JP2014020769A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents
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Abstract
高炉ガスなどのCO2を多量に含む低カロリーガスを安定に燃焼できるガスタービン燃焼器を提供する。
【解決手段】
内周スワラと外周スワラの2つのスワラで構成する2重旋回バーナの内周スワラに、ガス噴孔と空気噴孔を交互に配置し、且つ、外側の外周スワラにガス噴孔のみを配置したバーナにおいて、前記内周スワラでガス燃料に旋回を与えるためのガス噴孔内に燃料噴出速度の異なる複数のガス流路を設けた構造を基本構成とする。
また、前記内周スワラのガス噴孔内を第1のガス流路と第2のガス流路の2つに分け、半径方向の内側に設けた第1のガス流路の入口面積を出口面積よりも小さくすることを特徴とする。さらに、前記第1のガス流路に、バーナの半径中心方向へガス燃料を噴射するための傾斜角を設けたことを特徴とする。
このようなバーナ構成とすることで、CO2を多量に含む高炉ガスの安定燃焼が可能となる。
【選択図】 図1
Description
図1に、本発明の第1の実施例に係るガスタービンの系統と燃焼器の拡大断面図を示す。ガスタービン5は、圧縮機2、燃焼器3、タービン4、発電機6、及び起動用モータ8等で構成される。
図2にバーナ300の正面図を示す。この図は、バーナ300を下流から見たものである。本実施例のバーナは、内周スワラ201と外周スワラ202で構成する2重旋回バーナ構造であり、CO2を多量に含む高炉ガスの燃焼でも内周スワラの火炎温度を高めるため、内周スワラ201にはガス噴孔401と空気噴孔402を円周方向に交互に配置し、その外側に設けた外周スワラ202には、ガス噴孔403のみを配置したことを特徴とする。それぞれの噴孔には、図2のA−A断面図に示すような旋回角θが設けられており、旋回成分を与えることでバーナの半径方向中心部近傍は負圧となり、低速となる保炎領域(循環ガス領域)が形成され燃焼安定性を強化できる。
以上述べてきたバーナ構造の運転方法について、図1をもとに説明する。始動時、ガスタービンは起動用モータ8などの外部動力によって駆動される。ガスタービンの回転数を燃焼器の着火条件相当の回転数に保持することで、燃焼器3には着火に必要な燃焼空気102が供給され、着火条件が成立する。高炉ガス60にコークス炉ガス80を混合し、増熱ガス70をバーナ300に供給することで、燃焼器3内で着火が可能となる。
なお、図5に示す変形例のように、第1のガス流路に縮流部を設けるような構成としても良い。この場合、第1のガス流路で面積が最も小さい縮流部面積A5と、第2のガス流路の出口面積A4(またはA3)との比率で分配される。第1のガス流路では宿流部面積A5よりも出口面積A2が大きいため、宿流部から出口にかけて燃料流速が低下する。したがって、第1のガス流路出口の燃料流速Uf1は、第2のガス流路出口の燃料流速Uf2よりも遅くなる。そのため、図3に示した第一の実施例に係るバーナ同様、空気噴孔402周囲(半径方向外側)の燃料濃度低下を防止でき、火炎の安定化が可能である。
図4に、本発明の第2の実施例であるバーナの断面図を示す。本実施形態が第1の特徴と異なる点は、内周スワラ201の第1のガス流路501に半径中心方向の傾斜角を設けたことにある。
3 燃焼器
4 タービン
5 ガスタービン
6 発電機
8 起動用モータ
10 外筒
11 フロースリーブ
12 燃焼室
13 燃焼空気孔
30 内周スワラの循環ガス領域
31 外周スワラの循環ガス領域
41 第1の燃料流量調節弁(内周燃料系統)
42 第2の燃料流量調節弁(外周燃料系統)
51 第1の燃料系統(内周燃料系統)
52 第2の燃料系統(外周燃料系統)
60 高炉ガス
70 増熱ガス
80 コークス炉ガス
101 空気
102 燃焼空気
102a 内周スワラの燃焼空気
125 燃料ノズルボディー(配管)
126 ノズルボディーフランジ
140 燃焼ガス
150 圧力調整弁
200 制御装置
201 内周スワラ
201f 内周燃料
201f-1 第1のガス流路より噴出する内周燃料
201f-2 第2のガス流路より噴出する内周燃料
202 外周スワラ
202f 外周燃料
250 内周火炎
260 外周火炎
300 バーナ
401 内周スワラのガス噴孔
402 内周スワラの空気噴孔
402a 内周スワラの空気導入孔
403 外周スワラのガス噴孔
500 内周スワラのガス燃料に旋回を与えるための助走区間
501 内周スワラのガス噴孔内に設けた第1のガス流路
501a 内周スワラのガス噴孔内に設けた第1のガス流路の出口噴孔
502 内周スワラのガス噴孔内に設けた第2のガス流路
502a 内周スワラのガス噴孔内に設けた第2のガス流路の出口噴孔
A1 内周スワラのガス噴孔に設けた第1のガス流路の入口面積
A2 内周スワラのガス噴孔に設けた第1のガス流路の出口面積
A3 内周スワラのガス噴孔に設けた第2のガス流路の入口面積
A4 内周スワラのガス噴孔に設けた第2のガス流路の出口面積
Claims (6)
- 燃料と空気を混合して燃焼するための燃焼室と、前記燃焼室のガス流れ方向上流に設けられた、前記燃焼室内に燃料と空気を供給して火炎を保持するためのバーナとを備えたガスタービン燃焼器であって、
前記バーナが、燃料を噴射する複数のガス噴孔と空気を噴射する複数の空気噴孔とが円周方向に交互に配置された第1のスワラと、前記第1のスワラの外周に設けられた、燃料を噴射するガス噴孔が複数配置された第2のスワラとを有し、
前記第1のスワラに配置されたガス噴孔内が、燃料の噴出速度の異なる複数の流路に分割されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 請求項1に記載のガスタービン燃焼器において、
前記第1のスワラに配置されたガス噴孔内に、前記第1のスワラの半径方向について複数の流路に分割され、
前記複数の流路は、内周側の流路が、外周側の流路よりも燃料の噴出速度が遅くなるように構成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 請求項1又は2に記載のガスタービン燃焼器において、
前記第1のスワラのガス噴孔内が、第1のガス流路と、外周側の第2のガス流路の2つの流路に分割され、
前記第1のガス流路は、流路面積が最小となる最小断面積部を有すると共に、出口面積が前記最小断面積部の面積よりも大きいことを特徴としたガスタービン燃焼器。 - 請求項3に記載のガスタービン燃焼器において、
前記最小断面積部は、前記第1のガス流路の入口であることを特徴としたガスタービン燃焼器。 - 請求項3又は4に記載のガスタービン燃焼器において、
前記第1のスワラのガス噴孔内に設けた第1のガス流路には、前記第1のスワラの半径方向内周側に向けてガス燃料を噴射するための傾斜角が設けられていることを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 請求項1−5の何れか一項に記載のガスタービン燃焼器において、
前記第1のスワラの半径方向中心部に、液体燃料を微粒化して噴射する油ノズルを配置したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
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