JPH06506760A - 石炭ガスおよび別の燃料を有害成分の発生を少なく燃焼するための特にガスタービン用のバーナ燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 石炭ガスおよび別の燃料を有害成分の発生を少なく燃焼するための特にガスター ビン用のバーナ燃焼装置 本発明は、ガスタービンに利用されるような流体燃料、特に油、天然ガスおよび ７′又は石炭ガスに対するバーナに関する。

特にガスタービンにおいて燃焼設備からの有害成分の排出を減少するため世界的 に行われている努力に関連して、近年において特に窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出 が少ないバーナ燃焼装置が開発された。その場合、運転の際の燃料供給の確実性 および柔軟性を高めるために、この種のバーナは一種類の燃料だけでなく種々の 燃料例えば油、天然ガスおよび／又は石炭ガスで選択的にあるいはそれらを組み 合わせて運転できることが重要視されている。この種のバーナは例えばヨーロッ パ特許第０２７６６９６Ｂ１号公報に記載されている。

考え得るあらゆる異なった運転条件および燃料に対してバーナを設計する際の問 題点は、運転の際にその都度必要とされる個々の燃料の容積が全く異なり、すべ ての燃料に対して同じ導入系統および同しノズル開口を利用することが難しいこ とにある。従って従来技術においては、液状およびガス状の燃料に対して異なっ た導入系統を利用することが知られている。しかし全（異なった固有撚料比を有 するガス状燃料、例えば天然ガスおよび石炭ガスを選択的に採用しようとすると きにも別の問題が生ずる。この二種類の燃料を利用する場合における全く異なっ た容積比およびその燃焼の際における異なった化学的経過は、公知の装置の変更 あるいは拡大を必要とする。

１９９０年４月２６日アルンハイムでの報告会でテキストが配布されたジゴンエ ス・ジョイス著の刊行物「集積石炭ガス化コンバインド・サイクル（ＩＣＧ−Ｇ ＵＤ）動力プラントの開発」の第４図に、天然ガスあるいは小さな固有撚料比を 有するガスの燃焼に対して選択的に適用されるバーナが記載されている。しかし このバーナ燃焼装置の場合両方の燃料に対して拡散バーナが必要となり、これは 天然ガスで運転する際に予混合バーナの場合よりも窒素酸化物を多く発生するお それがある。

本発明の課題は、拡散火炎において小さな燃料比の燃焼ガスを燃焼するためにも 並びに予混合運転において高い燃料比の燃焼ガスおよび／又は油を燃焼するため にも適用されるバーナ燃焼装置を作ることにある。その場合、公知の装置の運転 確実性が維持され、追加的な設備的経費が少ないようにしようとするものである 。また装置は燃焼の質に不利な影響を与えることなく、特に本来の燃焼領域の前 で装置内において渦流個所で望ましくない火炎が発生することを避けようとする ものである。

この課題を解決するために、種々の駆動媒体を導入するためのほぼ同心的に配置 されている複数の環状通路と、幾分円錐状に先細になっている外側の空気・導入 ・環状通路系統とを備え、多数の出口ノズルを通ってガス状媒体あるいは液状媒 体が、空気　導入　環状通路系統内を流れる空気流に細かく分配して混合され、 流入側で出口ノズルの上側において補助環状通路が空気・導入・環状通路系統に 開口しているバーナ燃焼装置が捉供される。

その場合本発明は、小さな燃料比の燃焼ガスを燃焼する際、このようなガスの燃 焼の際に非常に高い火炎温度が生ぜず従って窒素酸化物の形成が実際に僅かとな るので、有害成分の排出を低下するための特別な処置を施す必要がないという認 識から出発している。従ってもう一つの簡単な導入系統を作れば十分であるが、 しかしこの場合この系統が他の系統に不利な影響を与えないように、また他の系 統で運転する際に運転確実性が低下しないように注意する必要がある。従って、 補助環状通路が流入側に他の燃料に対する出口ノズルの上側に開口していること が重要である。このようにして、バーナが出口ノズルを通して別の種類の燃料を 供給されるとき、補助環状通路に点火性混合物が到達することは全くなくなる。

本発明の有利な実施態様は従属請求の範囲に記載されている。

即ち有利には上記の補助環状通路は運転媒体を導入するための他の環状通路に密 着しており、従って補助環状通路は内部で空気・導入・環状通路に開口している 。更に、他の燃料に対する補助的な導入系統が特に空気・導入・環状通路系統と 組み合わされ、この空気・導入・環状通路系統は流出側に旋回流発生翼を有し、 その範囲あるいはその下流側に液状媒体用の出口ノズルが配置される。その代わ りに又はそれに加えて、ガス状媒体用の多数の出口ノズルを組み合わせることも できる。その場合特に、ガス状媒体の出口ノズルを旋回流発生翼自体の中に設け ることが有利である。そのために旋回流発生翼は中空翼として形成され、ガス状 媒体に対する導入系統に接続されている。その都度局部的に優先的になる流れ方 向に対してほぼ垂直に間けられている旋回流発生翼における多数の出口ノズルは 、ガス状媒体を空気流に一層に混合することを可能にする。その場合、流出する 噴出流の種々の到達距離に相応した種々の直径のノズルも追加的に利用できる。

上記の補助環状通路を利用する主な用途は、小さな固有撚料比を有する燃焼ガス （低Ｂｔｕガス）特に石炭ガスを導入することにある。

その場合、空気・導入・環状通路系統および補助環状通路は、原理的に小さな固 有撚料比を有する燃焼ガスを空気で燃焼するための拡散バーナを形成している。

勿論本来の燃焼領域までの比較的長い経路において一種の予混合が行われるが、 しかしこれは予混合バーナを使用する公知の方式では行われない、特に補助環状 通路の開口のすぐ後ろから旋回流発生翼の範囲までは、発生するおそれのある空 気・燃焼ガス・混合物の望ましくない点火を考慮する必要はない０本発明に基づ くバーナの主運転方式は第２図の図表に示されており、原理的にはそこに表され ている主運転方式を組み合わせることも可能である。なお本発明に基づくバーナ 燃焼装置において燃焼火炎を安定させるためには一般にパイロットバーナ系統が 必要であり、このパイロットバーナ系統は、従来技術において種々の形態で知ら れているように中央の安定火炎を維持する働きをする。これにはすべての公知の パイロットバーナ系統が通しており、その場合特に、主バーナと同し燃料で運転 できるパイロットバーナが勿論有利である。このことは図表に一緒に示されてい る。

本発明の実施例が図面に示されている０図面において、第１閲は本発明の有利な 実施例におけるほぼ回転対称のバー＼す燃焼装置の継断面図、および 第２図は本発明に基づくバーナ燃焼装置の主運転方式を表した図表である。

第１図は本発明に基づくバーナ燃焼装置を縦断面図で概略的に示しており、この 装置における本発明の主要部でない部分の詳細は、ヨーロッパ特許第０２７６６ ９６Ｂ１号公報および同第０１９３８３８Ｂ１号公報に明瞭に示されている。

なお本発明に基づくバーナ燃焼装置がヨーロッパ特許第０２７６６９６Ｂ１号公 報の従来技術に対して環状通路１６による有利な変更と補充並びに旋回流発生翼 への天然ガス用出口ノズルの設置によって変更されていることを確認されたい。

場合によっては？３［＠の同形のノズル燃焼装置と共に例えばガスタービン設備 の燃焼器において使用されるバーナ燃焼装置は、内側部分即ちパイロットバーナ 系統およびこれに対して同心的に位置する外側部分即ち主バーナ系統から構成さ れている。これらの両系統はガス状燃料および／又は液状燃料による運転に対し て任意の組合せで適用される。パイロットバーナ系統は中央の油導入路１　（媒 体Ｇ）とこの周りに同心的に配置された内側ガス・導入通路２（媒体Ｆ）とを有 している。内側ガス・導入通路２は更に同心的に配置された内側空気・導入通路 ３（媒体Ｅ）によって取り囲まれている。この通路に又はその中に適当な点火装 置が配置されるが、この点火装置に対しては多くの実施方式が知られているので 、ここではその図示を省略する。中央の油導入路１はその先端に油ノズル５を有 し、内側空気・導入通路３はその終端範囲に旋回流発生翼６を有している。パイ ロ７）バーナ系統１．２．３．５．６はそれ自体は公知のようにして運転される 。

王バーナ系統はパイロットバーナ系統に対して同心的に配置され且つそれに対し て斜めに延びる外側空気・導入・環状通路系統４を有している。この外側空気・ 導入・環状通路系統４も旋回流発生翼７を備えている。この旋回流発生！［７は 空気・導入・環状通路系統４（媒体Ａ）の流れ断面内に出口ノズル１１を備えた 中空翼から成っている。この出口ノズルには導入配管８および環状通路９から開 口１０を通して媒体Ｂが供給される。このバーナは追加的に媒体Ｃ用の導入配管 １２を有し、この導入配管１２は環状通路１３に開口し、この環状通路１３は旋 回流発生翼７の範囲に又はその下側に媒体Ｃ用の出口ノズル１４を存している。

媒体Ｃの噴射［１５も示されている９本発明に基づいてこのバーナは補助的にも う一つの石炭ガス・導入通路１６（媒体り用）ををしている、これは出口ノズル １１付きの旋回流発生Ｉ７の上側に回着して外側空気・導入・環状通路系統４に 、しかもその内部に開口しているので、両系統は一緒に原理的に拡散バーナを形 成している。その場合、媒体Ｂ例えば天然ガスで運転する際に運転安全性を害し ないようにこの媒体の隅における再循環あるいは石炭ガス・導入通路１６への再 ｖＩ４環が生しないことが重要である。また石炭ガス　導入通路１６はその開口 の下側で流れを乱さないので、媒体Ｂ用および媒体Ｃ用の良好な燃焼特性が一定 して維持される。これに対し石炭ガス・導入通路１６が媒体Ｂ用の出口ノズル１ １および媒体Ｃ用の出口ノズル１４の下側に開口しているときには、この個所に 横断面積の増大および周辺流の乱れが生してしまい、これらはいずれも望ましく ない。石炭ガス・導入通路１６おまび旋回流発生ｊ［７としての中空翼の本発明 に基づく配置横這は、従来技術におけるバーナ系統を僅かに変更するだけで済み 、従ってｆＩ造的に安価な経費で実現できる。

第２図に示す図表は、媒体の選択従ってバーナ燃焼装置の種々の運転方式に対し てどのような方式が考えられるかを示している。このバーナ燃焼装置は有害成分 の発生にとってその都度良好な特性において天然ガス、石炭ガスあるいは小さな 燃料比を有する他のガス並びに油で運転できる。一つの運転方式において有害成 分の発生の一層の低下が望まれるときには、この運転方式においては燃料導入に とって差当り不要な系統を介して場合によっては不活性物質特に水あるいは痕気 、場合によってはこれが望まれる場合には添加物も導入することができ０個りの 導入系統のその都度所望の媒体への切換は、従来技術に属している単純な多経路 形弁によって達成できる。各燃料に対してその都度環境にやさしい燃焼方式がＸ Ｆｊｉできるにも拘わらず、装置的な費用は安価のままである。特にすべての運 転方式において窒素酸化物の発生は最小にされる。

ＩＧ　１ 国際調査報告

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．積々の運転媒体（Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆ）を導入するためのほぼ同心的に配置され ている複数の環状通路（２、３、９、１３）と、幾分円錐状に先細になっている 外側の空気・導入・環状通路系統（４）とを備え、多数の出口ノズル（１１；１ ４）を通ってガス状媒体（Ｂ）あるいは液状媒体（Ｃ）が、空気・導入・環状通 路系統（４）内を流れる空気流（Ａ）に細かく分配して混合されるようなバーナ 燃焼装置において、流入側で出口ノズル（１１；１４）の上側において補助環状 通路（１６）が空気・導入・環状通路系統（４）に開口していることを特徴とす るバーナ燃焼装置。
2. ２．補助環状通路（１６）が空気・導入・環状通路系統（４）の内部に開口して いることを特徴とする請求の範囲１記載のバーナ燃焼装置。
3. ３．空気・導入・環状通路系統（４）が流出側に旋回流発生翼（７）を有し、そ の範囲あるいはその下流側に液状媒体（Ｃ）用の出口ノズル（１４）が配置され ていることを特徴とする請求の範囲１又は２記載のバーナ燃焼装置。
4. ４．空気・導入・環状通路系統（４）が流出側に旋回流発生翼（７）を有し、こ の旋回流発生異（７）が中空翼から成り、ガス状媒体（Ｂ）を空気流に混合する ための多数の出口ノズル（１１）を有していることを特徴とする請求の範囲１な いし３の１つに記載のバーナ燃焼装置。
5. ５．補助環状通路（１６）が、小さな固有燃料比を有する燃焼ガス（Ｄ）（低Ｂ ｔｕガス）特に石炭ガスを導入するために設計されていることを特徴とする請求 の範囲１ないし４の１つに記載のバーナ燃焼装置。
6. ６．空気・導入・環状通路系統（４）および補助環状通路（１６）が、原理的に 小さな固有燃料比を有する燃焼ガスを燃焼するための拡散バーナを形成している ことを特徴とする請求の範囲１ないし５の１つに記載のバーナ燃焼装置。
7. ７．ガス状媒体（Ｂ）が天然ガスであることを特徴とする請求の範囲１ないし６ の１つに記載のバーナ燃焼装置。
8. ８．ガス状媒体（Ｂ）が水蒸気であることを特徴とする請求の範囲１ないし６の １つに記載のバーナ燃焼装置。
9. ９．液状媒体（Ｃ）が油であることを特徴とする請求の範囲１ないし６又は８の １つに記載のバーナ燃焼装置。
10. １０．液状媒体（Ｃ）が水であることを特徴とする請求の範囲１ないし７の１つ に記載のバーナ燃焼装置。
11. １１．出口ノズル（１１；１４）および補助環状通路（１６）が、ガス状媒体（ Ｂ）および／又は液状媒体（Ｃ）の補助環状通路（１６）への再循環ができない ように配置されていることを特徴とする請求の範囲１ないし１０の１つに記載の バーナ燃焼装置。
12. １２．補助環状通路（１６）が、旋回流発生異（７）の範囲で点火が生じないよ うに旋回流発生異（７）の直ぐ上側に開口していることを特徴とする請求の範囲 １ないし１１の１つに記載のバーナ燃焼装置。
13. １３．ほぼ同心的に配置された空気（Ｅ）、ガス状媒体（Ｆ）および／又は液状 媒体（Ｇ）を導入するための内側導入通路（１、２、３）が、全バーナ燃焼装置 の炎を安定するパイロット火炎を発生するために使用されることを特徴とする請 求の範囲１ないし１２の１つに記載のバーナ燃焼装置。