JP2002535598A - ガスタービンを動作させるバーナーと方法 - Google Patents
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Abstract
Description
バーナーと、ガスタービンの操作方法とに関する。特に、本バーナーおよび本方
法は、ガスタービンの燃焼器を高い過剰空気量と高圧で動作させることができる
。
NOx 、一酸化炭素(CO)、および未燃炭化水素(UHC)]しか含まない燃
焼生成物を生じる小型バーナーの開発は、商業的に容認できる製品を長いあいだ
送り出していない。1981年に、ラクレイ(Rackley)他の米国特許第
4,280,329号が、多孔質セラミックス製のV字形の構成要素の形の放射
型表面バーナーを開示した。提案されたバーナーは、理論的には興味をそそるも
のであったが、実際には、脆弱、それを通して著しい圧力降下、および限られた
熱流束など、重大な欠陥があった。ラクレイ他の提案以来、ガスタービン用の放
射型表面燃焼技術に進歩は見られなかった。
々の方法に向けられた。米国特許第4,339,924号、同第5,309,7
09号、および同第5,457,953号は、複雑で高価な装置を要する提案の
実例である。カタリティカ社(Catalytica Inc.)は、評価を受
けていると伝えられている(サンフランシスコ・クロニクル(San Fran
cisco Chronicle)、1996年11月21日)ガスタービン用
の触媒燃焼器を推進しようとしている。しかし、この提案は単純な小型の装置で
なく、触媒は高価で、しかも耐用年数が限られている。
気量を伴う高い燃焼速度で実施される表面安定型の燃焼を特徴とするガスタービ
ン用小型バーナーを提供することである。
することである。
って安定した動作をする小型バーナーを提供することである。
ーを提供することである。
出ないようにガスタービンを動作させる方法を提供することである。
。
繊維で形成されている多孔質で低伝導率の材料であり、それを通過する気体燃料
と空気との混合気を放射型表面燃焼させるのに適している。好適なバーナー表面
は、大気圧で燃焼させたときに、青炎燃焼する高気孔率の散在部または散在領域
とともに、放射型の表面燃焼を生じる多孔質の金属繊維マットである。複数の孔
を備えたバンドまたは領域を散在させた、硬質であるが多孔質の焼結金属繊維の
マットを開示しているデュレット他(Duret)に対する米国特許第 5,4
39,372号のそのようなバーナー表面を図1に示す。多孔質の金属繊維の供
給業者の1つは、ベルギー国ツウェベジェムのエヌ・ヴィー・アコテック・エス
・エー(Acotech S.A.)である。特許権所有者によって示されてい
るように、青炎燃焼させるための複数の孔を備えたバンドが多孔質のマットに形
成されており、一方、多孔質のマットの隣接領域が放射型の表面燃焼をもたらす
。
成されたヤーンで作られているニット布である。ヤーンは多孔質であるのと同時
に、ニット布の編目により、当然のことながら、気孔率が高い箇所が均一に散在
している。したがって、金属繊維のニット布は複数の青炎箇所が混合している表
面放射型燃焼を生じる。
に効果的な小孔を有するカースウェル(Carswell)に対する米国特許第
5,595,816号において開示されている有孔のセラミック繊維のプレート
であるが、これは、より大きな青炎燃焼用の孔を備えた散在領域を有するように
変更しただけのものである。
は、青炎燃焼を生じさせる均一な孔を有するものであるが、そのようなプレート
は、プレートの選択箇所が放射型またはそれに近い状態の表面燃焼で作用するよ
うに該箇所への流れを制限する上流構成と組み合わされている。この方法の一実
施形態は、主プレートの上流側からわずかに間隔をあけて配置した別の有孔プレ
ートをただ単に含むことができる。支持プレートの複数の孔は、その孔のいくつ
かが主プレートの孔と位置合わせされるような大きさと分布のものであり、主プ
レートの孔が青炎燃焼を支援するようになっている。主プレートの孔と位置合わ
せされている支持プレートの無孔部は、これらの孔への空燃混合気の流れを妨げ
、それにより表面燃焼を生じる。支持プレートは、バーナー表面である主プレー
トのような低伝導率のプレートである必要はない。この場合、支持プレートが、
有孔のセラミック繊維または金属繊維のプレートの選択領域を通過する空燃混合
気の流れを減少させるように働くことは明らかである。
せて使用することもできるが、支持プレートは、通常は、空燃混合気がバーナー
表面全体に向かって確実に均一に流れるのを助ける。金属繊維のヤーンで形成さ
れたニット布を使用する場合、支持プレートは、ニット布を支持し、また、ニッ
ト布に対する均一な流れを形成する。したがって、有孔の支持プレートは、組み
合わせられるバーナー表面に応じて違った機能を有することができる。以下に説
明するように、バーナー表面はほとんどの場合は円筒状になるので、やはり円筒
状になるであろう支持プレートのことを、これ以後、有孔シェルと呼ぶことにす
る。
プレナムを横切って取り付けられている多孔質の繊維のバーナー表面と、プレナ
ム内部のバーナー表面の後ろ側の有孔シェルと、バーナー表面と隣接する小型の
燃焼ゾーンを形成するように配置されている金属のライナーとを有する。そのよ
うなバーナーを、高い燃焼速度すなわち高い熱流速で、高い過剰空気量で作動さ
せて、NOx を5ppm以下しか含まず、COとUHCを合わせて10ppm以
下しか含まない燃焼ガスを生じさせることに成功した。バーナーは、過剰空気量
の制御により、NOx を2ppm以下しか含まず、COとUHCを合わせて10
ppm以下しか含まない燃焼ガスを送出できる。明細書および請求項に記載され
ているNOx 、CO、およびUHCのすべてのppm(100万分率)は、ガス
タービン基準である15%O2 に対して補正された値である。
ーナー表面の高い表面燃焼速度、すなわち、少なくとも500,000 BTU
/hr/sf(英熱量/時間/平方フィート)では、気孔率が高い領域からの火
炎は、気孔率がより低い領域からの通常の表面放射が消滅するような強い非表面
放射を生じる。しかしながら、2種類の気孔率により、表面安定型の燃焼、すな
わち、バーナー表面に付属する青炎を安定させる表面燃焼が可能になる。簡略の
ために、2種類の気孔率を備えた表面を有するバーナーを、表面安定化バーナー
と呼ぶ。
ーナー表面の近くに吊り下げられているように見える。有炎燃焼のコンパクト性
は、バーナー表面近傍に燃焼を閉じ込める金属ライナーによって支援される。こ
の表面安定型の燃焼が、入口温度に応じて過剰空気量約40%〜150%で行わ
れたとしても、燃焼生成物に2ppmという少なさのNox と、合わせて10p
pm以下のCOおよびUHCが含まれせることができる。
燃焼速度は、大気圧での燃焼の場合である。ガスタービンは高圧で作動するので
、基本燃焼速度に、気圧で表される圧力を乗じなくてはならない。例えば、15
0ポンド/平方インチ、すなわち10気圧の絶対圧力のとき、公称最小燃焼速度
は5,000,000BTU/hr/sfになる。高圧での表面安定化バーナー
の安定動作により、15,000,000 BTU/hr/sfという高さの燃
焼速度、すなわち熱流束が可能となることは全く予測外で、正に注目に値する。
この熱流束は、前述のラクレイ他の特許の多孔質のセラミック繊維のバーナーの
少なくとも10倍になると算定され、また、バーナーのセラミック繊維の被覆は
、高圧および高ガス流の作用でこなごなになるであろう。
口部と、を備えたガスタービン10を概略的に示す。コンプレッサ11およびタ
ービン13は、共通の軸15を共有している。2種類の気孔率を備えた表面18
を有するバーナー16は、シャフト15を中心として環状に燃焼部12の内部に
配置されている。図1には2個のバーナー16が示されているが、ガスタービン
10の大きさに応じて通常は6〜12個のバーナー16が軸15を中心として燃
焼部12の内部に等間隔で配置される。各バーナー16は円筒状で、バーナー表
面18から間隔をあけて配置されている外側の金属ライナー17を有する。
9に入り、残りはライナー17の外側に流れる。各バーナー16は、ガスタービ
ン10のケーシングを貫通して延びている管20によって気体燃料を供給される
。管20は、ネック19に間隔をおいて配置されている2つのブロック21の間
(または、単一ブロック21の複数の半径方向の穴を通じて)に吐出し、それに
よって気体燃料が、ネック19を通り抜ける圧縮空気中に放射状に全方向に流入
する。そのようにして得られた燃料と空気とのの混合物がバーナーのブレナム2
2を満たす。空燃混合気は、そこから、2種類の気孔率のバーナー表面18から
間隔をあけて配置されている有孔シェル23を通過する。シェル23は、すべて
のバーナー表面18を通る均一な流れの形成を助ける。点火すると、バーナー表
面18から出る混合気は、視覚的に低気孔率の領域が無炎に見え、かつ高気孔率
の領域に安定した火炎パターンを有する小型の燃焼ゾーンの形で燃焼する(先に
表面安定型の燃焼と呼んだ)。本発明による燃焼に不可欠なのは、少なくとも5
00,000BTU/hr/sf/atmの燃焼速度で過剰空気量40%〜15
0%の空燃混合気を供給することである。
ための複数の開口部を有するいくつかの円筒状の金属ライナー17の間およびそ
のまわりの空間を流れる。したがって、燃焼に利用されない圧縮空気は、金属ラ
イナー17を冷却し、タービン部13に入る前に燃焼生成物を冷却するのを助け
る。ライナー17は、タービン部13の入口まで延びており、まだ熱い圧縮され
たガス混合気をタービン13に供給して、その回転翼を駆動して動力を生じさせ
る。エンジン13を出る膨張したガス混合気は、排熱回収装置(図示せず)に排
出してもよい。バーナー表面18と有孔シェル23によって閉じられているバー
ナー16の端部が図1に示されている。該端部は、固体のプレートで任意に密閉
することもできるが、それにより燃焼容量が少なくなることは言うまでもない。
配置された5つのバーナーの閉じた端部に対して平行にとった、5つのバーナー
16の簡略図である。5つのバーナー16は、個別の金属ライナー17を含んで
いる。
状ゾーンに閉じ込める一対の金属ライナー17Aおよび17Bと置き換えられて
いる点を除き、図2と同じである。ライナー17Aおよび17Bを冷却し、ライ
ナー17A、17Bの開口部を通じて環状の燃焼ゾーンに入る圧縮空気は、ライ
ナー17Aの外面の長さに沿っておよびライナー17Bの内面の長さに沿って流
れる。
)によって保護された不浸透性のディスクによって密閉されている。短い首部1
9が、中心のテーパ型の穴26を有する円形のプレート25に取り付けられてい
る。金属ライナー17もプレート25に取り付けられている。穴26のテーパと
プラグ29との間の間隙を調節するためにテーパ型のプラグ29が移動できる中
心穴28を備えている別の円形のプレート27が、プレート25から間隔をあけ
て配置されている。気体燃料の供給管20が、ガスタービン10のシェルを貫通
してプレート27の環状のボア30に連結されている。ボア30は、気体燃料を
プレート25に向かって放出するいくつかの直角な開口部31(示されているの
は2つだけ)を有する。プレート25、27の間の間隙を流れる圧縮空気は、開
口部31から出る気体燃料と混じり、プレナム22を満たす。混合気は、そこか
らすべての円筒状の有孔シェル23およびバーナー表面18を一様に通過して、
表面18と金属ライナー17の間の小型ゾーンで表面安定化燃焼させられる。プ
レート25、27の間の間隙を流れない圧縮空気は、ライナー17の外面に沿っ
て流れて、その冷却を行い、また、該空気の一部はライナー17の複数の開口部
を通過して燃焼生成ガスと混じり、それによってその温度を和らげる。
ム22に流入する圧縮空気の量を調整する方法の1つを説明するのに役立つ。テ
ーパ型のプラグ29からガスタービン10のシェルの外側まで延びている機械的
または空圧式または電気式の連結機構により、プラグ29は、プラグ29のテー
パと穴26のテーパの間の間隙を絞るまたは広げるように移動させられることが
可能であり、それによって燃料と混合させる空気の量を調整する。プラグ29を
移動させる手段は本発明の一部ではなく、熟練した機械作業従事者の知識の範囲
内のことである。
状のバーナーが、外側ではなく内側で燃焼する;金属ライナーが、バーナーの周
囲ではなくバーナーの内部にある;コンプレッサからバーナーのプレナムに流入
する空気の比率が、バーナーを迂回させる、すなわちバーナーのプレナムに入ら
せない比率を変更することによって間接的に調整される、という4つの主たる態
様が図4のものと異なっているバーナーを示す。バーナー35は、圧縮空気を、
円筒状の金属壁38と円筒状のバーナー表面39との間に環状のプレナム37が
形成されているバーナー35の供給端部に向かって導くように働く金属ケーシン
グ36の内部にある。プレナム37の供給端部は、壁38と、プレナム37への
入り口として作用するように互いに間隔をおいて円形に配置されている複数の開
口部41を有する環状のディスク40に連結されている。円筒状のプレナム37
の反対側の端部は、壁38とバーナー表面39に連結されている環状のプレート
Aによって閉じられている。すべてのプレナム37内の有孔シェル42が、多孔
質のバーナー表面39を包囲するとともに該表面39から間隔をあけて配置され
ており、全てのバーナー表面38に対する空燃混合気の均一な流れを促進する。
に連結されており、円形のブロック43は、ディスク40の開口部と一致する中
心のテーパ型の穴44を有する。ディスク40の中心開口部に取り付けられてい
るのは、内部の円筒状の金属ライナー48である。バーナー35への入口に向か
って流れる圧縮空気は、ディスク40とブロック43のくぼんでいる側46の間
の間隙を流れることによってプレナム37に入ることができる。圧縮空気は、同
時に、テーパ型の穴44とテーパ型のプラグ47の間の間隙を流れることができ
る。図4のバーナーに関連して述べたように、プラグ47は、円筒状のライナー
45への圧縮空気の流れを制限したり増大したりするように移動させられること
が可能である。図4とは異なり、バーナー35のプレナム37に流入する空気の
量は、テーパ型の穴44に向かってまたはテーパ型の穴44から離れるようにテ
ーパ型のプラグ46を移動させることにより、コンプレッサからライナー45に
流入するすべての空気の可変比率を可能にすることによって間接的に調整される
。
のシェルを貫通する管48によって、ガス状の、すなわち気化している燃料が供
給される。管48は、ケーシング36も貫通しており、円形のブロック43の環
状のボア49に接続されている。ブロック43のくぼんでいる側46からボア4
9までの、等間隔に配置されているいくつかの穴50は、ディスク40とブロッ
ク43のくぼんでいる側46との間の間隙に燃料を噴射する働きをする。この間
隙を流れる圧縮空気は、間隔をおいて配置された穴50によって噴射される気体
燃料と十分に混じり、該混合気はバーナーのプレナム37に流入する。多孔質の
バーナー表面39から出る混合気は、バーナー表面39と有孔ライナー45との
間の囲まれた環状の空間において表面安定化燃焼させられる。ライナー45を流
れる圧縮空気は、ライナー45を冷却するとともに、燃焼生成ガスと混ざること
によって燃焼生成ガスを冷却する。
8を連結する軸59を包囲するケーシング56を有する。コンプレッサ57とタ
ービン58の間には、コンプレッサ57から、ケーシング56に取り付けられる
外側ハウジング61への空気の流れを誘導する溝付き部60がある。円筒状のバ
ーナー62がハウジング61の中に吊り下げられている。
られているバーナーの首部65に連結されている2種類の気孔率のバーナー表面
64を有している。プレナム63内の有孔シェル68は、バーナー表面64から
間隔をあけて配置されており、すべての表面64に対する空燃混合気の均一な流
れを促進する。保護の断熱材(図示せず)を備えているディスク69が、首部、
すなわち入口端部65と反対側のプレナム63の端部を密閉している。金属のラ
イナー70が、バーナー表面64から間隔をおいて配置され、バーナー表面64
を包囲し、その間に囲まれた燃焼ゾーンを形成している。
プレート67の上方に間隔をおいて配置されている。テーパ型のプラグ73は、
穴72の中を上下に滑って、穴66のテーパとプラグ73のテーパの間の間隙を
変化させ、それによってハウジング61およびプレート67とブロック71との
間からプレナム63に流入すう圧縮空気の量を変化させることができる。ガス状
の又は気化している燃料は、ハウジング61を貫通し、プレート67に沿って流
れてプレナム63に流入する圧縮空気と十分な混合を遂げるようにプレート67
に向かって燃料を誘導するブロック71内のノズル75と接続しているいくつか
の管74によって、バーナー62に供給される。
空間で行われる。ノズル75を通じて噴射される燃料との混合物としてプレナム
63に流入しない、ハウジング61を満たすコンプレッサ57からの空気は、ラ
イナー70の開口部を通り抜けて燃焼生成ガスと混ざる。混合されたガスは、流
路付き部60によってタービン58に誘導される。
、コンプレッサからの空気は、図5に示されているように長軸方向に入るのでは
なく、横方向のダクト81を通じて半径方向に入る。前述のバーナーとは異なり
、バーナー82は、有孔シェル85を含む皿状のプレナム84全体に広がる平坦
なバーナー表面83を有している。バーナーのこの形は、有孔シェル85が金属
繊維のニット布の支持物としておよび表面83全体に均一にガスを流す補助物と
して作用する状態で、金属繊維のニット布をバーナー表面83として使用する場
合にとても適している。
て働く中心のテーパ型の穴88を有するプレート87に連結する。中心の穴90
を備えたブロック89が、プレート87から距離をあけて配置されている。穴9
0の中のテーパ型のプラグ91は、プレナム84への圧縮空気の流入を変化させ
るようにプレート87の穴88に向かってまたは離れるように移動させることが
できる。いくつかの管92がケーシング80を貫通して、ブロック89のノズル
93に接続されている。管92によって供給される気体燃料は、プレート87に
ぶつかって、ケーシング80からプレート87とブロック89との間の空間に流
入する圧縮空気と混ざる。そのようにして得られた混合気は、プレナム84に入
り、2種類の多孔質のバーナー表面83から出て、表面安定化燃焼させられる。
えている金属ライナー94が、皿状のプレナム84の側壁86に取り付けられて
いる。燃焼を助けるためにプレナム84に流入しないケーシング80内の圧縮空
気は、ライナー94のまわりを流れてライナー94を冷却し、ライナー91の開
口部を通過して、燃焼ガスと混ざることによって燃焼ガスを冷却する。
されたバンド101に沿って孔があけられている、焼結金属の繊維からなる多孔
質のマット100の拡大図である。バーナー表面のこの好適な形態は、一般に、
バーナー表面100の上流側から間隔をあけて配置されている金属またはセラミ
ックのプレート102と組み合わせて使用される。有孔シェルは、例えば図1お
よび図2に示されているように円筒状などに曲がっていることが多いので、プレ
ート102のためにこれまで採用されていた用語である。すべてのバーナー表面
100に向かって均一な流れを達成するのを助けるために、比較的大きな孔を備
えた有孔シェル102が、バーナーのプレナムの中に配置されている。
同様にしめす。この場合、有孔シェル102は、表面103を支持するともに、
表面103への均一なガス流を促進するように働く。
されたバンド106に孔が並んでいる有孔シェル105とを示す。焼結金属の繊
維で作られた表面104は、放射型表面燃焼を行うために低すぎる気孔率を有す
ることもできる。表面104の気孔率は、青炎燃焼するように選択される。有孔
シェル105は、表面104の孔のいくつかへのガス流が減少させるように設計
されている。具体的には、シェルの有孔バンド106間の無孔領域により、無孔
領域に位置合わせされている表面104の孔へのガス流が減少する。減少した流
れを受け入れるそのような孔が表面燃焼を支援し、一方、有孔バンド106と直
線状に並んだ、表面104の他の孔が、青炎燃焼を生じる。焼結金属繊維の表面
104の代わりに、間隔をおいて配置される青炎燃焼のバンドと共に表面燃焼を
生じさせるように均一に孔をあけたセラミック繊維の表面を使用することもでき
る。
いるバーナー表面107を示す。バンド109のより大きな孔は青炎燃焼するが
、バンド108の孔は、大気圧で燃焼させたときに、放射型の表面燃焼を生じる
ように寸法決定されている。大まかな指針として、より大きな各孔の孔面積は、
通常は、小さい各孔の孔面積の約20倍である。バーナー表面107は、金属ま
たはセラミック繊維で形成された熱伝導率の低い材料で作られている。バーナー
表面107の好適な実施形態は、所望の2タイプの燃焼を生じさせるようになっ
ている2種類の大きさの孔を備えている、カースウェルに対する前述の特許のセ
ラミックファイバー製品である。図11に示されているように、バーナー表面1
07は、有孔シェルと組みあせないで使用されることもしばしばある。
と、合わせて10ppm以下のCOおよびUHCを含む生成ガスを生じる燃焼を
実現するのに好適である。バーナー表面に供給される空燃混合気中の過剰空気量
を調整しながら、少なくとも3気圧の圧力および少なくとも約500,000B
TU/hr/sf/atmの速度で燃焼させたとき、前述のすべてのバーナー表
面は、NOx を5ppm以下しか含まず、COおよびUHCを合わせて10pp
m以下しか含まない燃焼生成ガスを送出できる。過剰空気量は、気体燃料と混合
される圧縮空気の温度に応じて約40%〜150%の間で変化させられ、また、
断熱火炎温度が2600°F〜3300°Fの範囲に維持するために、圧縮空気
が高温であるほど過剰空気量の割合が高くなる。燃焼ガス内の空気汚染物質の含
有量を、COとUHCが合わせて10ppm以下の状態でNOx を2ppm以下
に下げるために、過剰空気量は、断熱火炎温度を2750°F〜2900°Fに
保つように調整されることが好ましい。
0BTU/hr/sfで燃焼させる表面を備えた図4のバーナーのようなバーナ
ーについて実施された試験では、空燃混合気の温度が増加したとしても、過剰空
気量も増加するならば、燃焼生成ガス中のNOx の含有量は2ppm未満に保た
れた。具体的には、以下の試験では、2ppm未満のNOxしか生じなかった。 空燃混合気の温度°F. 過剰空気量の範囲 400 ________________ 55〜67% 600 ________________ 66〜81% 800 ________________ 81〜98% 1,000 ________________ 98〜118% 全試験の断熱火炎温度は、過剰空気量を前述の範囲内に調整することによって
2750°F〜2900°Fに維持された。そのような高い燃焼速度を達成しか
つNOx を2ppm未満に抑えることは、これまで及びもしないことであったと
考えられる。同様の卓越した結果は、燃焼速度を5,000,000BTU/h
r/sfに減少させるか、15,000,000BTU/hr/sfまで増加さ
せたときに達成可能であり、これは、オペレータが、燃焼速度を、任意の与えら
れた圧力において最小値の少なくとも約3倍の最大値まで変化させる自由を持っ
ていることを意味する。この操作適応性は、それ自体が注目に値する。
発明のバーナーは、プロパンなど、より高度な炭化水素を使用して燃焼させるこ
ともできる。多孔質のバーナー表面に通す前に完全に気化されるのであれば、ア
ルコールやガソリンなどの液体燃料を本発明のバーナーと組み合わせて利用する
こともできる。気体燃料という用語は、常に気体の燃料ならびに液体であるがバ
ーナー表面に通す前に完全に気化される燃料を含むように使用されている。本発
明の別の特徴は、しばしばわずか約40%のメタンである埋立地発生ガスなど、
低BTUガスの場合でさえもバーナーが有効であることである。
量を上回る空気量を意味する従来と同じように使用されている。
しない本発明の変更物または修正物をすぐに思い浮かべるであろう。たとえば、
図面に示されているバーナー表面の平坦な形状および円筒状の形状のほかに、円
錐形およびドーム形が使用されてもよい。ガスタービンのバーナーへの圧縮空気
の流入を調整する手段に関する数多くの特許は、バーナーに入る圧縮空気を調整
するための、図面に概略的に示されている可動プラグの代用品を示唆するもので
あることは間違いない。したがって、添付クレームに記載されている通りに本発
明に対して、そのような制限だけが課せられるべきである。
配置の本発明のガスバーナーの一実施形態の概略図である。
面図である。
の断面図である。
点が図1と異なっている。
Claims (29)
- 【請求項1】 気体燃料および混合される圧縮空気の噴射のための入口を備
えたプレナムと、大気圧で燃焼させたときに放射型の表面燃焼を生じる領域およ
び青炎燃焼を生じるより高い気孔率の散在領域を有し、前記プレナムに取り付け
られる多孔質の繊維のバーナー表面と、前記プレナム内の前記バーナー表面の後
ろ側の有孔シェルと、前記バーナー表面と隣接する小型の燃料ゾーンを形成する
ように配置され、冷却用の圧縮空気を通過させて前記燃焼ゾーンのガスと合流さ
せる複数の開口部を有する金属ライナーと、を有する、空気汚染物質の含有量が
少ない燃焼ガスを生成させるために高い過剰空気量で高圧で動作可能なガスター
ビン用の改良されたバーナー。 - 【請求項2】 前記バーナー表面が、円筒状のプレナムを囲んで円筒状であ
り、前記金属ライナーも円筒状であり、前記ライナーの開口部が、前記ライナー
のフィルムの冷却を促進するルーバーを有する、請求項1に記載のバーナー。 - 【請求項3】 前記バーナー表面は、有孔領域が散在している多孔質の金属
繊維のマットである、請求項2に記載のバーナー。 - 【請求項4】 前記プレナムが、環状の円筒形を有し、前記バーナー表面が
、前記プレナムの内側の円筒の側面であり、前記金属ライナーが管状で前記バー
ナー表面の長さに沿って軸線方向に延びており、前記ライナーの開口部が、前記
ライナーのフィルムの冷却を促進するルーバーを有する、請求項1に記載のバー
ナー。 - 【請求項5】 前記バーナー表面は、有孔領域が散在している多孔質の金属
繊維のマットである、請求項4に記載のバーナー。 - 【請求項6】 前記バーナー表面は、有孔領域が散在している多孔質の金属
繊維のマットである、請求項1に記載のバーナー。 - 【請求項7】 大気圧で燃焼させたときに、前記多孔質の金属繊維のマット
が、35,000〜200,000BTU/hr/sfの速度で燃焼させること
が可能であり、前記有孔領域が、500,000〜8,000,000BTU/
hr/sfの速度で燃焼させることが可能である、請求項6に記載のバーナー。 - 【請求項8】 気体燃料および混合される圧縮空気を、大気圧で燃焼させた
ときに表面燃焼を生じる領域と青炎燃焼を生じるより高い気孔率の散在領域とを
有する多孔質の繊維のバーナー表面に通す段階と、前記燃料および混合される空
気を、前記バーナー表面に隣接し、複数の開口部を備えた金属ライナーによって
囲まれている小型の燃焼ゾーンにおいて、約3〜20気圧の圧力と少なくとも約
500,000BTU/hr/sf/atmの速度で燃焼させる段階と、冷却用
の圧縮空気を、前記圧縮空気の一部が前記開口を通って前記燃焼ゾーンのガスと
合流する状態で前記ライナーに沿って流す段階と、断熱火炎温度を2600°F
〜3300°Fに維持するために、前記混合される空気を過剰量約40%〜15
0%になるように調整し、したがって、NOx を5ppm以下しか含まず、CO
およびUHCを合わせて10ppm以下しか含まない燃焼ガスを生成する段階と
、を含む、空気汚染物質の生成を抑えるように改良されたガスタービンの燃焼方
法。 - 【請求項9】 前記前記多孔質の繊維のバーナー表面は、有孔領域が散在し
ている多孔質の金属繊維のマットである、請求項8に記載の方法。 - 【請求項10】 前記多孔質の金属繊維のマットは、大気圧で燃焼させたと
きに35,000〜200,000BTU/hr/sfの速度で燃焼させること
が可能であり、前記多孔質の領域は、500,000〜8,000,000BT
U/hr/sfの速度で燃焼させることが可能である、請求項9に記載の方法。 - 【請求項11】 燃焼が、約5〜10気圧の圧力で行われ、過剰空気量が、
断熱火炎温度を2750°F〜2900°Fに維持するように調整され、したが
って、NOx を2ppm以下しか含まない燃焼ガスを生成する、請求項8に記載
の方法。 - 【請求項12】 前記多孔質の繊維のバーナー表面と前記金属ライナーが円
筒状であり、環状で小型の燃焼ゾーンを形成している、請求項11に記載の方法
。 - 【請求項13】 前記多孔質の繊維のバーナー表面は、有孔領域が散在して
いる多孔質の金属繊維のマットである、請求項12に記載の方法。 - 【請求項14】 気体燃料および混合される圧縮空気の噴射のため入口を備
えたプレナムと、前記プレナムと流通状態にあり、大気圧で燃焼させられるとき
に、青炎燃焼が散在していると共に放射型の表面燃焼を生じる2種類の気孔率を
有する多孔質の繊維のバーナー表面と、前記バーナー表面に隣接する小型の燃焼
ゾーン内で燃焼を囲むように配置されている、冷却の増強に適した金属ライナー
と、を有する、燃焼空気汚染物質の生成を抑えるために高い過剰空気量で動作可
能なガスタービン用の高圧バーナー。 - 【請求項15】 前記バーナー表面および前記金属ライナーが円筒状であり
、前記ライナーがルーバー付きの開口部を有している、請求項14に記載のバー
ナー。 - 【請求項16】 前記バーナー表面は、有孔領域が散在している多孔質の金
属繊維のマットである、請求項15に記載のバーナー。 - 【請求項17】 前記バーナー表面の2種類の気孔率の小さい方は、大気圧
で燃焼させたときに、35,000〜200,000BTU/hr/sfの速度
で燃焼させることが可能であり、より大きい気孔率は、500,000〜8,0
00,000BTU/hr/sfの速度で燃焼させることが可能である、請求項
14に記載のバーナー。 - 【請求項18】 気体燃料および混合される圧縮空気を、大気圧で燃焼させ
たときに、青炎燃焼が散在する表面燃焼を生じる2種類の気孔率を有する多孔質
の繊維のバーナー表面に通す段階と、前記バーナー表面に隣接する小型の燃焼ゾ
ーンにおける燃焼を、増強冷却に適した金属ライナーによって囲み、前記燃料お
よび混合される空気を、少なくとも約3気圧の圧力と少なくとも約500,00
0BTU/hr/sf/atmの速度で燃焼させる段階と、冷却用の圧縮空気を
前記ライナーに沿って前記ライナーを冷却するように流す段階と、断熱火炎温度
を2600°F〜3300°Fに維持するために、前記混合される空気を過剰量
約40%〜150%になるように調整し、したがって、NOxを5ppm以下し
か含まず、COおよびUHCを合わせて10ppm以下しか含まない燃焼ガスを
生成する段階と、を含む、ガスタービンの高圧バーナーを燃焼空気汚染物質の生
成を抑えるように動作させる方法。 - 【請求項19】 前記多孔質の繊維のバーナー表面は、孔が散在している多
孔質の金属繊維のマットである、請求項18に記載の方法。 - 【請求項20】 前記金属ライナーが、複数の開口部を有し、前記ライナー
に沿って流される圧縮空気が、前記開口部を通過して前記燃焼ゾーンの燃焼ガス
と合流する、請求項19に記載の方法。 - 【請求項21】 前記多孔質の繊維のバーナー表面と前記金属ライナーが円
筒状であり、環状で小型の燃焼ゾーンを形成している、請求項20に記載の方法
。 - 【請求項22】 燃焼が、約5〜10気圧の圧力で行われ、過剰空気量が、
断熱火炎温度を2750°F〜2900°Fに維持するように、したがって、N
Ox を2ppm以下しか含まない燃焼ガスを生成するように調整される、請求項
21に記載の方法。 - 【請求項23】 気体燃料および混合される圧縮空気を導入するための入口
を備えたプレナムと、全体を通じて圧力降下が3%未満であることを保証し、大
気圧で燃焼されたときに多数の青炎を生じるように十分に孔が設けられている、
前記プレナムの側面を形成する多孔質の繊維のバーナー表面と、前記プレナム内
部の前記バーナー表面の後ろ側の多孔シェルと、前記バーナー表面と隣接する小
型燃料ゾーンを形成するように配置され、冷却用の圧縮空気を通過させて前記燃
焼ゾーンの燃焼ガスと合流させる複数の開口部を有する金属のライナーと、を有
する、燃焼空気汚染物質の生成を抑えるために高い過剰空気量で動作可能なガス
タービン用の高圧バーナー。 - 【請求項24】 前記バーナー表面および前記金属ライナーが円筒状であり
、前記金属ライナーの開口部がルーバーを有している、請求項23に記載のバー
ナー。 - 【請求項25】 前記バーナー表面は、孔が散在している多孔質の金属繊維
マットである、請求項24に記載のバーナー。 - 【請求項26】 コンプレッサからの少なくとも3気圧の圧力の圧縮空気と
、混合する気体燃料とを、全体を通じて圧力降下が3%未満であることを保証し
、大気圧で燃焼されたときに多数の青炎を生じるように十分に孔が設けられてい
る多孔質の繊維のバーナー表面に流す段階と、前記混合される燃料と圧縮空気と
を、前記バーナー表面と隣接し、複数の開口部を有する金属ライナーによって囲
まれている小型の燃焼ゾーンにおいて、少なくとも約500,000BTU/h
r/sf/atmの速度で燃焼させる段階と、前記コンプレッサからの圧縮空気
を、前記圧縮空気の一部が前記開口部を通って前記燃焼ゾーンのガスと合流する
状態で前記ライナーに沿って流す段階と、断熱火炎温度を2600°F〜330
0°Fに維持し、したがってNOx を5ppm以下しか含まず、COおよびUH
Cを合わせて10ppm以下しか含まない燃焼ガスを生成させるために、前記混
合される燃料と圧縮空気を、過剰空気量約40%〜150%となるように比例配
分する段階と、を含む、回転式コンプレッサと、共通軸線上のタービンとを有す
るガスタービンの運転中の燃焼空気汚染物質の生成を抑える、改良された方法。 - 【請求項27】 前記バーナー表面および前記金属ライナーが円筒状である
、請求項26に記載の方法。 - 【請求項28】 前記多孔質の繊維のバーナー表面が、2種類の大きさの孔
を有するセラミック繊維部材であり、より大きな各孔の孔面積は、より小さい各
孔の孔面積の約20倍である、請求項26に記載の方法。 - 【請求項29】 前記過剰空気量が、断熱火炎温度を2750°F〜290
0°Fに維持するように、したがって、NOx を2ppm以下しか含まない燃焼
ガスを生じるように調整される、請求項26に記載の方法。
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