JPH05202769A - ガスタービン動力プラント - Google Patents
ガスタービン動力プラントInfo
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- JPH05202769A JPH05202769A JP4245744A JP24574492A JPH05202769A JP H05202769 A JPH05202769 A JP H05202769A JP 4245744 A JP4245744 A JP 4245744A JP 24574492 A JP24574492 A JP 24574492A JP H05202769 A JPH05202769 A JP H05202769A
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- Japan
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- gas turbine
- air
- fuel
- power plant
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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
- F02C3/14—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid characterised by the arrangement of the combustion chamber in the plant
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
- F23R3/04—Air inlet arrangements
- F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
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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
- F02C3/205—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 in a fluidised-bed combustor
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- 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
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D23/00—Assemblies of two or more burners
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- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2206/00—Burners for specific applications
- F23D2206/10—Turbines
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 良好な耐久性が得られるよう適当な冷却が行
われ、しかもＮＯｘの生成を極力少なくする間接燃焼式
ガスタービン用トッピング燃焼器を提供する。 【構成】 高温圧縮空気を受け入れるよう連結されると
共に液体又は気体燃料を燃焼させるようになっているト
ッピング燃焼器（６）は、ガスタービン（１）のタービ
ン部分（３）に供給される高温圧縮空気（２２）中で液
体又は気体燃料（１２）を燃焼させるバーナーを備えた
反応区域（３６）を有する内側導管（２９）と、圧縮機
部分（２）及び熱交換器と流体連通状態にある環状通路
（３１）を構成する外側導管とを有し、圧縮機部分
（２）からの圧縮空気の第１の部分（１６）が環状通路
を通って流れるようになっている。バーナーは、複数の
燃料ノズルが設けられ、圧縮機部分（２）と流体連通状
態にあるプレート組立体（３７）を含み、圧縮機部分
（２）で生じた圧縮空気の第２の部分（２５）がプレー
ト組立体（３７）を通って導かれて燃料ノズル内へ流入
し、ＮＯｘの生成量が少ない燃焼が行われるようにして
いる。
われ、しかもＮＯｘの生成を極力少なくする間接燃焼式
ガスタービン用トッピング燃焼器を提供する。 【構成】 高温圧縮空気を受け入れるよう連結されると
共に液体又は気体燃料を燃焼させるようになっているト
ッピング燃焼器（６）は、ガスタービン（１）のタービ
ン部分（３）に供給される高温圧縮空気（２２）中で液
体又は気体燃料（１２）を燃焼させるバーナーを備えた
反応区域（３６）を有する内側導管（２９）と、圧縮機
部分（２）及び熱交換器と流体連通状態にある環状通路
（３１）を構成する外側導管とを有し、圧縮機部分
（２）からの圧縮空気の第１の部分（１６）が環状通路
を通って流れるようになっている。バーナーは、複数の
燃料ノズルが設けられ、圧縮機部分（２）と流体連通状
態にあるプレート組立体（３７）を含み、圧縮機部分
（２）で生じた圧縮空気の第２の部分（２５）がプレー
ト組立体（３７）を通って導かれて燃料ノズル内へ流入
し、ＮＯｘの生成量が少ない燃焼が行われるようにして
いる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービン用燃焼器に
関する。より詳細には、本発明は、固体燃料を燃焼させ
る炉内で間接的に加熱を行なうことにより主として燃焼
されるガスタービンのためのトッピング燃焼器に関す
る。
関する。より詳細には、本発明は、固体燃料を燃焼させ
る炉内で間接的に加熱を行なうことにより主として燃焼
されるガスタービンのためのトッピング燃焼器に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンを用いるシステムは、効率
が高く、資本経費が安く、リードタイムが短いので、発
電手段として電力会社には特に魅力のあるものになって
いる。しかしながら、従来、ガスタービンの作動は、高
価な（しばしば稀少な）燃料、即ち、主として蒸留油及
び天然ガスに限られている。石炭の入手が容易であり安
価なので、主要燃料として石炭を利用できる発電用ガス
タービンシステムを開発することに相当な努力が払われ
ている。
が高く、資本経費が安く、リードタイムが短いので、発
電手段として電力会社には特に魅力のあるものになって
いる。しかしながら、従来、ガスタービンの作動は、高
価な（しばしば稀少な）燃料、即ち、主として蒸留油及
び天然ガスに限られている。石炭の入手が容易であり安
価なので、主要燃料として石炭を利用できる発電用ガス
タービンシステムを開発することに相当な努力が払われ
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】残念なことに、ガスタ
ービンのタービン部分を通って流れるようになっている
高温ガス内で石炭を直接燃焼させると、種々の問題、例
えばガス中に同伴されている粒状物に起因するタービン
翼の浸食や石炭中の種々の汚染物に起因する腐食の問題
が生じる。したがって、ガスタービンの圧縮部分から排
出された圧縮空気を、石炭燃焼炉内に配置されている熱
交換器、例えば流動床燃焼器中に流すことによりタービ
ン部分内で膨脹されるべきガスの間接加熱法に関心が寄
せられている。しかしながら、かかる熱交換器は、ター
ビンに流入する空気を、最新式のタービンの高い効率に
要求される温度まで加熱することはできない。
ービンのタービン部分を通って流れるようになっている
高温ガス内で石炭を直接燃焼させると、種々の問題、例
えばガス中に同伴されている粒状物に起因するタービン
翼の浸食や石炭中の種々の汚染物に起因する腐食の問題
が生じる。したがって、ガスタービンの圧縮部分から排
出された圧縮空気を、石炭燃焼炉内に配置されている熱
交換器、例えば流動床燃焼器中に流すことによりタービ
ン部分内で膨脹されるべきガスの間接加熱法に関心が寄
せられている。しかしながら、かかる熱交換器は、ター
ビンに流入する空気を、最新式のタービンの高い効率に
要求される温度まで加熱することはできない。
【０００４】したがって、熱交換器からのガスを一層加
熱するために、従来型ガスタービン用燃料（即ち、天然
ガスまたは２番の留出油）を燃焼させるトッピング燃焼
器を用いることが提案されている。かかる構想は、米国
特許第４，３６９，６２４号に示されている。
熱するために、従来型ガスタービン用燃料（即ち、天然
ガスまたは２番の留出油）を燃焼させるトッピング燃焼
器を用いることが提案されている。かかる構想は、米国
特許第４，３６９，６２４号に示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】残念ながら、従来型ガ
スタービン燃焼器は、いくつかの理由のためにトッピン
グ燃焼器として用いるのには適していない。第１の理由
として、かかるガスタービン燃焼器は冷却のために燃焼
用空気を利用している。従来型ガスタービンでは、これ
に起因する問題は生じない。その理由は、燃焼用空気は
圧縮機部分によって排出された圧縮空気であることによ
る。かかる空気の温度は、典型的な例では３７０℃（７
００°Ｆ）に過ぎず、それゆえ冷却の目的に適してい
る。しかしながら、トッピング燃焼器は、燃焼用空気と
して石炭炉熱交換器からの空気を用いており、かかる空
気の温度は、高い効率を得るには比較的高く、典型的な
例では９８０℃（１８００°Ｆ）であるに違いない。そ
の結果、従来型ガスタービン燃焼器は、トッピング燃焼
器として用いられた場合、適当な耐久性を得るには不十
分な冷却の度合になってしまう。第２の理由として、ト
ッピング燃焼器に供給される燃焼用空気の高い温度によ
り、窒素酸化物（ＮＯｘ）、有害な大気汚染物質の生成
が促進される。それゆえ、かかる高温の燃焼用空気が供
給される従来型ガスタービン燃焼器によって生じるＮＯ
ｘの量は好ましくない量になるであろう。
スタービン燃焼器は、いくつかの理由のためにトッピン
グ燃焼器として用いるのには適していない。第１の理由
として、かかるガスタービン燃焼器は冷却のために燃焼
用空気を利用している。従来型ガスタービンでは、これ
に起因する問題は生じない。その理由は、燃焼用空気は
圧縮機部分によって排出された圧縮空気であることによ
る。かかる空気の温度は、典型的な例では３７０℃（７
００°Ｆ）に過ぎず、それゆえ冷却の目的に適してい
る。しかしながら、トッピング燃焼器は、燃焼用空気と
して石炭炉熱交換器からの空気を用いており、かかる空
気の温度は、高い効率を得るには比較的高く、典型的な
例では９８０℃（１８００°Ｆ）であるに違いない。そ
の結果、従来型ガスタービン燃焼器は、トッピング燃焼
器として用いられた場合、適当な耐久性を得るには不十
分な冷却の度合になってしまう。第２の理由として、ト
ッピング燃焼器に供給される燃焼用空気の高い温度によ
り、窒素酸化物（ＮＯｘ）、有害な大気汚染物質の生成
が促進される。それゆえ、かかる高温の燃焼用空気が供
給される従来型ガスタービン燃焼器によって生じるＮＯ
ｘの量は好ましくない量になるであろう。
【０００６】それゆえ、本発明の目的は、熱交換器から
の高温圧縮空気を、良好な耐久性が得られるよう適当な
冷却を行なう燃焼用空気として用い、またＮＯｘの生成
量を極力少なくする間接燃焼式ガスタービン用トッピン
グ燃焼器を提供することにある。
の高温圧縮空気を、良好な耐久性が得られるよう適当な
冷却を行なう燃焼用空気として用い、またＮＯｘの生成
量を極力少なくする間接燃焼式ガスタービン用トッピン
グ燃焼器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】かかるこの目的に鑑み
て、本発明の要旨は、ガスタービン動力プラントであっ
て、空気を圧縮するための圧縮機部分及び高温ガスを膨
脹させるためのタービン部分を備えたガスタービンと、
圧縮機部分から圧縮空気の少なくとも一部分を受け入れ
て高温圧縮空気を生じさせるよう連結されている熱交換
器を含む固体燃料炉と、高温圧縮空気を受け入れるよう
連結されると共に液体または気体燃料を燃焼させるよう
になっているトッピング燃焼器とを有し、トッピング燃
焼器は、ガスタービンのタービン部分に供給される高温
圧縮空気中で液体または気体燃料を燃焼させるバーナー
を備えた反応区域を有する内側導管と、圧縮機部分及び
熱交換器と流体連通状態にある環状通路を構成する外側
導管とを有し、圧縮機部分からの圧縮空気の第１の部分
が環状通路を通って流れるようになっており、バーナー
は、内側導管内に配置されており、バーナーは、複数の
燃料ノズルが設けられ、圧縮機部分と流体連通状態にあ
るプレート組立体を含み、圧縮機部分で生じた圧縮空気
の第２の部分がプレート組立体を通って導かれて燃料ノ
ズル内へ流入するようになっていることを特徴とするガ
スタービン動力プラントである。
て、本発明の要旨は、ガスタービン動力プラントであっ
て、空気を圧縮するための圧縮機部分及び高温ガスを膨
脹させるためのタービン部分を備えたガスタービンと、
圧縮機部分から圧縮空気の少なくとも一部分を受け入れ
て高温圧縮空気を生じさせるよう連結されている熱交換
器を含む固体燃料炉と、高温圧縮空気を受け入れるよう
連結されると共に液体または気体燃料を燃焼させるよう
になっているトッピング燃焼器とを有し、トッピング燃
焼器は、ガスタービンのタービン部分に供給される高温
圧縮空気中で液体または気体燃料を燃焼させるバーナー
を備えた反応区域を有する内側導管と、圧縮機部分及び
熱交換器と流体連通状態にある環状通路を構成する外側
導管とを有し、圧縮機部分からの圧縮空気の第１の部分
が環状通路を通って流れるようになっており、バーナー
は、内側導管内に配置されており、バーナーは、複数の
燃料ノズルが設けられ、圧縮機部分と流体連通状態にあ
るプレート組立体を含み、圧縮機部分で生じた圧縮空気
の第２の部分がプレート組立体を通って導かれて燃料ノ
ズル内へ流入するようになっていることを特徴とするガ
スタービン動力プラントである。
【０００８】本発明の内容は、添付の図面に例示として
示すにすぎない好ましい実施例の以下の説明から一層明
らかになろう。
示すにすぎない好ましい実施例の以下の説明から一層明
らかになろう。
【０００９】
【実施例】図１には、従来技術の間接燃焼式ガスタービ
ン複合サイクル動力プラントが示されている。周囲空気
１１はガスタービン１の圧縮機部分２に流入する。圧縮
機部分２によって生じた圧縮空気１６は、固体燃料１
０、例えば石炭を燃焼させる炉５内に配置されている熱
交換器１３に流入する。炉５は大気圧流動床形式のもの
であるのがよい。上述のように、実際問題としては熱交
換器１３は空気を約９８０℃（１８００°Ｆ）まで加熱
できるに過ぎない。したがって、熱交換器１３からの高
温圧縮空気２２は、従来燃料１２、例えば天然ガスまた
は２番の留出油が供給されるトッピング燃焼器６に差し
向けられる。トッピング燃焼器６は圧縮空気の温度を、
タービン部分３内の高い効率と見合うレベル、典型的な
例では約１２９０℃（２３５０°Ｆ）に上昇させる。次
に、トッピング燃焼器６によって生じた高温ガス１７を
ガスタービン１のタービン部分３に差し向け、ここで膨
脹させ、それにより発電機４を作動させるための動力を
生じさせる。
ン複合サイクル動力プラントが示されている。周囲空気
１１はガスタービン１の圧縮機部分２に流入する。圧縮
機部分２によって生じた圧縮空気１６は、固体燃料１
０、例えば石炭を燃焼させる炉５内に配置されている熱
交換器１３に流入する。炉５は大気圧流動床形式のもの
であるのがよい。上述のように、実際問題としては熱交
換器１３は空気を約９８０℃（１８００°Ｆ）まで加熱
できるに過ぎない。したがって、熱交換器１３からの高
温圧縮空気２２は、従来燃料１２、例えば天然ガスまた
は２番の留出油が供給されるトッピング燃焼器６に差し
向けられる。トッピング燃焼器６は圧縮空気の温度を、
タービン部分３内の高い効率と見合うレベル、典型的な
例では約１２９０℃（２３５０°Ｆ）に上昇させる。次
に、トッピング燃焼器６によって生じた高温ガス１７を
ガスタービン１のタービン部分３に差し向け、ここで膨
脹させ、それにより発電機４を作動させるための動力を
生じさせる。
【００１０】タービン部分３から排出されているガス１
８は、排熱回収熱交換器７（ＨＲＳＧ）に差し向けら
れ、ここで排ガス１８中の潜熱の大部分が給水２０を熱
交換器１４によって蒸気２１に変えるのに用いられる。
ＨＲＳＧ７によって生じた蒸気２１は蒸気タービン８に
差し向けられ、蒸気タービン８は蒸気を膨脹させ、それ
によって第２の発電機４を駆動する動力を生じさせる。
次いで、膨脹した蒸気５９を凝縮器９に排出する。ＨＲ
ＳＧ７から排出中のガス５８は炉５に差し向けられ、こ
こで、固体燃料１０の燃焼のための酸素を提供する。炉
５から排出中のガス１９は煙突１５を介して大気中に放
出される。図１に示すように、ＨＲＳＧ７を通って流れ
るガスの一部は、直接煙突１５に排出してもよく、それ
によって炉をバイパスする。
８は、排熱回収熱交換器７（ＨＲＳＧ）に差し向けら
れ、ここで排ガス１８中の潜熱の大部分が給水２０を熱
交換器１４によって蒸気２１に変えるのに用いられる。
ＨＲＳＧ７によって生じた蒸気２１は蒸気タービン８に
差し向けられ、蒸気タービン８は蒸気を膨脹させ、それ
によって第２の発電機４を駆動する動力を生じさせる。
次いで、膨脹した蒸気５９を凝縮器９に排出する。ＨＲ
ＳＧ７から排出中のガス５８は炉５に差し向けられ、こ
こで、固体燃料１０の燃焼のための酸素を提供する。炉
５から排出中のガス１９は煙突１５を介して大気中に放
出される。図１に示すように、ＨＲＳＧ７を通って流れ
るガスの一部は、直接煙突１５に排出してもよく、それ
によって炉をバイパスする。
【００１１】図２は、ガスタービン１に本発明のトッピ
ング燃焼器６を組み込んだ状態を示している。本発明に
よれば、ガスタービン１の外側シェルに設けられている
抽気管３５が圧縮機から排出されている空気１６をトッ
ピング燃焼器６に差し向ける。図２ではトッピング燃焼
器６を１つしか示していないが、複数の抽気管３５を外
側シェルの周りに配置してそれぞれが圧縮空気を幾つか
のトッピング燃焼器６のうちの１つに差し向けるように
してもよいことは理解されるべきである。
ング燃焼器６を組み込んだ状態を示している。本発明に
よれば、ガスタービン１の外側シェルに設けられている
抽気管３５が圧縮機から排出されている空気１６をトッ
ピング燃焼器６に差し向ける。図２ではトッピング燃焼
器６を１つしか示していないが、複数の抽気管３５を外
側シェルの周りに配置してそれぞれが圧縮空気を幾つか
のトッピング燃焼器６のうちの１つに差し向けるように
してもよいことは理解されるべきである。
【００１２】図２に示すように、トッピング燃焼器６は
内側円筒形シェル２９、外側円筒形シェル３０及びバー
ナー組立体で構成されている。バーナー組立体は、内側
シェル内に横方向に延びる燃料分配プレート組立体３７
内に設けられた複数の燃料モジュール４３で構成されて
いる。内側シェル２９は、後述のように高温圧縮空気２
２の流れを炉５からバーナー組立体に差し向けるための
導管として役立つ。内側シェル２９はまた、バーナー組
立体からの高温ガス１７の流れを、タービン部分３の入
口の周りに高温ガスを分配するドーナツ状の導管３４に
差し向けるための導管としても役立つ。したがって、内
側シェル２９は燃焼用空気の入口及び高温ガスの出口を
それぞれ形成する上端部及び下端部にくびれ部分５６，
５７を有している。内側シェル２９はまた、燃焼の生じ
るバーナー組立体の下流側に位置する反応区域３６を包
囲するのに役立つ。
内側円筒形シェル２９、外側円筒形シェル３０及びバー
ナー組立体で構成されている。バーナー組立体は、内側
シェル内に横方向に延びる燃料分配プレート組立体３７
内に設けられた複数の燃料モジュール４３で構成されて
いる。内側シェル２９は、後述のように高温圧縮空気２
２の流れを炉５からバーナー組立体に差し向けるための
導管として役立つ。内側シェル２９はまた、バーナー組
立体からの高温ガス１７の流れを、タービン部分３の入
口の周りに高温ガスを分配するドーナツ状の導管３４に
差し向けるための導管としても役立つ。したがって、内
側シェル２９は燃焼用空気の入口及び高温ガスの出口を
それぞれ形成する上端部及び下端部にくびれ部分５６，
５７を有している。内側シェル２９はまた、燃焼の生じ
るバーナー組立体の下流側に位置する反応区域３６を包
囲するのに役立つ。
【００１３】本発明の重要な特徴によれば、外側シェル
３０は内側シェル２９を包囲し、それによりこれら２つ
のシェルの間に環状通路３１を形成する。抽気管３５は
圧縮機部分２から排出中の圧縮空気１６を環状通路３１
の入口５４に差し向ける。圧縮空気１６は環状通路３１
を通って流れ、その後熱交換器１３に至る。その結果、
炉５からの高温圧縮空気２２はトッピング燃焼器６の燃
焼用空気となるが、圧縮機からの比較的冷たい（即ち、
典型的な例では３７０℃（７００°Ｆ）未満）の圧縮空
気１６はトッピング燃焼器の内側シェル２９を冷却する
のに役立つ。さらに、図２に示すように、比較的低温の
空気１６の流れは、高温空気２２及び燃焼用ガス１７の
流れに対して逆方向に向いており、最も冷たい空気は内
側シェル２９の最も温度の高い部分を流れるようにな
る。
３０は内側シェル２９を包囲し、それによりこれら２つ
のシェルの間に環状通路３１を形成する。抽気管３５は
圧縮機部分２から排出中の圧縮空気１６を環状通路３１
の入口５４に差し向ける。圧縮空気１６は環状通路３１
を通って流れ、その後熱交換器１３に至る。その結果、
炉５からの高温圧縮空気２２はトッピング燃焼器６の燃
焼用空気となるが、圧縮機からの比較的冷たい（即ち、
典型的な例では３７０℃（７００°Ｆ）未満）の圧縮空
気１６はトッピング燃焼器の内側シェル２９を冷却する
のに役立つ。さらに、図２に示すように、比較的低温の
空気１６の流れは、高温空気２２及び燃焼用ガス１７の
流れに対して逆方向に向いており、最も冷たい空気は内
側シェル２９の最も温度の高い部分を流れるようにな
る。
【００１４】図２は圧縮空気１６を内側シェル２９の外
面上を流れるものとして示しているにすぎないが、ある
場合には、空気の一部を内側シェルを通って運び、内側
シェルに膜冷却またはしみ出し冷却作用を与えることが
望ましい。
面上を流れるものとして示しているにすぎないが、ある
場合には、空気の一部を内側シェルを通って運び、内側
シェルに膜冷却またはしみ出し冷却作用を与えることが
望ましい。
【００１５】図２に示すように、圧縮空気１６の一部２
５は環状通路３１から引き出され、管６４によってブー
スト圧縮機２４及び空気−空気冷却機６０に差し向けら
れる。空気−空気冷却器は、ブースト圧縮機２４の上流
側と下流側に配置され、圧縮空気２５からの熱を周囲の
空気２３に伝える。その結果、好ましい実施例では、圧
縮空気２５は約１５０℃（３００°Ｆ）まで冷却され、
その圧力は約１３８ｋＰａ（２０ｐｓｉ）だけ増大す
る。冷却され一段と圧縮された空気２５は次に、２つの
部分２６，２７に分けられる。部分２６は燃料分配プレ
ート組立体３７に差し向けられ、部分２７は燃料供給管
ジャケット３３に差し向けられる。
５は環状通路３１から引き出され、管６４によってブー
スト圧縮機２４及び空気−空気冷却機６０に差し向けら
れる。空気−空気冷却器は、ブースト圧縮機２４の上流
側と下流側に配置され、圧縮空気２５からの熱を周囲の
空気２３に伝える。その結果、好ましい実施例では、圧
縮空気２５は約１５０℃（３００°Ｆ）まで冷却され、
その圧力は約１３８ｋＰａ（２０ｐｓｉ）だけ増大す
る。冷却され一段と圧縮された空気２５は次に、２つの
部分２６，２７に分けられる。部分２６は燃料分配プレ
ート組立体３７に差し向けられ、部分２７は燃料供給管
ジャケット３３に差し向けられる。
【００１６】図２に示すように、複数の燃料注入モジュ
ール４３がプレート組立体３７内に形成されている。図
３に示すように、プレート組立体３７は、上部及び下部
の実質的に平な円形プレート３９，４０で構成されてい
る。プレート３９，４０の直径は、内側シェル２９の内
径よりも僅かに小さいにすぎない。かくして、燃焼器６
に流入する高温空気２２は実質的に全て、プレート組立
体３７を通って流れる。さらに、プレート３９，４０は
互いに平行な関係で間隔をおいて位置していて、これら
の間に、内側シェル２９を通って横方向に延びる冷却用
空気通路４１を形成している。一段と圧縮された冷却空
気の一部２６は冷却用空気通路４１を通って流れ、それ
によってプレート組立体３７を冷却する。
ール４３がプレート組立体３７内に形成されている。図
３に示すように、プレート組立体３７は、上部及び下部
の実質的に平な円形プレート３９，４０で構成されてい
る。プレート３９，４０の直径は、内側シェル２９の内
径よりも僅かに小さいにすぎない。かくして、燃焼器６
に流入する高温空気２２は実質的に全て、プレート組立
体３７を通って流れる。さらに、プレート３９，４０は
互いに平行な関係で間隔をおいて位置していて、これら
の間に、内側シェル２９を通って横方向に延びる冷却用
空気通路４１を形成している。一段と圧縮された冷却空
気の一部２６は冷却用空気通路４１を通って流れ、それ
によってプレート組立体３７を冷却する。
【００１７】図３及び図４に示すように、各燃料モジュ
ール４３は、燃料ノズル５０と７つの燃焼用空気通路５
３で構成されている。図３、図４及び図５に示すよう
に、各燃料ノズル５０は、燃料供給管３２から燃料１２
を受け入れる燃料供給管スタブ６１とノズル本体５２で
構成されている。ノズル本体５２はパルプスタブ６１の
遠方端部を包囲していて、これらの間に環状通路４８を
形成している。図３に示すように、好ましい実施例で
は、７つの半径方向に向いた空気入口ポート５９が各燃
料ノズル本体５２に形成されている。空気入口ポート４
９はプレート組立体３７を通って流れる冷却空気２６を
各燃料ノズル５０の環状通路４８の中に差し向けるのに
役立つ。環状通路４８に流入する冷却用空気２６は２つ
の部分４６と４７に分割される。部分４６は後述のよう
にプレート３９を冷却するのに用いられ、これに対し部
分４７は燃料１２と直接混合される。
ール４３は、燃料ノズル５０と７つの燃焼用空気通路５
３で構成されている。図３、図４及び図５に示すよう
に、各燃料ノズル５０は、燃料供給管３２から燃料１２
を受け入れる燃料供給管スタブ６１とノズル本体５２で
構成されている。ノズル本体５２はパルプスタブ６１の
遠方端部を包囲していて、これらの間に環状通路４８を
形成している。図３に示すように、好ましい実施例で
は、７つの半径方向に向いた空気入口ポート５９が各燃
料ノズル本体５２に形成されている。空気入口ポート４
９はプレート組立体３７を通って流れる冷却空気２６を
各燃料ノズル５０の環状通路４８の中に差し向けるのに
役立つ。環状通路４８に流入する冷却用空気２６は２つ
の部分４６と４７に分割される。部分４６は後述のよう
にプレート３９を冷却するのに用いられ、これに対し部
分４７は燃料１２と直接混合される。
【００１８】図３及び図４に示すように、７つの半径方
向に向いたオリフィス４２が各管スタブ６１の遠方端に
形成されている。オリフィス４２は、環状通路４８に流
入した冷却空気の部分４７の中に、管スタブ６１に流入
する燃料組立体１２を混合させるのに役立つ。その結
果、濃厚燃料−空気混合物４４が形成され、この混合物
４４は燃料ノズル本体５２の前に分布され且つオリフィ
ス４２と整列した７つの半径方向に向いた排出ボード５
１を通って環状通路４８から流出する。
向に向いたオリフィス４２が各管スタブ６１の遠方端に
形成されている。オリフィス４２は、環状通路４８に流
入した冷却空気の部分４７の中に、管スタブ６１に流入
する燃料組立体１２を混合させるのに役立つ。その結
果、濃厚燃料−空気混合物４４が形成され、この混合物
４４は燃料ノズル本体５２の前に分布され且つオリフィ
ス４２と整列した７つの半径方向に向いた排出ボード５
１を通って環状通路４８から流出する。
【００１９】図３に最もよく示すように、燃焼用空気通
路５３が、スリーブ４５によってプレート組立体３７に
形成されている。図４に示すように、７つの空気通路５
３が、燃料ノズル５０と同心の円の周りに一定の距離を
おいて配置されている。さらに、空気通路５３は燃料ノ
ズル本体５２の排出ポート５１と半径方向に成立してい
る。空気通路５３は燃料ノズル５３の各々の周りに燃焼
用空気２２を分配するのに役立つと共に、排出ポート５
１によって形成される燃料／空気混合物４４の半径方向
のジェットと相互作用する高温空気２２の軸方向ジェッ
トを形成するのに役立つ。その結果、プレート組立体３
７の下流の反応区域３６内で燃焼用空気２２の燃料／空
気混合物４４の混合が活発になる。この混合の結果、反
応区域３６内には超希薄燃料／空気比率が生じる。
路５３が、スリーブ４５によってプレート組立体３７に
形成されている。図４に示すように、７つの空気通路５
３が、燃料ノズル５０と同心の円の周りに一定の距離を
おいて配置されている。さらに、空気通路５３は燃料ノ
ズル本体５２の排出ポート５１と半径方向に成立してい
る。空気通路５３は燃料ノズル５３の各々の周りに燃焼
用空気２２を分配するのに役立つと共に、排出ポート５
１によって形成される燃料／空気混合物４４の半径方向
のジェットと相互作用する高温空気２２の軸方向ジェッ
トを形成するのに役立つ。その結果、プレート組立体３
７の下流の反応区域３６内で燃焼用空気２２の燃料／空
気混合物４４の混合が活発になる。この混合の結果、反
応区域３６内には超希薄燃料／空気比率が生じる。
【００２０】当該技術分野で周知のように、ウルトラリ
ーン燃焼超希薄燃焼はＮＯｘの生成を最少限に抑える。
本発明では、燃焼は約０．１５の総当量比で生じる。
（等量比は、燃焼プロセスの濃厚／希薄性質を特徴づけ
るのに用いられる総体的な値である。理論燃焼は、当量
比が１．０として定義され、これに対して従来型のガス
タービン燃焼器は代表的には、約０．３７の総当量比で
動作する。）かかる超希薄全体燃焼は、プレーと組立体
３７の周りに多数の燃料モジュール４３を分散配置する
ことにより、各燃料モジュールの付近では燃焼を支える
のに十分に高い局所空燃比で動作する。
ーン燃焼超希薄燃焼はＮＯｘの生成を最少限に抑える。
本発明では、燃焼は約０．１５の総当量比で生じる。
（等量比は、燃焼プロセスの濃厚／希薄性質を特徴づけ
るのに用いられる総体的な値である。理論燃焼は、当量
比が１．０として定義され、これに対して従来型のガス
タービン燃焼器は代表的には、約０．３７の総当量比で
動作する。）かかる超希薄全体燃焼は、プレーと組立体
３７の周りに多数の燃料モジュール４３を分散配置する
ことにより、各燃料モジュールの付近では燃焼を支える
のに十分に高い局所空燃比で動作する。
【００２１】本発明によれば、かかる希薄燃料／空気比
における保炎性は２つの要因で可能になる。第１の、即
ち最も重要な要因は、プレート組立体３７を通って流れ
る燃焼用空気２２が高温であるということである。好ま
しい実施例では、熱交換器１３は、燃焼用空気２２を約
９８０°Ｃ（１８００°Ｆ）まで加熱するよう設計され
ている。
における保炎性は２つの要因で可能になる。第１の、即
ち最も重要な要因は、プレート組立体３７を通って流れ
る燃焼用空気２２が高温であるということである。好ま
しい実施例では、熱交換器１３は、燃焼用空気２２を約
９８０°Ｃ（１８００°Ｆ）まで加熱するよう設計され
ている。
【００２２】良好な保炎性を可能にする第２の要因は、
プレート組立体３７の下流側における反応区域３６内の
燃焼ガス１７の速度が遅いことである。内側シェル２９
の直径は、反応区域３６内におけるその流れ面積、即ち
内側シェルを通る流れの方向に対して垂直な平面内のそ
の面積が反応区域３６内を流れるガス１７の平均基準速
度（平均基準速度は、バーナーの入口条件における燃料
／空気混合物の温度、圧力及び密度を用いて、連続的考
慮に基づいて計算された燃焼器を通る速度として定義さ
れる）は比較的高い（即ち、約３０ｍｍ／Ｓ（１００ｆ
ｐｓ）となるように定められている。しかしながら、プ
レート組立体３７は、プレート組立体の付近における燃
焼用空気２２の流れを空気通路５３に閉じ込めることに
よりこの流れ面積のかなりの部分をブロックする。好ま
しい実施例では、空気通路５３のサイズ及び使用本数
は、プレート組立体３７によってブロックされる流れ面
積の部分が約６５〜７０％の範囲にあるようなものであ
る。この流れの妨害により、反応区域３６内の速度の分
布が不均一になると共にプレート組立体３７の下流側で
渦電流が生じることになる。この渦電流は、反応区域３
６内の炎が消えないようにする低速区域（即ち、約３ｍ
／Ｓ（１０ｆｐｓ）を形成し、かかる低速区域は「遮蔽
区域」と総称される場合がある。
プレート組立体３７の下流側における反応区域３６内の
燃焼ガス１７の速度が遅いことである。内側シェル２９
の直径は、反応区域３６内におけるその流れ面積、即ち
内側シェルを通る流れの方向に対して垂直な平面内のそ
の面積が反応区域３６内を流れるガス１７の平均基準速
度（平均基準速度は、バーナーの入口条件における燃料
／空気混合物の温度、圧力及び密度を用いて、連続的考
慮に基づいて計算された燃焼器を通る速度として定義さ
れる）は比較的高い（即ち、約３０ｍｍ／Ｓ（１００ｆ
ｐｓ）となるように定められている。しかしながら、プ
レート組立体３７は、プレート組立体の付近における燃
焼用空気２２の流れを空気通路５３に閉じ込めることに
よりこの流れ面積のかなりの部分をブロックする。好ま
しい実施例では、空気通路５３のサイズ及び使用本数
は、プレート組立体３７によってブロックされる流れ面
積の部分が約６５〜７０％の範囲にあるようなものであ
る。この流れの妨害により、反応区域３６内の速度の分
布が不均一になると共にプレート組立体３７の下流側で
渦電流が生じることになる。この渦電流は、反応区域３
６内の炎が消えないようにする低速区域（即ち、約３ｍ
／Ｓ（１０ｆｐｓ）を形成し、かかる低速区域は「遮蔽
区域」と総称される場合がある。
【００２３】図３に示すように、空気入口ポート４９を
通って燃料ノズルに流入するが燃料１２とは混合しない
冷却空気２６の部分４６は、環状通路４８の頂部から流
れ出て、燃料管スタブ６１に取り付けられたバッフル３
８によって偏向されプレート組立体の上部プレート３９
の表面上を流れ、それにより膜冷却作用をプレート組立
体に与える。
通って燃料ノズルに流入するが燃料１２とは混合しない
冷却空気２６の部分４６は、環状通路４８の頂部から流
れ出て、燃料管スタブ６１に取り付けられたバッフル３
８によって偏向されプレート組立体の上部プレート３９
の表面上を流れ、それにより膜冷却作用をプレート組立
体に与える。
【００２４】図２に示すように、冷却され更に圧縮され
た空気２５の第２の部分２７は、内側シェル２９を通っ
て延びる燃料供給管３２の部分を包囲するジャケット３
３によって形成される環状通路に差し向けられ、それに
より管３２を冷却する。図３に示すように、燃料管ジャ
ケット３３は、各燃料モジュール４３の場所でプレート
組立体３７の直ぐ上流側に位置する出口６２を形成す
る。燃料管３２の冷却後、冷却用空気の部分２７は出口
６２から排出されて、プレート組立体３７の上部プレー
ト３９上を流れ、それによりもう一度冷却を行う。
た空気２５の第２の部分２７は、内側シェル２９を通っ
て延びる燃料供給管３２の部分を包囲するジャケット３
３によって形成される環状通路に差し向けられ、それに
より管３２を冷却する。図３に示すように、燃料管ジャ
ケット３３は、各燃料モジュール４３の場所でプレート
組立体３７の直ぐ上流側に位置する出口６２を形成す
る。燃料管３２の冷却後、冷却用空気の部分２７は出口
６２から排出されて、プレート組立体３７の上部プレー
ト３９上を流れ、それによりもう一度冷却を行う。
【図１】従来技術によるトッピング焼却器を用いる間接
燃焼式ガスタービン複合サイクル動力プラントの略図で
ある。
燃焼式ガスタービン複合サイクル動力プラントの略図で
ある。
【図２】従来型ガスタービンに組み込まれた本発明によ
るトッピング燃焼器を示すガスタービンの半分割縦断面
図である。
るトッピング燃焼器を示すガスタービンの半分割縦断面
図である。
【図３】ＩＩＩで指示された円によって囲まれている図
２に示すトッピング燃焼器の部分の詳細図である。
２に示すトッピング燃焼器の部分の詳細図である。
【図４】図３に示すＩＶ−ＩＶ線における横断面図であ
る。
る。
【図５】図３に示す燃料ノズルの等角図である。
１ ガスタービン ２ 圧縮器部分 ３ タービン部分 ６ トッピング燃焼器 １２ 液体または気体燃料 ２２ 高温圧縮空気 ２９ 内側導管 ３１ 環状通路 ３６ 反応区域 ３７ プレート組立体 ５０ 燃料ノズル ４８ 環状通路 ３８ バッフル ２６ 冷却された空気
Claims (5)
- 【請求項１】 ガスタービン動力プラントであって、空
気を圧縮するための圧縮機部分及び高温ガスを膨脹させ
るためのタービン部分を備えたガスタービンと、圧縮機
部分から圧縮空気の少なくとも一部分を受け入れて高温
圧縮空気を生じさせるよう連結されている熱交換器を含
む固体燃料炉と、高温圧縮空気を受け入れるよう連結さ
れると共に液体または気体燃料を燃焼させるようになっ
ているトッピング燃焼器とを有し、トッピング燃焼器
は、ガスタービンのタービン部分に供給される高温圧縮
空気中で液体または気体燃料を燃焼させるバーナーを備
えた反応区域を有する内側導管と、圧縮機部分及び熱交
換器と流体連通状態にある環状通路を構成する外側導管
とを有し、圧縮機部分からの圧縮空気の第１の部分が環
状通路を通って流れるようになっており、バーナーは、
内側導管内に配置されており、バーナーは、複数の燃料
ノズルが設けられ、圧縮機部分と流体連通状態にあるプ
レート組立体を含み、圧縮機部分で生じた圧縮空気の第
２の部分がプレート組立体を通って導かれて燃料ノズル
内へ流入するようになっていることを特徴とするガスタ
ービン動力プラント。 - 【請求項２】 炉は、別の固体燃料を燃焼させることに
より圧縮機部分からの圧縮空気の少なくとも一部を加熱
し、それによって高温圧縮空気を生じさせるようになっ
ており、前記炉は、内側導管と流体連通状態にあって、
高温圧縮空気は、圧縮機部分によって生じた圧縮空気が
内側導管を通る高温空気の流れの方向とは逆の方向に環
状通路を通って流れるよう、内側導管及び熱交換器と流
体連通状態にある環状通路を通って流れるようになって
いることを特徴とする請求項１のガスタービン動力プラ
ント。 - 【請求項３】 圧縮空気の第２の部分を一段と加圧する
ためのブースト圧縮機と、環状通路からの圧縮空気の第
２の部分をブースト圧縮機を通してプレート組立体に差
し向けるための導管をさらに有することを特徴とする請
求項１または２のガスタービン動力プラント。 - 【請求項４】 圧縮空気の第２の部分を冷却するための
冷却器をさらに有することを特徴とする請求項３のガス
タービン動力プラント。 - 【請求項５】 プレート組立体は内側導管を横切って延
び、プレート組立体には冷却用空気通路が形成されてお
り、冷却用空気通路は冷却用空気を燃料ノズルに供給す
るために燃料ノズルと流体連通状態にあることを特徴と
する請求項１〜４のうちいずれか１つのガスタービン動
力プラント。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/749376 | 1991-08-23 | ||
| US07/749,376 US5261226A (en) | 1991-08-23 | 1991-08-23 | Topping combustor for an indirect fired gas turbine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05202769A true JPH05202769A (ja) | 1993-08-10 |
Family
ID=25013502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4245744A Pending JPH05202769A (ja) | 1991-08-23 | 1992-08-21 | ガスタービン動力プラント |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5261226A (ja) |
| EP (1) | EP0529310B1 (ja) |
| JP (1) | JPH05202769A (ja) |
| KR (1) | KR100218605B1 (ja) |
| CA (1) | CA2076563A1 (ja) |
| DE (1) | DE69205244T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5497613A (en) * | 1993-12-03 | 1996-03-12 | Westinghouse Electric Corporation | Hot gas manifold system for a dual topping combustor gas turbine system |
| US5950417A (en) * | 1996-07-19 | 1999-09-14 | Foster Wheeler Energy International Inc. | Topping combustor for low oxygen vitiated air streams |
| US6014855A (en) * | 1997-04-30 | 2000-01-18 | Stewart & Stevenson Services, Inc. | Light hydrocarbon fuel cooling system for gas turbine |
| US5930999A (en) * | 1997-07-23 | 1999-08-03 | General Electric Company | Fuel injector and multi-swirler carburetor assembly |
| US6026645A (en) * | 1998-03-16 | 2000-02-22 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Fuel/air mixing disks for dry low-NOx combustors |
| CA2530544A1 (en) * | 2005-12-16 | 2007-06-16 | Haul-All Equipment Ltd. | Vented, gas-fired air heater |
| JP6296286B2 (ja) * | 2014-03-24 | 2018-03-20 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 排熱回収システム、これを備えているガスタービンプラント、排熱回収方法、及び排熱回収システムの追設方法 |
| JP6490466B2 (ja) * | 2015-03-24 | 2019-03-27 | 株式会社クボタ | 廃棄物処理設備及び廃棄物処理設備の操炉方法 |
| CN104864415A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-08-26 | 陈文煜 | 一种适用于多种燃料的微型燃气轮机发电系统 |
| EP3650139A1 (de) | 2018-11-08 | 2020-05-13 | Linde Aktiengesellschaft | Brennermodul und verfahren zum generativen fertigen eines solchen brennermoduls |
| WO2022247290A1 (zh) * | 2021-05-28 | 2022-12-01 | 李华玉 | 双燃料与多燃料内燃动力装置 |
| US11846422B2 (en) * | 2021-08-19 | 2023-12-19 | Collins Engine Nozzles, Inc. | Systems for fuel injectors with fuel air heat exchangers |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB292514A (en) * | 1927-06-20 | 1929-08-22 | Bbc Brown Boveri & Cie | Improvements in and relating to pipes containers and the like, particularly for turbines |
| NL68405C (ja) * | 1945-12-18 | |||
| GB1106755A (en) * | 1965-10-14 | 1968-03-20 | Rolls Royce | Combustion equipment |
| US3773462A (en) * | 1969-04-04 | 1973-11-20 | Stein Industrie | Heat exchanger |
| GB1559779A (en) * | 1975-11-07 | 1980-01-23 | Lucas Industries Ltd | Combustion assembly |
| GB1585157A (en) * | 1976-07-17 | 1981-02-25 | Stone Platt Fluid Fire Ltd | Gas turbine engine |
| JPS5824695B2 (ja) * | 1977-03-14 | 1983-05-23 | トヨタ自動車株式会社 | ガスタ−ビンエンジンの燃焼器構造 |
| CH633347A5 (de) * | 1978-08-03 | 1982-11-30 | Bbc Brown Boveri & Cie | Gasturbine. |
| DE2950535A1 (de) * | 1979-11-23 | 1981-06-11 | BBC AG Brown, Boveri & Cie., Baden, Aargau | Brennkammer einer gasturbine mit vormisch/vorverdampf-elementen |
| US4369624A (en) * | 1981-01-02 | 1983-01-25 | Westinghouse Electric Corp. | High temperature gas turbine systems |
| EP0061262A1 (en) * | 1981-03-23 | 1982-09-29 | Cpc International Inc. | Power generating system |
| DE3361535D1 (en) * | 1982-05-28 | 1986-01-30 | Bbc Brown Boveri & Cie | Gas turbine combustion chamber and method of operating it |
| DE3663847D1 (en) * | 1985-06-07 | 1989-07-13 | Ruston Gas Turbines Ltd | Combustor for gas turbine engine |
| DE3833832A1 (de) * | 1988-10-05 | 1990-04-12 | Krantz Gmbh Energieplanung H | Verfahren zum betreiben einer waerme-kraft-anlage |
-
1991
- 1991-08-23 US US07/749,376 patent/US5261226A/en not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-07-23 EP EP92112608A patent/EP0529310B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-07-23 DE DE69205244T patent/DE69205244T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-08-21 CA CA002076563A patent/CA2076563A1/en not_active Abandoned
- 1992-08-21 JP JP4245744A patent/JPH05202769A/ja active Pending
- 1992-08-22 KR KR1019920015131A patent/KR100218605B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| CA2076563A1 (en) | 1993-02-24 |
| DE69205244T2 (de) | 1996-03-14 |
| EP0529310B1 (en) | 1995-10-04 |
| KR930004629A (ko) | 1993-03-22 |
| KR100218605B1 (ko) | 1999-09-01 |
| EP0529310A1 (en) | 1993-03-03 |
| US5261226A (en) | 1993-11-16 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20020416 |