燃气轮机燃烧器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃气轮机燃烧器，尤其涉及能够用相同的燃烧器使发热量不同的两种燃料气体稳定燃烧的燃气轮机燃烧器。
【背景技术】
[0002]近年来，从发电成本的降低、资源的有效利用及防止地球变暖的观点出发，研究了在制铁厂衍生的高炉气体或焦炭炉气体的有效利用。高炉气体是在制铁工序中产生，以一氧化碳或氢气为主要可燃成分的难燃性气体，是发热量大约为1000kcal/m3N的所谓低卡路里气体。因此，难以从燃气轮机的点火开始在额定负荷范围以高炉气体专烧运转，为了从点火在燃烧温度低的部分负荷范围稳定地运转(燃烧)，需要在高炉气体中混合含有氢气的焦炭炉气体等并使发热量高地运转(增热)、或另外设置液体燃料等起动用燃料。
[0003]另一方面，焦炭炉气体是在制造作为高炉的原料的焦炭时产生的衍生气体，以氢气与甲烷为主成分的发热量为4000kcal/m3N?5000kcal/m3N的中卡路里气体。由于含有氢气而发热量比高炉气体高，因此，用于高炉气体燃烧燃气轮机的增热用气体、焦炭炉气体燃烧燃气轮机的主要燃料等。
[0004]以使高炉气体等低卡路里气体稳定地燃烧为目的，具有具备设于燃烧嘴的径向的中心部的起动用油喷嘴、在其外周配置气体喷孔的内周旋流器、以及在其外周交替地配置气体喷孔与空气喷孔的外周旋流器的燃气轮机燃烧器(例如参照专利文献1)。
[0005]—般地，在利用旋转喷流保炎的燃烧嘴中，为了保持火焰，需要在燃烧嘴的径向中心部附近形成燃烧气体循环且对从燃烧嘴喷出的燃料与空气施加热的循环气体区域。
[0006]根据专利文献1记载的燃气轮机燃烧器，通过在内周旋流器只配置气体喷孔且供给大部分的燃料，利用大量的低卡路里气体的动量形成较强的旋转流。由此，对保炎进行强化。另外，从内周旋流器喷出的燃料一边与从外周旋流器喷出的空气混合一边被吸入循环气体区域内，因此，即使该旋流器内的氧不足也能进行低卡路里气体的稳定燃烧。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献1:日本特开平5-86902号公报
[0009]以高炉气体为主要燃料的燃气轮机发电设备以往在高炉设备的维护时，不得不长时间停止发电。但是，近年来，即使在高炉设备的维护期间，例如以焦炭炉气体为代替燃料而发电的需求也变高。为了实现这种需求，在燃气轮机发电设备中，需要具备能以相同的燃烧嘴使发热量不同的两种气体稳定燃烧的燃烧器。
[0010]为了以相同燃烧嘴使发热量不同的两种气体燃烧，存在以下课题。
[0011]例如，在以低卡路里气体为主要燃料的燃气轮机发电设备中，在高炉设备的维护时，使主要燃料从高炉气体改变为焦炭炉气体的情况下，焦炭炉气体与高炉气体等低卡路里气体相比，发热量大约高4倍，因此，供给到燃烧器的燃料流量与发热量的增加平衡地变少，为低卡路里气体的四分之一左右。因此，当利用低卡路里燃烧燃烧嘴的气体喷孔使焦炭炉气体燃烧时，焦炭炉气体燃料的喷出流速极端地变慢，因此，存在燃烧气体的旋转流变弱，保炎性能显著下降的课题。
[0012]另一方面，当假想向设计为焦炭炉气体的样式的燃烧嘴供给高炉气体的情况时，供给到燃烧器的燃料流量为焦炭炉气体的大约4倍多。因此，燃料喷嘴的压力比(燃料供给压力/燃烧器内压力)变高，不得不使燃料的供给压力与通常相比为高压条件。其结果，除了产生成本上升之外，存在燃料喷出流速极端变快，无法进行难燃性气体的保炎的课题。
[0013]另外，在低卡路里气体样式的燃烧嘴的情况下，气体喷孔的面积变大，因此，不得不使气体喷孔以面向燃烧室的方式开口。在该情况下，在用起动用燃料进行运转时，在产生燃烧器间的压力不平衡时，存在燃烧气体容易通过气体喷孔逆流至其他缸之类的课题。
【发明内容】
[0014]本发明是基于上述情况而完成的，其目的在于提供能用相同燃烧嘴使发热量不同的两种气体燃料稳定燃烧的燃气轮机燃烧器。
[0015]为了解决上述课题，例如采用保护范围所记载的结构。本申请包括多个解决上述课题的机构，如果列举其一例，则在具备用于使燃料与空气混合并燃烧的燃烧室、配置于上述燃烧室的上游且用于向上述燃烧室内喷射上述燃料与上述空气并保持火焰的燃烧嘴的燃气轮机燃烧器中，上述燃烧嘴具有在圆周方向上交替地设置多个燃料喷孔与空气喷孔的第一旋流器、设有能喷射燃料或空气的多个喷孔的第二旋流器，上述第二旋流器配置于上述第一旋流器的外周，上述第二旋流器的喷孔的宽度形成得比上述第一旋流器的空气喷孔的宽度大。
[0016]本发明的效果如下。
[0017]根据本发明，能用相同的燃烧嘴使高炉气体等N2、0)2含有量多的难燃性气体和焦炭炉气体等发热量比高炉气体高的气体稳定燃烧。其结果，能提供在高炉设备的维护期间也能例如以焦炭炉气体等为主要燃料稳定燃烧的燃气轮机燃烧器。
【附图说明】
[0018]图1是与燃气轮机设备整体的示意图一起表示本发明的燃气轮机燃烧器的第一实施方式的主要部分的侧剖视图的概略结构图。
[0019]图2是从燃烧室侧观察构成本发明的燃气轮机燃烧器的第一实施方式的燃烧嘴的主视图。
[0020]图3是从A-A向视观察图2所示的燃烧嘴的剖视图。
[0021]图4是表示在构成本发明的燃气轮机燃烧器的第一实施方式的燃烧嘴中，各喷孔相对于燃料的种类的喷射流体的表图。
[0022]图5是从燃烧室侧观察构成现有的燃气轮机燃烧器的燃烧嘴的主视图。
[0023]图6A是一并表示构成本发明的燃气轮机燃烧器的第一实施方式的燃烧嘴的主要部分的侧剖视图与燃料系统的一概略结构图。
[0024]图6B是一并表示构成本发明的燃气轮机燃烧器的第一实施方式的燃烧嘴的主要部分的侧剖视图与燃料系统的另一概略结构图。
[0025]图7A是一并表示构成本发明的燃气轮机燃烧器的第一实施方式的燃烧嘴的主视图与焦炭炉气体燃烧时的燃料系统的概略结构图。
[0026]图7B是表示在本发明的燃气轮机燃烧器的第一实施方式中，焦炭炉气体燃烧时的焦炭炉气体的流量与抽气空气的流量特性的特性图。
[0027]图8A是一并表示构成本发明的燃气轮机燃烧器的第一实施方式的燃烧嘴的主视图与高炉气体燃烧时的燃料系统的概略结构图。
[0028]图8B是表示在本发明的燃气轮机燃烧器的第一实施方式中，高炉气体燃烧时的第一旋流器与第二旋流器的喷出流体的流量特性的特性图。
[0029]图9是从燃烧室侧观察构成本发明的燃气轮机燃烧器的第二实施方式的燃烧嘴的主视图。
[0030]图10是从B-B向视观察图9所示的燃烧嘴的剖视图。
[0031]图中:2—压缩机，3—燃烧器，4一祸轮机，5—燃气轮机，6—发电机，8—起动用马达，10—外筒，11 一流动套筒，12—燃烧室，13—燃烧空气孔，30—控制装置，50—循环气体区域，90—高炉气体，101—空气，102—压缩空气(燃烧空气)，140—燃烧气体，201—第一旋流器的空气喷孔，201a—第一旋流器内的空气流道，202—第一旋流器的气体喷孔，203—第二旋流器的气体喷孔，300—燃烧嘴，310—燃料喷嘴机身，380—焦炭炉气体，401—第一旋流器(内周旋流器)，402—第二旋流器(外周旋流器)，450—由高炉气体产生的内周火焰，451—由高炉气体产生的外周火焰，452—由焦炭炉气体产生的火焰，501—第一燃料系统(第一旋流器)，50la—第一燃料系统的流量调节阀，502—第二燃料系统(第二旋流器)，502a—第二燃料系统的流量调节阀，601—高炉气体的供给系统，601a—高炉气体的供给系统的流量调节阀，602—焦炭炉气体的供给系统，602a—焦炭炉气体的供给系统的流量调节阀，701—抽气空气系统，701a—来自燃气轮机车室的抽气空气，702—抽气空气流量调节阀，800—轻油或A重油等起动用液体燃料喷嘴，938—增热气体(在高炉气体中混合焦炭炉气体)，938A—气体混合装置。
【具体实施方式】
[0032]下面，使用【附图说明】本发明的燃气轮机燃烧器的实施方式。
[0033][实施例一]
[0034]图1是与燃气轮机设备整体的示意图一起表示本发明的燃气轮机燃烧器的第一实施方式的主要部分的侧剖视图的概略结构图。在本实施方式中，作为燃气轮机的低卡路里气体燃料使用高炉气体90，作为中卡路里气体燃料使用焦炭炉气体380。
[0035]燃气轮机5由压缩机2、燃烧器3、涡轮机4、发电机6及起动用马达8等构成。在燃气轮机5中，压缩机2压缩从大气吸入的空气101，并将燃烧空气102向燃烧器3供给。在燃烧器3中，利用由压缩机2压缩的燃烧空气102与燃气轮机的起动用燃料(在此，为在高炉气体90中混合了焦炭炉气体380而成的增热气体938)点火，产生燃烧气体140并向涡轮机4供给。涡轮机4通过供给燃烧气体140的供给而赋予旋转动力，将涡轮机4的