JP2980648B2 - 石炭直接燃焼式ガスタービン装置 - Google Patents
石炭直接燃焼式ガスタービン装置Info
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- F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES
- F23J11/00—Devices for conducting smoke or fumes, e.g. flues
- F23J11/04—Devices for conducting smoke or fumes, e.g. flues in locomotives; in road vehicles; in ships
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
- F02C3/20—Gas-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
- F02C3/26—Gas-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 solid or pulverulent, e.g. in slurry or suspension
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
- F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES
- F23J1/00—Removing ash, clinker, or slag from combustion chambers
- F23J1/08—Liquid slag removal
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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- F23J15/02—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material
- F23J15/022—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material for removing solid particulate material from the gasflow
- F23J15/027—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material for removing solid particulate material from the gasflow using cyclone separators
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Chimneys And Flues (AREA)
- Cyclones (AREA)
- Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
- Gasification And Melting Of Waste (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は石炭直接燃焼式ガスタービン・システムから
廃物又は屑を除去する装置に関し、より詳細には、かか
るガスタービン・システムから、その運転中にスラグを
除去する専用処理装置に関する。
廃物又は屑を除去する装置に関し、より詳細には、かか
るガスタービン・システムから、その運転中にスラグを
除去する専用処理装置に関する。
近来、電力用途の新型石炭燃焼式ガスタービン・シス
テムの開発に力が注がれている。このシステムの一方式
は、特定の放出物制御手段を備えた多段スラッギング燃
焼器を利用するものである。スラッギング燃焼器は、ア
ッシュ含有分が多い原炭又は適度に精製されたユーティ
リティ等級の石炭を使用でき、アッシュ（灰）含有分が
少なく且つ選鉱の度合が高い微粉炭を使用する必要がな
いという特徴があり、かくして燃料費を安く維持でき
る。かかる設計は経済性を考えると、従来型の微粉炭を
用いる汽力発電所よりも一層好ましいものであると考え
られる。
テムの開発に力が注がれている。このシステムの一方式
は、特定の放出物制御手段を備えた多段スラッギング燃
焼器を利用するものである。スラッギング燃焼器は、ア
ッシュ含有分が多い原炭又は適度に精製されたユーティ
リティ等級の石炭を使用でき、アッシュ（灰）含有分が
少なく且つ選鉱の度合が高い微粉炭を使用する必要がな
いという特徴があり、かくして燃料費を安く維持でき
る。かかる設計は経済性を考えると、従来型の微粉炭を
用いる汽力発電所よりも一層好ましいものであると考え
られる。
石炭直接燃焼式燃焼システムの成否はスラッギング燃
焼器自体の有効性で左右される度合が大きい。スラッギ
ング燃焼器は３つの主要な段階又は区分を備えたモジュ
ール形式のユニットである。第１の段階又は区分は一次
燃焼領域又は区画室である。石炭及び予備加熱された圧
縮空気は、燃焼室の周りに等間隔を置いて配置された複
数の注入ノズルを通って同軸状に一次燃焼領域に流入す
る。この同軸状の注入方式により、空気と石炭の良好な
混合及び粒子の迅速な昇温及び脱蔵が促進され、これに
より炭素の完全燃焼（焼尽）時間が最少限に抑えられ
る。
焼器自体の有効性で左右される度合が大きい。スラッギ
ング燃焼器は３つの主要な段階又は区分を備えたモジュ
ール形式のユニットである。第１の段階又は区分は一次
燃焼領域又は区画室である。石炭及び予備加熱された圧
縮空気は、燃焼室の周りに等間隔を置いて配置された複
数の注入ノズルを通って同軸状に一次燃焼領域に流入す
る。この同軸状の注入方式により、空気と石炭の良好な
混合及び粒子の迅速な昇温及び脱蔵が促進され、これに
より炭素の完全燃焼（焼尽）時間が最少限に抑えられ
る。
流入した石炭と空気のジェットは燃焼器の中心線に集
って１つの垂直方向ジェットを形成し、垂直方向ジェッ
トは燃焼器のドームに衝突する。これにより環状又はド
ーナツ状の渦が形成され、かかる渦の作用により火炎の
安定が図られると共に大径のアッシュ及びスラグ粒子が
遠心力で分離する。分離したアッシュ及びスラグは燃焼
器の壁上に安定性のある流動層を形成する。この段階
は、重力が溶融状態のスラグの除去を助長するような垂
直方向の幾何学的形状をしている。一次燃焼領域が燃料
過剰な状態になっていると、燃料に結合した窒素からの
窒素酸化物（NOX）の生成が抑制される。また、かかる
燃料過剰な状態により、硫黄の除去及び捕捉に必要な還
元状態が得られる。硫黄吸収剤、例えば、石灰石、ドロ
マイト、赤鉄鋼、又は磁鉄鋼が一次燃焼領域の下流側端
部に向流状態で注入される。第１の段階は、（サイズが
75ミクロンの粒子につき）約100ミリ秒の石炭粒子滞留
時間が得られるように設計されている。
って１つの垂直方向ジェットを形成し、垂直方向ジェッ
トは燃焼器のドームに衝突する。これにより環状又はド
ーナツ状の渦が形成され、かかる渦の作用により火炎の
安定が図られると共に大径のアッシュ及びスラグ粒子が
遠心力で分離する。分離したアッシュ及びスラグは燃焼
器の壁上に安定性のある流動層を形成する。この段階
は、重力が溶融状態のスラグの除去を助長するような垂
直方向の幾何学的形状をしている。一次燃焼領域が燃料
過剰な状態になっていると、燃料に結合した窒素からの
窒素酸化物（NOX）の生成が抑制される。また、かかる
燃料過剰な状態により、硫黄の除去及び捕捉に必要な還
元状態が得られる。硫黄吸収剤、例えば、石灰石、ドロ
マイト、赤鉄鋼、又は磁鉄鋼が一次燃焼領域の下流側端
部に向流状態で注入される。第１の段階は、（サイズが
75ミクロンの粒子につき）約100ミリ秒の石炭粒子滞留
時間が得られるように設計されている。
石炭直接燃焼式燃焼器の第２の段階又は区分は、第１
の段階に近接して結合された効率の良い衝突形分離器で
ある。衝突形分離器は、一次燃焼領域からガスによりキ
ャリオーバされた粒子（かかる粒子は吸収剤であろうと
アッシュの微粒子であろうとかまわない）を除去する。
の段階に近接して結合された効率の良い衝突形分離器で
ある。衝突形分離器は、一次燃焼領域からガスによりキ
ャリオーバされた粒子（かかる粒子は吸収剤であろうと
アッシュの微粒子であろうとかまわない）を除去する。
粒子の環境基準に関する政府の規制に対応するため、
衝突形分離器と組合わせてスラッギング・サイクロン分
離器を用いることが提案されている。これについては、
1988年６月14日に開催の熱機関契約者会議において提出
された論文ディール（Diehl）他著「新型石炭燃焼式ガ
スタービン用燃焼器の開発（Development of an Advanc
ed Coal−Fired Gas Turbine Combustor）」（AVCO・リ
サーチ・ラボラトリー）及び1988年12月に開催された米
国機械工学学会の冬期定例会合で提出されたロフタス
（Loftus）他著「ガスタービン用石灰燃焼器の設計にお
ける3D数値モデルの使用（The Use of 3−D Numerial M
odelling in the Design of a Gas Turbine Coal Combu
stor）」（AVCO・リサーチ・ラボラトリー）を参照され
たい。このようにスラグとアッシュの除去を組合わせる
ことにより、第３段階への入口ガスの清浄化が一段と促
進される。（第３段階は、二次燃焼領域とも呼ばれてい
る）。しかしながら、ガスは、衝突形分離器の出口と二
次燃焼領域の入口との間に別途設けられているサイクロ
ン分離器を含む圧力容器の比較的広い低温状態の表面上
を流れるので著しく大きな熱損失が生じる。追加の圧力
容器は衝突形分離器を出た高温のガスを受入れることが
できるよう水冷になっていて且つ耐火物で内張りされて
いるので、サイクルからの熱損失がかなり余計に生じ
る。更に、衝突形分離器とサイクロン分離器を併用する
と、大型の圧力容器を使用しなければならず、これに伴
う費用及び保守が余計に必要になる。
衝突形分離器と組合わせてスラッギング・サイクロン分
離器を用いることが提案されている。これについては、
1988年６月14日に開催の熱機関契約者会議において提出
された論文ディール（Diehl）他著「新型石炭燃焼式ガ
スタービン用燃焼器の開発（Development of an Advanc
ed Coal−Fired Gas Turbine Combustor）」（AVCO・リ
サーチ・ラボラトリー）及び1988年12月に開催された米
国機械工学学会の冬期定例会合で提出されたロフタス
（Loftus）他著「ガスタービン用石灰燃焼器の設計にお
ける3D数値モデルの使用（The Use of 3−D Numerial M
odelling in the Design of a Gas Turbine Coal Combu
stor）」（AVCO・リサーチ・ラボラトリー）を参照され
たい。このようにスラグとアッシュの除去を組合わせる
ことにより、第３段階への入口ガスの清浄化が一段と促
進される。（第３段階は、二次燃焼領域とも呼ばれてい
る）。しかしながら、ガスは、衝突形分離器の出口と二
次燃焼領域の入口との間に別途設けられているサイクロ
ン分離器を含む圧力容器の比較的広い低温状態の表面上
を流れるので著しく大きな熱損失が生じる。追加の圧力
容器は衝突形分離器を出た高温のガスを受入れることが
できるよう水冷になっていて且つ耐火物で内張りされて
いるので、サイクルからの熱損失がかなり余計に生じ
る。更に、衝突形分離器とサイクロン分離器を併用する
と、大型の圧力容器を使用しなければならず、これに伴
う費用及び保守が余計に必要になる。
スラッギングが生じるためには、燃焼室全体の内部温
度、特に壁の温度は、石炭の性状にもよるが約1427℃
（2600゜F）を下回ってはならない。このような温度
は、適度な空燃比を用い、耐火壁を適当な設計にすると
共に、石炭と空気を反応状態で混合させるに十分な滞留
時間を取ることによって得られる。
度、特に壁の温度は、石炭の性状にもよるが約1427℃
（2600゜F）を下回ってはならない。このような温度
は、適度な空燃比を用い、耐火壁を適当な設計にすると
共に、石炭と空気を反応状態で混合させるに十分な滞留
時間を取ることによって得られる。
スラッギング燃焼器の第３段階又は区分において、完
全燃焼が達成され、燃焼ガスはタービン入口の各種要件
に合致するよう調質される。この段階は好ましくは、最
初の２つの段階で見られるような圧力シェルを備えた単
一のモジュールから成る。排気系統内の耐火物粒子がタ
ービンに達する恐れを無くするため、この区分には耐火
物の内張りが施されていない。燃焼及び稀釈用の空気が
２列に配置された注入管を通って導入され、各列につき
約16本の注入管が円周方向に間隔を置いて配置されてい
る。初期の設計の石炭直接燃焼式ガスタービン装置は大
抵の場合につき大いに期待できたけれども、ガスを二次
燃焼領域に送り込む前に、スラグ粒子及びアッシュを除
去する一層有効な方法が現在要望されている。
全燃焼が達成され、燃焼ガスはタービン入口の各種要件
に合致するよう調質される。この段階は好ましくは、最
初の２つの段階で見られるような圧力シェルを備えた単
一のモジュールから成る。排気系統内の耐火物粒子がタ
ービンに達する恐れを無くするため、この区分には耐火
物の内張りが施されていない。燃焼及び稀釈用の空気が
２列に配置された注入管を通って導入され、各列につき
約16本の注入管が円周方向に間隔を置いて配置されてい
る。初期の設計の石炭直接燃焼式ガスタービン装置は大
抵の場合につき大いに期待できたけれども、ガスを二次
燃焼領域に送り込む前に、スラグ粒子及びアッシュを除
去する一層有効な方法が現在要望されている。
ガスタービン装置は高圧、即ち10、12、又は14気圧で
作動するので、本発明の目的は、システム内の高圧作動
流体の損失を最少限に抑えると共に、効率を高く維持す
るために比較的短時間で且つ熱及びガスの損失を最少限
に抑えた状態でガスタービン装置から多量のスラッギン
グ生成物を排出できるスラグ除去システムを提供するこ
とにある。
作動するので、本発明の目的は、システム内の高圧作動
流体の損失を最少限に抑えると共に、効率を高く維持す
るために比較的短時間で且つ熱及びガスの損失を最少限
に抑えた状態でガスタービン装置から多量のスラッギン
グ生成物を排出できるスラグ除去システムを提供するこ
とにある。
この目的に鑑みて、本発明の要旨は、圧縮空気の存在
下で石炭を燃焼させて高温燃焼ガスと廃物、例えば溶融
スラグとを生ぜしめる一次燃焼領域と、発電用ガスター
ビンに結合されていて、高温燃焼ガスを空気過剰な状態
で燃焼させる二次燃焼領域とを有する石炭直接燃焼式ガ
スタービン装置において、一次燃焼領域と二次燃焼領域
との間で、該燃焼領域と加圧連通状態に配設されてい
て、廃物を高温燃焼ガスから除去する分離手段を有し、
分離手段は、溶融スラグが二次燃料領域に流入する前に
少なくとも溶融スラグの一部を高温燃焼ガスから分離す
る衝突形分離器を有し、前記石炭直接燃焼式ガスタービ
ン装置はさらに、分離手段と連携して設けられていて、
衝突形分離器で除去された溶融スラグを凝固させる急冷
手段と、凝固した前記スラグをガスタービン装置から除
去し易いように凝固状態のスラグからスラリを形成する
処理手段とを有し、急冷手段は、溶融スラグの凝固促進
のため溶融スラグに水を噴霧するノズルと、衝突形分離
器の下に位置していて、凝固状態のスラグを受け入れる
水槽とを有することを特徴とする石炭直接燃焼式ガスタ
ービン装置にある。
下で石炭を燃焼させて高温燃焼ガスと廃物、例えば溶融
スラグとを生ぜしめる一次燃焼領域と、発電用ガスター
ビンに結合されていて、高温燃焼ガスを空気過剰な状態
で燃焼させる二次燃焼領域とを有する石炭直接燃焼式ガ
スタービン装置において、一次燃焼領域と二次燃焼領域
との間で、該燃焼領域と加圧連通状態に配設されてい
て、廃物を高温燃焼ガスから除去する分離手段を有し、
分離手段は、溶融スラグが二次燃料領域に流入する前に
少なくとも溶融スラグの一部を高温燃焼ガスから分離す
る衝突形分離器を有し、前記石炭直接燃焼式ガスタービ
ン装置はさらに、分離手段と連携して設けられていて、
衝突形分離器で除去された溶融スラグを凝固させる急冷
手段と、凝固した前記スラグをガスタービン装置から除
去し易いように凝固状態のスラグからスラリを形成する
処理手段とを有し、急冷手段は、溶融スラグの凝固促進
のため溶融スラグに水を噴霧するノズルと、衝突形分離
器の下に位置していて、凝固状態のスラグを受け入れる
水槽とを有することを特徴とする石炭直接燃焼式ガスタ
ービン装置にある。
分離手段は好ましくは、一次燃焼領域と二次燃焼領域
との間に配置されたサイクロン分離器であり、これら燃
焼領域と加圧連通状態にある。かかるサイクロン分離器
は更に、少なくとも高温燃焼ガスから溶融スラグの一部
を分離する一体に設けられた衝突形分離手段を有する。
との間に配置されたサイクロン分離器であり、これら燃
焼領域と加圧連通状態にある。かかるサイクロン分離器
は更に、少なくとも高温燃焼ガスから溶融スラグの一部
を分離する一体に設けられた衝突形分離手段を有する。
本発明の内容は、添付の図面に例示的に示すに過ぎな
い好ましい実施例の以下の説明を読むと一層容易に明ら
かになろう。
い好ましい実施例の以下の説明を読むと一層容易に明ら
かになろう。
今第１図を参照すると、石炭直接燃焼式ガスタービン
装置100が、一次燃焼領域（燃料過剰）10、衝突形スラ
グ分離器区分20、最終燃料領域（空気過剰）30、ガスタ
ービン又は燃料タービン40、急冷装置50、スラリ処理装
置60及び再循環系統70を有している。
装置100が、一次燃焼領域（燃料過剰）10、衝突形スラ
グ分離器区分20、最終燃料領域（空気過剰）30、ガスタ
ービン又は燃料タービン40、急冷装置50、スラリ処理装
置60及び再循環系統70を有している。
一次燃焼領域10は空気と石炭を一次燃焼領域に注入す
るインゼクタ11を有する。一次燃焼領域10はまた、硫黄
吸収剤、例えば石灰石、ドロマイト、赤鉄鉱、磁鉄鉱等
を受け入れる吸収剤ポート12を有するのが良い。インゼ
クタ11は好ましくは、燃焼器の周りに等間隔を置いて配
設された４つの別々の同軸注入ノズルのうちの１つであ
る。同軸状の注入方式により、反応体の良好な混合及び
石炭粒子の急速な昇温及び脱蔵が促進される。流入ジェ
ットは、燃焼器の中心線の近傍で合流して垂直方向に向
くジェットを形成し、かかるジェットは燃焼器ドームの
頂部に位置する淀み領域に当る。ジェットは反作用を受
けて向きを転じて壁に沿って流れる半径方向のジェット
となり、ドームの隅で環状又はドーナツ状の渦を形成す
る。ドーナツ状の渦の作用により、注入中の石炭及び空
気の流れと高温燃焼生成物が混合し、かくして好ましい
着火特性が得られると共に高効率で、迅速且つ安定な燃
焼が促進される。ジェットの衝突及び上部ドーム内にお
ける再循環渦流の半径方向の加速は、燃焼ガスから粒子
を慣性によって分離してスラッギング壁に当てるための
根本的なしくみである。通常は、アッシュ材料と一緒に
壁に付着している大径のチャー粒子のうち少量が壁面上
で燃焼する。燃焼生成物は亜音速流れとなってドームか
ら出る。
るインゼクタ11を有する。一次燃焼領域10はまた、硫黄
吸収剤、例えば石灰石、ドロマイト、赤鉄鉱、磁鉄鉱等
を受け入れる吸収剤ポート12を有するのが良い。インゼ
クタ11は好ましくは、燃焼器の周りに等間隔を置いて配
設された４つの別々の同軸注入ノズルのうちの１つであ
る。同軸状の注入方式により、反応体の良好な混合及び
石炭粒子の急速な昇温及び脱蔵が促進される。流入ジェ
ットは、燃焼器の中心線の近傍で合流して垂直方向に向
くジェットを形成し、かかるジェットは燃焼器ドームの
頂部に位置する淀み領域に当る。ジェットは反作用を受
けて向きを転じて壁に沿って流れる半径方向のジェット
となり、ドームの隅で環状又はドーナツ状の渦を形成す
る。ドーナツ状の渦の作用により、注入中の石炭及び空
気の流れと高温燃焼生成物が混合し、かくして好ましい
着火特性が得られると共に高効率で、迅速且つ安定な燃
焼が促進される。ジェットの衝突及び上部ドーム内にお
ける再循環渦流の半径方向の加速は、燃焼ガスから粒子
を慣性によって分離してスラッギング壁に当てるための
根本的なしくみである。通常は、アッシュ材料と一緒に
壁に付着している大径のチャー粒子のうち少量が壁面上
で燃焼する。燃焼生成物は亜音速流れとなってドームか
ら出る。
燃焼器の第２の段階は、一次燃焼領域190に近接して
統合された衝突形分離器区分20から成る。一次燃焼領域
10を出た燃焼過剰のガスはノズル13を通って加速され
て、流れと垂直に配向した補集プレート22又は中心本体
に差し向けられる。大きすぎてガスの流線に沿って流れ
ることができない粒子は補集プレート22に当ってガス流
から分離する。スラグ21は補集プレート22に沿って流下
し、ガスは補集プレート22の上方位置で流出する。
統合された衝突形分離器区分20から成る。一次燃焼領域
10を出た燃焼過剰のガスはノズル13を通って加速され
て、流れと垂直に配向した補集プレート22又は中心本体
に差し向けられる。大きすぎてガスの流線に沿って流れ
ることができない粒子は補集プレート22に当ってガス流
から分離する。スラグ21は補集プレート22に沿って流下
し、ガスは補集プレート22の上方位置で流出する。
溶融スラグ21は、衝突形分離器20を出ると、急冷域50
の複数のノズル51によって水で急冷される。これにより
スラグは冷却されて実質的に固形の小片54になる。これ
ら固形物54は水槽53の中に落下する。水槽53の底部に配
設された移動チェーンコンベア62がスラグ54の塊体をス
ラリ処理装置60の中に配設された一連のローラ・クラッ
シャ61へ移動させる。粉砕されたスラグは、好ましくは
羽根車63によって水中でスラリ状になり、圧力降下弁64
を通ってスラリ処理装置から出て大気圧の状態に戻され
る。本発明のもう１つの実施例では、圧力降下弁64を出
たスラリは再循環系統70に送り込まれる。スラリは好ま
しくはポンプ75により沈降タンク71内に圧送される。沈
降タンク71は、スラグを除去すると共に水をシステムに
再循環できるようスラグ粒子73から水72を分離する。屑
又は廃物としてのスラグを路上走行車または鉄道車両74
またはそれと均等なコンベア或いは輸送手段で除去する
のが良い。再循環した水をポンプ76,78によって圧送
し、熱交換器77を経てスラリ形成段階或いは溶融スラグ
21の急冷のためのノズル51に戻すのが良い。
の複数のノズル51によって水で急冷される。これにより
スラグは冷却されて実質的に固形の小片54になる。これ
ら固形物54は水槽53の中に落下する。水槽53の底部に配
設された移動チェーンコンベア62がスラグ54の塊体をス
ラリ処理装置60の中に配設された一連のローラ・クラッ
シャ61へ移動させる。粉砕されたスラグは、好ましくは
羽根車63によって水中でスラリ状になり、圧力降下弁64
を通ってスラリ処理装置から出て大気圧の状態に戻され
る。本発明のもう１つの実施例では、圧力降下弁64を出
たスラリは再循環系統70に送り込まれる。スラリは好ま
しくはポンプ75により沈降タンク71内に圧送される。沈
降タンク71は、スラグを除去すると共に水をシステムに
再循環できるようスラグ粒子73から水72を分離する。屑
又は廃物としてのスラグを路上走行車または鉄道車両74
またはそれと均等なコンベア或いは輸送手段で除去する
のが良い。再循環した水をポンプ76,78によって圧送
し、熱交換器77を経てスラリ形成段階或いは溶融スラグ
21の急冷のためのノズル51に戻すのが良い。
スラグ分離器の頂部において、スラグ粒子が除去され
た高温ガスは、最終の燃焼領域、即ち空気過剰の燃焼領
域30へ進む。ここで高温ガスは、筒形燃焼器内のベルマ
ウス・スクープ35を通って付加的に流入する圧縮機排出
空気34と混合され、再び着火されて今度は稀薄（空気過
剰）燃焼モードで完全燃焼する。ガスタービンの圧縮機
の出口（図示せず）からの排出空気は、ガスタービンの
外筒42により包囲された環状体45の中へ流入し、この環
状体45は空気を環状のダクト43に搬送する。圧縮機から
の排出空気は、ノズル31から取出され、管（図示せず）
を通ってインゼクタ11に戻されて一次燃焼領域10で用い
られる。最終燃焼領域30の燃焼室32から出た燃焼ガス33
は次に、金属製外筒46により包囲された環状ダクト41に
進み、この環状ダクト41は燃焼ガス33を膨張区分の入口
へ運ぶ。第１図では図示していないが、第２のスラッギ
ング燃焼器が設けられており、このスラッギング燃焼器
は図示の第１のスラッギング燃焼器と鏡映関係にある。
燃焼ガス44は第２のスラッギング燃焼器から受け取られ
る。ガスタービンの圧縮機43から出る圧縮空気のうち約
半分は第２のスラッギング燃焼器（図示せず）に送られ
る。
た高温ガスは、最終の燃焼領域、即ち空気過剰の燃焼領
域30へ進む。ここで高温ガスは、筒形燃焼器内のベルマ
ウス・スクープ35を通って付加的に流入する圧縮機排出
空気34と混合され、再び着火されて今度は稀薄（空気過
剰）燃焼モードで完全燃焼する。ガスタービンの圧縮機
の出口（図示せず）からの排出空気は、ガスタービンの
外筒42により包囲された環状体45の中へ流入し、この環
状体45は空気を環状のダクト43に搬送する。圧縮機から
の排出空気は、ノズル31から取出され、管（図示せず）
を通ってインゼクタ11に戻されて一次燃焼領域10で用い
られる。最終燃焼領域30の燃焼室32から出た燃焼ガス33
は次に、金属製外筒46により包囲された環状ダクト41に
進み、この環状ダクト41は燃焼ガス33を膨張区分の入口
へ運ぶ。第１図では図示していないが、第２のスラッギ
ング燃焼器が設けられており、このスラッギング燃焼器
は図示の第１のスラッギング燃焼器と鏡映関係にある。
燃焼ガス44は第２のスラッギング燃焼器から受け取られ
る。ガスタービンの圧縮機43から出る圧縮空気のうち約
半分は第２のスラッギング燃焼器（図示せず）に送られ
る。
第２図及び第３図を参照すると、タービン装置の一次
燃焼区画室と二次燃焼区画室との間に配設されたサイク
ロン分離器が正面図及び側面図で示されている。かかる
サイクロン分離器120は、一次燃焼領域110の高温燃焼ガ
スから溶融スラグを分離する一体の衝突形分離器130を
有している。不完全燃焼状態の燃料ガスはノズルを通っ
て高速で一次燃焼領域110から出る。かかる燃焼ガスは
好ましくは、水冷式の耐火物被覆デフレクタ132に衝突
する。デフレクタ132はガス流の方向を急変させること
によりスラグの大部分を分離する。スラグ115がデフレ
クタ132を流下してサイクロン分離器120の耐火壁に至
り、次いで第１図を参照して説明したようなスラグ処理
装置117に到達する。
燃焼区画室と二次燃焼区画室との間に配設されたサイク
ロン分離器が正面図及び側面図で示されている。かかる
サイクロン分離器120は、一次燃焼領域110の高温燃焼ガ
スから溶融スラグを分離する一体の衝突形分離器130を
有している。不完全燃焼状態の燃料ガスはノズルを通っ
て高速で一次燃焼領域110から出る。かかる燃焼ガスは
好ましくは、水冷式の耐火物被覆デフレクタ132に衝突
する。デフレクタ132はガス流の方向を急変させること
によりスラグの大部分を分離する。スラグ115がデフレ
クタ132を流下してサイクロン分離器120の耐火壁に至
り、次いで第１図を参照して説明したようなスラグ処理
装置117に到達する。
デフレクタ132を出た後、高温のガスはサイクロン分
離器内で下方に螺線運動を行ない遠心力によりスラグ及
び粒状物をスラグで被覆された状態にある壁に向って更
に放出する。ガスは、粒子の除去後、サイクロン分離器
の頂部に戻り、渦の方向に配向して設けられた出口管12
2を通って出る。サイクロン分離器120を出た後、ガスは
向きを変えて空気過剰の燃焼領域125に流入し、ここで
空気が追加されて燃焼が完結する。空気過剰の燃焼領域
125からの高温燃焼生成物は次に、第１図を参照して上
述したようにガスタービンの膨張区分に進む。
離器内で下方に螺線運動を行ない遠心力によりスラグ及
び粒状物をスラグで被覆された状態にある壁に向って更
に放出する。ガスは、粒子の除去後、サイクロン分離器
の頂部に戻り、渦の方向に配向して設けられた出口管12
2を通って出る。サイクロン分離器120を出た後、ガスは
向きを変えて空気過剰の燃焼領域125に流入し、ここで
空気が追加されて燃焼が完結する。空気過剰の燃焼領域
125からの高温燃焼生成物は次に、第１図を参照して上
述したようにガスタービンの膨張区分に進む。
第１図は、衝突形スラグ分離器、溶融スラグを凝固して
これからスラリを形成する急冷及び処理装置、水を節約
するための沈降タンク及び再循環系統を含む石炭直接燃
焼式ガスタービン装置の略図である。 第２図は、一体の衝突形分離器を備えたサイクロン分離
手段を含む石炭直接燃焼式ガスタービン装置の部分正面
略図である。 第３図は、第２図のガスタービン装置の部分側面略図で
ある。 10……一次燃焼領域、20……衝突形スラグ分離器、30…
…最終燃焼領域、40……ガスタービン、50……急冷装
置、60……スラリ処理装置、70……サイクロン循環系
統、100……石炭直接燃焼式ガスタービン装置、120……
再分離器。
これからスラリを形成する急冷及び処理装置、水を節約
するための沈降タンク及び再循環系統を含む石炭直接燃
焼式ガスタービン装置の略図である。 第２図は、一体の衝突形分離器を備えたサイクロン分離
手段を含む石炭直接燃焼式ガスタービン装置の部分正面
略図である。 第３図は、第２図のガスタービン装置の部分側面略図で
ある。 10……一次燃焼領域、20……衝突形スラグ分離器、30…
…最終燃焼領域、40……ガスタービン、50……急冷装
置、60……スラリ処理装置、70……サイクロン循環系
統、100……石炭直接燃焼式ガスタービン装置、120……
再分離器。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F02C 3/26,3/28
Claims (6)
- 【請求項１】圧縮空気の存在下で石炭を燃焼させて高温
燃焼ガスと廃物、例えば溶融スラグとを生ぜしめる一次
燃焼領域と、発電用ガスタービンに結合されていて、高
温燃焼ガスを空気過剰な状態で燃焼させる二次燃焼領域
とを有する石炭直接燃焼式ガスタービン装置において、
一次燃焼領域と二次燃焼領域との間で、該燃焼領域と加
圧連通状態に配設されていて、廃物を高温燃焼ガスから
除去する分離手段を有し、分離手段は、溶融スラグが二
次燃料領域に流入する前に少なくとも溶融スラグの一部
を高温燃焼ガスから分離する衝突形分離器を有し、前記
石炭直接燃焼式ガスタービン装置はさらに、分離手段と
連携して設けられていて、衝突形分離器で除去された溶
融スラグを凝固させる急冷手段と、凝固した前記スラグ
をガスタービン装置から除去し易いように凝固状態のス
ラグからスラリを形成する処理手段とを有し、急冷手段
は、溶融スラグの凝固促進のため溶融スラグに水を噴霧
するノズルと、衝突形分離器の下に位置していて、凝固
状態のスラグを受け入れる水槽とを有することを特徴と
する石炭直接燃焼式ガスタービン装置。 - 【請求項２】処理手段は、凝固状態のスラグを粉砕して
スラグ粒子の状態にする粉砕手段と、凝固状態のスラグ
を粉砕手段に移送するコンベヤとを有することを特徴と
する請求項第（１）項記載の石炭直接燃焼式ガスタービ
ン装置。 - 【請求項３】石炭直接燃焼式ガスタービン装置は、該ガ
スタービン装置内では大気圧よりも高い運転圧力に維持
され、スラリをガスタービン装置から大気圧の環境へ放
出する圧力降下弁が設けられていることを特徴とする請
求項第（１）項又は第（２）項記載の石炭直接燃焼式ガ
スタービン装置。 - 【請求項４】スラリを圧力降下弁から受け入れて実質的
に水とスラグ粒子に分離する沈降タンクが、スラグ処理
手段と連携して設けられていることを特徴とする請求項
（３）項記載の石炭直接燃焼式ガスタービン装置。 - 【請求項５】水の一部を沈降タンクからノズル又はスラ
リ形成手段に圧送する再循環手段が設けられていること
を特徴とする請求項第（４）項記載の石炭直接燃焼式ガ
スタービン装置。 - 【請求項６】分離手段は、水冷式の耐火物の内張りが施
された内壁を備える圧力容器を有するサイクロン分離器
であり、衝突形分離器は圧力容器内に配設され、衝突形
分離器は、一次燃焼領域からの溶融スラグが衝突し、そ
して溶融スラグを圧力容器の内壁に当てるよう配設され
た水冷式の耐火性表面を備えたデフレクタを有し、圧力
容器は更に、衝突形分離器の下方で圧力容器内に位置し
ていて、圧力容器から流出した高温ガスを受け入れる開
口端を備えた渦ファインダ出口管を有することを特徴と
する請求項第（１）項〜第（５）項のうちいずれか一つ
の項に記載の石炭直接燃焼式ガスタービン装置。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/404,396 US4960056A (en) | 1989-09-08 | 1989-09-08 | Slag processing system for direct coal-fired gas turbines |
| US07/410,400 US4961389A (en) | 1989-09-08 | 1989-09-21 | Slag processing system for direct coal-fired gas turbines |
| US404,396 | 1989-09-21 | ||
| US410,400 | 1989-09-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03100333A JPH03100333A (ja) | 1991-04-25 |
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| JP (1) | JP2980648B2 (ja) |
| KR (1) | KR0170372B1 (ja) |
| AR (1) | AR244395A1 (ja) |
| AU (1) | AU623998B2 (ja) |
| CA (1) | CA2016698A1 (ja) |
| DE (1) | DE69002566T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US5148669A (en) * | 1990-11-05 | 1992-09-22 | A. Ahlstrom Corporation | Detection of particulates in a hot gas flow |
| US5255506A (en) * | 1991-11-25 | 1993-10-26 | General Motors Corporation | Solid fuel combustion system for gas turbine engine |
| WO1998021522A1 (en) | 1996-11-12 | 1998-05-22 | Westinghouse Electric Corporation | Coal combustion system with gas cooled walls, and method thereof |
| US5964085A (en) | 1998-06-08 | 1999-10-12 | Siemens Westinghouse Power Corporation | System and method for generating a gaseous fuel from a solid fuel for use in a gas turbine based power plant |
| US7908841B2 (en) * | 2008-10-08 | 2011-03-22 | General Electric Company | Gasifier and cyclone separator for coal combustion |
| RU2462663C1 (ru) * | 2011-02-24 | 2012-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" | Осадительная камера (варианты) |
| US9005322B2 (en) * | 2011-07-12 | 2015-04-14 | National Institute Of Clean And Low-Carbon Energy (Nice) | Upgrading coal and other carbonaceous fuels using a lean fuel gas stream from a pyrolysis step |
| US9327320B1 (en) | 2015-01-29 | 2016-05-03 | Green Search, LLC | Apparatus and method for coal dedusting |
| RU2609268C1 (ru) * | 2015-10-27 | 2017-02-01 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГАОУ ВО "ЮУрГУ" (НИУ)) | Призматическая осадительная камера |
Citations (2)
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| US4800825A (en) | 1987-08-31 | 1989-01-31 | Trw Inc. | Slagging-combustor sulfur removal process and apparatus |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB675583A (en) * | 1948-09-04 | 1952-07-16 | Bbc Brown Boveri & Cie | Thermal power plant operated with gas produced from solid fuel |
| US4046541A (en) * | 1976-05-26 | 1977-09-06 | Union Carbide Corporation | Slag quenching method for pyrolysis furnaces |
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| DE3511958A1 (de) * | 1985-04-02 | 1986-10-16 | AJO-Stahlbau GmbH & Co KG, 5905 Freudenberg | Verfahren und einrichtung zum herstellen von schlackensand (granulat) aus hochofenschlacke |
| US4722483A (en) * | 1986-08-14 | 1988-02-02 | Texasgulf Minerals And Metals, Inc. | Apparatus and method for fragmenting slag |
| GB2197390A (en) * | 1986-10-30 | 1988-05-18 | Shell Int Research | Process and apparatus for the recovery of energy from flue gases |
-
1989
- 1989-09-21 US US07/410,400 patent/US4961389A/en not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-05-14 CA CA002016698A patent/CA2016698A1/en not_active Abandoned
- 1990-05-15 EP EP90109133A patent/EP0416209B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-05-15 DE DE90109133T patent/DE69002566T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-05-24 AU AU55835/90A patent/AU623998B2/en not_active Ceased
- 1990-05-31 AR AR90316993A patent/AR244395A1/es active
- 1990-06-01 KR KR1019900008101A patent/KR0170372B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1990-07-06 JP JP2180365A patent/JP2980648B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1990-07-25 MX MX021724A patent/MX170379B/es unknown
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4768446A (en) | 1987-04-09 | 1988-09-06 | General Motors Corporation | Coal combustion system |
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| Publication number | Publication date |
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| AR244395A1 (es) | 1993-10-29 |
| MX170379B (es) | 1993-08-18 |
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| EP0416209A2 (en) | 1991-03-13 |
| KR910006664A (ko) | 1991-04-29 |
| AU5583590A (en) | 1991-03-14 |
| DE69002566T2 (de) | 1993-11-18 |
| CA2016698A1 (en) | 1991-03-08 |
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| US4961389A (en) | 1990-10-09 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |