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特開2015-222063燃焼器交換方法及びガスタービンプラント
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2015-222063(P2015-222063A)
(43)【公開日】2015年12月10日
(54)【発明の名称】燃焼器交換方法及びガスタービンプラント
(51)【国際特許分類】
   F02C 7/20 20060101AFI20151113BHJP
   F02C 7/00 20060101ALI20151113BHJP
   F23R 3/28 20060101ALI20151113BHJP
   F01D 25/00 20060101ALI20151113BHJP
   F02C 9/28 20060101ALI20151113BHJP
   F02C 7/22 20060101ALI20151113BHJP
【FI】
   F02C7/20 B
   F02C7/00 D
   F23R3/28 D
   F01D25/00 X
   F23R3/28 A
   F02C9/28 C
   F02C7/22 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】OL
【全頁数】19
(21)【出願番号】特願2014-107430(P2014-107430)
(22)【出願日】2014年5月23日
(71)【出願人】
【識別番号】514030104
【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100089118
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 宏明
(74)【代理人】
【識別番号】100118762
【弁理士】
【氏名又は名称】高村 順
(72)【発明者】
【氏名】藤井 慶太
(72)【発明者】
【氏名】赤澤 伸
(72)【発明者】
【氏名】石井 伸和
(72)【発明者】
【氏名】松原 正浩
(72)【発明者】
【氏名】村上 昌之
(72)【発明者】
【氏名】藤井 文倫
(72)【発明者】
【氏名】田邉 浩史
(72)【発明者】
【氏名】高松 優
(57)【要約】      (修正有)
【課題】既存の設備を利用して効率よく燃焼器を交換することができること。
【解決手段】複数の燃料供給系統のいずれかと接続され、接続された燃料供給系統から燃料が供給される複数のノズル系統を有する第1燃焼器を、燃料供給系統から分離し、ガスタービンプラントから取り外すステップS14と、第1燃焼器よりもノズル系統が少ない第2燃焼器をガスタービンプラントに取り付けるステップS18と、第2燃焼器の同じノズル系統に接続される燃料供給系統を連結管で連通させ、燃料供給系統と第2燃焼器とを連結するステップ(S20またはS24)と、を有する。
【選択図】図5
【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃焼器と、前記燃焼器に燃料を供給する複数の燃料供給系統と、を有するガスタービンプラントのガスタービンにおける燃焼器を交換する燃焼器交換方法であって、
複数の燃料供給系統のいずれかと接続され、接続された燃料供給系統から燃料が供給される複数のノズル系統を有する第1燃焼器を、前記燃料供給系統から分離し、ガスタービンプラントから取り外すステップと、
前記第1燃焼器よりもノズル系統が少ない第2燃焼器を前記ガスタービンプラントに取り付けるステップと、
前記第2燃焼器の同じノズル系統に接続される前記燃料供給系統を連結管で連通させ、前記燃料供給系統と前記第2燃焼器とを連結するステップと、を有することを特徴とする燃焼器交換方法。
【請求項2】
前記燃料供給系統は、マニホールドと、前記マニホールドと前記ノズル系統とを接続させる枝管と、を有し、
前記連結管は、前記枝管と前記枝管を接続することを特徴とする請求項1に記載の燃焼器交換方法。
【請求項3】
前記第2燃焼器の同じノズル系統に接続される前記マニホールドの上流側に、前記燃料供給系統を上流側連結管で連通させるステップをさらに有することを特徴とする請求項2に記載の燃焼器交換方法。
【請求項4】
前記上流側連結管は、前記マニホールドの取り合い点の近傍に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の燃焼器交換方法。
【請求項5】
前記燃料供給系統は、前記マニホールドの上流側に燃料の供給を調整する調整弁を有し、
前記上流側連結管は、前記マニホールドと調整弁との間に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の燃焼器交換方法。
【請求項6】
前記上流側連結管に配置された開閉弁を有することを特徴とする請求項3から5のいずれか一項に記載の燃焼器交換方法。
【請求項7】
前記第2燃焼器の同じノズル系統に接続される前記燃料供給系統のそれぞれのマニホールドを取り外すステップと、
前記第2燃焼器の同じノズル系統に接続される前記燃料供給系統に共通のマニホールドを設置するステップと、を有し、
前記連結管は、前記マニホールドの上流側に設置されることを特徴とする請求項1に記載の燃焼器交換方法。
【請求項8】
燃料が供給されるノズル系統を有する燃焼器と、
前記燃焼器に前記燃料を供給する複数の燃料供給系統と、
前記燃焼器の同じノズル系統に接続される前記燃料供給系統を連通させ、前記燃料供給系統と前記燃焼器とを連結する連結管と、を有し、
ことを特徴とするガスタービンプラント。
【請求項9】
複数の前記燃料供給系統から供給する燃料を制御する制御装置と、
前記燃料供給系統に設置された圧力調整弁と流量調整弁を備え、
前記制御装置は、複数の燃料供給系統の前記圧力調整弁を独立して制御し、複数の燃料供給系統の前記流量調整弁を独立して制御することを特徴とする請求項8に記載のガスタービンプラント。
【請求項10】
複数の前記燃料供給系統から供給する燃料を制御する制御装置と、
前記燃料供給系統に設置された圧力調整弁と流量調整弁を備え、
前記制御装置は、複数の燃料供給系統の前記圧力調整弁を連動して制御し、複数の燃料供給系統の前記流量調整弁を連動して制御することを特徴とする請求項9に記載のガスタービンプラント。
【請求項11】
前記燃料供給系統は、マニホールドと、前記マニホールドと前記ノズル系統とを接続させる枝管と、を前記ノズル系統毎に有し、
前記連結管は、前記枝管と前記枝管を接続することを特徴とする請求項9または10に記載のガスタービンプラント。
【請求項12】
前記同じノズル系統に接続される前記マニホールドの上流側に、前記燃料供給系統を連通する上流側連結管と、
前記上流側連結管に配置された開閉弁を有することを特徴とする請求項11に記載のガスタービンプラント。
【請求項13】
前記燃料供給系統は、複数の前記ノズル系統に接続される1つのマニホールドを有し、
前記連結管は、前記マニホールドの上流側に設置されることを特徴とする請求項9または10に記載のガスタービンプラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、圧縮空気と燃料とが内部で燃焼して燃焼ガスを発生させるガスタービンの燃焼器を交換する燃焼器交換方法及びガスタービンプラントに関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般的なガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンとにより構成されている。そして、空気取入口から取り込まれた空気が圧縮機によって圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させることで高温・高圧の燃焼ガス(作動流体)を得て、この燃焼ガスによりタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。
【0003】
燃焼器は、複数の経路で燃料が供給される。例えば、特許文献1には、パイロット燃焼バーナの周囲を囲むように複数のメイン燃焼バーナが配置されており、パイロット燃焼バーナに燃料を供給する燃料供給系統と、複数のメイン燃焼バーナに燃料を供給する燃料供給系統とでそれぞれ供給するガスタービンプラントが記載されている。また、特許文献1には、複数のメイン燃焼バーナに燃料を供給する燃料供給系統を複数備えている。また、ガスタービンには、メインノズル、パイロットノズルとは別に、トップハットノズルから燃料を供給するものがある。トップハットノズルを備えるガスタービンは、トップハットノズルに燃料を供給する燃料系統を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平11−117769号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ここで、ガスタービンプラントは、燃焼器を交換する場合がある。この場合、同じ燃料供給系統で稼動される燃焼器ではなく、異なる燃料供給系統で稼動される燃焼器に交換すると、燃料供給系統も交換することになり、作業が多くなり、コストも増大する。
【0006】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、既存の設備を利用して効率よく燃焼器を交換することができる燃焼器交換方法及びガスタービンプラントを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の目的を達成するため、本発明は、燃焼器と、前記燃焼器に燃料を供給する複数の燃料供給系統と、を有するガスタービンプラントのガスタービンにおける燃焼器を交換する燃焼器交換方法であって、複数の燃料供給系統のいずれかと接続され、接続された燃料供給系統から燃料が供給される複数のノズル系統を有する第1燃焼器を、前記燃料供給系統から分離し、ガスタービンプラントから取り外すステップと、前記第1燃焼器よりもノズル系統が少ない第2燃焼器を前記ガスタービンプラントに取り付けるステップと、前記第2燃焼器の同じノズル系統に接続される前記燃料供給系統を連結管で連通させ、前記燃料供給系統と前記第2燃焼器とを連結するステップと、を有することを特徴とする。
【0008】
これにより、燃焼器に燃料を供給する系統を流用しつつ、ノズル系統が異なる燃焼器に交換することができる。また、複数の燃料供給系統を1つのノズル系統に接続することで、交換前後で供給可能な燃料の量を維持することができる。これにより、交換に必要な作業を低減し、コストも低減することができる。
【0009】
また、前記燃料供給系統は、マニホールドと、前記マニホールドと前記ノズル系統とを接続させる枝管と、を有し、前記連結管は、前記枝管と前記枝管を接続することが好ましい。これにより、マニホールドを交換せずに、ノズル系統が異なる燃焼器に交換することができる。
【0010】
また、前記第2燃焼器の同じノズル系統に接続される前記マニホールドの上流側に、前記燃料供給系統を上流側連結管で連通させるステップをさらに有することが好ましい。これにより、連通されている燃料供給系統に燃料が流れる状態を維持することができ、交換後の燃焼器での燃焼をより安定させることができる。
【0011】
また、前記上流側連結管は、前記マニホールドの取り合い点の近傍に配置されていることが好ましい。これにより、交換後の燃焼器での燃焼をより安定させることができる。また、上流側の既設配管を、長い状態で利用できる。つまり既設配管を極力再利用でき、交換する配管の長さを短くすることができる。
【0012】
また、前記上流側連結管に配置された開閉弁を有することが好ましい。これにより、燃料供給系統毎で燃料の供給の制御を行うことができる。また、上流側連結管よりも下流側で燃料供給系統毎にマニホールドを設ける設計変更を行った場合も上流連結管をそのままにすることができ、交換が簡単となり、制御設計の自由度をより高くすることができる。
【0013】
また、前記燃料供給系統は、前記マニホールドの上流側に燃料の供給を調整する調整弁を有し、前記上流側連結管は、前記マニホールドと調整弁との間に配置されていることが好ましい。これにより、交換後の燃焼器での燃焼をより安定させることができる。
【0014】
また、前記第2燃焼器の同じノズル系統に接続される前記燃料供給系統のそれぞれのマニホールドを取り外すステップと、前記第2燃焼器の同じノズル系統に接続される前記燃料供給系統に共通のマニホールドを設置するステップと、を有し、前記連結管は、前記マニホールドの上流側に設置されることが好ましい。これにより、簡単な作業で燃焼器を交換することができる。
【0015】
上記の目的を達成するため、本発明のガスタービンプラントは、燃料が供給されるノズル系統を有する燃焼器と、前記燃焼器に前記燃料を供給する複数の燃料供給系統と、前記燃焼器の同じノズル系統に接続される前記燃料供給系統を連通させ、前記燃料供給系統と前記燃焼器とを連結する連結管と、を有することを特徴とする。これにより、既存の設備を有効に活用することができる。
【0016】
また、複数の前記燃料供給系統から供給する燃料を制御する制御装置と、前記燃料供給系統に設置された圧力調整弁と流量調整弁を備え、前記制御装置は、複数の燃料供給系統の前記圧力調整弁を独立して制御し、複数の燃料供給系統の前記流量調整弁を独立して制御することが好ましい。これにより、燃焼器での燃焼を適切に制御することができる。
【0017】
また、複数の前記燃料供給系統から供給する燃料を制御する制御装置と、前記燃料供給系統に設置された圧力調整弁と流量調整弁を備え、前記制御装置は、複数の燃料供給系統の前記圧力調整弁を連動して制御し、複数の燃料供給系統の前記流量調整弁を連動して制御することが好ましい。これにより、燃焼器での燃焼を適切に制御することができる。
【0018】
また、前記燃料供給系統は、マニホールドと、前記マニホールドと前記ノズル系統とを接続させる枝管と、を前記ノズル系統毎に有し、前記連結管は、前記枝管と前記枝管を接続することが好ましい。これにより、既存の設備を有効に活用することができる。
【0019】
前記同じノズル系統に接続される前記マニホールドの上流側に、前記燃料供給系統を連通する上流側連結管と、前記上流側連結管に配置された開閉弁を有することが好ましい。これにより、燃料供給系統毎で燃料の供給の制御を行うことができる。また、上流側連結管よりも下流側で燃料供給系統毎にマニホールドを設ける設計変更を行った場合も上流連結管をそのままにすることができ、交換が簡単となり、制御設計の自由度をより高くすることができる。
【0020】
また、前記燃料供給系統は、複数の前記ノズル系統に接続される1つのマニホールドを有し、前記連結管は、前記マニホールドの上流側に設置されることが好ましい。これにより、既存の設備を有効に活用することができる。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、既存の設備を利用して効率よく燃焼器を交換することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
図1図1は、第1実施形態に係るガスタービンプラントを有する発電システムを示す概略構成図である。
図2図2は、図1に示すガスタービンプラントの燃料供給装置と燃焼器との構造を示す概略構成図である。
図3図3は、燃焼器が交換される前のガスタービンプラントを有する発電システムを示す概略構成図である。
図4図4は、図3に示すガスタービンプラントの燃料供給装置と燃焼器との構造を示す概略構成図である。
図5図5は、燃焼器交換方法の一例を説明するフローチャートである。
図6図6は、燃焼器交換中の状態を示す概略構成図である。
図7図7は、燃焼器交換中の状態を示す概略構成図である。
図8図8は、燃焼器交換中の状態を示す概略構成図である。
図9図9は、ガスタービンプラントの動作の一例を説明するための説明図である。
図10図10は、第2実施形態に係るガスタービンプラントを有する発電システムを示す概略構成図である。
図11図11は、図10に示すガスタービンプラントの燃料供給装置と燃焼器との構造を示す概略構成図である。
図12図12は、燃焼器交換方法の他の例を説明するフローチャートである。
図13図13は、燃焼器交換中の状態を示す概略構成図である。
図14図14は、燃焼器交換中の状態を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
【0024】
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係るガスタービンプラントを有する発電システムを示す概略構成図である。図2は、図1に示すガスタービンプラントの燃料供給装置と燃焼器との構造を示す概略構成図である。本実施形態のガスタービンプラントを有する発電システム1は、図1に示すように、ガスタービンプラント2と、連結軸6と、発電機8と、を有する。連結軸6は、ガスタービンプラント2の回転部と発電機8とを連結する。発電機8は、連結軸6を介してガスタービンプラント2の回転が伝達されることで、回転され、発電する。
【0025】
ガスタービンプラント2は、ガスタービン10と、燃料供給装置20と、を有する。ガスタービン10は、圧縮機11と複数の燃焼器12とタービン13とにより構成されている。燃焼器12は、ガスタービン10の回転方向に所定間隔で配置されている。
【0026】
圧縮機11は、空気を取り込む空気取入口を有し、圧縮機車室内に入口案内翼(IGV:Inlet Guide Vane)が配設されると共に、複数の静翼と動翼が前後方向に交互に配設されている。燃焼器12は、圧縮機11で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、点火することで燃焼可能となっている。タービン13は、タービン車室内に複数の静翼と動翼が前後方向に交互に配設されている。また、ガスタービン10は、圧縮機11、燃焼器12、タービン13の中心部を貫通するようにロータ(回転軸)が位置している。ロータは、圧縮機11、タービン13の動翼が固定されている。ガスタービン10のロータには連結軸6を介して発電機8が連結されている。
【0027】
ガスタービン10は、圧縮機11の空気取入口から取り込まれた空気が、入口案内翼、複数の静翼と動翼を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となる。燃焼器12にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給され、燃焼する。そして、この燃焼器12で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスが、タービン13を構成する複数の静翼と動翼を通過することでロータを駆動回転し、このロータに連結された連結軸6を介して発電機8を駆動する。また、排気ガス(燃焼ガス)のエネルギは、排気室の排気ディフューザにより圧力に変換され減速されてから大気に放出される。
【0028】
図2は、図1に示すガスタービンプラントの燃料供給装置と燃焼器との構造を示す概略構成図である。図2に示すように、燃焼器12は、燃兼圧車室41及びタービン車室43の内部の周方向に所定間隔をあけて、燃焼器本体40の燃焼器内筒42が支持されている。
【0029】
タービン車室43で覆われた、車室48には、上述した圧縮機11からの圧縮空気Ainが圧縮機出口のディフューザ部52、ストラット54を介して流入する。そして、ストラット54は、ディフューザ部52の圧縮空気Ainを整流することができる。また、圧縮空気Ainは、車室48から、多孔板で構成される整流板50を介して、燃焼器内筒42の空気流入口40aに取り込まれる。
【0030】
燃焼器内筒42の後端部には、燃焼器尾筒47が連結されている。燃焼器内筒42には、内部の中心に位置してパイロット燃焼バーナ44が配置される。また、燃焼器内筒42には、燃焼器内筒42の内周面に周方向に沿ってパイロット燃焼バーナ44を取り囲むように複数のメイン燃焼バーナ45が配置されている。つまり、パイロット燃焼バーナ44は、燃焼器内筒42の内部の中心に配置され、パイロット燃焼バーナ44の周囲に複数のメイン燃焼バーナ45が配置されている。また、燃焼器尾筒47にはバイパス弁49が連結されている。なお、バイパス弁49は、省略される場合もある。
【0031】
燃焼器12は、メイン燃焼バーナ45のノズルに燃料を供給するメインノズル系統112と、パイロット燃焼バーナ44のノズルに燃料を供給するパイロットノズル系統114と、を有する。メインノズル系統112は、ノズルに燃料を供給する配管であり、燃料供給装置20から供給される燃料をメイン燃焼バーナ45に供給する。パイロットノズル系統114は、ノズルに燃料を供給する配管であり、燃料供給装置20から供給される燃料をパイロット燃焼バーナ44に供給する。メインノズル系統112は、燃焼器12の複数のメイン燃焼バーナ45に燃料を供給する。パイロットノズル系統114は、燃焼器12の複数のパイロット燃焼バーナに燃料を供給する。
【0032】
次に、燃焼器12に燃料を供給する燃料供給装置20について説明する。本実施形態のガスタービンプラントは、燃料として、ガス燃料を用いても、液体燃料を用いてもよい。
燃料供給装置20は、燃料タンク60と、燃料供給ライン62と、第1メイン燃料系統64と、第2メイン燃料系統66と、パイロット燃料系統68と、制御装置70と、第1連結管102と、第2連結管104と、を有する。
【0033】
燃料タンク60は、燃料を貯留する貯留部であり、貯留している燃料を燃焼器12に向けて送る。燃料供給ライン62は、配管であり、燃料タンク60から供給された燃料を第1メイン燃料系統64と、第2メイン燃料系統66と、パイロット燃料系統68と、に供給する。つまり、燃料供給装置20は、第1メイン燃料系統64と、第2メイン燃料系統66と、パイロット燃料系統68と、に同じ燃料を供給する。
【0034】
第1メイン燃料系統64は、第1分岐管72と、第1マニホールド74と、複数の第1枝管76と、第1圧力調整弁77と、第1流量調整弁78と、を有する。第1分岐管72は、一方の端部が燃料供給ライン62に接続され、他方の端部が第1マニホールド74に接続されている。第1分岐管72は、複数の配管が連結され1つの管路となっている。第1マニホールド74は、圧縮機11の外周を囲うように配置されたリング状の配管である。第1枝管76は、一方の端部が第1マニホールド74に接続され、他方の端部が第1連結管102に接続されている。なお、複数の第1枝管76は、燃焼器12毎に設けられており、それぞれが、それぞれの燃焼器12に対応した第1連結管102と接続されている。第1圧力調整弁77は、第1分岐管72に配置されている。第1圧力調整弁77は、開度を調整することで、第1分岐管72を流れる燃料の圧力を調整する。第1流量調整弁78は、第1分岐管72の第1圧力調整弁77よりも下流側に配置されている。第1流量調整弁78は、開度を調整することで、第1分岐管72を流れる燃料の流量を調整する。
【0035】
第2メイン燃料系統66は、第2分岐管82と、第2マニホールド84と、複数の第2枝管86と、第2圧力調整弁87と、第2流量調整弁88と、を有する。第2分岐管82は、一方の端部が燃料供給ライン62に接続され、他方の端部が第2マニホールド84に接続されている。第2分岐管82は、複数の配管が連結され1つの管路となっている。第2マニホールド84は、圧縮機11の外周を囲うように配置されたリング状の配管である。第2枝管86は、一方の端部が第2マニホールド84に接続され、他方の端部が第1連結管102に接続されている。なお、複数の第2枝管86は、燃焼器12毎に設けられており、それぞれが、それぞれの燃焼器12に対応した第1連結管102と接続されている。第2圧力調整弁87は、第2分岐管82に配置されている。第2圧力調整弁87は、開度を調整することで、第2分岐管82を流れる燃料の圧力を調整する。第2流量調整弁88は、第2分岐管82の第2圧力調整弁87よりも下流側に配置されている。第2流量調整弁88は、開度を調整することで、第2分岐管82を流れる燃料の流量を調整する。
【0036】
パイロット燃料系統68は、パイロット分岐管92と、パイロットマニホールド94と、複数のパイロット枝管96と、パイロット圧力調整弁97と、パイロット流量調整弁98と、を有する。パイロット分岐管92は、一方の端部が燃料供給ライン62に接続され、他方の端部がパイロットマニホールド94に接続されている。パイロットマニホールド94は、圧縮機11の外周を囲うように配置されたリング状の配管である。パイロット枝管96は、一方の端部がパイロットマニホールド94に接続され、他方の端部がパイロットノズル系統114に接続されている。なお、複数のパイロット枝管96は、燃焼器12毎に設けられており、それぞれが、それぞれの燃焼器12に対応したパイロットノズル系統114と接続されている。パイロット圧力調整弁97は、パイロット分岐管92に配置されている。パイロット圧力調整弁97は、開度を調整することで、パイロット分岐管92を流れる燃料の圧力を調整する。パイロット流量調整弁98は、パイロット分岐管92のパイロット圧力調整弁97よりも下流側に配置されている。パイロット流量調整弁98は、開度を調整することで、パイロット分岐管92を流れる燃料の流量を調整する。
【0037】
第1連結管102は、燃焼器12ごとに配置され、同じ燃焼器12に対して配置された第1枝管76と第2枝管86とメインノズル系統112とに接続され、第1枝管76と第2枝管86及びメインノズル系統112とを連結する。第1連結管102は、一方の端部が2つに分岐した配管であり、分岐した側の端部が、第1枝管76と第2枝管86と連結し、他方の端部がメインノズル系統112と連結する。第1連結管102は、第1枝管76と第2枝管86とから供給される燃料をメインノズル系統112に供給する。
【0038】
第2連結管104は、第1分岐管72と第2分岐管82とを連結する。具体的には、第2連結管104は、一方の端部が第1分岐管72の第1流量調整弁78と第1マニホールド74との間に連結され、他方の端部が第2分岐管82の第2流量調整弁88と第2マニホールド84との間に連結されている。第2連結管104は、第1分岐管72と第2分岐管82との間で燃料を流通可能とする。第2連結管104には、開閉弁104aが配置されている。なお、本実施形態では、開閉弁104aを設けたが開閉弁104aは、なくてもよい。
【0039】
燃料供給装置20は、燃料タンク60の燃料を第1メイン燃料系統64と第2メイン燃料系統66からメインノズル系統112に供給する。また、燃料供給装置20は、燃料タンク60の燃料をパイロット燃料系統68からパイロットノズル系統114に供給する。
【0040】
制御装置70は、燃料供給ライン62と、第1メイン燃料系統64と、第2メイン燃料系統66と、パイロット燃料系統68とにより燃料タンク60から燃焼器12に供給する燃料を制御する。制御装置70は、第1圧力調整弁77、第1流量調整弁78、第2圧力調整弁87、第2流量調整弁88、パイロット圧力調整弁97、パイロット流量調整弁98に接続され、弁開度を制御することで、流量を制御する。制御装置70は、CPU(Central Processing Unit)を中心とするマイクロプロセッサと、このCPUの他に、処理プログラムを記憶するROM(Read Only Memory)と、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)と、記憶手段となる記憶装置とを含む。
【0041】
ここで、上述した発電システム1は、燃焼器12が他の燃焼器212から交換されている。以下、図3及び図4を用いて、燃焼器が交換される前の発電システム200について説明する。図3は、燃焼器が交換される前のガスタービンプラントを有する発電システムを示す概略構成図である。図4は、図3に示すガスタービンプラントの燃料供給装置と燃焼器との構造を示す概略構成図である。図3及び図4に示す発電システム200は、燃焼器及び燃料供給装置の一部が交換前である以外は、発電システム1と同じである。発電システム1と同じ部分、つまり交換を行っていない部分は同一の符号を付して説明を省略する。
【0042】
図3及び図4に示す発電システム200は、ガスタービンプラント202と連結軸6と発電器8とを有する。ガスタービンプラント202は、ガスタービン210と、燃料供給装置220と、を有する。ガスタービン210は、圧縮機11と複数の燃焼器212とタービン13とにより構成されている。燃焼器212は、ガスタービン210の回転方向に所定間隔で配置されている。
【0043】
燃焼器212は、ガス燃料が供給される燃焼バーナとして、パイロット燃焼バーナ44、メイン燃焼バーナ(第1メイン燃焼バーナ)45、メイン燃焼バーナ(第2メイン燃焼バーナ)46を有する。つまり、燃焼器212は、メイン燃焼バーナとして、2系統の燃焼バーナを有する。燃焼器212は、メイン燃焼バーナ(第1メイン燃焼バーナ)45とメイン燃焼バーナ(第2メイン燃焼バーナ)46とをそれぞれ複数備える。燃焼器212は、第1メイン燃焼バーナ45のノズルに燃料を供給する第1メインノズル系統221と、第2メイン燃焼バーナ46のノズルに燃料を供給する第2メインノズル系統222と、パイロット燃焼バーナ44のノズルに燃料を供給するパイロットノズル系統224と、に接続される。
【0044】
燃料供給装置220は、第1連結管102と第2連結管104を備えていない以外は、燃料供給装置20と同様の構造である。燃料供給装置220は、第1メイン燃料系統64の第1枝管76が第1メインノズル系統221と連結し、第2メイン燃料系統66の第2枝管86が第2メインノズル系統222と連結し、パイロット燃料系統68のパイロット枝管96がパイロットノズル系統224と連結する。ガスタービンプラント202は、3系統の燃料供給系が、燃焼器の3系統のノズル系統のそれぞれに燃料を供給する。
【0045】
次に、図1から図4に加え、図5から図8を用いて、図3及び図4に示す発電システム200(ガスタービンプラント202)の燃焼器212を燃焼器12に交換して、図1及び図2に示す発電システム1(ガスタービンプラント2)を製造する処理について説明する。図5は、燃焼器交換方法の一例を説明するフローチャートである。図6及び図8は、それぞれ燃焼器交換中の状態を示す概略構成図である。なお、以下では、本実施形態に特徴的なメイン燃料の供給系統について説明するが、パイロット燃料の供給系統も同様に着脱を行っている。
【0046】
本実施形態の燃焼器交換方法は、まず、図4に示す第1メインノズル系統221と第1枝管76、第2メインノズル系統222と第2枝管86を分離する(ステップS12)。つまり、それぞれの接続部分を切り離す。これにより、燃焼器212を燃料供給装置220から分離する。
【0047】
次に、燃焼器212を取り外す(ステップS14)。燃焼器212と圧縮機11との接続部、燃焼器212とタービン13との接続部も切り離し、燃焼器212をガスタービン210から切り離す。これにより、図6に示すように、図4に示す発電システム200から燃焼器212が取り除かれた状態とする。
【0048】
次に、図7に示すように、第1枝管76と第2枝管86を第1連結管102で連結する(ステップS16)。これにより、第1メイン燃料系統64と第2メイン燃料系統66は、燃料の流れ方向の下流端部でつながった状態となる。次に、燃焼器212が設置されていた位置に新たな燃焼器12を設置する(ステップS18)。なお、ステップS16の処理とステップS18の処理は、順番が逆でもよいし、並行してもよい。
【0049】
次に、第1連結管102と燃焼器12のメインノズル系統112を連結する(ステップS20)。これにより、図8に示すように、燃料供給装置20からガスタービン12に燃料を供給できる状態となる。
【0050】
また、圧縮機11及びタービン13と燃焼器12を連結する(ステップS22)。これにより、圧縮機11から燃焼器12に圧縮空気が供給され、燃焼器12から燃焼ガスがタービン13に供給できる状態となる。さらに、第2連結管104で第1分岐管72と第2分岐管82を連結する(ステップS24、図2参照)。これによりマニホールドの上流側でも燃料の流通が可能となる。
【0051】
第1実施形態に係る発電システム1(ガスタービンプラント2)及び燃焼器交換方法は、以上のように、第1連結管102で第1メイン燃料系統64と第2メイン燃料系統66の両方をメインノズル系統112と接続させることで、1つのメインノズル系統112に2つの燃料供給系統から燃料を供給することができる。ここで、燃焼器212はメインノズル系統を2つにわけ、燃焼器12は、メインノズル系統を1つとしているが、同じガスタービンに設置されるため、燃焼する燃料の量は同様である。このため、2つの燃料系統から1つのノズル系統に燃料を供給できる状態とすることで、燃料供給装置から供給できる燃料の量の変動を抑制することができる。また、2つのメイン燃料系統の一部を流用することで交換にかかる作業や、費用を低減することができる。また、発電システム1は、第1連結管102で第1枝管76と第2枝管86とを連結することで、マニホールドをそのまま利用することができ、交換する部分を少なくすることができる。
【0052】
発電システム1(ガスタービンプラント2)及び燃焼器交換方法は、第2連結管104でマニホールドよりも上流側を連結することで、一方の燃料系統のみを利用している場合に他方の燃料系統に空気がたまることを抑制することができる。これにより安定した燃焼を行うことができる。
【0053】
第2連結管(上流側連結管)104は、本実施形態のようにマニホールドの取り合い点の近傍に配置されていることが好ましい。また、第2連結管104は、マニホールドと調整弁(流量調整弁、圧力調整弁)との間に配置されていることが好ましい。第2連結管104を上記の位置に設けることで、より安定した燃焼が可能となる。また、上流側の既設配管を、長い状態で利用できる。つまり既設配管を極力再利用でき、交換する配管の長さを短くすることができる。
【0054】
燃料供給装置20は、第2連結管104に開閉弁104aを設けることで、燃料供給系統毎で燃料の供給の制御を行うことができる。つまり、燃料供給装置20は、開閉弁104aを開とし、第1メイン燃料系統64と第2メイン燃料系統66を第2連結管104で接続した状態での運転と、開閉弁104aを閉とし、第1メイン燃料系統64と第2メイン燃料系統66とを第2連結管104の位置で切り離した状態での運転と、を行うことができる。これにより燃料を供給する系統に合わせて開閉を行うことができる。また、発電システム1の連結管104よりも下流側で燃料供給系統毎にマニホールドを設ける設計変更を行った場合でも、開閉弁104aを閉とすることで燃料供給系統を分離することができる。これにより、連結管104は、そのままにすることができ、交換が簡単となり、制御設計の自由度をより高くすることができる。
【0055】
次に、図9を用いて、制御装置70による燃料供給動作の一例について説明する。図9は、ガスタービンプラントの動作の一例を説明するための説明図である。図9は、制御装置70により、第1メイン燃料系統64の第1圧力調整弁77と、第2メイン燃料系統66の第2圧力調整弁87とを独立して制御し、第1メイン燃料系統64の第1流量調整弁78と、第2メイン燃料系統66の第2流量調整弁88とを独立して制御した場合の一例である。なお、図9は、流量を制御する場合として説明するが圧力も同様である。制御装置70は、出力(要求発電量)が小さい場合、第2流量調整弁88を閉状態とし、第1流量調整弁78の開度のみを調整する。その後、第1流量調整弁78の開度が全開となった状態でも出力が大きくなった場合、第2流量調整弁88の開度を調整する。このように用いることで、各出力で調整する対象の弁を1つにすることができる。
【0056】
図9では、第1メイン燃料系統64の第1圧力調整弁77と、第2メイン燃料系統66の第2圧力調整弁87とを独立して制御し、第1メイン燃料系統64の第1流量調整弁78と、第2メイン燃料系統66の第2流量調整弁88とを独立して制御した場合としたが、第1メイン燃料系統64の第1圧力調整弁77と、第2メイン燃料系統66の第2圧力調整弁87とを連動して制御し、第1メイン燃料系統64の第1流量調整弁78と、第2メイン燃料系統66の第2流量調整弁88とを連動して制御してもよい。これにより、2つの弁を1つの弁として制御でき、この場合でも調整を簡単にすることができる。また、弁を連動して制御する場合も、弁の開閉は独立して実行、つまり時間をずらして開閉することが好ましい。
【0057】
ここで、発電システム200(ガスタービンプラント202)から燃焼器を交換した発電システム(ガスタービンプラント)はこれに限定されない。つまり、複数の燃料供給系統から1つのノズル系統に燃料を供給する構造は、上記第1実施形態に限定されない。
【0058】
[第2実施形態]
図10は、第2実施形態に係るガスタービンプラントを有する発電システムを示す概略構成図である。図11は、図10に示すガスタービンプラントの燃料供給装置と燃焼器との構造を示す概略構成図である。
【0059】
図10及び図11に示す発電システム1aは、燃料供給装置20aの構造を除いて他の構造は、発電システム1と同様である。以下、発電システム1aに特有の点を重点的に説明する。発電システム1aのガスタービンプラント2aの燃料供給装置20aは、第1メイン燃料系統64aと、第2メイン燃料系統66aと、パイロット燃料系統68と、連結管130と、メイン配管132と、メインマニホールド134と、枝管136と、を有する。パイロット燃料系統68は、燃料供給装置20のパイロット燃料系統68と同様の構造である。
【0060】
第1メイン燃料系統64aは、第1分岐管72aと、第1圧力調整弁77と第1流量調整弁78とを有する。第1分岐管72aは、一方の端部が燃料供給ライン62と連結し、他方の端部が連結管130と連結されている。第1圧力調整弁77と第1流量調整弁78とは、第1分岐管72aに上流からこの順で配置されている。
【0061】
第2メイン燃料系統66aは、第2分岐管82aと、第2圧力調整弁87と第2流量調整弁88とを有する。第2分岐管82aは、一方の端部が燃料供給ライン62と連結し、他方の端部が連結管130と連結されている。第2圧力調整弁87と第2流量調整弁88とは、第2分岐管82aに上流からこの順で配置されている。
【0062】
連結管130は、第1分岐管72aと第2分岐管82aとメイン配管132とに接続され、第1分岐管72a及び第2分岐管82aとメイン配管132とを連結する。連結管130は、一方の端部が2つに分岐した配管であり、分岐した側の端部が、第1分岐管72aと第2分岐管82aと連結し、他方の端部がメイン配管132と連結する。連結管130は、第1分岐管72aと第2分岐管82aとから供給される燃料をメイン配管132に供給する。
【0063】
メイン配管132は、一方の端部が連結管130と連結され、他方の端部がメインマニホールド134と連結されている。メイン配管132は、連結管130から供給された燃料をメインマニホールド134に供給する。メインマニホールド134は、圧縮機11の外周を囲うように配置されたリング状の配管である。複数の枝管136は、メインマニホールド134に連結されている。枝管136は、燃焼器12毎に配置され、メインマニホールド134の燃料をメインノズル系統112に供給する。
【0064】
燃料供給装置20aは、第1メイン燃料系統64aと第2メイン燃料系統66aから供給される燃料を連結管130で合流させ、メイン配管132を通過させ、メインマニホールド134と複数の枝管136で燃焼器12毎に分離し、それぞれの枝管136からそれぞれのメインノズル系統112に供給する。
【0065】
次に、図4図12から図14を用いて、発電システム200の燃焼器112を交換し、発電システム1aを作製する燃焼器交換方法を説明する。図12は、燃焼器交換方法の他の例を説明するフローチャートである。図13及び図14は、それぞれ燃焼器交換中の状態を示す概略構成図である。
【0066】
まず、図4に示す第1分岐管72と第1マニホールド74、第2分岐管82と第2マニホールド84を分離する(ステップS32)。つまり、それぞれの接続部分を切り離す。これにより、第1マニホールド74と第2マニホールド84とを燃料供給装置220の他の部分から分離する。なお、第1分岐管72、第2分岐管82が複数の配管を繋げた構造である場合、配管の連結部で分離すればよい。
【0067】
次に、燃焼器212を取り外す(ステップS34)。燃焼器212と圧縮機11との接続部、燃焼器212とタービン13との接続部も切り離し、燃焼器212をガスタービン210から切り離す。燃焼器212を取りはずす場合、燃焼器212から枝管76、86を分離、取り外すことで、燃焼器212と第1マニホールド74、第2マニホールド84と燃焼器212とを分離する。これにより、複数の燃焼器212の取り外し作業を個別に実行することができる。これにより、図13に示すように、発電システム200から燃焼器212と第1マニホールド74と第2マニホールド84と枝管76、86とが取り除かれた状態とする。
【0068】
次に、図14に示すように、新しい燃焼器12を設置し(ステップS38)、新しいメインマニホールド134を設置し、燃焼器12とメインマニホールド134を連結する(ステップS40)。つまり、燃焼器12とメインマニホールド134を設置し、燃焼器12のメインノズル系統112と枝管136を連結する。そして、パイロットノズル系統114とパイロット枝管96とを連結する。なお、メインマニホールド134を設置した後、新しい燃焼器12を設置してもよい。これにより、図14に示すように、燃焼器12とメインマニホールド134とがガスタービンプラントの所定の位置に設置される。
【0069】
次に、圧縮機11及びタービン13と燃焼器12を連結する(ステップS42)。これにより、圧縮機11から燃焼器12に圧縮空気が供給され、燃焼器12から燃焼ガスがタービン13に供給できる状態となる。さらに、第1分岐管72aと第2分岐管82aをメインマニホールド134と連結する(ステップS44)。具体的には、図11のように、連結管130で、第1分岐管72aと第2分岐管82aと、メイン配管132とを連結する。これにより、第1分岐管72aと第2分岐管82aとからメインマニホールド134に燃料を供給できる状態となる。
【0070】
発電システム1a(ガスタービンプラント2a)のように、ノズル系統が複数から1つになるノズル系統に燃料を供給する燃料供給系統のマニホールドを交換しても、燃料供給系統の上流側の部分は既存の設備を用いることができ、交換を簡単にすることができる。なお、メイン配管132は、第1分岐管72aと第2分岐管82aよりも流路面積を大きくし、メインマニホールド134は、第1マニホールド74、第2マニホールド84よりも流路面積を大きくすることが好ましい。これにより、燃料を同様に供給することができる。
【0071】
ここで、上記実施形態では、メインノズル系統が2系統で設けられた燃焼器を1系統で設けられた燃焼器に交換する場合、また、交換した燃焼器を有する発電プラントとして説明したが、これに限定されない。燃焼器の交換で統合されるノズル系統は、他のノズル系統でもよい。例えば、トップハットノズル系統が2系統で設けられた燃焼器を1系統で設けられた燃焼器に交換する場合に燃料供給系統を同様に連結させるようにしてもよいし、パイロットノズル系統が2系統で設けられた燃焼器を1系統で設けられた燃焼器に交換する場合に燃料供給系統を同様に連結させるようにしてもよい。また、メインノズル系統が3系統以上で設けられた燃焼器を1系統で設けられた燃焼器に交換する場合に燃料供給系統を同様に連結させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【0072】
1 発電システム
2 ガスタービンプラント
6 連結軸
8 発電機
10 ガスタービン
11 圧縮機
12 燃焼器
13 タービン
20 燃料供給装置
40 燃焼器本体
40a 空気流入口
41 燃兼圧車室
42 燃焼器内筒
43 タービン車室
44 パイロット燃焼バーナ
45 メイン燃焼バーナ(第1メイン燃焼バーナ)
46 第2メイン燃焼バーナ
47 燃焼器尾筒
48 車室
49 バイパス弁
50 整流板
52 ディフューザ部
54 ストラット
60 燃料タンク
62 燃料供給ライン
64 第1メイン燃料系統
66 第2メイン燃料系統
68 パイロット燃料系統
70 制御装置
72 第1分岐管
74 第1マニホールド
76 第1枝管
77 第1圧力調整弁
78 第1流量調整弁
82 第2分岐管
84 第2マニホールド
86 第2枝管
87 第2圧力調整弁
88 第2流量調整弁
92 パイロット分岐管
94 パイロットマニホールド
96 パイロット枝管
97 パイロット圧力調整弁
98 パイロット流量調整弁
102 第1連結管
104 第2連結管
112 メインノズル系統
114、224 パイロットノズル系統
134 メインマニホールド
221 第1メインノズル系統
222 第2メインノズル系統
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14