KR100218605B1 - 간접 가열식 가스터어빈의 상부장착 연소기 - Google Patents
간접 가열식 가스터어빈의 상부장착 연소기 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100218605B1 KR100218605B1 KR1019920015131A KR920015131A KR100218605B1 KR 100218605 B1 KR100218605 B1 KR 100218605B1 KR 1019920015131 A KR1019920015131 A KR 1019920015131A KR 920015131 A KR920015131 A KR 920015131A KR 100218605 B1 KR100218605 B1 KR 100218605B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- compressed air
- air
- fuel
- gas turbine
- hot
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
-
- 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
-
- 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
- F02C3/36—Open cycles
- F02C3/365—Open cycles a part of the compressed air being burned, the other part being heated indirectly
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D23/00—Assemblies of two or more burners
-
- 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
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2206/00—Burners for specific applications
- F23D2206/10—Turbines
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
공기 압축용 압축섹션(2) 및 고온가스 팽창용 터어빈 섹션(3)을 갖는 가스터어빈(1)과, 상기 압축섹션(2)으로부터 상기 압축공기의 적어도 제1부분을 수용할 수 있도록 연결된 열 교환기(13)를 구비하는 고체연료용 로(5)와, 상기 고온의 압축공기를 수용할 수 있도록 연결되며 액체 또는 기상연료를 연소시키기에 적합한 상부장착 연소기(6)를 포함하는 것으로, 상기 상부장착 연소기(6)는 상기 고온의 압축공기를 상기 터어빈 섹션(3)으로 공급하기 전에 상기 압축공기내의 액체 및 기상연료를 연소시키기 위한 버너를 갖는 반응구역을 구비하는 내측도관(29)과, 상기 압축섹션(2) 및 상기 열교환기(13)와 유체연통 상태에 있는 환형 통로(31)를 형성하여 상기 압축공기의 제1부분이 상기 통로(31)를 통하여 흐를 수 있도록 한 외측도관(30)를 가지며, 상기 버너는 판재 조립체(37)를 구비하고, 이 판재조립체는 그 위에 장착된 복수개의 연료노즐(36)을 갖고 있으며 상기 압축섹션(2)과 유체연통 상태에 있으므로, 상기 압축섹션(2)에 의해 생성된 압축공기의 제2부분이 상기 판재조립체(37)를 통하여 상기 연료노즐(36)내로 전달되어 NOx를 적게 형성하면서 연소할 수 있도록 된 가스터어빈 발전소.
Description
제1도는 종래기술에 따른 상부장착 연소기를 이용하는 간접 가열식 가스터어빈 병합 사이클 발전소의 개략적인 도면.
제2도는 통상적인 가스터어빈 내로 일체화된, 본 발명에 따른 상부장착 연소기를 도시하는 가스터어빈의 상반부의 종단면도.
제3도는 제2도에 도시된 상부장착 연소기에 있어서 Ⅲ으로 표시된 원으로 둘러싸인 부분의 상세한 도면.
제4도는 제3도의 선Ⅳ-Ⅳ을 통해 도시한 단면도.
제5도는 제3도에 도시된 연료 노즐의 등각 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 가스터어빈 2 : 압축기 섹션
3 : 터어빈 섹션 5 : 로
6 : 상부상착 연소기 13 : 열 교환기
29 : 내측도관 30 : 외측도관
31 : 환형통로 36 : 연료노즐
37 : 판재 조립체
본 발명은 가스터어빈 연소기에 관한 것으로, 특히 주로 고체 연료 연소용 로내에서의 간접 가열에 의해 점화되는 스터어빈의 상부장착 연소기(topping combustor)에 관한 것이다.
가스터어빈을 구비한 시스템은 효율이 높고 자본이 적게 필요하며 리드타임이 짧기 때문에 전력 생산용 수단으로서 특히 바람직한 전기적 설비이다. 그러나, 통상적으로 가스터어빈을 작동시키는 것은 비싸고 때로는 위험한 연료(주로 증류오일 및 천연가스)로 한정되어 오고 있다. 그러나, 석탄은 이용하기가 편하고 저가이기 때문에, 석탄을 주원료로 이용할 수 있는 전력 발생용 가스터어빈 시스템의 개발 노력이 상당히 진행되어 왔다.
불행히도, 가스터어빈의 터어빈 섹션을 통해 흐르는 고온 가스내에서 석탄을 직접 연소시키면, 이 가스내에 동반된 미립자 물질로 인한 터어빈 블레이드의 침식 및 석탄내의 여러 오염물질로 인한 부식 등과 같은 여러 가지 문제점이 나타난다.
따라서, 가스터어빈의 압축 섹션으로부터 방출된 압축공기를 유동층 연소기(fluidizedbed combustor)와 같은 석탄 점화로 내에 배치된 열 교환기를 통하여 흘러보냄으로써 터어빈 섹션내에서 팽창될 가스를 간접 가열하는 것에 관심이 집중되었다. 그러나, 그러한 열 교환기는 터어빈내로 유입된 공기를 현대 터어빈에서 고효율에 요구되는 온도까지 가열할 수 없다.
따라서, 통상적인 가스터어빈의 연료(즉, 천연가스 또는 제2번 증류오일)를 사용하는 상부장착 연소기를 이용하여 열 교환기로부터 배출된 가스를 추가로 가열하는 것이 제안된 바 있다. 그러한 형태는 미합중국 특허 제 4,369,624 호에 개시된다.
불행히도, 통상적인 가스터어빈 연소기는 다음과 같은 여러 가지 이유 때문에 상부장착 연소기로서 사용하기에 부적합하다. 첫째, 이것들의 냉각은 연소공기에 의존한다. 통상적인 가스터어빈에 있어서, 연소공기는 압축기 섹션에서 방출된 압축 공기이기 때문에 이것은 문제가 되지 않는다. 그러한 공기의 온도는 전형적으로 단지 370℃(700℉)이므로, 냉각목적에 적합하다. 그러나, 상부장착 연소기는 석탄로의 열 교환기로부터 유출되는 공기를 연소공기로 이용하며, 그러한 공기의 온도는 고효율을 얻을 수 있도록 비교적 높아야 한다[통상적으로, 980℃(1800℉)]. 그 결과, 통상적인 가스터어빈 연소기를 상부 장착 연소기로서 이용할 경우 충분한 내구성을 얻을 수 있도록 불충분하게 냉각시켜야 할 것이다. 둘째, 상부장착 연소기에 공급되는 연소공기는 고온이기 때문에 해로운 공기 오염물질인 산화질소(NOX)의 형성을 촉진한다. 따라서, 그러한 고온의 연소 공기가 공급되는 통상적인 가스터어빈 연소기에 의해 생성된 NOX의 양은 문제가 될 것이다.
따라서, 본 발명의 주목적은 열 교환기로부터 유출되는 고온 압축공기를 연소공기로 이용하지만 양호한 내구성을 달성하기에 충분한 냉각을 이루며 그리고 NOX의 형성도 최소화한 간접 가열식 가스터어빈용 상부장착 제공하는 데에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 가스터어빈 발전소는 공기 압축용 압축기 섹션 및 고온가스 팽창용 터어빈 섹션을 구비하는 가스터어빈과, 상기 압축기 섹션으로부터 상기 압축공기의 적어도 제1부분을 수용하여 고온 압축공기를 생성하도록 연결된 열 교환기를 구비하는 고체 연료용로와, 상기 고온 압축공기를 수용할 수 있도록 연결되며 액체 또는 기체 연료를 연소시키기에 적합한 상부장착 연소기를 포함하는 것으로, 상기 상부장착 연소기는 상기 고온 압축공기를 상기 터어빈 섹션에 공급하기 전에 상기 압축공기의 온도를 상승시키기 위해서 상기 액체 또는 기체연료를 연소시키기 위한 반응구역을 포함하는 내측도관과, 상기 압축섹션 및 상기 열 교환기와 유체연통상태에 있는 환형 통로를 형성하여 상기 압축공기의 제1부분이 상기 통로를 통하여 흐를 수 있도록 한 외측도관을 구비하며, 상기 내측도관 내에는 버너가 배치되며, 상기 버너는 판재 조립체를 구비하고, 상기 판재 조립체는 그 위에 장착된 다수의 연료노즐을 갖고 있으며 상기 압축기 섹션과 유체연통상태에 있어서, 상기 압축기 섹션에 의해 생성된 압축공기의 제2부분이 상기 판재 조립체를 통하여 상기 연료노즐내로 전달될 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 단지 예시의 목적으로 첨부도면에 도시된 이하의 바람직한 실시예의 설명으로부터 더욱 명료해질 것이다.
제1도에는 종래기술에 따른 간접가열식 가스터어빈 병합사이클 발전소가 도시되어 있다. 주위공기(11)는 가스터어빈(1)의 압축기 섹션(2)으로 유입된다. 압축기 섹션(2)에서 생성된 압축공기(16)는 석탄과 같은 고체 연료(10)를 태우는 로(5)내에 배치된 열 교환기(13)내로 유입된다. 이 로(5)는 대기 유동상(atmospheric fluidized bed)의 형식일 수도 있다. 전술한 바와 같이, 열 교환기(13)는 실제적으로 공기를 약 980℃(1800℉) 까지 밖에 가열하지 못한다. 따라서, 열 교환기(13)로부터 유출되는 고온 압축가스(22)는 천연가스 또는 제2번 증류오일등과 같은 통상적인 연료(12)가 공급되는 상부 장착 연소기(6)로 향한다. 상부장착 연소기(6)는 압축공기의 온도를 터어빈 섹션(3)의 고효율과 일치하는 수준까지, 통상적으로 대략 1290℃(2350℉)까지 상승시킨다. 상부장착 연소기(6)에 의해 생성된 고온가스(17)는 그다음 가스터어빈(1)의 터어빈 섹션(3)으로 공급되는 바, 이 터어빈 섹션에서 고온가스가 팽창됨으로써 발전기(4)를 가동시킬 수 있는 전력을 생산하게 된다.
터어빈 섹션(3)으로부터 배출된 가스(18)는 열 회수 증기 발생기(7)(HRSG)로 향하는 바, 그 곳에서는 배기가스(18)에 남은 많은 잠열이 열 교환기(14)를 거쳐 공급수(20)를 증기로 변환시키도록 사용된다. HRSG(7)에 의해 생성된 증기(21)는 증기터어빈(8)으로 유입되는 바, 증기 터어빈은 증기를 팽창시켜서 제2발전기(4)를 가동시킬 수 있는 전력을 생성한다. 팽창된 증기(59)는 그다음 응축기(9)로 배출된다.
HRSG(7)에서 배출된 가스(58)는 고체연료(10) 연소용 산소를 제공하는 로(5)내로 유입된다. 로(5)에서 배출된 가스(19)는 스택(stack)(15)을 거쳐 대기중으로 방출된다.
제1도에 도시된 바와 같이, HRSG(7)를 통하여 흐르는 가스중 일부는 스택(15)으로 직접 배출됨으로써 로를 우회할 수도 있다.
제2도에는 본 발명의 상부장착 연소기(6)를 가스터어빈(1)과 일체화시킨 도면이 도시되어 있다. 본 발명에 따르면, 가스터어빈(1)의 외측 쉘에 형성된 추출관(35)은 압축기로부터 방출된 공기(16)를 상부장착 연소기(6)로 지향시킨다. 제2도에는 단 하나의 상부장착 연소기(6)가 도시되었지만, 외측 쉘 둘레에는 압축공기를 여러 상부장착 연소기(6)중 하나로 각각 보낼 수 있는 다수의 추출관(35)이 설치될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
제2도에 도시된 바와 같이, 상부장착 연소기(6)는 내측 및 외측 원통형상 쉘(29,30) 및 버너 조립체로 구성된다. 이 버너 조립체는 내측 쉘내에서 횡방향으로 연장된 연료 분배용 판재 조립체(37)내에 장착되는 다수의 연료 모듈(43)로 구성된다. 내측 쉘(29)로부터 방출된 고온 압축공기(22)의 흐름을 버너 조립체로 지향시키는 도관으로서의 역할을 수행한다. 이에 대해서는 후술될 것이다. 상기 내측 쉘(29)은 버너 조립체부터 방출된 고온가스(17)의 흐름을 환상 도관(34)으로 보내어 고온가스를 터어빈 섹션(3)의 입구둘레로 분배하는 도관으로서의 역할도 수행한다. 따라서, 내측 쉘(29)은 연소공기의 입구 및 고온가스의 출구를 각기 형성하는 네크부(56,57)를 그것의 상단 및 하단에 갖는다. 이 내측쉘(29)은 연소가 발생되는 버너 조립체의 하류의 반응구역(36)을 밀폐하는 역할도 수행한다.
본 발명의 중요한 실시예에 따르면, 외측쉘(30)은 내측 쉘(29)을 밀폐함으로써, 이들 두개의 쉘사이에 환형통로(31)가 형성되도록 한다. 추출관(35)은 압축기섹션(2)으로부터 방출되는 압축공기(16)를 환형통로(31)의 입구(54)로 보낸다. 이 압축 공기(16)는 환형통로(31)를 통하여 흐른 다음, 열교환기(13)쪽으로 흘러간다. 그 결과, 로(5)로부터 유출된 고온 압축공기(22)는 상부장착 연소기(6)용 연소공기를 형성하지만, 압축기로부터 유출된 비교적 냉각된 [즉, 전형적으로는 370℃(700℉)미만의] 압축공기(16)는 상부장착 연소기의 내측쉘(29)을 냉각시키는 역할을 수행한다. 더욱이, 제2도에 도시된 바와 같이, 비교적 냉각된 공기(16)의 흐름이 고온공기(22) 및 연소가스(17)의 흐름과 역방향으로 흐르므로, 가장 냉각된 공기가 내측쉘(29)의 가장 뜨거운 부분위로 흐르게 된다.
제2도에는 압축공기(16)가 내측쉘(29)의 외측표면 위로만 흐르는 것으로 도시되어 있지만, 어떤 경우에는 고기의 일부를 내측 쉘을 통하여 전달시켜서 그것에 막을 제공하거나 증발냉각을 제공하는 것이 바람직할 수도 있다.
제2도에 도시된 바와 같이, 압축공기(16)의 일부(25)는 환상통로(31)로부터 회수되며 파이프(64)에 의해 부스트 압축기(24) 및 공기-대-공기 냉각기(60)내로 유입된다. 이 공기-대-공기 냉각기는 부스트 압축기(24)의 상류 및 하류에 배치되어, 압축공기(25)로부터 순환공기(23)로 열을 전달한다. 그 결과, 바람직한 실시예에 있어서는 압축공기(25)가 약 150℃(300℉)까지 냉각되며 그것의 압력은 약 138kPa(20psi)까지 증가된다. 냉각되고 더욱 압축된 공기(25)는 그다음 두부분(26,27)으로 분리된다. 한 부분(26)은 연료 분배용 판재 조립체(37)내로 유입되고 다른 한 부분(27)은 연료공급관 재킷(33)내로 유입된다.
제2도에 도시된 바와 같이, 상기 판재 조립체(37)내에는 다수의 연료 분사모듈(43)이 형성되어 있다. 제3도에 도시된 바와 같이, 이 판재 조립체(37)는 상측 및 하측의 거의 편평한 원형판재(39,40)로 각기 이루어진다. 이 판재들(39,40)의 직경은 내측쉘(29)의 내경보다 약간 작다. 따라서, 연소기(6)내로 유입되는 거의 모든 고온공기(22)가 판재 조립체(37)를 통하여 흐르게 된다. 더욱이, 판재 조립체(39,40)들은 서로 평행하며 이격되어 있으므로, 그들 사이에는 내측쉘(29)을 통하여 횡방향으로 연장된 냉각공기의 통로(41)가 형성된다. 추가로 압축된 냉각공기의 일부(26)는 냉각공기의 통로(41)를 통하여 흐름으로써, 판재 조립체(37)를 냉각시키게 된다.
제3도 및 제4도에 도시된 바와 같이, 각각의 연료 모듈(43)은 연료노즐(50) 및 7개의 연소공기 통로(53)로 이루어진다. 제3도, 제4도 및 제5도에 도시된 바와 같이, 각각의 연료노즐(50)은 연료공급관(32)으로부터 연료(12)를 수용하는 연료공급관 스터브(61) 및 노즐 본체(52)로 이루어진다. 이 노즐 본체(52)는 상기 공급관 스터브(61)의 말단을 둘러싸며 그들 사이에는 환상 통로(48)가 형성된다.
제3도에 도시된 바와 같이, 바람직한 실시예에 있어서 각각의 연료노즐 본체(52)내에 방사상으로 향하는 7개의 공기 유입구(49)가 형성된다. 이 공기 유입구(49)는 각각의 연료노즐(50)내에서 판재 조립체(37)를 통하여 흐르는 냉각공기(26)를 환상통로(48)내로 유입시키는 역할을 한다. 환상통로(48)내로 유입된 냉각공기(26)는 두 부분(46,47)으로 분할된다. 그중 한 부분(46)은 이하에 추가로 설명되겠지만 판재조립체(39)를 냉각시키는 데에 이용되며 다른 한 부분(47)은 연료(12)와 직접 혼합된다.
제3도 및 제4도에 도시된 바와 같이, 각 공급관 스터브(61)의 말단에는 방사상으로 향하는 7개의 반경방향 오리피스(42)가 형성되어 있다. 이 오리피스(42)는 공급관 스터브(61)내로 흐르는 연료(12)를 환상통로(48)내로 유입되는 냉각공기의 일부(47)와 혼합시키는 역할을 한다. 그 결과 풍부한 연료/공기 혼합물(44)이 형성되는 바, 이 혼합물은 연료노즐 본체(52)의 둘레에서 오리피스(42)와 정렬상태로 분포되어 있는 방사상으로 향하는 7개의 배출구(51)를 통하여 환상통로(48)로부터 방출된다.
제3도에 가장 잘 도시되어 있는 바와 같이, 판재 조립체(37)내에는 그 내에 장착되어 있는 슬리브(45)에 의해서 연소공기의 통로(53)가 형성되어 있다. 제4도에 도시된 바와 같이, 7개의 공기통로(53)는 연료노즐(50)과 동심을 이루는 원 둘레로 균일하게 이격된다. 더욱이, 이 공기통로(53)는 연료노즐 본체(52)내의 배출구(51)와 반경방향으로 정렬된다. 이 공기통로(53)는 각 연료노즐(50) 주변으로 연소공기(22)를 분배하며 고온공기(22)의 축방향 분출부를 형성함으로써 배출구(51)에 의해 형성된 연료/공기 혼합물(44)의 반경방향 분출구와 상호작용시키는 역할을 수행한다. 그 결과, 판재 조립체(37)의 하류의 반응구역(36)내에서 연소공기(22)와 풍부한 연료/공기의 혼합물(44)이 활발하게 혼합된다. 이러한 혼합의 결과, 반응구역(36)내에는 극도로 빈약한 연료/공기비가 형성된다.
업계에 널리 공지되어 있는 바와 같이, 극도로 빈약한 연소율은 NOX의 형성을 최소화시킨다. 본 발명에 있어서, 연소는 약 0.15의 전체 등가비에서 발생된다.
(이 등가비는 연소공정의 풍부한/빈약한 성질을 특성화하는데 이용되는 상대 값이다. 화학양론적 연소(stoichiometric combustion)는 0.1의 등가비로 규정되는 반면, 통상적인 가스터어빈 연소기는 약 0.37의 전체등가비에서 작동되는 것이 전형적이다.) 그러한 극도로 빈약한 전체 연소율은 다수의 연료모듈(43)을 판재 조립체(37)둘레로 분산시킴과 아울러 각 연료모듈의 근방에서의 국부 연료공기비를 연소를 유지시킬 수 있는 값보다 약간 높게 제공함으로써 달성된다.
본 발명에 따르면, 그러한 빈약한 연료/공기비에서의 화염 안정성은 두가지 요인에 의해 만들어질 수 있다. 가장 중요한 제1요인은 판재 조립체(37)를 통하여 흐르는 연소 공기(22)가 고온이라는 점이다. 바람직한 실시예에 있어서, 열교환기(13)는 연소공기(22)를 약 980℃(1800℉)까지 가열하도록 설계된다.
양호한 화염의 안정성을 허용하는 제2요인은 판재 조립체(37)하류에 배치되는 반응구역(36)에서 연소공기(17)의 속도가 낮다는 점이다. 내측 쉘(29)의 직경은 반응 구역(36)내에서 연소공기(17)의 유동 영역(즉, 내측쉘을 통해 흐르는 방향과 수직인 평면상에 놓이는 영역)으로 인해서 그 내부를 흐르는 가스(17)의 평균기준속도가 비교적 높게(즉, 대략 30m/s(100fps)) 설정될 수 있도록 하는 크기를 갖는다(상기 평균 기준속도는 버너 유입구의 상태에서 연료/공기 혼합물의 온도, 압력 및 밀도를 이용하여 연속적인 여건을 토대로 산출된 연소기 관통속도로 규정된다). 그러나, 판재 조립체(37)는 연소공기(22)의 흐름을 그것의 근방에서 공기통로(53)쪽으로 한정함으로써, 유동 영역의 상당한 부분을 차단한다. 바람직한 실시예에 있어서, 공기통로(53)의 크기와 수량은 판재 조립체(37)에 의해 차단되는 흐름영역부분이 약65% 내지 70%가 되도록 결정된다. 이러한 흐름 차단에 따라서, 반응구역(36)내에는 불균일한 속도분포가 형성되며, 판재 조립체(37)의 하류에는 와류가 형성된다. 이 와류는 반응구역내의 화염이 꺼지는 것을 방지하는 저속구역(즉, 약 3m/s(10fps))[때로는 집합적으로 차폐구역으로 언급됨]을 형성한다.
제3도에 도시된 바와 같이, 공기유입구(49)를 통하여 연료노즐에 유입되지만 연료(12)와 혼합되지는 않는 냉각공기(26)의 일부분(46)은 연료공급관 스터브(61)에 부착된 베플(38)에 의하여 판재 조립체의 상측 판재(39)의 표면상위로 흐를 수 있으므로, 판재 조립체에 막 냉각(film cooling)을 제공한다.
제2도에 도시된 바와 같이, 냉각되고 추가로 압축된 공기(25)의 제2부분(27)은 재킷(33)에 의해서 형성된 환형통로 내로 유입되고, 이 재킷(33)은 내측쉘(29)을 통하여 연장되는 연료공급관(32)의 부분을 밀폐하므로, 제2부분(27)의 공기가 공급관을 냉각하게 된다. 제3도에 도시된 바와 같이, 연료공급관 재킷(33)은 판재조립체(37) 바로 하류의 각 연료 모듈(43)위치에 출구(62)를 형성한다. 연료 공급관(32)을 냉각한 후, 이 냉각공기의 부분(27)은 유출구(62)로부터 방출되어 판재 조립체(37)의 상측 판재(39)위로 흐름으로써, 추가의 냉각을 제공하게 된다.
Claims (5)
- 공기 압축용 압축기 섹션(2) 및 고온가스 팽창용 터어빈 섹션(3)을 구비한 가스터어빈(1)과, 상기 압축기 섹션(2)으로부터 상기 압축공기의 적어도 제1부분을 수용하여 고온 압축공기를 생성하도록 연결된 열교환기(13)를 포함하는 고체연료용 로(5)와, 상기 고온 압축공기를 수용할 수 있도록 연결되며 액체 또는 기체연료를 연소시키기에 적합한 상부장착 연소기(6)를 포함하는 가스터어빈 발전소에 있어서, 상기 상부장착 연소기(6)는 상기 고온 압축공기를 상기 터어빈 섹션(3)에 공급하기 전에 상기 고온 압축공기의 온도를 상승시키기 위해서 상기 액체 또는 기체연료를 연소시키는 반응 구역을 포함하는 내측도관(29)과, 상기 압축기 섹션(2) 및 상기 열교환기(13)와 유체 연통상태에 있는 환형 통로(31)를 형성하여 상기 압축공기의 제1부분이 상기 환형 통로(31)를 통하여 흐를 수 있도록 된 외측도관(30)을 포함하며, 상기 내측도관 내에는 버너가 배치되며, 상기 버너는 판재 조립체(37)를 구비하고, 상기 판재 조립체는 그 위에 장착된 다수의 연료 노즐(36)을 구비하며, 그리고 상기 압축기 섹션(2)과 유체 연통되어서, 상기 압축기 섹션(2)에 의해 생성된 상기 압축공기의 제2부분이 상기 판재 조립체(37)를 통하여 상기 연료노즐(36)내로 전달될 수 있는 것을 특징으로 하는 가스터어빈 발전소.
- 제1항에 있어서, 상기 고체연료용 로(5)는 제2고체연료(10)를 연소시킴으로써 상기 압축기 섹션(2)으로부터 유출되는 상기 압축공기(16)의 적어도 일부를 가열하여 고온 압축공기(22)를 생성하기에 적합하고, 상기 로(5)는 상기 내측도관(29)과 유체 연통되어서, 상기 고온 압축공기(22)가 상기 내측도관을 통하여 흐를 수 있고, 상기 환형통로(31)는 상기 압축기 섹션(2)에 의해 생성된 압축공기(16)가 상기 내측도관(29)을 통과하는 상기 고온공기(22)의 흐름방향과 역방향으로 상기 환형통로(31)를 통하여 흐르는 방식으로 상기 열교환기(13)와 유체 연통되는 것을 특징으로 하는 가스터어빈 발전소.
- 제1항에 있어서, 상기 압축기(16)의 제2부분(25)을 더 가압하기 위한 부스트 압축기(24)와, 상기 압축공기(16)의 제2부분(25)을 상기 환형통로(3)로부터 상기 부스트 압축기(24)를 통하여 상기 판재 조립체(37)로 보내기 위한 도관(64)을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스터어빈 발전소.
- 제3항에 있어서, 상기 압축공기(16)의 제2부분(25)을 냉각시키기 위한 냉각기(60)를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스터어빈 발전소.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판재 조립체(37)는 상기 내측도관(29)을 가로질러 연장되고 그내에 형성된 냉각공기 통로를 구비하며, 상기 냉각공기 통로는 상기 연료노즐(36)과 연통되어서 상기 냉각공기를 상기 연료노즐(36)로 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는 가스터어빈 발전소.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/749,376 US5261226A (en) | 1991-08-23 | 1991-08-23 | Topping combustor for an indirect fired gas turbine |
US749,376 | 1991-08-23 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR930004629A KR930004629A (ko) | 1993-03-22 |
KR100218605B1 true KR100218605B1 (ko) | 1999-09-01 |
Family
ID=25013502
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1019920015131A KR100218605B1 (ko) | 1991-08-23 | 1992-08-22 | 간접 가열식 가스터어빈의 상부장착 연소기 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5261226A (ko) |
EP (1) | EP0529310B1 (ko) |
JP (1) | JPH05202769A (ko) |
KR (1) | KR100218605B1 (ko) |
CA (1) | CA2076563A1 (ko) |
DE (1) | DE69205244T2 (ko) |
Families Citing this family (12)
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 (ko) * | 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 |
US4763481A (en) * | 1985-06-07 | 1988-08-16 | Ruston Gas Turbines Limited | 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 |
---|---|
EP0529310A1 (en) | 1993-03-03 |
CA2076563A1 (en) | 1993-02-24 |
US5261226A (en) | 1993-11-16 |
DE69205244D1 (de) | 1995-11-09 |
DE69205244T2 (de) | 1996-03-14 |
JPH05202769A (ja) | 1993-08-10 |
KR930004629A (ko) | 1993-03-22 |
EP0529310B1 (en) | 1995-10-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4893468A (en) | Emissions control for gas turbine engine | |
US3826080A (en) | System for reducing nitrogen-oxygen compound in the exhaust of a gas turbine | |
CN101865470B (zh) | 具有内冷却的燃气涡轮机预混合器 | |
US5657632A (en) | Dual fuel gas turbine combustor | |
EP1398566B1 (en) | Fluid injector and injection method | |
EP0856101B1 (en) | Combustor cooling for gas turbine engines | |
US5647215A (en) | Gas turbine combustor with turbulence enhanced mixing fuel injectors | |
US3982392A (en) | Combustion apparatus | |
US4118171A (en) | Method for effecting sustained combustion of carbonaceous fuel | |
US5974780A (en) | Method for reducing the production of NOX in a gas turbine | |
US5285628A (en) | Method of combustion and combustion apparatus to minimize Nox and CO emissions from a gas turbine | |
KR100218605B1 (ko) | 간접 가열식 가스터어빈의 상부장착 연소기 | |
KR20000052674A (ko) | 수소 연료 동력 플랜트 | |
WO2009035334A1 (en) | Device and method for mixing at least two fluid flows for combustion | |
WO1997014875A1 (en) | Gas turbine regenerative cooled combustor | |
JP3706455B2 (ja) | 水素燃焼タービン用水素・酸素燃焼器 | |
EP0059855A1 (en) | Catalytic combustor having secondary fuel injection for low NOx stationary combustion turbines | |
US4063872A (en) | Universal burner | |
CN220618833U (zh) | 一种生物质气化、燃烧一体化装置 | |
EP1522695A1 (en) | Combustor cooling for gas turbine engines | |
RU2005957C1 (ru) | Горелочное устройство предварительного смешения | |
SU1516717A1 (ru) | Способ совместного сжигани топлив и горелочное устройство дл его осуществлени | |
RU2269060C2 (ru) | Установка для сжигания под давлением выше атмосферного горючего газа при низких концентрациях | |
SU1099186A1 (ru) | Горелка | |
JP3686158B2 (ja) | ガス化炉の固体燃料バーナ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20020521 Year of fee payment: 4 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |