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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinenverbrennungsvorrichtung.
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Beschreibung des verwandten Gebiets
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In Wärmekraftwerken wird gefordert, den Leistungserzeugungswirkungsgrad zu verbessern, um Kohlendioxidemissionen (CO2-Emissionen), die eine Ursache der Erderwärmung sind, zu verringern. Eine wirksame Maßnahme zur Verbesserung des Leistungserzeugungswirkungsgrads eines Gasturbinenkraftwerks ist ein Erhitzen eines Verbrennungsgases, das in einer Gasturbinenverbrennungsvorrichtung erzeugt wird, auf eine hohe Temperatur. Allerdings wird das Erhitzen des Verbrennungsgaseses auf eine hohen Temperatur von einem technischen Problem begleitet, das mit dem Unterdrücken des Ausstoßes von Stickoxiden (NOx) als Schadstoffe in Beziehung steht.
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Typischerweise werden Verbrennungsverfahren von Gasturbinenverbrennungsvorrichtungen grob in eine Diffusionsverbrennung und eine Vormischverbrennung klassifiziert.
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Bei der Diffusionsverbrennung wird ein Brennstoff in eine Brennkammer direkt eingespritzt und dann in der Brennkammer mit Luft gemischt. Deshalb ist es weniger wahrscheinlich, dass ein Flammenrückschlag zur stromaufwärts liegenden Seite der Brennkammer und eine Selbstzündung in Brennstoffzufuhrströmungskanälen auftreten. Somit stellt die Diffusionsverbrennung eine gute Verbrennungsstabilität bereit. Andererseits werden bei der Diffusionsverbrennung Hochtemperaturflammen lokal erzeugt, da Flammen in Bereichen gebildet werden, in denen Luft mit Brennstoff in einem Verhältnis gemischt wird, das zur vollständigen Verbrennung des Brennstoffs erforderlich ist (stöchiometrisches Mischungsverhältnis). Weil eine große Menge NOx in den lokalen Hochtemperaturbereichen erzeugt wird, ist es nötig, die NOx-Emissionen durch Einspritzen eines Inertmediums wie z. B. Wasser, Dampf oder Stickstoff zu verringern. Dies benötigt Leistung für eine Hilfsmaschine, die das Inertmedium liefert, was zu einer Verschlechterung des Leistungserzeugungswirkungsgrads führt.
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Bei der Vormischverbrennung werden ein Brennstoff und Luft miteinander vorgemischt und dann einer Brennkammer zugeführt und die NOx-Emissionen sind gering, weil der Brennstoff in einer mageren Mischung verbrannt werden kann. Andererseits erhöht sich beim Erhitzen des Verbrennungsgaseses zu einer hohen Temperatur dann, wenn die Verbrennungslufttemperatur erhöht wird und die Brennstoffkonzentration in einem Vormischer erhöht wird, das Risiko des Flammenrückschlags zur stromaufwärts liegenden Seite der Brennkammer. Dies erzeugt eine Sorge bezüglich Beschädigungen, die durch Rückzündungen zur Struktur der Verbrennungsvorrichtung verursacht werden.
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Im Hinblick darauf existiert eine bekannte Verbrennungsvorrichtung mit magerer Verbrennung, die eine NOx-Emissionsverringerung und eine Flammenrückschlagverhinderung durch Verbessern einer Brennstoffverteilung und Verhindern einer lokalen Bildung einer Hochtemperaturflamme beabsichtigt, wie z. B. in
JP-2003-148734-A (Patentdokument 1) offenbart wird.
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Entgegenhaltungsliste
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Patentdokumente
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Patentdokument 1:
JP-2003-148734-A -
Ein Brenner, der in
JP-2003-148734-A offenbart wird, enthält eine große Anzahl von Paaren aus Brennstoffdüsen und Luftlöchern. Die Luftlöcher sind in einer Luftlochplatte konzentrisch angeordnet. Ein Mittelabschnitt konzentrischer Kreise, die durch die Luftlöcher auf der Vorderseite der Luftlochplatte, die einer Brennkammer zugewandt ist, gebildet sind, ist eine Wandfläche ohne Luftlöcher und in einigen Fällen haftet Feinstaub, der mit einer Verbrennung einhergeht, an der Wandfläche. Es besteht die Möglichkeit, dass der Brenner überhitzt, wenn der Feinstaub, der an der Luftlochplatte haftet, entzündet wird, und ferner besteht die Möglichkeit von Beschädigungen auf stromabseitige Strukturen, wenn der Feinstaubs abfällt.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gasturbinenverbrennungsvorrichtung mit magerer Verbrennung zu schaffen, die ein Anhaften von Feinstaub, der mit einer Verbrennung einhergeht, an einem Brenner unterdrücken kann und die strukturelle Zuverlässigkeit verbessern kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Um die oben beschriebene Aufgabe zu verwirklichen, enthält eine Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung Folgendes: eine rohrförmige Auskleidung, die eine Brennkammer bildet; und einen Brenner, der eine Luftlochplatte, die bei einem Einlass der Auskleidung angeordnet ist, und mehrere Luftlöcher zum Leiten von Druckluft zur Brennkammer enthält, und mehrere Brennstoffdüsen, die auf einer Seite gegenüber der Brennkammer mit der Luftlochplatte dazwischen eingeklemmt angeordnet sind, wobei die mehreren Brennstoffdüsen jeweils einen Brennstoff in Richtung eines entsprechenden Luftlochs einspritzen, enthält, wobei die Luftlöcher und die Brennstoffdüsen mehrere konzentrische ringförmige Zeilen bilden und mehrere kleine Löcher, die kleinere Öffnungsdurchmesser als Öffnungsdurchmesser der Luftlöcher besitzen, durch die Luftlochplatte derart vorgesehen sind, dass die mehreren kleinen Löcher in einer Innenfläche einer innersten ringförmigen Zeile der Luftlöcher positioniert sind.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Anhaften von Feinstaub, der mit einer Verbrennung einhergeht, an einem Brenner in einer Gasturbinenverbrennungsvorrichtung mit magerer Verbrennung zu unterdrücken und die strukturelle Zuverlässigkeit zu verbessern.
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Figurenliste
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- 1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Gasturbinenkraftwerks, das eine Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält;
- 2 ist eine Querschnittansicht, die die Konfiguration von Hauptabschnitten eines Brenners, der an der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, darstellt und die zentrale Achse des Brenners enthält;
- 3 ist eine Figur des Brenners, der an der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung vorgesehen ist, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von einer Brennkammer gesehen;
- 4 ist eine Querschnittansicht eines herkömmlichen Brenners, die seine zentrale Achse enthält;
- 5 ist eine Figur des herkömmlichen Brenners von einer Brennkammer gesehen;
- 6 ist eine Figur zum Erläutern des Mechanismus des Haftens von Feinstaub, der zusammen mit einer Verbrennung im herkömmlichen Brenner erzeugt wird, an einer Innenfläche Z;
- 7 ist eine Figur zum Erläutern des Mechanismus zum Unterdrücken eines Haftens von Feinstaub am Brenner in der vorliegenden Erfindung;
- 8 ist eine Querschnittansicht, die die Konfiguration von Hauptabschnitten des Brenners, der an der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, repräsentiert und die zentrale Achse des Brenners enthält;
- 9 ist eine Querschnittansicht, die die Konfiguration von Hauptabschnitten des Brenners, der an der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, repräsentiert und die zentrale Achse des Brenners enthält;
- 10 ist eine Querschnittansicht, die die Konfiguration von Hauptabschnitten des Brenners, der an der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, repräsentiert und die zentrale Achse des Brenners enthält;
- 11 ist eine Querschnittansicht, die die Konfiguration von Hauptabschnitten des Brenners, der an der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, repräsentiert und die zentrale Achse des Brenners enthält;
- 12 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm des Gasturbinenkraftwerks, das die Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält;
- 13 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm des Gasturbinenkraftwerks, das die Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält; und
- 14 ist eine Figur des Brenners, der an der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, von der Brennkammer gesehen.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Zeichnungen erläutert.
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(Erste Ausführungsform)
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- Gasturbinenkraftwerk -
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1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm eines Gasturbinenkraftwerks, das eine Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält. 2 ist eine Querschnittansicht, die die Konfiguration von Hauptabschnitten eines Brenners, der an der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, repräsentiert und die zentrale Achse des Brenners enthält. 3 ist eine Figur des Brenners, der an der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung vorgesehen ist, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von einer Brennkammer gesehen.
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Ein Gasturbinenkraftwerk 1 enthält einen Luftverdichter 2, eine Gasturbinenverbrennungsvorrichtung (die im Folgenden abgekürzt als eine Verbrennungsvorrichtung bezeichnet wird) 3, eine Turbine 4 und einen Generator 6. Der Luftverdichter 2 saugt die Luft A1 an, verdichtet sie und liefert die Druckluft A2 zur Verbrennungsvorrichtung 3. Die Verbrennungsvorrichtung 3 mischt die Druckluft A2 mit einem gasförmigen Brennstoff F, verbrennt das Gemisch und erzeugt ein Verbrennungsgas G1. Die Turbine 4 wird durch das Verbrennungsgas G1, das in der Verbrennungsvorrichtung 3 erzeugt wird, angetrieben und das Verbrennungsgas G1, das die Turbine 4 angetrieben hat, wird als ein Abgas G2 abgegeben. Der Generator 6 wird durch die Drehantriebsleistung der Turbine 4 angetrieben und erzeugt Leistung. Es ist festzuhalten, dass die Gasturbine lediglich am Beginn der Inbetriebnahme durch einen Anlassmotor 7 angetrieben wird.
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- Gasturbinenverbrennungsvorrichtung -
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Die Verbrennungsvorrichtung 3 ist an einem Gehäuse (das nicht dargestellt ist) der Gasturbine angebracht und enthält eine Auskleidung (einen Innenzylinder) 12, eine Strömungshülse (einen Außenzylinder) 10, einen Brenner 8 und ein Brennstoffzufuhrsystem 200. Die Auskleidung 12 ist ein zylindrisches Element und bildet in sich eine Brennkammer 5. Die Strömungshülse 10 ist ein zylindrisches Element, das einen Innendurchmesser besitzt, der größer als der Durchmesser der Auskleidung 12 ist, und umgibt den Außenumfang der Auskleidung 12. Die Strömungshülse 10 bildet einen zylindrischen Luftströmungskanal 9 zwischen sich selbst und der Auskleidung 12. Ein Endabschnitt der Strömungshülse 10 auf der Seite gegenüber der Turbine 4 (der linken Seite in 1) ist durch eine Endabdeckung 13 abgeschlossen. Die Druckluft A2 vom Luftverdichter 2 strömt in der Richtung weg von der Turbine 4 durch den Luftströmungskanal 9, der am Außenumfang der Auskleidung 12 durch die Strömungshülse 10 gebildet ist, und die Außenumfangsfläche der Auskleidung 12 wird einer Konvektionskühlung durch die Druckluft A2, die durch den Luftströmungskanal 9 strömt, unterworfen. Zusätzlich ist eine große Anzahl Löcher durch die Wandfläche der Auskleidung 12 gebildet. Ein Teil A3 der Druckluft A2, die durch den Luftströmungskanal 9 strömt, verläuft durch diese Löcher derart, dass er in die Brennkammer 5 strömt, und die Innenumfangsfläche der Auskleidung 12 wird einer Filmkühlung durch den Teil A3 der Druckluft A2 unterworfen. Ferner wird die Druckluft A2, die durch den Luftströmungskanal 9 verlaufen ist und den Brenner 8 erreicht hat, gemeinsam mit dem gasförmigen Brennstoff F, der vom Brennstoffzufuhrsystem 200 zum Brenner 8 geliefert wird, zur Brennkammer 5 ausgestoßen und der gasförmige Brennstoff F wird verbrannt. In der Brennkammer 5 werden das Gemisch der Druckluft A2 und des gasförmigen Brennstoffs F verbrannt, um das Verbrennungsgas G1 zu erzeugen. Das Verbrennungsgas G1 wird über ein Verbrennungsvorrichtungsübergangsstück (das nicht dargestellt ist) der Turbine 4 zugeführt.
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Wie in 1 veranschaulicht ist, ist der lediglich eine Brenner 8 beim Einlass (der Öffnung bei einem Endabschnitt auf der Seite gegenüber der Turbine 4) der Auskleidung 12 angeordnet und enthält eine Luftlochplatte 20, Brennstoffdüsen 21 und 22 und einen Brennstoffverteiler (einen Brennstoffkopfteil) 23.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist die Luftlochplatte 20 eine kreisförmige Platte, die mit der Auskleidung 12 koaxial ist, ist beim Einlass (der Öffnung beim Endabschnitt auf der Seite gegenüber der Turbine 4) der Auskleidung 12 angeordnet und wird durch den Brennstoffverteiler 23 über einen Plattenträger 70 getragen, wie in 1 veranschaulicht ist. Die Luftlochplatte 20 enthält mehrere Luftlöcher 51 und 52, die die Druckluft A2 zur Brennkammer 5 leiten. Die mehreren Luftlöcher 51 und 52 bilden mehrere konzentrische ringförmige Zeilen (im vorliegenden Beispiel zwei konzentrische ringförmige Zeilen), deren Zentrum auf der zentralen Achse 0 der Auskleidung 12 liegt. Die Luftlöcher 51 gehören zur ersten (innersten) ringförmigen Zeile und die Luftlöcher 52 gehören zur zweiten (äußersten) ringförmigen Zeile. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Luftlöcher 51 und 52 bei Drallwinkeln vorgesehen und der Auslass jedes Lochs ist zu einer Seite in der Umfangsrichtung in Bezug auf den Einlass des Lochs verschoben.
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Die Brennstoffdüsen 21 und 22 werden durch den Brennstoffverteiler 23 getragen und sind auf einer Seite gegenüber der Brennkammer 5 mit der Luftlochplatte 20 dazwischen eingeklemmt angeordnet. Die Anzahlen und die Positionen der Brennstoffdüsen 21 und 22 entsprechen den Anzahlen und den Positionen der Luftlöcher 51 und 52 (eine Brennstoffdüse entspricht einem Luftloch) und die Brennstoffdüsen 21 und 22 bilden gemeinsam mit den Luftlöchern 51 und 52 mehrere konzentrische ringförmige Zeilen (im vorliegenden Beispiel zwei Zeilen), deren Zentren auf der zentralen Achse 0 der Auskleidung 12 liegen. Die Brennstoffdüsen 21 gehören zur ersten (innersten) ringförmigen Zeile und die Brennstoffdüsen 22 gehören zur zweiten (äußersten) ringförmigen Zeile. Die Brennstoffdüsen 21 und 22 besitzen Einspritzöffnungen, die sich zu den Einlässen entsprechender Luftlöcher öffnen, und spritzen den gasförmigen Brennstoff F in diese entsprechenden Luftlöcher ein. Durch Verursachen, dass der Brennstoff von einer großen Anzahl Brennstoffdüsen in entsprechende Luftlöcher auf diese Weise eingespritzt wird, werden koaxiale Strahlen des Brennstoffs und von Luft, in denen der Umfang eines Brennstoffstroms durch einen Luftstrom abgedeckt ist, von jedem Luftloch zur Brennkammer 5 verteilt eingespritzt.
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Es ist festzuhalten, dass aufgrund von Unterschieden im Umfang zwischen den ringförmigen Zeilen, äußere ringförmige Zeilen größere Anzahlen von Brennstoffdüsen und Luftlöchern besitzen. Das heißt, die Anzahlen der Brennstoffdüsen 21 und der Luftlöcher 51 in der ersten (innersten) Zeile (die sechs Brennstoffdüsen 21 und die sechs Luftlöcher 51 in dem Beispiel, das in 3 veranschaulicht ist) sind kleiner als die Anzahlen der Brennstoffdüsen 22 und der Luftlöcher 52 in der zweiten (äußersten) Zeile (die zwölf Brennstoffdüsen 22 und die zwölf Luftlöcher 52 in dem Beispiel, das in 3 veranschaulicht ist).
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Der Brennstoffverteiler 23 ist ein Element, das den Brennstoff zu den Brennstoffdüsen 21 und 22 getrennt liefert, und enthält mehrere Brennstoffhohlräume 25 und 26. Die Brennstoffhohlräume 25 und 26 sind Räume, die eine Rolle beim getrennten Liefern des gasförmigen Brennstoffs F zu mehreren Brennstoffdüsen, die entsprechenden ringförmigen Zeilen angehören, spielen. Der Brennstoffhohlraum 25 ist in einer Säulenform auf der zentralen Achse 0 der Auskleidung 12 gebildet und der Brennstoffhohlraum 26 ist in einer zylindrischen Form derart gebildet, dass der Brennstoffhohlraum 26 den Außenumfang des Brennstoffhohlraums 25 umgibt. In der vorliegenden Ausführungsform ist jede Brennstoffdüse 21 mit dem Brennstoffhohlraum 25 verbunden und jede Brennstoffdüse 22 ist mit dem Brennstoffhohlraum 26 verbunden. Wenn der gasförmige Brennstoff F dem Brennstoffhohlraum 25 zugeführt wird, wird der gasförmige Brennstoff F zu jeder Brennstoffdüse 21, die in der inneren ringförmigen Zeile angeordnet ist, verteilt und dann ausgestoßen und der gasförmige Brennstoff F, der aus der Brennstoffdüse 21 ausgestoßen worden ist, wird gemeinsam mit der Druckluft A2 aus jedem Luftloch 51 zur Brennkammer 5 ausgestoßen. Wenn der gasförmige Brennstoff F dem Brennstoffhohlraum 26 zugeführt wird, wird der gasförmige Brennstoff F zu jeder Brennstoffdüse 22, die in der äußeren ringförmigen Zeile angeordnet ist, verteilt und dann ausgestoßen und der gasförmige Brennstoff F, der von der Brennstoffdüse 22 ausgestoßen worden ist, wird gemeinsam mit der Druckluft A2 aus den Luftlöchern 52 zur Brennkammer 5 ausgestoßen.
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Hier enthält der Brenner 8 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Hohlraum 74, mehrere kleine Löcher 75 und Luftströmungskanäle 72 und 73. Der Hohlraum 74 ist ein Raum, der in der Luftlochplatte 20 gebildet ist, um die Druckluft A2 zu mehreren (einer großen Anzahl von) kleinen Löchern 75 getrennt zu liefern, und ist säulenförmig bei einem Mittelabschnitt der ringförmigen Zeilen der Luftlöcher 51 und 52 (auf der zentralen Achse 0 der Luftlochplatte 20 in der vorliegenden Ausführungsform) gebildet.
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Die mehreren kleinen Löcher 75 sind Gaseinspritzlöcher, die den Hohlraum 74 und die Brennkammer 5 verbinden, und sind durch die Vorderseite (eine Oberfläche, die der Brennkammer 5 zugewandt ist) der Luftlochplatte 20 geöffnet. Die Anzahl der kleinen Löcher 75 ist in der vorliegenden Ausführungsform größer als die Gesamtanzahl der Luftlöcher 51 und 52 und der Öffnungsdurchmesser jedes kleinen Lochs 75 ist hinreichend kleiner als die Öffnungsdurchmesser der Luftlöcher 51 und 52. Die kleinen Löcher 75 sind in einer Innenfläche 71 der innersten ringförmigen Zeile von Luftlöchern (d. h. der Luftlöcher 51) dicht vorgesehen. Wie in 1 bis 3 veranschaulicht ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform die Innenfläche 71 auf der Vorderseite der Luftlochplatte 20 mit einer deckelartigen kreisförmigen Platte, die den Hohlraum 74 verschließt, gebildet und alle kleinen Löcher 75 sind durch diese kreisförmige Platte gebildet. Obwohl die kleinen Löcher 75 bei Drallwinkeln in einer Weise ähnlich der für die Luftlöcher 51 und 52 vorgesehen sein können, ist bevorzugt, sie nicht bei Drallwinkeln vorzusehen, und in der vorliegenden Ausführungsform sind alle kleinen Löcher 75 parallel zur zentralen Achse 0 der Auskleidung 12 gebildet.
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Die Luftströmungskanäle 72 und 73 sind Durchgänge, die Gas (in der vorliegenden Ausführungsform die Druckluft A2) zu den mehreren kleinen Löchern 75 leiten, und sind mit den mehreren kleinen Löchern 75 über den Hohlraum 74 verbunden. Speziell dringt der Luftströmungskanal 72 durch den Plattenträger 70 in einer Richtung, die die zentrale Achse 0 der Auskleidung 12 kreuzt, zu einem Raum, der zwischen der Luftloch platte 20 und dem Brennstoffverteiler 23 geöffnet ist, und ist mit der Druckluft A2 gefüllt. Der Luftströmungskanal 73 verläuft entlang der zentralen Achse 0 im Plattenträger 70 und in der Luftlochplatte 20 und verbindet den Luftströmungskanal 72 mit dem Hohlraum 74. Dadurch wird die Druckluft A2 über die Luftströmungskanäle 72 und 73 zum Hohlraum 74 geleitet und die Druckluft A2, die in den Hohlraum 74 eingeleitet wurde, wird aus jedem kleinen Loch 75 getrennt zur Brennkammer 5 ausgestoßen. Es ist festzuhalten, dass in der vorliegenden Ausführungsform außer den kleinen Löchern 75 lediglich der Luftströmungskanal 73 mit dem Hohlraum 74 verbunden ist und lediglich die Druckluft A2 aus den kleinen Löchern 75 zur Brennkammer 5 ausgestoßen wird.
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Das Brennstoffzufuhrsystem 200 enthält eine Brennstoffzufuhrquelle 56, eine Hauptstromrohrleitung 57, Zweigrohrleitungen 58 und 59, ein Brennstoffabsperrventil 60 und Brennstoffstromsteuerventile 61 und 62. Die Hauptstromrohrleitung 57 erstreckt sich von der Brennstoffzufuhrquelle 56 und die Hauptstromrohrleitung 57 verzweigt sich in die zwei Zweigrohrleitungen 58 und 59. Die Abzweigrohrleitung 58 ist mit dem Brennstoffhohlraum 25 verbunden und die Abzweigrohrleitung 59 ist mit dem Brennstoffhohlraum 26 verbunden. Das Brennstoffabsperrventil 60 ist in der Hauptstromrohrleitung 57 vorgesehen, das Brennstoffstromsteuerventil 61 ist in der Abzweigrohrleitung 58 vorgesehen und das Brennstoffstromsteuerventil 62 ist in der Abzweigrohrleitung 59 vorgesehen. Durch Öffnen des Brennstoffabsperrventils 60 startet der gasförmige Brennstoff F, den Abzweigrohrleitungen 58 und 59 zugeführt zu werden, und durch Schließen des Brennstoffabsperrventils 60 wird die Zufuhr des gasförmigen Brennstoffs F zu den Abzweigrohrleitungen 58 und 59 abgeschaltet. Die Brennstoffstromsteuerventile 61 und 62 spielen die Rolle des Steuerns der Durchflussmengen des Brennstoffs, der durch die Abzweigrohrleitungen 58 und 59 strömt, gemäß ihren Öffnungen und der Strom des Brennstoffs durch die Abzweigrohrleitungen 58 und 59 kann außerdem durch vollständiges Schließen der Brennstoffstromsteuerventile 61 und 62 abgeschaltet werden. Zum Beispiel wird durch Öffnen des Brennstoffabsperrventils 60 und Vergrößern der Öffnung des Brennstoffstromsteuerventils 61 von seinem vollständigen geschlossenen Zustand die Zufuhrdurchflussmenge des Brennstoffs zum Brennstoffhohlraum 25 erhöht und die Menge der Brennstoffinjektion von der Brennstoffdüse 21 wird erhöht, was wiederum das Brennstoff/Luft-Verhältnis koaxialer Strahlen, die aus den Luftlöchern 51 ausgestoßen werden, erhöht. Entsprechend wird durch Vergrößern der Öffnung des Brennstoffstromsteuerventils 62 von seinem vollständigen geschlossenen Zustand die Zufuhrdurchflussmenge des Brennstoffs zum Brennstoffhohlraum 26 erhöht und die Menge der Brennstoffinjektion von den Brennstoffdüsen 22 wird erhöht, was wiederum das Brennstoff/Luft-Verhältnis koaxialer Strahlen, die aus den Luftlöchern 52 ausgestoßen werden, erhöht.
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Es ist festzuhalten, dass als der gasförmige Brennstoff F, der von der Brennstoffzufuhrquelle 56 geliefert wird, außer Erdgas, das ein typischer Gasturbinenbrennstoff ist, ein Petroleumgas oder ein Gas, das Wasserstoff oder Kohlenmonoxid enthält, wie ein Koksofengas, ein Raffinerieabgas, ein Kohlederivatgas oder dergleichen verwendet werden kann.
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- Vergleichendes Beispiel -
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Zum Vergleich ist eine Querschnittansicht eines herkömmlichen Brenners, die seine zentrale Achse enthält, in 4 veranschaulicht und eine Figur des herkömmlichen Brenners von einer Brennkammer gesehen ist in 5 veranschaulicht. Ähnlich der vorliegenden Ausführungsform veranschaulichen diese Figuren als ein Beispiel einen Brenner, der mehrere Luftlöcher und Brennstoffdüsen enthält, die in zwei konzentrischen ringförmigen Zeilen angeordnet sind, jedoch besitzt der herkömmliche Brenner keine Elemente, die den kleinen Löchern 75, den Luftströmungskanälen 72 und 73 und dem Hohlraum 74 der vorliegenden Ausführungsform entsprechen. Eine Innenfläche Z einer innersten ringförmigen Zeile von Luftlöchern in einer Luftlochplatte bildet eine Wandfläche, die der Brennkammer zugewandt ist.
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Der Mechanismus des Haftens von Feinstaub, der zusammen mit einer Verbrennung im herkömmlichen Brenner erzeugt wird, an der Innenfläche Z wird unter Bezugnahme auf 6 erläutert. Die Figur veranschaulicht schematisch eine Flamme X und eine Rezirkulationsströmung Y, die durch den Brenner gebildet werden. Durch die Rezirkulationsströmung Y, die in einem Mittelabschnitt, der sich stromabwärts des Brenners befindet, gebildet wird, kehrt ein Verbrennungsgas zur stromaufwärts liegenden Seite zurück. Aufgrund der Hitze des Verbrennungsgases wird das Gemisch des gasförmigen Brennstoffs mit Luft gezündet, um die stabile Flamme X zu bilden. Aufgrund einer thermischen Zersetzung des Brennstoffs unter einer brennstoffreichen Bedingung oder einer Hochtemperaturbedingung, geht Feinstaub von der Kohlenstoffkomponente von Kohlenwasserstoffen wie z. B. Methan oder Propan, die im Brennstoff enthalten sind, aus. Dieser Feinstaub folgt der Rezirkulationsströmung Y, kehrt zur Mitte des Brenners zurück und haftet an der Innenfläche Z der innersten ringförmigen Zeile von Luftlöchern der Luftlochplatte. Es besteht die Befürchtung, dass der Brenner überhitzt, wenn der angehaftete Feinstaub verbrannt wird, und es besteht Sorge hinsichtlich Beschädigungen von stromabseitigen Strukturen, wenn der Feinstaub abfällt.
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- Wirkungen -
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(1) Der Mechanismus des Unterdrückens des Haftens von Feinstaub am Brenner in der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 7 erläutert. Wie in der Figur dargestellt ist, strömt in der vorliegenden Ausführungsform die Druckluft A2 aus dem Luftströmungskanal 72, der durch den Plattenträger 70 vorgesehen ist, ein und die Druckluft A2 wird aus einer großen Anzahl kleiner Löcher 75 über den Luftströmungskanal 73 und den Hohlraum 74 zur Brennkammer 5 ausgestoßen. Strahlen 82, die durch die Druckluft A2 gebildet werden, blasen Feinstaub, der der Rezirkulationsströmung 80 folgend geflogen kommt, weg und unterdrücken ein Haften des Feinstaubs an der Innenfläche 71. Durch Unterdrücken eines Haftens von Feinstaub am Brenner 8 ist es möglich, die Sorge hinsichtlich des Überhitzens des Brenners 8 aufgrund der Verbrennung von Feinstaub und von Beschädigungen stromabseitiger Strukturen aufgrund von Feinstaub, der andernfalls von der Innenfläche 71 abfallen könnte, zu mildern. Auf diese Weise ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, ein Haften von Feinstaub am Brenner 8, das eine Verbrennung in einer Gasturbinenverbrennungsvorrichtung mit magerer Verbrennung begleitet, zu unterbinden und die strukturelle Zuverlässigkeit zu verbessern.
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(2) In der vorliegenden Ausführungsform ist die Konfiguration eine einfache, in der verursacht wird, dass ein Teil der Druckluft A2 durch einen Umgehungskanal strömt und aus den kleinen Löchern 75 ausgestoßen wird, und die Energieeffizienz ist gut, weil kein Brennstoff zur Bildung der Strahlen 82 verwendet wird.
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(3) Wenn die kleinen Löcher 75 bei Drallwinkeln vorgesehen sind, können die Strahlen 82 Drallkomponenten aufweisen und einen Zirkulationsstrom bilden, jedoch verlaufen in der Konfiguration in der vorliegenden Ausführungsform die kleinen Löcher 75 parallel zur zentralen Achse 0 der Auskleidung 12 und die Strahlen 82 strömen aktiv zur stromabwärts gelegenen Seite; als ein Ergebnis ist es möglich, Feinstaub effizient zur stromabwärts gelegenen Seite zu bewegen.
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(Zweite Ausführungsform)
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- Konfiguration -
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8 ist eine Querschnittansicht, die die Konfiguration von Hauptabschnitten des Brenners, der an der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, repräsentiert und die zentrale Achse des Brenners enthält. 8 entspricht 2, die die erste Ausführungsform veranschaulicht. Elemente in 8, die ihren Gegenstücken in der ersten Ausführungsform ähnlich sind, erhalten dieselben Bezugszeichen wie in 2 und ihre Erläuterung wird unterlassen.
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Ein Unterschied der vorliegenden Ausführungsform von der ersten Ausführungsform ist, dass ein Brennstoffströmungskanal 76, der mit den mehreren kleinen Löchern 75 verbunden ist, vorgesehen ist. Die Luftströmungskanäle 72 und 73 der ersten Ausführungsform sind in der vorliegenden Ausführungsform nicht enthalten, jedoch ist der Hohlraum 74 mit dem Brennstoffhohlraum 25 über den Brennstoffströmungskanal 76 verbunden. Der Brennstoffströmungskanal 76 verläuft entlang der zentralen Achse 0 im Plattenträger 70 und in der Luftlochplatte 20. Dadurch wird der gasförmige Brennstoff F über den Brennstoffströmungskanal 76 zum Hohlraum 74 geleitet und der gasförmige Brennstoff F, der in den Hohlraum 74 eingeleitet wurde, wird getrennt aus jedem kleinen Loch 75 zur Brennkammer 5 ausgestoßen. Es ist festzuhalten, dass in der vorliegenden Ausführungsform außer den kleinen Löchern 75 lediglich der Brennstoffströmungskanal 76 mit dem Hohlraum 74 verbunden ist und lediglich der gasförmige Brennstoff F aus den kleinen Löchern 75 zur Brennkammer 5 ausgestoßen wird.
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Ein Teil des gasförmigen Brennstoffs F, der zur Brennstoffdüse 21 geliefert wird, wird aus den kleinen Löchern 75 ausgestoßen und die Durchflussmengenverteilung des gasförmigen Brennstoffs F, der von sämtlichen Brennstoffdüsen 21 und kleinen Löchern 75 ausgestoßen werden soll, kann durch Ändern der Strömungskanalflächen (z. B. die Mündungsdurchmesser) der Brennstoffdüsen 21 und der kleinen Löcher 75 (oder des Brennstoffströmungskanals 76) gesteuert werden. Es ist allerdings festzuhalten, dass die Öffnungsdurchmesser der kleinen Löcher 75, die eingestellt werden sollen, gemäß dem Druckschwankungsbereich (den Entwurfswerten) des Hohlraums 74 derart beschränkt sind, dass das Brennstoff/Luft-Verhältnis des gasförmigen Brennstoffs F, der aus den kleinen Löchern 75 in der Nähe der Innenfläche 71 ausgestoßen werden soll, kein Verhältnis im Entflammbarkeitsbereich (in der Entflammbarkeitsbeschränkung) wird, um eine Zündung des gasförmigen Brennstoffs F, der aus den kleinen Löchern 75 ausgestoßen wird, zu vermeiden. Obwohl die Öffnungsdurchmesser der kleinen Löcher 75 wünschenswerterweise derart eingestellt werden, dass sie die Durchflussmenge des ausgestoßenen Brennstoffs derart beschränken, dass das Brennstoff/Luft-Verhältnis die Untergrenze der Entflammbarkeitsgrenze nicht erreicht (das Brennstoff/Luft-Verhältnis wird immer niedriger gehalten als die Untergrenze), wird selbst dann, wenn der Druck im Hohlraum 74 der höchste Druck ist, das Brennstoff/Luft-Verhältnis in einer möglichen Konfiguration in einigen Fällen immer über der Obergrenze des Entflammbarkeitsbereichs gehalten. Zusätzlich werden in einer weiteren möglichen Konfiguration eine fest zugeordnete Zweigrohrleitung (eine Brennstoffrohrleitung), die den gasförmigen Brennstoff F zum Brennstoffströmungskanal 76 liefert, und ein Brennstoffstromsteuerventil, das an der fest zugeordneten Zweigrohrleitung vorgesehen ist, hinzugefügt und es wird ermöglicht, die Durchflussmenge des gasförmigen Brennstoffs F, der aus den kleinen Löchern 75 ausgestoßen werden soll, getrennt von der Menge der Brennstoffzufuhr zu den Brennstoffdüsen 21 und 22 zu steuern.
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Mit Ausnahme der oben beschriebenen Aspekte ist die vorliegende Ausführungsform ähnlich der ersten Ausführungsform.
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- Wirkungen -
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In der vorliegenden Ausführungsform bläst der gasförmige Brennstoff F, der aus den kleinen Löchern 75 zur Brennkammer 5 ausgestoßen wird, Feinstaub weg, um ein Haften des Feinstaubs am Brenner 8 zu unterdrücken. Dadurch kann auch in der vorliegenden Ausführungsform die Wirkung (1) ähnlich der ersten Ausführungsform erreicht werden. Zusätzlich kann auch die Wirkung (3) ähnlich der ersten Ausführungsform erreicht werden, weil die Konfiguration der kleinen Löcher 75 dieselbe wie in der ersten Ausführungsform ist.
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(Dritte Ausführungsform)
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- Konfiguration -
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9 ist eine Querschnittansicht, die die Konfiguration von Hauptabschnitten des Brenners, der an der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, repräsentiert und die zentrale Achse des Brenners enthält. 9 entspricht 2, die die erste Ausführungsform veranschaulicht. Elemente in 9, die ihren Gegenstücken in der ersten Ausführungsform ähnlich sind, erhalten dieselben Bezugszeichen wie in 2 und ihre Erläuterung wird unterlassen.
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Ein Unterschied der vorliegenden Ausführungsform von der ersten Ausführungsform ist, dass, zusätzlich zu den Luftströmungskanälen 72 und 73, die mit den mehreren kleinen Löchern 75 verbunden sind, ein Brennstoffströmungskanal 77, der mit den kleinen Löchern 75 verbunden ist, vorgesehen ist. Der Brennstoffströmungskanal 77 verläuft entlang der zentralen Achse 0 im Plattenträger 70, öffnet sich bei einem Zwischenabschnitt des Luftströmungskanals 73 und verbindet den Brennstoffhohlraum 25 mit dem Luftströmungskanal 73. Dadurch wird ein Teil des gasförmigen Brennstoffs F vom Brennstoffhohlraum 25 über den Brennstoffströmungskanal 77 zum Luftströmungskanal 73 geleitet und ein Gemisch des gasförmigen Brennstoffs F und der Druckluft A2 wird über den Luftströmungskanal 73 zum Hohlraum 74 geleitet. Das Gemisch, das in den Hohlraum 74 eingeleitet wurde, wird zu jedem kleinen Loch 75 getrennt verteilt, nachdem der gasförmige Brennstoff F und die Druckluft A2 ferner miteinander gemischt worden und das Gemisch zur Brennkammer 5 ausgestoßen worden ist. Entsprechend der zweiten Ausführungsform kann die Durchflussmengenverteilung des gasförmigen Brennstoffs F, der aus sämtlichen Brennstoffdüsen 21 und kleinen Löchern 75 ausgestoßen werden soll, durch Ändern des Strömungskanalflächenverhältnisses der Brennstoffdüse 21 und der kleinen Löcher 75 (oder des Brennstoffströmungskanals 77) gesteuert werden. Die vorliegende Ausführungsform ist außerdem ähnlich der zweiten Ausführungsform dahingehend, dass das Brennstoff/Luft-Verhältnis des Gemischs, das aus den kleinen Löchern 75 in der Nähe der Innenfläche 71 ausgestoßen werden soll, derart eingestellt wird, dass es kein Verhältnis im Entflammbarkeitsbereich ist.
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Mit Ausnahme der oben beschriebenen Aspekte ist die vorliegende Ausführungsform ähnlich der ersten Ausführungsform.
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- Wirkungen -
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In der vorliegenden Ausführungsform bläst das Gemisch, das aus den kleinen Löchern 75 zur Brennkammer 5 ausgestoßen wird, Feinstaub weg, um ein Haften des Feinstaubs am Brenner 8 zu unterdrücken. Dadurch kann auch in der vorliegenden Ausführungsform die Wirkung (1) ähnlich der ersten Ausführungsform erreicht werden. Zusätzlich kann auch die Wirkung (3) ähnlich der ersten Ausführungsform erreicht werden, weil die Konfiguration der kleinen Löcher 75 dieselbe wie in der ersten Ausführungsform ist.
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(Vierte Ausführungsform)
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- Konfiguration -
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10 ist eine Querschnittansicht, die die Konfiguration von Hauptabschnitten des Brenners, der an der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, repräsentiert und die zentrale Achse des Brenners enthält. 10 entspricht 2, die die erste Ausführungsform veranschaulicht. Elemente in 10, die ihren Gegenstücken in der ersten Ausführungsform ähnlich sind, erhalten dieselben Bezugszeichen wie in 2 und ihre Erläuterung wird unterlassen.
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Die vorliegende Ausführungsform ist von der ersten Ausführungsform dahingehend verschieden, dass Umgehungslöcher 79, die von den innersten Luftlöchern 51 abzweigen, mit den mehreren kleinen Löchern verbunden sind. Die Umgehungslöcher 79 weisen Einlässe auf, die durch die Innenwandflächen der Luftlöcher 51 geöffnet sind. Die Umgehungslöcher 79 verlaufen in der Luftlochplatte 20 und sind mit dem Hohlraum 74 verbunden. Es ist mindestens ein Umgehungsloch 79 vorhanden, das mindestens ein Luftloch 51 mit dem Hohlraum 74 verbindet. Die Luftströmungskanäle 72 und 73 der ersten Ausführungsform sind in der vorliegenden Ausführungsform nicht enthalten und außer den kleinen Löchern 75 ist lediglich mindestens ein Umgehungsloch 79 mit dem Hohlraum 74 verbunden. Dadurch wird das Gemisch aus den Luftlöchern 51 über die Umgehungslöcher 79 zum Hohlraum 74 geleitet. Das Gemisch, das in den Hohlraum 74 eingeleitet wurde, wird zu jedem kleinen Loch 75 getrennt verteilt, nachdem der gasförmige Brennstoff F und die Druckluft A2 ferner miteinander gemischt wurden, und das Gemisch wird zur Brennkammer 5 ausgestoßen. Es ist festzuhalten, dass die Durchflussmengenverteilung des Gemischs, das aus den kleinen Löchern 75 und den Luftlöchern 51 ausgestoßen werden soll, durch Ändern des Strömungskanalflächenverhältnisses der Luftlöcher 51 und der Umgehungslöcher 79 gesteuert werden kann, weil das Gemisch, das aus den kleinen Löchern 75 ausgestoßen werden soll, ein Teil des Gemischs, das aus den Luftlöchern 51 ausgestoßen werden soll, ist. Das Strömungskanalflächenverhältnis ist derart begrenzt, dass das Brennstoff/LuftVerhältnis des Gemischs, das aus den kleinen Löchern 75 in der Nähe der Innenfläche 71 ausgestoßen werden soll, kein Verhältnis im Entflammbarkeitsbereich ist.
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Mit Ausnahme der oben beschriebenen Aspekte ist die vorliegende Ausführungsform ähnlich der ersten Ausführungsform.
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- Wirkungen -
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In der vorliegenden Ausführungsform bläst das Gemisch, das aus den kleinen Löchern 75 zur Brennkammer 5 ausgestoßen wird, Feinstaub weg, um ein Haften des Feinstaubs am Brenner 8 zu unterdrücken. Dadurch kann auch in der vorliegenden Ausführungsform die Wirkung (1) ähnlich der ersten Ausführungsform erreicht werden. Zusätzlich kann auch die Wirkung (3) ähnlich der ersten Ausführungsform erreicht werden, weil die Konfiguration der kleinen Löcher 75 dieselbe wie in der ersten Ausführungsform ist.
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(Fünfte Ausführungsform)
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- Konfiguration -
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11 ist eine Querschnittansicht, die die Konfiguration von Hauptabschnitten des Brenners, der an der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, repräsentiert und die zentrale Achse des Brenners enthält. 11 entspricht 2, die die erste Ausführungsform veranschaulicht. Elemente in 11, die ihren Gegenstücken in der ersten Ausführungsform ähnlich sind, erhalten dieselben Bezugszeichen wie in 2 und ihre Erläuterung wird unterlassen.
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Die vorliegende Ausführungsform ist von der ersten Ausführungsform dahingehend verschieden, dass der Brennstoffströmungskanal 77 der dritten Ausführungsform und die Umgehungslöcher 79 der vierten Ausführungsform hinzugefügt sind. Entsprechend wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Teil des gasförmigen Brennstoffs F vom Brennstoffhohlraum 25 über den Brennstoffströmungskanal 77 zum Luftströmungskanal 73 geleitet und ein Gemisch des gasförmigen Brennstoffs F und der Druckluft A2 wird über den Luftströmungskanal 73 zum Hohlraum 74 geleitet. Zusätzlich wird das Gemisch aus den Luftlöchern 51 über die Umgehungslöcher 79 zum Hohlraum 74 geleitet. Das Gemisch, das in den Hohlraum 74 eingeleitet wurde, wird zu jedem kleinen Loch 75 getrennt verteilt, nachdem der gasförmige Brennstoff F und die Druckluft A2 ferner miteinander gemischt wurden, und das Gemisch wird zur Brennkammer 5 ausgestoßen. Die Durchflussmengen und dergleichen der Gemische können auf Weisen ähnlich denen der dritten Ausführungsform und der vierten Ausführungsform gesteuert werden.
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Mit Ausnahme der oben beschriebenen Aspekte ist die vorliegende Ausführungsform ähnlich der ersten Ausführungsform. Es ist festzuhalten, dass in dem Beispielfall, der in der vorliegenden Ausführungsform erläutert wird, der Brennstoffströmungskanal 77 und die Umgehungslöcher 79 zur Konfiguration der ersten Ausführungsform hinzugefügt sind (eine Kombination der dritten Ausführungsform und der vierten Ausführungsform). Allerdings ist dies nicht die einzige Kombination von Ausführungsformen, sondern es ist z. B. in der vorliegenden Ausführungsform außerdem möglich, eine Konfiguration zu realisieren, aus der der Brennstoffströmungskanal 77 ausgelassen ist (eine Kombination der ersten Ausführungsform und der vierten Ausführungsform). Zusätzlich ist es in der vorliegenden Ausführungsform außerdem möglich, eine Konfiguration zu realisieren, aus der die Luftströmungskanäle 72 und 73 ausgelassen sind (eine Kombination der zweiten Ausführungsform und der vierten Ausführungsform).
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- Wirkungen -
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Die Wirkungen (1) und (3) können auch in der vorliegenden Ausführungsform erreicht werden.
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(Sechste Ausführungsform)
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- Konfiguration -
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12 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm des Gasturbinenkraftwerks, das die Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält. 12 entspricht 1, die die erste Ausführungsform veranschaulicht. Elemente in 12, die ihren Gegenstücken in der ersten Ausführungsform ähnlich sind, erhalten dieselben Bezugszeichen wie in 1 und ihre Erläuterung wird unterlassen.
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Die Struktur der Verbrennungsvorrichtung gemäß dem sechsten Beispiel ist in 12 veranschaulicht. Die vorliegende Ausführungsform ist von der ersten Ausführungsform dahingehend verschieden, dass die Verbrennungsvorrichtung 3 einen Mehrfachbrenner enthält, der mehrere Brenner enthält. Die Verbrennungsvorrichtung 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält einen einzelnen Vorsteuerbrenner 31 und Hauptbrenner 32, die derart angeordnet sind, dass sie den Umfang des Vorsteuerbrenners 31 umgeben. Obwohl die vorliegende Erfindung im Beispiel der vorliegenden Ausführungsform auf den Vorsteuerbrenner 31 angewendet wird und im Beispiel, das in 12 veranschaulicht ist, ein Brenner desselben Typs wie in der fünften Ausführungsform (11) als der Vorsteuerbrenner 31 verwendet wird, kann ein beliebiger Brenner gemäß der ersten bis fünften Ausführungsform als Vorsteuerbrenner 31 verwendet werden. Die Luftlöcher 51 und 52 und die kleinen Löcher 75 des Vorsteuerbrenners 31 werden über Vorsteuerbrennerlufteinleitungslöcher 30, die durch die Düsenbasen der Hauptbrenner 32 vorgesehen sind, und Vorsteuerbrennerluftströmungskanäle 33, die um den Umfang des Brennstoffverteilers 23 vorgesehen sind, mit der Druckluft A2 versorgt.
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Verschiedene Brenner können als Hauptbrenner 32 angewendet werden. Die Hauptbrenner 32 der vorliegenden Ausführungsform sind Vormischbrenner, die Hauptbrennerbrennstoffdüsen 34, Hauptbrennervormischdurchgänge 35 und ringförmige Flammenhalter 36 enthalten. Die Hauptbrennerbrennstoffdüsen 34 werden über eine Abzweigrohrleitung 59a, die stromabwärts des Brennstoffabsperrventils 60 von der Hauptstromrohrleitung 57 abzweigt, mit dem gasförmige Brennstoff F versorgt. Ein Brennstoffstromsteuerventil 63 ist in der Abzweigrohrleitung 59a vorgesehen. Die Durchflussmenge eines Brennstoffs, der zu den Hauptbrennerbrennstoffdüsen 34 geliefert wird, kann mit dem Brennstoffstromsteuerventil 63 gesteuert werden und der Brennstoffzufuhr kann außerdem abgeschaltet werden. Der gasförmige Brennstoff F, der von den Hauptbrennerbrennstoffdüsen 34 eingespritzt wurde, wird in den Hauptbrennervormischdurchgängen 35 mit der Druckluft A2 gemischt und bildet eine Vormischung. Die Vormischung wird aus den Hauptbrennervormischdurchgängen 35 zur Brennkammer 5 ausgestoßen und bildet Flammen. Die ringförmigen Flammenhalter 36 stabilisieren die Flammen, die durch die Vormischung, die aus den Hauptbrennervormischdurchgängen 35 ausgestoßen wird, gebildet werden.
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Mit Ausnahme davon, dass die Hauptbrenner 32 eines weiteren Verbrennungsverfahrens um den Umfang des Vorsteuerbrenners 31 in der oben beschriebenen Weise angeordnet sind, ist die vorliegende Ausführungsform ähnlich der ersten Ausführungsform.
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- Wirkungen -
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Wie oben beschrieben ist, kann der Brenner der vorliegenden Erfindung mit verschiedenen Brennern kombiniert werden. Durch Anwenden einer mageren Verbrennung, die eine gute Verbrennungsstabilität liefern kann, auf den Vorsteuerbrenner 31, der beim Zentrum der Verbrennungsvorrichtung 3 positioniert ist, und Anwenden von Vormischbrennern für die Hauptbrenner 32 wie in der vorliegenden Ausführungsform kann eine Gasturbine mit hoher Kapazität, die eine gute Verbrennungsstabilität und verringerte NOx-Emissionen liefern kann, konstruiert werden. Durch Anwenden eines Brenners einer der oben erwähnten Ausführungsformen auf den Vorsteuerbrenner 31 kann zu diesem Zeitpunkt ein Haften von Feinstaub am Brenner unterdrückt werden und die strukturelle Zuverlässigkeit kann verbessert werden.
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(Siebte Ausführungsform)
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- Konfiguration -
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13 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm des Gasturbinenkraftwerks, das die Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält, und 14 ist eine Figur des Brenners, der an der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, von der Brennkammer gesehen. 13 und 14 entsprechen 1 und 3, die die erste Ausführungsform veranschaulichen. Elemente in 13 und in 14, die ihren Gegenstücken in der ersten Ausführungsform ähnlich sind, erhalten dieselben Bezugszeichen wie in 1 und in 3 und ihre Erläuterung wird unterlassen.
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Die vorliegende Ausführungsform ist von der ersten Ausführungsform dahingehend verschieden, dass die Verbrennungsvorrichtung 3 einen Mehrfachbrenner, der mehrere Brenner enthält, auf dieselbe Weise wie in der sechsten Ausführungsform enthält. Es ist allerdings festzuhalten, dass in der vorliegenden Ausführungsform die vorliegende Erfindung nicht nur auf den Vorsteuerbrenner 31, sondern auch auf mehrere Hauptbrenner 32 (im vorliegenden Beispiel sechs Hauptbrenner 32), die um den Umfang des Vorsteuerbrenners 31 angeordnet sind, angewendet wird. Sämtliche Brenner gemäß der ersten bis fünften Ausführungsform können außerdem als der Vorsteuerbrenner 31 und die einzelnen Hauptbrenner 32 verwendet werden. Zum Beispiel sind in einer möglichen Konfiguration alle Vorsteuerbrenner 31 und die Hauptbrenner 32 einheitlich ein Brenner, der aus der ersten bis fünften Ausführungsformen gewählt ist, und in einer weiteren möglichen Konfiguration sind mehrere Typen von Brennern, die aus der ersten bis fünften Ausführungsformen gewählt sind, gemischt vorhanden. Die Luftlochplatte 20 kann durch den Vorsteuerbrenner 31 und die mehreren Hauptbrenner 32 gemeinsam verwendet werden (die Luftlöcher 51 und 52 für die einzelnen Brenner können durch die Luftlochplatte 20 gebildet sein).
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Im Brennstoffzufuhrsystem 200 ist die Anzahl der Sätze der Abzweigrohrleitungen 58 und 59, die von der Hauptstromrohrleitung 57 abzweigen, gleich der Gesamtanzahl (im vorliegenden Beispiel sieben) des Vorsteuerbrenners 31 und der Hauptbrenner 32 und die Abzweigrohrleitungen 58 und 59 sind mit den Brennstoffhohlräumen 25 und 26 entsprechender Brenner verbunden. Die Hauptbrenner 32 können derart konfiguriert sein, dass mindestens zwei Brenner ein Brennstoffzufuhrsystem (die Abzweigrohrleitung 59 und das Brennstoffstromsteuerventil 62) gemeinsam verwenden. Ähnlich der ersten bis sechsten Ausführungsform sind die Hauptstromrohrleitung 57 und die Abzweigrohrleitungen 58 und 59 mit dem Brennstoffabsperrventil 60 bzw. den Brennstoffstromsteuerventilen 61 und 62 versehen.
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Mit Ausnahme der oben beschriebenen Aspekte ist die vorliegende Ausführungsform ähnlich der ersten Ausführungsform.
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- Wirkungen -
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Durch Anwenden von Brennerkonfigurationen, die nach Bedarf aus der ersten bis fünften Ausführungsform gewählt wurden, auf den Vorsteuerbrenner 31 und die Hauptbrenner 32 und Konfigurieren eines Mehrfachbrenners ist es möglich, einer Gasturbine mit hoher Kapazität gerecht zu werden, während Wirkungen ähnlich denen in den gewählten Ausführungsformen erreicht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2003148734 A [0006, 0007, 0008]
