JP3995067B2 - ガスタービン用のバーナ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン用のバーナ装置であって、ガスタービンのプレナムに配置された少なくとも１つのバーナが設けられており、該バーナが内部に位置する噴射室で燃焼室に開口していて、かつ外側においてガスタービンの圧縮段からの圧力空気を供給されるようになっており、バーナに、液体燃料及び／又は気体燃料を選択的に供給するための燃料ランスが配属されており、該燃料ランスが中央の液体燃料管と、該液体燃料管を同心的に取り囲むパイロットガス管とを有しており、液体燃料管及びパイロットガス管が、燃料ランスの先端におけるランスヘッドにおいて、所属の流出開口において終わっており、燃料ランスのランスヘッドが、噴射室と接続しているバーナの内管に導入可能である形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このようなバーナ装置は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第４３０６９５６号明細書に基づいて公知である。
【０００３】
発電所における定置のガスタービンのためには、差込み可能なバーナランスによって外部から燃料が供給されるいわゆるダブルコーンバーナを備えた燃焼室が有利である、ということは以前から知られている（ドイツ連邦共和国特許出願公開第４３０６９５６号明細書参照）。バーナランスはこの場合多くは、２燃料ランス（dual fuel lance）として設計されており、つまりバーナランスにおいて選択的に、気体燃料（パイロットガス）及び液体燃料（通常はオイル・水混合物）を供給することができる。そのためにランスには同心的に適宜な管（液体燃料管、パイロットガス管）が配置されており、これらの管はガス及び液体燃料のための通路を形成している。これらの通路は、（ランスヘッドにおける）ランス先端において、各燃料のための所属の流出開口で終わっている。ランスはランスヘッドでバーナの対応する内管に差し込まれているので、進出する燃料は、内管に接続する噴射室内に達する。
【０００４】
通常のオイル運転中には、燃料ランスの内部の液体燃料管（液体燃料通路）内をオイル・水混合物が流れる。これに対して始動段階ではガス運転においてパイロットガスが、液体燃料管とパイロットガス管との間におけるリング状のパイロットガス通路を流れる。両燃料通路のうちの一方は、この場合常に運転されていない。それどころか両方の通路が同時に使用されないようなこともある。
【０００５】
使用されていない通路においては、バーナの噴射室に対する必要な過圧が欠けているので、次のような現象の生じることがある。すなわち高温のガス又は高温のオイルがバーナから、使用されていない通路に侵入し、燃料ランスの機能を時々又は持続的に損なってしまう。したがって、このような高温のガス又はオイルの侵入を簡単な形式で確実に阻止することができるバーナ装置が望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ゆえに本発明の課題は、バーナからバーナランスの使用されていない燃料通路への高温のガス又は高温のオイルの侵入を、確実かつ安価に阻止することができるバーナ装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の構成では、冒頭に述べた形式のバーナ装置において、液体燃料管及びパイロットガス管の不使用時にこれらの管の流出開口に高温のガス及び／又は高温の液体燃料が侵入することを防止するために、ランスヘッドにおいて液体燃料管及びパイロットガス管の流出開口の直ぐ近くに、付加的な開口が設けられており、該開口を通して圧力空気が噴射室に流入するようになっており、さらに、バーナを取り囲むプレナムから付加的な開口に圧力空気を導く手段が設けられている。
【０００８】
【発明の効果】
このように構成されていると、ランスヘッドにおいて燃料管の流出開口の直ぐ近くに、流出開口への逆流を確実に阻止する空気シールドが生ぜしめられる。このために必要な圧力空気は直接バーナにおいて該バーナを取り囲むプレナムから取り出されるので、ランスにおける付加的な導管及びランスに通じる付加的な導管や、所属の接続部、弁及びこれに類したものは不要である。
【０００９】
本発明によるバーナ装置の有利な構成では、圧力空気を導く手段が中間室を有しており、該中間室が流れ方向で見てランスヘッドの前でバーナの内管とパイロットガス管との間に配置されており、中間室が、外側からバーナを貫いて内管に通じる少なくとも１つの流入孔を介して、バーナを取り囲むプレナムと接続されており、中間室が、ランスヘッドを貫いて延びる少なくとも１つの圧力空気通路を介して付加的な開口と接続されており、中間室がリング状に形成されていて、パイロットガス管を同心的に取り囲んでいる。中間室を簡単に形成するための有利な構成では、ランスの（外側の）パイロットガス管が流れ方向で見てランスヘッドの前でその外径を、バーナの内管に対して著しく減じられている。流入孔及び圧力通路は、バーナもしくはランスヘッドにおいて極めてわずかなしか必要としない。
【００１０】
本発明によるバーナ装置の別の有利な構成では、複数の流入孔がバーナ軸線もしくはランス軸線の周りに分配されて配置されており、複数の圧力空気通路がバーナ軸線もしくはランス軸線の周りに分配されて配置されており、しかも圧力空気通路が流れ方向において、バーナ軸線もしくはランス軸線に向かって斜めに延びている。バーナ装置をこのように構成することによって、特に均一かつ形状安定性の空気シールドが生ぜしめられる。
【００１１】
本発明の別の有利な構成では、液体燃料のための流出開口がランスヘッドにおいて中央に配置されており、付加的な開口がランスヘッドにおいてリング開口として形成されていて、該リング開口が、液体燃料のための中央の流出開口を同心的に取り囲んでいる。このように構成されていると、液体燃料のための中央の流出部をリング状に取り囲んで遮蔽する空気周壁が生ぜしめられる。
【００１２】
このような構成における択一的な第１の構成では、パイロットガスのための複数の流出開口がバーナ軸線もしくはランス軸線の周りに分配配置されており、流出開口がリング開口に開口している。このように構成されていると、両方の燃料にための流出開口をその不使用時に簡単に遮蔽することができる。
【００１３】
択一的な第２の構成では、パイロットガスのための複数の流出開口がバーナ軸線もしくはランス軸線の周りに分配配置されており、流出開口がリング開口の外側に位置している。このように構成されていると、使用されない流出開口を遮蔽するのみならず、液体燃料のための内側に位置する流出開口とパイロットガスのための外側に位置する流出開口との間に形成されるエアーカーテンを用いた分離が達成される。
【００１４】
別の有利な構成はその他の請求項に記載されている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に図面につき本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１は、本発明によるバーナ装置の第１実施例を示す縦断面図である。バーナ装置１は、図示の実施例ではダブルコーンバーナ（Doppelkegelbrenner）として形成されたバーナ２を有している。バーナ２は噴射室８を取り囲んでおり、この噴射室８は、図示されていない燃焼室に開口している（ドイツ連邦共和国特許出願公開第４３０６９５６号明細書参照）。バーナは外側においてガスタービンのプレナム７によって取り囲まれており、このプレナム７には、ガスタービンの圧縮段からの圧力空気が供給される。バーナ２の中心には内管６が配置されており、この内管６には、外管１０とランス先端とを備えた燃料ランス９が差し込まれている。そしてこの燃料ランス９は、パイロットガス管１１の端部と該端部に続くランスヘッド１２とを有している。バーナ２はさらに、外側に位置する主ガス通路３，４（図２も参照）を有しており、これらの主ガス通路３，４を通して主ガスは導かれ、そして多数の流入開口５（図面を見やすくするために図１においてはそのうちの５つの流入開口だけが示されている）を通して噴射室８内に吹き込まれる。
【００１７】
パイロットガス管１１の外径は、内管６の内径に対して（少なくともランスヘッド１２の直後において）明らかに減じられているので、パイロットガス管１１と内管６との間にはリング状の中間室１３が生ぜしめられている。この中間室１３には、図２に示された横断面から明らかなように、対向して位置する２つの流入孔１４，１５を通して、バーナを取り囲むプレナム７から圧力空気が流入することができ、この圧力空気はそこでランスヘッド１２の進出領域において空気シールドを形成するために利用される。空気シールドの形成は種々様々な形式で行うことができ、以下においては、ランスヘッド１２の領域における内部構造を示す図３及び図４に示された別の２つの実施例を参照して説明する。
【００１８】
図３には、縦断面図ｂ）とこの縦断面図のＢ−Ｂ線に沿った横断面図ａ）とで第２実施例が示されている。バーナ２の内管６に差し込まれた燃料ランス９は、既に述べたパイロットガス管１１とランスヘッド１２の他に、パイロットガス管１１に同心的に配置された液体燃料管１９を有している。液体燃料管の中央の液体燃料通路２０において、液体燃料（多くの場合オイル・水混合物）によるバーナの運転時に液体燃料が導かれ、ランスヘッド１２における所属の流出開口２２を通して噴射室８に噴射される。ガスによる運転つまりガス運転時にはパイロットガスが、液体燃料管１９とパイロットガス管１１との間におけるパイロットガス通路１６において導かれ、ランスヘッドにおける複数の流出開口２３；２３ａ〜ｃを通して噴射室に吹き込まれる。流出開口２３ａ〜ｃは次のことによって、すなわち液体燃料管１９が先端２１に、パイロットガス管１１の円形の孔に内接する三角形の形状をした横断面を有していることによって、形成される（図３のａ）参照）。
【００１９】
空気シールドを形成するために、ランスヘッド１２の前面領域にはリング開口１７が設けられており、このリング開口１７は、液体燃料通路２０の中央の流出開口２２を同心的に取り囲んでいる。リング開口１７には、ランス軸線の周りに分配配置された複数の、図示の実施例では３つの圧力空気通路１８；１８ａ〜ｃを通して、中間室１３から圧力空気が供給される。圧力空気通路１８；１８ａ〜ｃはこの場合半径方向で見て、リング開口１７に開口する流出開口２３；２３ａ〜ｃの外側に位置している。圧力空気通路１８；１８ａ〜ｃ及びリング開口１７の内壁は、有利にはバーナ軸線もしくはランス軸線に対して斜めに延びるように形成されている。このようになっていることによって、流出する圧力空気は、円錐形に先細になる空気シールドを形成し、この空気シールドは、高温のガス及び／又は高温のオイルが噴射室８から（ちょうど使用されていない）流出開口２２；２３，２３ａ〜ｃ内に逆流することを、効果的に阻止する。
【００２０】
図４に示された第３実施例においても、バーナ２の内管６に差し込まれた燃料ランス９は外側のパイロットガス管２４を有しており、このパイロットガス管２４は中央の液体燃料管３１を同心的に取り囲んでいる。両方の管２４，３１によって形成された液体燃料通路３２及びパイロットガス通路２５は、図３に示された液体燃料通路２０及びパイロットガス通路１６に相当している。そして管２４，３１はこの実施例においてもランスヘッド１２において終わっており、このランスヘッド１２は同様にリング開口２７を有していて、このリング開口２７は、液体燃料通路３２のための中央の流出開口３３を同心的に取り囲んでいる。リング開口２７のための圧力空気は、流入孔１４，１５を介してプレナムと接続されているリング状の中間室２６から、内方に向かって延びている複数の、ここでは６つの圧力空気通路２８を介して導かれる。パイロットガスはこの実施例ではしかしながらリング開口２７に吹き込まれるのではなく、複数の、ここでは６つの別体の流出開口２９を通して流され、これらの流出開口２９は、相応なパイロットガス孔３０を介してパイロットガス通路２５と接続されている。
【００２１】
流出開口２９はこの場合リング開口２７の外側に位置している。リング開口２７によって生ぜしめられた空気シールドは、これによってランスヘッド１２を全体として遮蔽するのみならず、パイロットガスのための流出開口２９と液体燃料のための流出開口３３との間を隔てるようにその間に位置し、これによって特にランスの種々異なった流出開口の間における逆流が有効に阻止される。ランスヘッド１２における制限されたスペースを有効に利用するためには、パイロットガスのための流出開口２９もしくはパイロットガス孔３０と圧力空気通路２８とが、バーナ軸線もしくはランス軸線の周りに交互に配置されていると有利である。
【００２２】
以上述べたことから本発明によるバーナ装置では、高温のガス及び／又は高温のオイルがバーナからバーナランスの使用されていない通路に逆流することを、簡単かつ安価な形式で有効に阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるバーナ装置の第１の実施例を示す縦断面図である。
【図２】図１の平面Ａ−Ａに沿って図１に示されたバーナ装置を断面して、遮蔽作用のある圧力空気のための流入孔と共に示す横断面図である。
【図３】圧力空気とパイロットガスのために共通のリング開口を備えた、本発明によるバーナ装置の第２実施例を示す図であって、ａ）は、縦断面図であるｂ）の平面Ｂ−Ｂに沿った横断面図である。
【図４】液体燃料流出部とパイロットガス流出部との間に空気シールドが形成される、本発明によるバーナ装置の第３実施例を示すものであって、ａ）は正面図、ｂ）は縦断面図、ｃ）はｂ）の平面Ｃ−Ｃに沿った横断面図である。
【符号の説明】
１ バーナ装置、 ２ バーナ、 ３，４ 主ガス通路、 ５ 流入開口、 ６ 内管、 ７ プレナム、 ８ 噴射室、 ９ 燃料ランス、 １０ 外管、１１ パイロットガス管、 １２ ランスヘッド、 １３ 中間室、 １４，１５ 流入孔、 １６ パイロットガス通路、 １７ リング開口、 １８，１８ａ〜ｃ 圧力空気通路、 １９ 液体燃料管、 ２０ 液体燃料通路、 ２２流出開口、 ２３，２３ａ〜ｃ 流出開口、 ２４ パイロットガス管、 ２５ パイロットガス通路、 ２６ 中間室、 ２７ リング開口、 ２８ 圧力空気通路、 ２９ 流出開口、 ３０ パイロットガス孔、 ３１ 液体燃料管、 ３２ 液体燃料通路、 ３３ 流出開口

Claims (10)

1. ガスタービン用のバーナ装置（１）であって、ガスタービンのプレナム（７）に配置された少なくとも１つのバーナ（２）が設けられており、該バーナ（２）が内部に位置する噴射室（８）で燃焼室に開口していて、かつ外側においてガスタービンの圧縮段からの圧力空気を供給されるようになっており、バーナ（２）に、液体燃料及び／又は気体燃料を選択的に供給するための燃料ランス（９）が配属されており、該燃料ランス（９）が中央の液体燃料管（１９，３１）と、該液体燃料管（１９，３１）を同心的に取り囲むパイロットガス管（１１，２４）とを有しており、液体燃料管（１９，３１）及びパイロットガス管（１１，２４）が、燃料ランス（９）の先端におけるランスヘッド（１２）において、所属の流出開口（２２，２３，２３ａ〜ｃ，２９，３３）において終わっており、燃料ランス（９）のランスヘッド（１２）が、噴射室（８）と接続しているバーナ（２）の内管（６）に導入可能である形式のものにおいて、液体燃料管（１９，３１）及びパイロットガス管（１１，２４）の不使用時にこれらの管（１１，１９，２４，３１）の流出開口（２２，２３，２３ａ〜ｃ，２９，３３）に高温のガス及び／又は高温の液体燃料が侵入することを防止するために、ランスヘッド（１２）において液体燃料管（１９，３１）及びパイロットガス管（１１，２４）の流出開口（２２，２３，２３ａ〜ｃ，２９，３３）の直ぐ近くに、付加的な開口（１７，２７）が設けられており、該開口（１７，２７）を通して圧力空気が噴射室（８）に流入するようになっており、さらに、バーナ（２）を取り囲むプレナム（７）から付加的な開口（１７，２７）に圧力空気を導く手段が設けられていることを特徴とする、ガスタービン用のバーナ装置。
2. 圧力空気を導く手段が中間室（１３，２６）を有しており、該中間室（１３，２６）が流れ方向で見てランスヘッド（１２）の前でバーナ（２）の内管（６）とパイロットガス管（１１）との間に配置されており、中間室（１３，２６）が、外側からバーナ（２）を貫いて内管（６）に通じる少なくとも１つの流入孔（１４，１５）を介して、バーナ（２）を取り囲むプレナム（７）と接続されており、中間室（１３，２６）が、ランスヘッド（１２）を貫いて延びる少なくとも１つの圧力空気通路（１８，１８ａ〜ｃ，２８）を介して付加的な開口（１７，２７）と接続されている、請求項１記載のバーナ装置。
3. 中間室（１３，２６）がリング状に形成されていて、パイロットガス管（１１）を同心的に取り囲んでいる、請求項２記載のバーナ装置。
4. 複数の流入孔（１４，１５）がバーナ軸線もしくはランス軸線の周りに分配されて配置されている、請求項２又は３記載のバーナ装置。
5. 複数の圧力空気通路（１８，１８ａ〜ｃ，２８）がバーナ軸線もしくはランス軸線の周りに分配されて配置されている、請求項２から４までのいずれか１項記載のバーナ装置。
6. 圧力空気通路（１８，１８ａ〜ｃ，２８）が流れ方向において、バーナ軸線もしくはランス軸線に向かって斜めに延びている、請求項５記載のバーナ装置。
7. 液体燃料のための流出開口（２２，２３）がランスヘッド（１２）において中央に配置されており、付加的な開口がランスヘッド（１２）においてリング開口（１７，２７）として形成されていて、該リング開口（１７，２７）が、液体燃料のための中央の流出開口（２２，３３）を同心的に取り囲んでいる、請求項１から６までのいずれか１項記載のバーナ装置。
8. パイロットガスのための複数の流出開口（２３，２３ａ〜ｃ）がバーナ軸線もしくはランス軸線の周りに分配配置されており、流出開口（２３，２３ａ〜ｃ）がリング開口（１７）に開口している、請求項７記載のバーナ装置。
9. パイロットガスのための複数の流出開口（２９）がバーナ軸線もしくはランス軸線の周りに分配配置されており、流出開口（２９）がリング開口（１７）の外側に位置している、請求項７記載のバーナ装置。
10. 複数の圧力空気開口（２８）がバーナ軸線もしくはランス軸線の周りに分配配置されており、流出開口（２９）もしくはパイロットガス孔（３０）と圧力空気通路（２８）とが、バーナ軸線もしくはランス軸線の周りに交互に配置されている、請求項９記載のバーナ装置。

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