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JP4018809B2 - Additional combustion method using gas turbine exhaust gas and additional burner using this additional combustion method - Google Patents

Additional combustion method using gas turbine exhaust gas and additional burner using this additional combustion method Download PDF

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JP4018809B2
JP4018809B2 JP16227198A JP16227198A JP4018809B2 JP 4018809 B2 JP4018809 B2 JP 4018809B2 JP 16227198 A JP16227198 A JP 16227198A JP 16227198 A JP16227198 A JP 16227198A JP 4018809 B2 JP4018809 B2 JP 4018809B2
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exhaust gas
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flame
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仁 矢原
勉 小野寺
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株式会社Nfkホールディングス
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  • Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン排ガス(以下、GT排ガスと略称する)中に残存する酸素を利用した燃焼によりGT排ガスの増熱を行うための追焚燃焼法及びこの方法を利用する追焚バーナに関する。
【0002】
【従来の技術】
ガスタービンで仕事をした後のGT排ガスには、まだボイラ用熱源として十分な熱を有していることから、そのまま廃棄せずに排熱ボイラに全量供給されて熱源として使用されている。このとき、GT排ガスには、酸素が残っているのでこれを利用して追焚きを行い、GT排ガスそのものの再熱を図ってより高い熱量のGT排ガスとして蒸気発生量を増やすことが行われている。このGT排ガスの追焚きには、ダクトバーナの使用が主流となっている。このダクトバーナは、GT排ガスを排熱ボイラに導くダクトの中にGT排ガスの流れと直交するように燃料供給管を配置し、GT排ガスの流れの下流側へ向けて複数の燃料噴射孔から追焚燃料を噴射するように設けられている。この追焚バーナでは、燃料供給管の噴射孔から燃料を噴射してGT排ガス中の残存している酸素を利用して追焚をするため、GT排ガスの流れを整えて一様にするための直管部を必要としている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したダクトバーナでは、GT排ガスのダクト内での偏流を十分に抑制するには相当の長さの直管部を必要とすることから、場所をとってしまいガスタービンや排熱ボイラ等の設備の配置に著しく制約を受けてしまう問題を有している。また、充分な直管部を採れない場合には、追焚燃料とGT排ガスの混合が部分的に不十分となり良好な燃焼状態が得られず、所望の増熱が図れない場合がある。
【0004】
また、ダクトバーナは、単にGT排ガスの流れの中に燃料を噴射するだけであるため、燃焼が不安定になり易く、一般に12〜16%(WET)程度の酸素の濃度のGT排ガスでは、その酸素濃度が9%程度にまで下がるような追焚燃焼しかできず、フレッシュエア(燃焼に一度も供されていない空気)の補給無しには燃焼量を大きくできない。このため、追焚燃焼により得られる熱量が不十分となりGT排ガスの十分な増熱を得られない。よって、多量の蒸気を必要とする場合等には対応することができないという問題がある。
【0005】
また、このダクトバーナではGT排ガスの量が圧倒的に多くかつ低酸素濃度であるため、極めて過剰な空気比となってもともと燃焼の安定性が悪いため、燃焼量を絞る(即ち、ターンダウンする)と燃焼が更に不安定となることから、ターンダウン比を3〜5:1程度の小さい値にせざるを得ない。
【0006】
さらに、最近では、排熱ボイラで生成された蒸気の余剰分を過熱してガスタービン側へ還流してガスタービンの回転数を増加させるチェンサイクルが採用されることが多い。しかし、このチェンサイクルを使用した時のGT排ガスの酸素濃度は8%(WET)位まで下がっていることが多い上に水分量も多い。このため、このGT排ガス中の残存酸素だけを利用して追焚燃焼を行うことは難しく、大量のフレッシュエアを混入して酸素濃度を上げてから追焚燃焼させなければならず、GT排ガスの残存酸素を利用した追焚燃焼のメリットが低減する。即ち、GT排ガスの増熱のための再熱を少ない追焚燃料で実現することが難しい。
【0007】
また、ガスタービンの停止時等にも排熱ボイラでの蒸気発生量を確保するためには、追焚バーナにおいてGT排ガスを使用せずにフレッシュエアのみを使用して通常の拡散燃焼(フレッシュモード燃焼)を行う必要がある。ところが、ダクトバーナにおいてGT排ガスの代わりにフレッシュエアを流すのでは、必要以上の大量のフレッシュエアを必要としてしまうため、フレッシュエアの供給に多量のエネルギを費やして全体の効率が悪くなってしまう。
【0008】
そこで、本発明は、コンパクトな燃焼設備の実現が可能なGT排ガス利用の追焚燃焼法及びこれを利用する追焚バーナを提供することを目的とする。また、本発明は、GT排ガスのより一層の増熱が可能なGT排ガス利用の追焚燃焼法及びこれを利用する追焚バーナを提供することを目的とする。また、本発明はターンダウン比を大きくすることが可能なGT排ガス利用の追焚燃焼法及びこれを利用する追焚バーナを提供することを目的とする。更に、本発明は、多量の燃焼用空気を使用せずに追焚燃焼できるGT排ガス利用の追焚燃焼法及びこれを利用する追焚バーナを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために請求項1記載の発明は、追焚燃料を燃焼させてGT排ガスを再熱する追焚燃焼法において、追焚燃料を一次燃料と二次燃料の二段に分けて供給すると共に、一段目の一次燃料に対して適正空気比となる量の燃焼用空気を供給して一次火炎を形成する一方、二段目では一次火炎の周りに二次燃料を噴射して一次火炎と二次燃料とを接触させることで一次火炎中のNOxを還元燃焼させると共にその二次燃料の噴流の周りにGT排ガスを噴射して該GT排ガス中の残存酸素を使って二次燃料を完全燃焼させるようにしている。
【0010】
したがって、一段目では一次燃料が適正空気比の下で完全燃焼する。そして、二段目で供給される二次燃料がその周りから噴射される多量のGT排ガス中の残存酸素を利用して完全燃焼する。このとき、一次燃料は適正空気比で燃焼するため多量のNOxの発生を伴うが、二次燃料との接触によってそのNOxが還元されるため一次燃焼で発生したNOxは低減される。他方、二次燃料は多量のGT排ガス中に残存する低濃度の酸素を利用して超過剰空気比の下で完全燃焼するため、NOxの発生量は少ない。また、一段目及び二段目の燃焼においてそれぞれ完全燃焼を行っているので、COの発生を抑制することもできる。しかして、全体としてNOxの発生量を低く抑えつつ得られた発熱量を以てGT排ガスの再熱が図られる。
【0011】
しかも、一次燃料に対しては完全燃焼を起こす適正空気比のフレッシュエアが供給されるため、安定燃焼する一次火炎が保炎源として機能し、二段目で低酸素濃度のGT排ガスが圧倒的多量に供給されて超過剰空気状態となっても二次燃料が安定的にかつ完全燃焼し、更にターンダウン幅を大きくしても燃焼の安定性は損なわれない。
【0012】
また、追焚燃料の噴射量を増やして発生熱量の増加を図る場合にも、フレッシュエアを使った一次火炎が保炎源となるためGT排ガスを利用した安定的な燃焼が可能となり、GT排ガスの酸素濃度をより低くする追焚燃焼を実現する。
【0013】
さらに、良く混合されたフレッシュエアと追焚燃料の一部(一次燃料)とで形成された一次火炎の周りから残りの追焚燃料(二次燃料)とGT排ガスの全量とを噴出するようにしているので、これらの混合がGT排ガスの偏流による影響等を受けたとしても二次燃焼を不安定にすることはない。
【0018】
一方、請求項記載のGT排ガス利用の追焚バーナは、追焚燃料を一次燃料と二次燃料の二段に分けて供給する燃料供給系と、一次燃料に対して適正空気比となる量の燃焼用空気をバーナスロートへ供給する燃焼用空気供給系と、バーナスロート内で一次燃料を噴射して適正空気比下で一次火炎を形成する一次燃料ノズルと、一次燃料ノズルよりも下流側で一次火炎の周りに二次燃料を一次火炎に向けてあるいは平行に噴射する二次燃料ノズルと、二次燃料ノズルの周りから追焚ボイラの燃焼室内へ一次火炎とほぼ平行にガスタービン排ガスを噴射する排ガスノズルとを備え、二次燃料を一次火炎と二次燃料とを接触させることで一次火炎中のNOxを還元燃焼させると共にガスタービン排ガス中の残存酸素を使って完全燃焼させ一次火炎と相俟ってガスタービン排ガスを再熱するようにしている。
【0019】
したがって、一次燃料に対して適正空気比となる量のフレッシュエアで完全燃焼する安定火炎を保炎源としてその周りに噴射される二次燃料とGT排ガス中の残存酸素との拡散燃焼を安定化させる。即ち、請求項1記載の追焚燃焼が実現される。
【0020】
しかも、排ガスノズルを一次火炎の周りに一次火炎とほぼ平行に噴射軸を向けて設置しているので、一次火炎を保炎する一次燃焼筒を設けなくても一次火炎の保炎を確保することができる。よって、燃焼が安定化することによりターンダウン比を大きくすることができる。
【0021】
さらに、一次燃料と適正空気比のフレッシュエアとにより形成された一次火炎の周りから火炎と平行に排ガスノズルからGT排ガスを噴射するようにしているので、GT排ガスに対しある程度整流が行なわれて偏流の影響が除かれると共に燃焼ガスとGT排ガスとの混合も良好である。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。図1に本発明のGT排ガス利用の追焚バーナの一実施形態を示し、この追焚バーナに基づいてGT排ガス利用の追焚燃焼法の原理を説明する。このGT排ガス利用の追焚バーナ1は、GT排ガスに残存する酸素を利用して追焚燃料を燃焼させてGT排ガスそのものを再熱するもので、追焚燃料Fを一次燃料F1と二次燃料F2の二段に分けて供給する燃料供給系12と、一次燃料F1に対して適正空気比となる量の燃焼用空気Aをバーナスロート5へ供給する燃焼用空気供給系15と、バーナスロート内で一次燃料F1を噴射する一次燃料ノズル10と、一次燃料ノズル10よりも下流側で一次火炎2の周りに二次燃料F2を噴射する二次燃料ノズル11と、二次燃料ノズル11の周りから追焚ボイラの燃焼室あるいはダクト内に形成された燃焼室18内へ一次火炎2とほぼ平行にGT排ガスEを噴射する排ガスノズル7とを備え、二次燃料F2をGT排ガスE中の残存酸素を使って完全燃焼させ、このとき発生した二次火炎3と一次火炎2とでGT排ガスEを再熱するようにしている。
【0027】
この追焚バーナ1はバーナタイルフロント面8を例えば排熱ボイラ9の内部に露出させるようにして排熱ボイラ9に取り付けられている。これにより、追焚バーナ1そのものに燃焼室を設けずに排熱ボイラ9の燃焼室18等を兼用することができるので、追焚バーナ1に専用の燃焼室や一次燃焼筒等を設置する必要が無く追焚バーナ1の構造を簡易化することができる。このため、燃焼室や一次燃焼筒等の耐火材の寿命により施工を行う必要が無いので、追焚バーナ1の維持費を削減することができる。
【0028】
一次燃料ノズル10は、バーナスロート5の中央部に配置されると共に、バーナスロート5から噴出される燃焼用空気Aに一次燃料F1を噴射するように設けられている。一次燃料ノズル10の先端に形成された複数の噴射孔は、一次燃料F1の噴射軸を斜め前方に拡がるように開口されている。これにより、一次燃料F1は噴射孔から燃焼用空気Aに向けて外向きに噴射される。さらに、一次燃料ノズル10は一次燃料供給管12によりバーナケーシング13の外部に接続されて一次燃料F1の供給を受ける。
【0029】
二次燃料ノズル11は、一次燃料ノズル10よりも下流側の一次火炎2の周りに設置されて一次火炎2に向けて二次燃料F2を噴射するように噴射孔が開口されている。この二次燃料ノズル11は、バーナタイル14を貫通するようにしてバーナスロート5の周囲に1本以上好ましくは2〜4本が配置されている。例えば本実施形態の場合、4本の二次燃料ノズル11がバーナスロート5と同心状に等間隔で配置されている。本実施形態ではバーナスロート5をバーナタイルフロント面8よりも燃焼用空気Aの上流側に窪ませて形成して、そのバーナスロート5の周囲に二次燃料ノズル11を配置している。このため、二次燃料ノズル11は、バーナタイルフロント面8よりも燃焼用空気Aの上流側に窪んだ位置で排熱ボイラ9内に二次燃料F2を噴射する。二次燃料ノズル11の先端の噴射孔は、一次火炎2に向けて二次燃料F2を噴射し、一次火炎2中に発生したNOxを還元した後に周囲を流れるGT排ガスEに残存する酸素によって二次火炎3を形成するようにやや内向きに設定されている。本実施形態では二次燃料ノズル11の噴射孔を内向きに形成しているが、これには限られず噴射孔を燃焼用空気Aの噴射軸と平行としても良い。また、二次燃料ノズル11とバーナタイル14との間には僅かな隙間16が設けられ、燃焼用空気Aの一部例えば数%を流すことによって二次燃料ノズル11を冷却するように設けられている。
【0030】
一次燃料ノズル10と二次燃料ノズル11とはバーナケーシング13の外部のヘッダ(図示省略)などに連結されて図示していない燃料供給源に接続されている。そして、燃料供給源から供給される燃料Fが所定の分配比に応じて一次燃料ノズル10と二次燃料ノズル11とに分配されてそれぞれ噴射される。本実施形態では、一次燃料F1と二次燃料F2の噴射量をいずれも全燃料Fに対して50容量%に成るようにしている。
【0031】
バーナケーシング13にはエアダンパ17を備えエアインレットを介して燃焼用空気供給系15が接続されている。そして、バーナケーシング13の内部では、燃焼用空気Aがガイド筒21の外部で二次燃料ノズル11に沿ってこれを冷却しながら排熱ボイラ9側に流れる。さらに、この燃焼用空気Aはスワラ19により旋回されてバーナスロート5に送り込まれる。この燃焼用空気Aは、一次燃料ノズル10の周囲に設置されたスワラ20によって旋回されてバーナスロート5から排熱ボイラ9の燃焼室18内へ噴射される。ここで、燃焼用空気供給系15から供給されるフレッシュエアAは一次燃料F1に対して適正空気比となる量である。
【0032】
さらに、二次燃料供給管15の外周部には、GT排ガスEを取り込んで整流するGT排ガス風箱4が設けられている。このGT排ガス風箱4は排熱ボイラ9側の端面をバーナタイルフロント面8と面一にして排熱ボイラ9に露出すると共に高温のGT排ガスEを取り込むため、耐火材28により形成されている。このGT排ガス風箱4には、GT排ガスEを取り込む取込口22と、一次火炎2の周りにGT排ガスEを噴出する排ガスノズル7とが設けられている。取込口22にはガスタービン設備からGT排ガスEが供給されるダクト(図示せず)が接続されている。
【0033】
排ガスノズル7は、一次火炎2とほぼ平行にGT排ガスEを噴射して二次火炎3を形成するものであり、一次燃料ノズル10よりも下流側の一次火炎2の周りに一次火炎2とほぼ平行に噴射軸を向けて設置されている。本実施形態では、排ガスノズル7は、バーナスロート5の外周部の耐火材28を貫通してGT排ガス風箱4の内部と排熱ボイラ9とを連通する複数の透孔から成る。この透孔は、バーナスロート5の噴射軸と平行に形成されると共に、バーナスロート5を中心に同心状に形成されている。
【0034】
尚、本実施形態では、バーナスロート5をバーナタイルフロント面8よりも燃焼用空気Aの上流側に窪んだ位置に形成しているので、排ガスノズル7は一次燃料ノズル10よりも下流に位置すると共に一次火炎2の周りに一次火炎2とほぼ平行に噴射軸を向けて設置されることになる。このため、GT排ガスEは一次火炎2の側方で一次火炎2にほぼ平行に軸噴流として噴出されるので、GT排ガスEが一次火炎2に向けて直接噴出することを防止して一次火炎2の保炎性を確保することができる。同時に、排ガスノズル7で流速が上げられたGT排ガスEの噴流は一次及び二次の燃焼ガスとの混合をより良好なものとする。これにより、一次火炎2の保炎を図るための一次燃焼筒を設ける必要が無いので、追焚バーナ1の構造を簡易化することができる。しかも、火炎2,3の熱的な影響はバーナタイル14のみに与えられるので、バーナタイル14以外での耐火材の寿命を長期化することができる。
【0035】
以上のように構成されたGT排ガス利用の追焚バーナ1によれば、次のようにしてGT排ガスEを利用した追焚燃焼を行うことができる。
【0036】
この追焚バーナは、燃料Fを一次燃料F1と二次燃料F2との二段階に分けて各燃料ノズル10,11から供給し、さらに一段目の一次燃料F1に対しては酸化剤としてフレッシュエアAをバーナスロート5から供給し、二段目の二次燃料F2に対しては酸化剤としてGT排ガスEの全量を排ガスノズル7から供給して二段燃焼させるようにしている。
【0037】
一段目の一次燃焼では、一次燃料F1とこれに対して適正空気比となる量のフレッシュエアAを噴射して一次火炎2を形成するように設けられている。適正空気比(m)は、通常、ガス燃料の場合には1.1〜1.2、オイル燃料の場合には1.1〜1.3程度とされている。本実施形態の場合、一次燃料F1と二次燃料F2の分配に関して特に限定を受けるものではないが、例えば一次燃料F1を50容量%、二次燃料F2を50容量%に設定した場合には、フレッシュエアAの量は供給追焚燃料Fの全量に対して空気比を例えばm=0.6とする。この場合、フレッシュエアAの一次燃料F1に対する空気比は、適正空気比のm=1.2に相当するので、一次燃料F1はこのフレッシュエアAにより完全燃焼し、CO等を発生せずに安定的に燃焼させて一次火炎2を形成することができる。
【0038】
また二段目では、二次燃料ノズル11から二次燃料F2が一次火炎2に向けてあるいは一次火炎2に平行に噴射される。これにより、一次火炎2の周囲で還元燃焼が成されるので、一次燃焼で発生したNOxを還元して減少させることができる。そして、二次燃料F2の更に外側の排ガスノズル7からはGT排ガスEが噴出される。これにより、GT排ガスEに含まれる低濃度の酸素を利用して二次燃料F2が完全燃焼される。GT排ガスEは一次火炎2とほぼ平行に噴射しているので、一次火炎2を保炎しながらその周囲に二次火炎3を形成することができる。
【0039】
ここで、本実施形態ではフレッシュエアAの供給燃料Fの全量に対する空気比をm=0.6としているが、これには特に限られない。追焚燃焼の効率を良くするためフレッシュエアの量はできるだけ少なくすることが好ましいが、あまり少な過ぎて理論空気量に近づけば不完全燃焼によるCO等の発生を伴うことから、全量の追焚燃料Fに対する空気比として例えばm=0.5〜0.6程度の範囲(一次燃料F1に対する空気比ではm=1〜1.2に相当)、より好ましくは0.55〜0.6(一次燃料F1に対する空気比ではm=1.1〜1.2に相当)程度にしても良い。尚、フレッシュエアの一部(通常数%程度)が二次燃料ノズルの冷却用空気として使用される場合が一般的であり、実質的には全量のフレッシュエアと一次燃料F1とが混合されているとは言えないが、その量は無視できる程度のもので実質的に適正空気比に影響を与えるものではない。
【0040】
また、一次燃料F1と二次燃料F2の分配比を50:50以外の比率、例えば70:30〜30:70の範囲にした場合でも、フレッシュエアAの一次燃料F1に対する空気比がm=1〜1.2程度、好ましくはm=1.2に相当するようにフレッシュエアAの供給量を設定する。これにより、一次燃料F1はフレッシュエアAにより一次火炎2を形成して完全燃焼することができる。
【0041】
上述したGT排ガス利用の追焚バーナ1によれば、一次燃料は適正空気比で燃焼するため安定的な燃焼と共に多量のNOxの発生を伴うが、二次燃料との接触によってそのNOxが還元されるため一次燃焼で発生したNOxは低減される。他方、二次燃料は多量のGT排ガス中に残存する低濃度の酸素を利用して超過剰空気比の下で完全燃焼するため、NOxの発生量は少ない。また、一段目及び二段目の燃焼においてそれぞれ完全燃焼を行っているので、COの発生を抑制することもできる。しかして、全体としてNOxの発生量を低く抑えつつ得られた発熱量を以てGT排ガスの再熱が図られる。
【0042】
しかも、適正空気比の下で安定的に完全燃焼する一次火炎の周りに二次燃料と一次火炎とほぼ平行なGT排ガスとを噴射して二次燃焼を行わせるようにしているので、一次火炎を保炎する一次燃焼筒を設けなくても、一次火炎が保炎源として機能し、二段目で低酸素濃度のGT排ガスが圧倒的多量に供給されて超過剰空気状態となっても二次燃料が安定的にかつ完全燃焼し、更にターンダウン幅を大きくしても燃焼の安定性は損なわれない。具体的にはターンダウン比を、ガス燃料を使用した場合は10:1程度、液体燃料を使用した場合は8:1程度に向上させることができた。
【0043】
また、チェンサイクルを使用したGTからのGT排ガスを利用する場合でも、安定した一次火炎2の存在によりGT排ガスの酸素を利用して二次燃料F2を容易に燃焼させることができる。
【0044】
また、追焚燃料の噴射量を増やして発生熱量の増加を図る場合にも、フレッシュエアを使った一次火炎が保炎源となるためGT排ガスを利用した安定的な燃焼が可能となり、GT排ガスの酸素濃度をより低くする追焚燃焼を実現する。よって、排熱ボイラ9での蒸気発生量を増大することができ、多量の蒸気を必要とする場合等でも容易に対応することができる。
【0045】
さらに、良く混合されたフレッシュエアと追焚燃料の一部(一次燃料)とで形成された一次火炎の周りから残りの追焚燃料(二次燃料)とGT排ガスの全量とを噴出するようにしているので、これらの混合がGT排ガスの偏流による影響等を受けたとしても二次燃焼を不安定にすることはない。したがって、GT排ガスEを一旦風箱4に側方から入れてある程度の整流を行ってから一次火炎2と平行に噴射することができ、ガスタービン設備から追焚バーナ1までのGT排ガスEのダクト(図示せず)を折り曲げた形状にしても偏流の影響を抑制することができる。このため、ガスタービン設備や追焚バーナ1の配置の自由度を高くすることができる。
【0046】
ところで、トラブル等によるガスタービン設備の停止時に排熱ボイラ9での蒸気発生量を確保するために追焚バーナ1にフレッシュエアのみを供給してフレッシュモード燃焼を行うことが必要となる場合がある。この場合、バーナスロート5からは全供給燃料Fに対して空気比が例えばm=1.15となる量のフレッシュエアAを噴射すると共に、各燃料ノズル10,11からは燃料Fの全供給量に対する50容量%ずつの燃料F1,F2を噴射するようにする。このフレッシュモード燃焼は、既知の低NOxバーナと同様の二段燃料燃焼の原理により行われる。このため、一次燃焼では超過剰空気燃焼となるのでNOxの発生を抑制することができる。そして、二次燃焼では一次燃焼での燃焼ガスを利用して二次燃料F2の完全燃焼を行うことができるので、COの発生を抑制することができる。
【0047】
上述した追焚バーナ1を使用してフレッシュモード燃焼を行った場合は、燃料Fとして13Aガスを使用したときに燃焼ガスの酸素の含有率を5%としNOxの含有率を60ppm以下とすることができた。同様に、燃料FとしてA重油(N=0.03重量%)を使用したときに燃焼ガスの酸素の含有率を4%としNOxの含有率を80ppm以下とすることができた。
【0048】
よって、フレッシュモード燃焼を行うときに空気比をm=1.15程度に抑えることができるので、フレッシュエアの供給を含めた燃焼の効率をダクトバーナよりも良好にすることができる。
【0063】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【0064】
さらに、上述した実施形態でGT排ガス利用の追焚バーナ1を排熱ボイラ9に直接設置しているが、これには限られずGTから排熱ボイラ9までのダクト中に設けるようにしても良い。この場合、追焚バーナ1の下流側のダクトの内部に耐火壁か水冷壁を設けるようにする。これによっても、燃焼量を増大することができると共に安定した燃焼によってGT排ガスEを再加熱してターンダウン比を大きくできる等の上述した各実施形態の追焚バーナ1と同様の効果を奏することができる。
【0065】
また、上述したいずれの実施形態でも追焚バーナ1により再加熱されたGT排ガスを排熱ボイラ9で利用しているが、これには限られずこのGT排ガスを他の設備で利用するようにしても良い。この場合も、燃焼量を増大することができると共に安定した燃焼によってGT排ガスEを再加熱してターンダウン比を大きくできる等の上述した各実施形態の追焚バーナ1と同様の効果を奏することができる。
【0066】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明の請求項1記載のGT排ガス利用の追焚燃焼法によれば、全体としてNOxとCOの発生を抑制しつつ、GT排ガスの再熱を可能とする。しかも、適正空気比の下でフレッシュエアによって安定燃焼する一次火炎が保炎源として機能するため、低酸素濃度のGT排ガスが圧倒的多量に供給されて超過剰空気状態となっても二次燃料が安定燃焼するし、ターンダウン幅を大きくしても燃焼の安定性は損なわれない。しかも、燃焼が安定化することにより、ダクトバーナでは燃焼が極めて困難なチェンサイクルを使用したGTからのGT排ガスを利用する場合でも容易に燃焼を行うことができる。
【0067】
また、追焚燃料の噴射量を増やして発生熱量の増加を図る場合にも、フレッシュエアを使った一次火炎を保炎源としてGT排ガスを利用した安定的な燃焼を可能とし、GT排ガスの酸素濃度をより低くする追焚燃焼を実現する。依って、GT排ガスの一層の増熱が容易に可能となり、多量の蒸気を必要とする場合等でも容易に対応することができる。
【0068】
さらに、一次火炎の周りからGT排ガスを噴出するようにしているので、GT排ガスの偏流の影響を抑制するための直管部を必要とせず、コンパクト化できる。
【0074】
一方、請求項記載のGT排ガス利用の追焚バーナによると、請求項1記載の追焚法を容易に実現でき、同追焚法の数々の効果を奏する。更に、全体としてNOxとCOの発生を抑制しつつ一次燃料及び二次燃料をいずれも完全燃焼させると共に、適正空気比のフレッシュエアによって最も安定燃焼する一次火炎を保炎源としてGT排ガスの再熱を図るようにしているので、低酸素濃度のGT排ガスが圧倒的多量に供給されて超過剰空気状態となっても二次燃料が安定燃焼するし、ターンダウン幅を大きくしても燃焼の安定性は損なわれない。しかも、一次燃焼筒も不要であることから、構造が簡単で尚かつコンパクトにできる。
【0075】
加えて、一次及び二次火炎の周りを囲むようにGT排ガスが排ガスノズルから噴出するようにしているので、GT排ガスの偏流の影響を抑制することができ、火炎が安定すると共に燃焼ガスとGT排ガスとの混合も良好となる。しかも、GT排ガスの偏流の影響を抑制するための直管部を必要としないので設備や配管をコンパクトにできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のGT排ガス利用の追焚燃焼法を利用する追焚バーナの一実施形態を示す中央縦断面図である。
【符号の説明】
1 GT排ガス利用の追焚バーナ
2 一次火炎
3 二次火炎
5 バーナスロート
6 燃料ノズル
7 排ガスノズル
10 一次燃料ノズル
11 二次燃料ノズル
23 一次燃焼筒
24 一次排ガスノズル
26 二次排ガスノズル
29 火炎
A フレッシュエア(燃焼用空気)
E GT排ガス
E1 一次排ガス
E2 二次排ガス
F 燃料
F1 一次燃料
F2 二次燃料
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a combustion combustion method for increasing the heat of GT exhaust gas by combustion using oxygen remaining in gas turbine exhaust gas (hereinafter abbreviated as GT exhaust gas), and a combustion burner using this method.
[0002]
[Prior art]
Since the GT exhaust gas after working with the gas turbine still has sufficient heat as a heat source for the boiler, it is supplied to the exhaust heat boiler without being discarded and used as a heat source. At this time, since oxygen remains in the GT exhaust gas, it is replenished by utilizing this, and the GT exhaust gas itself is reheated to increase the amount of steam generated as a higher-heat GT exhaust gas. Yes. The use of a duct burner has become the mainstream for tracking the GT exhaust gas. In this duct burner, a fuel supply pipe is arranged in a duct that guides GT exhaust gas to the exhaust heat boiler so as to be orthogonal to the GT exhaust gas flow, and is commemorated from a plurality of fuel injection holes toward the downstream side of the GT exhaust gas flow. It is provided to inject fuel. In this remedy burner, fuel is injected from the injection hole of the fuel supply pipe and the remedy is performed using oxygen remaining in the GT exhaust gas, so that the flow of the GT exhaust gas is adjusted and made uniform. A straight pipe is required.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the duct burner described above requires a straight pipe portion having a considerable length in order to sufficiently suppress the drift of GT exhaust gas in the duct, it takes up space, such as a gas turbine or a waste heat boiler. There is a problem that the arrangement of equipment is significantly restricted. In addition, when a sufficient straight pipe portion cannot be taken, mixing of the additional fuel and the GT exhaust gas is partially insufficient, a good combustion state cannot be obtained, and a desired heat increase may not be achieved.
[0004]
Further, the duct burner simply injects fuel into the flow of GT exhaust gas, so that combustion is likely to become unstable. In general, GT exhaust gas having an oxygen concentration of about 12 to 16% (WET) has its oxygen content. Only combustive combustion is possible in which the concentration drops to about 9%, and the amount of combustion cannot be increased without replenishing fresh air (air that has never been used for combustion). For this reason, the amount of heat obtained by additional combustion becomes insufficient, and sufficient heat increase of GT exhaust gas cannot be obtained. Therefore, there is a problem that it cannot cope with a case where a large amount of steam is required.
[0005]
Further, in this duct burner, since the amount of GT exhaust gas is overwhelmingly high and the oxygen concentration is low, the combustion amount is reduced (ie, the engine is turned down) because the combustion ratio is extremely poor due to the extremely excessive air ratio. Since the combustion becomes more unstable, the turndown ratio must be set to a small value of about 3 to 5: 1.
[0006]
Furthermore, recently, a chain cycle is often employed in which the surplus steam generated in the exhaust heat boiler is superheated and returned to the gas turbine to increase the rotational speed of the gas turbine. However, the oxygen concentration of GT exhaust gas when this chain cycle is used is often lowered to about 8% (WET) and the amount of water is also large. For this reason, it is difficult to perform additional combustion using only the residual oxygen in the GT exhaust gas, and after adding a large amount of fresh air to increase the oxygen concentration, additional combustion must be performed. The merit of additional combustion using residual oxygen is reduced. That is, it is difficult to realize reheating for increasing the heat of GT exhaust gas with a small amount of fuel.
[0007]
In addition, in order to ensure the amount of steam generated in the exhaust heat boiler even when the gas turbine is stopped, etc., normal diffusion combustion (fresh mode) is performed by using only fresh air without using GT exhaust gas in the combustion burner. Combustion) is required. However, if fresh air is allowed to flow in the duct burner instead of GT exhaust gas, a larger amount of fresh air than necessary is required, so that a large amount of energy is consumed to supply the fresh air and the overall efficiency is deteriorated.
[0008]
Then, an object of this invention is to provide the additional combustion method using GT exhaust gas which can implement | achieve a compact combustion facility, and the additional burner using this. Another object of the present invention is to provide a combustion combustion method using GT exhaust gas capable of further increasing the heat of GT exhaust gas and a combustion burner using the combustion combustion method. Another object of the present invention is to provide a combustion combustion method using GT exhaust gas capable of increasing the turndown ratio and a combustion burner using the combustion combustion method. Furthermore, an object of the present invention is to provide an additional combustion method using GT exhaust gas capable of additional combustion without using a large amount of combustion air, and an additional burner using the additional combustion method.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve this object, the invention according to claim 1AddIn the additional combustion method in which fuel is burned and GT exhaust gas is reheated, the additional fuel is supplied in two stages of primary fuel and secondary fuel, and an appropriate air ratio to the primary fuel in the first stage A quantity of combustion air is supplied to form a primary flame, while the second stage injects secondary fuel around the primary flameThen, NOx in the primary flame is reduced and burned by bringing the primary flame into contact with the secondary fuel.At the same time, GT exhaust gas is injected around the secondary fuel jet, and the remaining fuel in the GT exhaust gas is used to completely burn the secondary fuel.
[0010]
Therefore, in the first stage, the primary fuel is completely burned under an appropriate air ratio. Then, the secondary fuel supplied in the second stage is completely burned using the residual oxygen in a large amount of GT exhaust gas injected from the surrounding area. At this time, since the primary fuel burns at an appropriate air ratio, a large amount of NOx is generated. However, since NOx is reduced by contact with the secondary fuel, NOx generated in the primary combustion is reduced. On the other hand, the secondary fuel uses the low concentration oxygen remaining in a large amount of GT exhaust gas and burns completely under a super excess air ratio, so that the amount of NOx generated is small. In addition, since complete combustion is performed in the first stage and second stage combustion, the generation of CO can be suppressed. Therefore, the GT exhaust gas can be reheated with the calorific value obtained while keeping the generation amount of NOx low as a whole.
[0011]
Moreover, since fresh air with an appropriate air ratio that causes complete combustion is supplied to the primary fuel, the primary flame that stably burns functions as a flame holding source, and the GT exhaust gas with low oxygen concentration is overwhelming in the second stage. Even if a large amount of air is supplied and the state becomes super excessive air, the secondary fuel is stably and completely burned, and even if the turndown width is increased, the stability of combustion is not impaired.
[0012]
In addition, when increasing the amount of heat generated by increasing the amount of fuel to be injected, the primary flame using fresh air becomes the flame holding source, enabling stable combustion using GT exhaust gas. Remembrance combustion that lowers the oxygen concentration is realized.
[0013]
Further, the remaining additional fuel (secondary fuel) and the entire amount of GT exhaust gas are ejected from around the primary flame formed by freshly mixed fresh air and a part of the additional fuel (primary fuel). Therefore, even if these mixtures are affected by the drift of GT exhaust gas, etc., the secondary combustion will not become unstable.
[0018]
  Meanwhile, claims2The described exhaust gas burner using GT exhaust gas includes a fuel supply system that supplies the fuel in two stages of the primary fuel and the secondary fuel, and an amount of combustion air that has an appropriate air ratio to the primary fuel. Combustion air supply system for supplying to the burner throat and primary fuel injection in the burner throatTo form a primary flame under an appropriate air ratioPrimary fuel nozzles and secondary fuel around the primary flame downstream of the primary fuel nozzlesTowards the primary flame or in parallelA secondary fuel nozzle for injecting, and an exhaust gas nozzle for injecting gas turbine exhaust gas from the periphery of the secondary fuel nozzle into the combustion chamber of the remedy boiler in parallel with the primary flame,NOx in the primary flame is reduced and burned by bringing the primary flame into contact with the secondary fuel.The residual oxygen in the gas turbine exhaust gas is completely burned and combined with the primary flame, the gas turbine exhaust gas is reheated.
[0019]
Therefore, stabilizing the diffusion combustion of the secondary fuel injected around the stable flame that completely burns with fresh air in an amount appropriate for the primary fuel with the appropriate air ratio and the residual oxygen in the GT exhaust gas. Let That is, the additional combustion according to claim 1 is realized.
[0020]
Moreover, since the exhaust gas nozzle is installed around the primary flame with the injection axis facing the primary flame almost parallel to the primary flame, it is possible to secure the primary flame without the primary combustion cylinder that holds the primary flame. Can do. Therefore, the turndown ratio can be increased by stabilizing the combustion.
[0021]
Further, since GT exhaust gas is injected from the exhaust gas nozzle in parallel with the flame from the primary flame formed by the primary fuel and fresh air having an appropriate air ratio, the GT exhaust gas is rectified to some extent and drifted. And the mixing of combustion gas and GT exhaust gas is good.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on an example of an embodiment shown in the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of a combustion burner using GT exhaust gas according to the present invention, and the principle of a combustion combustion method using GT exhaust gas will be described based on this combustion burner. The exhaust gas burner 1 using GT exhaust gas burns additional fuel using oxygen remaining in the GT exhaust gas and reheats the GT exhaust gas itself. The exhaust fuel F is used as primary fuel F1 and secondary fuel. A fuel supply system 12 that is supplied in two stages of F2, a combustion air supply system 15 that supplies an amount of combustion air A in an appropriate air ratio to the primary fuel F1 to the burner throat 5, and a burner throat The primary fuel nozzle 10 for injecting the primary fuel F 1, the secondary fuel nozzle 11 for injecting the secondary fuel F 2 around the primary flame 2 on the downstream side of the primary fuel nozzle 10, and from around the secondary fuel nozzle 11 An exhaust gas nozzle 7 for injecting GT exhaust gas E almost in parallel with the primary flame 2 into a combustion chamber 18 formed in a combustion chamber or duct of a remedy boiler, and the residual oxygen in the GT exhaust gas E as secondary fuel F2 With It is full combustion, so that reheating the GT exhaust gas E in the secondary flame 3 generated at this time the primary flame 2.
[0027]
This memorial burner 1 is attached to the exhaust heat boiler 9 so that the burner tile front surface 8 is exposed inside the exhaust heat boiler 9, for example. As a result, the combustion burner 1 itself can be used as the combustion chamber 18 of the exhaust heat boiler 9 without providing a combustion chamber. Therefore, it is necessary to install a dedicated combustion chamber, a primary combustion cylinder or the like in the combustion burner 1. Therefore, the structure of the memorial burner 1 can be simplified. For this reason, since it is not necessary to perform construction according to the life of the refractory material such as the combustion chamber or the primary combustion cylinder, the maintenance cost of the remedy burner 1 can be reduced.
[0028]
The primary fuel nozzle 10 is disposed at the center of the burner throat 5 and is provided so as to inject the primary fuel F <b> 1 into the combustion air A ejected from the burner throat 5. The plurality of injection holes formed at the tip of the primary fuel nozzle 10 are opened so that the injection shaft of the primary fuel F1 extends obliquely forward. Thus, the primary fuel F1 is injected outward from the injection hole toward the combustion air A. Further, the primary fuel nozzle 10 is connected to the outside of the burner casing 13 by the primary fuel supply pipe 12 and receives the supply of the primary fuel F1.
[0029]
  The secondary fuel nozzle 11 is installed around the primary flame 2 on the downstream side of the primary fuel nozzle 10, and an injection hole is opened so as to inject the secondary fuel F <b> 2 toward the primary flame 2. One or more, preferably 2 to 4 secondary fuel nozzles 11 are arranged around the burner throat 5 so as to penetrate the burner tile 14. For example, in the case of the present embodiment, four secondary fuel nozzles 11 are arranged concentrically with the burner throat 5 at equal intervals. In this embodiment, the burner throat 5 is formed so as to be recessed upstream of the burner tile front surface 8 in the combustion air A, and the secondary fuel nozzle 11 is disposed around the burner throat 5. For this reason, the secondary fuel nozzle 11 injects the secondary fuel F <b> 2 into the exhaust heat boiler 9 at a position recessed upstream of the combustion air A from the burner tile front surface 8. The injection hole at the tip of the secondary fuel nozzle 11 injects the secondary fuel F2 toward the primary flame 2 and reduces the NOx generated in the primary flame 2 and then reduces the NOx generated in the GT exhaust gas E flowing around by the oxygen. It is set slightly inward so as to form the next flame 3. In the present embodiment, the injection hole of the secondary fuel nozzle 11 is formed inward, but this is not a limitation, and the injection hole is parallel to the injection axis of the combustion air A.ageMay be. Further, a slight gap 16 is provided between the secondary fuel nozzle 11 and the burner tile 14 so as to cool the secondary fuel nozzle 11 by flowing a part of combustion air A, for example, several percent. ing.
[0030]
The primary fuel nozzle 10 and the secondary fuel nozzle 11 are connected to a header (not shown) outside the burner casing 13 and connected to a fuel supply source (not shown). Then, the fuel F supplied from the fuel supply source is distributed to the primary fuel nozzle 10 and the secondary fuel nozzle 11 according to a predetermined distribution ratio and injected. In the present embodiment, the injection amounts of the primary fuel F1 and the secondary fuel F2 are both 50% by volume with respect to the total fuel F.
[0031]
The burner casing 13 includes an air damper 17 and a combustion air supply system 15 is connected via an air inlet. Inside the burner casing 13, the combustion air A flows to the exhaust heat boiler 9 side while cooling the air A along the secondary fuel nozzle 11 outside the guide cylinder 21. Further, the combustion air A is swirled by the swirler 19 and fed into the burner throat 5. The combustion air A is swirled by a swirler 20 installed around the primary fuel nozzle 10 and injected from the burner throat 5 into the combustion chamber 18 of the exhaust heat boiler 9. Here, the fresh air A supplied from the combustion air supply system 15 is an amount that provides an appropriate air ratio with respect to the primary fuel F1.
[0032]
Furthermore, a GT exhaust gas wind box 4 that takes in and rectifies the GT exhaust gas E is provided on the outer peripheral portion of the secondary fuel supply pipe 15. The GT exhaust gas wind box 4 is exposed to the exhaust heat boiler 9 with the end surface on the exhaust heat boiler 9 side being flush with the burner tile front surface 8, and is formed of a refractory material 28 for taking in the high temperature GT exhaust gas E. . The GT exhaust gas wind box 4 is provided with an intake port 22 for taking in the GT exhaust gas E and an exhaust gas nozzle 7 for ejecting the GT exhaust gas E around the primary flame 2. A duct (not shown) to which GT exhaust gas E is supplied from the gas turbine equipment is connected to the intake port 22.
[0033]
The exhaust gas nozzle 7 injects GT exhaust gas E substantially in parallel with the primary flame 2 to form the secondary flame 3. The exhaust gas nozzle 7 and the primary flame 2 around the primary flame 2 downstream of the primary fuel nozzle 10. It is installed with the injection axis facing in parallel. In the present embodiment, the exhaust gas nozzle 7 includes a plurality of through holes that pass through the refractory material 28 on the outer peripheral portion of the burner throat 5 and communicate the interior of the GT exhaust gas wind box 4 with the exhaust heat boiler 9. The through hole is formed in parallel with the injection axis of the burner throat 5 and is formed concentrically with the burner throat 5 as the center.
[0034]
In the present embodiment, since the burner throat 5 is formed at a position recessed upstream of the combustion air A from the burner tile front surface 8, the exhaust gas nozzle 7 is positioned downstream of the primary fuel nozzle 10. At the same time, it is installed around the primary flame 2 with the injection axis directed substantially parallel to the primary flame 2. For this reason, since the GT exhaust gas E is ejected as an axial jet on the side of the primary flame 2 substantially parallel to the primary flame 2, the GT exhaust gas E is prevented from being directly ejected toward the primary flame 2 to prevent the primary flame 2. It is possible to ensure the flame holding property. At the same time, the jet of GT exhaust gas E whose flow velocity is increased by the exhaust gas nozzle 7 makes the mixing with the primary and secondary combustion gases better. Thereby, since it is not necessary to provide a primary combustion cylinder for holding the primary flame 2, the structure of the remedy burner 1 can be simplified. In addition, since the thermal influence of the flames 2 and 3 is given only to the burner tile 14, the life of the refractory material other than the burner tile 14 can be extended.
[0035]
According to the combustion burner 1 using GT exhaust gas configured as described above, the combustion combustion using the GT exhaust gas E can be performed as follows.
[0036]
This memorial burner supplies the fuel F in two stages of a primary fuel F1 and a secondary fuel F2 from the fuel nozzles 10 and 11, and further supplies fresh air as an oxidant to the primary fuel F1 in the first stage. A is supplied from the burner throat 5 and the second stage secondary fuel F2 is supplied with the entire amount of GT exhaust gas E as an oxidant from the exhaust gas nozzle 7 to be subjected to two-stage combustion.
[0037]
In the first stage primary combustion, the primary fuel F1 and fresh air A in an amount corresponding to the primary fuel F1 are injected to form the primary flame 2. The appropriate air ratio (m) is usually about 1.1 to 1.2 for gas fuel and about 1.1 to 1.3 for oil fuel. In the case of the present embodiment, the distribution of the primary fuel F1 and the secondary fuel F2 is not particularly limited. For example, when the primary fuel F1 is set to 50% by volume and the secondary fuel F2 is set to 50% by volume, The amount of fresh air A is such that the air ratio is, for example, m = 0.6 with respect to the total amount of additional fuel supply F. In this case, since the air ratio of the fresh air A to the primary fuel F1 corresponds to the appropriate air ratio m = 1.2, the primary fuel F1 is completely combusted by the fresh air A and is stable without generating CO or the like. The primary flame 2 can be formed by combustion.
[0038]
In the second stage, the secondary fuel F2 is injected from the secondary fuel nozzle 11 toward the primary flame 2 or parallel to the primary flame 2. Thereby, since reduction combustion is performed around the primary flame 2, NOx generated by the primary combustion can be reduced and reduced. And GT exhaust gas E is ejected from the exhaust gas nozzle 7 further outside the secondary fuel F2. Thereby, the secondary fuel F2 is completely burned using the low concentration oxygen contained in the GT exhaust gas E. Since the GT exhaust gas E is injected almost in parallel with the primary flame 2, the secondary flame 3 can be formed around the primary flame 2 while holding the primary flame 2.
[0039]
Here, in this embodiment, the air ratio of the fresh air A to the total amount of the supplied fuel F is set to m = 0.6, but is not particularly limited thereto. It is preferable to reduce the amount of fresh air as much as possible in order to improve the efficiency of additional combustion. However, if the amount of fresh air is too small and approaches the theoretical amount of air, CO is generated due to incomplete combustion. The air ratio to F is, for example, in the range of m = 0.5 to 0.6 (corresponding to m = 1 to 1.2 in the air ratio to the primary fuel F1), more preferably 0.55 to 0.6 (primary fuel). The air ratio with respect to F1 may correspond to m = 1.1 to 1.2). In addition, a part of fresh air (usually about several percent) is generally used as cooling air for the secondary fuel nozzle, and substantially all of the fresh air and the primary fuel F1 are mixed. Although it cannot be said, the amount is negligible and does not substantially affect the proper air ratio.
[0040]
Even when the distribution ratio between the primary fuel F1 and the secondary fuel F2 is set to a ratio other than 50:50, for example, in the range of 70:30 to 30:70, the air ratio of the fresh air A to the primary fuel F1 is m = 1. The supply amount of fresh air A is set so as to correspond to about .about.1.2, preferably m = 1.2. Thereby, the primary fuel F1 can form the primary flame 2 with the fresh air A and can be burned completely.
[0041]
According to the combustion burner 1 using GT exhaust gas described above, the primary fuel burns at an appropriate air ratio, so that a large amount of NOx is generated along with stable combustion. However, the NOx is reduced by contact with the secondary fuel. Therefore, NOx generated in the primary combustion is reduced. On the other hand, the secondary fuel uses the low concentration oxygen remaining in a large amount of GT exhaust gas and burns completely under a super excess air ratio, so that the amount of NOx generated is small. In addition, since complete combustion is performed in the first stage and second stage combustion, the generation of CO can be suppressed. Therefore, the GT exhaust gas can be reheated with the calorific value obtained while keeping the generation amount of NOx low as a whole.
[0042]
Moreover, secondary combustion is performed by injecting secondary fuel and GT exhaust gas substantially parallel to the primary flame around the primary flame that is stably and completely burned under an appropriate air ratio. Even if a primary combustion cylinder for holding the flame is not provided, the primary flame functions as a flame holding source, and even if an excessively large amount of GT exhaust gas having a low oxygen concentration is supplied in the second stage and becomes in an excessively excessive air state. Even if the secondary fuel burns stably and completely, and the turndown width is increased, the stability of combustion is not impaired. Specifically, the turndown ratio can be improved to about 10: 1 when gas fuel is used and to about 8: 1 when liquid fuel is used.
[0043]
Even when GT exhaust gas from GT using a chain cycle is used, the secondary fuel F2 can be easily burned using oxygen of the GT exhaust gas due to the presence of the stable primary flame 2.
[0044]
In addition, when increasing the amount of heat generated by increasing the amount of fuel to be injected, the primary flame using fresh air becomes the flame holding source, enabling stable combustion using GT exhaust gas. Remembrance combustion that lowers the oxygen concentration is realized. Therefore, the amount of steam generated in the exhaust heat boiler 9 can be increased, and even when a large amount of steam is required, it can be easily handled.
[0045]
Further, the remaining additional fuel (secondary fuel) and the entire amount of GT exhaust gas are ejected from around the primary flame formed by freshly mixed fresh air and a part of the additional fuel (primary fuel). Therefore, even if these mixtures are affected by the drift of GT exhaust gas, etc., the secondary combustion will not become unstable. Therefore, the GT exhaust gas E can be injected in parallel with the primary flame 2 after having entered the wind box 4 from the side and rectified to some extent, and the duct of the GT exhaust gas E from the gas turbine equipment to the remedy burner 1 can be injected. Even if the shape (not shown) is bent, the influence of the drift can be suppressed. For this reason, the freedom degree of arrangement | positioning of gas turbine equipment or the memorial burner 1 can be made high.
[0046]
By the way, in order to ensure the amount of steam generated in the exhaust heat boiler 9 when the gas turbine equipment is stopped due to trouble or the like, it may be necessary to supply only the fresh air to the remedy burner 1 and perform the fresh mode combustion. . In this case, fresh air A having an air ratio of, for example, m = 1.15 is injected from the burner throat 5 to the total supply fuel F, and the total supply amount of the fuel F from each of the fuel nozzles 10 and 11. 50% by volume of the fuel F1, F2 is injected. This fresh mode combustion is performed by the principle of two-stage fuel combustion similar to a known low NOx burner. For this reason, in primary combustion, since it becomes super excess air combustion, generation | occurrence | production of NOx can be suppressed. In the secondary combustion, since the secondary fuel F2 can be completely burned using the combustion gas in the primary combustion, the generation of CO can be suppressed.
[0047]
When fresh mode combustion is carried out using the above-mentioned memory burner 1, when 13A gas is used as the fuel F, the oxygen content of the combustion gas is 5% and the NOx content is 60 ppm or less. I was able to. Similarly, when A heavy oil (N = 0.03 wt%) was used as the fuel F, the oxygen content of the combustion gas was 4%, and the NOx content was 80 ppm or less.
[0048]
Therefore, since the air ratio can be suppressed to about m = 1.15 when performing fresh mode combustion, the efficiency of combustion including the supply of fresh air can be made better than that of the duct burner.
[0063]
  The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.The
[0064]
  In addition,FruitIn formIsAlthough the memorial burner 1 using GT exhaust gas is directly installed in the exhaust heat boiler 9, the invention is not limited to this, and the exhaust burner 1 may be installed in a duct from the GT to the exhaust heat boiler 9. In this case, a fireproof wall or a water-cooled wall is provided inside the duct on the downstream side of the memorial burner 1. This also has the same effects as the remedy burner 1 of each of the embodiments described above, such that the combustion amount can be increased and the GT exhaust gas E can be reheated by stable combustion to increase the turndown ratio. Can do.
[0065]
In any of the above-described embodiments, the GT exhaust gas reheated by the combustor burner 1 is used in the exhaust heat boiler 9, but the present invention is not limited to this, and the GT exhaust gas is used in other equipment. Also good. In this case as well, the same effect as the remedy burner 1 of each of the above-described embodiments, such as being able to increase the amount of combustion and reheating the GT exhaust gas E by stable combustion to increase the turndown ratio, is achieved. Can do.
[0066]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the additional combustion method using GT exhaust gas according to claim 1 of the present invention, it is possible to reheat the GT exhaust gas while suppressing the generation of NOx and CO as a whole. . Moreover, since the primary flame that stably burns with fresh air under an appropriate air ratio functions as a flame-holding source, the secondary fuel can be used even if the GT exhaust gas with a low oxygen concentration is supplied in an overwhelming amount However, the stability of combustion is not impaired even if the turndown width is increased. Moreover, by stabilizing the combustion, it is possible to easily perform the combustion even when the GT exhaust gas from the GT using the chain cycle that is extremely difficult to burn with the duct burner is used.
[0067]
In addition, when increasing the amount of heat generated by increasing the fuel injection amount, stable combustion using GT exhaust gas is possible using a primary flame using fresh air as a flame holding source, and oxygen in the GT exhaust gas Remembrance combustion with lower concentration is realized. Therefore, it is possible to further increase the heat of the GT exhaust gas, and it is possible to easily cope with a case where a large amount of steam is required.
[0068]
Furthermore, since the GT exhaust gas is ejected from around the primary flame, a straight pipe portion for suppressing the influence of the drift of the GT exhaust gas is not required, and the size can be reduced.
[0074]
  Meanwhile, claims2According to the described memorial burner using GT exhaust gas, the memorial method according to claim 1 can be easily realized, and there are many effects of the memorial method. Further, the primary fuel and the secondary fuel are both completely burned while suppressing generation of NOx and CO as a whole, and the GT exhaust gas is reheated by using the primary flame that is most stably burned by fresh air with an appropriate air ratio as a flame holding source. Therefore, even if a large amount of GT exhaust gas with a low oxygen concentration is supplied overwhelmingly, the secondary fuel will burn stably even if it becomes an excessive air state, and the combustion will be stable even if the turndown width is increased. Sex is not impaired. Moreover,oneSince the next combustion cylinder is not required, the structure is simple and compact.
[0075]
In addition, since the GT exhaust gas is ejected from the exhaust gas nozzle so as to surround the primary and secondary flames, the influence of the drift of the GT exhaust gas can be suppressed, the flame is stabilized and the combustion gas and GT Mixing with exhaust gas is also good. And since the straight pipe part for suppressing the influence of the drift of GT waste gas is not required, an installation and piping can be made compact.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a central longitudinal cross-sectional view showing an embodiment of a memorial burner using the memorial combustion method using GT exhaust gas according to the present invention.The
[Explanation of symbols]
1 Commemorative burner using GT exhaust gas
2 Primary flame
3 Secondary flame
5 Burner Throat
6 Fuel nozzle
7 Exhaust gas nozzle
10 Primary fuel nozzle
11 Secondary fuel nozzle
23 Primary combustion cylinder
24 Primary exhaust gas nozzle
26 Secondary exhaust gas nozzle
29 Flame
A Fresh air (combustion air)
E GT exhaust gas
E1 Primary exhaust gas
E2 Secondary exhaust gas
F fuel
F1 Primary fuel
F2 secondary fuel

Claims (2)

焚燃料を燃焼させてスタービン排ガスを再熱する追焚燃焼法において、前記追焚燃料を一次燃料と二次燃料の二段に分けて供給すると共に、一段目の前記一次燃料に対して適正空気比となる量の燃焼用空気を供給して一次火炎を形成する一方、二段目では前記一次火炎の周りに前記二次燃料を噴射して前記一次火炎と前記二次燃料とを接触させることで前記一次火炎中のNOxを還元燃焼させると共にその二次燃料の噴流の周りに前記ガスタービン排ガスを噴射して該ガスタービン排ガス中の残存酸素を使って前記二次燃料を完全燃焼させることを特徴とするガスタービン排ガス利用の追焚燃焼法。In the combustion of additionally焚燃fee reheating add焚燃baked method gas turbine exhaust gas, the supplies separately add焚燃fee in two stages of primary fuel and the secondary fuel, to the primary fuel in the first stage An amount of combustion air that provides an appropriate air ratio is supplied to form a primary flame, while in the second stage, the secondary fuel is injected around the primary flame to bring the primary flame into contact with the secondary fuel. complete combustion of the secondary fuel with the remaining oxygen of the gas turbine exhaust gas by injecting the gas turbine in the exhaust gas around the jet of NOx was reduced combustion Rutotomoni its secondary fuel in the primary flame by causing A memorial combustion method using gas turbine exhaust gas. 追焚燃料を一次燃料と二次燃料の二段に分けて供給する燃料供給系と、前記一次燃料に対して適正空気比となる量の燃焼用空気をバーナスロートへ供給する燃焼用空気供給系と、前記バーナスロート内で前記一次燃料を噴射して適正空気比下で一次火炎を形成する一次燃料ノズルと、前記一次燃料ノズルよりも下流側で前記一次火炎の周りに前記二次燃料を前記一次火炎に向けてあるいは平行に噴射する二次燃料ノズルと、前記二次燃料ノズルの周りから追焚ボイラの燃焼室内へ前記一次火炎とほぼ平行にガスタービン排ガスを噴射する排ガスノズルとを備え、前記二次燃料を前記一次火炎と前記二次燃料とを接触させることで前記一次火炎中のNOxを還元燃焼させると共に前記ガスタービン排ガス中の残存酸素を使って完全燃焼させ前記一次火炎と相俟って前記ガスタービン排ガスを再熱することを特徴とするガスタービン排ガス利用の追焚バーナ。A fuel supply system that supplies the additional fuel in two stages of primary fuel and secondary fuel, and a combustion air supply system that supplies combustion air in an amount suitable for the primary fuel to the burner throat. When the primary fuel nozzle to form a primary flame under proper air ratio by injecting the primary fuel in the burner throat, the secondary fuel about said primary flame at a downstream side of the primary fuel nozzles the A secondary fuel nozzle that injects toward or in parallel with the primary flame; and an exhaust gas nozzle that injects gas turbine exhaust gas from the periphery of the secondary fuel nozzle into the combustion chamber of the remedy boiler in parallel with the primary flame, wherein by complete combustion with the remaining oxygen of the gas turbine in the exhaust gas causes the reduction combustion NOx in the primary flame by contacting said secondary fuel with said primary flame with the secondary fuel Add-fired burners of the gas turbine exhaust gas available, characterized in that reheating the gas turbine exhaust I following flame coupled with.
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