JPH08226308A - ボイラ火炉の保護装置 - Google Patents

ボイラ火炉の保護装置

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JPH08226308A
JPH08226308A JP3048595A JP3048595A JPH08226308A JP H08226308 A JPH08226308 A JP H08226308A JP 3048595 A JP3048595 A JP 3048595A JP 3048595 A JP3048595 A JP 3048595A JP H08226308 A JPH08226308 A JP H08226308A
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JP
Japan
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boiler furnace
exhaust gas
duct
furnace
gas turbine
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Pending
Application number
JP3048595A
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English (en)
Inventor
Manabu Orimoto
学 折本
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Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Babcock Hitachi KK
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ガスタービンの排ガスを燃焼用空気源として用
いるボイラ火炉において、排ガス組成に大きな変化が生
じ逆火し爆発が生じてもボイラ火炉の風箱や風道、およ
びガスタービンを保護するのに好適なボイラ火炉の保護
装置を提供する。 【構成】ガスタービンからの排ガスをボイラ火炉へ導入
し、排ガスが保有する熱量と含有する酸素を、ボイラ火
炉の風箱または風道に供給してバーナの燃焼用酸素源と
して使用するボイラ火炉において、ボイラ火炉のバーナ
スロートを通し火炉に面して設けられている風箱または
風道のダクト内に、ダクトの断面積に対する面積比を
0.25〜0.70の範囲に調整可能な絞り機構を設け、
絞り機構の位置から、排ガスの下流側、すなわち火炉側
へダクト相当径の5倍以内の距離に、ダクトの設計圧力
の2〜10倍で破壊するラプチャーディスクを配設す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービンの排ガスを
循環使用するボイラ火炉の風箱または風道の保護装置に
係り、特にガスタービン排気ガスの圧力異常上昇を防止
すると共に、ボイラ火炉の風箱または風道の爆発による
破損を防止するのに好適な構造のボイラ火炉の保護装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】地球温暖化防止の観点や、発電コストの
低減を目的として、ガスタービンの排気ガスをボイラ火
炉の燃焼用空気源として利用することにより、トータル
ユニットとしての効率を向上させる技術が急速に具体化
されつつある。図4または図5に示す、従来のガスター
ビンの排ガスをボイラ火炉の燃焼用空気源として用いる
プラントにおいて、ボイラ火炉の燃焼用空気は正常の運
転時には、図6にガスタービンの負荷特性として示すよ
うに、ガスタービンに点火され、負荷が上昇するにつ
れ、排ガス中のO2(酸素)はスタート時、定格時には
15%程度まで低下する挙動を示す他に、CO(一酸化
炭素)やCH4(メタン)はゼロ(%)、残りはCO
2(炭酸ガス)およびN2(窒素)等のガス組成を有する
ものである。しかしながら、例えば、図4に示すガスタ
ービン1の空気圧縮機2に故障が生じた時や、燃焼器2
4内での失火が生じた場合には、排ガス中のO2濃度が
高くなり、一方では、COおよび/またはCH4の濃度
が高くなる等、排ガス組織に急激な変化が伴うようにな
り、さらにガスが燃焼しないために排ガス温度が低下
し、その結果、ウィンドボックスやバーナスロートから
の流速も正常時の0.3〜0.5倍程度にまで低下し、逆
火、爆発の危険性が生じるという問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図7に、可燃ガス−空
気−不活性ガスの3元混合気における可燃限界を示す。
図において、ガスタービン起動時および定格負荷時
において排ガス組成が正常であっても、万一、失火時
において排ガス組成が急激に変化して可燃範囲に入り爆
発の危険性が生じる。そして、このような可燃範囲の組
成となった排ガスが、ボイラ火炉の燃焼用空気源として
火炉のウィンドボックス(風箱)内に到達した時には、
図4に示すように、ボイラ火炉8内に存在する着火源に
よって引火が誘引され、風箱(およびバーナ)7を通っ
てバーナスロートを通過する燃焼用空気流速の遅い部
分、または上記流速がほとんどゼロ(0)である停止中
のバーナ部から逆火し、風箱(およびバーナ)7および
/または煙道バイパスダクト6内で爆発が生じ、その爆
風により風箱や風道が損傷を蒙るといった不慮のトラブ
ルが発生する。また、ガスタービンの排ガスを循環使用
するボイラ火炉において、風道や煙道ダクトやダンパが
多数配設され、その誤動作や誤操作があった場合におい
ても、ボイラ火炉の風箱や風道はもちろんのこと、ガス
タービンの排ガス系においても圧力が異常に上昇しガス
タービンが損傷を受けるといった問題も生じる。近年、
ガスタービンにおいては、特に低NOx燃焼化が進めら
れており、そのため火炎が不安定となったり、また失火
するという問題が生じ易い傾向にあり、極めて危険性が
高いという問題があった。
【0004】本発明の目的は、上記従来技術における問
題点を解消し、ガスタービンの空気圧縮機の故障や、ガ
スタービンの燃焼器内での失火が生じた場合に、ガスタ
ービンの排ガス組成に大きな変化が生じ、これを燃焼用
空気源として使用するボイラ火炉の風箱や風道の爆発に
よる損傷を抑制するのに好適な構造のボイラ火炉の保護
装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、本発明は基本的には、ボイラ火炉のバーナ
スロートを通し火炉側に面した風箱または風道の中に、
ベンチュリーまたはオリフィス等の絞り機構を設け、こ
の絞り機構の位置からガスタービン排ガスの下流側で、
かつ火炉側に、上記絞り機構の位置から風道相当径の5
倍以内の距離に、風道の設計圧力の2〜10倍で破壊す
るラプチャーディスクを設けるものである。すなわち、
請求項1に記載のように、ガスタービンからの排ガスを
ボイラ火炉へ導入し、排ガスが保有する熱量と含有する
酸素を、上記ボイラ火炉の風箱または風道に供給してバ
ーナの燃焼用酸素源として使用するボイラ火炉におい
て、該ボイラ火炉のバーナスロートを通し火炉に面して
設けられている風箱または風道のダクト内に、該ダクト
の断面積に対する面積比を0.25〜0.70の範囲に調
整可能な絞り機構を設け、該絞り機構の位置から、上記
排ガスの下流側、すなわち火炉側へ上記ダクト相当径の
5倍以内の距離に、該ダクトの設計圧力の2〜10倍で
破壊するラプチャーディスクを配設したボイラ火炉の保
護装置とするものである。
【0006】
【作用】図3(a)は、ボイラ火炉の上流側に設けられ
ている内燃機関(ガスタービン)の失火によって、燃焼
用空気中の未燃成分が急激に増加し、それに合わせて温
度の低下によってガスタービン排ガス容積(燃焼用空
気)が縮小化し、バーナスロート部における流速が低下
しボイラ火炉内の火炎によって燃焼用空気(ガスタービ
ン排ガス)に引火し、逆火して、ウィンドボックス内か
ら風道内を、弱い燃焼波の伝播→火炎の加速→圧力上昇
してゆく様子を模式的に示したものである。なお、図3
(b)は、着火点からの距離と排ガスダクト内の圧力上
昇の関係を示すグラフである。図に示すように、風道や
風箱内では、当初の弱い燃焼波の伝播が、燃焼用空気温
度の低下、未燃成分の上昇により火炎として加速され、
例えば、エアホイルやオリフィス等から構成された絞り
機構のところで、速度エネルギーから圧力エネルギーに
変換されて異常に圧力が上昇して、風箱や風道の変形、
破損が生じることになる。しかし、本発明は請求項1に
記載のように、ガスタービンからの排ガスをボイラ火炉
へ導入し、排ガスが保有する熱量と含有する酸素を、上
記ボイラ火炉のバーナの燃焼用酸素源として使用するボ
イラ火炉において、該ボイラ火炉のバーナスロートを通
し火炉に面して設けられている風箱または風道のダクト
内に、該ダクトの断面積に対する面積比を0.25〜0.
70の範囲に調整可能な絞り機構を設け、該絞り機構の
位置から、上記排ガスの下流側、すなわち火炉側へ上記
ダクト相当径の5倍以内の距離に、該ダクトの設計圧力
の2〜10倍で破壊するラプチャーディスクを配設して
いるので、火炉側の風箱や風道ダクトの破壊、破損を防
止するか、または損傷を最小限に止めることができると
共に、ガスタービン側の排ガスの異常上昇による損傷も
効果的に抑制することができる。
【0007】
【実施例】以下に本発明の実施例を挙げ、図面を用いて
さらに詳細に説明する。図1は、本実施例で例示するガ
スタービンの燃焼排ガスを循環使用するボイラ火炉の構
成を示す系統図である。図において、ガスタービン1か
らの排ガスを、排ガスダクト5を通り、ボイラ火炉8の
風箱(およびバーナ)7へ供給する排ガスダクト5の中
に、逆火した時の燃焼の伝播を圧力に変換する絞りノズ
ル71を設置すると共に、絞りノズル71の排ガスの下
流側、すなわち火炉側に、ラプチャーディスク72を設
けている。図2(a)(b)(c)に、上記ラプチャー
ディスク72の詳細な構造を示す。なお、図2(b)
は、図2(a)のA矢視図を示し、図2(c)は、図2
(a)のB部拡大図である。図において、グラファイ
ト、SUS316、テフロン等の薄板を重ね合わせて作
られたラプチャーディスク72を、ガスタービンの排ガ
スダクト5に設けた1次側ホルダ73と2次側ホルダ7
4であるフランジ部で挟んで構成するものであり、ラプ
チャーディスク72自身は市販品を用いた。本発明の特
徴とするところは、絞りノズル71として、排ガスダク
ト5の断面積に対する面積比を0.25〜0.70の範囲
に調整した、例えば、ベンチュリーを設け、その絞りノ
ズル71と一体的な組合せ構造として、絞りノズル71
の位置から、排ガスダクト5の相当径の5倍以内の距離
に、上記ラプチャーディスク72を設けるものであっ
て、排ガスダクト5内の圧力が瞬間的に上昇するように
配慮し、その箇所にラプチャーディスク72を設置する
ことにより、的確に、かつ確実にラプチャーディスク7
2が作動する構成したところにある。上記した構成の絞
りノズル71およびラプチャーディスク72からなるボ
イラ火炉の保護装置を、試験装置に配設して逆火テスト
を行ったところ、風道の設計圧力(例えば、2000m
m水柱)の2〜10倍以内の正確な圧力範囲でラプチャ
ーディスク72が破壊し作動させることができた。
【0008】
【発明の効果】本発明のガスタービンの排ガスを循環使
用するボイラ火炉の保護装置によれば、燃焼用空気源と
して用いる排ガス中の未燃分が増加し、ボイラ火炉にお
いて逆火が生じたとしても、絞り機構において火炎の速
度エネルギーを確実に圧力上昇に変換でき、的確にラプ
チャーディスクを作動させることができるので、ボイラ
火炉の損傷を抑止することができると共に、ガスタービ
ンの排ガス系の圧力の異常上昇を防止することができ、
ガスタービンの保護をはかることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例で例示したガスタービンの排ガ
スを循環使用するボイラ火炉の構成を示す系統図。
【図2】本発明の実施例で例示した絞り機構とラプチャ
ーディスクの構造を示す模式図。
【図3】本発明の実施例で例示したラプチャーディスク
の逆火による作動原理を示す説明図。
【図4】従来のガスタービンの排ガスを循環使用するボ
イラ火炉の構成を示す系統図。
【図5】従来のガスタービンの排ガスを循環使用するボ
イラ火炉の他の構成を示す系統図。
【図6】従来のガスタービンの負荷特性を示すグラフ。
【図7】従来の可燃ガス−空気−不活性ガスの3元混合
気の可燃範囲を示すグラフ。
【符号の説明】
1…ガスタービン 2…空気圧縮機 3…ガスタービン用燃料 4…ボイラ用燃料 5…排ガスダクト 6…煙道バイパスダクト 7…風箱(およびバーナ) 8…ボイラ火炉 9…主蒸気管 10…高圧蒸気タービン 11…再熱蒸気管 12…中圧蒸気タービン 13…低圧蒸気タービン 14…復水器 15…復水ポンプ 16…低圧ヒータ 17…低圧ガスクーラ 18…高圧ヒータ 19…エコノマイザ入口給水管 20…ボイラ排ガス 21…脱硝装置 22…高圧ガスクーラ 23…煙突 24…燃焼器 25…ガスタービン燃料流量調整弁兼遮断弁 26…ボイラ燃料流量調整弁 27…ボイラ燃料遮断弁 31…空気圧縮機 32…ガスタービン 33…燃焼器 34…ガスタービン 35…ガスクーラ 36…ボイラバイパスダンパ 37…ボイラバイパスダクト 38…ガス切換ダンパ 39…ガスミキシング装置 40…燃焼空気ダクト 41…エア切換ダンパ 42…空気予熱器 43…蒸気式空気予熱器 44…燃焼空気ファン 45…ガスミキシングダンパ 46…排ガス再循環ファン 47…風道 48…燃料 49…ボイラ風箱 50…ボイラ 51…排ガス脱硝装置 52…空気予熱器出入口ダンパ 53…エコノマイザ入口ダクト 54…高温エコノマイザ 55…低温エコノマイザ 56…排ガスダクト 57…排ガス誘引ファン 58…煙道 59…バーナ1次空気ダクト 60…ガス混合器 61…空気再循環ダクト 62…空気再循環ダンパ 63…バーナ1次空気ダンパ 64…点火トーチ用フレッシュエアダクト 65…点火トーチ用フレッシュエアダンパ 71…絞りノズル 72…ラプチャーディスク 73…1次側ホルダ 74…2次側ホルダ 75…保護カバー 76…取手 77…鎖 78…鎖取付具 79…リブ 80…ボルト

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガスタービンからの排ガスをボイラ火炉へ
    導入し、排ガスが保有する熱量と含有する酸素を、上記
    ボイラ火炉の風箱または風道に供給してバーナの燃焼用
    酸素源として使用するボイラ火炉において、該ボイラ火
    炉のバーナスロートを通し火炉に面して設けられている
    風箱または風道のダクト内に、該ダクトの断面積に対す
    る面積比を0.25〜0.70の範囲に調整可能な絞り機
    構を設け、該絞り機構の位置から、上記排ガスの下流
    側、すなわち火炉側へ上記ダクト相当径の5倍以内の距
    離に、該ダクトの設計圧力の2〜10倍で破壊するラプ
    チャーディスクを配設してなることを特徴とするボイラ
    火炉の保護装置。
JP3048595A 1995-02-20 1995-02-20 ボイラ火炉の保護装置 Pending JPH08226308A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9291100B2 (en) 2012-04-27 2016-03-22 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Rotary machine and mounting method of atmosphere relief mechanism for rotary machine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9291100B2 (en) 2012-04-27 2016-03-22 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Rotary machine and mounting method of atmosphere relief mechanism for rotary machine
DE112012006272B4 (de) * 2012-04-27 2016-03-24 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Rotationsmaschine und Befestigungsverfahren eines Ablassmechanismus an die Atmosphäre für die Rotationsmaschine

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