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技術 ガスタービンの燃焼器の燃焼室から排ガスを再循環する方法及び前記方法を行うためのガスタービン

出願人 アンサルドエネルジアスウィッツァーランドアクチエンゲゼルシャフト
発明者 ハンスペータークネプフェルトーマスルックミケーレペレティ
出願日 2015年6月16日 (5年6ヶ月経過) 出願番号 2015-121004
公開日 2016年1月12日 (4年11ヶ月経過) 公開番号 2016-003853
状態 未査定
技術分野 ガスタービン、高圧・高速燃焼室
主要キーワード 相対負荷 運動量フラックス 空気再循環 シーリングシステム 混合レベル 移行セクション 冷却空気管 ベンチュリノズル
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (9)

課題

一般的な煙道ガス再循環の利点を有するが、コストがより低く、公知の再循環技術と比較して実質的に低減された労力を必要とする、ガスタービン燃焼器燃焼室から排ガスを再循環させる方法を提供する。

解決手段

ガスタービン22,30,31,32の燃焼器10,10’,10’’の燃焼室11;25,25’,27,34から燃焼器10,10’,10’’の供給側へ戻すように排ガス18を再循環させる方法において、燃焼室11;25,25’,27,34における排ガス18の部分流18aを、燃焼室11;25,25’,27,34から直接に抽出し、燃焼器10,10’,10’’の内部チャネル12を通じて燃焼器10,10’,10’’の入口へ戻すように内部で供給する。

概要

背景

例えば本出願人のGT4型ガスタービンに組み込まれた再熱システム(2段燃焼)若しくは段階的システムは、高い燃焼温度において極めて低いエミッションを達成するという点で優れていることが証明されている。

このような燃焼システムは、小さな圧力降下、少ない冷却空気消費、長い寿命及び燃料柔軟性などの多くの厳しい要求をも満たす。このようなシステムが依拠する主要な要素のうちの1つは、火炎の前に、高温ガスと、燃料又は燃料/空気混合物との間で達成される混合レベルである。

これまで発展されてきた概念は、極めて優れた混合レベルと、燃焼性能とを提供する。しかしながら、これらの概念は、高い運動量フラックス比、複雑なジオメトリ、又は燃料インジェクタ高温ガス通路との間の複合的なシーリングシステムに依存する(例えば、米国特許第5645410号明細書、国際公開第2011/037646号、米国特許第5351474号明細書、米国特許第6192688号明細書、国際公開第2011/054757号、国際公開第2011/054766号、欧州特許第2211109号明細書を参照)。

別の方法は、煙道ガス再循環である。この方法は、空気/煙道ガス合物におけるO2含有量を減じ、その結果、NOxエミッションを低減する(O2含有量に関するNOx/CO含有量を示す図1参照)。煙道ガス再循環を扱う複数の文献がある(例えば、米国特許第3949548号明細書、米国特許第4609342号明細書、特開平11−304151号公報、欧州特許出願公開第1752616号明細書、国際公開第2008/155242号)。全てのこれらの文献は、外部煙道ガス再循環を利用するのに対し、煙道ガスは、排気流から取り出され、再び圧縮機入口へ案内されるか、又は付加的な圧縮機が、煙道ガスを所定の圧力まで圧縮するために使用される(燃料予熱、高温ガス部分の冷却など)。

公知の煙道ガス再循環方式は、ガスタービンのより良いエミッション特性につながるが、実質的な付加的な装置複雑性に関連しており、実質的な大きさの投資を要求する。

概要

一般的な煙道ガス再循環の利点を有するが、コストがより低く、公知の再循環技術と比較して実質的に低減された労力を必要とする、ガスタービンの燃焼器燃焼室から排ガスを再循環させる方法を提供する。ガスタービン22,30,31,32の燃焼器10,10’,10’’の燃焼室11;25,25’,27,34から燃焼器10,10’,10’’の供給側へ戻すように排ガス18を再循環させる方法において、燃焼室11;25,25’,27,34における排ガス18の部分流18aを、燃焼室11;25,25’,27,34から直接に抽出し、燃焼器10,10’,10’’の内部チャネル12を通じて燃焼器10,10’,10’’の入口へ戻すように内部で供給する。

目的

これまで発展されてきた概念は、極めて優れた混合レベルと、燃焼性能とを提供する

効果

実績

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請求項1

ガスタービン(22,30,31,32)の燃焼器(10,10’,10’’)の燃焼室(11;25,25’,27,34)から前記燃焼器(10,10’,10’’)の供給側へ戻すように排ガス(18)を再循環させる方法において、前記燃焼室(11;25,25’,27,34)における排ガス(18)の部分流(18a)を、前記燃焼室11;25,25’,27,34)から直接に抽出し、前記燃焼器(10,10’,10’’)の内部チャネル(12)を通じて前記燃焼器(10,10’,10’’)の入口へ戻すように内部で供給することを特徴とする、方法。

請求項2

前記排ガス(18)の前記部分流(18a)を、前記燃焼室(11;25,25’,27,34)に設けられた、加圧された流体(19)によって作動させられるベンチュリ配列(14,14’)によって抽出する、請求項1記載の方法。

請求項3

前記加圧された流体は圧縮空気(19)であり、前記内部チャネルは冷却空気チャネル(12)であり、前記排ガス(18)を、混合された排ガス/空気再循環流(20)の一部として再循環させる、請求項2記載の方法。

請求項4

前記燃焼室(11;25,25’,27,34)は、燃焼器ライナ壁(13)によって画成されており、前記ベンチュリ配列(14)は、前記燃焼器ライナ壁(13)の外側に設けられており、前記排ガス(18)の前記部分流(18a)を、前記燃焼器ライナ壁(13)における吸込穴(17)を通じて抽出する、請求項3記載の方法。

請求項5

前記燃焼室(11;25,25’,27,34)は、燃焼器ライナ壁(13)によって画成されており、前記ベンチュリ配列(14’)は、前記燃焼器ライナ壁(13)に一体化されており、前記排ガス(18)の前記部分流(18a)を、前記燃焼器ライナ壁(13)における吸込穴(17)を通じて抽出する、請求項3記載の方法。

請求項6

前記圧縮空気(19)は、前記燃焼器ライナ壁(13)の外側における冷却空気チャネル(12)を通って、前記燃焼器ライナ壁(13)に対して平行に流れ、前記ベンチュリ配列(14)は前記冷却空気チャネル(12)内に配置されており、前記ベンチュリ配列(14)を通過する圧縮空気のほとんどを、前記ベンチュリ配列(14)を通って案内する、請求項4記載の方法。

請求項7

前記ベンチュリ配列(14’)は、別個ノズル(15)と、別個のディフューザ(16)とを有しており、前記ノズル(15)は、燃焼室(11;25,25’,27,34)内に配置されており、圧縮空気(19b)を、前記吸込穴(17)を通じて、前記燃焼器ライナ壁(13)の外側に配置された前記ディフューザ(16)内へ噴出する、請求項5記載の方法。

請求項8

前記ベンチュリ配列(14,14’)を通る前記加圧された流体(19)の質量流量を、弁機構によって制御する、請求項1記載の方法。

請求項9

請求項1から8までのいずれか1項記載の方法を行うためのガスタービン(22,30,31,32)であって、前記ガスタービン(22,30,31,32)は、燃料空気混合物燃焼させることによって高温ガスを発生するための少なくとも1つの燃焼室(25,25’,27,34)を備え、該燃焼室(25,25’,27,34)は、移行セクション(35)を介して、後続タービンセクション(28,28’)内へ開放しており、前記少なくとも1つの燃焼室(25,25’,27,34)は冷却空気チャネル(12)によって包囲されており、該冷却空気チャネル(12)を通って、圧縮された冷却空気(19)が、前記燃焼室(25,25’,27,34)における前記高温ガスとは反対方向に流れる、ガスタービンにおいて、前記燃焼室(25,25’,27,34)及び前記隣接する冷却空気チャネル(12)は、燃焼器ライナ壁(13)によって分離されており、吸込穴(17)が、前記燃焼器ライナ壁(13)において、前記排ガス(18a)が前記吸込穴(17)を通って前記冷却空気チャネル(12)内へ吸い込まれるように静圧が十分に低いところに設けられていることを特徴とする、請求項1から10までのいずれか1項記載の方法を行うためのガスタービン。

請求項10

前記ベンチュリ配列(14,14’)は、所要の低い静圧を発生するために前記吸込穴(17)に設けられている、請求項9記載のガスタービン。

請求項11

前記ガスタービン(22,30)は、前記ガスタービン(22,30)の機械軸線に関して環状の燃焼室(25,27)を有している、請求項9記載のガスタービン。

請求項12

前記ベンチュリ配列(14)は、前記燃焼器ライナ壁(13)の外側に設けられている、請求項10記載のガスタービン。

請求項13

前記ベンチュリ配列(14’)は、前記燃焼器ライナ壁(13)に一体化されている、請求項10記載のガスタービン。

請求項14

前記ベンチュリ配列(14’)はそれぞれ、別個のノズル(15)と、別個のディフューザ(16)とを有しており、前記ノズル(15)は、燃焼室(11;25,25’,27,34)内に配置されており、圧縮空気(19b)をそれぞれの吸込穴(17)を通じて、前記燃焼器ライナ壁(13)の外側に配置された前記ディフューザ(16)内へ噴出する、請求項13記載のガスタービン。

請求項15

前記ベンチュリ配列(14,14’)を通る前記加圧された流体(19)の質量流量は、弁機構によって制御される、請求項10記載のガスタービン。

技術分野

0001

本発明は、ガスタービンの技術に関する。本発明は、請求項1の前提部に係るガスタービンの燃焼器燃焼室から排ガス再循環する方法に関する。

0002

本発明は、さらに、前記方法を行うためのガスタービンに関する。

背景技術

0003

例えば本出願人のGT4型のガスタービンに組み込まれた再熱システム(2段燃焼)若しくは段階的システムは、高い燃焼温度において極めて低いエミッションを達成するという点で優れていることが証明されている。

0004

このような燃焼システムは、小さな圧力降下、少ない冷却空気消費、長い寿命及び燃料柔軟性などの多くの厳しい要求をも満たす。このようなシステムが依拠する主要な要素のうちの1つは、火炎の前に、高温ガスと、燃料又は燃料/空気混合物との間で達成される混合レベルである。

0005

これまで発展されてきた概念は、極めて優れた混合レベルと、燃焼性能とを提供する。しかしながら、これらの概念は、高い運動量フラックス比、複雑なジオメトリ、又は燃料インジェクタ高温ガス通路との間の複合的なシーリングシステムに依存する(例えば、米国特許第5645410号明細書、国際公開第2011/037646号、米国特許第5351474号明細書、米国特許第6192688号明細書、国際公開第2011/054757号、国際公開第2011/054766号、欧州特許第2211109号明細書を参照)。

0006

別の方法は、煙道ガス再循環である。この方法は、空気/煙道ガス合物におけるO2含有量を減じ、その結果、NOxエミッションを低減する(O2含有量に関するNOx/CO含有量を示す図1参照)。煙道ガス再循環を扱う複数の文献がある(例えば、米国特許第3949548号明細書、米国特許第4609342号明細書、特開平11−304151号公報、欧州特許出願公開第1752616号明細書、国際公開第2008/155242号)。全てのこれらの文献は、外部煙道ガス再循環を利用するのに対し、煙道ガスは、排気流から取り出され、再び圧縮機入口へ案内されるか、又は付加的な圧縮機が、煙道ガスを所定の圧力まで圧縮するために使用される(燃料予熱、高温ガス部分の冷却など)。

0007

公知の煙道ガス再循環方式は、ガスタービンのより良いエミッション特性につながるが、実質的な付加的な装置複雑性に関連しており、実質的な大きさの投資を要求する。

先行技術

0008

米国特許第5645410号明細書
国際公開第2011/037646号
米国特許第5351474号明細書
米国特許第6192688号明細書
国際公開第2011/054757号
国際公開第2011/054766号
欧州特許第2211109号明細書
米国特許第3949548号明細書
米国特許第4609342号明細書
特開平11−304151号公報
欧州特許出願公開第1752616号明細書
国際公開第2008/155242号

発明が解決しようとする課題

0009

本発明の課題は、一般的な煙道ガス再循環の利点を有するが、コストがより低く、公知の再循環技術と比較して実質的に低減された労力を必要とする、ガスタービンの燃焼器の燃焼室から排ガスを再循環させる方法を提供することである。

0010

別の課題は、前記方法を行うためのガスタービンを提供することである。

課題を解決するための手段

0011

これらの課題及びその他の課題は、請求項1に係る方法及び請求項11に係るガスタービンによって達成される。

0012

ガスタービンの燃焼器の燃焼室から前記燃焼器の供給側へ戻すように排ガスを再循環させる本発明の方法は、前記燃焼室における排ガスの部分流を、前記燃焼室から直接に抽出し、前記燃焼器の内部チャネルを通じて燃焼器の入口へ戻るように内部で供給することを特徴とする。

0013

本発明の1つの実施の形態によれば、排ガスの前記部分流は、前記燃焼室に設けられ、かつ加圧された流体によって作動させられるベンチュリ配列によって抽出される。

0014

特に、前記加圧された流体は圧縮空気であり、前記内部チャネルは冷却空気チャネルであり、前記排ガスは、混合された排ガス/空気再循環流の一部として再循環させられる。

0015

特に、前記燃焼室は、燃焼器ライナ壁によって画成されており、前記ベンチュリ配列は、前記燃焼器ライナ壁の外側に設けられており、排ガスの前記部分流は、前記燃焼器ライナ壁における吸込穴を通じて抽出される。

0016

これに代えて、前記燃焼室は、燃焼器ライナ壁によって画成されており、前記ベンチュリ配列は、前記燃焼器ライナ壁に一体化されており、排ガスの前記部分流は、前記燃焼器ライナ壁における吸込穴を通じて抽出される。

0017

本発明の別の実施の形態によれば、前記圧縮空気は、前記燃焼器ライナ壁の外側における冷却空気チャネルを通って、前記燃焼器ライナ壁に対して平行に流れ、前記ベンチュリ配列は前記冷却空気チャネル内に配置されており、前記ベンチュリ配列を通過する圧縮空気のほとんどは、前記ベンチュリ配列を通って案内される。

0018

特に、前記ベンチュリ配列を通過する前記圧縮空気の一部は、前記ベンチュリ配列と前記燃焼器ライナ壁との間に設けられた別個冷却空気流路を通って前記ベンチュリ配列に沿って外側を案内される。

0019

本発明の別の実施の形態によれば、前記ベンチュリ配列は、別個のノズルと、別個のディフューザとを有しており、前記ノズルは、燃焼室内に配置されており、圧縮空気を、前記吸込穴を通じて、前記燃焼器ライナ壁の外側に配置された前記ディフューザ内へ噴出する。

0020

本発明の別の実施の形態によれば、前記圧縮空気は、前記ガスタービンの圧縮機又は外部圧縮空気貯蔵部から供給され、前記圧縮空気は前記燃焼室に沿って前記排ガスとは反対方向に流れる。

0021

本発明の別の実施の形態によれば、前記ベンチュリ配列を通る前記加圧された流体の質量流量は、弁機構によって制御される。

0022

本発明のガスタービンは、燃料/空気混合物を燃焼させることによって高温ガスを発生させるための少なくとも1つの燃焼室を有しており、燃焼室は、移行セクションを介して、後続タービンセクション内へ開放しており、前記少なくとも1つの燃焼室は冷却空気チャネルによって包囲されており、この冷却空気チャネルを通って、圧縮された冷却空気が、前記燃焼室における前記高温ガスと反対方向に流れる。

0023

本発明のガスタービンは、前記燃焼室と、前記隣接する冷却空気チャネルとが燃焼器ライナ壁によって分離されており、排ガスが吸込穴を通じて前記冷却空気チャネル内へ吸い込まれるように静圧が十分に低い場所において、前記燃焼器ライナ壁に吸込穴が設けられていることを特徴とする。

0024

本発明の1つの実施の形態によれば、ベンチュリ配列は、所要の低い静圧を発生するために前記吸込穴に設けられている。

0025

特に、前記ベンチュリ配列は、前記燃焼室の前記移行セクションにおけるベンチュリ配列位置に設けられている。

0026

特に、前記ガスタービンは、2段燃焼が設けられており、第1及び第2の燃焼室と、関連した第1及び第2の後続のタービンセクションとを有しており、ベンチュリ配列は、それぞれのベンチュリ配列位置において第1及び/又は第2の燃焼室に設けられている。

0027

本発明の別の実施の形態によれば、前記ガスタービンは、前記ガスタービンの機械軸線に関して環状の燃焼室を有している。

0028

本発明の別の実施の形態によれば、前記ガスタービンは、前記ガスタービンの機械軸線の周囲に周方向の配列で複数の燃焼室を有している。

0029

本発明の別の実施の形態によれば、前記ガスタービンは、前記ガスタービンの機械軸線に対して垂直に配置されたサイロ型の燃焼室を有する。

0030

本発明の別の実施の形態によれば、前記ガスタービンは、圧縮機を有し、前記冷却空気チャネルを通流する前記圧縮された冷却空気は、前記圧縮機によって供給される。

0031

本発明の別の実施の形態によれば、前記ベンチュリ配列は、前記燃焼器ライナ壁の外側に設けられている。

0032

本発明の別の実施の形態によれば、前記ベンチュリ配列は、前記燃焼器ライナ壁に一体化されている。

0033

特に、前記ベンチュリ配列はそれぞれ、別個のノズルと、別個のディフューザとを有しており、前記ノズルは、燃焼室内に配置されており、圧縮空気をそれぞれの吸込穴を通じて、前記燃焼器ライナ壁の外側に配置された前記ディフューザ内へ噴出する。

0034

本発明の別の実施の形態によれば、前記ベンチュリ配列はそれぞれ、共通の軸線に沿って相前後して配置された別個のノズルと、別個のディフューザとを有する。

0035

本発明の別の実施の形態によれば、前記ベンチュリ配列を通る前記加圧された流体の質量流量は、弁機構によって制御される。

0036

ベンチュリノズルは、例えば管の狭窄部におけるような、円形横断面を有することができる。しかしながら、その他の横断面が考えられる。例えば、2つのプレートの間のチャネルの高さによって流れ領域が形成されている、2つの平行なプレートの間の狭窄部を、チャネル高さの減少によって加圧された流入を加速させるために使用することもでき、これは、静圧の減少につながり、ひいては、燃焼器から排ガスを吸入するために使用することができる。チャネル高さのその後の増大により、動圧回復させることができ、これにより、排ガスと、加圧された流体の流入との混合物を排出する。

0037

ここで様々な実施の形態によって、添付の図面を参照しながら発明をより詳細に説明する。

図面の簡単な説明

0038

煙道ガス再循環方式の空気/煙道ガス混合物における、CO2含有量に対するNOxエミッションの関係をグラフで示している。
本発明の1つの実施の形態による、冷却空気チャネルにおけるベンチュリ排ガス再循環配列の簡略化した図を示している。
本発明の別の実施の形態による、燃焼器ライナ壁に一体化されたベンチュリ排ガス再循環配列の簡略化した図を示している。
本発明の別の実施の形態による、付加的な冷却手段を備えた冷却空気チャネルにおけるベンチュリ排ガス再循環配列の簡略化した図を示している。
2段燃焼及び本発明の別の実施の形態による特定のベンチュリ配列を備えた、GT24/26型のガスタービンの断面図を示している。
環状燃焼器及び本発明の別の実施の形態による特定のベンチュリ配列位置を備えた、GT13E2型のガスタービンの断面図を示している。
(a)複数の個々の周方向に配置された燃焼器を備え、(b)(缶型燃焼器構成)及び本発明の別の実施の形態による特定のベンチュリ配列位置を備えた、異なるガスタービンの断面図を示している。
(a)サイロ型燃焼器を備え、(b)本発明の別の実施の形態による特定のベンチュリ配列位置を備えた、GT11N2のガスタービンを透視図で示している。

実施例

0039

発明の様々な実施の形態の詳細な説明
本発明においてシステムが提案され、このシステムにおいて、新規受動的な煙道ガス再循環が提案される。再循環は、エンジン内で直接的に燃焼器において行われる。このような構成は、2段環状燃焼システム(GT24/GT26におけるような、図5参照)、環状燃焼(GT13E2、図6参照)、缶型燃焼器構成(図7参照)又はサイロ燃焼器(GT11N2、図8参照)に適していることができる。

0040

排ガスの再循環のためのシステムは、10〜50%を再循環させることができるように設計されているべきである。これは、空気/煙道ガス混合物における煙道ガス(又は排ガス)含有量が、10〜50%の範囲であることを意味する。

0041

図2に示したように、燃焼器ライナ壁13は、ガスタービンの燃焼器10の燃焼室11を包囲している。排ガス(煙道ガス)18は、燃焼器から出て、回転するブレード(図示せず)を備えた後続のタービンセクションへ進入するために、この例では右から左へ流れる。燃焼器ライナ壁13の外側には、冷却空気チャネル12が配置されている。圧縮空気19は、冷却空気チャネル12に沿って排ガス流18とは反対方向に流れ、燃焼器ライナ壁13を冷却し、その後、燃料と混合され、それぞれのバーナ(例えば図5におけるバーナ24,26を参照)を通じて燃焼器に進入する。

0042

吸込穴又は煙道ガス出口17は、燃焼器ライナ壁13に設けられている。吸込穴又は煙道ガス出口17は、好適には、冷却空気の低い静圧及び高い流速が達成される、冷却空気供給の場所に配置されている。このような低い静圧を発生させるための好適な構成オプションは、ノズル15及びディフューザ16を有するベンチュリ配列(ベンチュリエゼクタ)14であり、この場合、吸込穴17から延びる煙道ガス管の出口平面は、最も小さな横断面を有するベンチュリ配列14の領域に配置されている(図2参照)。

0043

圧縮空気19は燃焼器ライナ壁13に沿ってバーナに向かって移動しており、バーナにおいて燃焼室11に進入する。圧縮空気19の一部をノズル15内へ案内することにより、空気が加速され、周囲に低圧領域が形成される。この低圧により、排ガス18aは燃焼器(燃焼室11)から吸い出され、高速空気ジェット内へ引き込まれ、その結果、混合された排ガス/空気流20を生じる。

0044

空気ジェットを適切なベンチュリノズル15,16へ方向付けることにより、排ガス抽出のプロセスを、最小限の圧力損失のために最適化することができる。ベンチュリ配列14と、燃焼器10の上流端部におけるバーナとの間の十分に長い通路は、排出された排ガス18aと圧縮空気19との良好な混合を保証する。

0045

1つの選択肢として、ベンチュリ配列14を通る空気の質量流量を、弁機構(図示せず)によって調整することができる。

0046

択一的な選択肢(図3)として、ベンチュリ配列14’のノズル15を燃焼器10’又は燃焼室11内に配置することができる。なぜならば、ノズル15が、内部を流れる空気によって冷却されるからである。ディフューザ16は、吸込穴17に直接に接続されている。配列全体は、冷却空気チャネル12における圧縮空気流19の方向に対して垂直に向けられている。機能は、図2において説明したものと同じである。

0047

大きな煙道ガス再循環率は、圧縮空気と煙道ガスとの混合物20のより高い温度を生じ得る。燃焼器の過熱を防止するために、燃焼器ライナ壁から高温混合物圧縮ガス及び煙道ガス)を分離するために、圧縮空気が流れる別個のチャネルを使用することができる。図4は、図2と同様のベンチュリ配列14の形式の適切な実施の形態を示している。この実施の形態では、燃焼器10’’の燃焼室11の改良された冷却は、別個の冷却空気流路21を提供することによって達成され、圧縮空気の部分流19bは、ベンチュリ配列14と、混合された排ガス/空気流20とを燃焼器ライナ壁13から熱的に分離させるために使用される。

0048

選択的に、空気質量流量と、その後に排ガス再循環とを、弁又はフラップによって調節することができる。

0049

さらに、プロセスは、圧縮空気の代わりに蒸気によって駆動することができる。

0050

最後に、図4に示したように、燃焼器ライナ壁の冷却の改良は、冷却空気用の別個の流路によって達成することができる。

0051

既に前に述べたように、図2図4に示された種類のベンチュリ配列は、それぞれのベンチュリ配列位置A〜E(図5図8)において様々な型のガスタービンにおいて使用することができる。

0052

図5は、第1及び第2の燃焼室25,27と、第1及び第2のバーナ24,26と、第1及び第2のタービンセクション28,28’とを含む、2段燃焼を備えた公知のGT24/26型のガスタービン22の断面図を示している。ベンチュリ配列は、燃焼室25,27とタービンセクション28,28’との間の移行部における特定のベンチュリ配列位置A及びBに配置されている。この場合、圧縮空気は、ガスタービン22の圧縮機23によって生ぜしめられ、プレナム29を通じて供給される。

0053

図6は、環状燃焼室25と、燃焼室25及びバーナ24を備えた燃焼器とタービンセクション28との間の特定のベンチュリ配列位置Cとを備えた、公知のGT13E2型のガスタービン30の断面図を示している。この場合にも、圧縮機23は、プレナム29を通じて圧縮空気を供給する。

0054

図7は、(a)複数の個々の周方向に配置された燃焼室25’と、(b)(缶型燃焼器構成)及び燃焼室25’と後続のタービンセクション28との間の移行セクション35における特定のベンチュリ配列位置Dとを備えた、異なるガスタービン31の断面図を示している。この場合にも、圧縮機23は、プレナム29を通じて圧縮空気を供給する。

0055

図8は、燃焼室34及びバーナ33を備えたサイロ型燃焼器と、燃焼室34とタービンセクション28との間の移行セクション35における特定のベンチュリ配列位置Eとを備えた、公知のGT11N2型のガスタービン32を透視図で示している。圧縮機23は、圧縮空気を供給する。

0056

ベンチュリエゼクタを駆動する冷却空気(又は圧縮空気)は、圧縮機プレナム29又は冷却空気管から取り出すことができる(例えば、図5のGT24/26型の場合、圧縮機出口空気又は高圧冷却空気は、第2の燃焼器26,27の再循環を駆動するために使用することができる)。冷却空気流を制御し、これにより、再循環される高温ガスの量を制御するために、冷却空気供給ライン制御弁及び/又はブースタブロワを配置することができる。

0057

可能な作動概念は、例えば、高温煙道ガスの再循環により燃焼器入口温度を高めるために、低い部分負荷(例えば50〜60%の相対付加)において高い再循環率を有することができる。

0058

より高い負荷の場合、再循環を減じることができる(冷却空気流なしに高温ガス吸込を回避するために圧縮空気又は最小化された流れを完全にスイッチオフする)。

0059

高い負荷(例えば80〜90%相対負荷)及びベース負荷において、高い再循環率による燃焼器入口ガス酸素濃度の低下によるNOxエミッションを低減するために、再循環を再び増大させることができる。

0060

エゼクタを駆動するために圧縮機出口空気を使用する場合、質量流量制御は、温度の変化により達成することができる。部分負荷において、圧縮機出口圧力が減じられるのに対し、高温ガス温度は高いままである。すなわち、煙道ガスの密度に対する、インジェクタを駆動する圧縮空気の密度の比は、ベース負荷におけるよりも高い。この増大した密度比は、より高い再循環率(再循環された煙道ガスに対する合計燃焼器煙道ガスの比)につながる。

0061

別の実施の形態では、再冷却された圧縮空気は、ベンチュリインジェクタを駆動するために使用することができる。再循環率を制御するために温度を制御することができる。

0062

CAES(圧縮空気エネルギ貯蔵、例えば独国特許出願公開第3411444号明細書を参照)を備えたガスタービンの特別な場合において、燃焼器の周囲における煙道ガス再循環の適用は、このようなシステムのために特に有利である。CAESシステムにおいて、特に始動時、燃焼器入口温度が極めて低い。なぜならば、圧縮空気は貯蔵部から取り出され、圧縮機出口温度を有していないからである。

0063

本発明の利点:
・より低いNOxエミッション
・部分負荷におけるより高い空気温度
−より優れた部分負荷作動挙動
−より優れた火炎安定性
−より優れた燃え尽き及びそれによるより低いCOエミッション
アクティブな煙道ガス再循環よりもコストが低い
配管が少ない
熱交換器が必要ない
気水分離器が存在しない
コンパクトな設計
・再循環される質量の調節可能性が可能である。

0064

10,10’,10’’燃焼器
11燃焼室
12冷却空気チャネル
13燃焼器ライナ壁
14,14’ベンチュリ配列
15ノズル
16ディフューザ
17吸込穴
18排ガス(主流)
18a 排ガス(部分流)
19圧縮空気(主流)
19a,19b 圧縮空気(部分流)
20 混合された排ガス/空気流(再循環流
21冷却空気流路(別個)
22,30,31,32ガスタービン
23圧縮機
24,26,33バーナ
25,25’,27,34 燃焼室
28,28’タービンセクション
29プレナム
35移行セクション
A,B,C,D,E ベンチュリ配列位置

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