JP6231114B2 - 希釈ガス混合器を備えた2段燃焼 - Google Patents
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Description
風または太陽などの不安定な再生可能源による発電が増大していることにより、既存のガスタービンベースの発電プラントは、電力需要のバランスを保ち、電力網を安定させるためにますます利用されている。すなわち、改良された運転柔軟性が要求されている。これは、ガスタービンがしばしばベース負荷設計点よりも低い負荷、すなわち、より低い燃焼器入口温度および燃焼温度で運転されることを意味する。
本開示の課題は、第1の燃焼室と第2のバーナとの間の希釈ガス混合のための混合セクションを備える、2段燃焼器配列を提案することである。第2のバーナのための適切な流入条件を提供するために、希釈ガスが混合セクションにおいて混合される。特に、高温ガスが冷却される。
・両方とも、第1および第2の燃焼器は、2段の缶型−缶型構成として構成されている。
・第1燃焼器は、環状の燃焼室として構成されており、第2燃焼器は、缶型構成として構成されている。
・第1燃焼器は缶型構成として構成されており、第2燃焼器は、環状燃焼室として構成されている。
・両方とも、第1および第2燃焼器は、環状燃焼室として構成されている。
開示、その性質及びその利点は、添付の図面を用いて以下でより詳細に説明される。
図1a,b,cおよびdは、開示による2段燃焼器配列104を備えるガスタービン100を示している。ガスタービン100は、圧縮機103と、燃焼器配列104と、タービン105とを有する。燃焼器配列104は、第1のバーナ112と、第1の燃焼室101と、作動中に第1の燃焼室101から出てくる高温ガスに希釈ガスを混合するための混合器117とを有する。混合器117の下流において、燃焼器配列104は、さらに、第2のバーナ113と、第2の燃焼室102とを有する。第1のバーナ112、第1の燃焼室101、混合器117、第2のバーナ113および第2の燃焼室102は、順次、流体流れ接続して配置されている。燃料を、第1の燃料噴射部123によって第1のバーナ112へ導入し、圧縮機103において圧縮された圧縮空気と混合し、第1の燃焼室101において燃焼させることができる。希釈ガスは、後続の混合器117において混合される。付加的な燃料を、第2の燃料噴射部124によって第2のバーナへ導入し、混合器117から出た高温ガスと混合し、第2の燃焼室102において燃焼させることができる。第2の燃焼室102から出た高温ガスは、後続のタービン105において膨張させられ、仕事を行う。タービン105および圧縮機103はシャフト106に配置されている。
101 第1の燃焼器
102 第2の燃焼器
103 圧縮機
104 燃焼器配列
105 タービン
106 シャフト
107 排ガス
108 圧縮空気
109 燃焼生成物
110 希釈ガス
111 接続ダクト
112 第1のバーナ
113 第2のバーナ
114 第1の噴射管
115 第2の噴射管
116 側壁
117 混合器
118 噴射孔
119 TBC
120 冷却孔
123 第1の燃料噴射
124 第2の燃料噴射
a 距離
A,A’ 高温ガス流れ方向に対して垂直な平面
f,f’ 自由距離
L 第1の噴射管の長さ
l 第2の噴射管の長さ
D 第1の噴射管の直径
d 第2の噴射管の直径
H 高温ガス流路の高さまたは相当直径
s ずれ
Vhot 高温ガスの速度
Vd 希釈ガスの速度
Vd,ax 希釈ガスの軸方向速度
Vd,n 高温ガス流に対して垂直な希釈ガスの速度
Vmix 高温ガス流および希釈ガスの混合物の速度
Claims (15)
- 2段燃焼器配列(104)であって、第1のバーナ(112)と、第1の燃焼室(101)と、作動中に前記第1の燃焼室(101)から出てくる高温ガスに希釈ガスを混合するための混合器(117)と、第2のバーナ(113)と、続いて流体流れ接続されて配置された第2の燃焼室(102)と、を備え、前記混合器(117)は、前記第1の燃焼室(101)と前記第2のバーナ(113)との間に延びる高温ガス流路において燃焼ガスを案内するように適応されており、前記高温ガス流路は、前記第1の燃焼室(101)への接続のために適応された、上流端部における入口と、前記第2のバーナ(113)への接続のために適応された、下流端部における出口とを有するダクトを含む、2段燃焼器配列(104)において、
前記混合器(117)は、希釈ガスを混合して、前記第1の燃焼室(101)から出てくる高温の煙道ガスを冷却するために、前記混合器(117)の側壁(116)から内方へ延びる複数の噴射管(114,115)を有し、
前記混合器(117)は、平均軸方向流速を一定に保つためにおよび/または平均軸方向流速の増大を混合位置の上流における軸方向流速のプラス20%に制限するために、希釈空気の混合による体積流量の増大と同じ比で流れ面積を増大させるように、希釈空気混合の領域においてディフューザセクションを有する、
ことを特徴とする、2段燃焼器配列(104)。 - 前記側壁(116)に対して垂直な、高温ガス流内への第1の進入深さ(L)を有する第1の噴射管(114)と、前記第1の進入深さ(L)よりも小さい、前記側壁(116)に対して垂直な、高温ガス流内への第2の進入深さ(l)を有する第2の噴射管(115)とを備える、請求項1記載の燃焼器配列(104)。
- 前記第2の噴射管(115)の進入深さ(l)に対する前記第1の噴射管(114)の進入深さ(L)の比は、2よりも大きいおよび/または3よりも大きい、請求項1または2記載の燃焼器配列(104)。
- 前記第1の噴射管(114)の長さに対する、前記混合器(117)における前記第1の噴射管(114)の位置における前記高温ガス流路の横断面の相当直径の比は、2.5〜8の範囲および/または3〜6の範囲である、請求項1から3までのいずれか1項記載の燃焼器配列(104)。
- 前記第2の噴射管(115)の直径(d)に対する、前記第2の噴射管(115)の長さの比は、1/4よりも小さい、請求項1から4までのいずれか1項記載の燃焼器配列(104)。
- 前記混合器(117)は、前記側壁(116)に第1の噴射管(114)と噴射孔(118)とを有する、請求項1から5までのいずれか1項記載の燃焼器配列(104)。
- 前記第2の噴射管(115)または噴射孔(118)は、前記第1の噴射管(114)の後流を補償するために前記第1の噴射管(114)の下流に配置されているおよび/または前記第2の噴射管(115)または噴射孔(118)は、前記第1の噴射管(114)の前の高温ガスの軸方向流速を減じるために前記第1の噴射管(114)の下流に配置されている、請求項1から6までのいずれか1項記載の燃焼器配列(104)。
- 前記第1の噴射管(114)と前記第2の噴射管(115)との間の流れ方向の距離(a)は、前記第1の噴射管(114)の直径(D)の3倍よりも小さいおよび/または前記第1の噴射管(114)の直径(D)の2.5倍よりも小さい、請求項1から7までのいずれか1項記載の燃焼器配列(104)。
- 1つの長さ(L,l)の噴射管(114,115)は、前記混合器(117)を通流する高温ガスの主流れ方向に対して垂直な1つの平面において前記混合器(117)の側壁に沿って周方向に分配されて配置されている、
または、前記噴射管(114,115)は、該噴射管(114,115)による流れの妨害を減じるために、前記混合器(117)の側壁(116)に沿って、前記混合器(117)を通流する高温ガスの主流れ方向に対して垂直な平面に関してずらされて配置されており、ずれは、前記管の直径(d,D)の半分より小さい、請求項1から8までのいずれか1項記載の燃焼器配列(104)。 - 前記噴射管(114,115)の内面に冷却リブおよび/またはピンフィールドが配置されている、請求項1から9までのいずれか1項記載の燃焼器配列(104)。
- 前記噴射管(114,115)の外面はTBC(119)で被覆されているおよび/または前記噴射管(114,115)の下流側に拡散冷却孔(120)が設けられている、請求項1から10までのいずれか1項記載の燃焼器配列(104)。
- 前記混合器(117)は、高温ガスの流速(Vhot)を減じるために、希釈空気混合部の上流にディフューザセクションを有する、請求項1から11までのいずれか1項記載の燃焼器配列(104)。
- 前記噴射管(114,115)から出てくる希釈ガスが、噴射位置において高温ガス流の方向の流れ成分を有するように、前記噴射管(114,115)は、高温ガスの流れ方向に対して90°未満の角度で傾斜させられている、請求項1から12までのいずれか1項記載の燃焼器配列。
- ガスタービン(100)を作動させる方法であって、前記ガスタービン(100)は、
少なくとも圧縮機(103)と、
燃焼器配列(104)であって、該燃焼器配列(104)は、第1のバーナ(112)と、第1の燃焼室(101)と、作動中に前記第1の燃焼室(101)から出てくる高温ガスに希釈ガスを混合するための混合器(117)と、第2のバーナ(113)と、続いて流体流れ接続されて配置された第2の燃焼室(102)と、を備え、前記混合器(117)は、前記第1の燃焼室(101)と前記第2のバーナ(113)との間に延びる高温ガス流路において燃焼ガスを案内するように適応されており、前記高温ガス流路は、前記第1の燃焼室(101)への接続のために適応された、上流端部における入口と、前記第2のバーナ(113)への接続のために適応された、下流端部における出口とを有するダクトを含み、
前記混合器(117)は、希釈ガスを混合して、前記第1の燃焼室(101)から出てくる高温の煙道ガスを冷却するために、前記ダクトの側壁(116)から内方へ延びる複数の噴射管(114,115)を有する、燃焼器配列(104)と、
タービン(105)と、を備えるガスタービン(100)を作動させる方法において、
前記希釈ガス(110)を、前記混合器(117)の横断面の様々な領域へ混合し、
前記混合器(117)は、平均軸方向流速を一定に保つためにおよび/または平均軸方向流速の増大を混合位置の上流における軸方向流速のプラス20%に制限するために、希釈空気の混合による体積流量の増大と同じ比で流れ面積を増大させる、
ことを特徴とする、ガスタービン(100)を作動させる方法。 - 前記希釈ガスを、前記混合器(117)の横断面の様々な領域へ希釈ガスを導入するために、噴射孔(118)および/または第2の噴射管(115)、および第1の噴射管(114)を通じて噴射する、請求項14記載の方法。
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