專利名稱：燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行控制裝置。
背景技術(shù)：
近年的地球溫室化正日益發(fā)展成嚴(yán)重的事態(tài)。其主要原因可以認(rèn)為是進(jìn)入20世 紀(jì)，作為能源大量使用的石油與天然氣等的化石燃料所釋放出的大氣中的二氧化碳(CO2) 等所致。因此，為了保護(hù)地球環(huán)境，要求盡早抑制(X)2等溫室化氣體的排放。另一方面，由于能源需求的增大，曾經(jīng)被認(rèn)為是無(wú)窮無(wú)盡的化石燃料的枯竭不斷 變得更明確，價(jià)格正在以遠(yuǎn)超預(yù)想的速度上升。可以預(yù)想在較近的將來(lái)，人類很快就要難以 依賴化石燃料能源。作為特別大量消耗這樣地枯竭下去的化石燃料并排出大量的CO2的用戶，可以列 舉火力發(fā)電廠?，F(xiàn)在，火力發(fā)電廠占全世界的發(fā)電量的大約70%，火力發(fā)電廠使用天然氣、 重油、煤炭等的化石燃料并日夜排放大量的C02。現(xiàn)在，作為在火力發(fā)電廠使發(fā)電機(jī)運(yùn)行的動(dòng)力，主要采用燃?xì)廨啓C(jī)或者蒸汽輪機(jī)。 燃?xì)廨啓C(jī)是內(nèi)燃機(jī)的一種，在燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)部的燃燒器中直接使燃料燃燒而產(chǎn)生高溫高壓的 氣體，通過該氣體驅(qū)動(dòng)輪機(jī)葉輪，獲取動(dòng)力。燃?xì)廨啓C(jī)現(xiàn)在主要使用天然氣作為燃料。另一方面，蒸汽輪機(jī)是外燃機(jī)的一種，在鍋爐中使燃料燃燒而產(chǎn)生高溫高壓的水 蒸汽，通過該水蒸汽驅(qū)動(dòng)輪機(jī)葉輪，獲取動(dòng)力。蒸汽輪機(jī)主要使用重油、煤炭(微粉煤)作 為燃料。另外，在復(fù)合系統(tǒng)(燃?xì)廨啓C(jī)與蒸汽輪機(jī)的復(fù)合型系統(tǒng))中，通過燃?xì)廨啓C(jī)的排氣 余熱產(chǎn)生水蒸汽，通過該水蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)，由此從燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)雙方獲取動(dòng)力， 得到較高的綜合效率(例如，專利文獻(xiàn)1)。這樣，在火力發(fā)電廠采用的上述的任意的方式中，都使用天然氣、重油、煤炭等的 化石燃料。因此，火力發(fā)電廠消耗大量的化石燃料，并且排放大量的C02。因此，為了削減來(lái) 自火力發(fā)電廠的(X)2的排放，曾提出了利用(X)2吸收釋放材料從由燃?xì)廨啓C(jī)排出的包含CO2 的排氣分離回收CO2等方案(例如，專利文獻(xiàn)2)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 特開2006-9574號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 特開2000-297656號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
但是，作為與(X)2等溫室化氣體的排放量增大、化石燃料的枯竭相對(duì)的根本的對(duì) 策，本申請(qǐng)的發(fā)明者曾提出了轉(zhuǎn)換或者儲(chǔ)藏并且利用也可以說(shuō)是無(wú)窮無(wú)盡的太陽(yáng)能的方 案。具體地說(shuō)，作為初級(jí)能源使用太陽(yáng)能從水與空氣制造清潔的氨，將該氨輸送到最終消費(fèi) 地，在最終消費(fèi)地使用氨獲得能量。作為在最終消費(fèi)地的氨的使用方法可以考慮各種方式，作為其中之一可以列舉在 火力發(fā)電廠使用。如果在火力發(fā)電廠作為燃料使用氨，則根本不排出CO2，所以能夠大幅度
4削減(X)2的排放。另外，能夠不消耗日漸枯竭的化石燃料來(lái)應(yīng)對(duì)今后進(jìn)一步增加的電力需 要。因此，本發(fā)明的主要目的在于，在火力發(fā)電廠的燃?xì)廨啓C(jī)以及蒸汽輪機(jī)等中，代替現(xiàn)在 作為燃料而使用的化石燃料，將氨作為燃料使用，由此抑制CO2的產(chǎn)生以及化石燃料的消息。在這里，如分子式NH3K示，氨含有大量的氫(大約18重量％)，在完全燃燒后變 為水和氮，根本不產(chǎn)生co2，但氨為難燃性物質(zhì)，不容易燃燒。著火所需要的最小點(diǎn)火能量 為8mJ，為汽油的大約30倍。另外，自燃溫度也為650°C以上，非常穩(wěn)定。而且，即使一旦著 火，其燃燒速度為1.5cm/秒，為汽油的燃燒速度的1/40左右，可燃范圍(能夠燃燒的濃度 范圍)為15% 觀％，也非常窄。因此氨是非常難以使其燃燒的物質(zhì)，作為燃?xì)廨啓C(jī)等的 燃料基本上不被使用。在想要將難燃性的氨作為燃料使用的情況下，使其燃燒最困難的是使燃?xì)廨啓C(jī)等 起動(dòng)時(shí)以及剛起動(dòng)之后。在起動(dòng)時(shí)以及剛起動(dòng)之后，燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器等的結(jié)構(gòu)部件的溫 度、所供給的空氣的溫度較低，容易產(chǎn)生不完全燃燒。作為容易這樣產(chǎn)生不完全燃燒的原 因，主要可以列舉下面的兩點(diǎn)。第一點(diǎn)原因是燃料與空氣的混合氣的均勻性。為了使混合氣完全燃燒，需要使液 體燃料氣化而成為氣體狀態(tài)并且使其與所供給的空氣均勻地混合。首先，為了液體燃料氣 化，需要從周圍獲取氣化熱，但如果此時(shí)燃燒器等結(jié)構(gòu)部件的溫度較低，則不能向液體燃料 給予充分的熱量。因此，如果結(jié)構(gòu)部件的溫度較低，則液體燃料的氣化變得不完全，不能得 到液體燃料氣體與空氣的均勻的混合氣。該氣化時(shí)所需要的氣化熱根據(jù)燃料而各不相同。氨在大氣壓下在-33. 5°C蒸發(fā)而 從液體變化為氣體，但此時(shí)所需要的氣化熱為1371KJ/kg，非常大，與液化石油氣、石油等的 化石燃料相比較，大約為4倍。這樣，由于氨的氣化熱非常大，所以在冷態(tài)時(shí)燃燒器、供給空 氣被冷卻，不能向混合氣給予充分的熱量。因此，氨的氣化變得不充分，較大地?fù)p害混合氣 的均勻性。第二點(diǎn)原因是氨的可燃范圍較窄。如果可燃范圍象天然氣等那樣寬，則即使稍稍 缺少均勻性，也能夠使混合氣燃燒。然而，氨的可燃范圍較窄，所以如果混合氣不均勻，則較 多產(chǎn)生不完全燃燒區(qū)域，燃燒的持續(xù)變得困難。另外，在想要將難燃性的氨作為燃料使用的情況下，在燃?xì)廨啓C(jī)等即將停止之前 也同樣難以使燃料燃燒。即，需要在燃?xì)廨啓C(jī)即將停止之前使燃料的供給量逐漸減少，但如 果使燃料的供給逐漸減少，則由于熱損失以及氨的氣化熱的影響，燃燒氣體的溫度逐漸下 降。因此，氨的氣化變得不充分，混合氣的均勻性容易受到損害。另外，可燃范圍根據(jù)混合 氣的溫度而變化，在混合氣為高溫時(shí)可燃范圍稍稍變寬，但如果燃燒氣體的溫度逐漸下降， 則混合氣的可燃范圍變窄，會(huì)產(chǎn)生不完全燃燒。這樣，如果將難燃性的氨作為燃料使用，則在燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)時(shí)以及剛起動(dòng)之后等 會(huì)產(chǎn)生不完全燃燒。當(dāng)這樣地產(chǎn)生不完全燃燒時(shí)，大量的未燃燒成分向燃?xì)廨啓C(jī)之外排出。此外，在想要將難燃性的氨作為燃料使用的情況下，在燃?xì)廨啓C(jī)等的正常運(yùn)行中 (即，不是燃?xì)廨啓C(jī)等的起動(dòng)時(shí)、剛起動(dòng)之后以及即將停止之前等，而是穩(wěn)定進(jìn)行額定的燃 氣輪機(jī)的運(yùn)行時(shí))也具有混合氣由于不可預(yù)測(cè)的事態(tài)而紊亂、混合氣的濃度脫離可燃范圍 的情況。在這樣的情況下也局部地產(chǎn)生不完全燃燒，燃燒氣體的溫度一下子下降，并且向周圍排出大量的未燃燒成分。這樣，為了使難燃性的氨穩(wěn)定燃燒而在燃?xì)廨啓C(jī)中使用，要求比以往的天然氣、重 油那樣的容易燃燒的化石燃料更下工夫。例如，除了強(qiáng)化點(diǎn)火裝置、通過燃燒器形狀或者噴 嘴形狀的改良形成更均勻的混合氣以外，為了不脫離較窄的可燃范圍，還需要進(jìn)行燃料供 給量、空氣供給量的精度更高的計(jì)量、控制。但是，從冷機(jī)時(shí)開始的起動(dòng)、即將停止之前的燃 料不全是具有難燃性的氨的本質(zhì)的課題，在燃燒器、噴嘴等的改良上存在極限，根本性的解 決很困難。因此，本發(fā)明的目的在于通過對(duì)運(yùn)行方法下工夫而在根本上解決該本質(zhì)性的氨的 燃燒課題，特別是提供一種即使在將難燃性的氨作為主燃料使用的情況下也能夠使燃?xì)廨?機(jī)穩(wěn)定地起動(dòng)、運(yùn)行、停止的燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行控制裝置。本發(fā)明作為用于解決上述課題的手段，提供權(quán)利要求書的各權(quán)利要求所述的內(nèi)燃 機(jī)的控制裝置。本發(fā)明的一個(gè)方案，是主要將氨作為燃料而驅(qū)動(dòng)的燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行控制裝置，其 中在與燃?xì)廨啓C(jī)正常運(yùn)行時(shí)相比氨的燃燒性惡化的燃燒性惡化運(yùn)行區(qū)域，與正常運(yùn)行時(shí) 相比，使向燃?xì)廨啓C(jī)供給的燃料中的燃燒性比氨高的燃料的比例增大。在本發(fā)明的其他的方案中，所述燃燒性比氨高的燃料為化石燃料。在本發(fā)明的其他的方案中，所述燃燒性惡化運(yùn)行區(qū)域?yàn)楫?dāng)作為主燃料向燃?xì)廨啓C(jī) 供給氨時(shí)氨的氣化不完全的運(yùn)行區(qū)域。在本發(fā)明的其他的方案中，所述燃燒性惡化運(yùn)行區(qū)域?yàn)槿剂先紵娜剂先紵恐?圍的氣氛溫度比正常運(yùn)行時(shí)低的運(yùn)行區(qū)域。在本發(fā)明的其他的方案中，所述燃燒性惡化運(yùn)行區(qū)域?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)的起動(dòng)時(shí)以及剛 起動(dòng)之后的運(yùn)行區(qū)域。在本發(fā)明的其他的方案中，所述燃燒性惡化運(yùn)行區(qū)域?yàn)橄蛉細(xì)廨啓C(jī)供給的燃料量 比正常運(yùn)行時(shí)少的運(yùn)行區(qū)域。在本發(fā)明的其他的方案中，所述燃燒性惡化運(yùn)行區(qū)域?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)的即將停止之前 的運(yùn)行區(qū)域。在本發(fā)明的其他的方案中，在使向所述燃?xì)廨啓C(jī)供給的燃料中的燃燒性比氨高的 燃料的比例變化的情況下，將向燃?xì)廨啓C(jī)供給的所述燃燒性比氨高的燃料逐漸增量或者減量。在本發(fā)明的其他的方案中，在所述燃燒性惡化運(yùn)行區(qū)域，不向燃?xì)廨啓C(jī)供給氨。在本發(fā)明的其他的方案中，在所述燃燒性惡化運(yùn)行區(qū)域，向燃?xì)廨啓C(jī)僅供給所述 燃燒性比氨高的燃料。在本發(fā)明的其他的方案中，在所述正常運(yùn)行時(shí)，也向燃?xì)廨啓C(jī)供給所述燃燒性比 氨高的燃料。在本發(fā)明的其他的方案中，在所述正常運(yùn)行時(shí)，向燃?xì)廨啓C(jī)供給與燃料的總發(fā)熱 量的3 10%相對(duì)應(yīng)的量的所述燃燒性比氨高的燃料。在本發(fā)明的其他的方案中，所述燃?xì)廨啓C(jī)具備被供給燃料以及空氣而使它們的混 合氣燃燒的燃燒器，該燃燒器具備向混合氣的燃燒區(qū)域噴射擴(kuò)散燃燒用的燃料的引導(dǎo)噴 孔、和向該燃燒區(qū)域噴射預(yù)混合燃燒用的燃料的多個(gè)主噴孔，在向燃?xì)廨啓C(jī)供給氨以及所述燃燒性比氨高的燃料雙方時(shí)氨從主噴孔被噴射。在本發(fā)明的其他的方案中，從所述引導(dǎo)噴孔總是供給所述燃燒性比氨高的燃料。在本發(fā)明的其他的方案中，所述燃?xì)廨啓C(jī)具備被供給燃料以及空氣而使它們的混 合氣燃燒的燃燒器，該燃燒器具備向混合氣的燃燒區(qū)域噴射擴(kuò)散燃燒用的燃料的引導(dǎo)噴 孔、和向該燃燒區(qū)域噴射預(yù)混合燃燒用的燃料的多個(gè)主噴孔，在使向所述燃?xì)廨啓C(jī)供給的 燃料中的燃燒性比氨高的燃料的比例變化的情況下，在每個(gè)主噴孔階段性切換從多個(gè)主噴 孔噴射的燃料。在本發(fā)明的其他的方案中，提供一種火力發(fā)電設(shè)備，其具備由上述發(fā)明的燃?xì)廨?機(jī)的運(yùn)行控制裝置控制的燃?xì)廨啓C(jī)。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種即使在將難燃性的氨作為主燃料使用的情況下也能夠 使燃?xì)廨啓C(jī)穩(wěn)定地起動(dòng)、運(yùn)行、停止的燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行控制裝置。下面，從附圖與本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式的記載，能夠更充分理解本發(fā)明。


圖1是由本發(fā)明的運(yùn)行控制裝置來(lái)控制運(yùn)行的燃?xì)廨啓C(jī)的概略側(cè)視圖。圖2是燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器的概略放大圖。圖3是燃?xì)廨啓C(jī)冷起動(dòng)時(shí)以及剛起動(dòng)之后的燃燒器的溫度、氨的供給量以及天然 氣的供給量的時(shí)間圖。圖4是燃?xì)廨啓C(jī)的即將停止之前的燃燒器的溫度、氨的供給量以及天然氣的供給 量的時(shí)間圖。圖5是燃?xì)廨啓C(jī)冷起動(dòng)時(shí)以及剛起動(dòng)之后的引燃燃料(引導(dǎo)燃料；pilotfuel)以 及主燃料中的氨與天然氣的比例的時(shí)間圖。圖6是燃?xì)廨啓C(jī)的即將停止之前的引燃燃料以及主燃料中的氨與天然氣的比例 的時(shí)間圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明1..燃?xì)廨啓C(jī)
10..輸出軸
20..外殼
30. 壓縮機(jī)
40..燃燒器
41..燃燒器內(nèi)筒
42..燃燒器尾筒
43..引導(dǎo)噴嘴
44..主預(yù)混合噴
50..渦輪
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖1是由本發(fā)明的運(yùn)行控制 裝置控制運(yùn)行的燃?xì)廨啓C(jī)1的概略側(cè)視圖。本實(shí)施方式的燃?xì)廨啓C(jī)1在火力發(fā)電設(shè)備中使用，燃?xì)廨啓C(jī)1的輸出被用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)(未圖示)。在本實(shí)施方式的燃?xì)廨啓C(jī)1中，作為燃料主要使用氨，但燃?xì)廨啓C(jī)1的構(gòu)造與作為 燃料使用天然氣、石油這些化石燃料的燃?xì)廨啓C(jī)(下面，稱為“天然氣用燃?xì)廨啓C(jī)”)的構(gòu)造 基本上相同。如圖1所示，燃?xì)廨啓C(jī)1具備輸出軸10、外殼(casing) 20、壓縮機(jī)30、燃燒器40和 渦輪50。輸出軸10被收納于外殼20內(nèi)，并且以能夠相對(duì)于外殼20旋轉(zhuǎn)的方式被支撐。外 殼20具有用于將空氣吸入外殼20內(nèi)的吸入口 21、和用于將燃燒氣體從外殼20內(nèi)排出的 排氣口 22。壓縮機(jī)30被設(shè)置于外殼20內(nèi)，具有交替配置的多個(gè)靜葉片31以及動(dòng)葉片32。壓 縮機(jī)靜葉片31被連結(jié)于外殼20，壓縮機(jī)動(dòng)葉片32被連結(jié)于輸出軸10。通過使壓縮機(jī)動(dòng)葉 片32相對(duì)于壓縮機(jī)靜葉片31旋轉(zhuǎn)，空氣被從外殼20的吸入口 21吸入并且被壓縮。燃燒 器40被設(shè)置于外殼20內(nèi)，對(duì)于詳細(xì)的結(jié)構(gòu)在后面敘述。如圖1所示，渦輪50也被配置于外殼20內(nèi)，具備交替配置的多個(gè)靜葉片51以及 動(dòng)葉片52。渦輪靜葉片51被連結(jié)于外殼20，渦輪動(dòng)葉片52被連結(jié)于輸出軸10。由燃燒器 40中的混合氣的燃燒產(chǎn)生的燃燒氣體在渦輪50中通過而流動(dòng)，由此驅(qū)動(dòng)渦輪動(dòng)葉片52使 其相對(duì)于渦輪靜葉片51旋轉(zhuǎn)，其結(jié)果，在輸出軸10上產(chǎn)生動(dòng)力。在這樣構(gòu)成的燃?xì)廨啓C(jī)1中，首先，通過壓縮機(jī)30對(duì)從外殼20的吸入口 21吸入 的空氣進(jìn)行絕熱壓縮。通過壓縮機(jī)30提高了溫度以及壓力的空氣(壓縮空氣)流入燃燒 器40，在燃燒器40中與被噴射的燃料一起形成混合氣。該混合氣在燃燒器40內(nèi)燃燒，變?yōu)?高溫高壓的燃燒氣體而流入到渦輪50，使渦輪動(dòng)葉片52旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生動(dòng)力。在火力發(fā)電設(shè)備 中，通過該旋轉(zhuǎn)動(dòng)力使發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行發(fā)電。圖2是燃燒器40的概略放大圖，圖中的箭頭表示空氣以及燃燒氣體的流動(dòng)。如圖 2所示，燃燒器40具備燃燒器內(nèi)筒41和與燃燒器內(nèi)筒41連通的燃燒器尾筒42。在燃燒器 內(nèi)筒41的中心軸線上配置有引導(dǎo)噴嘴43，在該引導(dǎo)噴嘴43的周圍在圓周方向上以等角度 間隔配置有多個(gè)主預(yù)混合噴嘴44。在引導(dǎo)噴嘴43上設(shè)有向引導(dǎo)噴嘴43供給引燃燃料(用 于擴(kuò)散燃燒的燃料)的引燃燃料用管43a，在主預(yù)混合噴嘴44上設(shè)有向主預(yù)混合噴嘴44供 給主燃料(用于預(yù)混合燃燒的燃料)的主燃料用管44a。接下來(lái)，對(duì)這樣構(gòu)成的燃燒器40中的空氣以及燃料的流動(dòng)以及燃料的燃燒形態(tài) 進(jìn)行說(shuō)明。通過壓縮機(jī)30被壓縮的空氣，如圖2中箭頭A所示，從壓縮機(jī)30流出。從壓縮 機(jī)30流出的壓縮空氣在外殼20內(nèi)流動(dòng)而從燃燒器內(nèi)筒41的開口端部流入燃燒器內(nèi)筒41 內(nèi)，然后，流入引導(dǎo)噴嘴43以及主預(yù)混合噴嘴44。在引導(dǎo)噴嘴43以及主預(yù)混合噴嘴44中，相對(duì)于流入的壓縮空氣噴射燃料，在這些 噴嘴43、44中形成混合氣。從引導(dǎo)噴嘴43的噴孔噴出的混合氣形成引導(dǎo)擴(kuò)散火焰，從主預(yù) 混合噴嘴44的噴孔噴出的混合氣與引導(dǎo)擴(kuò)散火焰接觸形成主火焰而燃燒。通過這樣的混 合氣的燃燒得到的燃燒氣體經(jīng)由燃燒器尾筒42被供給渦輪50，由此使渦輪50旋轉(zhuǎn)。如上所述，燃?xì)廨啓C(jī)1的構(gòu)造與天然氣用燃?xì)廨啓C(jī)的構(gòu)造基本相同，但如上所述 在本實(shí)施方式中作為燃料主要使用氨，所以不與天然氣用燃?xì)廨啓C(jī)的構(gòu)造完全相同。特別 是，燃?xì)廨啓C(jī)1的燃燒器40的構(gòu)造與在天然氣用燃?xì)廨啓C(jī)中使用的燃燒器的構(gòu)造不同。具體地說(shuō)，噴射燃料的噴嘴的尺寸設(shè)為比天然氣用燃?xì)廨啓C(jī)的大。即，在將燃料從天然氣變更為氨的情況下，燃料的單位體積的能量密度變?yōu)榇蠹s一半。因此，為了變更燃料 也得到相同的燃燒能量，應(yīng)該供給的燃料量變?yōu)榇蠹s兩倍。另外，氨的理論空燃比(為混合 氣中所含的空氣的重量除以燃料的重量所得的比例，在向空氣中混合了燃料時(shí)，為理論上 燃料應(yīng)該完全燃燒的比例)比天然氣的理論空燃比小。因此，為了即使變更燃料也將混合 氣的空燃比維持為理論空燃比，應(yīng)該供給的燃料量增多。因此，為了能夠供給大量的燃料， 需要增大噴射燃料的噴嘴，特別是預(yù)混合噴嘴的尺寸，或者增加噴嘴的個(gè)數(shù)。另外，氨的燃燒速度比天然氣慢，所以燃料負(fù)荷(每單位體積、單位時(shí)間的燃燒產(chǎn) 生熱量)較小。因此，為了得到與作為燃料使用天然氣的情況相同的總發(fā)熱量，需要將燃燒 器40特別燃燒器內(nèi)筒41的尺寸增大。這樣，在本實(shí)施方式中，為了使氨最佳地燃燒，使燃?xì)廨啓C(jī)1的燃燒器40的結(jié)構(gòu)與 天然氣用燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)不同。但是，如上所述，氨為難燃性的物質(zhì)，不容易燃燒。通過采用上述的燃燒器40的結(jié) 構(gòu)，在燃?xì)廨啓C(jī)的正常運(yùn)行時(shí)(即，不是燃?xì)廨啓C(jī)的起動(dòng)時(shí)、剛起動(dòng)后、即將停止之前等，而 是穩(wěn)定進(jìn)行額定的燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行時(shí))能夠通過適當(dāng)?shù)乜刂迫剂瞎┙o量、空氣供給量而使 氨穩(wěn)定燃燒，但在燃?xì)廨啓C(jī)1冷起動(dòng)時(shí)以及剛冷啟動(dòng)之后、即將停止之前，不能使氨穩(wěn)定燃
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JyCi。在這里，由于上述那樣的燃燒器內(nèi)筒41以及噴嘴43、44的形狀的改良、點(diǎn)火裝置 的強(qiáng)化，在燃?xì)廨啓C(jī)1冷起動(dòng)時(shí)以及剛冷啟動(dòng)之后使氨穩(wěn)定燃燒比較困難，如果考慮這一 點(diǎn)，則除了氨以外，還需要一些別的穩(wěn)定的熱產(chǎn)生源，并且需要保持作為核心的火焰。另外， 火力發(fā)電廠的燃?xì)廨啓C(jī)以往是以使用天然氣、重油、微粉煤等的化石燃料為前提而設(shè)計(jì)的。因此，在本實(shí)施方式中，在與燃?xì)廨啓C(jī)1的正常運(yùn)行時(shí)相比氨的燃燒性惡化的運(yùn) 行區(qū)域即燃?xì)廨啓C(jī)1冷起動(dòng)時(shí)以及剛冷啟動(dòng)之后，向燃?xì)廨啓C(jī)1即向燃燒器40供給天然 氣，燃?xì)廨啓C(jī)1充分熱機(jī)后，將燃料從天然氣切換為氨。圖3是燃?xì)廨啓C(jī)1冷起動(dòng)時(shí)以及剛冷起動(dòng)之后的燃燒器內(nèi)筒(即，燃料燃燒部)41 周圍的氣氛的溫度(即，燃燒器40自身的溫度、壓縮空氣的溫度、燃燒氣體的溫度等)、向燃 氣輪機(jī)1供給的氨供給量以及天然氣供給量的時(shí)間圖。如圖3所示，在時(shí)刻、，直到燃?xì)廨?機(jī)1起動(dòng)為止，燃燒器內(nèi)筒41內(nèi)的氣氛溫度設(shè)為較低。在這樣的狀態(tài)下，如果在時(shí)刻、起 動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)1，首先向燃?xì)廨啓C(jī)1僅供給天然氣。天然氣是燃燒性比氨高的燃料，所以即使 燃燒器內(nèi)筒41周圍的氣氛的溫度較低，也能夠使其大致完全燃燒。因此，通過在燃?xì)廨啓C(jī) 1冷起動(dòng)時(shí)以及剛冷起動(dòng)之后僅供給天然氣，能夠使燃?xì)廨啓C(jī)1良好地運(yùn)行。然后，通過天然氣的燃燒來(lái)驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)1，伴隨之，燃燒器內(nèi)筒41周圍的氣氛溫 度上升，在達(dá)到與燃?xì)廨啓C(jī)1的正常運(yùn)行時(shí)的燃燒器內(nèi)筒41周圍的氣氛溫度大致相等的溫 度時(shí)，或者變?yōu)榘钡娜紵宰兊门c燃?xì)廨啓C(jī)1的正常運(yùn)行時(shí)大致相等的運(yùn)行狀況時(shí)，開始 減少向燃?xì)廨啓C(jī)1供給的天然氣供給量，并且開始增加向燃?xì)廨啓C(jī)1供給的氨供給量(圖 3中的時(shí)刻、)。此時(shí)，燃燒器內(nèi)筒41周圍的氣氛溫度變得充分高，所以即使向燃?xì)廨啓C(jī)1 供給氨，氨也良好地燃燒，而不會(huì)不完全燃燒。然后，在向燃?xì)廨啓C(jī)1供給的天然氣供給量被逐漸減少的同時(shí)，向燃?xì)廨啓C(jī)1供給 的氨供給量被逐漸增加，最終變?yōu)橄蛉細(xì)廨啓C(jī)1僅供給氨(圖中的時(shí)刻t2)。此時(shí)燃燒器 內(nèi)筒41周圍的氣氛溫度也已變?yōu)槌浞指叩臏囟?，所以氨能夠良好地燃燒，而不?huì)不完全燃
另外，天然氣與氨的物性不同，所以如果急速切換向燃?xì)廨啓C(jī)1供給的燃料，會(huì)產(chǎn) 生混合氣的不完全燃燒。然而，在本實(shí)施方式中由于使天然氣以及氨的供給量逐漸變化，所 以能夠抑制在燃料的切換中產(chǎn)生不完全燃燒的情形。同樣，在與燃?xì)廨啓C(jī)1的正常運(yùn)行時(shí)相比氨的燃燒性惡化的運(yùn)行區(qū)域即燃?xì)廨啓C(jī) 1的即將停止之前，也將向燃?xì)廨啓C(jī)1供給的燃料從氨切換為天然氣。圖4是燃?xì)廨啓C(jī)的即將停止之前的燃燒器內(nèi)筒41周圍的氣氛溫度、向燃?xì)廨啓C(jī)1 供給的氨供給量以及天然氣供給量的時(shí)間圖。如圖4所示，在時(shí)刻t3開始燃?xì)廨啓C(jī)1的減 速之前，燃?xì)廨啓C(jī)1進(jìn)行正常運(yùn)行，燃燒器內(nèi)筒41周圍的氣氛溫度維持得較高。在使燃?xì)?輪機(jī)1停止的情況下，在開始燃?xì)廨啓C(jī)1的減速之前，首先在開始減少向燃?xì)廨啓C(jī)1供給的 氨供給量的同時(shí)，開始增加向燃?xì)廨啓C(jī)1供給的天然氣供給量(圖4中的時(shí)刻t3)。此時(shí)， 燃燒器內(nèi)筒41周圍的氣氛溫度維持為高溫，所以向燃?xì)廨啓C(jī)1供給氨能夠良好地燃燒，而 不會(huì)不完全燃燒。然后，在使氨的向燃?xì)廨啓C(jī)1的供給量逐漸減少的同時(shí)，使天然氣的向燃?xì)廨啓C(jī)1 的供給量逐漸增加，最終變?yōu)橄蛉細(xì)廨啓C(jī)1僅供給天然氣(圖4中的時(shí)刻t4)。這樣地向燃?xì)廨啓C(jī)1僅供給天然氣之后，開始燃?xì)廨啓C(jī)1的減速。燃?xì)廨啓C(jī)1的減 速，通過減少向燃?xì)廨啓C(jī)1供給的天然氣量而進(jìn)行，所以伴隨著燃?xì)廨啓C(jī)1的減速，燃燒器 內(nèi)筒41周圍的氣氛溫度也逐漸降低。最終當(dāng)天然氣向燃?xì)廨啓C(jī)1的供給結(jié)束時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī) 1停止(圖4中的時(shí)刻t5)。這樣，即使燃燒器內(nèi)筒41周圍的氣氛溫度下降，也向燃?xì)廨啓C(jī) 1僅供給天然氣來(lái)作為燃料，所以所供給的燃料能夠大致完全燃燒，因此能夠使燃?xì)廨啓C(jī)1 良好地運(yùn)行。這樣，在本實(shí)施方式中，在冷起動(dòng)時(shí)以及剛冷起動(dòng)之后或即將停止之前等與燃?xì)?輪機(jī)1的正常運(yùn)行時(shí)相比氨的燃燒性惡化的燃燒性惡化運(yùn)行區(qū)域，不向燃?xì)廨啓C(jī)1供給氨， 僅向其供給天然氣。由此，能夠防止在燃?xì)廨啓C(jī)1中的氨的不完全燃燒，防止向燃?xì)廨啓C(jī)1 的周圍放出大量的氨。即，根據(jù)本實(shí)施方式，即使作為主燃料使用氨，也能夠在所有的運(yùn)行 區(qū)域使燃?xì)廨啓C(jī)良好地運(yùn)行。由此，使在作為以往的發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)的燃料完全不會(huì)考慮 的氨的直接燃燒變?yōu)榭赡?，能夠大大地貢獻(xiàn)于CO2的降低，化石燃料的枯竭。另外，在上述實(shí)施方式中，在燃燒性惡化運(yùn)行區(qū)域，僅供給天然氣。然而，只要至少 使氨的供給量減少、使天然氣的供給量增加，則即使不完全停止氨的供給也能夠抑制燃?xì)?輪機(jī)1內(nèi)的氨的不完全燃燒。因此，在燃燒性惡化運(yùn)行區(qū)域，不一定要完全停止氨的供給。 總結(jié)以上所述，在本實(shí)施方式中，在燃燒性惡化運(yùn)行區(qū)域，只要與正常運(yùn)行時(shí)相比，使向燃 氣輪機(jī)1供給的燃料中的天然氣的比例增大即可。另外，在上述實(shí)施方式中，作為氨的燃燒性比燃?xì)廨啓C(jī)1的正常運(yùn)行時(shí)惡化的燃 燒性惡化運(yùn)行區(qū)域的例子，列舉了冷起動(dòng)時(shí)以及剛冷起動(dòng)之后、即將停止之前的運(yùn)行區(qū)域， 但燃燒性惡化運(yùn)行區(qū)域并不限定于此。例如，也能夠列舉作為燃料供給氨但氨僅不完全氣 化的情況。如果氨的氣化不完全，則容易產(chǎn)生氨的不完全燃燒，因此氨的燃燒性惡化。此時(shí) 通過使用天然氣作為燃料，能夠抑制燃料的不完全燃燒，使燃?xì)廨啓C(jī)1良好地運(yùn)行。在這樣 的運(yùn)行區(qū)域中也包含冷起動(dòng)時(shí)以及剛冷起動(dòng)之后。另外，作為燃燒性惡化運(yùn)行區(qū)域，可以列舉燃燒室內(nèi)筒41周圍的氣氛溫度(燃料
10燃燒部周圍的氣氛溫度)比燃?xì)廨啓C(jī)1正常運(yùn)行時(shí)低的運(yùn)行區(qū)域。如果燃燒室內(nèi)筒4周圍 的氣氛溫度較低，則如上所述，氨難以氣化，因此氨的燃燒性惡化。在這樣的時(shí)候通過使用 天然氣作為燃料，能夠抑制燃料的不完全燃燒，使燃?xì)廨啓C(jī)1良好地運(yùn)行。在這樣的運(yùn)行區(qū) 域中也包含冷起動(dòng)時(shí)以及剛冷起動(dòng)之后。進(jìn)而，作為燃燒性惡化運(yùn)行區(qū)域，可以列舉向燃?xì)廨啓C(jī)1供給的燃料量比燃?xì)廨?機(jī)1正常運(yùn)行時(shí)少的運(yùn)行區(qū)域。如果向燃?xì)廨啓C(jī)1供給的燃料量少，則由于熱損失、氨的氣 化熱，燃燒氣體的溫度變低，燃燒室內(nèi)筒4周圍的氣氛溫度下降，由此氨的燃燒性惡化。在 這樣的時(shí)候通過使用天然氣作為燃料，能夠抑制燃料的不完全燃燒，使燃?xì)廨啓C(jī)1良好地 運(yùn)行。在這樣的運(yùn)行區(qū)域中也包含運(yùn)行即將停止之前。另外，在本實(shí)施方式中，在燃?xì)廨啓C(jī)1正常運(yùn)行時(shí)，也具有運(yùn)行中的不可預(yù)測(cè)的事 態(tài)，也可以持續(xù)供給極少量例如相當(dāng)于燃料總體的總發(fā)熱量的3 10%左右的量的天然 氣。由此，能夠?qū)⑻烊粴獾娜紵鳛橐龑?dǎo)燃燒(pilot burner)而使用，能夠?qū)⒆鳛楹诵牡?火焰穩(wěn)定保持，所以能夠防止燃?xì)廨啓C(jī)的不可預(yù)期的停止。另外，在將噴射天然氣與氨的噴 嘴設(shè)為分開的噴嘴的情況下，能夠通過該少量的燃料將暴露于高溫的燃燒器中的天然氣用 噴嘴冷卻，所以能夠提高噴嘴的耐久性。接下來(lái)，參照?qǐng)D5以及圖6，對(duì)從燃燒器40的兩噴嘴43、44噴射的燃料中的氨的比 例進(jìn)行說(shuō)明。下面，示出在燃?xì)廨啓C(jī)正常運(yùn)行時(shí)持續(xù)供給少量的天然氣的情況。圖5以及 圖6分別是冷起動(dòng)時(shí)、剛冷起動(dòng)之后以及即將停止之前的引燃燃料以及主燃料中的氨與天 然氣的比例的時(shí)間圖。在燃?xì)廨啓C(jī)1冷起動(dòng)時(shí)以及剛冷起動(dòng)之后，在從時(shí)刻、到時(shí)刻、的期間，即從燃 氣輪機(jī)1起動(dòng)開始到燃燒器內(nèi)筒41周圍的氣氛溫度變得充分高的期間，從引導(dǎo)噴嘴43以 及主預(yù)混合噴嘴44都噴射天然氣。此時(shí)，在噴射少量的氨的情況下，氨從主預(yù)混合噴嘴44 被噴射。在從時(shí)刻、到時(shí)刻t2的期間，即從燃燒器內(nèi)筒41周圍的氣氛溫度變得充分高后 到向燃?xì)廨啓C(jī)1僅供給氨的期間，從主預(yù)混合噴嘴44噴射的燃料中的氨的比例被逐漸升 高。此時(shí)，可以在向所有的主預(yù)混合噴嘴44供給將天然氣與氨混合而成的燃料的同時(shí)，逐 漸提高該燃料中的氨的比例，也可以將從多個(gè)主預(yù)混合噴嘴44噴射的燃料在每個(gè)主預(yù)混 合噴嘴44階段性地從天然氣順序切換為氨，由此逐漸提高從所有的主預(yù)混合噴嘴44噴射 的總?cè)剂现械陌钡谋壤??；蛘撸瑢⑾蛎總€(gè)燃燒器40供給的燃料從天然氣順序切換為氨。最 終，在時(shí)刻t2，將從所有的主預(yù)混合噴嘴44噴射的燃料設(shè)為氨。另一方面，在從時(shí)刻、到 時(shí)刻t2的期間也從引導(dǎo)噴嘴43噴射天然氣。在時(shí)刻t2之后，在將從所有的主預(yù)混合噴嘴44噴射的燃料設(shè)為氨的同時(shí)，使從引 導(dǎo)噴嘴43噴射的燃料原樣地只為天然氣，或者設(shè)為將天然氣與氨混合的燃料。在燃?xì)廨啓C(jī)即將停止之前，如圖6所示以與剛起動(dòng)之后相反的步驟將從兩噴嘴 43,44噴射的燃料從氨切換為天然氣，然后將向燃?xì)廨啓C(jī)1供給的總?cè)剂狭繙p少。另外，在上述實(shí)施方式中，作為燃燒性比氨高的燃料使用了天然氣，但也可以使用 石油等其他的化石燃料，只要是燃燒性比氨高的燃料，也可以使用化石燃料以外的燃料。另外，在上述實(shí)施方式中，表示了將本發(fā)明的運(yùn)行控制裝置用于控制火力發(fā)電設(shè) 備的燃?xì)廨啓C(jī)的情況，但也能夠用于控制其他的用途的燃?xì)廨啓C(jī)，例如泵驅(qū)動(dòng)用的燃?xì)廨啓C(jī)、車輛、飛機(jī)、船舶驅(qū)動(dòng)用的燃?xì)廨啓C(jī)等。而且，在上述實(shí)施方式中，將具備主要將氨作為燃料而驅(qū)動(dòng)的渦輪的渦輪設(shè)備設(shè) 為燃?xì)廨啓C(jī)，但也可以將該渦輪設(shè)備設(shè)為具備鍋爐的蒸汽輪機(jī)。此時(shí)，代替燃?xì)廨啓C(jī)1的燃 燒器40而在鍋爐中進(jìn)行燃料的燃燒。另外，對(duì)于本發(fā)明，基于特定的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)敘述，但只要是本領(lǐng)域一般技術(shù) 人員，就能夠在不脫離本發(fā)明的請(qǐng)求保護(hù)的范圍以及思想的的前提下進(jìn)行各種變更、修正寸。
權(quán)利要求
1.一種燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行控制裝置，是主要將氨作為燃料來(lái)驅(qū)動(dòng)的燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行控制 裝置，其中在與燃?xì)廨啓C(jī)正常運(yùn)行時(shí)相比氨的燃燒性惡化的燃燒性惡化運(yùn)行區(qū)域，與正常 運(yùn)行時(shí)相比，使向燃?xì)廨啓C(jī)供給的燃料中的燃燒性比氨高的燃料的比例增大。
2.如權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行控制裝置，其中所述的燃燒性比氨高的燃料 為化石燃料。
3.如權(quán)利要求1或2所述的燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行控制裝置，其中所述燃燒性惡化運(yùn)行區(qū) 域?yàn)楫?dāng)作為主燃料向燃?xì)廨啓C(jī)供給氨時(shí)氨的氣化不完全的運(yùn)行區(qū)域。
4.如權(quán)利要求1 3中的任一項(xiàng)所述的燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行控制裝置，其中所述燃燒性 惡化運(yùn)行區(qū)域?yàn)槿剂先紵娜剂先紵恐車臍夥諟囟缺日＿\(yùn)行時(shí)低的運(yùn)行區(qū)域。
5.如權(quán)利要求1 4中的任一項(xiàng)所述的燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行控制裝置，其中所述燃燒性 惡化運(yùn)行區(qū)域?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)起動(dòng)時(shí)以及剛起動(dòng)之后的運(yùn)行區(qū)域。
6.如權(quán)利要求1或2所述的燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行控制裝置，其中所述燃燒性惡化運(yùn)行區(qū) 域?yàn)橄蛉細(xì)廨啓C(jī)供給的燃料量比正常運(yùn)行時(shí)少的運(yùn)行區(qū)域。
7.如權(quán)利要求1、2和6中的任一項(xiàng)所述的燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行控制裝置，其中所述燃燒 性惡化運(yùn)行區(qū)域?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)即將停止之前的運(yùn)行區(qū)域。
8.如權(quán)利要求1 7中的任一項(xiàng)所述的燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行控制裝置，其中在使向所述 燃?xì)廨啓C(jī)供給的燃料中的燃燒性比氨高的燃料的比例變化的情況下，將向燃?xì)廨啓C(jī)供給的 所述的燃燒性比氨高的燃料逐漸減量或增量。
9.如權(quán)利要求1 8中的任一項(xiàng)所述的燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行控制裝置，其中在所述燃燒 性惡化運(yùn)行區(qū)域，不向燃?xì)廨啓C(jī)供給氨。
10.如權(quán)利要求9所述的燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行控制裝置，其中在所述燃燒性惡化運(yùn)行區(qū) 域，向燃?xì)廨啓C(jī)僅供給所述的燃燒性比氨高的燃料。
11.如權(quán)利要求1 10中的任一項(xiàng)所述的燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行控制裝置，其中在所述正 常運(yùn)行時(shí)也向燃?xì)廨啓C(jī)供給所述的燃燒性比氨高的燃料。
12.如權(quán)利要求11所述的燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行控制裝置，其中在所述正常運(yùn)行時(shí)，向燃?xì)?輪機(jī)供給與燃料的總發(fā)熱量的3 10%相對(duì)應(yīng)的量的所述的燃燒性比氨高的燃料。
13.如權(quán)利要求1 12中的任一項(xiàng)所述的燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行控制裝置，其中所述燃?xì)?輪機(jī)具備被供給燃料以及空氣而使它們的混合氣燃燒的燃燒器，該燃燒器具備向混合氣的 燃燒區(qū)域噴射擴(kuò)散燃燒用的燃料的引導(dǎo)噴孔、和向該燃燒區(qū)域噴射預(yù)混合燃燒用的燃料的 多個(gè)主噴孔；在向燃?xì)廨啓C(jī)供給氨以及所述的燃燒性比氨高的燃料雙方時(shí)，氨從主噴孔被 噴射。
14.如權(quán)利要求13所述的燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行控制裝置，其中從所述引導(dǎo)噴孔總是供給 所述的燃燒性比氨高的燃料。
15.如權(quán)利要求1 14中的任一項(xiàng)所述的燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行控制裝置，其中所述燃?xì)?輪機(jī)具備被供給燃料以及空氣而使它們的混合氣燃燒的燃燒器，該燃燒器具備向混合氣的 燃燒區(qū)域噴射擴(kuò)散燃燒用的燃料的引導(dǎo)噴孔、和向該燃燒區(qū)域噴射預(yù)混合燃燒用的燃料的 多個(gè)主噴孔；在使向所述燃?xì)廨啓C(jī)供給的燃料中的燃燒性比氨高的燃料的比例變化的情況 下，從多個(gè)主噴孔噴射的燃料在每個(gè)主噴孔被階段性地切換。
16.一種火力發(fā)電設(shè)備，具備由權(quán)利要求1 15中的任一項(xiàng)所述的燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行控制裝置控制的燃?xì)廨啓C(jī)。
全文摘要
在主要將氨作為燃料而驅(qū)動(dòng)的燃?xì)廨啓C(jī)(1)的運(yùn)行控制裝置中，在燃?xì)廨啓C(jī)冷起動(dòng)時(shí)以及剛起動(dòng)之后或即將停止之前等氨的燃燒性比燃?xì)廨啓C(jī)的正常運(yùn)行時(shí)惡化的燃燒性惡化運(yùn)行區(qū)域，與正常運(yùn)行時(shí)相比，使向燃?xì)廨啓C(jī)供給的燃料中的化石燃料的比例增大。由此，即使在將難燃性的氨作為主燃料使用的情況下，也能夠使燃?xì)廨啓C(jī)穩(wěn)定地起動(dòng)、運(yùn)行、停止。
文檔編號(hào)F02C9/40GK102149915SQ20098013546
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2009年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日
發(fā)明者中村德彥 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社