JPS61217628A - 燃焼器尾筒冷却構造 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はガスタービン燃焼器に係り、特に、燃焼器出口
ガス温度の高い高温ガスタービン燃焼器の尾筒に関する
。

〔発明の背景〕

発電用ガスタービンは信頼性の向上、単機の大容量化に
よってガスタービン単独でのシンプルサイクルだけでな
く、排熱回収システムと組み合せたコンバインドサイク
ルとしても使用されている。

このコンバインドサイクルではガスタービンの高温化が
システム全体熱効率向上の必要条件であり。

各要素の開発が進められている。燃焼器における出口ガ
ス温度を高めた場合、燃焼器壁面への入熱量が増加し、
しかも壁面冷却用に消費できる空気が減少することによ
って、壁面温度が上昇し、寿命が短くなることが考えら
れる。従って、高温ガスタービンでは耐熱性の高い材料
が要求されるが金属材料の特性から使用温度には限界が
あり、材料開発だけではガスタービンの高温化に対応で
きない。これを補うためには冷却方法の改良が必要であ
る。最も一般的には壁面材を貫通して空気を流し、壁表
面に空気フィルムを形成して壁面を冷却する方法が用い
られているが、内筒だけでなく。

尾筒までも空気フィルム冷却をすることば内筒で燃焼及
び冷却に使用できる空気を減少することになり、内筒の
燃焼性能を低下させ、又、内筒壁面温度を高めることに
なり、燃焼器全体性能としては不十分となる。その対策
として、内筒及び尾筒の外表面熱゛伝達率を高めて冷却
を促進し、壁内表面冷却空気フィルムに使用する空気流
量を減少する方法が考えられる。第１５図に逆流多缶形
燃焼器の尾筒外表面熱伝達率を高めるために外周壁を設
けた例を示す。圧縮機１を出た空気流１０は尾筒６とそ
の外周に設けた外周壁８とで形成される隙間を高速で流
れ、尾筒を冷却後、内筒３と外筒４で形成される隙間に
流入し、燃焼と内筒壁の冷却に使用される。この構造で
は尾筒の冷却性能は向上するが、全空気が狭い隙間を流
れるために圧力損失が大きくなり、全体熱効率を低下さ
せる、尾筒全周に均一な空気流を形成しにくく、閉塞部
２３近傍ではよどみ部となり、熱伝達率が低下して壁面
温度が高くなる。

〔発明の目的〕

本発明の目的はガスタービン燃焼器尾筒周囲のよどみ部
を無くし、空気流の熱伝達率を高めて尾筒を効率良く冷
却する方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は燃焼器内筒に供給する空気量を減少することな
く尾筒を効率良く冷却するために圧縮機後流で抽気する
空気を尾筒外周に設けた外周壁と尾筒で形成する隙間を
流し、尾筒周囲流れの不均一化によって壁面温度が上昇
していた部分の冷却を促進するものである。

〔発明の実施例〕

現状の火力発電所は重席油焚が主であるが、石油代替と
して石炭の利用が進められており、その一つとして第３
図に示した石炭ガス化コンバインド発電システムが計画
されている。このシステムはガス化炉１８に燃料原料と
して石炭を１７から供給し、酸化剤としてガスタービン
圧縮機１の出口から燃焼器１５に供給される空気の一部
を抽気し、圧縮機１６を用いて再加圧してガス化炉１８
に供給し、石炭の一部を燃焼することによって生成した
熱によって残りの石炭を熱分解し、水蒸気を加えること
によってガス燃料を得る。生成した高温燃料ガスは精製
装置３４で処理可能な温度まで熱交換器１９で冷却され
、３４で精製後、ガスタービン燃焼器１５に供給して燃
焼し、タービン１２に導く。タービン排気ガスは排熱回
収ボイラ２０で熱交換後、排出する。熱交換器１９及び
排熱回収ボイラ２０で生成した水蒸気は蒸気タービン２
２で膨張した後、復水器２４に導く。このシステムで圧
縮機１６を流れる空気量は圧縮機１を流れる空気量の２
５％以上であり、ガスタービンが高温化するほど多量の
燃料ガスを必要とするため圧縮機１６を流れる抽気空気
割合は大きくなる。

一方、ガスタービン燃焼器尾筒は内側管路を流れる燃焼
ガス温度が高くなるほど尾筒壁面温度は上昇する。尾筒
寿命の短縮を抑制するには、冷却を促進して壁面温度を
降下させなければならない。

なお、燃焼ガス温度が高くなるほど燃焼に必要な空気の
割合が高くなることはすべての燃料に共通であるが、空
気を酸化剤として生成した石炭ガス化燃料のように、単
位重量当りの発熱量が低い燃料を用いる場合には、燃焼
器出口ガス流量に対する冷却専用として消費できる空気
の割合は小さい。

従って、燃焼器内筒へ流す空気を消費することなく尾筒
を冷却するには、油気空気を尾筒周囲に流して熱伝達率
を高めることが考えられる。その実施例を第１図に示し
た。尾筒６のタービン静翼７に近い外側に所定の間隔を
もって外周壁８を設け、外周壁には油気ダクトを設ける
。そして、第２図で、外周壁８の周囲から空気流れ１１
のように油気空気を吸い込み、抽気ダクト９からガス化
炉へ抽気する。この油気空気量は圧縮機吐出空気量の２
５％以上と多いために吸い込み流速を圧縮機ディプユー
ザ２の出口流速の半分としても油気空気吸い込み部会面
積はディフューザ２の出口面積の５０％以上と大きくな
るため、尾筒６と外周壁８とで形成する通路を流れる空
気流を均一化しやすい。従って、従来の外周壁８がない
構造では空気のよどみとなって最も壁面温度が高かった
部分に外周壁８を設け、油気空気流れによって冷却を強
化すれば、他の従来構造でも比較的壁面温度が低かった
部分を圧縮機ディフューザからの直接流れによって冷却
する方法を組み合せることにより尾筒全壁面温度を低い
状態で均一化できる。また。

圧縮器吐出空気の一部を比較的低速で吸い込むために圧
力損失及びプラット全体熱効率低下は小さい。なお、油
気ダクトは円形断面だけでなく、長方形断面その他でも
良い。また、外周壁８は尾筒６に直接固定しても良いが
、タービンノズル７の１固定部、車室ケーシング３５及
びそのフランジ。

タービンケーシングフランジに固定しても良い。

本発明の油気空気を利用して燃焼器尾筒を冷却する方法
は第３図の石炭ガス化発電システムだけではなく、第４
図に示したように、圧縮機出口空気の一部を抽気して空
気冷却器２６に導き、冷却された空気をタービン１２の
静翼及び動翼に導く構造のガスタービンでも第１図と同
様の外周壁８を設けることによって、尾筒を冷却するこ
とができる。

従来の空冷翼を使用したガスタービンでも静翼の冷却空
気を燃焼器尾筒外側から供給しているので第５図に示し
たように１尾筒６に外周壁８を設け、静翼冷却空気人口
３６を抽気ダクト９で接続し、油気ダクト９以外からの
空気供給を停止する構造とすれば、この抽気空気流れに
よって尾筒の一部分の冷却性能を高めることができる。

第１図は逆流多缶燃焼器の尾筒毎に外周壁を設けた例で
あるが、外周壁８を全部の尾筒の外側に連続して設けた
場合を第６図と第７図に示し、第７図は第６図の■−■
矢視図である。抽気ダクと９は、第７図に示すように、
各尾筒の中央近傍に設け１尾筒６と外周壁８との間を流
れる油気空気は隣接する尾筒によって形成される通路を
通って圧縮機出口から直接流れ込む空気と、第６図に示
す流れ１１とによって供給される。

第３図に示した石炭ガス化発電システムでは油気量が圧
縮機吐出空気量の２５％以上と多いため。

燃焼器尾筒の外側だけでなく、タービンシャフト側に相
当する内側も冷却可能と考えられる。この実施例を第８
図に示し、その■−ＩＸ矢視断面を第９図に示した。内
側の外周壁２７は尾筒６とで形成する通路の空気流れを
一様にするために内情側の空気入口を部材３１で閉じ、
尾筒間の通路に相当する部分も外周壁２７から外周壁８
までを閉じ。

外周壁２７の尾筒中心軸近傍に空気口２８を設けて吸気
する。外周壁８側からの吸気１１と空気口２８からの吸
気は各尾筒間に設けた油気管からガス化炉に抽気し、尾
筒周囲流れを一様化している。

第９図は油気管９の設置場所の変形として各尾筒中心軸
近傍に油気管を設ける例を第１０図に示した。

尾筒６のタービンノズル側全周を油気空気で冷却し、そ
の油気空気を一様に流す構造を第１１図に示し、その店
−■矢視断面を第１２図に示した。

油気空気の入口は尾筒内側外周壁２７の尾筒中心軸近傍
の空気口２８とし、外周壁２７及び８と内筒６とで形成
する内筒側の空気入口をすべて閉じている。抽気ダクト
９は各尾筒の中心軸近傍に設ける。

第１１図、第１２図の変形例を第１３図に示し、外周壁
８の各尾筒中間近傍に空気口２９を追加している。

第１３図と同様、外周壁８及び２７から抽気空気を吸気
するが、抽気管を各尾筒の中間近傍に設けて、更に、内
部流れを一様化する構造を第１４図に示した。

なお、第１図、第５図、第６図の方法は単缶燃焼器及び
環状燃焼器にそのまま適用可能である。

・第８図、第１０図、第１１図、第１３図、第１４・図
、第１５図の方法は単缶燃焼器及び環状燃焼器の尾筒に
タービンシャフト側に相当する内側からケーシング側に
相当する外側へ通じる流路を設ければ適用可能であり、
逆流多缶燃焼器と同様の効果を期待できる。

〔発明の効果〕

本発明によればプラント全体熱効率及び燃焼器性能を低
下させることなく、燃焼器尾筒の一部分を冷却すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃焼器部横断面図、第２図は本発明の
尾筒部平面図、第３図は本発明の発電システムの系統図
、第４図は本発明の変形例の発電システム系統図、第５
図は本発明の応用例の燃焼器部横断面図、第６図は変形
例の燃焼器部横断面図、第７図は第６図の部分縦断面図
、第８図は変形例の燃焼器部横断面図、第９図は第８図
の部分縦断面図、第１０図は第８図の変形例の燃焼器部
部分縦断面図、第１１図は変形例の燃焼器部横断面図、
第１２図は第１１図の部分縦断面図、第１３図は第１１
図の変形例の燃焼器部部分縦断面図、第１４図、第１５
図は第１１図の変形例の燃焼器部部分縦断面図である。 １・・・圧縮機、２・・・圧縮機ディフューザ、３・・
・内筒、５・・・燃料ノズル、６・・・尾筒、７・・・
タービン静翼、−λ ８・・・外周壁、９・・・油気ダクト。　　　　　　　
　　　　ハ、ノ 代理人　弁理士　小川勝男　″−″ 第１　回 隼２　図 察３回 第　５　口 ＃　６　図 第７図 第　８　図 双′ 第９　図 第ｔｏ　Ｆ２Ｊ 堺　１１　　図 第１ｚ日 第１３　Ｆ２１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、圧縮機で加圧した圧縮空気と、別系統で加圧した燃
   料とを燃焼器内筒に導き、前記燃焼器内筒内で燃焼を進
   行させ、ここで生成した燃焼ガスを尾筒を介してタービ
   ンに導いて出力を得るガスタービンにおいて、 前記長尾の外壁面から所定の間隔をおいて少なくとも前
   記尾筒の一部をおおう外周壁を設け、前記外周壁と前記
   尾筒とで形成する通路に前記圧縮空気の一部を前記燃焼
   器内筒及び前記尾筒を収納する部屋の外側に導く通路を
   前記外周壁に接続したことを特徴とする燃焼器尾筒冷却
   構造。