JP2009162478A - 予混合予旋回式プラズマ支援パイロット装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本プラズマ強化パイロット装置(50)は、スワーラ機構(20)を含み、希薄予混合式地上設置型ガスタービン燃焼器燃料ノズル(70)の中央本体内の現存のブランク(パージ空気)又は液体燃料(二元燃料)カートリッジ空間(62)内に挿入されるように構成される。
【選択図】 図5
Description
パイロット火炎内に予混合燃料及び空気が得られ、それによって拡散パイロット火炎内に見られる高温度によって発生するNOxが回避されること、
高い圧力(5〜20atm)及び約500°F〜約900°Fの温度において妥当な電圧(<100kV)を使用して放電の形成を可能にする小さな環状放電ギャップ距離(図1に参照符号22で示した放電通路高さ〜1.5−3mm)が得られること、
ありのままに旋回安定化燃料/空気ノズル内に適合する環状放電通路が得られること、
その中で放電が発生する均一な電界に役立ち、従って均一に分散した放電が生じる確度を高める環状放電通路が得られること、
特定の環境においてパイロット装置がプラズマに切り換えずに機能することができるような固有の空気力学的安定化をもたらす旋回パイロット流が得られること、
パイロット火炎ガスの主旋回予混合流との混合を強化することになる乱流旋回流が得られること、
パイロット放電ボリューム内に乱流旋回流が得られ、それによって放電ストリーマ及び/又は拡散グローボリュームのより良好な分散に役立つこと、
その中で外側電極が該外側電極を挿入した燃料ノズルに接地された高電圧絶縁フィードスルーの使用によって機械から内側高電圧電極を電気的に絶縁するのを可能にする構造体が得られること、
誘電体(例えば、耐熱セラミック)で内側電極を封じ込めて放電プロセス中に高電流が流れるのを防止することによってより低温のプラズマを形成することを含む1つの態様による誘電体バリヤ能力、すなわち高温又は熱化プラズマがそれら自体のNOxを発生させることが分かっているので有利な特徴が得られること、
10〜50kHzの周波数で印加するか又は燃焼器の関心のある周波数(10代〜1000代のHz)に調整して燃焼ダイナミックス音を打ち消すことができるパルス高圧電力並びにより従来的なAC高圧電力の両方で作動する能力を有する構造体が得られること、
パイロット火炎前方領域のすぐ上流及び該パイロット火炎前方領域の内部に位置して火炎ゾーンの真に入口に放電を生じるプラズマ放電、すなわち活性種が衝突によってより急速に消滅することになるような高い圧力においてより重要となる特徴が得られること、及び
地上設置型ガスタービン燃焼器燃料ノズル(例えば、DLNシステム)の中央本体内にある空間内に挿入され、その場合に現在中央本体内に設置されているブランク(パージ空気)又は液体燃料(二元燃料)カートリッジの場所を占めることができるパイロット装置が得られること、
が含まれる。従って、そこではフラッシュバック及び保炎保持が回避すべき課題である重要な予混合式バーナ管区域に如何なる変更も加えることなく、主予混合燃料/空気燃焼が強化される。
12 入口ポート
14 低電圧電極
16 高電圧電極
18 誘電体
20 スワーラ機構
22 放電(プラズマ)領域
30 DLNガスタービンノズル
32 主燃料ポート
34 空気入口ポート
36 主空気スワーラ
38 バーナ管通路
40 バーナ管
42 スワーラ燃料入口ポート
44 主燃焼ゾーン
46 プラズマ強化パイロット火炎
50 パイロット装置
60 DLNガスタービンノズル
62 空気カートリッジ
64 環状拡散燃料ポート
65 空気入口ポート
66 外側主予混合燃料ポート
68 最外側環状主空気入口ポート
70 DLNガスタービンノズル
72 プラズマ領域
74 火炎領域
80 プラズマストリーマ
Claims (10)
- スワーラ機構(20)を備えるプラズマ強化パイロット装置(50)であって、該パイロット装置(50)が、希薄予混合式地上設置型ガスタービン燃焼器燃料ノズル(70)の中央本体内の現存のブランク(パージ空気)又は液体燃料(二元燃料)カートリッジ空間(62)内に挿入されるように構成されている、プラズマ強化パイロット装置(50)。
- 該パイロット装置(50)が、前記地上設置型ガスタービン燃焼器燃料ノズル(70)の予混合式バーナ管区域に変更を加えることなく、前記現存のブランク(パージ空気)又は液体燃料(二元燃料)カートリッジ空間(62)内に挿入されるようにさらに構成される、請求項1記載のプラズマ強化パイロット装置(50)。
- 前記パイロット装置(50)が、少なくとも部分的に誘電体バリヤ(18)内に配置された高電圧電極(16)及び/又は低電圧電極(14)を備えており、前記誘電体バリヤ(18)が、前記高電圧電極(16)の放電中に高電流が流れるのを防止して、高温又は熱化(平衡)プラズマによって発生するNOxエミッション以下のNOxエミッションを有する低温又は非平衡プラズマを形成するように構成されている、請求項1記載のプラズマ強化パイロット装置(50)。
- 前記スワーラ機構(20)が、該スワーラ機構(20)内でパイロット燃料及びパイロット空気を共に予混合しかつ予旋回させるように構成されている、請求項1記載のプラズマ強化パイロット装置(50)。
- ガスタービン燃焼器パイロット火炎を発生させる方法であって、
実質的にガスタービン燃焼器(70)の予混合式燃料/空気ノズル部分の中央本体内に配置された実質的にパイロット装置(50)内に配置されたスワーラ機構(20)を設けるステップと、
実質的に前記スワーラ機構(20)内で燃料/空気混合気を予混合しかつ予旋回させるステップと、
前記パイロット装置(50)から流出する予混合予旋回燃料/空気混合気中でプラズマ放電を生じさせて、実質的に前記ガスタービン燃焼器(70)内の主燃焼ゾーンのパイロット火炎領域(74)内にプラズマ強化パイロット火炎ガスを形成するステップと
を含む方法。 - 前記実質的にガスタービン燃焼器の予混合式燃料/空気ノズル部分の中央本体内に配置された実質的にパイロット装置内に配置されたスワーラ機構を設けるステップが、地上設置型ガスタービン燃焼器燃料ノズル(70)の予混合式バーナ管区域に変更を加えることなく、実質的に現存のブランク(パージ空気)又は液体燃料(二元燃料)カートリッジ空間(62)内に配置されたパイロット装置(50)を設けるステップを含む、請求項5記載の方法。
- パイロット空気供給通路(12)を通して前記スワーラ機構(20)内に空気を直接流すステップと、パイロット燃料供給通路(32)を通して前記スワーラ機構(20)内に燃料を直接流すステップと、前記供給した空気及び燃料を共に混合して燃料/空気混合気を形成するようにするステップとをさらに含む、請求項5記載の方法。
- 前記パイロット装置から流出する予混合予旋回燃料/空気混合気中でプラズマ放電を生じさせて、実質的に前記ガスタービン燃焼器内の主燃焼ゾーンのパイロット火炎領域内にプラズマ強化パイロット火炎ガスを形成するステップが、パルス高圧電力又はAC高圧電力に応答して前記パイロット装置からの予混合予旋回パイロット燃料/空気混合気中で共に放電を開始するように構成された高電圧電極(16)及び低電圧電極(14)に対して該パルス高圧電力又はAC高圧電力を印加して、実質的に前記ガスタービン燃焼器パイロット火炎領域(74)内への入口に又は実質的に該高電圧電極(16)及び低電圧電極(14)間に前記プラズマ放電(72)が位置するようにするステップを含む、請求項5記載の方法。
- 前記高電圧電極(16)及び低電圧電極(14)に対してパルス又はAC高圧電力を印加するステップが、約10kHz〜約50kHzのパルス又はAC高圧電力を印加して、望ましくないガスタービン燃焼器音が実質的に排除されるようにするステップ、或いは該パルス又はAC高圧電力を約10Hz〜約2.5kHzに調整して、望ましくないガスタービン燃焼器音が実質的に排除されるようにするステップを含む、請求項8記載の方法。
- 前記パイロット装置(50)から流出する予混合予旋回燃料/空気混合気中でプラズマ放電を生じさせて、実質的に前記ガスタービン燃焼器(70)内の主燃焼ゾーン(44)のパイロット火炎領域(74)内にプラズマ強化パイロット火炎ガスを形成するステップが、マイクロ波電力又は高周波電力を印加して予混合予旋回パイロット燃料/空気混合気中で放電を開始させて、実質的に該ガスタービン燃焼器パイロット火炎領域(74)内への入口に又は実質的に前記高電圧電極(16)及び低電圧電極(14)間に前記プラズマ放電が位置するようにするステップを含む、請求項5記載の方法。
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