JP5875647B2 - 希釈ガスミキサを備えた2段燃焼 - Google Patents
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Description
風または太陽などの不安定な再生可能源による発電が増大していることにより、既存のガスタービンベースの発電プラントは、電力需要のバランスを保ち、電力網を安定させるためにますます利用されている。したがって、改良された運転柔軟性が要求されている。これは、ガスタービンがしばしばベース負荷設計点よりも低い負荷、すなわちより低い燃焼器入口および燃焼温度で運転させられることを意味する。
圧縮機において入口ガスを圧縮し、第1のバーナにおいて第1の燃料を混合するステップと、
第1燃焼器において、圧縮された入口ガスおよび燃料の生じた混合物を燃焼させて第1燃焼器燃焼生成物を生ぜしめるステップと、
希釈ガス・燃料混合器によって第1燃焼器燃焼生成物に希釈ガスおよび第2の燃料を混合するステップと、
第1燃焼器燃焼生成物と、第2の燃料と、希釈ガスとの混合物を第2燃焼室において燃焼させて第2燃焼器燃焼生成物を生ぜしめるステップと、
第2燃焼室燃焼生成物とも呼ばれる高温ガスをタービンにおいて膨張させるステップとを含む。
−両方の、すなわち第1および第2燃焼器は、連続した缶型−缶型構成として形成されている。
−第1燃焼器は環状燃焼室として構成されており、第2燃焼器は缶型構成として構成されている。
−第1燃焼器は缶型構成として構成されており、第2燃焼器は環状燃焼室として構成されている。
−両方の、すなわち第1および第2燃焼器は、環状燃焼室として構成されている。
2 シャフト
3 圧縮機
4 2段燃焼器配列
5 タービン
6 圧縮ガス
7 排ガス
8 圧縮ガス
9 燃焼生成物
10 第1のバーナ
11 第1燃焼室
12 ミキサ
13 第2のバーナ
14 第2燃焼室
15 第1の冷却チャネル
16 第2の冷却チャネル
17 第3の冷却チャネル
18 第4の冷却チャネル
19 希釈ガス入口
20 第1燃焼室ジャケット
21 第2のジャケット
22 第3のジャケット
23 第4のジャケット
24 第1燃焼室壁部
25 ミキサ壁部
26 第2のバーナ壁部
27 第2燃焼室壁部
28 第1の燃料噴射
29 第2の燃料噴射
30 圧縮機ディフューザ
31 燃焼器ケーシング
32 希釈ガス
33 冷却ガス
34 希釈ガス・燃料混合器
35 希釈バーナ
36 希釈バーナ壁部
37 第1燃焼器燃焼生成物
38 気体燃料
39 液体燃料
40 キャリヤガス
41 渦発生器
42 流線形本体
43 燃料ノズル
44 希釈ガス開口
44a/b 軸方向に段付けされた希釈ガス開口
45 冷却ガス
46 希釈ガス供給部
47 前縁区域
48 後縁
49 側壁
50 張出部
51 第2の燃料インジェクタ
52 中心平面
Ac 第1燃焼器燃焼生成物のための流過面積
Ad 希釈ガス開口の流過面積
h スロット高さ
hi 内側スロット高さ
ho 外側スロット高さ
r 半径方向
Claims (19)
- 2段燃焼器配列(4)であって、流体流れ接続されて順に配置された、第1のバーナ(10)と、第1燃焼室(11)と、運転中に前記第1燃焼室(11)から出てくる第1燃焼器燃焼生成物(37)に希釈ガス・燃料混合器(34)を介して希釈ガス(32)と第2の燃料(29)とを混合するための希釈バーナ(35)と、第2燃焼室(14)とを備え、前記希釈ガス・燃料混合器(34)は、少なくとも1つの流線形本体(42)を有しており、該流線形本体(42)は、少なくとも1つの燃料ノズル(43)を通じて少なくとも1つの第2の燃料(29)を前記希釈バーナ(35)内へ導入するために前記希釈バーナ(35)に配置されており、流線形の断面輪郭を有しており、かつ前記希釈バーナ(35)において生じる主流れ方向に対して垂直なまたは傾斜した長手方向を備えて延びている、2段燃焼器配列(4)において、
前記流線形本体(42)は、前記少なくとも1つの燃料ノズル(43)の上流で前記第1燃焼器燃焼生成物(37)に前記希釈ガス(32)を混合するための希釈ガス開口(44)を有しており、
前記希釈ガス開口(44)は、作動中に、前記希釈ガス開口(44)を通じて混合される希釈ガスの質量流量に対する前記第1燃焼器燃焼生成物(37)の質量流量の比が0.5〜2の範囲であるように寸法決めされていることを特徴とする、2段燃焼器配列(4)。 - 前記希釈ガス開口(44)は、作動中に、前記希釈ガス開口(44)を通じて混合される希釈ガスの質量流量に対する前記第1燃焼器燃焼生成物(37)の質量流量の比が0.7〜1.5の範囲であるように寸法決めされている、請求項1記載の2段燃焼器配列(4)。
- 前記希釈ガス開口(44)は、作動中に、前記希釈ガス開口(44)を通じて混合される希釈ガスの質量流量に対する前記第1燃焼器燃焼生成物(37)の質量流量の比が0.9〜1.1の範囲であるように寸法決めされている、請求項1記載の2段燃焼器配列(4)。
- 前記希釈ガス開口(44)は、第1燃焼器(11)から出てくる前記第1燃焼器燃焼生成物(37)の主流れ方向に対して平行に方向付けられている、請求項1記載の2段燃焼器配列(4)。
- 前記希釈ガス開口の流過面積(Ad)に対する前記第1燃焼器燃焼生成物のための流過面積(Ac)の比は、1〜10の範囲である、請求項1記載の2段燃焼器配列(4)。
- 前記希釈ガス開口の流過面積(A d )に対する前記第1燃焼器燃焼生成物のための流過面積(A c )の比は、2〜7の範囲である、請求項1記載の2段燃焼器配列(4)。
- 前記希釈ガス開口の流過面積(A d )に対する前記第1燃焼器燃焼生成物のための流過面積(A c )の比は、4〜6の範囲である、請求項1記載の2段燃焼器配列(4)。
- 前記希釈ガス・燃料混合器(34)は、前記第1燃焼器燃焼生成物(37)に前記希釈ガス(32)を混合するための少なくとも2つの希釈ガス開口(44)を有しており、前記流線形本体(42)は、2つの側面(33)を有しており、前記第1燃焼器燃焼生成物(37)に前記希釈ガス(32)を混合するための前記希釈ガス開口(44)は、前記側面から前記第1燃焼器燃焼生成物(37)の流過面積に向かって延びるスロット(44)として形成されている、請求項1記載の2段燃焼器配列(4)。
- 前記スロット(44)の高さ(h)は、前記希釈バーナ(35)に進入する前記第1燃焼器燃焼生成物(37)の温度分布および/または速度分布に関して決定される、請求項8記載の2段燃焼配列(4)。
- 前記スロット(44)の高さ(h)は、前記本体(42)の長手方向での位置に関して決定される、請求項8記載の2段燃焼器配列(4)。
- 前記流線形本体(42)の少なくとも一方の側面(33)に渦発生器(41)が配置されているまたは前記流線形本体(42)の中心平面に関して後縁(48)に横方向反対向きに少なくとも2つの張出部(50)が設けられている、請求項1から10までのいずれか1項記載の2段燃焼器配列(4)。
- 少なくとも1つの圧縮機(3)と、2段燃焼器配列(4)と、タービン(5)とを備えたガスタービン(1)を運転する方法であって、前記2段燃焼器配列(4)は、流体流れ接続されて順に配置された、第1のバーナ(10)と、第1燃焼室(11)と、希釈ガス・燃料混合器(34)を備えた希釈バーナ(35)と、第2燃焼室(14)とを有し、前記方法は、
前記圧縮機(3)において入口ガスを圧縮するステップと、
前記第1のバーナ(10)において第1の燃料(28)を混合するステップと、
混合物を前記第1燃焼器(11)において燃焼させて第1燃焼器燃焼生成物(37)を生ぜしめるステップと、
前記希釈ガス・燃料混合器(34)によって希釈ガス(32)および第2の燃料(29)を前記第1燃焼器燃焼生成物(37)に混合するステップと、
前記第1燃焼器燃焼生成物(37)と、前記第2の燃料(29)と、前記希釈ガス(32)との混合物を前記第2燃焼室(14)において燃焼させて第2燃焼器燃焼生成物を生ぜしめるステップと、
第2燃焼室燃焼生成物を前記タービン(5)において膨張させるステップと、を含み、
少なくとも1つの流線形本体(42)を有する希釈ガス・燃料混合器(34)によって前記第2の燃料(29)を前記希釈バーナ(35)内へ導入し、前記流線形本体(42)は、前記第2の燃料(29)を導入するための少なくとも1つの燃料ノズル(43)を備えた希釈バーナ(35)に配置されており、かつ流線形断面輪郭を有しており、かつその長手方向が、前記希釈バーナ(35)において生じる主流れ方向に対して垂直になるようにまたは傾くように延びている、方法において、
前記希釈ガス(32)を前記少なくとも1つの燃料ノズル(43)の上流で少なくとも1つの希釈ガス開口(44)を介して前記第1燃焼器燃焼生成物(37)内へ混合し、
前記希釈ガス開口(44)を通じて混合される希釈ガスの質量流量に対する、前記希釈バーナ(35)に進入する前記第1燃焼器燃焼生成物(37)の質量流量の質量流量比は、0.5〜2の範囲であることを特徴とする、ガスタービン(1)を運転する方法。 - 前記希釈ガス開口(44)を通じて混合される希釈ガスの質量流量に対する、前記希釈バーナ(35)に進入する前記第1燃焼器燃焼生成物(37)の質量流量の質量流量比は、0.7〜1.5の範囲である、請求項12記載の方法。
- 前記希釈ガス開口(44)を通じて混合される希釈ガスの質量流量に対する、前記希釈バーナ(35)に進入する前記第1燃焼器燃焼生成物(37)の質量流量の質量流量比は、0.9〜1.1の範囲である、請求項12記載の方法。
- 前記希釈ガス(32)を、噴射箇所において、前記第1燃焼器燃焼生成物(37)の主流れ方向に対して平行な方向にまたは前記主流れ方向に対する20°の最大逸脱範囲で、前記希釈ガス開口(44)を通じて前記希釈ガスバーナ(35)内へ噴射する、請求項12記載の方法。
- 前記希釈ガス(32)を、噴射箇所において、前記第1燃焼器燃焼生成物(37)の主流れ方向の平均流速に関して、同じ平均速度で、または平均流速における30%の最大逸脱範囲で、前記希釈ガス開口(44)を通じて前記希釈ガスバーナ(35)内へ噴射する、請求項12記載の方法。
- 希釈ガス・燃料混合器(34)の前記流線形本体(42)の側面から前記第1燃焼器燃焼生成物(37)の流過面積に向かって延びるスロット(44)として形成された少なくとも2つの希釈ガス開口(44)を通じて、前記第1燃焼器燃焼生成物(37)内へ前記希釈ガス(32)を混合する、請求項12記載の方法。
- 前記流線形本体(42)の長手方向での、噴射された希釈ガス(32)の質量流量分布を、希釈バーナ(35)に進入する前記第1燃焼器燃焼生成物(37)の温度分布および/または速度分布に関して決定する、請求項12記載の方法。
- 前記流線形本体(42)の長手方向での、噴射された希釈ガス(32)の質量流量分布を、前記流線形本体(42)の長手方向に沿った位置に関して決定する、請求項12記載の方法。
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