。ここで、スタティックミキサーには、個体や種類によって適当に混合することができる液体の流量がある。なお、ここでは、水滴の大きさは、3μmから10μmまでの大きさに微細化することができる場合を「適当」とする。以下、スタティックミキサーが適当に混合することができるエマルジョン燃料の流量をスタティックミキサーの許容量という。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a configuration diagram illustrating the water droplet refining apparatus according to the second embodiment. Here, the static mixer has a flow rate of liquid that can be appropriately mixed depending on the individual and type. Here, the case where the size of the water droplet can be reduced to a size of 3 μm to 10 μm is “appropriate”. Hereinafter, the flow rate of the emulsion fuel that can be appropriately mixed by the static mixer is referred to as an allowable amount of the static mixer.
スタティックミキサーは、例えば、外管の径が大きいほど許容量が増加する。仮に、スタティックミキサーの許容量よりも、スタティックミキサーに供給されるエマルジョン燃料の流量が少ない場合、燃料供給装置は、エマルジョン燃料に含まれる水滴の微細化が不十分になるおそれがある。 For example, the allowable amount of the static mixer increases as the diameter of the outer tube increases. If the flow rate of the emulsion fuel supplied to the static mixer is less than the allowable amount of the static mixer, the fuel supply device may not sufficiently refine the water droplets contained in the emulsion fuel.
これは、スタティックミキサー内でのエマルジョン燃料の圧力が不足して、例えば、エマルジョン燃料が図3に示す突起135と衝突する際のエネルギーが小さくなるためである。このようにして、燃料供給装置は、エマルジョン燃料に含まれる水滴の微細化が不十分になるおそれがある。
This is because the pressure of the emulsion fuel in the static mixer is insufficient, and for example, the energy when the emulsion fuel collides with the
また、仮に、図1に示す燃料ノズル524に供給しようとするエマルジョン燃料の流量が増加すると、スタティックミキサーに供給されるエマルジョン燃料の流量も増加する。これによって、スタティックミキサーの許容量よりも、スタティックミキサーに供給されるエマルジョン燃料の流量が多くなる場合、燃料供給装置は、スタティックミキサーでの圧力の損失によって、燃料ノズルに供給されるエマルジョン燃料が不足するおそれがある。
Further, if the flow rate of the emulsion fuel to be supplied to the
実施形態2の燃料供給装置200が備える水滴微細化装置230は、図1に示す燃料ノズル524に供給しようとするエマルジョン燃料の流量が変化しても、燃料ノズルに供給することができるエマルジョン燃料が不足するおそれを抑制することができると共に、エマルジョン燃料に含まれる水滴を微細化することができる点に特徴がある。以下、水滴微細化装置230の構成を説明する。
The water
水滴微細化装置230は、図4に示すように、第2ミキサーとしての大容量スタティックミキサー231と、第1ミキサーとしての小容量スタティックミキサー232と、バイパス管233と、燃料分配量調節手段としての大容量側バルブ234と、燃料分配量調節手段としての小容量側バルブ235とを備える。大容量スタティックミキサー231は、小容量スタティックミキサー232よりも、許容量が多いスタティックミキサーである。大容量側バルブ234及び小容量側バルブ235は、自身よりも下流側に流すエマルジョン燃料の流量を調節するためのバルブである。
As shown in FIG. 4, the water
燃料供給装置200は、燃料供給管121に、上流側から下流側に向かって順に、大容量側バルブ234と、大容量スタティックミキサー231とが配置される。また、燃料供給装置200は、バイパス管233が大容量側バルブ234及び大容量スタティックミキサー231をバイパスして設けられる。
In the
つまり、バイパス管233は、一方の端部が大容量側バルブ234よりも上流側の燃料供給管121に開口し、他方の端部が大容量スタティックミキサー231よりも下流側に開口する。燃料供給装置200は、バイパス管233に、上流側から下流側に向かって順に、小容量側バルブ235及び小容量スタティックミキサー232が配置される。
That is, one end of the
上記構成により、大容量側バルブ234が開弁し、小容量側バルブ235も開弁している場合には、燃料供給装置200は、大容量スタティックミキサー231及び小容量スタティックミキサー232の両方にエマルジョン燃料が供給される。
With the above configuration, when the large-
また、大容量側バルブ234が開弁し、小容量側バルブ235が閉弁している場合には、燃料供給装置200は、大容量スタティックミキサー231のみにエマルジョン燃料が供給される。
Further, when the large
また、大容量側バルブ234が閉弁し、小容量側バルブ235が開弁している場合には、燃料供給装置200は、小容量スタティックミキサー232のみにエマルジョン燃料が供給される。
Further, when the large
ガスタービン500のオペレータは、燃料ノズル524に供給する燃料の流量によって、大容量側バルブ234及び小容量側バルブ235を操作する。具体的には、例えば、図1に示す燃料ノズル524に供給しようとするエマルジョン燃料の流量を「最大」と「中間」と「最小」との三段階に分け、燃料ノズル524に供給しようとするエマルジョン燃料の流量が最大の段階の際には、オペレータは、大容量側バルブ234及び小容量側バルブ235を開弁する。
The operator of the
また、燃料ノズル524に供給しようとするエマルジョン燃料の流量が三段階の内の中間の段階の際には、オペレータは、大容量側バルブ234を開弁し、小容量側バルブ235を閉弁する。また、燃料ノズル524に供給しようとするエマルジョン燃料の流量が最小の段階の際には、オペレータは、大容量側バルブ234を閉弁し、小容量側バルブ235を開弁する。
When the flow rate of the emulsion fuel to be supplied to the
オペレータがこのように大容量側バルブ234及び小容量側バルブ235を操作することにより、燃料供給装置200は、燃料ノズル524に供給しようとするエマルジョン燃料の流量が、三段階の内最大の段階の際に、大容量スタティックミキサー231及び小容量スタティックミキサー232の両方にエマルジョン燃料が供給される。
When the operator operates the large-
また、燃料ノズル524に供給しようとするエマルジョン燃料の流量が三段階の内の中間の段階の際には、燃料供給装置200は、大容量スタティックミキサー231のみにエマルジョン燃料が供給される。また、燃料ノズル524に供給しようとするエマルジョン燃料の流量が最小の段階の際には、燃料供給装置200は、小容量スタティックミキサー232のみにエマルジョン燃料が供給される。
In addition, when the flow rate of the emulsion fuel to be supplied to the
これにより、燃料供給装置200は、燃料ノズル524に供給しようとするエマルジョン燃料の流量が変化しても、それにともなってオペレータが大容量側バルブ234及び小容量側バルブ235を操作することによって、水滴微細化装置230全体で扱えるエマルジョン燃料の流量が変化する。以下、水滴微細化装置全体で扱えるエマルジョン燃料の流量を水滴微細化装置全体の許容量という。
As a result, even if the flow rate of the emulsion fuel to be supplied to the
よって、燃料供給装置200は、燃料ノズル524に供給しようとするエマルジョン燃料の流量が変化しても、燃料ノズルに供給されるエマルジョン燃料が不足するおそれを抑制しつつ、エマルジョン燃料に含まれる水滴を微細化することができる。
Therefore, the
なお、水滴微細化装置230は、大容量側バルブ234及び小容量側バルブ235に替えて、エマルジョン燃料の流路を、大容量スタティックミキサー231側と、小容量スタティックミキサー232側とのうちのどちらか一方に切り替える切り替えバルブを備えてもよい。
The water
この場合、図1に示す燃料ノズル524に供給しようとするエマルジョン燃料の流量を例えば二段階に分け、燃料ノズル524に供給しようとするエマルジョン燃料の流量が多い段階の際には、オペレータは、前記切り替えバルブを大容量側バルブ234側に切り替える。また、燃料ノズル524に供給しようとするエマルジョン燃料の流量が少ない段階の際には、オペレータは、前記切り替えバルブを小容量側バルブ235側に切り替える。
In this case, the flow rate of the emulsion fuel to be supplied to the
このように、前記切り替えバルブを備える場合であっても、燃料供給装置200は、燃料ノズル524に供給しようとするエマルジョン燃料の流量が変化しても、それにともなってオペレータが前記切り替えバルブを操作することによって、水滴微細化装置230全体の許容量が変化する。
As described above, even when the switching valve is provided, the
よって、燃料供給装置200は、燃料ノズルに供給されるエマルジョン燃料が不足するおそれを抑制しつつ、エマルジョン燃料に含まれる水滴を微細化することができる。さらに、前記切り替えバルブを備えることにより、水滴微細化装置230は、必要なバルブの数が低減される。よって、水滴微細化装置230は、構成の複雑化を抑制することができる。
Therefore, the
(実施形態3)
図5は、実施形態3の水滴微細化装置を示す構成図である。実施形態2の水滴微細化装置230は、オペレータによって大容量側バルブ234と小容量側バルブ235とが操作されたが、図5に示す実施形態3の燃料供給装置300は、自動で大容量側バルブ234の開度と小容量側バルブ235の開度とが変更される。
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a configuration diagram illustrating the water droplet refining apparatus according to the third embodiment. In the water
水滴微細化装置330は、燃料分配量調節手段としての大容量側流量調整装置334と、燃料分配量調節手段としての小容量側流量調整装置335と、圧力損失測定手段としての大容量側圧力損失測定装置336と、圧力損失測定手段としての小容量側圧力損失測定装置337と、制御装置340とを含んで構成される。
The water
大容量側流量調整装置334は、水供給管122が燃料供給管121に開口する部分と、大容量スタティックミキサー231との間の燃料供給管121に設けられる。これにより、大容量側流量調整装置334は、大容量スタティックミキサー231に供給するエマルジョン燃料の流量を調節する。
The large capacity flow
小容量側流量調整装置335は、小容量スタティックミキサー232よりも上流側のバイパス管233に設けられる。これにより、小容量側流量調整装置335は、小容量スタティックミキサー232に供給するエマルジョン燃料の流量を調節する。大容量側流量調整装置334及び小容量側流量調整装置335は、例えば、それぞれ弁体と、弁体を動作させるモーターやアクチュエータなどの駆動装置とを含んで構成される。
The small capacity flow
大容量側圧力損失測定装置336は、大容量側流量調整装置334と大容量スタティックミキサー231との間の燃料供給管121内の圧力と、大容量スタティックミキサー231よりも下流側の圧力との差を測定する。つまり、大容量側圧力損失測定装置336は、エマルジョン燃料が大容量スタティックミキサー231を通過する際の圧力の損失を測定する。
The large-capacity pressure
小容量側圧力損失測定装置337は、小容量側流量調整装置335と小容量スタティックミキサー232との間のバイパス管233内の圧力と、小容量スタティックミキサー232よりも下流側の圧力との差を測定する。つまり、小容量側圧力損失測定装置337は、エマルジョン燃料が小容量スタティックミキサー232を通過する際の圧力の損失を測定する。
The small capacity side pressure
制御装置340は、大容量側圧力損失測定装置336及び小容量側圧力損失測定装置337に電気的に接続される。これにより、制御装置340は、大容量側圧力損失測定装置336及び小容量側圧力損失測定装置337から、エマルジョン燃料が大容量スタティックミキサー231を通過する際に損失した圧力及びエマルジョン燃料が小容量スタティックミキサー232を通過する際に損失した圧力を取得する。
The
また、制御装置340は、大容量側流量調整装置334及び小容量側流量調整装置335の駆動装置と電気的に接続される。これにより、制御装置340は、前記駆動装置を制御する。以下に、制御装置340が大容量側圧力損失測定装置336及び小容量側圧力損失測定装置337から取得した値に基づいて、大容量側流量調整装置334及び小容量側流量調整装置335を制御する具体的な一例を説明する。
Further, the
以下、大容量側圧力損失測定装置336の値、つまり大容量スタティックミキサー231での圧力の損失を大容量側圧損P1とする。また、小容量側圧力損失測定装置337の値、つまり小容量スタティックミキサー232での圧力の損失を小容量側圧損P2とする。
Hereinafter, the value of the large-capacity pressure
また、大容量スタティックミキサー231での圧力の損失の許容値を大容量側許容最小値P1min以上大容量側許容最大値P1max以下の範囲とする。つまり、この範囲であれば、大容量スタティックミキサー231に供給されるエマルジョン燃料の流量が適当の範囲となり、大容量スタティックミキサー231は、大容量スタティックミキサー231に供給されるエマルジョン燃料に含まれる水滴を3μmから10μmの大きさまで微細化することができる。
In addition, the allowable value of the pressure loss in the large capacity
また、小容量スタティックミキサー232での圧力の損失の許容値を小容量側許容最小値P2min以上小容量側許容最大値P2max以下の範囲とする。つまり、この範囲であれば、小容量スタティックミキサー232に供給されるエマルジョン燃料の流量が適当の範囲となり、小容量スタティックミキサー232は、小容量スタティックミキサー232に供給されるエマルジョン燃料に含まれる水滴を3μmから10μmの大きさまで微細化することができる。
Further, the allowable value of the pressure loss in the small-capacity
制御装置340は、大容量側圧損P1が、大容量側許容最小値P1min以上大容量側許容最大値P1max以下の場合は、大容量側流量調整装置334を開弁とし、小容量側流量調整装置335を閉弁とする。これにより、水滴微細化装置330全体の許容量は、三段階のうち中間の段階に設定される。
When the large-capacity side pressure loss P1 is not less than the large-capacity side allowable minimum value P1min and not more than the large-capacity side allowable maximum value P1max, the
また、制御装置340は、小容量側圧損P2が、小容量側許容最小値P2min以上小容量側許容最大値P2max以下の場合は、大容量側流量調整装置334を閉弁とし、小容量側流量調整装置335を開弁とする。これにより、水滴微細化装置330全体の許容量は、三段階のうち最小の段階に設定される。
Further, the
また、制御装置340は、大容量側圧損P1が大容量側許容最大値P1maxを超える場合は、大容量側流量調整装置334及び小容量側流量調整装置335を共に開弁とする。これにより、水滴微細化装置330全体の許容量は、三段階のうち最大の段階に設定される。
In addition, when the large-capacity pressure loss P1 exceeds the large-capacity allowable maximum value P1max, the
ここで、水滴微細化装置330全体の許容量が、三段階のうち最大の段階に設定されている時に、大容量側圧損P1が大容量側許容最小値P1min未満になった場合、または、小容量側圧損P2が小容量側許容最小値P2min未満になった場合、制御装置340は、小容量側流量調整装置335のみを閉弁する。これにより、水滴微細化装置330全体の許容量は、三段階のうち中間の段階に設定される。
Here, when the allowable amount of the entire water
水滴微細化装置330全体の許容量が、三段階のうち中間の段階に設定されている時に、大容量側圧損P1が、大容量側許容最小値P1min未満になった場合、制御装置340は、大容量側流量調整装置334を閉弁し、小容量側流量調整装置335を開弁する。これにより、水滴微細化装置330全体の許容量は、三段階のうち最小の段階に設定される。
When the allowable amount of the entire water
また、水滴微細化装置330全体の許容量が、三段階のうち中間の段階に設定されている時に、大容量側圧損P1が、大容量側許容最大値P1maxを超える場合、制御装置340は、小容量側流量調整装置335を開弁する。これにより、水滴微細化装置330全体の許容量は、三段階のうち最大の段階に設定される。
Further, when the allowable amount of the entire water
水滴微細化装置330全体の許容量が、三段階のうち最小の段階に設定されている時に、小容量側圧損P2が、小容量側許容最大値P2maxを超える場合、制御装置340は、大容量側流量調整装置334を開弁し、小容量側流量調整装置335を閉弁する。これにより、水滴微細化装置330全体の許容量は、三段階のうち中間の段階に設定される。
When the allowable amount of the entire water
このように、制御装置340は、大容量側圧力損失測定装置336及び小容量側圧力損失測定装置337から大容量側圧損P1及び小容量側圧損P2を定期的に取得して、大容量側圧損P1及び小容量側圧損P2に基づいて大容量側流量調整装置334及び小容量側流量調整装置335を制御する。
Thus, the
上記構成により、燃料供給装置300は、図1に示す燃料ノズル524に供給しようとするエマルジョン燃料の流量が変化しても、大容量側圧損P1及び小容量側圧損P2に基づいて、制御装置340が自動で大容量側流量調整装置334及び小容量側流量調整装置335を制御する。これにより、燃料供給装置300は、水滴微細化装置330全体の許容量が自動で調節される。
With the above configuration, the
これにより、燃料供給装置300は、オペレータの操作を必要とせずに、水滴微細化装置330での圧力の損失に起因する燃料ノズルに供給されるエマルジョン燃料が不足するおそれを抑制することができる。また、燃料供給装置300は、水滴微細化装置330に供給されるエマルジョン燃料の流量が、水滴微細化装置330の許容量に対して過小となることに起因するエマルジョン燃料に含まれる水滴の微細化が不十分となるおそれを抑制することができる。
Thereby, the
(実施形態4)
図6は、実施形態4の水滴微細化装置を示す構成図である。実施形態4の燃料供給装置400は、図5に示す制御装置340に替えて制御装置440を備える点で実施形態3の燃料供給装置300と異なる。制御装置440は、図1に示すガスタービン500に燃焼振動が生じた際に、大容量側流量調整装置334及び小容量側流量調整装置335を制御して前記燃焼振動を抑制する点に特徴がある。
(Embodiment 4)
FIG. 6 is a configuration diagram illustrating a water droplet refining apparatus according to a fourth embodiment. The
上述したように、エマルジョン燃料を燃焼させるガスタービンでは、エマルジョン燃料に含まれる水滴の大きさが変化すると、前記水が蒸発する時期が変化する。具体的には、水滴微細化装置430の許容量が、実際に水滴微細化装置430に供給されているエマルジョン燃料の流量よりも大きくなると、エマルジョン燃料に含まれる水滴の大きさが大きくなる。これにより、前記水が蒸発する時期は、現在よりも遅くなる。
As described above, in the gas turbine that burns the emulsion fuel, when the size of the water droplets contained in the emulsion fuel changes, the time when the water evaporates changes. Specifically, when the allowable amount of the water
また、水滴微細化装置430全体の許容量が、実際に水滴微細化装置430に供給されているエマルジョン燃料の流量よりも小さくなると、エマルジョン燃料に含まれる水滴の大きさが小さくなって、前記水が蒸発する時期が現在よりも早くなる。
Further, when the allowable amount of the entire water
このように、前記水滴の大きさが変化すると、前記水が蒸発する時期が変化して、エマルジョン燃料に含まれる油燃料の液滴の大きさが変化する。すると、前記油燃料が燃焼する時期が変化して、結果として、ガスタービン500は、エマルジョン燃料の燃焼速度が変化する。
Thus, when the size of the water droplets changes, the time when the water evaporates changes, and the size of the oil fuel droplets contained in the emulsion fuel changes. Then, the timing when the oil fuel burns changes, and as a result, the
一般的に、燃焼振動が生じた際は、燃料の燃焼速度を変化させることで前記燃焼振動を抑制することができる。制御装置440は、この原理に基づいて、エマルジョン燃料に含まれる水滴の大きさを変化させて、燃焼振動を抑制する。以下に、燃焼振動が生じた際に、制御装置440が、大容量側流量調整装置334及び小容量側流量調整装置335の状態を現在から変化させる具体的な一例を説明する。
Generally, when combustion vibration occurs, the combustion vibration can be suppressed by changing the combustion speed of the fuel. Based on this principle, the
例えば、水滴微細化装置430全体の許容量が、三段階のうち最大の段階に設定されている時に燃焼振動が生じた場合、制御装置440は、小容量側流量調整装置335のみを閉弁する。これにより、水滴微細化装置430全体の許容量は、三段階のうち中間の段階に変化する。
For example, when combustion vibration occurs when the allowable amount of the entire water
また、例えば、水滴微細化装置430全体の許容量が、三段階のうち中間の段階に設定されている時に燃焼振動が生じた場合、制御装置440は、小容量側流量調整装置335を開弁する。これにより、水滴微細化装置430全体の許容量は、三段階のうち最大の段階に変化する。または、大容量側流量調整装置334を閉弁し、小容量側流量調整装置335を開弁する。これにより、水滴微細化装置430全体の許容量は、三段階のうち最小の段階に変化する。
Further, for example, when combustion vibration occurs when the allowable amount of the entire water
また、例えば、水滴微細化装置430全体の許容量が、三段階のうち最小の段階に設定されている時に燃焼振動が生じた場合、制御装置440は、大容量側流量調整装置334を開弁し、小容量側流量調整装置335を閉弁する。これにより、水滴微細化装置430全体の許容量は、三段階のうち中間の段階に変化する。
For example, when combustion vibration occurs when the allowable amount of the entire water
上記構成により、燃料供給装置400は、制御装置440がエマルジョン燃料に含まれる水滴の大きさを調節して燃焼振動を抑制することができる。
With the above configuration, the
100、200、300、400 燃料供給装置
111 油燃料タンク
112 水タンク
113 油燃料管
114 水管
115 油燃料ポンプ
116 水ポンプ
117 油燃料分配器
118 水分配器
121 燃料供給管(燃料供給通路)
122 水供給管
130、230、330、430 水滴微細化装置(水滴微細化手段)
131 スタティックミキサー(ミキサー)
132 外管
133 羽根(静止部材)
134 羽根(静止部材)
135 突起(静止部材)
231 大容量スタティックミキサー(第2ミキサー)
232 小容量スタティックミキサー(第1ミキサー)
233 バイパス管
234 大容量側バルブ(燃料分配量調節手段)
235 小容量側バルブ(燃料分配量調節手段)
334 大容量側流量調整装置(燃料分配量調節手段)
335 小容量側流量調整装置(燃料分配量調節手段)
336 大容量側圧力損失測定装置(圧力損失測定手段)
337 小容量側圧力損失測定装置(圧力損失測定手段)
340、440 制御装置
500 ガスタービン
510 圧縮部
520 燃焼部
521 燃焼器
530 タービン部
540 排気部
100, 200, 300, 400
122
131 Static mixer
132
134 Blade (stationary member)
135 Protrusion (stationary member)
231 Large capacity static mixer (second mixer)
232 Small static mixer (first mixer)
233
235 Small capacity side valve (Fuel distribution adjustment means)
334 Large-capacity side flow control device (Fuel distribution adjustment device)
335 Small-capacity side flow rate adjustment device (Fuel distribution adjustment means)
336 Large-capacity pressure loss measuring device (pressure loss measuring means)
337 Small volume side pressure loss measuring device (pressure loss measuring means)
340, 440
Claims (4)
前記燃料供給通路を流れる前記エマルジョン燃料に含まれる前記水の液滴を微細化する水滴微細化手段と、
を備え、
前記水滴微細化手段は、
前記エマルジョン燃料を掻き混ぜる複数のミキサーと、
前記複数のミキサーよりも前記エマルジョン燃料の流れの上流側に設けられて、前記各ミキサーに分配する前記エマルジョン燃料の流量を調節可能な燃料分配量調節手段と、
を含んで構成され、
前記エマルジョン燃料が前記ミキサーを通過する際に損失した圧力を測定可能な圧力損失測定手段を備え、
前記燃料分配量調節手段によって前記各ミキサーに分配される前記エマルジョン燃料の流量を、前記圧力損失測定手段が測定した値に基づいて変更することを特徴とする燃料供給装置。 A fuel supply passage capable of supplying emulsion fuel mixed with oil fuel and water to the combustor;
Water droplet refining means for refining the water droplets contained in the emulsion fuel flowing through the fuel supply passage;
With
The water droplet refining means includes
A plurality of mixers for stirring the emulsion fuel;
A fuel distribution amount adjusting means provided upstream of the plurality of mixers in the flow of the emulsion fuel and capable of adjusting the flow rate of the emulsion fuel distributed to the mixers;
Comprising
Pressure loss measuring means capable of measuring the pressure lost when the emulsion fuel passes through the mixer;
The fuel supply apparatus, wherein the flow rate of the emulsion fuel distributed to the mixers by the fuel distribution amount adjusting means is changed based on a value measured by the pressure loss measuring means.
前記燃料分配量調節手段によって前記各ミキサーに分配される前記エマルジョン燃料の流量を変更することを特徴とする請求項1に記載の燃料供給装置。 If the combustor produces combustion oscillations when burning the emulsion fuel,
2. The fuel supply apparatus according to claim 1, wherein the flow rate of the emulsion fuel distributed to each mixer is changed by the fuel distribution amount adjusting means.
前記エマルジョン燃料が流動可能な外管の内部に静止部材が固定されて構成されるスタティックミキサーを含んで構成されることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料供給装置。 The water droplet refining means includes
The fuel supply apparatus according to claim 1 or 2, further comprising a static mixer configured such that a stationary member is fixed inside an outer pipe through which the emulsion fuel can flow.
前記燃料供給装置から供給された前記エマルジョン燃料を燃焼させる燃焼器と、
前記エマルジョン燃料が燃焼した燃焼ガスのエネルギーを回転エネルギーに変換するタービン部と、
を備え、
前記燃料供給装置は、
前記エマルジョン燃料を前記燃焼器に供給可能な燃料供給通路と、
前記燃料供給通路を流れる前記エマルジョン燃料に含まれる前記水の液滴を微細化する水滴微細化手段と、
を備え、
前記水滴微細化手段は、
前記エマルジョン燃料を掻き混ぜる複数のミキサーと、
前記複数のミキサーよりも前記エマルジョン燃料の流れの上流側に設けられて、前記各ミキサーに分配する前記エマルジョン燃料の流量を調節可能な燃料分配量調節手段と、
を含んで構成され、
前記エマルジョン燃料が前記ミキサーを通過する際に損失した圧力を測定可能な圧力損失測定手段を備え、
前記燃料分配量調節手段によって前記各ミキサーに分配される前記エマルジョン燃料の流量を、前記圧力損失測定手段が測定した値に基づいて変更することを特徴とするガスタービン。 A fuel supply device for supplying an emulsion fuel in which oil fuel and water are mixed;
A combustor for combusting the emulsion fuel supplied from the fuel supply device;
A turbine section that converts energy of combustion gas combusted by the emulsion fuel into rotational energy;
With
The fuel supply device includes:
A fuel supply passage capable of supplying the emulsion fuel to the combustor;
Water droplet refining means for refining the water droplets contained in the emulsion fuel flowing through the fuel supply passage;
With
The water droplet refining means includes
A plurality of mixers for stirring the emulsion fuel;
A fuel distribution amount adjusting means provided upstream of the plurality of mixers in the flow of the emulsion fuel and capable of adjusting the flow rate of the emulsion fuel distributed to the mixers;
Comprising
Pressure loss measuring means capable of measuring the pressure lost when the emulsion fuel passes through the mixer;
A gas turbine characterized in that the flow rate of the emulsion fuel distributed to the mixers by the fuel distribution amount adjusting means is changed based on a value measured by the pressure loss measuring means.
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