CN105464806A - 燃气涡轮设备 - Google Patents

燃气涡轮设备 Download PDF

Info

Publication number
CN105464806A
CN105464806A CN201510626525.0A CN201510626525A CN105464806A CN 105464806 A CN105464806 A CN 105464806A CN 201510626525 A CN201510626525 A CN 201510626525A CN 105464806 A CN105464806 A CN 105464806A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
combustion gas
fuel
burner
carbon dioxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510626525.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105464806B (zh
Inventor
岩井保宪
中村恭明
伊东正雄
森泽优一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Publication of CN105464806A publication Critical patent/CN105464806A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105464806B publication Critical patent/CN105464806B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/22Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being gaseous at standard temperature and pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/34Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid with recycling of part of the working fluid, i.e. semi-closed cycles with combustion products in the closed part of the cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C1/00Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
    • F02C1/002Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid using an auxiliary fluid
    • F02C1/005Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid using an auxiliary fluid being recirculated
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/08Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases
    • F02C7/10Heating air supply before combustion, e.g. by exhaust gases by means of regenerative heat-exchangers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Industrial Gases (AREA)

Abstract

提供一种燃气涡轮设备,能够抑制燃烧不稳定状态并且减少一氧化碳的排出浓度。燃气涡轮设备具备:燃料喷嘴,安装于燃烧器(20);热交换器,冷却从通过来自燃烧器的燃烧气体而转动的涡轮(22)排出的燃烧气体;配管(42),将冷却后的燃烧气体的一部分导至供给氧化剂的氧化剂供给管;配管(44),使由氧化剂以及燃烧气体构成的混合气体经过热交换器而被加热,并导向燃料喷嘴;配管(40),使冷却后的燃烧气体的另一部分经过热交换器而被加热,并导向燃烧器;配管(45),使冷却后的燃烧气体的又另一部分经过热交换器而被加热,并导向燃料喷嘴;以及配管(46),将冷却后的燃烧气体的剩余部分排出至外部。

Description

燃气涡轮设备
技术领域
本发明的实施方式涉及燃气涡轮设备。
背景技术
基于二氧化碳的削减、节省资源等的要求,发电站的高效率化在不断进步。具体而言,正在积极推进燃气涡轮、蒸汽涡轮的工作流体的高温化、联合循环化等。另外,对于二氧化碳的回收技术也在不断研究开发。
图5是使在燃烧器210中生成的二氧化碳的一部分作为工作流体进行循环的以往的燃气涡轮设备200的系统图。
如图5所示,从燃烧器210排出的燃烧气体被导入涡轮211,使涡轮211转动。而且,通过涡轮211的转动来驱动发电机212。
从涡轮211排出的燃烧气体通过经过热交换器213而被冷却。经过了热交换器213的燃烧气体进而经过热交换器214。燃烧气体通过经过该热交换器214来将燃烧气体中所含的水蒸汽去除,成为干燥的二氧化碳。这里,水蒸汽通过经过热交换器213而凝缩并成为水。水例如经过配管230而被排出到外部。
二氧化碳通过压缩机215而被升压,成为超临界流体。升压后的二氧化碳的一部分流入到从配管231分支的配管232。而且,流入到配管232的二氧化碳被流量调整阀240调整流量,然后被导入供给氧化剂的配管233内。在配管233中,流动着由空气分离装置(未图示)从大气中分离出的氧作为氧化剂。在配管233中介在有使氧化剂升压的压缩机216、对氧化剂的流量进行调整的流量调整阀241。
由氧化剂以及二氧化碳构成的混合气体在配管234内流动,经过热交换器213而被导向燃料喷嘴217。其中,混合气体在热交换器213中通过获得来自从涡轮211排出的燃烧气体的热量而被加热。
另一方面,通过压缩机215而被升压后的二氧化碳的另一部分在配管231中被流量调整阀243调整流量,然后经过热交换器213而被导向燃烧器210。流过配管231的二氧化碳在热交换器213中获得来自从涡轮211排出的燃烧气体的热量而被加热。导入至燃烧器210的二氧化碳例如被从燃烧器衬套的冷却、稀释孔等导入至燃烧器衬套内的燃烧区域的下游侧。由于该二氧化碳与通过燃烧而生成的燃烧气体一同使涡轮211转动,所以作为工作流体发挥作用。
另一方面,通过压缩机215被升压后的二氧化碳的剩余部分流入至从配管231分支的配管236,被排出到外部。
燃料被流量调节阀242调节流量,并供给至燃料喷嘴217。而且,燃料与导至燃料喷嘴217的混合气体一起被从燃料喷嘴217导入到燃烧区域。例如,从燃料喷嘴217的中央喷射燃料,从燃料的外周喷射混合气体。在燃烧区域中,燃料以及氧进行反应(燃烧)。在燃料与氧进行燃烧时,生成二氧化碳和水蒸汽作为燃烧气体。燃料以及氧的流量分别被调整成在完全混合了的状态下成为化学当量混合比(理论混合比)。
由燃烧器210生成的燃烧气体被导入涡轮211。这样,由燃烧器210生成的二氧化碳的一部分在系统内进行循环。
在上述的以往的燃气涡轮设备200中,使用了烃气体燃料或液体燃料作为燃料,但目前除了这些燃料以外,例如还在研究使用煤气化气体燃料。
煤气化气体燃料由煤生成。煤的埋藏量很多,容易发现并且价格低廉。然而,在使用煤气化气体作为燃料的情况下,与使用烃气体燃料或液体燃料的情况相比,二氧化碳的排出量增加。因此,如果能够抑制二氧化碳的排出量,则使用煤气化气体燃料作为燃气涡轮设备200中的燃料是有益的。
煤气化气体燃料是在煤气化炉中使煤气体化后的燃料。为了使气体化炉成为稳定运转状态,需要规定的时间。因此,在与燃气涡轮设备一同启动煤气化炉的情况下,无法在启动时获得燃气涡轮设备所需要的煤气化气体的流量。
因此,在使用煤气化气体作为燃料的情况下,在实际的燃气涡轮设备中首先使用液体燃料或者烃类气体燃料来起动燃气涡轮。然后,在气体化炉成为稳定运转状态之后,将燃料切换为煤气化气体。
这里,图6是示意性地表示以往的燃气涡轮设备200的燃烧器210内的燃料与氧的浓度分布的图。其中,在图6中,表示了比燃料喷嘴217的中心靠左侧的浓度分布。浓度分布在比中心靠右侧,也与比中心靠左侧相同。图6所示的浓度分布是通过数值解析而获得的结果。
如图6所示,以往的燃料喷嘴217具备燃料流路290以及混合气体流路291。这些各流路被圆筒状的壁部300、301划分。
燃料流路290设在燃料喷嘴217的中央。燃料经由配管235被导入该燃料流路290。而且,从燃料流路290的燃烧器210侧的端部将燃料向燃烧器210内喷射。
混合气体流路291是形成在燃料流路290的外周的例如环状的流路。混合气体经由配管234被导入该混合气体流路291。而且,从混合气体流路291的燃烧器210侧的端部将混合气体向燃烧器210内喷射。
在反应带280中,扩散来的氧以及燃料混合并进行反应。因此,如图6所示,在反应带280中氧浓度以及燃料浓度减少。
图7是表示使混合气体中的氧的质量比例变化时的、相对于当量比的最大燃烧气体温度的图。在图7中,最大燃烧气体温度是绝热火焰温度。图8是表示使混合气体中的氧的质量比例变化时的、相对于当量比的一氧化碳的浓度的图。在图8中,一氧化碳的浓度、即纵轴用对数表示。这些一氧化碳的浓度是各条件的绝热火焰温度下的平衡组成值。另外,图7以及图8中的当量比是设想为燃料与氧均匀混合时的当量比。
在图7以及图8中示出了使用煤气化气体作为燃料时的结果。其中,还表示了在氧浓度为40%的情况下,使用天然气作为燃料时的结果。这里,氧浓度是混合气体所含的氧的质量相对于混合气体整体的质量的比例。
如图7所示,最大燃烧气体温度随着氧的比例变大而变高。另外,在比较了煤气化气体与天然气的结果的情况下,无论氧的比例是否相同,都是煤气化气体的情况下最大燃烧气体温度较高。这是因为在煤气化气体中含有氢、一氧化碳。
如图8所示那样,一氧化碳的浓度随着氧的比例变大而变高。这是因为如图7中所示那样随着氧的比例变大而火焰温度变高所产生的。即,由于火焰温度变高,从而促进二氧化碳的热分解,一氧化碳的平衡组成值增加而产生一氧化碳的增加。
另外,在比较煤气化气体与天然气的结果的情况下,无论氧的比例是否相同,都是煤气化气体的情况下一氧化碳的浓度较高。如图8所示,例如在当量比1中,当使用了天然气时,一氧化碳的浓度为CO允许值以下,但在使用了煤气化气体的情况下,一氧化碳的浓度超过CO允许值。
现有技术文献
专利文献
专利文献:日本专利第3658497号公报
如上所述,在以往的燃气涡轮设备200中,当使用煤气化气体燃料作为燃料时,火焰温度变高,一氧化碳的排出浓度变高。因此,为了使火焰温度降低,可考虑使混合气体中的氧的比例减少。然而,在使混合气体中的氧的比例减少时,存在易于产生燃烧不稳定状态这一问题。
发明内容
本发明所要解决的课题在于,提供一种能够抑制燃烧不稳定状态并且减少一氧化碳的排出浓度的燃气涡轮设备。
实施方式的燃气涡轮设备具备:使燃料和氧化剂燃烧的燃烧器、被安装于所述燃烧器的燃料喷嘴、通过从所述燃烧器排出的燃烧气体而转动的涡轮、以及冷却从所述涡轮排出的所述燃烧气体的热交换器。
并且,燃气涡轮设备具备:第一燃烧气体供给管,将冷却后的所述燃烧气体的一部分导至供给所述氧化剂的氧化剂供给管;混合气体供给管,使由所述氧化剂以及所述燃烧气体构成的混合气体经过所述热交换器而被加热,并导至所述燃料喷嘴;第二燃烧气体供给管,使冷却后的所述燃烧气体的另一部分经过所述热交换器而被加热,并导至所述燃烧器;第三燃烧气体供给管,使冷却后的所述燃烧气体的又另一部分经过所述热交换器而被加热,并导至所述燃料喷嘴;以及排出管,将所述干燥燃烧气体的剩余部分排出到外部。
根据该构成,能够提供一种能够抑制燃烧不稳定状态并且减少一氧化碳的排出浓度的燃气涡轮设备。
附图说明
图1是实施方式的燃气涡轮设备的系统图。
图2是示意性地表示实施方式的燃气涡轮设备中的燃料喷嘴的纵剖面的图。
图3是示意性地表示实施方式的燃气涡轮设备的燃烧器内的燃料与氧的浓度分布的图。
图4是示意性地表示以往的燃气涡轮设备的燃烧器内的燃料与氧的浓度分布的图。
图5是使在燃烧器中生成的二氧化碳的一部分作为工作流体进行循环的以往的燃气涡轮设备的系统图。
图6是示意性地表示以往的燃气涡轮设备的燃烧器内的燃料与氧的浓度分布的图。
图7是表示使混合气体中的氧的质量比例变化时的、相对于当量比的最大燃烧气体温度的图。
图8是表示使混合气体中的氧的质量比例变化时的、相对于当量比的一氧化碳的浓度的图。
符号说明
10…燃气涡轮设备,20…燃烧器,21…燃料喷嘴,22…涡轮,23…发电机,24、25…热交换器,26、27…压缩机,40、41、42、43、44、45、46、47、48…配管,50、51、52、53…流量调整阀,60…燃料流路,61…二氧化碳流路,62…混合气体流路,70、71、72…壁部,80…反应带。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是实施方式的燃气涡轮设备10的系统图。如图1所示,燃气涡轮设备10具备使燃料和氧化剂燃烧的燃烧器20、被安装于燃烧器20的燃料喷嘴21、以及通过从燃烧器20排出的燃烧气体而转动的涡轮22。在涡轮22上例如连结有发电机23。
另外,燃气涡轮设备10具备对从涡轮22排出的燃烧气体进行冷却的热交换器24。从燃烧气体获得的热量被赋予给供给至燃烧器20、燃料喷嘴21的后述的混合气体、二氧化碳。
其中,这里所说的从燃烧器20排出的燃烧气体包括由燃料和氧化剂生成的燃烧生成物、以及被供给至燃烧器20并与燃烧生成物一起从燃烧器20排出的后述的燃烧气体(二氧化碳)。
如图1所示,从燃烧器20排出的燃烧气体被导入涡轮22,使涡轮22转动。而且,通过涡轮22的转动来驱动发电机23。
从涡轮22排出的燃烧气体通过从热交换器24经过而被冷却。经过了热交换器24的燃烧气体从配管40经过,进而经过热交换器25。燃烧气体通过经过该热交换器25而被进一步冷却,使得燃烧气体中所含的水蒸汽被去除,成为干燥的燃烧气体。
这里,作为向燃料喷嘴21供给的燃料,例如可使用天然气、甲烷等烃气体、煤油等液体燃料、煤气化气体等。在燃气涡轮设备10的燃烧器20中,例如燃料以及氧的流量被调整成为化学当量混合比(当量比1)。该情况下,被去除水蒸汽后的燃烧气体的成分几乎都是二氧化碳。因此,下面,将经过热交换器25而被去除了水蒸汽的燃烧气体称为二氧化碳。还包括在该二氧化碳中例如混合有微量的一氧化碳、氧的情况。
其中,燃烧气体中的水蒸汽通过从热交换器25经过而冷凝并成为水。水例如经过配管41而被排出到外部。其中,热交换器25作为将水蒸汽去除的水蒸汽去除器发挥作用。
在配管40中,压缩机26介在在热交换器25的下游侧。流过配管40的二氧化碳通过压缩机26而被升压,成为超临界流体。
成为超临界流体后的二氧化碳的一部分流入到从配管40分支的配管42。而且,流入到配管42的二氧化碳被介在于配管42的流量调整阀50调整流量,然后导入供给氧化剂的配管43内。
在配管43中,流动有被空气分离装置(未图示)从大气中分离出的氧作为氧化剂。在配管43中介在有压缩机27以及流量调整阀51。流过配管43的氧化剂通过压缩机27而被升压至超临界流体,并被流量调整阀51调整流量。其中,配管42作为第一燃烧气体供给管而发挥作用,配管43作为氧化剂供给管而发挥作用。
由氧化剂以及二氧化碳构成的混合气体从配管42与配管43的连结部开始在朝向燃料喷嘴21设置的配管44内流动。而且,混合气体从配管44经过,并经过热交换器24被导入燃料喷嘴21。其中,配管44作为混合气体供给管而发挥作用。混合气体在热交换器24中获得来自从涡轮22排出的燃烧气体的热量而被加热。
另一方面,成为超临界流体后的二氧化碳的另一部分被介在于配管40的流量调整阀52调整流量,并经过热交换器24。此时,二氧化碳在热交换器24中获得来自从涡轮22排出的燃烧气体的热量而被加热。
在经过热交换器24之后,流经配管40的二氧化碳的一部分经过从配管40分支的配管45而被导入燃料喷嘴21。另一方面,其剩余部分的二氧化碳被导入燃烧器20。例如通过在配管45具备节流孔(orifice)等来调整导入燃烧器20的二氧化碳的流量、以及导入燃料喷嘴21的二氧化碳的流量。另外,也可以取代节流孔而使配管45具备流量调整阀。
这里,导入至燃烧器20的二氧化碳例如被从燃烧器衬套的冷却、稀释孔等导入至燃烧器衬套内的燃烧区域的下游侧。由于该二氧化碳与通过燃烧而生成的燃烧气体一同使涡轮22转动,所以该二氧化碳作为工作流体发挥作用。
其中,将二氧化碳导向燃烧器20的配管40作为第二燃烧气体供给管而发挥作用,将二氧化碳导向燃料喷嘴21的配管45作为第三燃烧气体供给管而发挥作用。
另外,成为超临界流体后的二氧化碳的剩余部分被导至从配管40分支的配管46。而且,导至配管46的二氧化碳被排出到外部。这里,从配管46排出的二氧化碳量相当于在燃烧器20中燃料与氧发生反应而生成的二氧化碳量。其中,配管46作为排出管而发挥作用。被排出到外部的二氧化碳例如能够利用于在石油开采现场采用的EOR(EnhancedOilRecovery)。
燃料经过配管47或者配管48被供给至燃料喷嘴21。在配管47、配管48中分别介在有对燃料的流量进行调整的流量调整阀53、54。在起动燃气涡轮设备10时使用的例如烃气体或液体燃料等被导入配管47。另一方面,在使煤气体化的气体化炉例如成为稳定运转状态之后使用的煤气化气体等被导入配管48。
这里,在燃气涡轮设备10正运转时,经由至少任意一方的配管47、48向燃料喷嘴21导入燃料。例如,在起动燃气涡轮设备10时,经由配管47向燃料喷嘴21导入燃料,在气体化炉成为稳定运转状态之后,减少流经配管47的燃料,同时使流经配管48的燃料增加。然后,将流经配管47的燃料切断,使全部的燃料从配管48导入燃料喷嘴21。
导入至燃料喷嘴21的燃料与通过上述的配管45被导入的二氧化碳以及通过配管44被导入的混合气体一起喷射到燃烧器20内。而且,在燃烧器20内,混合气体的氧化剂与燃料发生燃烧反应,生成燃烧气体。
由燃烧器20生成的燃烧气体被导入涡轮22。这样,由燃烧器20生成的二氧化碳的一部分在系统内进行循环。
接下来,参照图2对燃料喷嘴21的构成进行说明。
图2是示意性地表示实施方式的燃气涡轮设备10中的燃料喷嘴21的纵剖面的图。如图2所示,燃料喷嘴21被安装在燃烧器20(燃烧器衬套)的上游侧的端部。燃料喷嘴21具备燃料流路60、二氧化碳流路61、以及混合气体流路62。这些各流路被圆筒状的壁部70、71、72划分。其中,二氧化碳流路61作为燃烧气体流路而发挥作用。
燃料流路60设在燃料喷嘴21的中央。经由配管47、48向该燃料流路60导入燃料。而且,从燃料流路60的燃烧器20侧的端部将燃料向燃烧器20内喷射。
二氧化碳流路61是形成在燃料流路60的外周的例如环状的流路。经由配管45向该二氧化碳流路61导入二氧化碳。而且,从二氧化碳流路61的燃烧器20侧的端部将二氧化碳向燃烧器20内喷射。
混合气体流路62是形成在二氧化碳流路61的外周的例如环状的流路。经由配管44向该混合气体流路62导入混合气体。而且,从混合气体流路62的燃烧器20侧的端部将混合气体向燃烧器20内喷射。
在这样的构成的燃料喷嘴21中,从中央将燃料喷射到燃烧器20内,且从燃料的外周将二氧化碳喷射到燃烧器20内,且从二氧化碳的外周将混合气体喷射到燃烧器20内。
接下来,对从燃料喷嘴21喷射出的混合气体的氧以及燃料在燃烧器20内的浓度分布进行说明。
图3是示意性地表示实施方式的燃气涡轮设备10的燃烧器20内的燃料与氧的浓度分布的图。
这里,为了进行比较,在图4中示意性地表示了以往的燃气涡轮设备的燃烧器内的燃料与氧的浓度分布。这里,图4所示的燃料喷嘴是与图6所示的燃料喷嘴217同样的构成。即,从设在燃料喷嘴217的中央的燃料流路290将燃料向燃烧器210内喷射。另外,从形成在燃料流路290的外周的混合气体流路291将混合气体向燃烧器210内喷射。而且,各流路被圆筒状的壁部300、301划分。
在图4中,供给至混合气体流路291的混合气体设置成将由燃料喷嘴21的二氧化碳流路61供给的二氧化碳与由燃料喷嘴21的混合气体流路62供给的混合气体进行混合的混合气体。因此,如图4所示,从混合气体流路291喷射的混合气体的氧浓度比从燃料喷嘴21的混合气体流路62喷射的混合气体的氧浓度低。
其中,在图3以及图4中,表示了比燃料喷嘴21的中心靠左侧的浓度分布。浓度分布在比中心靠右侧,也与比中心靠左侧相同。另外,为了进行比较,使图3以及图4中的纵轴的浓度的标度相同。图3以及图4所示的浓度分布是通过数值解析而获得的结果。
这里,参照图3、图4以及图6,来对燃烧器内的氧以及燃料的浓度分布进行说明。其中,由图6的燃料喷嘴217的混合气体流路291供给的混合气体的氧浓度与由图3的燃料喷嘴21的混合气体流路62供给的混合气体的氧浓度相同。另外,在图3、图4以及图6所示的燃料喷嘴中所供给的燃料相同,燃料的流量也相同。
如图3所示,从燃料流路60将燃料、从二氧化碳流路61将二氧化碳、从混合气体流路62将混合气体分别沿轴向向燃烧器内喷射。在反应带80中,扩散来的氧以及燃料混合并进行反应(燃烧)。因此,在反应带80中氧浓度以及燃料浓度减少。此外,虽未图示,但在反应带80中作为燃烧生成物的二氧化碳的浓度增加。
首先,将图3所示的反应带80的浓度分布与图6所示的反应带280的浓度分布进行比较。在图3的燃料喷嘴21中,由于从二氧化碳流路61喷射二氧化碳,所以反应带80中的氧浓度低。因此,对火焰温度而言,反应带80的火焰温度比反应带280的火焰温度低。因此,在反应带80中,能够抑制因二氧化碳进行热分解而引起的一氧化碳的增加。
接下来,将图3所示的反应带80的浓度分布与图4所示的反应带280的浓度分布进行比较。如上所述那样几乎均匀混合的氧浓度低的混合气体被导入至图4所示的燃料喷嘴217的混合气体流路291。因此,对氧浓度而言,如图3以及图4所示,反应带280的氧浓度比反应带80的氧浓度低很多。由此,可认为反应带280中的火焰温度降低,产生燃烧的不稳定。
与此相对,在图3所示的燃料喷嘴21中,不向混合气体进一步混合二氧化碳而单独地从二氧化碳流路61喷射二氧化碳。因此,如图3所示,在反应带80中,存在氧浓度比反应带280高的区域。即,在反应带80中,与反应带280相比,存在火焰温度高的区域。因此,反应带80与反应带280相比,更能实现燃烧的稳定化。
例如,在将燃料从烃气体更换为煤气化气体时,为了抑制火焰温度的上升,需要降低反应带中的氧浓度。在该情况下,通过使用图3所示的燃料喷嘴21,能够在反应带80中维持氧浓度高的部分并且整体降低氧浓度。
这样,通过具备实施方式中的燃料喷嘴21,能够抑制燃烧不稳定状态并且减少一氧化碳的排出浓度。
在实施方式的燃气涡轮设备10中,能够通过流量调整阀50、流量调整阀51来调整混合气体的氧浓度。另外,通过调整配管45所具备的节流孔等流量调整部,能够对由燃料喷嘴21的二氧化碳流路61供给的二氧化碳的流量进行调整。由此,例如即使在燃料被更换时,也能够根据燃料来适当地调整混合气体的氧浓度以及由燃料喷嘴21的二氧化碳流路61供给的二氧化碳的流量。因此,即使在燃料被更换时,也能够抑制燃烧不稳定状态并且减少一氧化碳的排出浓度。
如上所述,根据实施方式的燃气涡轮设备10,通过将由氧化剂和二氧化碳构成的混合气体以及二氧化碳分别独立地向燃料喷嘴21供给,将燃料、二氧化碳、混合气体分别独立地向燃烧器20内喷射,能够抑制燃烧不稳定状态,并且抑制因二氧化碳的热分解而生成的一氧化碳的生成量。
根据以上说明的实施方式,能够在抑制燃烧不稳定状态的同时,减少一氧化碳的排出浓度。
对本发明的几个实施方式进行了说明,但这些实施方式是作为例子而提出的,并没有意图限定发明的范围。这些实施方式可以以其他各种方式进行实施,在不超出发明主旨的范围内,可进行各种省略、调换以及变更。这些实施方式及其变形包括在发明的范围和主旨内,同样,也包括在专利请求所记载的发明和与其等同的范围内。

Claims (7)

1.一种燃气涡轮设备,其特征在于,具备:
燃烧器,使燃料和氧化剂燃烧;
燃料喷嘴,安装于所述燃烧器;
涡轮,通过从所述燃烧器排出的燃烧气体而转动;
热交换器,冷却从所述涡轮排出的所述燃烧气体;
第一燃烧气体供给管,将冷却后的所述燃烧气体的一部分导至供给所述氧化剂的氧化剂供给管;
混合气体供给管,使由所述氧化剂以及所述燃烧气体构成的混合气体经过所述热交换器而被加热,并导至所述燃料喷嘴;
第二燃烧气体供给管,使冷却后的所述燃烧气体的另一部分经过所述热交换器而被加热,并导至所述燃烧器;
第三燃烧气体供给管,使冷却后的所述燃烧气体的又另一部分经过所述热交换器而被加热,并导至所述燃料喷嘴;以及
排出管,将冷却后的所述燃烧气体的剩余部分排出到外部。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮设备,其特征在于,
所述燃料喷嘴具备:
燃料流路,向所述燃烧器内喷射燃料;
燃烧气体流路,形成在所述燃料流路的外周并向所述燃烧器内喷射所述燃烧气体;以及
混合气体流路,形成在所述燃烧气体流路的外周并向所述燃烧器内喷射所述混合气体。
3.根据权利要求1或2所述的燃气涡轮设备,其特征在于,
所述燃料是烃气体、液体燃料或者煤气化气体,所述氧化剂是氧。
4.根据权利要求1或2所述的燃气涡轮设备,其特征在于,
还具备水蒸汽去除器,该水蒸汽去除器紧接在所述热交换器之后被配置,从由所述涡轮排出并经过了所述热交换器的所述燃烧气体中去除水蒸汽。
5.根据权利要求3所述的燃气涡轮设备,其特征在于,
还具备水蒸汽去除器,该水蒸汽去除器紧接在所述热交换器之后被配置,从由所述涡轮排出并经过了所述热交换器的所述燃烧气体中去除水蒸汽。
6.根据权利要求4所述的燃气涡轮设备,其特征在于,
经过所述水蒸汽去除器后的燃烧气体是二氧化碳。
7.根据权利要求5所述的燃气涡轮设备,其特征在于,
经过所述水蒸汽去除器后的燃烧气体是二氧化碳。
CN201510626525.0A 2014-09-30 2015-09-28 燃气涡轮设备 Expired - Fee Related CN105464806B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014201927A JP6384916B2 (ja) 2014-09-30 2014-09-30 ガスタービン設備
JP2014-201927 2014-09-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105464806A true CN105464806A (zh) 2016-04-06
CN105464806B CN105464806B (zh) 2017-09-12

Family

ID=54544321

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510626525.0A Expired - Fee Related CN105464806B (zh) 2014-09-30 2015-09-28 燃气涡轮设备

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10119467B2 (zh)
JP (1) JP6384916B2 (zh)
CN (1) CN105464806B (zh)
AU (1) AU2015234309B2 (zh)
CA (1) CA2906503C (zh)
GB (1) GB2532334B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110234847A (zh) * 2017-02-03 2019-09-13 川崎重工业株式会社 氢氧当量燃烧涡轮系统

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2545464B (en) * 2015-12-17 2019-10-02 Toshiba Energy Systems & Solutions Corp Gas turbine facility with multiple combustion gas streams
US10526968B2 (en) 2015-12-22 2020-01-07 Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation Gas turbine facility
WO2018132567A1 (en) * 2017-01-15 2018-07-19 Wormser Energy Solutions, Inc All-steam gasification for supercritical co2 power cycle system
JP6879631B2 (ja) 2017-03-21 2021-06-02 東芝エネルギーシステムズ株式会社 ガスタービン燃焼器
JP2022003243A (ja) * 2020-06-23 2022-01-11 東芝エネルギーシステムズ株式会社 ガスタービン設備
JP2023001633A (ja) * 2021-06-21 2023-01-06 東芝エネルギーシステムズ株式会社 ガスタービン燃焼器の運転方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4498289A (en) * 1982-12-27 1985-02-12 Ian Osgerby Carbon dioxide power cycle
NL1008493C1 (nl) * 1997-03-05 1998-04-15 Hoogovens Staal Bv Werkwijze voor het bedrijven van een gasturbine.
US6205768B1 (en) * 1999-05-05 2001-03-27 Solo Energy Corporation Catalytic arrangement for gas turbine combustor
CN101514657A (zh) * 2008-02-19 2009-08-26 通用电气公司 用于涡轮发动机的废气再循环(egr)的系统和方法
CN101598066A (zh) * 2008-06-04 2009-12-09 通用电气公司 具有排气再循环和再加热的涡轮机系统
CN102482940A (zh) * 2009-09-01 2012-05-30 埃克森美孚上游研究公司 低排放发电和烃采收系统及方法
CN102777932A (zh) * 2011-05-05 2012-11-14 通用电气公司 用于向燃烧器供应燃料的燃烧器喷嘴和方法
CN103375306A (zh) * 2012-04-12 2013-10-30 通用电气公司 用于控制再热系统上的化学计量egr系统的方法和系统
CN103917490A (zh) * 2011-03-22 2014-07-09 埃克森美孚上游研究公司 低排放动力产生系统和合并二氧化碳分离的方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3658497B2 (ja) 1997-12-10 2005-06-08 財団法人電力中央研究所 石炭ガス化コンバインドサイクル発電プラント
EP0939199B1 (de) * 1998-02-25 2004-03-31 ALSTOM Technology Ltd Kraftwerksanlage und Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage mit einem CO2-Prozess
JP3742722B2 (ja) * 1998-03-16 2006-02-08 財団法人電力中央研究所 ガスタービン燃焼器
EP0953748B1 (de) * 1998-04-28 2004-01-28 ALSTOM (Switzerland) Ltd Kraftwerksanlage mit einem CO2-Prozess
JP2000130757A (ja) * 1998-10-23 2000-05-12 Hitachi Ltd ガス化発電プラントのガスタービン燃焼器
US20070048679A1 (en) * 2003-01-29 2007-03-01 Joshi Mahendra L Fuel dilution for reducing NOx production
US7007487B2 (en) * 2003-07-31 2006-03-07 Mes International, Inc. Recuperated gas turbine engine system and method employing catalytic combustion
US8596075B2 (en) * 2009-02-26 2013-12-03 Palmer Labs, Llc System and method for high efficiency power generation using a carbon dioxide circulating working fluid
US20100326084A1 (en) * 2009-03-04 2010-12-30 Anderson Roger E Methods of oxy-combustion power generation using low heating value fuel
US8220248B2 (en) * 2010-09-13 2012-07-17 Membrane Technology And Research, Inc Power generation process with partial recycle of carbon dioxide
JP5599742B2 (ja) * 2011-02-28 2014-10-01 一般財団法人電力中央研究所 Co2回収型ガス化ガス発電用閉サイクルガスタービン発電プラント
JP5878072B2 (ja) * 2012-04-23 2016-03-08 一般財団法人電力中央研究所 ガス化ガス発電プラントにおけるガス化原料搬送用排気ガス中残留酸素濃度の低減方法並びに低減のための燃料供給条件決定方法及び燃料供給条件決定プログラム
JP5868802B2 (ja) * 2012-07-20 2016-02-24 株式会社東芝 タービン
US10215412B2 (en) 2012-11-02 2019-02-26 General Electric Company System and method for load control with diffusion combustion in a stoichiometric exhaust gas recirculation gas turbine system
US10161312B2 (en) 2012-11-02 2018-12-25 General Electric Company System and method for diffusion combustion with fuel-diluent mixing in a stoichiometric exhaust gas recirculation gas turbine system
JP6038671B2 (ja) * 2013-02-01 2016-12-07 三菱日立パワーシステムズ株式会社 火力発電システム
JP6220586B2 (ja) 2013-07-22 2017-10-25 8 リバーズ キャピタル,エルエルシー ガスタービン設備
JP6220589B2 (ja) 2013-07-26 2017-10-25 8 リバーズ キャピタル,エルエルシー ガスタービン設備

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4498289A (en) * 1982-12-27 1985-02-12 Ian Osgerby Carbon dioxide power cycle
NL1008493C1 (nl) * 1997-03-05 1998-04-15 Hoogovens Staal Bv Werkwijze voor het bedrijven van een gasturbine.
US6205768B1 (en) * 1999-05-05 2001-03-27 Solo Energy Corporation Catalytic arrangement for gas turbine combustor
CN101514657A (zh) * 2008-02-19 2009-08-26 通用电气公司 用于涡轮发动机的废气再循环(egr)的系统和方法
CN101598066A (zh) * 2008-06-04 2009-12-09 通用电气公司 具有排气再循环和再加热的涡轮机系统
CN102482940A (zh) * 2009-09-01 2012-05-30 埃克森美孚上游研究公司 低排放发电和烃采收系统及方法
CN103917490A (zh) * 2011-03-22 2014-07-09 埃克森美孚上游研究公司 低排放动力产生系统和合并二氧化碳分离的方法
CN102777932A (zh) * 2011-05-05 2012-11-14 通用电气公司 用于向燃烧器供应燃料的燃烧器喷嘴和方法
CN103375306A (zh) * 2012-04-12 2013-10-30 通用电气公司 用于控制再热系统上的化学计量egr系统的方法和系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110234847A (zh) * 2017-02-03 2019-09-13 川崎重工业株式会社 氢氧当量燃烧涡轮系统

Also Published As

Publication number Publication date
GB2532334B (en) 2017-10-18
JP6384916B2 (ja) 2018-09-05
CA2906503C (en) 2017-09-26
US10119467B2 (en) 2018-11-06
GB201517260D0 (en) 2015-11-11
CN105464806B (zh) 2017-09-12
AU2015234309A1 (en) 2016-04-14
AU2015234309B2 (en) 2017-03-09
CA2906503A1 (en) 2016-03-30
JP2016070221A (ja) 2016-05-09
GB2532334A (en) 2016-05-18
US20160090911A1 (en) 2016-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105464806A (zh) 燃气涡轮设备
CN104329170A (zh) 燃气涡轮设备
JP6348416B2 (ja) 低エミッションタービンシステムにおいて化学量論的燃焼を制御するシステム及び方法
KR102467532B1 (ko) 고체 연료들 및 그 파생물들의 연소를 위한 시스템 및 방법
CN102588113A (zh) 化学计量式排气再循环和相关燃烧控制
JP5858619B2 (ja) ガスタービンの運転方法およびガスタービン
JP7084939B2 (ja) ガスタービン用フレキシブル燃料燃焼器の動作に関するシステムおよび方法
CN104343537A (zh) 燃气轮机设备
CN105190181A (zh) 用于燃气涡轮中的燃料混合和控制的系统及方法
US20150321155A1 (en) Fuel delivery system and method of operating a power generation system
JP5599743B2 (ja) Co2回収型ガス化ガス発電用閉サイクルガスタービン発電プラント
JP5599742B2 (ja) Co2回収型ガス化ガス発電用閉サイクルガスタービン発電プラント
US8720179B2 (en) Power plant including an exhaust gas recirculation system for injecting recirculated exhaust gases in the fuel and compressed air of a gas turbine engine
US20080271376A1 (en) Fuel reformer system and a method for operating the same
JP2012088016A (ja) 酸素燃焼式ボイラ及びその運転方法
JP2002061517A (ja) 発電プラントおよびその運転方法
US11248529B2 (en) Methods for startup and operation of gas turbine combined cycle power plants using NMHC fuels
JP2015102266A (ja) ガスタービン燃焼器
KR101229751B1 (ko) 합성가스 내 증기포화장치

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20181017

Address after: Kanagawa

Patentee after: TOSHIBA ENERGY SYSTEMS & SOLUTIONS Corp.

Address before: Tokyo, Japan

Patentee before: Toshiba Corp.

TR01 Transfer of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170912

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee