JPH10508683A

JPH10508683A - 燃料ガスの燃焼および利用における改善

Info

Publication number: JPH10508683A
Application number: JP8514894A
Authority: JP
Inventors: カミングス，ドナルド・レイ
Original assignee: アイセントロピック・システムズ・リミテッド
Priority date: 1994-10-27
Filing date: 1995-10-27
Publication date: 1998-08-25
Also published as: DE69527299D1; WO1996014370A3; CN1170456A; RU2149312C1; EP0785975A2; ZA959129B; CA2202767A1; WO1996014370A2; EP0785975B1; US6345495B1; ATE220096T1; PL179614B1; CN1107838C; PL319903A1; US6033207A; EP0785975A4

Abstract

(57)【要約】燃料ガスを燃焼させる燃焼器(2)が記載されている。入口配管(20)を経て燃焼器(2)に流入する燃料ガスは、爆発下限界未満の空気との圧縮された混和物である。この燃料ガス／空気の混和物は、チューブ(6)内を経て燃焼領域(8)へ送られて、ここで反応／自己燃焼のみによって燃焼が起こる。燃焼したガスは、バッフル(10)の配置によって作られた曲がりくねった通路を出口ダクト(22)に向かって流れる。排出される燃焼ガスは、チューブ(6)の外面を通過しつつ、チューブに流入するガスに予熱のための熱を与える。また、廃棄される燃料ガスを利用するためのガスタービン系(100)が記載され、このガスタービン系は、タービン(100)の膨張段(104)に燃焼した燃料を供給する上述の燃焼器(2,114)を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】燃料ガスの燃焼および利用における改善技術分野本発明は、燃料ガスの燃焼および利用における改善に関する。好ましい１つの実施例では、鉱山や埋立地などから出て、余分なエネルギ価値を有してそうでなければ浪費されるガスを利用する方法と装置が述べられている。この明細書で「燃料ガス」という文言は、メタンあるいは天然ガス,石炭薄層ガス,下水ガス,ごみ埋立地ガスなどのメタンを含有するガス、および高炉ガス, 製鋼ガス,発生炉ガスなどの一酸化炭素を含有するガス等の可燃性ガスを包含するものと解されなければならない。このような可燃性ガスは、窒素や二酸化炭素や空気などの不純物をも含有している。坑内換気空気などの例では、可燃性ガスは、実質上希釈されて、その空気に対する比率は、可燃性ガス混合気の爆発下限界よりも低いか、あるいは爆発状上限界よりも高い。さらに「燃料ガス」は、可燃性ガスと混合した意味深い空気の混合気を含み得る。本発明を具体化する燃焼器に供給される「燃料ガス」の文脈において、「燃料ガス」の文言は、可燃性ガスと空気の混合気がその爆発下限界よりも低い濃度である場合を言うと解されなければならない。発明の背景高炉ガスおよびメタンを含有する炭鉱換気空気などの過度に希釈された燃料ガス等多くの低品位燃料は、第１に確立された技術が非常に高価であることや、燃料の商業的利用を可能にする適切な技術と安価な装置が入手できないことに伴う問題のために、そのままあるいは燃え立たせて排出されている。膨大な体積のこのような燃料ガスは、利用するためには圧縮しなければならないが、ガスタービンの圧縮段と膨張段を流れる質量流量およびこれに伴う燃焼の問題のため、標準設計のタービンを用いることができない。希釈燃料ガスを利用するためにガスタービンを用いる際の更なる問題は、タービンへ燃料として供給するために、実質上総てのガスをタービンの燃焼圧力以上までに圧縮しなければならないことであり、この圧縮は、装置および必要な動力の両面で高価になる。ガスが出る傾向にある地下の炭坑では、メタンの抽出が、地下の採掘で影響された薄い石炭層に存する全メタンの一部を、空気および二酸化炭素などの他の汚染物質で汚染されたメタン燃料ガス流として除去する。この技術で抽出されるメタンの比率は、採掘中に放出されるメタン全量の一般に５０％以下であり、残りの大部分が坑内換気空気中に放出される。このような鉱山の換気空気中のメタン含有量は、典型的には０.８〜１.０％である。そうでなければ浪費されるこのガスを、タービンへの空気供給の全部または一部としてガスタービンに吸い込むことによって利用することが曾て提案された。しかし、高効率かつ費用有効的な最近のガスタービンは、このタービンに要求される吸込み空気に対するメタン燃料の平均体積比率が、一般に２％を超えて通常３％である。そのため、仮に吸い込まれたメタンで汚染された空気中のメタンが燃焼できて、空気中に体積比率で１．０％のメタンがあるとしても、タービンの要求燃料の略１／３が供給されるにすぎない。このようなタービンは、仮に燃焼の問題が解決でき,炭鉱排出ガスが補助燃料として利用できたとしても、上記炭坑からのガス流を有効に利用することができない。このような希薄燃料ガス流に関して、冷却とパージの目的のために全空気流量の典型的には１５％も過剰に用いる上記最近の高効率タービンには、更なる問題がある。この過剰空気の結果、吸い込まれた空気中のメタンの相当部分が燃焼段をバイパスして、バイパス空気中の燃料は全く利用され得ずに浪費されるのである。さらに、燃焼段をバイパスして中間温度で燃焼ガス流に加えられるメタンは、燃焼段で生成された酸化窒素を有毒で可視の二酸化窒素に変えることを促進するメチル-ヒロドキシルラジカルなどの活性ラジカルを生成しうることが知られている。下水処理,「埋立地」操業,薄い石炭層などから出る幾つかの低純度ガスは、多分体積で７０％を超える高濃度の二酸化炭素を含有する。このようなガスは、不可能でないにしても従来のガスタービンおよびこれに関連する燃焼系で燃焼させるのが非常に難しいという問題を有する。オーストラリアエネルギ研究所の1992年6月版ニュースジャーナルに掲載された「炭坑におけるメタン放出の低減」という表題の本発明者の著わした記事は、メタンを含有する炭坑換気空気をガスタービン内に吸い込むことを提案したが、上述の問題が総て認識される以前に提案されている。当時、火災を阻止し,炭坑を絶縁する手段として炭坑とタービン燃焼系の間に水封じを用いるとともに、換気空気中のメタンが予め定められた上限値を万一超えたとしてもタービンの本質的な安全運転を保証すべく、希釈空気の量を変化させる特別な制御弁を用いることが提案された。この提案されたシステムは、比較的複雑なうえ、タービンは、燃焼が完全でない場合、安全制御装置なしで、体積比で略３％のメタンを含有する空気でもって運転されなければならないという問題をもっていた。このメタン含有比は、空気中のメタンの爆発下限界に近くて許容できるものではない。さらに、燃料ガスと空気の混合気がガスタービンの吸い込みのために供給され、または燃焼器に供給されて、上記混合気が爆発下限界以下である場合、混合点で過渡的に可燃性の混合気が存在しうるということが問題である。ガスタービンや大規模な工業設備にとっては、混合段での圧力低下が小さいことが望ましく、起こり得るいかなる爆発の虞れや大きさは、ガスタービンや工業炉に要求される空気および燃料ガスタービンの体積が大きいにも拘わらず、最小でなければならない。そうでなければ浪費されるガスを利用することの利益にも拘わらず、現在までタービン製造者は、適切なタービンの設計を提案できないでいる。より一般に言って、燃料ガスの燃焼中に酸化窒素が生成することは、商業的および工業的な燃焼機,炉,ガスタービンなどの広範囲の加熱系にとって一般的な問題である。多くの適用例において、燃焼過程によって生成される燃焼ガスの望ましい温度は、燃焼ガスの火炎温度よりも相当に低いが、結果として生じるガス中に生成するＮＯxのレベルは、最終的混合ガスの温度ではなく、上記火炎温度によって決定される。この問題で典型的なのは、ガスタービン内での燃料の燃焼である。この場合、燃焼ガスの温度は850℃〜1200℃でなければならないが、(濃混合気燃焼に続いて希薄混合気燃焼を行なうような)バーナのための非常に進歩した設計をもってしても、ＮＯxレベルは火炎条件によって決定され、上記設計は、排出ガス中のＮＯxを２０ppm以下に低減すると期待されているが、ＮＯx放出の１０ppm以下への低減は、触媒装置などの非常に特別な燃焼系を用いて初めて達成できるのである。触媒燃焼系は、白金やパラジウムなどの貴金属触媒の使用に一般に頼っており、これら貴金属触媒は、稀かつ高価な元素であるという問題があるとともに、一例として埋立地ガス中に含まれるシランなどの燃料ガス中の不純物によって容易に触媒力を弱められる。汚染物質を燃焼させてタービン燃料の一部として利用するために、炭化水素で汚染された空気をガスタービンに吸い込むことが知られているが、これは一般に汚染物質が燃料の少部分を占める場合だけである。この技術は、本来,汚染物質の放出を低減するために用いられ、慣用の燃焼器に制限があるため、慣用のガスタービンに使用される燃料の要求の相当部分を賄うためにたやすくは用いることができない。本発明の主目的は、従来技術における上述の問題の幾つかを克服し,あるいは改善することにある。本発明の開示本発明の第１の態様では、燃料ガスを燃焼するための燃焼器が開示され、この燃焼器は、燃料ガスを供給するための入口をもつ容器と、一端が供給される燃料ガスに連通し,他端が燃焼領域に連通する中空チューブの列を備え、この中空チューブは、その外側が,上記燃焼領域から上記容器の出口へ燃焼ガスが通過する出口通路を形成し、上記燃焼ガスの熱の一部が、流入ガスを予熱すべく上記中空チューブ内の流入ガスに伝達されるとともに、供給される燃料ガスの空気に対する比率が、上記燃料ガスの爆発下限界未満であり、上記燃焼領域における燃焼が、上記予熱された燃料ガスの反応または自己燃焼によって生じるものである。上記燃焼器は、曲がりくねった出口通路を形成するために、チューブ相互間にバッフル手段をさらに備えることができる。上記チューブは、容器の長手方向に配置することができ、上記入口と出口は上記容器の同じ一端側にあり、上記燃焼領域は上記容器の他端側にある。上記チューブは、上記バッフル手段によって六角形の配列に配置することができ、上記バッフル手段は、上記チューブに外嵌するとともに隣り合う同士で互いに組み合う六角形のスリーブからなる。上記燃料ガスが燃焼器に導入される前に,上記燃焼領域を燃焼温度まで予熱するためのバーナを、上記燃焼領域の近傍に設けることができる。本発明の他の態様では、燃料ガスを燃焼するための方法が開示され、この方法は、供給された燃料ガスを、予め燃やされた燃料から与えられる熱によって予熱するステップと、この予熱された燃料ガスを、反応または自己燃焼が起こるに十分な時間だけ収容するステップと、燃焼した燃料ガスを、上記供給される燃料ガスと熱交換させるべく、曲がりくねった通路を経て排出するステップとからなる。上記予熱された燃料ガスを供給の際に燃焼させるに十分な温度の箇所に、さらに燃焼領域を配置するステップを設けるのが好ましい。本発明の更なる態様では、有用なエネルギを作るために燃料ガスを利用するためのガスタービン系が開示され、このガスタービン系は、上記燃料ガスを受けて圧縮された燃料ガスを出す圧縮段と、対空気比率が爆発下限界未満の上記圧縮された燃料ガスを受け、この圧縮された燃料ガスを、予熱された燃料ガスが燃焼する前に,燃焼した燃料ガスから伝達される熱によって予熱し、上記燃焼は反応または自己燃焼によって起こる燃焼器と、機械的に上記圧縮段と連結され、上記燃焼した燃料ガスを受けて膨張エネルギが有用な回転エネルギに変換される膨張段とを備える。好ましい形態では、上記膨張段から排出される膨張したガスは、上記圧縮された燃料ガスに,この燃料ガスが上記燃焼器に達する前に熱を与えるべく熱交換器を通る。上記回転エネルギを電気エネルギに変換するために、上記膨張段に発電機または空気圧縮機がさらに連結される。上記供給される燃料ガスは、炭鉱排出ガスおよび炭坑換気空気の混和物とすることができる。上記混和物は、混合段によって生成されることができ、この混合段は、上記炭坑換気空気のためのダクトを備え、このダクトの通路内には、上記炭鉱排出ガスを受け入れる複数のチューブが有り、このチューブは、上記炭鉱排出ガスを上記炭坑換気空気と混合させるように案内できる複数の穴を有する。上記燃料ガスはメタンを含有しているのが最も有利である。空気に対するメタンの比率は、２％以下である。本発明は、上記圧縮段として既に定義した圧縮機を一体化した既に定義したようなガスタービン系をさらに開示する。本発明は、有用なエネルギを作るために燃料ガスをガスタービンで利用するための方法を開示し、この方法は、燃料ガスを圧縮するステップと、上記圧縮された燃料ガスを、予め燃焼させた燃料ガスから与えられる熱によって燃焼させる前に予熱するステップと、上記予熱された燃料ガスを反応または自己燃焼によって燃焼させるステップと、有用なエネルギを作るために上記燃焼したガスを膨張させるステップとを備える。上記圧縮された燃料ガスを,上記膨張段から出る排出ガスとの熱交換によって加熱するステップを、さらに備えるのが有利である。図面の説明図１は、本発明の実施例の燃焼器の側面断面図である。図２aと図２bは、燃焼器の更なる実施例を示す図である。図３aは、構成部材である熱交換チューブの詳細図である。図３bは、図３aの熱交換チューブの配列を示す図である。図４は、炭鉱排出ガスおよび坑内換気ガスを発電に用いるための装置の模式図である。図５は、運転パラメータを表示した図４と同じ装置の図である。図６aと図６bは、ガス混合装置の詳細図である。図７は、上記ガス混合装置におけるガス混合領域の詳細を示す図である。本発明を実施するための最良の形態本発明の実施例は、簡素化された形の燃焼室２を示す図１を参照しつつ、次により詳細に説明される。燃焼用空気を爆発下限界未満の濃度レベルで含有する燃料ガス（例えばメタン）は、配管２０を経て燃焼室２の入口ヒータ１４に供給され、管板４を抜けて熱交換チューブ６に至り、ここで燃焼領域８に入る前に発火温度にまで加熱される。温度上昇は、高温燃焼領域８の体積と相俟って、燃料ガスが反応し,かつ急激に引き起こされる自由燃焼反応によって自然燃焼するに必要な滞留時間を提供する。こうして、燃焼は特質として自然に起こり、その結果、構成ガスのメタンは、二酸化炭素と水蒸気に変化する。燃焼を起こすのに火炎を与える必要を無くすることは、ＮＯx成分の生成が５ppm未満までに非常に少なくなることを意味する。燃焼領域８を出た高温ガスは、熱交換チューブ６の外側を通過しつつ、一続きのバッフル１０によって混合され,チューブの外面を横切って曲がりくねった円環状の経路に向けられた後、実質上燃焼してガスタービンの膨張段に備えた所望の温度になってダクト２２を経て出て行く。燃焼室２は、断熱材料で実質上内張りされ、セラミックタイルやセラミック環などの耐熱内周ライニングを有する。チューブ６が炭化ケイ素などの非金属材料からなる場合、このチューブは金属製の管板４を覆って固められていて、管板４は、出口ダクト２２に対応する側で高温燃焼ガスに対して実質上断熱される。燃焼室２は、配管２４から燃料を,別の配管２６から空気を分離して供給されるバーナ１２によって、運転温度に昇温され、上記両配管は、供給配管２０内の燃料および空気と同じ源泉に由来することができる。運転温度(メタンの場合、略1000℃以上)が一旦達せられると、バーナ１２は、閉じられて,空気のみを少量連続して流すことで冷却される。バーナは、パイロットバーナとして小流量で作動させることもできる。図２aは、上述の燃焼室２を簡素化した燃焼室２'の典型的な好ましい配置を示している。熱交換チューブ６の配列は、各チューブの下端が供給配管２０に連通して配置されている。バッフル１０は、通常の直交流バッフリング用に配置されている。図２bは、延長板１６を有する同様の燃焼室２"を示し、この延長板は、連続的上昇流に続いて熱交換領域への分離した下降流を保証するように配置されている。図３aは、チューブ６と一体の六角形のバッフル１０'を有する炭化ケイ素チューブの部分を示す一方、図３bは、六角形のバッフル支持体１０'が、出口ダクト２２への曲がりくねった経路を形成するように互い違いに配置されたチューブ６の配列を示している。例１つの実施例では、タービンケーシングの外側に燃焼器を有し、タービン燃料であるメタンを吸入空気と共にタービン内に吸い込む復熱式ガスタービンであるケンタウルス(Centaur)3000Ｒと類似のタービンに燃料を供給すべく、燃焼器２ ”が用いられる。このタービンは、次のような基礎的諸元と特徴を有する。空気／メタン供給ガス流１７.４kg／second 化学分析２４℃,大気圧下で水蒸気で飽和されたメタン１.６％(体積／体積乾燥量基準),空気９８.４％(体積／体積乾燥量基準) 空気／メタン入口温度４００℃ 燃焼ガス出口温度８５０℃ 燃焼器内径 1,190 mm チューブバンドル：チューブ数 1,794 チューブ外径 19 mm （三角形ピッチで配置）チューブ長さ 2,000 mm バッフル数５チューブ頂から燃焼器頂部までの長さ 1,000 mm チューブは、２mm厚さのサンドヴィック(Sandvik)２５３-ＭＡ合金製で、内面がＢＳＷ「ファイン」のタップダイによってセレーション加工されてニッケルで電気めっきされている。管板４とバッフル１０も、サンドヴィック(Sandvik)２５３-ＭＡ合金製である。チューブの(高温に曝される)外面は、ムライトのようなセラミック酸化物で被覆することができる。上述のような燃焼器は、ガスタービンや精錬炉や他の形態のプロセス炉にも適用される。更なる実施例では、チューブ６は、メタンを含有する燃料のためのニッケル触媒や一酸化炭素を含有する燃料のための酸化亜鉛を基材とする触媒などの公知の触媒を公知の手法で含浸させうる多孔質のセラミックの棒を内部に設けることができる。メタンで汚染された炭鉱の換気空気および炭鉱排出ガスに適用される本発明の更なる実施例は、一般化されたガスタービン100を示す図４を参照しつつ次に説明される。上記ガスタービンの圧縮段102は、駆動軸108によって膨張段104に連結されている。膨張段104は、今度は更なる駆動軸110によって発電機106に連結されている。発電機106の出力電力は、炭鉱の換気空気および炭鉱排出ガスから取り戻された電力であり、送電網に供給することができるので、売ることができる商品を意味する。メタンで汚染された炭鉱の換気空気は、入口ダクト250を通って(次に述べるように)混合器112に達し、この混合器に更なる入口ダクト252により供給される炭鉱排出ガスが量を制御されてさらに加えられる。混合気は、次いで出口ダクト25 4を経てガスタービン圧縮機102にその吸引力によって吸い込まれる。次いで、メタンを含有する圧縮された空気は、圧縮機102を出て,出口ダクト25 6を経て復熱器116に送られ、ここで熱交換によって加熱された後、ダクト258を経て燃焼器114に達する。燃焼器114は、図１〜図３bの開示による構造になっており、この実施例の目的のためにプロセス例に応じた特別の仕様による構造になっている。高温(燃焼)ガスは、燃焼器114を出て,ダクト262を経て膨張段104に入る。膨張段104からの排出ガスは、出口ダクト264を経て出て,復熱器116を通った後、冷えた排出ガスになって、復熱器116を出て,出口ダクト266を経て大気に放出される。復熱器116を出たタービンの冷えた排出ガスは、タービン圧縮機からの空気によって通常は冷却されるタービンディスクや軸受や他の部材を冷却するための蒸気を発生させるために廃熱ボイラに供給することができ、これによって、タービンに吸い込まれたメタン(燃料ガス)で汚染された空気の総てまたは実質上総てが、燃焼系を通り抜けることを強制または可能にする。この例では留出油であるタービンのための始動燃料は、配管260を経て、更なる配管268を経て供給されるバーナのための空気と共に燃焼器114に供給される。多段タービンは、大抵の適用例で用いられ、その定格出力の近傍で運転される。負荷の主たる変化は、個々のタービンを停止することで行なうことができ、目標タービン負荷の幾らかの変化は、燃焼器114を出る出口ダクト262内のガスに対して設定された温度を変更することで行なうことができる。負荷の変化は、圧縮段102および膨張段に一体化された可変入口ベーンを用いるなどの公知の手法で、タービンを通る燃料の質量流量を変更することによっても行なうことができる。本発明の更なる好ましい変形例では、図４に示すガスタービン100は、その燃料の実質上総てを、圧縮機102の吸込流中へ燃料ガスを制御して噴射することおよび入口空気中のメタンによって供給してもらう。ウェスチングハウス(Westinghouse)ＣＷ191ＰＧおよびソーラケンタウル(Sola r Centaur)400Ｒなどのタービンは、現在製造されておらず、ジェネラルエレクトリック(General Electric)フレーム(Flame)１,フレーム２,フレーム５の各タービンは、古くて時代遅れの設計と見做されているが、これらのタービンは、本発明の実施で用いるのに理想的に適している。上で挙げた型式のタービンは、上述の燃焼器114を含むように改造すると、空気中のメタンの爆発下限界よりも相当低い吸込空気中の体積比で２％というレベルを超えるメタンでもっては運転不可能である。タービンが坑内換気空気の吸込みに用いられた場合、このタービン自体が、調整用のどのような分析装置や他の坑内安全装置にも匹敵するこれらと独立の有効な監視装置になる。図６aと図６bは、入ってくる坑内換気空気と炭鉱排出ガスとが、混合器112内で混合されるダクトの構造の詳細を示している。図６aは、図６bに示されたＡ- Ａ線に沿う断面図である。上記ダクト250は、複数の間隔をおいて鉛直に配置された中空のチューブ150を備え、これらのチューブは、頂部と底部の接続パイプ1 52,154によって互いに接続されている。図７から最もよく分かるように、各鉛直のチューブ150は、周囲に小孔160の列を有し、これらの小孔から炭鉱排出燃料ガスが流出して、坑内換気空気と混合するようになっている。隣り合うチューブ間の空間は、ベンチュリ混合器の形態として作用し、その結果、上記燃料ガスの噴出点でのガスおよび空気は、万一,点火源がある場合にいかなる安定火炎の作用も防がれるような流速になる。例図５に示した実施例は、タービンユニットにソーラケンタウル400Ｒを用いたものである。この実施例において、タービン速度の制御は、発電機から取り出される出力と、出口ダクト262内の燃焼器出口温度を予め設定された温度に維持するためにガス投入量を制御すべく入口ダクト252を経てタービン系に供給されるガス流量とによって行なわれる。坑内換気の各成分の流量は、空気が13.306Ｎ.m³ /s,メタンが0.134Ｎ.m³/s,水蒸気が0.403Ｎ.m³/sである。炭鉱排出ガスの各成分流量は、メタンが0.081Ｎ.m³/s,空気が0.081Ｎ.m³/s,水蒸気が0.005Ｎ.m³/sである。単位Ｎ.m³/sは、「ノルマル立方メータ／秒」を示し、０℃,標準気圧における質量流量の周知の単位である。圧縮段は、１４：１以下,好ましくは１：１０以下の圧力上昇比を有する。圧縮された燃料ガスの空気に対する濃度比は、爆発下限界未満でなければならず、この実施例では(体積比で)１.６％であり、好ましくは１.５％から２％の範囲である。燃焼器内での滞留時間は、燃焼器を通過する際に在留する実質上総ての燃料が燃焼してしまうに十分な時間である。燃焼生成ガスの出口温度は、上限が1100℃ではあるが、最も好ましくは850〜950℃ の範囲である。燃焼器114から出る燃料ガスの得られる温度は略870℃であり、圧縮機104からの排気ガスの温度は455℃である。発電機106からの出力電力は、2,4 20kＷである。燃焼器114に配管260を経て供給されるガスの流量は、供給ダクト250内のメタンの流量を示し、低ガス流量または高燃焼温度の適切な警報装置は、タービンを停止させ、坑内換気系における異常または不安全な状態を表示する。更なる実施例では、ガスタービン100は、タービンの吸入部に空気と共に吸い込むことによって、一酸化炭素を含有する製鋼ガスを燃焼させるために使用されることができる。発生されるエネルギの一部は、酸素のための空気分離のため、製鋼に関する操業のため、および空気分離の操業のために空気を圧縮するのに直接あるいは間接的に用いられる。さらに、タービン内のパージングや冷却のために供給される燃料を含有しない空気があり得て、この空気は、タービン内に吸い込まれた実質上総ての燃料／空気の混合気がタービンの燃焼系に通過するのを保証する。ガスタービンを用いた更なる実施例では、圧縮機を出た空気と燃料ガスが、水に接触させられて飽和し、さらに空気／燃料の混合気が冷却される。ここで、上記水は、下水または現場廃水などの廃水にすることができ、この水は、体積が減じられ、臭気を発する成分の少なくとも一部が燃焼空気へ移行して燃焼器内で焼却される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９６年８月３０日【補正内容】請求の範囲１．燃料ガスを燃焼するための燃焼器であって、燃料ガスを供給するための入口をもつ容器と、一端が供給される燃料ガスに開かれ,他端が燃焼領域に開かれた中空チューブの列とを備え、上記中空チューブは、外側が、上記燃焼領域から上記容器の出口へ燃焼ガスが通過する出口通路を形成し、上記燃焼ガスの熱の一部が、上記中空チューブ内に流入するガスにこのガスを予熱すべく直接伝達されるとともに、供給される燃料ガスの空気に対する比率が、上記燃料ガスの爆発下限界未満であり、上記燃焼領域における燃焼が、上記予熱された燃料ガスの反応または自己燃焼によって生じることを特徴とする燃焼器。２．請求項１に記載の燃焼器において、曲がりくねった出口通路を形成するために、上記チューブ相互間にバッフル手段をさらに備えることを特徴とする燃焼器。３．請求項２に記載の燃焼器において、上記チューブは、上記容器の長手方向に配置され、上記入口と出口は上記容器の同じ一端側にあり、上記燃焼領域は上記容器の他端側にあることを特徴とする燃焼器。４．請求項２に記載の燃焼器において、上記チューブは、上記バッフル手段によって六角形の配列に配置され、上記バッフル手段は、上記チューブに外嵌するとともに隣り合う同士で互いに組み合う六角形のスリーブからなることを特徴とする燃焼器。５．請求項１乃至４のいずれか１つに記載の燃焼器において、上記燃料ガスが上記燃焼器に導入される前に、上記燃焼領域を燃焼温度まで予熱するためのバーナを、上記燃焼領域の近傍に設けたことを特徴とする燃焼器。６．燃料ガスを燃焼するための方法であって、対空気比率が爆発下限界未満である供給される燃料ガスを、予め燃やされた燃料から与えられる熱によって予熱するステップと、この予熱された燃料ガスを、反応または自己燃焼が起こるに十分な時間だけ収容するステップと、燃焼した上記燃料ガスを、上記供給される燃料ガスと熱交換面を介して直接熱交換させる通路を経て排出するステップとからなることを特徴とする方法。７．請求項６に記載の方法において、燃焼領域を、この燃焼領域に上記予熱された燃料ガスを供給する際に燃焼させるに十分な温度に、最初に加熱するステップをさらに有することを特徴とする方法。８．有用なエネルギを作るために燃料ガスを利用するためのガスタービン系であって、上記燃料ガスを受けて圧縮された燃料ガスを出す圧縮段と、爆発下限界未満の対空気比率をもつ上記燃料ガスが圧縮された後の圧縮ガスを受け、この圧縮された燃料ガスを、燃焼した燃料ガスから伝達される熱によって燃焼する前に予熱し、上記燃焼が反応または自己燃焼によって起こる燃焼器と、機械的に上記圧縮段と連結され、上記燃焼した燃料ガスを受けて膨張エネルギを有用な回転エネルギに変換する膨張段とを備えたことを特徴とするガスタービン系。９．請求項８に記載のガスタービン系において、上記膨張段から排出される膨張したガスは、上記圧縮された燃料ガスに、この燃料ガスが上記燃焼器に達する前に熱を与えるべく熱交換器を通ることを特徴とするガスタービン系。１０．請求項９に記載のガスタービン系において、上記回転エネルギを電気エネルギに変換するために、上記膨張段に発電機がさらに連結されていることを特徴とするガスタービン系。１１．請求項９に記載のガスタービン系において、上記回転エネルギを圧縮空気の供給に利用するために、上記膨張段に空気圧縮機がさらに連結されていることを特徴とするガスタービン系。１２．請求項１１に記載のガスタービン系において、上記圧縮空気の供給の少なくとも一部は、少なくとも上記圧縮段と膨張段の間の軸継手を冷却および／またはパージすべく戻されることを特徴とするガスタービン系。１３．請求項９乃至１２のいずれか１つに記載のガスタービン系において、ボイラに供給される水のための蒸気を供給するために、上記熱交換器からの排出ガスを受けるブースタをさらに備えたことを特徴とするガスタービン系。１４．請求項８乃至１３のいずれか１つに記載のガスタービン系において、空気または爆発下限界未満の燃料ガスのためのダクトを有する混合段をさらに備え、上記ダクトの通路内には、爆発上限界を超える燃料ガスを受ける複数のチューブが有り、このチューブは、上記爆発上限界を超える燃料ガスを上記空気または爆発下限界未満の燃料ガスと混合させるように案内できる複数の穴を有することを特徴とするガスタービン系。１５．請求項１４に記載のガスタービン系において、上記燃料ガスはメタンを含有していることを特徴とするガスタービン系。１６．請求項１５に記載のガスタービン系において、上記供給される燃料ガスは、炭鉱排出ガスおよび炭坑換気空気の混和物であることを特徴とするガスタービン系。１７．請求項８乃至１６のいずれか１つに記載のガスタービン系において、上記圧縮される燃料ガスのメタンの空気に対する比率は、２％以下であることを特徴とするガスタービン系。１８．請求項８乃至１７のいずれか１つに記載のガスタービン系において、上記圧縮段は、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の圧縮機からなることを特徴とするガスタービン系。１９．有用なエネルギを作るために燃料ガスをガスタービンで利用するための方法であって、対空気比率が爆発下限界未満である燃料ガスを圧縮するステップと、上記圧縮された燃料ガスを、燃焼させる前に、予め燃焼させた燃料ガスから与えられる熱によって予熱するステップと、上記予熱された燃料ガスを反応または自己燃焼によって燃焼させるステップと、燃焼した上記燃料ガスを、上記供給される燃料ガスと熱交換面を介して直接熱交換させる通路を経て排出するステップと、有用なエネルギを作るために上記燃焼したガスを膨張させるステップとを備えたことを特徴とする方法。２０．請求項１９に記載の方法において、上記圧縮された燃料ガスを、上記膨張段から出る排出ガスとの熱交換によって加熱するステップをさらに備えたことを特徴とする方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．燃料ガスを燃焼するための燃焼器であって、燃料ガスを供給するための入口をもつ容器と、一端が供給される燃料ガスに開かれ,他端が燃焼領域に開かれた中空チューブの列とを備え、上記中空チューブは、外側が、上記燃焼領域から上記容器の出口へ燃焼ガスが通過する出口通路を形成し、上記燃焼ガスの熱の一部が、上記中空チューブ内に流入するガスにこのガスを予熱すべく伝達されるとともに、供給される燃料ガスの空気に対する比率が、上記燃料ガスの爆発下限界未満であり、上記燃焼領域における燃焼が、上記予熱された燃料ガスの反応または自己燃焼によって生じることを特徴とする燃焼器。２．請求項１に記載の燃焼器において、曲がりくねった出口通路を形成するために、上記チューブ相互間にバッフル手段をさらに備えることを特徴とする燃焼器。３．請求項２に記載の燃焼器において、上記チューブは、上記容器の長手方向に配置され、上記入口と出口は上記容器の同じ一端側にあり、上記燃焼領域は上記容器の他端側にあることを特徴とする燃焼器。４．請求項２に記載の燃焼器において、上記チューブは、上記バッフル手段によって六角形の配列に配置され、上記バッフル手段は、上記チューブに外嵌するとともに隣り合う同士で互いに組み合う六角形のスリーブからなることを特徴とする燃焼器。５．請求項１乃至４のいずれか１つに記載の燃焼器において、上記燃料ガスが上記燃焼器に導入される前に、上記燃焼領域を燃焼温度まで予熱するためのバーナを、上記燃焼領域の近傍に設けたことを特徴とする燃焼器。６．燃料ガスを燃焼するための方法であって、供給される燃料ガスを、予め燃やされた燃料から与えられる熱によって予熱するステップと、この予熱された燃料ガスを、反応または自己燃焼が起こるに十分な時間だけ収容するステップと、燃焼した上記燃料ガスを、上記供給される燃料ガスと熱交換させるべく、曲がりくねった通路を経て排出するステップとからなることを特徴とする方法。７．請求項６に記載の方法において、燃焼領域を、この燃焼領域に上記予熱された燃料ガスを供給する際に燃焼させるに十分な温度に、最初に加熱するステップをさらに有することを特徴とする方法。８．有用なエネルギを作るために燃料ガスを利用するためのガスタービン系であって、上記燃料ガスを受けて圧縮された燃料ガスを出す圧縮段と、爆発下限界未満の対空気比率をもつ上記燃料ガスが圧縮された後の圧縮ガスを受け、この圧縮された燃料ガスを、燃焼した燃料ガスから伝達される熱によって燃焼する前に予熱し、上記燃焼が反応または自己燃焼によって起こる燃焼器と、機械的に上記圧縮段と連結され、上記燃焼した燃料ガスを受けて膨張エネルギを有用な回転エネルギに変換する膨張段とを備えたことを特徴とするガスタービン系。９．請求項８に記載のガスタービン系において、上記膨張段から排出される膨張したガスは、上記圧縮された燃料ガスに、この燃料ガスが上記燃焼器に達する前に熱を与えるべく熱交換器を通ることを特徴とするガスタービン系。１０．請求項９に記載のガスタービン系において、上記回転エネルギを電気エネルギに変換するために、上記膨張段に発電機がさらに連結されていることを特徴とするガスタービン系。１１．請求項９に記載のガスタービン系において、上記回転エネルギを圧縮空気の供給に利用するために、上記膨張段に空気圧縮機がさらに連結されていることを特徴とするガスタービン系。１２．請求項１１に記載のガスタービン系において、上記圧縮空気の供給の少なくとも一部は、少なくとも上記圧縮段と膨張段の間の軸継手を冷却および／またはパージすべく戻されることを特徴とするガスタービン系。１３．請求項９乃至１２のいずれか１つに記載のガスタービン系において、ボイラに供給される水のための蒸気を供給するために、上記熱交換器からの排出ガスを受けるブースタをさらに備えたことを特徴とするガスタービン系。１４．請求項８乃至１３のいずれか１つに記載のガスタービン系において、空気または爆発下限界未満の燃料ガスのためのダクトを有する混合段をさらに備え、上記ダクトの通路内には、爆発上限界を超える燃料ガスを受ける複数のチューブが有り、このチューブは、上記爆発上限界を超える燃料ガスを上記空気または爆発下限界未満の燃料ガスと混合させるように案内できる複数の穴を有することを特徴とするガスタービン系。１５．請求項１４に記載のガスタービン系において、上記燃料ガスはメタンを含有していることを特徴とするガスタービン系。１６．請求項１５に記載のガスタービン系において、上記供給される燃料ガスは、炭鉱排出ガスおよび炭坑換気空気の混和物であることを特徴とするガスタービン系。１７．請求項８乃至１６のいずれか１つに記載のガスタービン系において、上記圧縮される燃料ガスのメタンの空気に対する比率は、２％以下であることを特徴とするガスタービン系。１８．請求項８乃至１７のいずれか１つに記載のガスタービン系において、上記圧縮段は、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の圧縮機からなることを特徴とするガスタービン系。１９．有用なエネルギを作るために燃料ガスをガスタービンで利用するための方法であって、燃料ガスを圧縮するステップと、上記圧縮された燃料ガスを、燃焼させる前に、予め燃焼させた燃料ガスから与えられる熱によって予熱するステップと、上記予熱された燃料ガスを反応または自己燃焼によって燃焼させるステップと、有用なエネルギを作るために上記燃焼したガスを膨張させるステップとを備えたことを特徴とする方法。２０．請求項１９に記載の方法において、上記圧縮された燃料ガスを、上記膨張段から出る排出ガスとの熱交換によって加熱するステップをさらに備えたことを特徴とする方法。