特許 5877119 ガスタービン燃焼器およびガスタービンの運転方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5877119

(24)【登録日】2016年1月29日

(45)【発行日】2016年3月2日

(54)【発明の名称】ガスタービン燃焼器およびガスタービンの運転方法

(51)【国際特許分類】

   F23R 3/28 20060101AFI20160218BHJP

   F23R 3/36 20060101ALI20160218BHJP

   F02C 7/22 20060101ALI20160218BHJP

   F02C 7/228 20060101ALI20160218BHJP

   F02C 9/40 20060101ALI20160218BHJP

【ＦＩ】

   F23R3/28 A

   F23R3/28 F

   F23R3/36

   F02C7/22 A

   F02C7/228

   F02C9/40 A

【請求項の数】8

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2012-105592(P2012-105592)

(22)【出願日】2012年5月7日

(65)【公開番号】特開2013-234769(P2013-234769A)

(43)【公開日】2013年11月21日

【審査請求日】2015年1月8日

(73)【特許権者】

【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】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】高橋 宏和

(72)【発明者】

【氏名】平田 義隆

(72)【発明者】

【氏名】関口 達也

(72)【発明者】

【氏名】吉田 正平

(72)【発明者】

【氏名】笹尾 俊文

(72)【発明者】

【氏名】林 明典

【審査官】 米澤 篤

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１０６７７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３２７３３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２４３５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３１５３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１５３２２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平４−１４３４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２６２３３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｒ ３／２８

Ｆ０２Ｃ ７／２２

Ｆ０２Ｃ ７／２２８

Ｆ０２Ｃ ９／４０

Ｆ２３Ｒ ３／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料と燃焼用空気とを混合する混合室と、前記混合室に液体燃料を噴霧する液体燃料ノズルとを備えた第一のバーナと、
前記混合室から供給される燃料と燃焼用空気とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼室とを有するガスタービン燃焼器であって、
前記液体燃料ノズルに液体燃料を供給する第一の燃料供給系統と、
前記第一の燃料供給系統に設けられた第一の流量調整弁と、
前記燃焼室に燃料を供給可能な第二の燃料供給系統と、
前記第二の燃料供給系統に設けられた第二の流量調整弁と、
前記第一の燃料供給系統の第一の流量調整弁よりも下流側から前記混合室までの流路を流下する流体、若しくは前記流路を構成する部材の温度を計測する温度計とを備え、
前記第一の燃料供給系統への液体燃料の供給を開始して運転状態を切替える際に、前記温度計で計測した前記流路を流下する流体又は前記流路を構成する部材の温度の変化を検知して、前記第一の流量調整弁又は前記第二の流量調整弁の少なくとも一方の開度を制御する調節器とを備えたことを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項2】

請求項１に記載のガスタービン燃焼器であって、
前記第二の燃料供給系統から供給される気体燃料を前記混合室に供給する気体燃料孔を有し、
前記温度計が、前記混合室のメタル温度を計測する温度計であることを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項3】

請求項１に記載のガスタービン燃焼器であって、
前記第二の燃料供給系統から供給される気体燃料を前記混合室に供給する気体燃料孔を有し、
前記温度計が、前記第一の燃料供給系統を流下する流体の温度を計測する温度計であることを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項4】

請求項３に記載のガスタービン燃焼器であって、
前記第一の燃料供給系統にパージ流体を供給するパージ系統を有し、
前記温度計が、前記第一の燃料供給系統と前記パージ系統との接続部よりも下流側に設けられていることを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項5】

請求項１に記載のガスタービン燃焼器であって、
前記第二の燃料供給系統から供給される燃料と燃焼用空気とを前記燃焼室に供給する第二のバーナを有することを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項6】

請求項１乃至５の何れか一項に記載のガスタービン燃焼器であって、
前記調節器が、タービンを駆動した後の排気ガスの温度変化量が小さくなるように、前記第一の流量調整弁又は前記第二の流量調整弁の少なくとも一方の開度を調節するよう構成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項7】

燃料と燃焼用空気とを混合する混合室と、前記混合室に液体燃料を噴霧する液体燃料ノズルとを備えた第一のバーナと、
前記混合室から供給される燃料と燃焼用空気とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼室と、
前記液体燃料ノズルに液体燃料を供給する第一の燃料供給系統と、
前記第一の燃料供給系統に設けられた第一の流量調整弁と、
前記燃焼室に燃料を供給可能な第二の燃料供給系統と、
前記第二の燃料供給系統に設けられた第二の流量調整弁とを有し、
前記第一の燃料供給系統の第一の流量調整弁よりも下流側から前記混合室までの流路を流下する流体、若しくは前記流路を構成する部材の温度を計測する温度計を備えたガスタービン燃焼器の運転方法であって、
前記第一の燃料供給系統への液体燃料の供給を開始し、
前記第一の燃料供給系統への液体燃料の供給開始時からの、前記温度計で計測する前記流路を流下する流体又は前記流路を構成する部材の温度の変化を検知して、前記第二の燃料供給系統に供給する燃料流量の減少を開始することを特徴とするガスタービン燃焼器の運転方法。

【請求項8】

請求項７に記載のガスタービン燃焼器の運転方法であって、
タービンを駆動した後の排気ガスの温度が、前記第一の燃料供給系統への液体燃料の供給開始時における排気ガスの温度と同等となるように、前記第一の燃料供給系統に供給する液体燃料流量又は前記第二の燃料供給系統に供給する燃料流量の少なくとも一方を制御することを特徴とするガスタービン燃焼器の運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はガスタービン燃焼器、特に、液体燃料を用いた運転状態の切替えを行うガスタ
ービン燃焼器およびガスタービンの運転方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、環境問題がクローズアップされ、ガスタービン燃焼器においても環境負荷低減が
要求されており、ＮＯｘ排出量低減が重要な開発課題となっている。さらには、地球温暖
化対策として、従来の油燃料のほか天然ガスやバイオ燃料など多様な燃料を使用するニー
ズが増え、燃料選択肢の自由度拡大に対する要求が高まっている。

【0003】

このような背景を受け、液体燃料と気体燃料の何れにも対応可能で、且つ、ＮＯｘ排出
量を低減できる燃焼器として、デュアル燃料対応低ＮＯｘ燃焼器がある。デュアル燃料対
応低ＮＯｘ燃焼器においては、ガスタービン負荷を一定に保ちながら液体燃料と気体燃料
を切替えることが求められる。例えば気体燃料から液体燃料への切替えにおいては、発電
量を一定に保ちながら燃料を切替えるために、気体燃料の流量を低減しながら液体燃料の
流量を増加させ、燃焼器内部の燃焼温度を一定にする必要がある。

【0004】

デュアル燃料対応低ＮＯｘ燃焼器の燃料切替方法の一例として、特許文献１には、気体
燃料から液体燃料に切替える際にはパイロット系統を先に切替え、その後メイン系統を切
替え、液体燃料から気体燃料へ切替える際にはメイン系統を先に切替え、その後パイロッ
ト系統を切替える方法が開示されている。

【0005】

また、一般に、ＮＯｘ排出量を低減する方法として、燃焼場に水や蒸気などの不活性媒
体を投入する方法があるが、この方法は、イニシャルコスト、ランニングコストの増加、
投入する水の確保が困難な地域へ適用できないなどの問題がある。このような問題を解決
する燃焼方法として、予混合燃焼がある。予混合燃焼とは、予混合器内で予め燃料と空気
を混合してから燃焼室に供給して燃焼する方法で、局部的な高温領域の発生を抑えること
で、サーマルＮＯｘの低減が可能となる。但し、予混合燃焼にも、燃料と空気を直接燃焼
室に供給して拡散的に燃焼させる拡散燃焼と比べ、安定して低ＮＯｘ燃焼を維持できる範
囲が限られるといった問題がある。

【0006】

このような問題を解決するための手段として、例えば特許文献２に記載されているよう
に、複数の予混合燃焼バーナを複数備えたマルチバーナ方式が知られている。マルチバー
ナ方式では、燃焼するバーナ数を制御することで、安定燃焼と低ＮＯｘ燃焼との両立を図
ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００７−３２７３３８号公報

【特許文献2】特開２００３−２６２３３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

液体燃料を液体燃料ノズルに供給していない時には、液体燃料ノズルの内部は空気等で
パージされている。そのため、新たに液体燃料の供給を開始して運転状態を切替える際に
は、燃料切替指令が出てから液体燃料が燃料ノズルに到達し、液体燃料を混合室等に供給
するために必要な燃料圧力に上昇するまでに、時間遅れが生じる。

【0009】

このため、例えば、気体燃料による運転から液体燃料による運転へと運転状態を切替え
る際に、特許文献１に記載の方法のように気体燃料系統と液体燃料系統とを同じタイミン
グで制御した場合、液体燃料の燃料流量の増加よりも先に気体燃料の燃料流量が減少する
ことで燃焼器内の燃焼温度が低下し、一時的にガスタービン負荷が低下する恐れがある。

【0010】

また、例えば、マルチバーナ方式において燃焼させるバーナ数を増加させて運転状態を
切替える際に、既に燃料が供給されているバーナの燃料系統と新たに液体燃料の供給を開
始するバーナの液体燃料系統とを同じタイミングで制御した場合、液体燃料の燃料流量の
増加よりも先に、既に燃料が供給されているバーナに供給される燃料の燃料流量が減少す
ることで、燃焼器内の燃焼温度が低下し、一時的にガスタービン出力が低下する恐れがあ
る。

【0011】

そこで本発明は、液体燃料を用いた運転状態の切替時における出力変化を抑制可能なガ
スタービン燃焼器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】

【0012】

本発明は、燃料と燃焼用空気とを混合する混合室と、前記混合室に液体燃料を噴霧する液体燃料ノズルとを備えた第一のバーナと、前記混合室から供給される燃料と燃焼用空気とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼室とを有するガスタービン燃焼器であって、前記液体燃料ノズルに液体燃料を供給する第一の燃料供給系統と、前記第一の燃料供給系統に設けられた第一の流量調整弁と、前記燃焼室に燃料を供給可能な第二の燃料供給系統と、前記第二の燃料供給系統に設けられた第二の流量調整弁と、前記第一の燃料供給系統の第一の流量調整弁よりも下流側から前記混合室までの流路を流下する流体、若しくは前記流路を構成する部材の温度を計測する温度計とを備え、前記第一の燃料供給系統への液体燃料供給を開始して運転状態を切替える際に、前記温度計で計測した前記流路を流下する流体又は前記流路を構成する部材の温度の変化を検知して、前記第一の流量調整弁又は前記第二の流量調整弁の少なくとも一方の開度を制御する調節器とを備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、液体燃料を用いた運転状態の切替時における出力変化を抑制可能なガ
スタービン燃焼器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に関わるガスタービン燃焼器の第１の実施形態における予混合燃焼バーナの断面構造を示す図。

【図2】本発明に関わる第１の実施形態におけるガスタービン燃焼器の構成を示す断面図及びガスタービン発電プラントの全体構成を概略的に示す概略構成図。

【図3】第１の実施形態における燃料切替時の燃料流量、メタル温度、排気温度の変化を表す図。

【図4】第１の実施形態における燃料切替時の制御フローを表す図。

【図5】本発明に関わるガスタービン燃焼器の実施例１の予混合燃焼バーナの断面構造を示す図。

【図6】第２の実施形態におけるガスタービン負荷に対する運転模式図と燃焼状態を簡略的に示す図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明を用いたガスタービン燃焼器の実施例について、図面を参照して説明する
。

【0016】

なお、以下に説明する本発明の各実施例によれば、混合室に備えた温度測定手段により
液体燃料が混合室等に供給されたことを検知してから気体燃料の流量を低減することがで
き、燃料切替時の負荷変化を抑制することができる。また、液体燃料が供給されたことを
検知してから燃料切替を開始することで、切替時間を短縮することができる。

【実施例1】

【0017】

本発明の実施形態の一例である液体燃料と気体燃料の両方を燃料として使用できるデュ
アル燃料対応のガスタービン燃焼器について図１から図４により説明する。図２は、ガス
タービン燃焼器の構成を断面図で示すと共に、ガスタービン燃焼器を備えるガスタービン
システムの構成図である。図２により本実施例のガスタービンシステムの概略構成を説明
する。

【0018】

本実施例に示すガスタービンシステムは、液体燃料および気体燃料をガスタービンの燃
料とするガスタービン発電プラントの一部である。ガスタービン発電プラントは主として
、空気を圧縮して高圧の燃焼用空気３００を生成する圧縮機１と、この圧縮機１から導入
される燃焼用空気３００と燃料とを混合して燃焼ガス４００を生成するガスタービン燃焼
器３と、このガスタービン燃焼器３で生成された燃焼ガス４００を供給するタービン２と
、このタービン２の回転によって駆動され発電する発電機４とを備えている。

【0019】

上記のガスタービン燃焼器３では液体燃料１００または気体燃料２００と圧縮機１から
供給される燃焼用空気３００とを混合して、内筒７に形成された燃焼室６で燃焼させ高温
の燃焼ガス４００を生成させる。前記内筒７を内部に収容した外筒５と、この外筒５の端
部を覆う閉止板９と、前記内筒７の下流側に接続して生成した高温の燃焼ガス４００をタ
ービン２に導くトランジションピース８とで圧力容器を構成しており、液体燃料１００お
よび気体燃料２００を供給する液体燃料供給系統１２０、１２１と気体燃料供給系統２２
０、２２１は前記閉止板９に接続される。

【0020】

前記ガスタービン燃焼器３に備えられた内筒７の上流側の軸中心位置には、液体燃料ノ
ズル１２を備えた燃焼安定性の良い拡散燃焼バーナ１０が設置されており、その周囲には
予混合燃焼バーナ１１が複数個配置されている。

【0021】

ガスタービン燃焼器３に備えられた拡散燃焼バーナ１０は軸中心位置に液体燃料ノズル
１２が配置され拡散燃焼用の液体燃料１００が噴霧される。液体燃料ノズル１２の半径方
向外側には気体燃料２００を噴出する気体燃料ノズル１４が同心円状に配置されている。
液体燃料ノズル１２の軸方向下流側には混合室１０ａが中空円錐形状の円錐プレート１０
ｂによって形成され、前記円錐プレート１０ｂの壁面には燃焼用空気３００を導入する複
数の空気孔１５が配設されている。拡散燃焼バーナ１０では、液体燃料１００または気体
燃料２００は燃焼用空気３００と混合し燃焼室６で拡散燃焼するため、燃焼安定性が良い
。

【0022】

ガスタービン燃焼器３に備えられた予混合燃焼バーナ１１は、上流側の軸中心位置に液
体燃料１００を供給するための液体燃料ノズル１３を備えている。前記液体燃料ノズル１
３の軸方向下流には、上流側が中空円錐形状で、下流側が略円筒形状の混合室１１ａが設
けられている。混合室１１ａの壁面には燃焼用空気３００を導入するための複数の空気孔
１６が設けられており、前記空気孔１６の壁面には気体燃料２００を空気孔１６内へ噴出
するための気体燃料噴孔１７が設けられている。混合室１１ａは液体燃料１００の蒸発を
促進すると共に、液体燃料１００および気体燃料２００の混合を促進するための空間とな
っている。このため予混合燃焼バーナ１１では燃料と燃焼用空気３００が混合して燃料が
希薄に分散するため、局所の燃焼温度の上昇を防止してＮＯｘ排出量を低減できる。

【0023】

この拡散燃焼バーナ１０と予混合燃焼バーナ１１とを備えたガスタービン燃焼器３では
、拡散燃焼と予混合燃焼の燃料流量の比率を制御して、低ＮＯｘと安定燃焼の両立を図る
ように前記ガスタービン燃焼器３を運用する。

【0024】

次に、本発明のガスタービン燃焼器を備えたガスタービン発電プラントにおける燃料供
給系統について説明する。

【0025】

ガスタービン燃焼器３に液体燃料１００を供給する場合には、液体燃料タンク１１０に
貯蔵された液体燃料１００を加圧ポンプ１０１で昇圧し、圧力調節弁１０２で圧力を調節
する。液体燃料１００を液体燃料ノズル１２、１３に供給する液体燃料供給系統１２０、
１２１には、流量を調節する流量制御弁１０３、１０５が配設されている。液体燃料供給
系統１２０からは拡散燃焼バーナ１０に、液体燃料供給系統１２１からは予混合燃焼バー
ナ１１に液体燃料が供給される。

【0026】

ガスタービン燃焼器３に気体燃料２００を供給する場合には、液体状態で燃料タンク２
１０に貯蔵された気体燃料２００を気化器２１１で気化し、圧力を減圧弁２０１で調節す
る。気体燃料ノズル１４および気体燃料噴孔１７に供給する燃料の流量を調節する流量制
御弁２０２、２０４を備えた気体燃料供給系統２２０、２２１を配設した構成にして、ガ
スタービン燃焼器３に供給するように構成している。気体燃料２００とする場合は、気体
燃料供給系統２２０から拡散燃焼バーナ１０に、気体燃料供給系統２２１から予混合燃焼
バーナ１１に気体燃料２００を供給する。

【0027】

燃料流量は、ガスタービンの負荷に応じて制御する構成となっており、ガスタービンを
起動から昇速させて低負荷条件で運転する場合には液体燃料１００又は気体燃料２００を
拡散燃焼バーナ１０のみに供給して単独で運転させる。更に燃料流量が増加するガスター
ビンの高負荷条件では、拡散燃焼バーナ１０に加えて、予混合燃焼バーナ１１にも液体燃
料１００又は気体燃料２００を供給する。

【0028】

次に、上記構成のガスタービン発電プラントに備えたガスタービン燃焼器の予混合燃焼
バーナの構造について図１を参照して説明する。

【0029】

図１はガスタービン燃焼器に備えられた予混合燃焼バーナの断面図および予混合燃焼バ
ーナに接続された燃料および燃焼用空気系統を示した図である。前述したように、予混合
燃焼バーナ１１は、空気孔１６から導入された燃焼用空気３００と燃料を混合するための
混合室１１ａを備え、液体燃料供給系統１２０を介して供給される液体燃料１００を混合
室１１ａに噴霧するための液体燃料ノズル１３と、気体燃料供給系統２２１を介して供給
される気体燃料２００を混合室１１ａに供給するための気体燃料噴孔１７が設けられてい
る。液体燃料ノズル１３は渦巻噴射弁式のノズルであり、半径方向に燃料を分散させて混
合室１１ａ内に噴霧する。空気孔１６は円筒形状であり、予混合燃焼バーナ１１の軸方向
に３列（１列又は複数列）、周方向に複数個ずつ設けられる。

【0030】

燃料として液体燃料１００が選択される場合、液体燃料ノズル１３から噴霧された液体
燃料１００は、混合室１１ａで一部が蒸発し、燃焼用空気３００と混合して予混合気とな
り燃焼室６で燃焼により燃焼ガス４００となる。一方、燃料として気体燃料２００が選択
される場合、気体燃料噴孔１７から供給された気体燃料２００は、空気孔１６内や混合室
１１ａでの流れの乱れにより燃焼用空気３００と混合して燃焼室６で燃焼し燃焼ガス４０
０となる。

【0031】

本実施例の特徴は予混合燃焼バーナ１１の燃焼室６側の先端付近に、混合室１１ａを構
成する部材のメタル温度を計測するための温度計２５０を備えていることである。液体燃
料１００を燃料として使用すると、液体燃料１００の混合室１１ａ内での蒸発や混合室１
１ａ壁面への付着により、混合室１１ａのメタル温度が気体燃料２００を使用する場合よ
り低下する。さらに、排気５００の温度を計測するための温度計２５１も備えている。

【0032】

温度計２５０および温度計２５１で計測する温度は、調節器２６０に取り込まれる。調
節器２６０は温度計２５０および２５１の計測結果をもとに、流量制御弁１０５および２
０４の開度を制御し気体燃料、液体燃料の流量を調節する機能を有する。

【0033】

次にガスタービン発電プラントの燃料を気体燃料２００から液体燃料１００に切替える
時の運転方法を図１および図３、図４を用いて説明する。

【0034】

気体燃料から液体燃料への燃料切替においては、液体燃料１００の流量を流量制御弁１
０５の開度を調節して増加させ、気体燃料２００の流量を流量制御弁２０４の開度を調節
して減少させる。

【0035】

図３に燃料切替時の燃料流量、メタル温度、排気温度の変化を表す図を示す。図３（ａ
）には液体燃料１００と気体燃料２００の流量を同時に変更した場合の混合器メタル温度
Ｔｍと排気温度Ｔｘの温度変化を示す。液体燃料１００の供給開始時は、燃料配管に空気
が入っており、配管内に液体燃料１００が満たされるまで時間がかかる。また、液体燃料
１００の流量が少ない切替当初の条件では、液体燃料ノズル１３の差圧が小さく微粒化特
性が悪いため、燃焼効率が低い。そのため、燃料切替の初期は気体燃料流量の低減に対し
て燃焼ガス４００の温度が低下し、ガスタービンの出力が低下するという課題が生じる。
燃焼ガス４００の温度低下は排気温度Ｔｘの温度低下として現れる。

【0036】

これに対し、本実施例では図３（ｂ）に示すように液体燃料１００の供給開始時刻に対
し気体燃料２００の減少開始時刻を遅らせる。液体燃料１００を噴霧することで混合室メ
タル温度Ｔｍが低下するため、その温度変化を検知してから気体燃料２００の流量を低減
させる。液体燃料を先行して供給するが液体燃料の流量が少ないため、排気温度Ｔｘはほ
とんど上昇しない。気体燃料２００を投入しはじめた時刻における液体燃料１００の流量
と同等の発熱量になるまで気体燃料２００の流量を低減し（時刻Ｂ）、液体燃料１００の
流量は一定に保持する。

【0037】

時刻Ｂ以降は、液体燃料１００と気体燃料２００を合計した発熱量が一定となるように
液体燃料１００を増加させ気体燃料２００を減少させる。気体燃料２００の停止（時刻Ｃ
）以降は、排気温度Ｔｘが一定になるように液体燃料１００の流量を調整する。

【0038】

図４に気体燃料から液体燃料に燃料を切替える際の制御フローを示す。燃料切替指令が
出されたら、その時刻における混合器メタル温度の初期値（Ｔｍ０）および排気温度の初
期値（Ｔｘ０）を計測する。温度計測が完了したら流量制御弁１０５の開度を徐々に増加
させ液体燃料１００を供給する。液体燃料を供給し始めると混合器メタル温度Ｔｍが低下
するため、混合器メタル温度の初期値Ｔｍ０とＴｍの差が設定値ａ以上になるまで繰り返
す。本実施例では、設定値ａは実験で温度変化が明確に判断できた値を用いるが、温度変
化が明確に判断可能であればよい。

【0039】

次に、流量制御弁２０４の開度を減少させ、その際の排気温度Ｔｘを計測する。排気温
度の初期値Ｔｘ０とＴｘを比較し、Ｔｘが高い場合にはさらに燃料制御弁２０４開度を減
少させ、Ｔｘ０とＴｘが同等になるまで繰り返す。なお、この工程は排気温度Ｔｘ０とＴ
ｘの差をある程度小さくできればよく、液体燃料１００の発熱量に相当する気体燃料２０
０の流量を計算で求め減少させるだけでも良い。

【0040】

液体燃料１００と気体燃料２００の合計の発熱量が燃料切替指令の発令時と同等になっ
た後、流量制御弁１０５および２０４の開度を連続的に変更し、液体燃料１００の流量を
増加させ、気体燃料２００を停止する。

【0041】

最後に排気温度Ｔｘを燃料切替指令の発令時と同等になるように調整する。排気温度Ｔ
ｘを計測し、排気温度の初期値Ｔｘ０と比較し、排気温度Ｔｘが初期値Ｔｘ０より低けれ
ば流量制御弁１０５の開度を増加させ、高ければ流量制御弁１０５の開度を減少させる調
整を繰り返し、所定の排気温度Ｔｘ０に合わせる。

【0042】

このように、液体燃料供給系統１２０等の液体燃料１００が流下する流路のうち流量制
御弁１０５よりも下流側に温度計２５０を備えることにより、温度計２５０によって計測
される温度の変化を検知することで、温度計２５０の設けられた位置まで液体燃料１００
が到達したことを検知することができる。そのため、液体燃料供給系統１２１への液体燃
料１００の供給を開始して運転状態を切替える際に、流量制御弁１０５の開度増加後、燃
焼室６に近い位置に液体燃料１００が到達してから流量制御弁２０４の開度を減少させる
ことが可能となるため、液体燃料を用いた運転状態の切替時における出力変化を抑制する
ことができる。

【0043】

即ち、上記のように構成した本実施形態であれば、気体燃料焚きから液体燃料焚きへの
切替時において、予混合燃焼バーナに設置した温度計２５０の測定値、具体的には、予混
合燃焼バーナ先端付近の混合室メタル温度変化を検出して流量制御弁１０５、２０４をコ
ントロールすることで、ガスタービン発電プラントの一時的な出力低下を防止できる。

【0044】

また、液体燃料の供給配管に燃料が充填されていない場合、気体燃料流量の減少と同時
に液体燃料を供給すると、液体燃料によって押し出され液体燃料ノズルから高速噴出する
空気により予混合燃焼バーナに形成されている火炎が吹き飛ぶ可能性がある。液体燃料の
供給を確認してから気体燃料を減少させることで、予混合燃焼バーナに形成される火炎の
吹き飛びを防止でき、燃焼安定性を確保しつつ燃料切替が可能となる。

【0045】

さらに、予混合燃焼バーナの先端付近に温度計を設置することで、火炎が予混合燃焼バ
ーナの混合室内に形成された場合でも検知可能となり、予混合燃焼バーナ等のガスタービ
ン燃焼器構造物の損傷を防止可能となる。

【実施例2】

【0046】

本発明の第２の実施形態について、図５を参照しつつ以下に説明する。本実施形態の基
本構成は第１の実施形態と同様である。本実施形態では、圧縮機１の途中から抽気した空
気を昇圧するパージ空気圧縮機６００と、圧縮したパージ空気を冷却する冷却器６０１と
、パージ空気量を調節する圧力調節弁６０２と、パージ空気配管６０３と、逆止弁６０４
によって構成されるパージ空気系統を液体燃料供給系統１２０に接続している。さらに、
液体燃料系統のパージ空気系統との接続部よりも下流側に、液体燃料系統を流下する流体
の温度を測定するための温度計２５３を設置し、温度計２５３の測定値とガスタービンの
排ガス温度を測定する温度計２５２の測定値を調節器２６０に取り込み、調節器２６０の
演算結果によって、流量制御弁１０５、２０４を制御するようにした。

【0047】

通常、気体燃料燃焼時には、液体燃料ノズル１３自体が過熱されることや、液体燃料供
給系統１２０に残存する液体燃料がコーキング（コーキングとは液体燃料が周囲の熱を受
けて固化すること）することを防止するため、液体燃料供給系統１２０にはパージ空気を
流すのが一般的であり、パージ空気の温度は例えば１００〜１５０℃となる。

【0048】

上記のように構成した本実施形態であれば、気体燃料焚きから液体燃料焚きへの切替時
において、液体燃料系統に設置した温度計２５３によって測定される、液体燃料系統内部
を流下する媒体（本実施例では、パージ空気と液体燃料）の温度変化を検出して流量制御
弁１０５、２０４をコントロールすることで、第一の実施形態と同等の効果が得られる。

【0049】

また、第一の実施形態では、予混合燃焼バーナ１１の先端付近に温度計２５０を設置し
、温度計２５０の測定値を用いて流量制御弁の開度を調節しているため、本実施例と比較
して、より燃焼室に近い位置まで液体燃料が到達したことを検知することができる。一方
、予混合燃焼バーナ１１の下流には、予混合火炎が形成されるため、運転条件によっては
火炎の接近や火炎からの輻射熱の影響を受けて、温度変化検出に誤作動を生じさせる可能
性がある。これに対し、本実施形態であれば、前述した予混合火炎の影響を受けることが
なく、確実に液体燃料の到達を検出できるので、より信頼性の高い燃料切替が可能となる
。

【0050】

ここで、本実施形態では、パージ空気として圧縮機１からの抽気空気を昇圧して供給す
る構成としたが、例えば、パージ空気の代用として、気体燃料や窒素などの不活性ガス、
水や蒸気などでも良く、液体燃料との温度差が小さくなる場合には、どちらかの系統を加
熱、若しくは、冷却することで同様の効果を得ることができる。

【0051】

さらに、温度計２５３の設置位置は、液体燃料ノズル１３に近接して設置するほど、液
体燃料の到達を時間短くでき、切替時間の短縮や、切替時における液体燃料流量と気体燃
料流量の和の変化量を小さくでき、如いては、燃焼ガス４００の温度変化を小さくできる
利点もある。

【0052】

さらに第一の実施形態では、予混合燃焼バーナ１１の出口近傍の比較的高温部に温度計
２５０が設置されている。温度計２５０にとっては過酷な環境となるため寿命に制限され
る場合も考えられるが、本実施形態では比較的低温場で、さらに大気圧場に温度計２５３
を設置することも可能となるため、温度計の信頼性が向上する利点もある。

【0053】

また、万一温度計が断線したとしても交換が容易のため、ガスタービン運転に及ぼす影
響を小さくすることが可能となる。

【実施例3】

【0054】

本発明の第３の実施形態について、図６を参照しつつ以下に説明する。本実施形態の基
本構成は図２を用いて説明した第１の実施形態と同様である。本実施形態では、拡散燃焼
バーナ１０の周囲に６個の予混合燃焼バーナ１１−１〜６を配置した構成で、拡散燃焼バ
ーナ１０に供給する第一の液体燃料供給系統１２０と予混合燃焼バーナ１１−１、３、５
に供給する第二の液体燃料供給系統１２１と、予混合燃焼バーナ１１−２、４、６に供給
する第三の液体燃料供給系統１２２の３系統で構成され、それぞれの液体燃料供給系統１
２０、１２１、１２２には流量制御弁１０３、１０５、１０７が設置されている。

【0055】

図６（ｂ）はガスタービン負荷に対する燃焼状態の模式図を示したもので、バーナの斜
線塗りは液体燃料が供給されている状態を示している。通常、複数のバーナを配置したマ
ルチバーナ方式の燃焼器は、ガスタービンの負荷に応じて燃料流量が増加するため、安定
燃焼と低ＮＯｘ燃焼を両立する目的で、燃焼するバーナ数を制御するように構成する。こ
のため、負荷Ａ〜Ｂまでは拡散燃焼バーナ１０単独で燃焼させ、負荷Ｂ〜Ｃでは、拡散燃
焼バーナ１０と予混合燃焼バーナ１１−１、３、５で燃焼させ、負荷Ｃ〜Ｄで全てのバー
ナで燃焼させるような形で運転状態を切替える。

【0056】

このように構成した本実施形態であれば、例えば、拡散燃焼バーナ１０単独燃焼状態か
ら予混合燃焼バーナ１１−１、３、５に燃料供給を開始する負荷Ｂの条件において予混合
燃焼バーナ１１−１に設置した温度計２５０−１の温度変化によって、予混合燃焼バーナ
１１−１、３、５に液体燃料の供給が開始されたことを確認した後、拡散燃焼バーナ１０
の燃料を減少させることで、燃料減少側が先行して発生する不安定燃焼を防止でき、拡散
燃焼バーナ１０が安定燃焼した状態を維持しつつ、予混合燃焼バーナ１１−１、３、５へ
の燃焼切替が可能となる。

【0057】

さらに、負荷Ｃにおける切替えにおいても上述した方法と同様で、予混合燃焼バーナ１
１−２に設置した温度計２５０−１の温度変化によって、予混合燃焼バーナ１１−２、４
、６に燃料の供給が開始されたことを確認した後、拡散燃焼バーナ１０及び予混合燃焼バ
ーナ１１−１、３、５の燃料を減少させることで、拡散燃焼バーナ１０及び予混合燃焼バ
ーナ１１−１、３、５が安定燃焼した状態を維持しつつ、予混合燃焼バーナ１１−２、４
、６への燃焼切替が可能となる。

【0058】

また、本実施形態では予混合燃焼バーナ数を６個、燃料系統を３系統として説明したが
、バーナ個数や燃料系統数が変わっても何ら本実施形態の効果に影響を及ぼすことはない
。

【0059】

さらに、温度計の設置位置は予混合燃焼バーナ１１としているが第２の実施形態と同様
に液体燃料系統１２１、１２２に設置し、液体燃料の温度を検出して制御することも可能
である。

【符号の説明】

【0060】

１ 圧縮機
２ タービン
３ ガスタービン燃焼器
４ 発電機
５ 外筒
６ 燃焼室
７ 内筒
８ トランジションピース
９ 閉止板
１０ 拡散燃焼バーナ
１０ａ、１１ａ 混合室
１０ｂ 円錐プレート
１１ 予混合燃焼バーナ
１２、１３ 液体燃料ノズル
１４ 気体燃料ノズル
１５、１６ 空気孔
１７ 気体燃料噴孔
１８ 燃料ヘッダ
５０ 後流
５１ 水の流れ
１００ 液体燃料
１０１ 加圧ポンプ
１０２ 圧力調節弁
１０３、１０５、２０２、２０４ 流量制御弁
１１０ 液体燃料タンク
１２０、１２１ 液体燃料供給系統
２００ 気体燃料
２１０ 燃料タンク
２２０、２２１ 気体燃料供給系統
２５０、２５１ 温度計
２６０ 調節器、
３００ 燃焼用空気
４００ 燃焼ガス
５００ 排気

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】