CN110300840A - 燃烧装置及燃气涡轮发动机*** - Google Patents

燃烧装置及燃气涡轮发动机*** Download PDF

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Abstract

本公开的燃烧装置是利用压缩后的燃烧用空气使燃料用氨在燃烧室内燃烧的燃烧装置，其具备将燃烧用空气在压缩过程或者压缩前通过与燃料用氨的热交换而冷却的燃烧用空气冷却部(6)。

Description

燃烧装置及燃气涡轮发动机***
技术领域
本公开涉及燃烧装置及燃气涡轮发动机***。
本申请基于2017年3月27日在日本申请的特愿2017-060961号要求优先权，并将其内容通过引用的方式并入本文。
背景技术
例如，在专利文献1中公开了如下结构：在燃气轮机等具备压缩机的装置中，通过对向压缩机供给的进气中进行喷雾，来降低进气的温度。通过这样对至压缩机的进气进行冷却，能够提高包括具备压缩机的装置的***整体的效率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特开平9-236024号公报
发明内容
发明所要解决的课题
一般，向进气中雾状喷射的液体是水。但是，在难以确保水的地域，难以通过将水呈雾状喷射来冷却至压缩机的进气。另外，即使是水，在含有钙成分的硬水的情况下，由于长时间的水的喷雾，在压缩机的内部等产生水垢，有可能导致压缩机的动作不良。因此，即使在能够确保水的地域，在一般使用硬水的地域，由于水处理需要较高的成本，因此，难以将水向压缩机的进气中呈雾状喷射。
另一方面，近年来，提出了使氨作为燃料而燃烧的燃烧装置。在这样的燃烧装置中，使以液体状态存储的氨气化，然后供给至燃烧室。因此，需要用于使氨气化的能量。但是，使用用于使氨气化的能量会妨碍包括燃烧装置的***整体的效率提高。
本公开是鉴于上述的问题点而完成的，其目的在于，在使燃料用氨作为燃料而燃烧的燃烧装置及燃气涡轮发动机***中，削减燃烧用空气的冷却使用的水的量，并且削减为了使燃料用氨气化而使用的能量。
用于解决课题的方案
本公开的一方案的燃烧装置是利用压缩后的燃烧用空气使燃料用氨在燃烧室内燃烧的燃烧装置，其具备将上述燃烧用空气在压缩过程或者压缩前通过与上述燃料用氨的热交换而冷却的燃烧用空气冷却部。
根据上述一方案的燃烧装置，也可以是，还具备：压缩上述燃烧用空气的低压压缩机；以及将由上述低压压缩机进行了压缩的上述燃烧用空气进一步压缩的高压压缩机，上述燃烧用空气冷却部是将从上述低压压缩机排出且向上述高压压缩机供给的上述燃烧用空气通过与上述燃料用氨的热交换而冷却的中冷器。
根据上述一方案的燃烧装置，也可以是，上述中冷器具备：通过与上述燃料用氨的热交换冷却上述燃烧用空气的氨冷却部；以及相对于上述氨冷却部配置于上述燃烧用空气的流向的上游侧且通过与水的热交换冷却上述燃烧用空气的水冷却部。
根据上述一方案的燃烧装置，也可以是，上述燃烧用空气冷却部构成为，使液体的上述燃料用氨与上述燃烧用空气进行热交换而气化，并将气化后的上述燃料用氨供给至上述燃烧室。
根据上述一方案的燃烧装置，也可以是，还具备将向上述燃烧室供给的上述燃料用氨的一部分分配至上述燃烧用空气冷却部的分配机构。
根据上述一方案的燃烧装置，也可以是，还具备使用脱硝催化剂和作为还原剂的氨对燃烧气体进行脱硝处理的脱硝装置，且构成为，将在上述燃烧用空气冷却部气化后的上述燃料用氨的至少一部分供给至上述脱硝装置。
另外，本公开的一方案的燃气涡轮发动机***具备上述的燃烧装置。
发明效果
根据本公开，在燃烧室中用于燃料用氨的燃烧的燃烧用空气在压缩过程中或者压缩前通过与上述燃料用氨的热交换而被冷却。因此，在本公开中，能够削减燃烧用空气的冷却使用的水的量。另外，通过与燃烧用空气的热交换，燃料用氨被加热，因此，能够削减为了使燃料用氨气化而所需的能量。因此，根据本公开，在使燃料用氨作为燃料而燃烧的燃烧装置及燃气涡轮发动机***中，能够削减燃烧用空气的冷却使用的水的量，并且削减为了使燃料用氨气化而使用的能量。
附图说明
图1是表示本公开的一个实施方式的燃气涡轮发动机***的整体结构的块图。
图2是表示本公开的一实施方式的燃气涡轮发动机***的变形例的整体结构的块图。
图3是表示本公开的一实施方式的燃气涡轮发动机***的另一变形例的整体结构的块图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本公开的燃烧装置及燃气涡轮发动机***的一实施方式进行说明。
图1是表示本实施方式的燃气涡轮发动机***1的整体结构的块图。如该图所示，本实施方式的燃气涡轮发动机***1具备燃气涡轮发动机2、燃料用氨供给***3、天然气供给***4、还原催化剂腔5(脱硝装置)、中冷器6(燃烧用空气冷却部)、以及冷却水供给***7。此外，在本实施方式中，燃气涡轮发动机2的后述的压缩机2a、燃料用氨供给***3、天然气供给***4、中冷器6(燃烧用空气冷却部)、以及冷却水供给***7构成了本公开的燃烧装置。燃气涡轮发动机***1是发电机G的驱动源，通过利用压缩的燃烧用空气使燃料用氨燃烧而产生旋转动力。
燃气涡轮发动机2具备压缩机2a、燃烧器2b(燃烧室)、以及涡轮2c。压缩机2a将从外部空气吸入的燃烧用空气压缩至预定压力而生成压缩空气。压缩机2a具备配置于燃烧用空气的流向的上游侧的低压压缩机2d和配置于燃烧用空气的流向的下游侧的高压压缩机2e。低压压缩机2d在高压压缩机2e之前压缩燃烧用空气，高压压缩机2e将由低压压缩机2d进行了压缩的燃烧用空气进一步压缩，从而使形成预定压力的压缩空气。压缩机2a将生成的压缩空气供给至燃烧器2b。
燃烧器2b利用由压缩机2a生成的压缩空气使从燃料用氨供给***3供给来的气化的燃料用氨在内部(燃烧室)燃烧。燃烧器2b将通过这样的燃烧所得到的燃烧气体供给至涡轮2c。涡轮2c将从燃烧器2b供给的燃烧气体作为驱动气体而使用，从而产生旋转动力。涡轮2c与压缩机2a及发电机G轴结合，且通过自身的旋转动力旋转驱动压缩机2a及发电机G。涡轮2c向还原催化剂腔5排出进行动力回收后的燃烧气体。
燃料用氨供给***3具备氨供给部3a、配管3b、分配机构3c、以及气化器3d。氨供给部3a具备储存液体的燃料用氨的罐、将储存于罐的燃料用氨送出的泵等，且在未图示的控制装置的控制下，向燃烧器2b送出预定量的燃料用氨。
如图1所示，燃料用氨供给***3的配管3b与氨供给部3a和燃烧器2b连接，且具有经由气化器3d向燃烧器2b引导燃料用氨的第一路径和不经由气化器3d而是经由中冷器6向燃烧器2b引导燃料用氨的第二路径。另外，配管3b还具第三路径，该第三路径从经由气化器3d向燃烧器2b引导燃料用氨的第一路径分支并将燃料用氨向还原催化剂腔5的上游的废气配管引导。
分配机构3c具备第一阀3e和第二阀3f。第一阀3e配置于配管3b的经由气化器3d向燃烧器2b引导燃料用氨的第一路径的中途部位且气化器3d的上游侧。第一阀3e由未图示的控制装置调整开度而调整从氨供给部3a送出的燃料用氨的至气化器3d的供给量。第二阀3f配置于配管3b的不经由气化器3d而是经由中冷器6向燃烧器2b引导燃料用氨的第二路径的途中部位。第二阀3f由未图示的控制装置调整开度而调整从氨供给部3a送出的燃料用氨的至中冷器6的供给量。分配机构3c根据第一阀3e及第二阀3f的开度将向燃烧器2b供给的燃料用氨的一部分分配至中冷器6。
气化器3d使经由第一阀3e从氨供给部3a供给来的液体的燃料用氨气化，生成气体的燃料用氨。在气化器3d生成的燃料用氨供给至燃烧器2b，并且一部分经由配管3b供给至还原催化剂腔5。
天然气供给***4具备天然气供给部4a和配管4b。天然气供给部4a具备储存液化天然气的罐、将储存于罐的液化天然气送出的泵、以及使液化天然气气化的气化器等。天然气供给部4a在未图示的控制装置的控制下，向燃烧器2b送出预定量的天然气。配管4b与天然气供给部4a和燃烧器2b连接，且将从天然气供给部4a送出的天然气向燃烧器2b引导。
还原催化剂腔5在内部填充有还原催化剂，且将燃烧气体含有的氮氧化物(NOx)通过进行还原处理而还原成氮气(N2)。还原催化剂腔5通过容纳于内部的还原催化剂(脱硝催化剂)与经由燃料用氨供给***3的配管3b供给的作为还原剂的燃料用氨的协作而对氮氧化物(NOx)进行还原处理(脱硝处理)。此外，向还原催化剂腔5供给的燃料用氨不作为燃料使用，而是作为还原用的氨被消耗。
中冷器6配置于低压压缩机2d与高压压缩机2e之间，将由低压压缩机2d进行了压缩的燃烧用空气冷却并供给至高压压缩机2e。中冷器6与燃料用氨供给***3具备的配管3b中的未经由气化器3d而向燃烧器2b引导燃料用氨的第二路径连接。中冷器6通过使在燃料用氨供给***3的配管3b中流动的燃料用氨和燃烧用空气间接地进行热交换而冷却燃烧用空气，进一步地加热燃料用氨而使气化。另外，中冷器6与冷却水供给***7的后述的配管7b连接。中冷器6通过使在冷却水供给***7的配管7b流动的冷却水和燃烧用空气间接地进行热交换而冷却燃烧用空气。
在中冷器6中，具有通过燃料用氨冷却燃烧用空气的氨冷却部6a和通过冷却水冷却燃烧用空气的水冷却部6b。在燃烧用空气的流向上，水冷却部6b配置于上游侧，氨冷却部6a配置于下游侧。也就是说，在本实施方式中，从低压压缩机2d排出的燃烧用空气先用冷却水冷却，然后通过燃料用氨冷却。通常，向燃烧器2b供给的燃料用氨是被加压至几MPa的状态，但即使在加压状态下，沸点也比水低。例如，燃料用氨被加压至2MPa的情况下的沸点为70℃左右。因此，先用冷却水冷却，然后通过燃料用氨冷却，从而能够将燃烧用空气冷却至更低温。
冷却水供给***7具备冷却水供给部7a和配管7b。冷却水供给部7a具备储存冷却水的罐、将储存于罐的冷却水送出的泵等。冷却水供给***7在未图示的控制装置的控制下，向中冷器6送出预定量的冷却水。配管7b配设成经由中冷器6，且引导从冷却水供给部7a送出的冷却水经由中冷器6。
对本实施方式的燃气涡轮发动机***1的动作的一例进行说明。
例如，在使燃气涡轮发动机***1从停止状态启动的情况下，从天然气供给***4向燃烧器2b供给天然气。供给至燃烧器2b的天然气与燃烧器2b内的空气混合，通过被未图示的点火装置点火而燃烧。若向涡轮2c供给通过天然气燃烧而产生的燃烧气体，则生成旋转动力，压缩机2a被驱动。若压缩机2a被驱动，则在压缩机2a中生成压缩空气。压缩空气被供给至燃烧器2b，从而促进在燃烧器2b的燃烧。由此，燃气涡轮发动机***1启动。此外，也可以将燃料用氨换成天然气或者与天然气一同从燃料用氨供给***3通过气化器3d而向燃烧器2b供给，从而启动燃气涡轮发动机***1。
若燃气涡轮发动机***1启动，则在未图示的控制装置的控制下，将所需量的燃料用氨换成天然气或者与天然气一同从燃料用氨供给***3向燃烧器2b供给。从氨供给部3a送出的液化状态的燃料用氨的一部分通过经由中冷器6而被气化，然后供给至燃烧器2b。从氨供给部3a送出的液化状态的燃料用氨的剩余部分被气化器3d气化，然后供给至燃烧器2b。供给至燃烧器2b的燃料用氨与压缩空气一同燃烧。然后，由于燃料用氨燃烧而产生的燃烧气体被供给至涡轮2c，通过涡轮2c生成驱动压缩机2a及发电机G的旋转动力。燃烧气体在被涡轮2c回收能量后，通过还原催化剂腔5被进行还原处理，然后排出。
另外，由压缩机2a的低压压缩机2d进行了压缩的燃烧用空气在中冷器6冷却后供给至高压压缩机2e。此时，燃烧用空气在中冷器6中先通过与冷却水的间接的热交换被冷却，然后通过与燃料用氨的间接的热交换被冷却。
在以上那样的本实施方式的燃气涡轮发动机***1中，在燃烧器2b中用于燃料用氨的燃烧的燃烧用空气在压缩过程中通过与燃料用氨的热交换而被冷却。因此，在本实施方式的燃气涡轮发动机***1中，能够削减燃烧用空气的冷却使用的水的量。另外，通过与燃烧用空气的热交换，燃料用氨被加热，因此，能够削减为了使燃料用氨气化而所需要的能量。
另外，在本实施方式的燃气涡轮发动机***1中具备先对燃烧用空气进行压缩的低压压缩机2d和将由低压压缩机2d进行了压缩的燃烧用空气进一步压缩的高压压缩机2e，且作为燃烧用空气冷却部，具备将从低压压缩机2d排出且向高压压缩机2e供给的燃烧用空气通过与燃料用氨的热交换冷却的中冷器6。根据本实施方式的燃气涡轮发动机***1，设置有与燃气涡轮发动机2分体且专用的燃烧用空气冷却部，因此，能够提高燃烧用空气的冷却能力。
另外，在本实施方式的燃气涡轮发动机***1中，中冷器6具备通过与燃料用氨的热交换来冷却燃烧用空气的氨冷却部6a和相对于氨冷却部6a配置于燃烧用空气的流向的上游侧并且通过与水的热交换冷却燃烧用空气的水冷却部6b。根据本实施方式的燃气涡轮发动机***1，将通过冷却水进行了冷却的燃烧用空气利用沸点比冷却水低的液化氨冷却，因此，能够将燃烧用空气冷却至更低温，能够进一步提高燃气涡轮发动机***1的***整体效率。
另外，在本实施方式的燃气涡轮发动机***1中，也能够采用未设置冷却水供给***7的结构。在这样的情况下，在中冷器6中，仅通过燃料用氨冷却燃烧用空气。
另外，在本实施方式的燃气涡轮发动机***1中，中冷器6使液体的燃料用氨与燃烧用空气热交换而气化，并将气化后的燃料用氨供给至燃烧室。也可以通过使气化后的燃料用氨和燃烧用空气进行热交换来冷却燃烧用空气。但是，通过使液体的燃料用氨与燃烧用空气进行热交换，能够利用液化氨的潜热冷却燃烧用空气，能够提高燃气涡轮发动机***1的***整体效率。
另外，在本实施方式的燃气涡轮发动机***1中，具备将向燃烧器2b供给的燃料用氨的一部分分配至中冷器6的分配机构3c。因此，能够调整向中冷器6供给的燃料用氨的量。因此，根据本实施方式的燃气涡轮发动机***1，能够调整中冷器6的冷却能力。
以上，参照附图对本公开的优选的实施方式进行了说明，但不言而喻，本公开不限定于上述实施方式。在上述的实施方式中所示出的各结构部件的各形状、组合等仅为一例，在不脱离本公开的宗旨的范围内能够基于设计要求等进行各种变更。
例如，在上述实施方式中，对在燃气涡轮发动机2的外部设置中冷器6并通过中冷器6冷却燃烧用空气的结构进行了说明。但是，本公开并不限定于此。例如，如图2所示，也可以在低压压缩机2d的内部设置通过进行燃烧用空气与燃料用氨的热交换而冷却压缩过程的燃烧用空气的热交换部2f(燃烧用空气冷却部)。例如，能够在低压压缩机2d的静叶片的内部形成供燃料用氨流通的流路，并将形成有该流路的区域作为热交换部2f。根据这样的变形例，由于不需要在燃气涡轮发动机2的外部设置中冷器6，因此，能够使燃气涡轮发动机***1小型化。
另外，在上述实施方式中，对在中冷器6中冷却压缩过程的燃烧用空气的结构进行了说明。但是，本公开不限定于此。
例如，如图3所示，也可以采用如下结构：设置使向压缩机2a供给之前的燃烧用空气和燃料用氨进行热交换的换热器8(燃烧用空气冷却部)，对压缩前的燃烧用空气进行冷却。
另外，在上述实施方式中，对将本公开的燃烧装置应用于燃气涡轮发动机***1的例进行了说明。但是，本公开的燃烧装置并非仅能够应用于燃气涡轮发动机***1的燃烧装置。例如，只要是具备使压缩空气和燃料用氨混合而燃烧的燃烧装置的***等，就能够应用本公开的燃烧装置。
另外，在上述实施方式中，也可以不使用分配机构3c，而是将从氨供给部3a送出的燃料用氨的全量供给至中冷器6。在该情况下，优选在中冷器6的下游侧设置气化器，使通过中冷器6的燃料用氨可靠地气化后向燃烧器2b供给。
另外，在上述实施方式中，对燃气涡轮发动机***1具备天然气供给***4的结构进行了说明。但是，本公开不限定于此。只要具备气化器3d，就能够采用不具备天然气供给***4的结构。
另外，在上述实施方式中，对不仅能够向燃烧器2b供给燃料用氨，而且也能够供给天然气的结构进行了说明。但是，本公开不限定于此，也能够将非天然气的烃、其它燃料用于上述实施方式的天然气的替代。
工业上的可利用性
根据本公开，在使燃料用氨作为燃料而燃烧的燃烧装置及燃气涡轮发动机***中，能够削减燃烧用空气的冷却使用的水的量，并且削减为了使燃料用氨气化而所示的能量。
符号说明
1—燃气涡轮发动机***，2—燃气涡轮发动机，2a—压缩机，2b—燃烧器，2c—涡轮，2d—低压压缩机，2e—高压压缩机，2f—热交换部(燃烧用空气冷却部)，3—燃料用氨供给***，3a—氨供给部，3b—配管，3c—分配机构，3d—气化器，3e—第一阀，3f—第二阀，4—天然气供给***，4a—天然气供给部，4b—配管，5—还原催化剂腔(脱硝装置)，6—中冷器(燃烧用空气冷却部)，6a—氨冷却部，6b—水冷却部，7—冷却水供给***，7a—冷却水供给部，7b—配管，8—换热器(燃烧用空气冷却部)，G—发电机。

Claims (7)

1.一种燃烧装置，其利用压缩后的燃烧用空气使燃料用氨在燃烧室内燃烧，其特征在于，
具备将上述燃烧用空气在压缩过程或者压缩前通过与上述燃料用氨的热交换而冷却的燃烧用空气冷却部。
2.根据权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于，还具备：
压缩上述燃烧用空气的低压压缩机；以及
将由上述低压压缩机进行了压缩的上述燃烧用空气进一步压缩的高压压缩机，
上述燃烧用空气冷却部是将从上述低压压缩机排出且向上述高压压缩机供给的上述燃烧用空气通过与上述燃料用氨的热交换而冷却的中冷器。
3.根据权利要求2所述的燃烧装置，其特征在于，
上述中冷器具备：
通过与上述燃料用氨的热交换冷却上述燃烧用空气的氨冷却部；以及
相对于上述氨冷却部配置于上述燃烧用空气的流向的上游侧且通过与水的热交换冷却上述燃烧用空气的水冷却部。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃烧装置，其特征在于，
上述燃烧用空气冷却部构成为，使液体的上述燃料用氨与上述燃烧用空气进行热交换而气化，并将气化后的上述燃料用氨供给至上述燃烧室。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的燃烧装置，其特征在于，
还具备将向上述燃烧室供给的上述燃料用氨的一部分分配至上述燃烧用空气冷却部的分配机构。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的燃烧装置，其特征在于，
还具备使用脱硝催化剂和作为还原剂的氨对燃烧气体进行脱硝处理的脱硝装置，
且构成为，将在上述燃烧用空气冷却部气化后的上述燃料用氨的至少一部分供给至上述脱硝装置。
7.一种燃气涡轮发动机***，其特征在于，具备权利要求1～6中任一项所述的燃烧装置。
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