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技術 ガスターボ装置団の運転のための方法

出願人 アルストム
発明者 ハンスウルリッヒフルッチ
出願日 1998年12月15日 (21年11ヶ月経過) 出願番号 1998-355619
公開日 1999年8月31日 (21年3ヶ月経過) 公開番号 1999-236822
状態 特許登録済
技術分野 ガスタービン、高圧・高速燃焼室
主要キーワード 残留熱量 機械エレメント 流体技術的 熱交換段 オイル蒸気 熱交換機構 中間スペース 環状通路内
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1999年8月31日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

解決手段

ガスターボ装置団の運転のための方法において、ガスターボ装置団の排ガス流9を、液体燃料12及び水量16を通流する熱交換段(14,18)に進入せしめる。次いで、熱量的に準備された媒体(12,16)を一緒に案内してエマルジョンを形成せしめ、このエマルジョンを燃焼器バーナの運転のために使用する。

効果

燃焼空気内への極めて熱いエマルジョンの噴入が良好な混合を保証する。

概要

背景

新世代の予備混合バーナ、例えばガスタービン燃焼器運転のための予備混合バーナは、ガス燃料の使用時には有害物質の少ない有効な燃焼保証することができる。液体燃料の使用時にはこの種の燃料の極めて高い蒸発温度に関連した不都合が生じる。この燃料内沸騰しにくい成分の含有量に応じてその蒸発時に残留物が形成され、この残留物が場合によってはコーキングを生ぜしめる原因となる。その上、ガスタービンバーナへの進入のために必要な極めて高い圧力レベルがいっそう上昇する。分圧条件下での燃料オイルの蒸発もこの事態をなんら持続的に変化せしめず、従って過熱されたオイル蒸気による予備混合バーナの運転を考慮することができないことが前提される。

概要

ガスターボ装置団の運転のための方法において、ガスターボ装置団の排ガス流9を、液体燃料12及び水量16を通流する熱交換段(14,18)に進入せしめる。次いで、熱量的に準備された媒体(12,16)を一緒に案内してエマルジョンを形成せしめ、このエマルジョンを燃焼器のバーナの運転のために使用する。

燃焼空気内への極めて熱いエマルジョンの噴入が良好な混合を保証する。

目的

上記問題に対処すべく本発明の課題とするところは、冒頭に記載した形式の方法において、液体燃料による予備混合バーナの運転を許容せしめる手段を提案することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

主として1つの圧縮機ユニットと、少なくとも1つの燃焼器と、少なくとも1つのタービンと、1つの発電機とから成るガスターボ装置団の運転のための方法であって、燃焼空気スワールが付与される予備混合区域により構築されたバーナにより少なくとも1つの燃焼器を運転する形式のものにおいて、ガスターボ装置団から到来するガス流(9)を熱交換段(14,18)に進入せしめ、かつ、この熱交換段(14,18)に液体燃料(12)と水量(16)とを通流して、これらを熱交換段内で熱量的に準備せしめ、かつ、熱い液体燃料(14a)と熱水(18a)とによりエマルジョン(19)を形成せしめ、このエマルジョンにより燃焼器(2,4)のバーナを運転することを特徴とするガスターボ装置団の運転のための方法。

請求項2

主として1つの圧縮機ユニットと、少なくとも1つの燃焼器と、少なくとも1つのタービンと、1つの発電機とから成るガスターボ装置団の運転のための方法であって、燃焼空気にスワールが付与される予備混合区域により構築されたバーナにより少なくとも1つの燃焼器を運転する形式のものにおいて、ガスターボ装置団から到来するガス流(9)を熱交換段(28,29)に進入せしめ、かつ、この熱交換段(28,29)に液体燃料(12)と水量(16)とを通流して、これらを熱交換段内で熱量的に準備せしめ、かつ、熱い燃料(28a)を、水(16)から発生した過熱蒸気(29a)内へ導入し、かつ、この燃料・蒸気・混合物(31)によって燃焼器(2,4)のバーナを運転することを特徴とするガスターボ装置団の運転のための方法。

請求項3

ガスターボ装置団を逐次燃焼方式(2,4;3,5)で運転する請求項1又は2記載の方法。

請求項4

熱交換段(14,18;28,29)にタービン(5)の排ガス(9)を進入せしめる請求項1又は2記載の方法。

請求項5

熱交換段(14,18;28,29)に、圧縮機段(1)から到来する空気流を進入せしめる請求項1又は2記載の方法。

請求項6

低熱量燃料としての燃料・蒸気・混合物(31)を燃焼器(2,4)のバーナ内へ導入する請求項2記載の方法。

技術分野

0001

本発明は主として1つの圧縮機ユニットと、少なくとも1つの燃焼器と、少なくとも1つのタービンと、1つの発電機とから成るガスターボ装置団の運転のための方法であって、燃焼空気スワールが付与される予備混合区域により構築されたバーナにより少なくとも1つの燃焼器を運転する形式のものに関する。

背景技術

0002

新世代の予備混合バーナ、例えばガスタービンの燃焼器の運転のための予備混合バーナは、ガス燃料の使用時には有害物質の少ない有効な燃焼保証することができる。液体燃料の使用時にはこの種の燃料の極めて高い蒸発温度に関連した不都合が生じる。この燃料内沸騰しにくい成分の含有量に応じてその蒸発時に残留物が形成され、この残留物が場合によってはコーキングを生ぜしめる原因となる。その上、ガスタービンバーナへの進入のために必要な極めて高い圧力レベルがいっそう上昇する。分圧条件下での燃料オイルの蒸発もこの事態をなんら持続的に変化せしめず、従って過熱されたオイル蒸気による予備混合バーナの運転を考慮することができないことが前提される。

発明が解決しようとする課題

0003

上記問題に対処すべく本発明の課題とするところは、冒頭に記載した形式の方法において、液体燃料による予備混合バーナの運転を許容せしめる手段を提案することにある。

課題を解決するための手段

0004

上記課題は本発明の1方法によれば、請求項1に記載したように、ガスターボ装置団から到来するガス流熱交換段に進入せしめ、かつ、この熱交換段に液体燃料と水量とを通流して、これらを熱交換段内で熱量的に準備せしめ、かつ、熱い液体燃料と熱水とによりエマルジョンを形成せしめ、このエマルジョンにより燃焼器のバーナを運転することにより解決される。

0005

その場合、液体燃料、有利にはオイルは、最大150〜200℃に予熱されて、可能な限り飽和温度に近い温度で熱い圧力水流れ内に導入される。次いでこのエマルジョンは、本発明明細書の一体的な構成部分を成しているヨーロッパ特許第0321809B1号明細書又はヨーロッパ特許公開第0780629A2号明細書から公知の予備混合バーナの運転のために使用される。

0006

本発明の別の1方法によれば、ガスターボ装置団から到来するガス流を熱交換段に進入せしめ、かつ、この熱交換段に液体燃料と水量とを通流して、これらを熱交換段内で熱量的に準備せしめ、かつ、熱い燃料を、水から発生した過熱蒸気内へ導入し、かつ、この燃料・蒸気・混合物によって燃焼器のバーナを運転する。その場合、要するに可能な限り高温に予熱された液体燃料が高過熱された蒸気の流れ内に噴入される。この蒸気は燃料噴霧のためのキャリヤガスとして機能し、その結果、混合物は予備混合バーナでガス燃料のために設けたノズルを介して導入されることができる。

発明の効果

0007

本発明の主たる利点とするところは、極めて熱い燃料・水・エマルジョンの霧化が、熱い燃焼空気に良好に混合される可能な限り細かな噴霧の発生を約束することにある。このことによって、予備混合バーナの内部の噴入平面を著しく下流へ移すことができ、その結果、液体燃焼の着火性が大きいためにバーナ内部で上流に生じるおそれのある火炎形成が、不十分な燃焼を招くことなく抑制される。

0008

本発明にもとづく課題の解決手段の有利かつ機能的な構成がその他の請求項に記載されている。

発明を実施するための最良の形態

0009

次に、図面につき本発明の実施例を詳細に説明する。本発明の直接的な理解のために重要でない事項は省かれている。種々の図面において同じエレメントは同一符号をもって示されている。媒体の流れ方向は矢印により示されている。

0010

図1は有利にはヨーロッパ特許第0321809B1号明細書又はヨーロッパ特許公開第0780629A2号明細書にもとづく予備混合バーナの運転のために液体燃料を準備するための回路に関連したガスターボ装置団を示す。このガスターボ装置団は圧縮機ユニット1を備えており、この圧縮機ユニット内で、吸い込まれた空気6の圧縮が行われる。このように圧縮された空気は、次いで第1の燃焼器としての高圧燃焼器略記してHD燃焼器2内に流入し、このHD燃焼器2内で燃料により第1の熱ガス発生の準備が行われる。このHD燃焼器2の下流では第1のタービンとしての高圧タービン、略記してHDタービン3が作業しており、このHDタービン内で、HD燃焼器2内で準備された熱ガス7が部分膨張する。この部分膨張は、HDタービン3から到来する部分膨張した熱ガスが依然として1000℃以上のオーダの比較的高い温度を有することにより特徴づけられている。これに応じて、上述のHDタービン3はわずかな回転羽根段、有利には1〜3の回転羽根段から成る。このHDタービン3の下流で第2の燃焼器としての低圧燃焼器、略記してND燃焼器4が作用しており、このND燃焼器は自己点火原理で機能する。このND燃焼器4は通流されるほぼ環状通路の形状を有しており、この環状通路内には自己点火のレリーズのために適した燃料が噴入される。噴入された燃料のND燃焼器4内での自己点火は、HDタービン3からの部分膨張された熱ガスの上述の温度で行われる。このND燃焼器4は図示されていない流れ補助装置を備えており、この流れ補助装置は火炎フロントの領域内での確実な燃焼運転の確保のために、安定化作用を有する逆流を形成する。次いで、部分膨張された熱ガスはND燃焼器4内で再びほぼHD燃焼器2の温度に相応する温度のハイグレードな熱ガス8を準備する。基本的には、熱ガス7,8の温度は直接的には制限されない。この制限はむしろ表面的には媒体を進入させるべきタービンとその機械エレメントとにより予め規定される。熱ガス8は次いで第2のタービンとしての低圧タービン、略記してNDタービン5内へ進入し、このNDタービン内でまず最終的な膨張が行われる。次いで、排ガス9の残留熱量ポテンシャルが別の目的のために使用される。両方のタービン3,5の出力から発電機11が電流を発生せしめる。図示のガスターボ装置団の主たる特徴は、有利には2つの図示されていない軸受により支持された1つの一貫した軸10にすべての流体機械1,3,5がユニット的に支承されていることにある。両方の燃焼器2,4は両方のタービン3,5の間の中間スペースを占めており、その場合、HD燃焼器2は有利には環状燃焼器として形成されており、かつ圧縮機ユニット1と著しくオーバラップして配置されることがてきる。この措置はガスターボ装置団をコンパクトなユニットにするのに貢献する。この可能性はND燃焼器4に関する流体技術的な考察からだけでは完全には実現されない。少なくともここでいえることは、後で挙げた燃焼器が極めて短く形成され、その結果、コンパクトなガスターボ装置団を実現するという所期の目的が完全に達成されるということである。このガスターボ装置団の別の構成に関連しては、本発明明細書の一体的な構成部分を成すヨーロッパ特許公開第0620362A1号明細書を参照されたい。

0011

排ガス9は、熱量的に準備される2つの異なる媒体12,16により通流される熱交換機構14,18を貫流する。冷たい液体燃料12、有利にはオイルの流れが搬送ポンプ13によって熱交換段14内へ導入されて熱量的に準備される。図示の実施例では熱いオイル量14aが準備される。これに並列的に、準備される水16が同様に搬送ポンプ17によって熱交換段18内へ導入されて熱量的に熱水18aに高められる。熱量的に準備された両方の媒体14a,18aはドラム15内へ流入し、このドラム内でエマルジョン19を生じる。このエマルジョン19は次いで2つの流れ20,21に分流される。それぞれ1つの付属する調整部材22,23を介して、熱いエマルジョン流20,21は両方の燃焼器2,4へ誘導される。バーナもしくは噴入手段(ヨーロッパ特許公開第0620362A1号明細書参照)内でその際行われる熱いエマルジョン20,21の霧化は、熱い燃焼空気と良好に混合される可能な限り細かな噴霧の発生を約束する。このことにより、例えばヨーロッパ特許第0321809B1号明細書又はヨーロッパ特許公開第0780629A2号明細書にもとづく予備混合バーナの内部の噴入平面を著しく下流に移すことができ、従って、液体燃料の着火性が大きいことにもとづきバーナ内部で上流に生じる火炎形成が、不十分な燃焼を招くことなく抑制される。圧力25及び温度26などのような種々のパラメータ投与される調整機構24が、予め与えられた目標値にもとづき信号27を介して両方の燃焼器2,4へ燃料供給配量する。

0012

熱交換段14,18のここで説明した機能は、圧縮機ユニット1との相互関連において、それも、これらの熱交換段14,18が圧縮機ユニットの出口の上流又は下流に配置されていても生じる。

0013

図2に示す回路では、図1と同じガスターボ装置団が設けられている。熱交換段28,29内で熱量的に準備された両方の媒体、要するに高温の熱蒸気29aと熱オイル28aとが1つの混合器30内へ導入され、この混合器内では熱オイル28aが過熱蒸気29a内に噴入され、それも、これにより生じた熱蒸気・オイル噴霧・混合物31が低熱量燃料(MBTUガス,LBTUガス)の品位を有するように噴入され、この燃料が再び導管32,33を介して適当な調整部材34,35を介してそれぞれの燃焼器2,4へ導入される。このような燃料によって運転される予備混合バーナはドイツ連邦共和国特許公開第19502796号明細書に開示されており、その場合、このバーナは本発明明細書の一体的な構成部分を成している。燃料供給の配量はこの場合も図示されていない調整機構にもとづいて行われる。

図面の簡単な説明

0014

図1予備混合バーナの運転のために液体燃料を処理する手段を備えたガスターボ装置団の略示図である。
図2予備混合バーナの運転のために液体燃料を処理する別の手段を備えた同じガスターボ装置団を示す略示図である。

--

0015

1圧縮機ユニット、 2高圧(HD)燃焼器、 3 高圧(HD)タービン、 4低圧(ND)燃焼器、 5 低圧(ND)タービン、 6 吸い込まれた空気、 7,8熱ガス、 9排ガス、 10 軸、 11発電機、12液体燃料、 13搬送ポンプ、 14熱交換段、 14a 熱い液体燃料、 15ドラム、 16 水、 17 搬送ポンプ、 18 熱交換段、18a熱水、 19エマルジョン、 20,21 エマルジョンの流れ、22,23調整部材、 25,26パラメータ(圧力、温度)、 27燃料供給の調整のための信号、 28 熱交換段、 28a熱オイル、 29熱交換段、 29a過熱蒸気、 30混合器、 31熱蒸気・オイル噴霧・混合物、 32,33導管、 34,35 調整部材

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