DE112013002290T5

DE112013002290T5 - Spülverfahren und Spüleinheit für Gasturbinenbrennkammer

Info

Publication number: DE112013002290T5
Application number: DE112013002290.7T
Authority: DE
Inventors: c/o Mitsubishi Heavy Industrie Ochiai Yoshiaki
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-05-02
Filing date: 2013-04-24
Publication date: 2015-02-05
Also published as: WO2013164966A1; JP5946690B2; JP2013231415A; CN104136744A; US9447730B2; KR101606310B1; US20130291547A1; KR20140124864A; CN104136744B

Abstract

Es ist ein Spülverfahren und eine Spüleinheit für eine Gasturbinenbrennkammer vorgesehen, welche in der Lage sind, eine Abweichung eines Abgas-Umweltrichtlinienwerts von einem Regulierungsbereich für den Fall effektiv zu verhindern, dass eine Gasturbinenbrennkammer eines Dualbrennstofftyps verwendet wird. Die Gasturbinenbrennkammer 1 ist mit Düsen 4A und 4B versehen. Die Düsen 4A und 4B kommunizieren mit einer Ölbrennstoffleitung 24, in welcher Ölbrennstoff 20 strömt, und einer Gasbrennstoffleitung 26, in welcher Gasbrennstoff 22 strömt, und sind in der Lage, einen Einspritzbrennstoff zwischen dem Ölbrennstoff 20 und dem Gasbrennstoff 22 umzuschalten. Ein Spülverfahren für die Gasturbine 1 umfasst einen ersten Spülschritt zum Spülen der Ölbrennstoffleitung 24 zumindest mit Wasser, unmittelbar nachdem der Einspritzbrennstoff von dem Ölbrennstoff 20 zu dem Gasbrennstoff 22 umgeschaltet worden ist, und einen zweiten Spülschritt zum Spülen der Ölbrennstoffleitung 24 zumindest mit Wasser, unmittelbar bevor der Einspritzbrennstoff von dem Gasbrennstoff 22 zu dem Ölbrennstoff 20 umgeschaltet wird.

Description

[Technisches Gebiet der Erfindung]
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Spülverfahren und eine Spüleinheit für eine Gasturbinenbrennkammer eines Dualbrennstofftyps, die mit einer Düse versehen ist, welche in der Lage ist, einen Einspritzbrennstoff zwischen Ölbrennstoff und Gasbrennstoff umzuschalten.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Um mit verschiedenen Typen von Brennstoff kompatibel zu sein, einschließlich flüssigem Ölbrennstoff, wie etwa Ölbrennstoff, Dieselbrennstoff und verflüssigtes Erdgas (LPG: ”liquefied petroleum gas”), und Gasbrennstoff, wie etwa Naturgas und Kohlegas, ist eine Gasturbinenbrennkammer eines Dualbrennstofftyps bekannt, die in der Lage ist, den zu verwendenden Brennstoff zwischen dem Ölbrennstoff und dem Gasbrennstoff umzuschalten.
In einer Gasturbinenbrennkammer eines Dualbrennstofftyps ist es notwendig, dass, sobald der zu verwendende Brennstoff von Ölbrennstoff zu Gasbrennstoff umgeschaltet wird, der Ölbrennstoff in einem Durchlass (eine Ölbrennstoffleitung) verbleibt, damit der Ölbrennstoff einer Düse zugeführt wird. Dieses restliche Öl verkokt, indem es einer Hochtemperaturumgebung ausgesetzt wird, die aus einer Verbrennung des Gasbrennstoffs resultiert. Dies bewirkt eine Verstopfung der Düse. Sogar falls die Düse nicht vollständig verstopft ist, weicht eine Brennstoffeinspritzmenge von der Düse in einigen Fällen von einem gewünschten Wert ab, was in einer Erzeugung einer Verbrennungsoszillation, einer Abweichung eines Abgas-Umweltrichtlinienwerts (NOx-Menge, CO-Menge) von einem Regulierungsbereich usw. resultieren könnte. Sobald eine Störung, wie etwa eine Verstopfung der Düse und die Abweichung von dem gewünschten Wert der Brennstoffeinspritzmenge auftritt, muss die Düse, bei welcher die Störung aufgetreten ist, entfernt werden, um die Düse zu reinigen. Dadurch muss die Gasturbine zeitweise ausgeschaltet sein, wodurch keine Energieerzeugung durchgeführt wird.
Deshalb ist eine Spültechnik vorgeschlagen, um restliches Öl aus jedem System durch Spülen eines Haupt-Ölbrennstoffsystems und eines Pilot-Ölbrennstoffsystems mit Wasser oder Gas auf eine zeitteilende Art und Weise, nachdem der zu verwendende Brennstoff von Ölbrennstoff zu Gasbrennstoff umgeschaltet worden ist, ablaufen zu lassen (s. Patentliteratur 1).
Es wurde überlegt, dass die vorstehend erwähnten Störungen, die durch Verkoken des restlichen Öls (Verstopfung der Düse und Abweichung der Brennstoffeinspritzmenge von dem gewünschten Wert) bewirkt werden, durch die vorstehende Spültechnik verhindert werden könnten, d. h. durch Spülen, unmittelbar nachdem der Betrieb von einem Ölfeuerungsbetrieb zu einem Gasfeuerungsbetrieb umgeschaltet worden ist, damit erzwungen wird, dass der in dem Ölbrennstoffsystem verbliebene flüssige Ölbrennstoff (das restliche Öl vor dem Verkoken) ausgestoßen wird.
[Patentliteratur]

PTL 1: JP 4317628 B

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
[Technisches Problem]
In den vergangenen Jahren sind Umweltrichtlinien strenger geworden, und für den Fall, dass die Gasturbinenbrennkammer eines Dualbrennstofftyps verwendet wird, ist das Thema einer Abweichung des Abgas-Umweltrichtlinienwerts von dem Regulierungsbereich zutage getreten.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben Studien über die Ursache der Abweichung des Abgas-Umweltrichtlinienwerts von dem Regulierungsbereich gemacht, was gelegentlich bei der Gasturbine auftritt, die mit der Gasturbinenbrennkammer eines Dualbrennstofftyps ausgestattet ist. Demgemäß haben die Erfinder herausgefunden, dass entgegen der herkömmlichen Auffassung die in Patentliteratur 1 beschriebene Spültechnik das restliche Öl nicht immer vollständig aus der Ölbrennstoffleitung entfernt. Nachstehend sind mögliche Gründe beschrieben, weshalb das restliche Öl in der Ölbrennstoffleitung nicht vollständig entfernt werden kann, sogar indem die Ölbrennstoffleitung mit Nasser oder Luft gemäß der Spültechnik aus Patentliteratur 1 gespült wird, unmittelbar nachdem der Betrieb von dem Ölfeuerungsbetrieb zu dem Gasfeuerungsbetrieb umgeschaltet worden ist.
Insbesondere verbleibt, sogar wenn der größte Teil des flüssigen Ölbrennstoffs aus der Ölbrennstoffleitung ausgestoßen wird, indem die Ölbrennstoffleitung gespült wird, unmittelbar nachdem der Betrieb von dem Ölfeuerungsbetrieb zu dem Gasfeuerungsbetrieb umgeschaltet worden ist, zumindest etwas von dem flüssigen Ölbrennstoff in einem Stagnationsabschnitt der Strömung in der Ölbrennstoffleitung (einschließlich einer Ölwanne). Und wenn sogar eine kleine Menge an restlichem Ölbrennstoff in dem Strömungspfad vorliegt, wird der restliche Ölbrennstoff der Hochtemperaturumgebung während des Gasfeuerungsbetriebs ausgesetzt und beginnt, sich in eine Hochviskositätssubstanz (z. B. eine Gel-ähnliche Substanz, die ausgebildet wird, wenn der restliche Ölbrennstoff eine Oxidierung, eine Entartung, eine Polymerisierung, ein Trocknen, eine Karbonisation usw. durchläuft) umzuwandeln, unmittelbar nachdem der Betrieb zu dem Gasfeuerungsbetrieb umgeschaltet worden ist. Da diese Substanz eine hohe Viskosität aufweist, sogar wenn die Ölbrennstoffleitung wiederholend mit Nasser oder Gas gespült wird, unmittelbar nachdem der Betrieb von dem Ölfeuerungsbetrieb zu dem Gasfeuerungsbetrieb umgeschaltet worden ist, ist es schwierig, diese Hochviskositätssubstanz aus der Ölbrennstoffleitung vollständig zu entfernen. Sobald ferner der Gasfeuerungsbetrieb in diesem Zustand beginnt, wird die Hochviskositätssubstanz, die der Hochtemperaturumgebung für eine lange Zeitperiode ausgesetzt worden ist, trocken und wandelt sich in eine verfestigte Substanz (oder halbverfestigte Substanz) um. Sobald der Betrieb zu dem Ölfeuerungsbetrieb zurückgeschaltet wird, tritt eine Störung der Brennstoffeinspritzung von der Düse auf, wodurch eine Abweichung des Abgas-Umweltrichtlinienwerts von dem Regulierungsbereich bewirkt wird.
In Anbetracht des vorstehenden Problems besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Spülverfahren und eine Spüleinheit für eine Gasturbinenbrennkammer bereitzustellen, welche in der Lage sind, für den Fall, dass eine Gasturbinenbrennkammer eines Dualbrennstofftyps verwendet wird, eine Abweichung des Abgas-Umweltrichtlinienwerts von dem Regulierungsbereich effektiv zu verhindern.
[Lösung des Problems]
Ein Spülverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung für eine Gasturbinenbrennkammer mit einer Düse, welche mit einer Ölbrennstoffleitung, in welcher Ölbrennstoff strömt, und einer Gasbrennstoffleitung, in welcher Gasbrennstoff strömt, kommuniziert, und welche einen Einspritzbrennstoff zwischen dem Ölbrennstoff und dem Gasbrennstoff umschaltet, weist Folgendes auf:
einen ersten Spülschritt des Spülens der Ölbrennstoffleitung zumindest mit Wasser, unmittelbar nachdem der Einspritzbrennstoff von dem Ölbrennstoff zu dem Gasbrennstoff umgeschaltet worden ist, und
einen zweiten Spülschritt des Spülens der Ölbrennstoffleitung zumindest mit Wasser, unmittelbar bevor der Einspritzbrennstoff von dem Gasbrennstoff zu dem Ölbrennstoff umgeschaltet wird.
Gemäß diesem Spülverfahren für die Gasturbinenbrennkammer wird der größte Teil des in der Ölbrennstoffleitung verbleibenden flüssigen Ölbrennstoffs entfernt, indem der erste Spülschritt durchgeführt wird, unmittelbar nachdem der Einspritzbrennstoff von dem Ölbrennstoff zu dem Gasbrennstoff umgeschaltet worden ist. Allerdings ist es praktisch schwierig, den Ölbrennstoff durch den ersten Spülschritt alleine vollständig zu entfernen. Beispielsweise verbleibt zumindest eine kleine Menge des Ölbrennstoffs in einem Stagnationsabschnitt der Strömung in der Ölbrennstoffleitung. Ferner wird eine kleine Menge des Ölbrennstoffs, die nicht durch den ersten Spülschritt entfernt werden konnte und in der Ölbrennstoffleitung verbleibt, der Hochtemperaturumgebung ausgesetzt, unmittelbar nachdem der Betrieb zu dem Gasfeuerungsbetrieb umgeschaltet worden ist, und wandelt sich in eine Hochviskositätssubstanz um. Es ist schwierig, die Hochviskositätssubstanz zu entfernen, sogar indem in diesem Zustand das Spülen (der erste Spülschritt) wiederholt wird.
Dagegen wurde zum Zeitpunkt eines Durchführens des zweiten Spülschritts (unmittelbar bevor der Einspritzbrennstoff von dem Gasbrennstoff zu dem Ölbrennstoff umgeschaltet wird), die kleine Menge der Hochviskositätssubstanz bereits der Hochtemperaturumgebung ausgesetzt, die durch den Gasfeuerungsbetrieb über eine lange Zeit bewirkt wird, und ein Trocknen der Substanz ist bereits fortgeschritten, um die Hochviskositätssubstanz in die verfestigte Substanz (oder halbverfestigte Substanz) umzuwandeln. Ferner ist zu diesem Zeitpunkt der Ölbrennstoff, welcher Hitze aus der Ölbrennstoffleitung zieht, nicht in der Ölbrennstoffleitung für eine lange Zeit geströmt, nachdem der Betrieb zu dem Gasfeuerungsbetrieb umgeschaltet worden ist. Somit befindet sich die Ölbrennstoffleitung bereits auf einer hohen Temperatur, die nicht kleiner als der Siedepunkt von Wasser ist. Wenn der zweite Spülschritt in diesem Zustand beginnt, verdampft ein Teil des Spülwassers, das in die Ölbrennstoffleitung einer hohen Temperatur eingelassen wird, wodurch Wasserdampf in einer Anfangsphase des zweiten Spülschritts erzeugt wird. Dieser Wasserdampf bewirkt, dass die kleine Menge der Hochviskositätssubstanz, die sich in die verfestigte Substanz (oder halbverfestigte Substanz) umgewandelt hat, angehoben und von einer Wandoberfläche in der Ölbrennstoffleitung getrennt wird, und die getrennte verfestigte Substanz (oder halbverfestigte Substanz) wird dann aus der Ölbrennstoffleitung mit dem danach eingelassenen Spülwasser ausgestoßen. In diesem Prozess kontaktiert das Spülwasser (oder der Wasserdampf), das durch eine Hitzeübertragung von der durch die Ölbrennstoffleitung zurückbehaltenen Hitze auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, die Hochviskositätssubstanz, die in die verfestigte Substanz (oder halbverfestigte Substanz) umgewandelt worden ist, wodurch die verfestigte Substanz (oder halbverfestigte Substanz) hydrolysiert wird. Es wird angenommen, dass ein Trennen und Ausstoßen der verfestigten Substanz (oder halbverfestigten Substanz) aus der Ölbrennstoffleitung auf diese Weise gefördert wird.
Indem der erste Spülschritt und der zweite Spülschritt zweier unterschiedlicher Spülmechanismen kombiniert werden, kann das restliche Öl aus der Ölbrennstoffleitung sicher entfernt werden, und eine Abweichung des Abgas-Umweltrichtlinienwerts von dem Regulierungsbereich kann effektiv verhindert werden.
Zum Zeitpunkt eines Durchführens des ersten Spülschritts (d. h. unmittelbar nachdem der Einspritzbrennstoff von dem Ölbrennstoff zu dem Gasbrennstoff umgeschaltet worden ist) ist der Ölbrennstoff in der Ölbrennstoffleitung bis kurz vor dem ersten Spülschritt geströmt, und eine Hitzeübertragung von der Ölbrennstoffleitung zu dem Ölbrennstoff ist durchgeführt worden, und somit ist die Temperatur der Ölbrennstoffleitung nicht so hoch. Deshalb wird angenommen, dass im ersten Spülschritt im Gegensatz zum zweiten Spülschritt eine Erzeugung des Wasserdampfs aus dem Spülwasser und ein Kontakt mit dem Hochtemperaturwasser oder dem Wasserdampf eine geringe Hydrolyse der verfestigten Substanz (oder halbverfestigten Substanz) bewirkt.
Der zweite Spülschritt kann durchgeführt werden, bevor der Einspritzbrennstoff von dem Gasbrennstoff zu dem Ölbrennstoff umgeschaltet wird, im Ansprechen auf ein Vorbereitungssignal zum Umschalten des Einspritzbrennstoffs von dem Gasbrennstoff zu dem Ölbrennstoff.
Demzufolge kann der Ölfeuerungsbetrieb gestartet werden, nachdem das restliche Öl (verfestigte Substanz oder halbverfestigte Substanz) in der Ölbrennstoffleitung entfernt worden ist, indem der zweite Spülschritt zu einem geeigneten Zeitpunkt durchgeführt wird, unmittelbar bevor der Einspritzbrennstoff von dem Gasbrennstoff zu dem Ölbrennstoff umgeschaltet wird. Somit kann eine Abweichung des Abgas-Umweltrichtlinienwerts von dem Regulierungsbereich effektiv verhindert werden.
In dem vorstehenden Spülverfahren für die Gasturbinenbrennkammer kann
in dem zweiten Spülschritt ein Wasserspülen durchgeführt werden, indem der Ölbrennstoffleitung Wasser zugeführt wird, und dann kann ein Gasspülen durchgeführt werden, indem der Gasbrennstoffleitung Gas zugeführt wird, und
das Wasserspülen und das Gasspülen abgeschlossen werden, bevor der Einspritzbrennstoff von dem Gasbrennstoff zu dem Ölbrennstoff umgeschaltet wird.
Indem das Wasserspülen und das Gasspülen in dieser Reihenfolge in dem zweiten Spülschritt durchgeführt werden, kann das restliche Öl (verfestigte Substanz oder halbverfestigte Substanz) in der Ölbrennstoffleitung durch das Wasserspülen entfernt werden, und dann kann das in der Ölbrennstoffleitung verbleibende Wasser (das Wasser, welches zum Spülen des restlichen Öls verwendet wird und mit dem restlichen Öl kontaminiert ist) durch das Gasspülen ausgestoßen werden. Außerdem kann durch Abschließen des Wasserspülens und des Gasspülens, bevor der Einspritzbrennstoff von dem Gasbrennstoff zu dem Ölbrennstoff umgeschaltet wird, der Ölfeuerungsbetrieb in einem solchen Zustand gestartet werden, dass in der Ölbrennstoffleitung kein Spülwasser übrig ist. Somit kann eine Hemmung einer stabilen Verbrennung in der Anfangsphase des Ölfeuerungsbetriebs verhindert werden, die dadurch bewirkt wird, dass das in der Ölbrennstoffleitung verbleibende Wasser (das zum Spülen des restlichen Öls verwendete Wasser) auf einmal eingespritzt wird.
In dem vorstehenden Spülverfahren für die Gasturbinenbrennkammer kann die Düse umfassen: eine Pilotdüse, welche mit einer Pilot-Ölbrennstoffleitung und einer Pilot-Gasbrennstoffleitung kommuniziert, und welche den Einspritzbrennstoff zwischen dem Ölbrennstoff und dem Gasbrennstoff umschalten kann; und eine Vielzahl von Hauptdüsen, welche um die Pilotdüse herum vorgesehen sind, wobei jede der Vielzahl von Hauptdüsen mit einer Haupt-Ölbrennstoffleitung und einer Haupt-Gasbrennstoffleitung kommuniziert und konfiguriert ist, um den Einspritzbrennstoff zwischen dem Ölbrennstoff und dem Gasbrennstoff umzuschalten,
wobei die Ölbrennstoffleitung, die zumindest mit Wasser in dem ersten Spülschritt und dem zweiten Spülschritt gespült wird, die Haupt-Ölbrennstoffleitung sein kann, die mit jeder der Vielzahl von Hauptdüsen kommuniziert,
wobei in dem zweiten Spülschritt ein Wasserspülen durchgeführt werden kann, indem der Haupt-Ölbrennstoffleitung Wasser zugeführt wird, und dann ein Gasspülen durchgeführt werden kann, indem der Haupt-Ölbrennstoffleitung Gas zugeführt wird, und
wobei, wenn der Gasbrennstoff als der Einspritzbrennstoff ausgewählt ist, nur ein Gasspülen in der Pilot-Ölbrennstoffleitung durchgeführt werden kann, indem der Pilot-Ölbrennstoffleitung kontinuierlich Gas zugeführt wird.
Die Pilotdüse, die durch die Vielzahl von Hauptdüsen umgeben ist, neigt dazu, eine höhere Temperatur als die Hauptdüsen aufzuweisen, und ist insbesondere für ein Verkoken des restlichen Öls anfällig. Während des Gasfeuerungsbetriebs kann ein Verkoken des restlichen Öls verhindert werden, indem das Gasspülen bzgl. der Pilotdüse kontinuierlich durchgeführt wird. Indem das Gasspülen kontinuierlich durchgeführt wird, erhöht sich eine zum Spülen benötigte Zufuhrmenge des Gases. Allerdings liegt nur eine Pilotdüse vor, und somit liegt die Erhöhung der zum Spülen benötigten Menge des Gases in einem zulässigen Bereich. Andererseits liegt mehr als eine Hauptdüse vor, und somit steigt die zum Spülen benötigte Menge des Gases enorm an, falls das Gasspülen für die Hauptdüsen kontinuierlich durchgeführt wird. Demzufolge erhöht sich eine Verbrennungsenergie eines Kompressors zum Zuführen des Spülgases, und in einigen Fällen kann ein separater Kompressor ausschließlich zum Spülen benötigt werden. Deshalb wird, wie vorstehend beschrieben ist, für die Hauptdüse, welche eine niedrigere Temperatur als die Pilotdüse aufweist und für ein Verkoken weniger anfällig ist, ein intermittierendes Spülen durch den ersten Spülschritt und den zweiten Spülschritt anstelle eines kontinuierlichen Durchführens des Gasspülens durchgeführt. Somit können die Pilotdüse und die Hauptdüsen effektiv gespült werden, während die Erhöhung der Zufuhrmenge des Spülgases unterdrückt wird.
Ferner können die Hauptdüsen in eine Vielzahl von Gruppen unterteilt sein, und
das Wasserspülen in dem zweiten Spülschritt kann für die Haupt-Ölbrennstoffleitungen, die mit der Vielzahl von Hauptdüsen kommunizieren, welche zu den Gruppen gehören, zu Zeitpunkten gestartet werden, die sich gemäß den Gruppen unterscheiden.
Das Spülwasser beeinträchtigt eine Verbrennungsstabilität in gewissem Maße. Die stabile Verbrennung neigt dazu, insbesondere unmittelbar nachdem das Wasserspülen gestartet worden ist, beeinträchtigt zu werden, d. h. wenn eine Einspritzung des Spülwassers von der Hauptdüse über die Haupt-Ölbrennstoffleitung plötzlich startet. In Anbetracht dessen variieren, anstelle eines Startens des Wasserspülens in dem zweiten Spülschritt zu demselben Zeitpunkt für alle Haupt-Ölbrennstoffleitungen, die Zeitpunkte zum Starten des Wasserspülens gemäß den Gruppen der Hauptdüsen. Demzufolge ist es einfacher, eine stabile Verbrennung aufrechtzuerhalten.
Außerdem kann, wenn das Wasserspülen in dem zweiten Spülschritt gestartet wird, eine Menge des Spülwassers, das der Haupt-Ölbrennstoffleitung zugeführt wird, die mit der Hauptdüse kommuniziert, welche zu jeder der Gruppen gehört, in Phasen erhöht werden.
Indem die Menge des der Haupt-Brennstoffleitung in Phasen zugeführten Spülwassers erhöht wird, wenn das Wasserspülen in dem zweiten Spülschritt gestartet wird, kann eine stabile Verbrennung, unmittelbar nachdem das Wasserspülen gestartet worden ist, einfacher aufrecht erhalten werden.
Außerdem kann, während das Wasser zum Spülen der Ölbrennstoffleitung in dem ersten Spülschritt und dem zweiten Spülschritt zugeführt wird, ein Pilotverhältnis zeitweise erhöht werden, wobei das Pilotverhältnis ein Verhältnis einer Strömung eines von der Pilotdüse eingespritzten Brennstoffs zu einer gesamten Brennstoffströmung ist.
Indem das Verhältnis (das Pilotverhältnis) der Strömung des von der Pilotdüse für eine Diffusionsverbrennung eingespritzten Brennstoffs zu der gesamten Brennstoffströmung zeitweise erhöht wird, während das Wasserspülen durchgeführt wird, was möglicherweise die Verbrennungsstabilität beeinträchtigt, kann die Verbrennungsstabilität einfacher aufrechterhalten werden, während das Wasserspülen durchgeführt wird.
In dem vorstehenden Spülverfahren für die Gasturbinenbrennkammer kann
in dem ersten Spülschritt und dem zweiten Spülschritt eine Menge des Wassers, das der Ölbrennstoffleitung zum Spülen zugeführt wird, gemäß einer Ausgabe einer Gasturbine eingestellt werden, um nicht größer als ein Flammenlöschgrenzwert zu sein.
In der Menge des Spülwassers, das zum Spülen zugeführt wird, liegt der Flammenlöschgrenzwert zum Aufrechterhalten einer stabilen Verbrennung so vor, dass kein Flammenlöschen bewirkt wird. Dieser Flammenlöschgrenzwert bezieht sich auf die Ausgabe der Gasturbinenausgabe. Somit kann durch Einstellen der Menge des in dem Wasserspülen zugeführten Wassers gemäß der Ausgabe der Gasturbine, so dass der Flammenlöschgrenzwert nicht überschritten wird, eine geeignete Menge des Wassers zum Wasserspülen gemäß der Ausgabe der Gasturbine innerhalb eines Bereichs ausgewählt werden, der eine stabile Verbrennung nicht beeinträchtigt, wodurch das restliche Öl aus der Ölbrennstoffleitung sicher entfernt wird. Ferner kann aus der Sicht eines Erzielens sowohl der stabilen Verbrennung als auch der Entfernung des restlichen Öls die Menge des Wassers, das während des Wasserspülens zugeführt wird, beispielsweise in einem Bereich von 0,5 Fth oder größer bis 0,98 Fth oder kleiner (vorzugsweise 0,8 Fth oder größer bis 0,95 Fth oder kleiner) eingestellt sein, wobei Fth der Flammenlöschgrenzwert ist.
Eine Spüleinheit gemäß der vorliegenden Erfindung für eine Gasturbinenbrennkammer mit einer Düse, welche mit einer Ölbrennstoffleitung, in welcher Ölbrennstoff strömt, und einer Gasbrennstoffleitung, in welcher Gasbrennstoff strömt, kommuniziert, und welche einen Einspritzbrennstoff zwischen dem Ölbrennstoff und dem Gasbrennstoff umschalten kann, weist ferner auf:
einen Wassertank zum Speichern von Wasser zum Spülen,
einen Spülwasserzufuhrpfad zum Kommunizieren des Wassertanks mit der Ölbrennstoffleitung,
ein Spülwasserzufuhrventil, das in dem Spülwasserzufuhrpfad vorgesehen ist, und
eine Steuerung zum Steuern eines Öffnens und Schließens des Spülwasserzufuhrventils,
wobei die Steuerung konfiguriert ist, um:
der Ölbrennstoffleitung Wasser aus dem Wassertank zuzuführen, indem das Spülwasserzufuhrventil im Ansprechen auf ein Signal zum Umschalten des Einspritzbrennstoffs von dem Ölbrennstoff zu dem Gasbrennstoff geöffnet wird, damit ein erstes Spülen der Ölbrennstoffleitung durchgeführt wird, unmittelbar nachdem der Einspritzbrennstoff zu dem Gasbrennstoff umgeschaltet worden ist, und
der Ölbrennstoffleitung Wasser aus dem Wassertank zuzuführen, indem das Spülwasserzufuhrventil im Ansprechen auf ein Vorbereitungssignal zum Umschalten des Einspritzbrennstoffs von dem Gasbrennstoff zu dem Ölbrennstoff geöffnet wird, damit ein zweites Spülen der Ölbrennstoffleitung durchgeführt wird, unmittelbar bevor der Einspritzbrennstoff von dem Gasbrennstoff zu dem Ölbrennstoff umgeschaltet wird.
Gemäß dieser Spüleinheit für die Gasturbinenbrennkammer wird der größte Teil des in der Ölbrennstoffleitung verbleibenden flüssigen Ölbrennstoffs entfernt, indem das erste Spülen durchgeführt wird, unmittelbar nachdem der Einspritzbrennstoff zu dem Gasbrennstoff im Ansprechen auf das Signal zum Umschalten des Einspritzbrennstoffs von dem Ölbrennstoff zu dem Gasbrennstoff umgeschaltet worden ist. Ferner kann, indem das zweite Spülen im Ansprechen auf das Vorbereitungssignal zum Umschalten des Einspritzbrennstoffs von dem Gasbrennstoff zu dem Ölbrennstoff durchgeführt wird, unmittelbar bevor der Einspritzbrennstoff zu dem Ölbrennstoff umgeschaltet wird, die verfestigte Substanz (oder halbverfestigte Substanz), die aus einer kleinen Menge des restlichen Öls erzeugt wird, das nicht durch Durchführen des ersten Spülens entfernt werden kann und der Hochtemperaturumgebung des Gasfeuerungsbetriebs für eine lange Zeitperiode ausgesetzt wird, ausgestoßen werden. In diesem Prozess kontaktiert das Spülwasser (oder der Wasserdampf), das durch eine Hitzeübertragung von der durch die Ölbrennstoffleitung zurückbehaltenen Hitze auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, die Hochviskositätssubstanz, die in die verfestigte Substanz (oder halbverfestigte Substanz) umgewandelt ist, wodurch die verfestigte Substanz (oder die halbverfestigte Substanz) hydrolysiert wird. Es wird angenommen, dass ein Trennen und ein Ausstoßen der verfestigten Substanz (oder der halbverfestigten Substanz) aus der Ölbrennstoffleitung auf diese Weise gefördert wird.
Indem das erste Spülen und das zweite Spülen zweier unterschiedlicher Spülmechanismen auf diese Weise kombiniert wird, kann das restliche Öl aus der Ölbrennstoffleitung sicher entfernt werden, und eine Abweichung des Abgas-Umweltrichtlinienwerts von dem Regulierungsbereich kann effektiv verhindert werden.
[Vorteilhafte Effekte]
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Abweichung des Abgas-Umweltrichtlinienwerts von dem Regulierungsbereich durch ein sicheres Entfernen des restlichen Öls aus der Ölbrennstoffleitung durch Kombinieren des ersten Spülschritts zum Spülen unmittelbar nachdem der Brennstoff zu dem Gasbrennstoff umgeschaltet worden ist, und des zweiten Spülschritts zum Spülen unmittelbar nachdem der Brennstoff zu dem Ölbrennstoff umgeschaltet worden ist, effektiv verhindert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Darstellung einer beispielhaften Struktur einer Gasturbinenbrennkammer eines Dualbrennstofftyps.
2 ist eine Darstellung eines Beispiels einer Gesamtstruktur einer Spüleinheit für die Gasturbinenbrennkammer eines Dualbrennstofftyps.
3 ist ein beispielhaftes Zeitablaufdiagramm eines Wasserspülens und eines Luftspülens, die durch die Spüleinheit durchgeführt werden.
4 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Korrelation zwischen einer Gasturbinenausgabe und einem Flammenlöschgrenzwert einer Spülwassermenge zeigt.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Prozessbeispiel eines Spülverfahrens für die Gasturbinenbrennkammer darstellt.
6 ist ein Graph, der Analyseergebnisse einer Abgas-CO-Konzentration hinsichtlich eines Arbeitsbeispiels, eines Vergleichsbeispiels 1 und eines Vergleichsbeispiels 2 darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend detailliert mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es ist jedoch beabsichtigt, dass, wenn in diesen Ausführungsbeispielen nicht besonders spezifiziert, Dimensionen, Materialien und Formen von Komponenten und ihre relativen Positionen und dergleichen lediglich darstellend und nicht beschränkend bzgl. des Umfangs der vorliegenden Erfindung interpretiert werden sollen.
Nachstehend wird zunächst eine Struktur einer Gasturbinenbrennkammer beschrieben, bzgl. welcher eine Spüleinheit und ein Spülverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden, und danach wird die Spüleinheit und das Spülverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel beschrieben.
1 ist eine Darstellung einer beispielhaften Struktur einer Gasturbinenbrennkammer eines Dualbrennstofftyps. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, ist die Gasturbinenbrennkammer 1 (nachstehend einfach als „Brennkammer 1” bezeichnet) durch eine Pilotdüse 2 und eine Vielzahl von Hauptdüsen 4 (z. B. 8 Hauptdüsen), die um die Pilotdüse 2 herum angeordnet sind, konfiguriert. Die Brennkammer 1 kann eine Brennkammer eines Mehrfachhülsentyps mit einer Vielzahl von Hülsen für jede Gasturbine (z. B. 20 Hülsen) oder eine Brennkammer eines Einfachhülsentyps mit einer Hülse für jede Gasturbine sein.
Die Pilotdüse 2 ist konfiguriert, so dass eines des Pilot-Ölbrennstoffs 10 und des Pilot-Gasbrennstoffs 12 selektiv einer Spitze der Pilotdüse 2 über eine Pilot-Ölbrennstoffleitung 14 oder eine Pilot-Gasbrennstoffleitung 16 zugeführt wird. Hier zeigt sowohl die Pilot-Ölbrennstoffleitung 14 als auch die Pilot-Gasbrennstoffleitung 16 einen Gesamtbrennstoffzufuhrdurchlass an, der einen außerhalb der Pilotdüse 2 vorgesehenen äußeren Durchlass umfasst und mit einer Brennstoffzufuhreinheit kommuniziert, sowie einen in der Pilotdüse 2 vorgesehenen inneren Durchlass (einen Ölbrennstoffverteilungsdurchlass) und sich zu Einspritzanschlüssen 3A und 3B erstreckt. Der Pilot-Ölbrennstoff 10 verläuft durch die Pilot-Ölbrennstoffleitung 14 und wird von dem Einspritzanschluss 3A eingespritzt, der an der Spitze der Pilotdüse 2 vorgesehen ist. Der Pilot-Gasbrennstoff 12 verläuft durch die um die Pilot-Ölbrennstoffleitung 14 herum vorgesehene Pilot-Gasbrennstoffleitung 16 und wird von dem Einspritzanschluss 3B eingespritzt, der an der Spitze der Pilotdüse 2 vorgesehen ist.
Der von dem Einspritzanschluss 3A oder 3B der Pilotdüse 2 eingespritzte Pilot-Ölbrennstoff 10 oder Pilot-Gasbrennstoff 12 wird unter Verwendung einer Verbrennungsluft verbrannt, um eine Diffusionsflamme stromabwärts der Einspritzanschlüsse 3A oder 3B auszubilden. Dann dient das aus der Diffusionsflamme erzeugte Hochtemperatur-Verbrennungsgas als ein Flammenwartepunkt einer durch die Hauptdüse 4 vorgemischten Flamme, was nachstehend beschrieben wird. Wie vorstehend beschrieben ist, trägt die Pilotdüse 2 zu einer Stabilisierung der vorgemischten Flamme bei, und somit wird durch Erhöhen eines Verhältnisses (ein Pilotverhältnis) einer Strömung von Brennstoff, der von der Pilotdüse 2 eingespritzt ist, zu der gesamten Brennstoffströmung eine Gesamtverbrennungsstabilität der Brennkammer 1 verbessert.
Die Hauptdüse 4 ist konfiguriert, so dass einer des Haupt-Ölbrennstoffs 20 und des Haupt-Gasbrennstoffs 22 selektiv einer Spitze der Hauptdüse 4 über eine Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 oder eine Haupt-Gasbrennstoffleitung 26 zugeführt wird. Hier zeigt sowohl die Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 als auch die Haupt-Gasbrennstoffleitung 26 einen Gesamtbrennstoffzufuhrdurchlass an, der einen außerhalb der Hauptdüse 4 vorgesehenen äußeren Durchlass umfasst und mit einer Brennstoffzufuhreinheit kommuniziert, sowie einen in der Hauptdüse 4 vorgesehenen inneren Durchlass (einen Ölbrennstoffverteilungsdurchlass) und sich zu den Einspritzanschlüssen 5A und 5B erstreckt. Der Haupt-Ölbrennstoff 20 verläuft durch die Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 und wird über eine Ölwanne 25 von dem an der Spitze der Hauptdüse 4 vorgesehenen Einspritzanschluss 5A eingespritzt. Der Haupt-Gasbrennstoff 22 verläuft durch die Haupt-Gasbrennstoffleitung 26, die eine Gaswanne 27 umfasst, und wird von dem an der Spitze der Hauptdüse 4 vorgesehen Einspritzanschluss 5B eingespritzt.
Der Haupt-Ölbrennstoff 20 oder der Haupt-Gasbrennstoff 22, der von dem Einspritzanschluss 5A oder 5B der Hauptdüse 4 eingespritzt wird, ist mit Verbrennungsluft (Hauptluft) vorgemischt, um vorgemischtes Gas zu erzeugen. Das vorgemischte Gas wird entzündet und durch das Hochtemperatur-Verbrennungsgas verbrannt, das aus der Diffusionsflamme erzeugt ist, die stromabwärts der Einspritzanschlüsse 3A und 3B der Pilotdüse 2 ausgebildet ist, um eine vorgemischte Flamme auszubilden. Die Hauptdüse 4 dient zum Ausbilden der vorgemischten Flamme durch Verbrennen des vorgemischten Gases und ist somit in der Lage, NOx zu reduzieren, indem ein lokaler Temperaturanstieg unterdrückt wird.
2 ist eine Darstellung eines Beispiels einer Gesamtstruktur einer Spüleinheit für die Brennkammer 1.
Wie in der Zeichnung dargestellt ist, ist eine Spüleinheit 30 mit einem Wassertank 32, einem Spülwasserzufuhrpfad 36 (36A, 36B), einem Spülwasserzufuhrventil 37 (37A, 37B), einem Lufttank 34, einem Spülluftzufuhrpfad 38 (38P, 38A, 38B), einem Spülluftzufuhrventil 39 (39P, 39A, 39B) und einer Steuerung 40 versehen.
Hier ist die Vielzahl von Hauptdüsen 4 in Gruppe A und Gruppe B unterteilt, was nachstehend detailliert mit Bezug auf 3 beschrieben wird. Der Zeitpunkt zum Starten eines Wasserspülens variiert zwischen den Gruppen. Die zu Gruppe A gehörende Hauptdüse wird als Hauptdüse 4A bezeichnet, und der Spülwasserzufuhrpfad, das Spülwasserzufuhrventil, der Spülluftzufuhrpfad und das Spülluftzufuhrventil, die sich auf die Hauptdüse 4A beziehen, werden jeweils als 36A, 37A, 38A und 39A bezeichnet. In ähnlicher Weise wird die zu Gruppe B gehörende Hauptdüse als Hauptdüse 4B bezeichnet, und der Spülwasserzufuhrpfad, das Spülwasserzufuhrventil, der Spülluftzufuhrpfad und das Spülluftzufuhrventil, die sich auf die Hauptdüse 4B beziehen, werden jeweils als 36B, 37B, 38B und 39B bezeichnet. Ferner werden der Spülluftzufuhrpfad und das Spülluftzufuhrventil, die sich auf die Pilotdüse 2 beziehen, jeweils als 38P und 39P bezeichnet.
Der Wassertank 32 speichert Wasser zum Spülen. Der Wassertank 32 ist konfiguriert, um mit der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 von jeder der Hauptdüsen 4A und 4B über den Spülwasserzufuhrpfad 36 (36A, 36B) zu kommunizieren. Ferner sind die Spülwasserzufuhrventile 37A und 37B, die zu den Hauptdüsen 4A und 4B korrespondieren, jeweils in den Spülwasserzufuhrpfaden 36A und 36B vorgesehen. Jedes der Spülwasserzufuhrventile 37A und 37B wird durch die Steuerung 40 gesteuert, um geöffnet und geschlossen zu werden.
Der Lufttank 34 speichert Luft zum Spülen. Der Lufttank 34 ist konfiguriert, um mit den Ölbrennstoffleitungen 14 und 24 jeder Düse 2, 4A und 4B über den Spülluftzufuhrpfad 38 (38P, 38A, 38B) zu kommunizieren. Ferner sind die Spülluftzufuhrventile 39P, 39A und 39B, die zu den Düsen 2, 4A und 4B korrespondieren, jeweils in den Spülluftzufuhrpfaden 38P, 38A und 38B vorgesehen. Jedes der Spülluftzufuhrventile 39P, 39A und 39B wird durch die Steuerung 40 gesteuert, um geöffnet und geschlossen zu werden.
3 ist ein Zeitablaufdiagramm eines durch die Spüleinheit 30 durchgeführten Wasserspülens und Luftspülens. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, wird zum Zeitpunkt t1 der Betriebszustand der Brennkammer 1 von einer Ölfeuerung zu einer Gasfeuerung umgeschaltet, und ein Signal SG1, das ein Umschalten des Brennstoffs von dem Ölbrennstoff 10 und 20 zu dem Gasbrennstoff 12 und 22 anzeigt, wird in die Steuerung 40 eingegeben.
Die Steuerung 40 steuert ein Öffnen und Schließen der Ventile 37A, 37B, 39A und 39B im Ansprechen auf das Brennstoffumschaltsignal SG1 und führt ein erstes Spülen für jede der Hauptdüsen 4A und 4B durch, unmittelbar nachdem der Brennstoff zu dem Haupt-Gasbrennstoff 22 umgeschaltet worden ist (Zeit t1 bis t3).
Das erste Spülen ist hier ein Spülprozess, der zumindest das Wasserspülen umfasst, und kann eine Kombination des Wasserspülens und des Luftspülens sein. Beispielsweise kann, wie in 3 dargestellt ist, als das erste Spülen das Wasserspülen 50 mehr als einmal (dreimal für den Fall von 3) gefolgt von dem Luftspülen 52 durchgeführt werden. Wie vorstehend beschrieben ist, kann durch Durchführen des Luftspülens 52 nach dem Wasserspülen 50 eine Mischung des Spülwassers und des restlichen Öls (Wasser, das mit dem restlichen Öl nach einem Spülen der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 kontaminiert ist) von der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 ausgestoßen werden, damit verhindert wird, dass eine Feuchtigkeit der Mischung verdampft und eine signifikante Menge von einer verfestigten Substanz in der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 während des Gasfeuerungsbetriebs der Brennkammer 1 hinterlässt.
Für den Fall, dass während des Wasserspülens 50 das erste Spülen durch die Kombination des Wasserspülens 50 und des Luftspülens 52 ausgebildet ist, werden die Spülwasserzufuhrventile (37A, 37B) unter der Steuerung der Steuerung 40 geöffnet, um der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 das Spülwasser aus dem Wassertank 32 zuzuführen. Das restliche Öl in der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 wird durch das Spülwasser ausgestoßen. In ähnlicher Weise werden während des Luftspülens 52 die Spülluftzufuhrventile (39A, 39B) unter der Steuerung der Steuerung 40 geöffnet, um der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 die Spülluft aus dem Lufttank 34 zuzuführen. Die Mischung des Spülwassers und des restlichen Öls in der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 wird durch die Spülluft ausgestoßen.
Wenn ferner das Wasserspülen 50 für jede der Haupt-Ölbrennstoffleitungen 24 durchgeführt wird, kann der Zeitpunkt zum Starten des Wasserspülens 50 zwischen den Gruppen A und B aus der Sicht eines Aufrechterhaltens einer Verbrennungsstabilität verschieden sein. Beispielsweise kann, wie in 3 dargestellt ist, für jede der Haupt-Ölbrennstoffleitungen 24, die mit jeder der zu Gruppe A gehörenden Hauptdüsen 4A kommunizieren, das Wasserspülen 50 zum Zeitpunkt t1 gestartet werden, wohingegen für jede der Haupt-Ölbrennstoffleitungen 24, die mit jeder der zu Gruppe B gehörenden Hauptdüsen 4B kommunizieren, das Wasserspülen 50 zum Zeitpunkt t2 gestartet werden kann.
Auf diese Weise wird das Wasserspülen 50 für Gruppe A und Gruppe B zu unterschiedlichen Zeitpunkten (t1, t2) durchgeführt, anstatt dass es für alle der Haupt-Ölbrennstoffleitungen 24 in dem ersten Spülen zum selben Zeitpunkt durchgeführt wird. Somit ist es einfacher, eine Verbrennungsstabilität unmittelbar nach dem Starten des Wasserspülens 50 aufrechtzuerhalten.
Ferner wird für den Fall eines mehrfachen Durchführens des Wasserspülens 50 in dem ersten Spülen eine Verbrennungsstabilität sehr wahrscheinlich nachlassen, unmittelbar nachdem das erste Wasserspülen 50 gestartet worden ist. Somit kann ein Variieren der Zeitpunkte zum Starten einer ersten von mehreren Wasserspülungen 50 zwischen Gruppe A und Gruppe B zu einem Aufrechterhalten einer Verbrennungsstabilität beitragen. Nach dem ersten Mal sind die Zeitpunkte zum Starten des Wasserspülens für Gruppe A und Gruppe B dieselben. Alternativ können aus der Sicht eines Vereinfachens der Steuerungslogik die Startzeitpunkte nicht nur des ersten Wasserspülens sondern auch des anschließenden Wasserspülens zwischen Gruppe A und Gruppe B variieren, damit die Zeitablaufdiagramme für jede der mehreren Wasserspülungen 50 für jede der Gruppe A und Gruppe B, wie in 3 dargestellt ist, standardisiert wird.
Wenn ferner das Wasserspülen 50 für jede der Gruppe A und Gruppe B gestartet wird, kann die Menge an Wasser, die für jedes Wasserspülen 50 verwendet wird, in Phasen (zwei Phasen für den Fall von 3), wie in 3 dargestellt ist, erhöht werden. Durch Erhöhen der Menge des der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 in dem Wasserspülen in Phasen zugeführten Wassers kann ein weiteres Aufrechterhalten einer stabilen Verbrennung, unmittelbar nachdem das Wasserspülen 50 gestartet worden ist, vereinfacht werden.
Außerdem wird für den Fall eines mehrfachen Durchführens des Wasserspülens 50 in dem ersten Spülen eine Verbrennungsstabilität sehr wahrscheinlich nachlassen, unmittelbar nachdem das erste Wasserspülen 50 gestartet worden ist. Somit kann ein Erhöhen der Spülwassermenge in Phasen, nur wenn die erste der mehreren Wasserspülungen 50 gestartet wird, zu einem Aufrechterhalten einer Verbrennungsstabilität beitragen. Deshalb ist es nicht länger notwendig, die Spülwassermenge zu Beginn des Wasserspülens nach dem ersten Zeitpunkt in Phasen zu erhöhen. Alternativ kann aus der Sicht eines Vereinfachens der Steuerungslogik die Wasserspülmenge nicht nur zu Beginn des ersten Spülens sondern auch in dem anschließenden Wasserspülen in Phasen erhöht werden, damit das Zeitablaufdiagramm jeder der mehreren Wasserspülungen 50 für jede der Gruppe A und Gruppe B, wie in 3 dargestellt ist, standardisiert wird.
Außerdem kann die Steuerung 40 ein Öffnen eines Strömungsregulierungsventils, das in jeder der Pilot-Gasbrennstoffleitung 16 und der Haupt-Gasbrennstoffleitung 26 vorgesehen ist, steuern, um das Verhältnis (Pilotverhältnis) der Brennstoffeinspritzmenge von der Pilotdüse 2 für eine Diffusionsverbrennung relativ zu dem gesamten Brennstoffstrom während des Wasserspülens 50 zeitweise zu erhöhen. Demgemäß ist es einfacher, eine Verbrennungsstabilität während des Wasserspülens 50 aufrechtzuerhalten. Beispielsweise kann ein Verhältnis, das durch Addieren von 1 bis 5% zu einem Basiswert erhalten wird, welcher ein Pilotverhältnis für den Fall ist, dass das Wasserspülen 50 nicht durchgeführt wird, als ein Pilotverhältnis während des Wasserspülens 50 verwendet werden.
Die während des Wasserspülens 50 der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 zugeführte Spülwassermenge Y kann gemäß einer Gasturbinenausgabe X bestimmt werden, um nicht größer als ein Flammenlöschgrenzwert Fth zu sein.
In der Menge des Spülwassers, das während des Wasserspülens 50 zugeführt wird, liegt der Flammenlöschgrenzwert Fth zum Aufrechterhalten einer stabilen Verbrennung vor, so dass kein Flammenlöschen bewirkt wird. Ferner bezieht sich dieser Flammenlöschgrenzwert Fth auf die Gasturbinenausgabe X. Insbesondere wird der Flammenlöschgrenzwert, wie in 4 dargestellt ist, durch Fth = f(X) dargestellt. Somit kann durch Einstellen der Spülwassermenge des Wasserspülens 50 gemäß der Gasturbinenausgabe X, so dass der Flammenlöschgrenzwert Fth nicht überschritten wird (innerhalb eines zulässigen Gebiets aus 4), eine geeignete Menge des Wassers für das Wasserspülen 50 gemäß der Gasturbinenausgabe X innerhalb eines Bereichs ausgewählt werden, der die stabile Verbrennung nicht beeinträchtigt, wodurch das restliche Öl aus der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 sicher entfernt wird. Ferner kann die Menge des während des Wasserspülens 50 zugeführten Wassers z. B. in einem Bereich von 0,5 Fth oder größer bis 0,98 Fth oder kleiner (vorzugsweise 0,8 Fth oder größer bis 0,95 Fth oder kleiner) aus der Sicht eines Erzielens sowohl der stabilen Verbrennung als auch des Entfernens des restlichen Öls eingestellt werden.
Nachdem das erste Spülen zum Zeitpunkt t3 abgeschlossen worden ist, und bis ein Vorbereitungssignal SG2 zum Umschalten des Brennstoffs von dem Gasbrennstoff 12 und 22 zu dem Ölbrennstoff 10 und 22 zum Zeitpunkt t4, wie in 3 dargestellt ist, in die Steuerung 40 eingegeben wird, ist es nicht notwendig, ein Spülen für jede der Hauptdüsen 4A und 4B durchzuführen. Alternativ kann aus der Sicht eines sicheren Ausstoßens des restlichen Öls aus der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24, getrennt von dem zweiten Spülen, was nachstehend beschrieben wird, ein drittes Spülen zusätzlich manuell oder automatisch zu einem beliebigen Zeitpunkt in einer Periode zwischen Zeitpunkt t3 und Zeitpunkt t4 durchgeführt werden. Beispielsweise kann in der Periode t3–t4 zusätzlich das dritte Spülen eines Inhalts ähnlich zu dem ersten Spülen nach jeder vorgeschriebenen Zeitperiode durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Steuerung 40 jedes Mal, wenn die vorgeschriebene Zeitperiode abgelaufen ist, ein Öffnen und Schließen des Ventils 37A, 37B, 39A und 39B im Ansprechen auf ein in die Steuerung 40 eingegebenes Signal steuern, damit das dritte Spülen für jede der Hauptdüsen 4A und 4B in der Periode t3–t4 durchgeführt wird.
Der größte Teil des restlichen Ölbrennstoffs kann aus der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 ausgestoßen werden, indem das erste Spülen durchgeführt wird. Allerdings ist es praktisch schwierig, den Ölbrennstoff durch das erste Spülen alleine vollständig zu entfernen, und zumindest etwas Ölbrennstoff verbleibt in der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 nach dem ersten Spülen. Insbesondere in dem Ölbrennstoffverteilungsdurchlass (s. 1) sowie in der Ölwanne 25 in der Hauptdüse 4 der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 neigt der Ölbrennstoff dazu, zu verbleiben. Ferner wird eine kleine Menge des restlichen Ölbrennstoffs in der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24, das nicht durch das erste Spülen entfernt werden konnte, der Hochtemperaturumgebung ausgesetzt, unmittelbar nachdem der Betrieb zu dem Gasfeuerungsbetrieb umgeschaltet worden ist (nach Zeitpunkt t1), und wird in eine Hochviskositätssubstanz umgewandelt. Es ist schwierig, die Hochviskositätssubstanz zu entfernen, indem das erste Spülen in diesem Zustand wiederholt wird.
Deshalb steuert die Steuerung 40, wenn das Vorbereitungssignal SG2 zum Umschalten des Brennstoffs in die Steuerung 40 zum Zeitpunkt t4 eingegeben wird, ein Öffnen und Schließen des Ventils 37A, 37B, 39A und 39B im Ansprechen auf das Signal SG2, damit das zweite Spülen für jede der Hauptdüsen 4A und 4B durchgeführt wird, unmittelbar bevor der Einspritzbrennstoff von dem Haupt-Gasbrennstoff 22 zu dem Haupt-Ölbrennstoff 20 umgeschaltet wird (Zeit t4–t6).
Hier bezieht sich das zweite Spülen auf einen Spülprozess, der zumindest das Wasserspülen umfasst, und kann eine Kombination des Wasserspülens und des Luftspülens sein. Ferner kann aus der Sicht eines Vereinfachens der Steuerungslogik das zweite Spülen denselben Inhalt wie das erste Spülen aufweisen.
Beispielsweise kann, wie in 3 dargestellt ist, als das zweite Spülen das Wasserspülen 60 mehrfach (dreimal für den Fall von 3) gefolgt von dem Luftspülen 62 durchgeführt werden. Wie vorstehend beschrieben ist, wird durch Durchführen des Luftspülens 62 nach dem Wasserspülen 60 das restliche Öl (verfestigte Substanz oder halbverfestigte Substanz) in der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 durch das Wasserspülen 60 entfernt, und dann wird das in der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 verbliebene Wasser (das Wasser, welches zum Spülen des restlichen Öls verwendet wird und mit dem restlichen Öl kontaminiert ist) durch das Luftspülen 62 ausgestoßen. Außerdem kann durch Abschließen des Wasserspülens 60 und des Luftspülens 62 bevor der Einspritzbrennstoff von dem Haupt-Gasbrennstoff 22 zu dem Haupt-Ölbrennstoff 20 umgeschaltet wird (vor Zeitpunkt t7), der Ölfeuerungsbetrieb in einem solchen Zustand gestartet werden, dass in der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 kein Spülwasser verbleibt. Somit kann eine Hemmung einer stabilen Verbrennung in der Anfangsphase des Ölfeuerungsbetriebs verhindert werden, die dadurch bewirkt wird, dass das in der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 verbliebene Wasser (das zum Spülen des restlichen Öls verwendete Wasser) auf einmal eingespritzt wird.
Für den Fall, dass während des Wasserspülens 60 das zweite Spülen durch die Kombination des Wasserspülens 60 und des Luftspülens 62 ausgebildet wird, werden die Spülwasserzufuhrventile (37A, 37B) unter der Steuerung der Steuerung 40 geöffnet, um der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 Spülwasser aus dem Wassertank 32 zuzuführen. Das restliche Öl in der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 wird durch das Spülwasser ausgestoßen. In ähnlicher Weise werden während des Luftspülens 62 die Spülluftzufuhrventile (39A, 39B) unter der Steuerung der Steuerung 40 geöffnet, um der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 Spülluft aus dem Lufttank 34 zuzuführen. Die Mischung des Spülwassers und des restlichen Öls in der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 wird durch die Spülluft ausgestoßen.
Wenn ferner das Wasserspülen 60 in jeder der Haupt-Ölbrennstoffleitungen 24 durchgeführt wird, kann der Zeitpunkt zum Starten des Wasserspülens 60 zwischen den Gruppen A und B aus der Sicht eines Aufrechterhaltens der Verbrennungsstabilität verschieden sein. Beispielsweise kann, wie in 3 dargestellt ist, für jede der Haupt-Ölbrennstoffleitungen 24, die mit jeder der zu Gruppe A gehörenden Hauptdüsen 4A kommunizieren, das Wasserspülen 60 zum Zeitpunkt t4 gestartet werden, wohingegen für jede der Haupt-Ölbrennstoffleitungen 24, die mit jeder der zu Gruppe B gehörenden Hauptdüsen 4B kommunizieren, das Wasserspülen 60 zum Zeitpunkt t5 gestartet werden kann.
Durch Durchführen des Wasserspülens 60 zu unterschiedlichen Zeitpunkten (t4, t5) für Gruppe A und Gruppe B der Hauptdüsen 4 auf diese Weise, anstelle eines Durchführens des Wasserspülens 60 in dem zweiten Spülen für alle Haupt-Ölbrennstoffleitungen 24 zum selben Zeitpunkt, kann eine Verbrennungsstabilität unmittelbar nach einem Starten des Wasserspülens 60 einfacher aufrechterhalten werden.
Ferner wird für den Fall eines mehrfachen Durchführens des Wasserspülens 60 in dem zweiten Spülen eine Verbrennungsstabilität mit hoher Wahrscheinlichkeit unmittelbar nach einem Starten des ersten Wasserspülens 60 nachlassen. Somit kann ein Variieren der Zeitpunkte zum Starten eines ersten von mehreren Wasserspülungen 60 zwischen Gruppe A und Gruppe B zu einem Aufrechterhalten einer Verbrennungsstabilität beitragen. Deshalb können die Zeitpunkte zum Starten des Wasserspülens nach dem ersten Mal für Gruppe A und Gruppe B dieselben sein. Alternativ können aus der Sicht eines Vereinfachens der Steuerungslogik die Startzeitpunkte nicht nur des ersten Wasserspülens sondern auch des anschließenden Wasserspülens zwischen Gruppe A und Gruppe B variiert werden, damit das Zeitablaufdiagramm von jedem Wasserspülen 60 für jede der Gruppe A und Gruppe B, wie in 3 dargestellt ist, standardisiert wird.
Ferner kann zu Beginn des Wasserspülens 60 für jede der Gruppe A und Gruppe B die für jedes Wasserspülen 60 verwendete Menge an Wasser in Phasen (zwei Phasen für den Fall von 3), wie in 3 dargestellt ist, erhöht werden. Auf diese Weise ist es durch Erhöhen der in dem Wasserspülen 60 der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 in Phasen zugeführten Menge an Wasser einfacher, eine stabile Verbrennung unmittelbar nach einem Starten des Wasserspülens 60 aufrechtzuerhalten.
Außerdem wird für den Fall eines mehrfachen Durchführens des Wasserspülens 60 in dem ersten Spülen die Verbrennungsstabilität mit hoher Wahrscheinlichkeit unmittelbar nach einem Starten des ersten Wasserspülens 60 nachlassen. Somit kann ein Erhöhen der Spülwassermenge in Phasen nur zu Beginn des ersten der mehreren Wasserspülungen 60 zu einem Aufrechterhalten der Verbrennungsstabilität beitragen. Deshalb ist es nicht notwendig, die Spülwassermenge zu Beginn des Wasserspülens nach dem ersten Mal in Phasen zu erhöhen. Alternativ kann aus der Sicht eines Vereinfachens der Steuerungslogik die Spülwassermenge zu Beginn nicht nur des ersten Wasserspülens sondern auch dem anschließenden Wasserspülen in Phasen erhöht werden, damit das Zeitablaufdiagramm von jeder der mehreren Wasserspülungen 60 für jede der Gruppe A und Gruppe B, wie in 3 dargestellt ist, standardisiert wird.
Außerdem kann die Steuerung 40 ein Öffnen eines in jeder der Pilot-Gasbrennstoffleitung 60 und der Haupt-Gasbrennstoffleitung 26 vorgesehenen Strömungsregulierungsventils steuern, um das Pilotverhältnis während des Wasserspülens 60 zeitweise zu erhöhen. Demzufolge ist es einfacher, eine Verbrennungsstabilität während des Wasserspülens 60 aufrechtzuerhalten. Beispielsweise kann ein Verhältnis, das durch Addieren von 1 bis 5% zu einem Basiswert erhalten wird, welcher ein Pilotverhältnis für den Fall darstellt, dass das Wasserspülen 60 nicht durchgeführt wird, als ein Pilotverhältnis während des Wasserspülens 60 verwendet werden.
Ähnlich zu der in dem Wasserspülen 50 des ersten Spülens verwendeten Menge an Wasser kann die während des Wasserspülens 60 in dem zweiten Spülen der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 zugeführte Spülwassermenge Y gemäß der Gasturbinenausgabe X bestimmt werden, so dass der Flammenlöschgrenzwert Fth nicht überschritten wird. Beispielsweise kann die während des Wasserspülens 60 zugeführte Menge an Wasser in einem Bereich von 0,5 Fth oder größer bis 0,98 Fth oder kleiner (vorzugsweise 0,8 Fth oder größer bis 0,95 Fth oder kleiner) aus der Sicht eines Erzielens sowohl der stabilen Verbrennung als auch der Entfernung des restlichen Öls eingestellt werden.
Das erste Spülen und das zweite Spülen werden für die Hauptdüsen 4A und 4B auf die vorstehende Weise durchgeführt. Andererseits kann das Luftspülen 54 für die Pilotdüse 2 während des Gasfeuerungsbetriebs (Zeit t1–t7), wie in 3 dargestellt ist, kontinuierlich durchgeführt werden. Dies liegt daran, dass die Pilotdüse 2 von der Vielzahl von Hauptdüsen 4A und 4B umgeben ist, und somit neigt die Temperatur der Pilotdüse 2 dazu, höher zu sein, als die Temperatur der Hauptdüsen 4A und 4B, und insbesondere ein Verkoken des restlichen Öls neigt dazu, in der Pilotdüse 2 aufzutreten. Während des Gasfeuerungsbetriebs kann durch ein kontinuierliches Durchführen des Luftspülens 54 ein Verkoken des restlichen Öls in der Pilot-Ölbrennstoffleitung 14 effektiv verhindert werden.
Wenn ferner ein Signal SG3, das ein Umschalten des Brennstoffs von dem Gasbrennstoff (12, 22) zu dem Ölbrennstoff (10, 20) anzeigt, in die Steuerung 40 zum Zeitpunkt t7 eingegeben wird, wird das Luftspülen 54 für die Pilot-Ölbrennstoffleitung 14 beendet.
5 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess eines Spülverfahrens für die Brennkammer gemäß diesem Ausführungsbeispiel darstellt. Dieses Flussdiagramm zeigt das Spülverfahren in der Periode von dem Zeitpunkt, wenn der Ölfeuerungsbetrieb der Brennkammer 1 durchgeführt wird, zu dem Zeitpunkt, wenn der Betrieb der Brennkammer 1 zu dem Ölfeuerungsbetrieb zurückgeschaltet wird, nachdem der Betrieb der Brennkammer 1 zu dem Gasfeuerungsbetrieb umgeschaltet worden ist.
Wie in 5 dargestellt ist, wird bestimmt, ob das Signal SG1 zum Umschalten des Betriebs der Brennkammer 1 von dem Ölfeuerungsbetrieb zu dem Gasfeuerungsbetrieb in die Steuerung 40 eingegeben wird oder nicht (Schritt S2). Dieser Schritt S2 wird wiederholt, bis das Brennstoffumschaltsignal SG1 in die Steuerung 40 eingegeben wird. Dann fährt, für den Fall, dass das Umschaltsignal SG1 in die Steuerung 40 eingegeben wird (JA in Schritt S2), der Prozess bei Schritt S4 fort, in welchem die Steuerung 40 ein Öffnen und Schließen der Ventile 37A, 373, 39A und 39B steuert, um das erste Spülen für jede der Hauptdüsen 4A und 4B durchzuführen, unmittelbar nachdem der Brennstoff zu dem Haupt-Gasbrennstoff 22 umgeschaltet worden ist (Zeit t1–t3 in dem Beispiel von 3). Ferner wird für die Pilot-Ölbrennstoffleitung 14 das Luftspülen 54 gestartet, indem ein Öffnen und Schließen des Ventils 39P unter der Steuerung der Steuerung 40 gesteuert wird (Schritt S6).
Dann wird bestimmt, ob das Vorbereitungssignal SG2 zum Umschalten des Betriebs von dem Gasfeuerungsbetrieb zu dem Ölfeuerungsbetrieb in die Steuerung 40 eingegeben wird oder nicht (Schritt S8). Dieser Schritt S8 wird wiederholt, bis das Vorbereitungssignal SG2 in die Steuerung 40 eingegeben wird. Dann fährt, für den Fall, dass das Vorbereitungssignal SG2 in die Steuerung 40 eingegeben wird (JA in Schritt S8), der Prozess bei Schritt S10 fort, und durch Steuern des Öffnens und Schließens der Ventile 37A, 37B, 39A und 39B unter der Steuerung der Steuerung 40 wird das zweite Spülen für jede der Hauptdüsen 4A und 4B durchgeführt, unmittelbar bevor der Einspritzbrennstoff von dem Haupt-Gasbrennstoff 22 zu dem Haupt-Ölbrennstoff 20 umgeschaltet wird (Zeit t4–t6 in dem Beispiel von 3).
Dann wird bestimmt, ob das Signal SG3 zum Umschalten des Betriebs der Brennkammer 1 von dem Gasfeuerungsbetrieb zu dem Ölfeuerungsbetrieb in die Steuerung 40 eingegeben wird (Schritt S12). Dieser Schritt S12 wird wiederholt, bis das Signal SG3 in die Steuerung 40 eingegeben wird. Dann wird für den Fall, dass das Signal SG3 in die Steuerung 40 eingegeben wird (JA in Schritt S12), das Luftspülen 54 für die Pilot-Ölbrennstoffleitung 14, welches in Schritt S6 gestartet wird, beendet (Schritt S14).
Wie vorstehend beschrieben ist, wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel der größte Teil des in der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 verbliebenen flüssigen Ölbrennstoffs entfernt, indem das erste Spülen durchgeführt wird, unmittelbar nachdem der Einspritzbrennstoff von dem Haupt-Ölbrennstoff 20 zu dem Haupt-Gasbrennstoff 22 umgeschaltet worden ist (Zeit t1–t3). Allerdings ist es praktisch schwierig, den Ölbrennstoff durch das erste Spülen allein vollständig zu entfernen. Beispielsweise verbleibt zumindest eine kleine Menge des Ölbrennstoffs in einem Stagnationsabschnitt der Strömung in der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24. Ferner wird die kleine Menge des Ölbrennstoffs, die nicht durch das erste Spülen entfernt werden konnte und in der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 verblieben ist, einer Hochtemperaturumgebung ausgesetzt, unmittelbar nachdem der Betrieb zu dem Gasfeuerungsbetrieb umgeschaltet worden ist, und wandelt sich in eine Hochviskositätssubstanz um. Es ist schwierig, die Hochviskositätssubstanz sogar durch Wiederholen des Spülens (das erste Spülen) in diesem Zustand zu entfernen.
Dagegen ist die kleine Menge der Hochviskositätssubstanz zum Zeitpunkt eines Durchführens des zweiten Spülens (unmittelbar bevor der Einspritzbrennstoff von dem Haupt-Gasbrennstoff 22 zu dem Haupt-Ölbrennstoff 20 umgeschaltet wird) bereits der Hochtemperaturumgebung ausgesetzt worden, die durch den Gasfeuerungsbetrieb für eine lange Zeit (typischerweise einige Tage bis einige Wochen) bewirkt wird, und ein Trocknen der Substanz ist bereits fortgeschritten, um die Hochviskositätssubstanz in die verfestigte Substanz (oder halbverfestigte Substanz) umzuwandeln. Da ferner zu diesem Zeitpunkt der Haupt-Ölbrennstoff 20, welcher aus der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 Hitze zieht, in der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 für eine lange Zeit nicht geströmt ist, nachdem der Betrieb zu dem Gasfeuerungsbetrieb umgeschaltet worden ist, befindet sich die Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 bereits auf einer hohen Temperatur, die nicht kleiner als der Siedepunkt von Wasser ist. Wenn das zweite Spülen in diesem Zustand gestartet wird, verdampft ein Teil des in die Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 einer hohen Temperatur eingelassenen Spülwassers, wodurch Wasserdampf in einer Anfangsphase des zweiten Spülens erzeugt wird (in der Nähe des Zeitpunkts t4). Dieser Wasserdampf bewirkt, dass die in die verfestigte Substanz (oder halbverfestigte Substanz) umgewandelte kleine Menge der Hochviskositätssubstanz angehoben und von einer Wandoberfläche in der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 getrennt wird, und die getrennte verfestigte Substanz (oder halbverfestigte Substanz) wird dann mit dem Spülwasser, das danach eingelassen wird, aus der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 ausgestoßen. In diesem Prozess kontaktiert das durch eine Hitzeübertragung von der durch die Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 zurückbehaltenen Hitze auf eine hohe Temperatur erhitzte Spülwasser (oder Wasserdampf) die in die verfestigte Substanz (oder halbverfestigte Substanz) umgewandelte Hochviskositätssubstanz, wodurch die verfestigte Substanz (oder halbverfestigte Substanz) hydrolysiert wird. Es wird angenommen, dass ein Trennen und Ausstoßen der verfestigten Substanz (oder halbverfestigten Substanz) aus der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 auf diese Weise gefördert wird.
Durch Kombinieren des ersten Spülens und des zweiten Spülens von zwei unterschiedlichen Spülmechanismen kann das restliche Öl aus der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 sicher entfernt werden, und eine Abweichung des Abgas-Umweltrichtlinienwerts von dem Regulierungsbereich kann effektiv verhindert werden.
Zu dem Zeitpunkt, wenn das erste Spülen durchgeführt wird (d. h. unmittelbar nachdem der Einspritzbrennstoff von dem Haupt-Ölbrennstoff 20 zu dem Haupt-Gasbrennstoff 22 umgeschaltet worden ist), ist die Temperatur der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 nicht so hoch, da der Haupt-Ölbrennstoff 20 in der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 geströmt ist, kurz bevor das erste Spülen und eine Hitzeübertragung von der Haupt-Ölbrennstoffleitung 24 zu dem Haupt-Ölbrennstoff 20 stattgefunden hat. Deshalb wird angenommen, dass in dem ersten Spülen im Gegensatz zu dem zweiten Spülen eine Erzeugung des Wasserdampfs aus dem Spülwasser und ein Kontakt mit dem Hochtemperaturwasser oder dem Wasserdampf eine geringe Hydrolyse der verfestigten Substanz (oder halbverfestigten Substanz) bewirkt.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel können Störungen, wie etwa eine Verstopfung der Düsen 4A und 4B und eine Abweichung der Brennstoffeinspritzmenge von dem gewünschten Wert, was aus dem restlichen Öl resultiert, verhindert werden. Deshalb ist es im Wesentlichen nicht länger notwendig, die Düse aus der Brennkammer 1 zum Reinigen zu entfernen. Demzufolge kann ein Verhindern einer Energieerzeugung aufgrund des Ausschaltbetriebs der Gasturbine zum Reinigen der Düse vermieden werden. Ferner ist es im Wesentlichen nicht länger notwendig, eine Ersatzdüse für den Fall eines Betreibens der Gasturbine während der Düsenreinigung vorzubereiten.
Während die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, ist offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen gemacht werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise wird in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel das in 3 dargestellte Beispiel hinsichtlich der spezifischen Inhalte des ersten Spülens und des zweiten Spülens für jede der Hauptdüsen 4A und 4B beschrieben. Allerdings sind die spezifischen Inhalte des ersten Spülens und des zweiten Spülens nicht besonders beschränkt, solange das erste Spülen zum Spülen zumindest mit Wasser unmittelbar nachdem der Einspritzbrennstoff von dem Ölbrennstoff zu dem Gasbrennstoff umgeschaltet worden ist, und das zweite Spülen zum Spülen zumindest mit Wasser unmittelbar bevor der Einspritzbrennstoff von dem Gasbrennstoff zu dem Ölbrennstoff umgeschaltet wird, bezüglich der Ölbrennstoffleitung von zumindest einer der Düsen durchgeführt wird. Beispielsweise kann die Menge des Spülwassers des Wasserspülens 50 und 60 oder die Menge der Spülluft des Luftspülens 52 und 62, ein Druck des Spülwassers oder der Spülluft, die Spülzeit, die Anzahl von Spülhäufigkeiten usw. eingestellt werden, um den maximalen Reinigungseffekt eines Spülens zu bekommen.
Ferner umfasst in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel das erste Spülen und das zweite Spülen das Luftspülen 52 und 62. Allerdings ist dies nicht beschränkend und anstelle des Luftspülens 52 und 62 kann ein Gasspülen durchgeführt werden, um ein Gas eines beliebigen Typs, das sich von Luft unterscheidet (z. B. inertes Gas, wie etwa Stickstoffgas und Argongas), in jede der Hauptdüsen 4A und 4B zuzuführen. Die besonderen Bedingungen zum Durchführen des Gasspülens können zu denen des Luftspülens 52 und 62 ähnlich sein.
Außerdem ist in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel die Brennkammer 1 mit der Pilotdüse 2 und den Hauptdüsen 4A und 4B versehen. Allerdings ist die Konfiguration der Brennkammer 1 darauf nicht beschränkt. Beispielsweise kann die Brennkammer 1 Düsen eines Typs aufweisen. In diesem Fall kann, wenn die Düsen des einen Typs gespült werden, das erste Spülen zum Spülen zumindest mit Wasser unmittelbar nachdem der Einspritzbrennstoff von dem Ölbrennstoff zu dem Gasbrennstoff umgeschaltet worden ist, und das zweite Spülen zum Spülen zumindest mit Wasser unmittelbar bevor der Einspritzbrennstoff von dem Gasbrennstoff zu dem Ölbrennstoff umgeschaltet wird, durchgeführt werden.
[Arbeitsbeispiel]
Die folgenden Experimente wurden gemacht, um den Effekt des Spülverfahrens für die Brennkammer gemäß dem vorstehenden Ausführungsbeispiel bezüglich des Abgas-Umweltrichtlinienwerts zu untersuchen. Insbesondere wurden für die mit der Brennkammer 1 eines Dualbrennstofftyps ausgestatteten Gasturbine drei Arten von Spülprozessen, Arbeitsbeispiel, Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 durchgeführt, und Inhalte des Abgases wurden analysiert und eine Abgas-CO-Konzentration (ppm) bei einer Standard-O2-Konzentration von 15% wurde erhalten. Die Details von jedem Spülverfahren sind nachstehend beschrieben. Da eine Variation der Ergebnisse der CO-Konzentrationsanalyse vorlag, wurden Daten hinsichtlich der Ergebnisse der CO-Konzentrationsanalyse durch ein mehrfaches Wiederholen des Spülprozesses unter den Bedingungen des Arbeitsbeispiels, Vergleichsbeispiels 1 und Vergleichsbeispiels 2 gesammelt, und dann wurde die Abgas-CO-Konzentration analysiert.
Die Bedingungen des Spülprozesses im Arbeitsbeispiel, Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 sind wie folgt.
Im Arbeitsbeispiel wird sowohl das erste Spülen als auch das zweite Spülen, die in 3 gezeigt sind, durchgeführt. Insbesondere wird, unmittelbar nachdem der Einspritzbrennstoff von dem Haupt-Gasbrennstoff 20 zu dem Haupt-Gasbrennstoff 22 umgeschaltet worden ist (Zeit t1–t3), das erste Spülen für jede der Hauptdüsen 4A und 4B durchgeführt. Ferner wird, unmittelbar bevor der Einspritzbrennstoff von dem Haupt-Gasbrennstoff 22 zu dem Haupt-Ölbrennstoff 20 umgeschaltet wird (Zeit t4–t6), das zweite Spülen für jede der Hauptdüsen 4A und 4B durchgeführt. Sowohl in dem ersten Spülen als auch in dem zweiten Spülen wird, wie in dem Beispiel von 3 dargestellt ist, das Wasserspülen 50 und 60 dreimal und dann das Luftspülen 52 und 62 einmal durchgeführt. Ferner beträgt in jedem Wasserspülen 50 und 60 die Spülwasserströmungsrate 24,000 lb/h und die Wasserspülzeit beträgt zehn Minuten.
Im Vergleichsbeispiel 1 wird nur das in 3 gezeigte erste Spülen durchgeführt. Der spezifische Inhalt des ersten Spülens ist derselbe wie der des Arbeitsbeispiels. Ferner wird im Vergleichsbeispiel 2 nur das in 3 gezeigte zweite Spülen durchgeführt. Der spezifische Inhalt des zweiten Spülens ist derselbe wie der des Arbeitsbeispiels.
6 ist ein Graph, der Analyseergebnisse einer Abgas-CO-Konzentration bezüglich des Arbeitsbeispiels, Vergleichsbeispiels 1 und Vergleichsbeispiels 2 darstellt. Wie aus dem Graph klar hervorgeht, wird in dem Arbeitsbeispiel sowohl das erste Spülen als auch das zweite Spülen durchgeführt, und die Abgas-CO-Konzentration überschreitet zu keinem Zeitpunkt eine obere Grenze des Regulierungsbereichs. Andererseits wird im Vergleichsbeispiel 1 und im Vergleichsbeispiel 2 nur eines des ersten Spülens oder des zweiten Spülens durchgeführt, und die Variation der Abgas-CO-Konzentration ist groß und liegt zu keinem Zeitpunkt innerhalb des Regulierungsbereichs.
Deshalb wird bestätigt, dass die Abweichung des Abgas-Umweltrichtlinienwerts von dem Regulierungsbereich effektiv verhindert werden kann, indem das restliche Öl aus der Ölbrennstoffleitung mit der Kombination des ersten Spülschritts zum Spülen unmittelbar nachdem der Brennstoff zu dem Gasbrennstoff umgeschaltet worden ist, und des zweiten Spülschritts zum Spülen unmittelbar bevor der Brennstoff zu dem Ölbrennstoff umgeschaltet wird, sicher entfernt wird.
Im Vergleichsbeispiel 1 eines Durchführens nur des ersten Spülens ist die Variation der Abgas-CO-Konzentration groß und liegt zu keinem Zeitpunkt in dem Regulierungsbereich. Der Grund dafür liegt darin, dass das restliche Öl nicht vollständig aus der Ölbrennstoffleitung durch das erste Spülen allein entfernt worden ist, wodurch Störungen der Brennkammer, wie etwa eine Verstopfung der Düse und eine Abweichung der Brennstoffeinspritzmenge von dem gewünschten Wert, bewirkt wird.
Ferner ist im Vergleichsbeispiel 2 eines Durchführens nur des zweiten Spülens die Variation der Abgas-CO-Konzentration groß und liegt zu keinem Zeitpunkt innerhalb des Regulierungsbereichs. Der Grund dafür besteht in dem Folgenden. Die große Menge des in der Ölbrennstoffleitung verbleibenden Ölbrennstoffs, wenn der Betrieb von dem Ölfeuerungsbetrieb zu dem Gasfeuerungsbetrieb umgeschaltet wird, wird der Hochtemperaturumgebung für eine lange Zeitperiode während des Gasfeuerungsbetriebs ausgesetzt, wodurch ein Verkoken davon und ein Anhaften an der Wandoberfläche in der Ölbrennstoffleitung fortschreitet. Das restliche Öl (verfestigte Substanz) kann nicht vollständig durch das zweite Spülen allein entfernt werden, wodurch Störungen, wie etwa die Verstopfung der Düse und die Abweichung der Brennstoffeinspritzmenge von dem gewünschten Wert bewirkt wird.

Claims

Spülverfahren für eine Gasturbinenbrennkammer mit einer Düse, welche mit einer Ölbrennstoffleitung, in welcher Ölbrennstoff strömt, und einer Gasbrennstoffleitung, in welcher Gasbrennstoff strömt, kommuniziert, und für welche ein Einspritzbrennstoff zwischen dem Ölbrennstoff und dem Gasbrennstoff umschaltbar ist, wobei das Verfahren aufweist: einen ersten Spülschritt des Spülens der Ölbrennstoffleitung zumindest mit Wasser, unmittelbar nachdem der Einspritzbrennstoff von dem Ölbrennstoff zu dem Gasbrennstoff umgeschaltet worden ist, und einen zweiten Spülschritt des Spülens der Ölbrennstoffleitung zumindest mit Wasser, unmittelbar bevor der Einspritzbrennstoff von dem Gasbrennstoff zu dem Ölbrennstoff umgeschaltet wird.
Spülverfahren für die Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 1, wobei der zweite Spülschritt durchgeführt wird, bevor der Einspritzbrennstoff von dem Gasbrennstoff zu dem Ölbrennstoff umgeschaltet wird, im Ansprechen auf ein Vorbereitungssignal zum Umschalten des Einspritzbrennstoffs von dem Gasbrennstoff zu dem Ölbrennstoff.
Spülverfahren für die Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 1 oder 2, wobei in dem zweiten Spülschritt ein Wasserspülen durchgeführt wird, indem der Ölbrennstoffleitung Wasser zugeführt wird, und dann ein Gasspülen durchgeführt wird, indem der Ölbrennstoffleitung Gas zugeführt wird, und wobei das Wasserspülen und das Gasspülen abgeschlossen werden, bevor der Einspritzbrennstof von dem Gasbrennstoff zu dem Ölbrennstoff umgeschaltet wird.
Spülverfahren für die Gasturbinenbrennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Düse umfasst: eine Pilotdüse, welche mit einer Pilot-Ölbrennstoffleitung und einer Pilot-Gasbrennstoffleitung kommuniziert, und für welche der Einspritzbrennstoff zwischen dem Ölbrennstoff und dem Gasbrennstoff umschaltbar ist, und eine Vielzahl von Hauptdüsen, welche um die Pilotdüse herum vorgesehen sind, wobei jede der Vielzahl von Hauptdüsen mit einer Haupt-Ölbrennstoffleitung und einer Haupt-Gasbrennstoffleitung kommuniziert und konfiguriert ist, um den Einspritzbrennstoff zwischen dem Ölbrennstoff und dem Gasbrennstoff umzuschalten, wobei die Ölbrennstoffleitung, die zumindest mit Wasser in dem ersten Spülschritt und dem zweiten Spülschritt gespült wird, die Haupt-Ölbrennstoffleitung ist, die mit jeder der Vielzahl von Hauptdüsen kommuniziert, wobei in dem zweiten Spülschritt ein Wasserspülen durchgeführt wird, indem der Haupt-Ölbrennstoffleitung Wasser zugeführt wird, und dann ein Gasspülen durchgeführt wird, indem der Haupt-Ölbrennstoffleitung Gas zugeführt wird, und wobei, wenn der Gasbrennstoff als der Einspritzbrennstoff ausgewählt ist, nur ein Gasspülen in der Pilot-Ölbrennstoffleitung durchgeführt wird, indem der Pilot-Ölbrennstoffleitung kontinuierlich Gas zugeführt wird.
Spülverfahren für die Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 4, wobei die Vielzahl von Hauptdüsen in Gruppen unterteilt ist, und wobei das Wasserspülen in dem zweiten Spülschritt für die Haupt-Ölbrennstoffleitungen, die mit der Vielzahl von Hauptdüsen kommunizieren, welche den Gruppen angehören, zu Zeitpunkten gestartet wird, die sich gemäß den Gruppen unterscheiden.
Spülverfahren für die Gasturbinenbrennkammer nach Anspruch 5, wobei, wenn das Wasserspülen in dem zweiten Spülschritt gestartet wird, eine Menge an Wasser, das der Haupt-Ölbrennstoffleitung zugeführt wird, die mit der Hauptdüse kommuniziert, welche jeder der Gruppen angehört, in Phasen erhöht wird.
Spülverfahren für die Gasturbinenbrennkammer nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei, während der Ölbrennstoffleitung in dem ersten Spülschritt und dem zweiten Spülschritt Wasser zugeführt wird, ein Pilotverhältnis zeitweise erhöht wird, wobei das Pilotverhältnis ein Verhältnis eines Stroms an von der Pilotdüse injiziertem Brennstoff zu einem gesamten Brennstoffstrom ist.
Spülverfahren für die Gasturbinenbrennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei in dem ersten Spülschritt und dem zweiten Spülschritt eine Menge an der Ölbrennstoffleitung zum Spülen der Ölbrennstoffleitung zugeführtem Wasser nicht größer als ein Flammenlöschgrenzwert gemäß einer Ausgabe einer Gasturbine eingestellt wird.
Spüleinheit für eine Gasturbinenbrennkammer mit einer Düse, welche mit einer Ölbrennstoffleitung, in welcher Ölbrennstoff strömt, und einer Gasbrennstoffleitung, in welcher Gasbrennstoff strömt, kommuniziert, und für welche ein Einspritzbrennstoff zwischen dem Ölbrennstoff und dem Gasbrennstoff umschaltbar ist, wobei die Spüleinheit aufweist: einen Wassertank zum Speichern von Wasser zum Spülen, einen Spülwasserzufuhrpfad zum Kommunizieren des Wassertanks mit der Ölbrennstoffleitung, ein Spülwasserzufuhrventil, das in dem Spülwasserzufuhrpfad vorgesehen ist, und eine Steuerung zum Steuern eines Öffnens und Schließens des Spülwasserzufuhrventils, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um: der Ölbrennstoffleitung Wasser aus dem Wassertank zuzuführen, indem das Spülwasserzufuhrventil im Ansprechen auf ein Signal zum Umschalten des Einspritzbrennstoffs von dem Ölbrennstoff zu dem Gasbrennstoff geöffnet wird, damit ein erstes Spülen der Ölbrennstoffleitung durchgeführt wird, unmittelbar nachdem der Einspritzbrennstoff zu dem Gasbrennstoff umgeschaltet worden ist, und der Ölbrennstoffleitung Wasser aus dem Wassertank zuzuführen, indem das Spülwasserzufuhrventil im Ansprechen auf ein Vorbereitungssignal zum Umschalten des Einspritzbrennstoffs von dem Gasbrennstoff zu dem Ölbrennstoff geöffnet wird, damit ein zweites Spülen der Ölbrennstoffleitung durchgeführt wird, unmittelbar bevor der Einspritzbrennstoff von dem Gasbrennstoff zu dem Ölbrennstoff umgeschaltet wird.