KR20150020116A - 희석 가스 혼합기를 갖는 연속 연소 - Google Patents

희석 가스 혼합기를 갖는 연속 연소 Download PDF

Info

Publication number
KR20150020116A
KR20150020116A KR20140104950A KR20140104950A KR20150020116A KR 20150020116 A KR20150020116 A KR 20150020116A KR 20140104950 A KR20140104950 A KR 20140104950A KR 20140104950 A KR20140104950 A KR 20140104950A KR 20150020116 A KR20150020116 A KR 20150020116A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
burner
dilution
combustor
fuel
Prior art date
Application number
KR20140104950A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101627523B1 (ko
Inventor
미카엘 두에싱
Original Assignee
알스톰 테크놀러지 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 알스톰 테크놀러지 리미티드 filed Critical 알스톰 테크놀러지 리미티드
Publication of KR20150020116A publication Critical patent/KR20150020116A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101627523B1 publication Critical patent/KR101627523B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34—Feeding into different combustion zones
    • F23R3/346—Feeding into different combustion zones for staged combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/26—Controlling the air flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F02C7/228—Dividing fuel between various burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/16—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration with devices inside the flame tube or the combustion chamber to influence the air or gas flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/16—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration with devices inside the flame tube or the combustion chamber to influence the air or gas flow
    • F23R3/18—Flame stabilising means, e.g. flame holders for after-burners of jet-propulsion plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/16—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration with devices inside the flame tube or the combustion chamber to influence the air or gas flow
    • F23R3/18—Flame stabilising means, e.g. flame holders for after-burners of jet-propulsion plants
    • F23R3/20—Flame stabilising means, e.g. flame holders for after-burners of jet-propulsion plants incorporating fuel injection means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34—Feeding into different combustion zones
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/03341—Sequential combustion chambers or burners

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Abstract

본 발명은 제 1 버너(10), 제 1 연소 챔버(11), 희석-가스-연료 애드믹서(admixer;34)를 통하여 제 1 연소기 연소 생성물들로 희석 가스(32)와 제 2 연료(29)를 혼합하기 위한 희석 버너(35)를 포함하는 연속 연소기 장치(4)에 관한 것이다. 상기 희석-가스-연료 애드믹서(34)는 적어도 하나의 유선형 몸체(42)를 구비하고, 상기 적어도 하나의 유선형 몸체는 적어도 하나의 연료 노즐(43)을 통하여 상기 적어도 하나의 제 2 연료(29)를 상기 희석 버너(35) 안으로 도입하기 위해 상기 희석 버너(35)에 배열되고, 유선형 단면 프로파일을 가지며 상기 희석 버너(35)에 작용하는 주요 유동 방향에 길이방향으로 직각으로 또는 경사도를 갖고 연장된다. 상기 유선형 몸체(42)는 상기 적어도 하나의 연료 노즐(43)의 상류에서 희석 가스(32)를 상기 제 1 연소기 연소 생성물들(37) 내로 혼합하기 위해 희석 가스 개구(44)를 포함한다.
본원은 또한 그러한 연속 연소기 장치(4)를 갖는 가스 터빈(1)의 작동 방법에 관한 것이다.

Description

희석 가스 혼합기를 갖는 연속 연소{SEQUENTIAL COMBUSTION WITH DILUTION GAS MIXER}
본 발명은 희석 가스를 연속 연소기 장치 안으로 혼합하는 가스 터빈용 연속 연소기 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 희석 가스를 연속 연소기 장치 안으로 혼합하면서 가스 터빈을 작동시키는 방법에 관한 것이다.
풍력 또는 태양과 같은 비안정적인 재생가능한 소스에 의한 발전량의 증가로 인하여, 전력 수요량에 균형을 맞추고 그리드를 안정시키기 위하여 기존의 가스 터빈 기반 발전소가 증가하게 사용된다. 이는 가스 터빈이 기본 부하 디자인보다 작은 부하에서, 즉 낮은 연소기 입구와 발화 온도에서 종종 작동된다는 것을 의미한다.
동시에, 방출 한계값과 전체 방출 허용값은 더욱 엄격해지므로, 가스 터빈은 낮은 방출값에서 작동하고, 부분 부하 작동에서 그리고 일시기간 동안 작은 방출물을 유지하도록 요구되는데, 이는 누적 방출 한계값들을 계수하기 때문이다.
당기술의 연소 시스템은 예를 들어 압축기 유입 질량 유동을 조정하거나 또는 다른 버너들, 연료 스테이지들 또는 연소기들 사이에서 연료 분할을 제어함으로써, 작동 조건들에서 임의의 변수에 대처하도록 설계된다. 그러나, 이는 신규 요구조건을 충족하기에 충분하지 않다.
방출물을 더욱 감소시키고 연속 연소의 작동 융통성을 증가시키기는 것은 DE 10312971 A1호에 제안되어 있다. 작동 조건, 특히 제 1 연소 챔버의 고온 가스 온도에 따라서, 고온 가스들이 제 2 버너(또한 연속 버너로 칭함)로 허용되기 전에 고온 가스들을 냉각시키는 것이 필요할 수 있다. 이러한 냉각은 연료 분사 및 제 2 버너에서 분사된 연료와 제 1 연소기의 고온 연도 가스들과의 예혼합을 허용하는데 유리할 수 있다.
제 2 연소 챔버에 대한 입구 온도의 양호한 제어 및 제 2 버너 내에 분사된 연료와 제 1 연소기를 떠나는 가스들과의 양호한 혼합은 낮은 방출값을 갖는 안정된 연료를 위한 사전 필수사항이다. 그러나, 희석 가스와 연료를 혼합하기 위해 고온 가스 유동 경로에서 요구되는 추가 길이는 가스 터빈의 비용을 증가시킨다. 또한, 혼합기에서 희석 가스를 혼합하고 그를 따르는 연료 분사에 의한 단계적인 냉각은 그러한 연소기 장치의 전체 압력 강하량의 증가를 유도할 수 있다.
본 발명의 목적은 제 1 연소 챔버와 제 2 연소 챔버 사이에 희석 가스와 제 2 연료를 혼합하기 위한 수단을 포함하는 버너를 갖는 연속 연소기 장치를 제안하는 것이다. 이러한 "희석 버너(dilution burner)"는 제 2 연소 챔버에 대한 적당한 유입 유동 조건들을 제공해야 한다. 특히, 고온 가스들은 소정 고온 가스 온도로 냉각된다. 또한, 희석 가스의 적당한 혼합에 의해서 제 2 연소 챔버에 대한 속도 분산, 산소 및 연료 함량이 조절(예를 들어 사전 규정된 프로파일로 제어)될 수 있다.
사전 규정된 입구 온도들로부터의 편차가 희석 버너에서 큰 방출물(예를 들어, NOx, CO 및 미연소 탄화수소) 및/또는 플래쉬백(flashback)을 유발할 수 있다. 플래쉬백과 NOx는 조기 점화(플래쉬백을 유도하는)를 유발하는, 높은 입구 온도 또는 높은 산소 농도로 인하여 분사 연료에 대한 감소된 자체 점화 시간 또는 연소 중의 국부적인 고온 열점 및 그에 의한 NOx 방출물의 증가를 유발하는 연료 공기 혼합에 대한 감소된 시간에 의해서 유도된다. 낮은 온도 영역은 증가된 자체 점화 시간으로 인하여 CO 방출물들을 발생시킬 수 있다. 이는 CO가 CO2 연소되는 시간과, CO가 CO2 연소되는 것을 지연시킬 수 있는, 감소된 국부적인 화염 온도를 감소시킬 수 있다. 결국 국부적인 열 점들은 혼합기의 하류에 있는 임의의 영역에서 과열을 유도할 수 있다.
희석 가스는 예를 들어 압축 공기 또는 가스 터빈의 연도 가스 및 공기의 혼합물일 수 있다. 또한, 압축된 연도 가스들은 희석 가스로서 사용될 수 있다.
일 실시예에 따라서, 연속 연소기 장치는 제 1 버너, 제 1 연소 챔버, 희석 가스와 제 2 연료를 혼합하기 위한 희석 버너, 및 유체 유동 연결부에 연속적으로 배열되는 제 2 연소 챔버를 포함한다. 상기 희석 버너는 작동 중에 상기 제 1 연소 챔버를 떠나는 제 1 연소기 연소 생성물들로 희석 가스와 제 2 연료를 혼합하기 위한 희석-가스-연료 애드믹서를 포함한다.
제 1 연료 및 제 2 연료는 동일 유형의 연료, 예를 들어 모두 가스 연료이거나 또는 모두 액체 연료일 수 있고 동일 소스로부터 나오거나 또는 다른 연료 소스로부터 제공된 다른 연료 유형일 수 있다.
상기 희석-가스-연료 애드믹서는 적어도 하나의 연료를 희석 버너 안으로 도입하기 위한 적어도 하나의 연료 노즐을 갖는 희석 버너에 배열된 적어도 하나의 유선형 몸체를 가진다. 상기 유선형 몸체는 상기 희석 버너에 작용하는 주요 유동 방향에 길이방향으로 직각으로 또는 경사도를 갖고 연장되는 유선형 단면 프로파일을 가진다. 상기 적어도 하나의 연료 노즐의 상류에서 상기 희석-가스-연료-애드믹서의 상기 적어도 하나의 유선형 몸체는 희석 가스를 상기 제 1 연소기 연소 생성물들 내로 혼합하기 위해 희석 가스 개구를 포함한다.
다른 실시예에 따라서, 상기 희석 가스 개구는 작동 중에 상기 제 1 연소기 연소 생성물들의 질량 유동 대 상기 희석 가스 개구를 통해 혼합된 희석 가스의 질량 유동의 비가 0.5 내지 2의 범위에 있도록 치수설정된다. 양호하게는 상기 희석 가스 개구는 작동 중에 상기 질량 유동의 비가 0.7 내지 1.5의 범위에 있고, 그리고 가장 양호하게는 0.9 내지 1.1의 범위에 있도록 치수설정된다.
구체적으로, 상기 희석 가스 개구는 작동 중에 상기 제 1 연소기를 떠나는 상기 제 1 연소기 연소 생성물들의 주요 유동 방향과 평행하게 지향된다. 특히, 상기 희석 가스 개구는 상기 희석 가스 개구의 위치에서 상기 주요 유동과 평행하게 희석 가스를 방출하도록 지향된다.
다른 실시예에 따라서, 상기 희석 가스 개구들의 위치에서 제 1 연소기 연소 생성물들에 대한 유동 면적 대 희석 가스 개구의 유동 면적의 비는 1 내지 10의 범위에 있다. 양호하게 상기 유동 면적의 비는 2 내지 7의 범위에 있으며, 그리고 가장 양호하게 상기 비는 4 내지 6의 범위에 있다.
연속 연소기 장치의 다른 실시예에 따라서, 상기 희석-가스-연료 애드믹서는 희석 가스를 상기 제 1 연소기 연소 생성물들 내로 혼합하기 위한 적어도 2개의 희석 가스 개구를 구비한다. 상기 희석 가스를 상기 제 1 연소기 연소 생성물들 내로 혼합하기 위한 적어도 2개의 희석 가스 개구는 상기 희석-가스-연료 애드믹서의 유선형 몸체의 횡방향 면들로부터 상기 제 1 연소기 연소 생성물들의 유동 영역을 향하여 즉, 상기 유선형 몸체의 길이방향 연장부와 직각으로 연장되는 슬롯들로서 형성된다.
구체적으로, 상기 슬롯들의 높이는 상기 희석 버너로 진입하는 상기 제 1 연소기 연소 생성물들의 온도 분포 및/속도 분포의 함수로서 결정될 수 있다. 특히, 상기 슬롯들의 높이는 기본적으로 상기 슬롯의 대응 위치의 고온 가스의 온도와 희석 가스의 온도 사이의 온도차와 비례할 수 있다. 상기 슬롯의 통해 혼합된 희석 가스는 상기 슬롯 높이와 비례하기 때문에, 상기 희석 가스의 냉각 효과는 상기 슬롯 높이와 비례하고 상기 제 1 연소 챔버의 출구에서 비균일한 온도 프로파일은 정합된 높이 분포: 예를 들어, 높은 온도의 영역에서 큰 높이를 갖는 슬롯과 낮은 온도의 영역에서 작은 높이의 슬롯으로 같아질 수 있다.
대안으로, 상기 슬롯들의 높이는 상기 유선형 몸체의 길이방향에 있는 위치의 함수로서 결정될 수 있다.
높이 분포는 높이가 슬롯의 일 단부로부터 다른 단부로 증가하는 단순한 직선형 함수일 수 있다. 이는 임의의 곡선일 수 있거나 또는 상기 슬롯의 단부를 향하여 감소된 높이를 가질 수 있고, 희석 버너의 측벽들을 폐쇄할 수 있는데, 이는 온도가 희석 버너 또는 연소 챔버에서 벽 냉각으로 인하여 이미 감소될 수 있기 때문이다.
다른 실시예에 따라서, 와류 발생기가 상기 유선형 몸체의 적어도 하나의 횡방향 면들에 배열된다.
상기 와류 발생기들은 예를 들어 상기 와류 발생기의 상류에 있는 횡방향 면들로 모아지는 삼각형 횡방향 면과, 상기 유선형 몸체의 중심면과 필수적으로 직각인 2개의 측면을 갖는 삼각형일 수 있다. 상기 2개의 측면은 와류 발생기의 후미 에지에서 모아진다. 상기 후미 에지는 통상적으로 바로 대응 연료 노즐의 상류에 있다.
다른 실시예에 따라서, 상기 유산형 몸체의 후미 에지는 상기 유선형 몸체의 중심면에 대해서 반대 횡단 방향들로 적어도 2개의 로브(lobe)를 구비한다.
상기 희석 가스 개구들의 위치에서 (상기 희석 가스 개구의 위치에서 주요 유동의 유동 방향과 수직인) 상기 유선형 몸체의 단면 폭은 감소되어서 상기 희석 버너의 유동 영역을 증가시킨다. 상기 희석 가스 개구들의 단면 대 상기 희석 가스 개구들의 하류에 있는 유선형 버너의 최대 단면적의 총합 비는 예를 들어 0.1 내지 2 정도 또는 그보다 클 수 있다. 일 실시예에 따라서, 이 비는 0.5 내지 1.5의 범위에 있다.
상기 연속 연소기 장치 이외에, 이러한 연속 연소기 장치를 갖는 가스 터빈과 그러한 연속 연소기 장치를 갖는 가스 터빈의 작동 방법도 본 발명의 요지이다.
이러한 가스 터빈은 적어도 하나의 압축기, 연속 연소기 장치 및 터빈을 포함하고, 상기 연속 연소기 장치는 제 1 버너, 제 1 연소 챔버, 희석-가스-연료 애드믹서를 갖는 희석 버너, 및 유체 유동 연결부에 연속적으로 배열되는 제 2 연소 챔버를 포함한다.
일 실시예에 따라서, 그러한 가스 터빈의 작동 방법은:
- 상기 압축기에서 유입 가스를 압축하는 단계, 상기 제 1 버너에서 제 1 연료를 혼합하는 단계,
- 제 1 연소기 연소 생성물들을 얻기 위하여 상기 제 1 연소기에서 압축된 유입 가스와 연료의 생성 혼합물을 연소하는 단계,
- 상기 희석-가스-연료-애드믹서에 의해서 상기 제 1 연소기 연소 생성물들로 희석 가스와 제 2 연료를 혼합하는 단계,
- 제 2 연소기 연소 생성물들을 얻기 위하여 상기 제 2 연소 챔버에서 상기 제 1 연소기 연소 생성물들, 제 2 연료 및 희석 가스의 혼합물을 연소시키는 단계, 그리고
- 상기 터빈에서 또한 소위 고온 가스로 칭하는 상기 제 2 연소기 연소 생성물들을 팽창시키는 단계를 포함한다.
상기 제 2 연소 챔버에서 제 2 연소기 연소 생성물들을 얻기 위하여 상기 제 2 연소 챔버에서 상기 제 1 연소기 연소 생성물들, 제 2 연료 및 희석 가스의 혼합물을 연소하기 전에, 상기 제 1 연소기 연소 생성물들, 제 2 연료 및 희석 가스는 희석-가스-연료-애드믹서에서 적어도 부분적으로 혼합된다.
혼합 전에, 상기 제 2 연료는 희석 버너에 배열되는 적어도 하나의 유선형 몸체를 구비한 상기 희석-가스-연료 애드믹서를 갖는 상기 희석 버너 안으로 도입된다. 상기 제 2 연료는 상기 유선형 몸체로부터 적어도 하나의 연료 노즐을 통하여 분사될 수 있다. 상기 적어도 하나의 유선형 몸체는 상기 희석 버너에 작용하는 주요 유동 방향에 길이방향으로 직각으로 또는 경사도를 갖고 연장되는 유선형 단면 프로파일을 구비한다. 상기 적어도 하나의 유선형 몸체로부터 상기 희석 가스는 상기 적어도 하나의 연료 노즐의 상류에 있는 적어도 하나의 희석 가스 개구를 통하여 상기 제 1 연소기 연소 생성물들 내로 혼합된다.
구체적으로, 상기 희석 버너로 진입하는 상기 제 1 연소기 연소 생성물들의 질량 유동 대 상기 희석 가스 개구를 통해 혼합된 희석 가스의 질량 유동의 비는 0.5 내지 2의 범위이다. 양호하게 상기 비는 0.7 내지 1.5의 범위, 그리고 가장 양호하게는 0.9 내지 1.1의 범위에 있다.
다른 실시예에 따라서, 상기 희석 가스는 분사 지점에서 상기 제 1 연소기 연소 생성물들의 주요 유동 방향과 20°의 최대 편차 각도 내의 방향으로 상기 희석 가스 개구를 통하여 상기 희석 가스 버너 안으로 분사된다. 이상적으로, 상기 희석 가스는 상기 제 1 연소기 연소 생성물들의 주요 유동 방향과 평행하게 상기 희석 가스 개구를 통하여 희석 가스 버너 안으로 분사된다.
상기 방법의 다른 실시예에 따라서, 상기 희석 가스는 분사 지점에서 상기 제 1 연소기 연소 생성물들의 평균 유동 속도에 대한 30%의 최대 편차 속도 내에서 또는 상기 분사 지점에서 상기 제 1 연소기 연소 생성물들의 평균 유동 속도와 동일한 평균 속도를 갖고 상기 희석 가스 개구를 통하여 상기 희석 가스 버너 안으로 분사된다.
유동 방향과 동일 유동 방향 및/또는 동일 속도를 갖는 희석 가스의 분사시에, 상기 제 1 연소기의 연소 생성물들의 유동과 각각 동일 유동 속도는 희석 가스의 분사에서 압력 손실을 감소시킨다.
이러한 구성에서, 희석 가스 및 상기 제 1 연소기의 연소 생성물들은 유선형 몸체를 따라 서로 평행하게 유동할 수 있다. 희석 가스를 혼합하기 위한 개구들의 하류에는 연료가 상기 희석 가스 안으로 실질적으로 분사될 수 있고, 모든 3개의 유체들: 제 1 연소기의 연소 생성물들, 희석 가스 및 연료는 하나의 단계로 혼합될 수 있다. 이들 3개의 유체의 양호한 혼합을 위하여, 와류 발생기들은 상기 유선형 몸체의 적어도 하나의 횡방향 면들에 배열될 수 있다. 대안으로, 상기 유선형 몸체의 후미 에지들은 상기 유선형 몸체의 중심면에 대한 반대 횡단 방향으로 적어도 2개의 로브들을 구비할 수 있다.
상기 방법의 다른 실시예에 따라서, 상기 희석 가스는 슬롯들로 형성되는 적어도 2개의 희석 가스 개구를 통해서 상기 제 1 연소기 연소 생성물들 내로 혼합된다. 이들 슬롯들의 각각은 상기 희석-가스-연료-애드믹서의 유선형 몸체의 횡방향 면들로부터 상기 제 1 연소기 연소 생성물들의 유동 영역을 향하여(즉, 상기 유선형 몸체의 횡방향 면과 수직으로) 연장된다.
상기 방법의 다른 실시예에 따라서, 상기 유선형 몸체의 길이방향으로의 분사된 희석 가스의 질량 유동 분포는 상기 희석 버너로 진입하는 상기 제 1 연소기 연소 생성물들의 온도 분포 및/속도 분포의 함수로서 결정된다. 통상적으로, 낮은 온도를 갖는 영역 보다 높은 온도를 갖는 영역들 안으로 더욱 많은 희석 가스가 분사된다.
대안으로 또는 조합하여, 상기 유선형 몸체의 길이방향으로의 분사된 희석 가스의 질량 유동 분포는 상기 유선형 몸체의 길이방향을 따른 위치의 함수로서 결정된다.
상기 유선형 몸체의 냉각이 필요할 수 있다. 특히, 상기 희석 가스 개구들의 위치의 상류에서, 상기 유선형 몸체는 제 1 연소기의 고온 연소 생성물들에 노출된다. 일 실시예에 따라서, 냉각 가스는 상기 유선형 몸체의 외면을 냉각시키는데 사용된다. 통상적으로, 상기 유선형 몸체로부터 부가된 대부분의 유체는 희석 가스이다. 구체적으로, 희석 가스 대 냉각 가스의 비는 2 보다 크고; 양호하게는 상기 비는 5보다 크거나 또는 최대 20 또는 50이다. 냉각 및 희석 가스는 동일 조성을 가질 수 있고 동일 소스로부터 나올 수 있다.
국부적인 높은 산소 농도는 국부적인 높은 온도와 유사한 효과, 예를 들어, 빠른 반응을 유도하여 결과적으로 자체 점화가 발생하기 전에 혼합을 위한 이용가능한 시간, 높은 연소 온도, 증가한 NOx 방출물들 및 가능하게는 플래쉬 백을 감소시키는 효과를 가질 수 있다. 국부적인 산소 농도는 국부적인 낮은 산소 농도와 유사한 결과, 예를 들어, 느린 반응을 유도하여, 결과적으로 CO 및 UHC(미연소 탄화수소) 방출물을 증가시키는 결과를 가질 수 있다. 따라서, 희석 가스의 혼합은 희석 버너를 떠나는 가스에서 산소 농도를 조정하도록 분산될 수 있다.
상기 희석-가스-연료-애드믹서는 또한 참조로 본원에서 합체되는 유럽 특허 출원 제 EP 12189685 호에 기술된 바와 같이 완충기 또는 완충 체적에 대한 커넥터와 조합될 수 있다.
상기 가스 터빈은 상기 터빈을 떠나는 연도 가스의 일부가 상기 가스 터빈의 압축기 유입 가스와 혼합되는 연도 가스 재순환 시스템을 포함할 수 있다.
다른 냉각 기술들이 냉각 영역들에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 분산 냉각, 충돌 냉각 또는 대류 냉각 또는 냉각 방법들의 조합들이 사용될 수 있다.
연속 연소에 있어서, 연소기들의 조합은 다음과 같이 배치될 수 있다:
제 1 및 제 2 연소기는 모두 연속 캔-캔 구조(sequential can-can architecture)로서 구성된다.
제 1 연소기는 환형 연소 챔버로서 구성되고 제 2 연소기는 캔 구조로 구성된다.
제 1 연소기는 캔-구조로서 구성되고 제 2 연소기는 환형 연소 챔버로서 구성된다.
모두, 제 1 및 제 2 연소기는 환형 연소 챔버들로서 구성된다.
다른 버너 유형들이 사용될 수 있다. 제 1 연소기에 대해서 예를 들어 EP 0 321 809호에 공지된 소위 EV 버너 또는 예를 들어 DE 195 47 913호에 공지된 AEV 버너가 예를 들어 사용될 수 있다. 또한 본원에서 참고로 합체된 유럽 특허 출원 EP 12189388.7호에 기재된 스월 챔버(swirl chamber)를 포함하는 BEV가 사용될 수 있다. 캔 구조에서, 캔 연소기에 대하여 단일 또는 다중 버너 장치가 사용될 수 있다. 또한, 참고로 합체된 US 2004/0211186호에 기재된 불꽃 시트 연소기(flamesheet combustor)가 제 1 연소기로서 사용될 수 있다.
공개물, 그 특성 뿐 아니라 장점은 첨부된 개략적인 도면을 이용하여 하기에 더욱 상세하게 기술될 것이다.
도 1은 제 1 버너, 제 1 연소 챔버, 희석 가스를 혼합하기 위한 혼합기, 제 2 버너 및 제 2 연소 챔버를 갖는 연속 연소 장치를 구비한 가스 터빈을 도시한다.
도 2는 제 1 버너, 제 1 연소 챔버, 희석 버너 및 제 2 연소 챔버를 갖는 환형 구조에서 연속 연소 장치를 구비한 가스 터빈을 도시한다.
도 3은 제 1 버너, 제 1 연소 챔버의 역류 냉각, 제 1 연소 챔버, 희석 버너 및 제 2 연소 챔버를 갖는 환형 구조에서 연속 연소 장치를 구비한 가스 터빈을 도시한다.
도 4는 제 1 버너, 제 1 연소 챔버, 희석 버너 및 제 2 연소 챔버를 갖는 캔 구조에서 연속 연소 장치를 구비한 가스 터빈을 도시한다.
도 5는 와류 발생기 및 캐리어 가스 분사를 갖는 희석-가스-연료-애드믹서를 구비한 희석 버너를 도시한다.
도 6은 희석-가스-연료-애드믹서 및 얇은 후미 에지를 갖는 희석 버너를 도시한다.
도 7은 유선형 몸체의 양 측부들에서 희석 가스를 혼합하기 위한 슬롯들을 갖는 희석-가스-연료-애드믹서를 도시한다.
도 8은 와류 발생기, 유선형 몸체의 각 측부에서 2개의 축방향 스테이지 가스 개구 및 캐리어 가스 분사를 갖는 희석-가스-연료-애드믹서를 구비한 희석 버너를 도시한다.
도 9는 와류 발생기, 후미 에지로부터의 냉각 가스 분사 및 캐리어 가스 분사를 갖는 희석-가스-연료-애드믹서의 사시도를 도시한다.
도 10은 와류 발생 및 캐리어 가스 분사를 위한 로브들을 구비한 희석-가스-연료-애드믹서의 사시도를 도시한다.
도 1은 연속 연소기 장치(4)를 갖는 가스 터빈(1)을 도시한다. 이는 압축기(3), 연속 연소기 장치(4) 및 터빈(5)을 포함한다.
연속 연소기 장치(4)는 제 1 버너(10), 제 1 연소 챔버(11) 및 작동 중에 상기 제 1 연소 챔버(11)를 떠나는 고온 가스로 희석 가스(32)를 혼합하기 위한 혼합기(12)를 포함한다. 상기 혼합기(12)의 하류에는 연속 연소기 장치(4)는 제 2 버너(13) 및 제 2 연소 챔버(14)를 추가로 포함한다. 제 1 버너(10), 제 1 연소 챔버(11), 혼합기(12), 제 2 버너(13) 및 제 2 연소 챔버(14)는 유체 유동 연결부에서 연속적으로 배열되어 있다. 연속 연소기 장치(4)는 연소기 케이싱(31)에 수용된다. 압축기(5)를 떠나는 압축 가스(8)는 압축기를 떠나는 가스의 동적 압력을 적어도 부분적으로 회복하기 위한 확산기(30)를 통과한다.
연속 연소기 장치(4)는 제 1 연속 챔버벽(24)과 상기 제 1 연소 챔버벽(24)을 동봉하는 제 1 자켓(20)에 의해서 제한되는 제 1 냉각 채널(15)을 갖는 제 1 연속 챔버 냉각 영역을 추가로 포함한다. 이는 혼합기 벽(25)과 상기 혼합기 벽(25)을 동봉하는 제 2 자켓(21)에 의해서 제한되는 제 2 냉각 채널(16)을 갖는 혼합기 냉각 영역을 추가로 포함한다. 이는 제 2 버너벽(26)과 상기 제 2 버너벽(26)을 동봉하는 제 3 자켓(22)에 의해서 제한되는 제 3 냉각 채널을 갖는 제 2 버너 냉각 영역을 포함한다. 이는 또한 제 2 챔버벽(27)과, 상기 제 2 챔버벽(27)을 동봉하는 제 4 자켓(23)에 의해서 제한되는 제 4 냉각 채널(18)을 갖는 제 2 연소 챔버 냉각 영역을 포함한다.
압축 가스(8)는 상류 단부(고온 가스 유동 방향에 대한)에서 냉각 가스(33)로서 제 1 냉각 채널(15)로 공급되고 제 1 연소 챔버(11)에서 고온 가스 유동의 주요 유동 방향과 평행한 제 1 냉각 채널(15)을 통하여 유동한다. 제 1 냉각 채널(15)을 통과한 후에, 냉각 가스(33)는 혼합기를 냉각시키기 위하여 제 2 냉각 채널로 진입한다. 적어도 부분적으로 혼합기를 냉각시킨 후에, 냉각 가스(33)는 희석 가스 입구(19)로 공급되고 혼합기(12)에서 희석 가스(32)로서 고온 가스와 혼합된다.
압축 가스(8)는 또한 (고온 가스 유동에 대한) 하류 단부에서 냉각 가스(33)로서 제 4 냉각 채널(18) 안으로 공급되고 제 2 연소 챔버(14)에서 고온 가스 유동의 주요 유동 방향으로 역류로 유동한다. 제 4 냉각 채널(18)을 통과한 후에, 냉각 가스(33)는 (고온 가스 유동 방향에 대한) 하류 단부에서 제 3 냉각 채널(17)로 진입하고 제 2 버너(13)에서 고온 가스 유동의 주요 유동 방향에 대한 역류로 유동한다. 제 2 연소 챔버벽(27)과 제 2 버너벽(26)을 냉각시킨 후에, 냉각 가스(33)는 제 2 버너(13)로 공급된다. 냉각 가스(33)는 예를 들어 냉각 가스 예를 들어 필름 냉각 가스 또는 확산 냉각 가스로서 제 2 버너(13)로 공급된다. 냉각 가스(33)의 일부는 제 2 연소 챔버벽(27)의 냉각 중에 이미 제 2 연소 챔버(14)에 있는 고온 가스(9)로 공급될 수 있다(도시생략).
제 1 연료(28)는 제 1 연료 분사를 통해서 제 1 버너(10) 안으로 도입되어서, 압축기(3)에서 압축되는 압축 가스(8)와 혼합되고, 제 1 연소 챔버(11)에서 연소된다. 희석 가스(32)는 제 2 연료 분사기(51)를 통해서 제 2 버너(13) 안으로 도입되어서, 혼합기(12)를 떠나는 고온 가스와 혼합되고 제 2 연소 챔버(14)에서 연소된다. 제 2 연소 챔버(14)를 떠나는 고온 가스는 차후 터빈(5)에서 팽창되어서 작업을 실행한다. 터빈(5) 및 압축기(3)는 샤프트(2)에 배열된다.
터빈(5)을 떠나는 배기 가스(7)의 잔열은 증기 발생을 위한 열 회수 증기 발생기 또는 보일러(도시생략)에서 추가로 사용될 수 있다.
본원에 도시된 예에서, 압축 가스(8)는 희석 가스(32)로서 혼합된다. 통상적으로, 압축 가스(8)는 주위 공기가 압축된다. 연도 가스 재순환(도시생략)을 갖는 가스 터빈에 대해서, 압축기 가스는 주위 공기와 재순환된 연도 가스의 혼합물이다.
통상적으로, 가스 터빈 시스템은 가스 터빈(1)의 샤프트(2)에 결합되는 발전기(도시생략)를 포함한다. 가스 터빈(1)은 본원의 요지가 아니기 때문에 도시생략된 터빈(5)에 대한 냉각 시스템을 추가로 포함한다.
희석 버너를 갖는 연속 연소기 장치의 다른 예시적인 실시예들이 도 2 내지 도 4에 도시된다. 희석 버너의 다른 예시적인 실시예의 상세 사항은 도 5 내지 도 10에 도시된다.
도 2의 실시예는 혼합기(12)와 제 2 버너(13)가 희석 버너(35)에 의해서 대체된다는 점에서 도 1의 연소기 장치와 상이하다. 특히, 개별 혼합기(12)와 제 2 연료 분사기(51)는 하나의 구성요소에 의해서 대체될 수 있다. 희석 버너(35)는 고온 가스 경로를 형성하는 희석 버너벽(36)과, 희석 버너(35)의 고온 가스 경로에 배열된 희석-가스-연료-애드믹서(34)를 포함한다. 고온의 제 1 연소기 연소 생성물들(37)은 임의의 사전 냉각 없이 희석 버너(35) 안으로 직접 진입한다. 제 2 연료(29)와 희석 가스(32)는 희석-가스-연료-애드믹서(34)를 통하여 공급된다. 도시된 예에서, 희석 가스(32)는 희석 버너(35)를 동봉하는 제 3 냉각 채널(17)로부터 희석 가스 공급부(46)를 통하여 희석-가스-연료-애드믹서(34) 안으로 제공된다.
희석 가스(32)는 또한 다른 소스로부터 예를 들어, 압축기 확산기(30)로부터 또는 제 1 냉각 채널(15)로부터 직접 공급될 수 있다.
도 1의 버너 장치에서와 같이, 압축 가스(8)는 (고온 가스 유동 방향에 대한) 하류 단부에서 냉각 가스(33)로서 제 4 냉각 채널(18) 안으로 제공되고 제 2 연소 챔버(14)에서 고온 가스 유동의 주요 유동 방향으로 역류로 유동한다. 제 4 냉각 채널(18)을 통과한 후에, 냉각 가스(33)는 하류 단부에서 (고온 가스 유동 방향에 대한) 제 3 냉각 채널(17)로 진입하고 희석 버너(35)에서 고온 가스 유동의 주요 유동 방향으로 역류로서 유동한다. 제 2 챔버벽(27)을 냉각시킨 후에, 냉각 가스(33)는 희석 버너(35)로 공급된다. 결국, 희석 버너벽(36)을 냉각시킨 후에, 냉각 가스는 희석 가스(32)로서 사용된다.
도 3의 실시예는 도 2에 기초한다. 본 예에서, 희석 버너 및 제 1 버너(10)의 냉각 방식은 변화된다. 냉각 가스(33)는 역류 장치에서 제 1 연소 챔버(11)를 냉각시킨다. 제 1 연소 챔버(11)를 냉각시킨 후에, 냉각 가스(33)는 제 1 버너(10) 안으로 냉각 가스(33)를 안내하는 버너 후드로 진입한다.
도 4의 실시예는 도 2에 기초한다. 본 예에서, 희석 버너와 냉각 방식은 변화되지 않지만, 캔 구조의 연속 연소기 장치 및 제 1 버너(10)로서 불꽃 시트와 함께 도시된다. 캔 구조의 복수의 연속 연소기 장치는 가스 터빈의 축 주위의 반경에서 원주방향으로 이격되어 배열된다(도시생략).
도 5는 희석 버너(35)의 2개의 측벽들(36) 사이에 개재된 희석-가스-연료-애드믹서(34)를 갖는 희석 버너(35)의 단면을 도시한다. 본 예에서, 희석-가스-연료-애드믹서(34)는 선단 에지 섹션(47) 및 후미 에지 섹션(48)을 갖는 유선형 몸체(42) 뿐 아니라 상기 유선형 몸체(42)의 횡방향 벽들에 부착된 와류 발생기(41)를 포함한다. 선단 에지 섹션(47) 및 후미 에지 섹션(48) 사이에는, 희석 가스 개구(44)가 배열되고, 주요 유동과 동일 방향으로 희석 가스(32)를 분사하기 위해 제 1 연소기 연소 생성물들(37)의 유동의 하류 방향으로 대면한다. 희석 가스 개구(44)의 위치에서, 유선형 몸체의 단면 폭은 희석 가스 개구(44)의 유동 면적(Ad) 만큼 희석 버너의 유동 면적을 증가시키도록 감소된다. 희석 가스 개구(44)의 상류에는 희석 버너에 있는 유동 면적이 제 1 연소 생성물(Ac)에 대한 유동 면적과 동일하다.
선단 에지 섹션(47)을 냉각시키기 위하여, 냉각 가스(45)는 냉각 구멍들을 통하여 분사될 수 있다. 통상적으로, 필름 냉각은 선단 에지 섹션(47)에 대해서 적용될 수 있다.
유선형 몸체(42)에서, 덕트들이 연료(38,39)를 분사할 목적으로 가스 연료(38)와 액체 연료(39)를 연료 분사 노즐(43)로 공급하기 위하여 제공된다. 도시된 예에서, 노즐(43)은 유선형 몸체(42)의 후미 에지에 배열된다. 또한, 캐리어 가스(40)는 연료 노즐(43)에 인접한 개구로부터 분사될 수 있다.
혼합을 개선하기 위하여 와류 발생기(41)는 유선형 몸체(42)의 횡방향 측부로부터 연장된다.
도 6의 예는 도 5에 기초한다. 이는 냉각이 없거나 또는 캐리어 가스가 후미 에지에서 분사된다는 점에서 도 4의 예와 다르다. 공기 분사 없이, 후미 에지 섹션(48)과 특히 후미 에지는 더욱 얇아지게 설계되어서 손실을 감소시킬 수 있다.
또한, 희석 버너(35)의 하류에 배열되는 제 2 연소 챔버(14)는 도 6에 도시되어 잇다. 본 예에서, 유동 경로의 단면은 불꽃 안정화를 위하여 희석 버너(35)를 향하여 증가한다.
도 7은 직사각형 유동 단면을 갖는 희석 버너(35)의 일 실시예를 도시한다. 이러한 희석 버너들은 축으로부터 멀리 지향되는 방사상 방향(r)을 갖는 가스 터빈의 축 주위로 원주방향으로 배열될 수 있다. 통상적으로, 유선형 몸체(42)의 길이 방향은 가스 터빈에 설치될 때 방사상 방향(r)과 평행하다. 단면은 희석 버너(35)의 하류 단부로부터 제시된다. 본 예의 희석-가스-연료-애드믹서(34)는 가스 또는 액체 연료(38,39)를 분사하기 위해 단지 하나의 연료 노즐(43)만을 가진다. 후미 에지 섹션(48)은 노즐(43)의 양 측부들에서 연장된다. 희석 가스 개구(44)는 후미 에지 섹션(48)의 양 측부들에 배열된다. 희석 가스 개구(44)는 방사상 방향(r)으로 연장되는 슬롯의 형태를 가진다. 슬롯의 높이(h)는 내부 슬롯 높이(hi)로부터 외부 슬롯 높이(ho)로 선형으로 증가한다. 슬롯 높이는 선단 에지 섹션(47)의 하류 단부에 의해서 결정된다.
도 8은 도 5와 유사한 희석 버너(35)의 2개의 측벽들(34) 사이에 개재된 희석-가스-연료-애드믹서(34)를 갖는 희석 버너(35)의 단면을 도시한다. 본 예에서, 희석-가스-연료-애드믹서(34)는 주요 유동과 동일 방향으로 희석 가스(32)를 분사하기 위해 제 1 연소기 연소 생성물들(37)의 유동의 하류 방향으로 대면하는 축방향 스테이지 장치에서 가스 개구(44a,44b)를 포함한다.
도 9는 와류 발생기를 갖는 희석-가스-연료-애드믹서(34)의 사시도를 도시한다. 도 5에 도시된 실시예와 유사하다. 그러나, 본 예에서, 연료(38,39)는 후미 에지(48)에 배열된 원형의 각각의 환형 연료 노즐(43)로부터 분사된다. 또한, 냉각 가스(45)는 유선형 몸체(42)의 후미 에지(48)를 따라 연장되는 슬롯으로부터 분사된다. 캐리어 가스(40)는 연료 노즐(43) 주위로 동축방향으로 배열되는 환형 개구를 통하여 분사될 수 있다. 연료(38,39)를 희석 가스(32) 및 제 1 연소기 연소 생성물들(37)와의 혼합을 보강하기 위하여, 와류 발생기(41)가 유선형 몸체(42)의 횡방향 벽(49)에 있는 연료 노즐(43)의 상류에 배열된다. 제시된 본 예에서, 희석 버너벽(36)의 단면이 표시된다. 통상적으로, 희석-가스-연료-애드믹서(34)의 유선형 몸체(42)는 희석 버너벽(36)과 직각으로 희석 버너의 유동 경로 안으로 연장된다.
도 10은 희석-가스-연료-애드믹서(34)의 다른 실시예의 사시도를 도시한다. 본 실시예에서, 와류 발생기는 유선형 몸체로부터 연장되지 않는다. 대신에, 유선형 몸체(42)는 와류 발생을 위한 유선형 몸체(42)의 중심면(52)에 대하여 반대 가로방향(42)으로 로브(50)를 포함한다.
모든 제시된 장치에 대해서, 캔 또는 환형 구조 또는 2개의 임의의 조합이 가능하다. EV, AEV 또는 BEV 버너들은 캔 뿐 아니라 환형 구조에 대해서 사용될 수 있다.
제 2 연소 챔버(14)의 버너 시스템은 소정의 입구 조건들을 충족하기 때문에, 혼합기(12)의 혼합 품질은 안정된 깨끗한 연소에 대해서 중요하다.
모든 설명한 장점들은 명시된 조합들에 제한되지 않고 또한 본 발명의 범주 내에서 다른 조합으로 또는 단독으로 사용될 수 있다. 예를 들어 부분 부하 동작에서 개별 버너들 또는 버너들의 그룹을 비작동시키기 위한 다른 가능성들도 선택적으로 예상할 수 있다. 또한, 냉각 가스 및 희석 가스는 냉각 가스로서 각각 희석 가스로서 사용하기 전에 냉각 가스 냉각기에서 재냉각될 수 있다.
1. 가스 터빈
2. 샤프트
3. 압축기
4. 연속 연소기 장치
5. 터빈
6. 압축 가스
7. 배기 가스
8. 압축 가스
9. 연소 생성물들
10. 제 1 버너
11. 제 1 연소 챔버
12. 혼합기
13. 제 2 버너
14. 제 2 연소 챔버
15. 제 1 냉각 채널
16. 제 2 냉각 채널
17. 제 3 냉각 채널
18. 제 4 냉각 채널
19. 희석 가스 입구
20. 제 1 연소 챔버 자켓
21. 제 2 자켓
22. 제 3 자켓
24. 제 1 연소 챔버벽
25. 혼합기 벽
26. 제 2 버너벽
27. 제 2 연소 챔버벽
28. 제 1 연료 분사
29. 제 2 연료 분사
30. 압축기 확산기
31. 연소기 케이싱
32. 희석 가스
33. 냉각 가스
34. 희석-가스-연료-애드믹서
35. 희석 버너
36. 희석 버너벽
37. 제 1 연소기 연소 생성물들
38. 가스 연료
39. 액체 연료
40. 캐리어 가스
41. 와류 발생기
42. 유선형 몸체
43. 연료 노즐
44. 희석 가스 개구
44a/44b. 축방향 스테이지 희석 가스 개구들
45. 냉각 가스
46. 희석 가스 공급부
47. 선단 에지 섹션
48. 후미 에지
49. 횡방향 벽
50. 로브
51. 제 2 분사기
52. 중심면
Ac. 제 1 연소기 연소 생성물들에 대한 유동 면적
Ad. 희석 가스 개구의 유동 면적
h. 슬롯 높이
hi. 내부 슬롯 높이
ho. 외부 슬롯 높이
r. 방사상 방향

Claims (15)

  1. 제 1 버너(10), 제 1 연소 챔버(11), 작동 중에 희석-가스-연료 애드믹서(34)를 통하여 상기 제 1 연소 챔버(11)를 떠나는 제 1 연소기 연소 생성물들(37)로 희석 가스(32)와 제 2 연료(29)를 혼합하기 위한 희석 버너(35), 및 유체 유동 연결부에 연속적으로 배열되는 제 2 연소 챔버(14)를 포함하는 연속 연소기 장치(4)로서, 상기 희석-가스-연료 애드믹서(34)는 적어도 하나의 유선형 몸체(42)를 구비하고, 상기 적어도 하나의 유선형 몸체는 적어도 하나의 연료 노즐(43)을 통하여 상기 적어도 하나의 제 2 연료(29)를 상기 희석 버너(35) 안으로 도입하기 위해 상기 희석 버너(35)에 배열되고, 상기 희석 버너(35)에 작용하는 주요 유동 방향에 길이방향으로 직각으로 또는 경사도를 갖고 연장되는 유선형 단면 프로파일을 갖는, 상기 연속 연소기 장치(4)에 있어서,
    상기 유선형 몸체(42)는 상기 적어도 하나의 연료 노즐(43)의 상류에서 희석 가스(32)를 상기 제 1 연소기 연소 생성물들(37) 내로 혼합하기 위해 희석 가스 개구(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 연소기 장치(4).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 희석 가스 개구(44)는 작동 중에 상기 제 1 연소기 연소 생성물들(37)의 질량 유동 대 상기 희석 가스 개구(44)를 통해 혼합된 희석 가스의 질량 유동의 비가 0.5 내지 2의 범위, 양호하게는 0.7 내지 1.5의 범위, 그리고 가장 양호하게는 0.9 내지 1.1의 범위에 있도록 치수설정되는 것을 특징으로 하는 연속 연소기 장치(4).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 희석 가스 개구(44)는 상기 제 1 연소기(11)를 떠나는 상기 제 1 연소기 연소 생성물들(37)의 주요 유동 방향과 평행하게 지향되는 것을 특징으로 하는 연속 연소기 장치(4).
  4. 제 1 항에 있어서,
    제 1 연소기 연소 생성물들에 대한 유동 면적(Ac) 대 희석 가스 개구의 유동 면적(Ad)의 비는 1 내지 10의 범위에 있고, 양호하게 상기 비는 2 내지 7의 범위에 있으며, 그리고 가장 양호하게 상기 비는 4 내지 6의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 연속 연소기 장치(4).
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 희석-가스-연료 애드믹서(34)는 희석 가스(32)를 상기 제 1 연소기 연소 생성물들(37) 내로 혼합하기 위한 적어도 2개의 희석 가스 개구(44)를 구비하는 것과, 상기 유선형 몸체(42)는 2개의 횡방향 면들(33)을 구비하는 것과 그리고 희석 가스(32)를 상기 제 1 연소기 연소 생성물들(37) 내로 혼합하기 위한 상기 희석 가스 개구(44)는 상기 횡방향 면들로부터 상기 제 1 연소기 연소 생성물들(37)의 유동 영역을 향하여 연장되는 슬롯들(44)로서 형성되는 것을 특징으로 하는 연속 연소기 장치(4).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 슬롯들(44)의 높이(h)는 상기 희석 버너(35)로 진입하는 상기 제 1 연소기 연소 생성물들(37)의 온도 분포 및/속도 분포의 함수로서 결정되는 것을 특징으로 하는 연속 연소기 장치(4).
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 슬롯들(44)의 높이(h)는 상기 몸체(42)의 길이방향에 있는 위치의 함수로서 결정되는 것을 특징으로 하는 연속 연소기 장치(4).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    와류 발생기(41)가 상기 유선형 몸체(42)의 적어도 하나의 횡방향 면들(33)에 배열되는 것, 또는 상기 유선형 몸체(42)의 중심면에 대해서 상기 후미 에지들(48)은 반대 횡단 방향들로 적어도 2개의 로브들(lobe;50)을 구비하는 것을 특징으로 하는 연속 연소기 장치(4).
  9. 적어도 하나의 압축기(3), 연속 연소기 장치(4) 및 터빈(5)을 갖는 가스 터빈(1)의 작동 방법으로서, 상기 연속 연소기 장치(4)는 제 1 버너(10), 제 1 연소 챔버(11), 희석-가스-연료 애드믹서(34)를 갖는 희석 버너(35), 및 유체 유동 연결부에 연속적으로 배열되는 제 2 연소 챔버(14)를 포함하고,
    상기 방법은
    - 상기 압축기(3)에서 유입 가스를 압축하는 단계,
    - 상기 제 1 버너(10)에서 제 1 연료(28)를 혼합하는 단계,
    - 제 1 연소기 연소 생성물들(37)을 얻기 위하여 상기 제 1 연소기(11) 내에서 혼합물을 연소하는 단계,
    - 상기 희석-가스-연료-애드믹서(34)에 의해서 상기 제 1 연소기 연소 생성물들(37)로 희석 가스(32)와 제 2 연료(29)를 혼합하는 단계,
    - 제 2 연소기 연소 생성물들을 얻기 위하여 상기 제 2 연소 챔버(14)에서 상기 제 1 연소기 연소 생성물들(37), 제 2 연료(29) 및 희석 가스(32)의 혼합물을 연소시키는 단계, 그리고
    - 상기 터빈(5)에서 상기 제 2 연소 챔버 연소 생성물들을 팽창시키는 단계를 포함하고
    상기 제 2 연료(29)는 적어도 하나의 유선형 몸체(42)를 구비한 상기 희석-가스-연료 애드믹서(34)를 갖는 상기 희석 버너(35) 안으로 도입되고, 상기 적어도 하나의 유선형 몸체는 상기 제 2 연료(29)를 안으로 도입하기 위한 적어도 하나의 연료 노즐(43)을 갖는 상기 희석 버너(35)에 배열되고, 상기 희석 버너(35)에 작용하는 주요 유동 방향에 길이방향으로 직각으로 또는 경사도를 갖고 연장되는 유선형 단면 프로파일을 구비하는, 상기 가스 터빈(1)의 작동 방법에 있어서,
    상기 희석 가스(32)는 적어도 하나의 희석 가스 개구(44)를 통하여 상기 적어도 하나의 연료 노즐(43)의 상류에 있는 상기 제 1 연소기 연소 생성물들(37) 내로 혼합되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈(1)의 작동 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 희석 버너(35)로 진입하는 상기 제 1 연소기 연소 생성물들(37)의 질량 유동 대 상기 희석 가스 개구(44)를 통해 혼합된 희석 가스의 질량 유동의 비는 0.5 내지 2의 범위, 양호하게는 0.7 내지 1.5의 범위, 그리고 가장 양호하게는 0.9 내지 1.1의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 가스 터빈(1)의 작동 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 희석 가스(32)는 분사 지점에서 상기 제 1 연소기 연소 생성물들(37)의 주요 유동 방향과 20°의 최대 편차 각도 내의 방향으로 또는 상기 주요 유동 방향과 평행한 방향으로 상기 희석 가스 개구(44)를 통하여 상기 희석 가스 버너(35) 안으로 분사되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈(1)의 작동 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 희석 가스(32)는 분사 지점에서 상기 제 1 연소기 연소 생성물들(37)의 주요 유동 방향의 평균 유동 속도에 대한 상기 평균 유동 속도의 30%의 최대 편차 속도 내에서 또는 상기 평균 유동 속도와 동일한 평균 속도를 갖고 상기 희석 가스 개구(44)를 통하여 상기 희석 가스 버너(35) 안으로 분사되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈(1)의 작동 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 희석 가스(32)는 적어도 2개의 희석 가스 개구(44)를 통해서 상기 제 1 연소기 연소 생성물들(37) 내로 혼합되고, 상기 적어도 2개의 희석 가스 개구는 상기 희석-가스-연료-애드믹서(34)의 유선형 몸체(42)의 횡방향 면들로부터 상기 제 1 연소기 연소 생성물들(37)의 유동 영역을 향하여 연장되는 슬롯들(44)로서 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈(1)의 작동 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 유선형 몸체(42)의 길이방향으로의 분사된 희석 가스(32)의 질량 유동 분포는 상기 희석 버너(35)로 진입하는 상기 제 1 연소기 연소 생성물들(37)의 온도 분포 및/속도 분포의 함수로서 결정되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈(1)의 작동 방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 유선형 몸체(42)의 길이방향으로의 분사된 희석 가스(32)의 질량 유동 분포는 상기 유선형 몸체(42)의 길이방향을 따른 위치의 함수로서 결정되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈(1)의 작동 방법.
KR1020140104950A 2013-08-15 2014-08-13 희석 가스 혼합기를 갖는 연속 연소 KR101627523B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP13180583.0 2013-08-15
EP13180583.0A EP2837888A1 (en) 2013-08-15 2013-08-15 Sequential combustion with dilution gas mixer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150020116A true KR20150020116A (ko) 2015-02-25
KR101627523B1 KR101627523B1 (ko) 2016-06-13

Family

ID=48979668

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140104950A KR101627523B1 (ko) 2013-08-15 2014-08-13 희석 가스 혼합기를 갖는 연속 연소

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9885481B2 (ko)
EP (2) EP2837888A1 (ko)
JP (1) JP5875647B2 (ko)
KR (1) KR101627523B1 (ko)
CN (1) CN104373960A (ko)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2888531B1 (en) * 2012-08-24 2020-06-17 Ansaldo Energia Switzerland AG Sequential combustion with dilution gas mixer
US9458767B2 (en) * 2013-03-18 2016-10-04 General Electric Company Fuel injection insert for a turbine nozzle segment
EP2837883B1 (en) * 2013-08-16 2018-04-04 Ansaldo Energia Switzerland AG Premixed can annular combustor with mixing lobes for the second stage of a sequential gas turbine
EP3101342B1 (en) * 2015-06-02 2020-04-29 Ansaldo Energia IP UK Limited Method and system for operating a combustion device
US20170268776A1 (en) * 2016-03-15 2017-09-21 General Electric Company Gas turbine flow sleeve mounting
US11002190B2 (en) * 2016-03-25 2021-05-11 General Electric Company Segmented annular combustion system
RU2717472C2 (ru) * 2016-08-16 2020-03-23 Ансальдо Энергия Свитзерленд Аг Инжекторное устройство и способ изготовления инжекторного устройства
EP3306197B1 (en) 2016-10-08 2020-01-29 Ansaldo Energia Switzerland AG Dual fuel injector for a sequential burner of a sequential gas turbine
EP3406974B1 (en) * 2017-05-24 2020-11-11 Ansaldo Energia Switzerland AG Gas turbine and a method for operating the same
JP7193962B2 (ja) * 2018-09-26 2022-12-21 三菱重工業株式会社 燃焼器及びこれを備えたガスタービン
US11174792B2 (en) 2019-05-21 2021-11-16 General Electric Company System and method for high frequency acoustic dampers with baffles
US11156164B2 (en) 2019-05-21 2021-10-26 General Electric Company System and method for high frequency accoustic dampers with caps

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05256164A (ja) * 1992-03-11 1993-10-05 Honda Motor Co Ltd 触媒燃焼器
US20120260622A1 (en) * 2009-11-07 2012-10-18 Alstom Technology Ltd Reheat burner injection system

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH674561A5 (ko) 1987-12-21 1990-06-15 Bbc Brown Boveri & Cie
US4887425A (en) * 1988-03-18 1989-12-19 General Electric Company Fuel spraybar
FR2689567B1 (fr) * 1992-04-01 1994-05-27 Snecma Injecteur de carburant pour chambre de post-combustion d'une turbomachine.
JPH0650537A (ja) * 1992-07-31 1994-02-22 Hitachi Ltd 低ＮＯｘ予混合燃焼器の予混合方法
DE19547913A1 (de) 1995-12-21 1997-06-26 Abb Research Ltd Brenner für einen Wärmeerzeuger
DE19943118A1 (de) 1999-09-09 2001-04-05 Siemens Ag Mobile Funk-Sende-/Funk-Empfangseinrichtung mit abstimmbarer Antenne
GB2373299B (en) * 2001-03-12 2004-10-27 Alstom Power Nv Re-fired gas turbine engine
DE10312971B4 (de) 2003-03-24 2017-04-06 General Electric Technology Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Gasturbogruppe
US6935116B2 (en) 2003-04-28 2005-08-30 Power Systems Mfg., Llc Flamesheet combustor
FR2873411B1 (fr) * 2004-07-21 2009-08-21 Snecma Moteurs Sa Turboreacteur avec des moyens de protection pour un dispositif d'injection de carburant, dispositif d'injection et tole de protection pour le turboreacteur
JP5204756B2 (ja) 2006-03-31 2013-06-05 アルストム テクノロジー リミテッド ガスタービン設備に用いられる燃料ランスならびに燃料ランスを運転するための方法
WO2011054757A2 (en) * 2009-11-07 2011-05-12 Alstom Technology Ltd Reheat burner injection system with fuel lances
EP2496885B1 (en) 2009-11-07 2019-05-29 Ansaldo Energia Switzerland AG Burner with a cooling system allowing an increased gas turbine efficiency
WO2011054766A2 (en) * 2009-11-07 2011-05-12 Alstom Technology Ltd Reheat burner injection system
EP2722591A1 (en) 2012-10-22 2014-04-23 Alstom Technology Ltd Multiple cone gas turbine burner

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05256164A (ja) * 1992-03-11 1993-10-05 Honda Motor Co Ltd 触媒燃焼器
US20120260622A1 (en) * 2009-11-07 2012-10-18 Alstom Technology Ltd Reheat burner injection system

Also Published As

Publication number Publication date
KR101627523B1 (ko) 2016-06-13
EP2837889B1 (en) 2019-12-25
US9885481B2 (en) 2018-02-06
JP2015036618A (ja) 2015-02-23
US20150047365A1 (en) 2015-02-19
JP5875647B2 (ja) 2016-03-02
CN104373960A (zh) 2015-02-25
EP2837888A1 (en) 2015-02-18
EP2837889A1 (en) 2015-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101627523B1 (ko) 희석 가스 혼합기를 갖는 연속 연소
US8607568B2 (en) Dry low NOx combustion system with pre-mixed direct-injection secondary fuel nozzle
EP2912381B1 (en) Sequential combustion with dilution gas mixer
US8117846B2 (en) Gas turbine burner and method of mixing fuel and air in a swirling area of a gas turbine burner
US20180080654A1 (en) Sequential combustion with dilution gas mixer
KR101869150B1 (ko) 가스 터빈 연소기
EP2894405B1 (en) Sequential combustion arrangement with dilution gas
KR20160060565A (ko) 순차적 연소를 갖는 가스 터빈을 위한 연료 랜싯 냉각
US10222067B2 (en) Combustor for a sequential gas turbine having a deflection unit between first and second combustion chambers
US8850788B2 (en) Burner including non-uniformly cooled tetrahedron vortex generators and method for cooling
US8596074B2 (en) Gas turbine combustor
RU2347144C1 (ru) Кольцевая камера сгорания газотурбинного двигателя и способ ее работы
JP2004053144A (ja) 円筒内旋回燃焼器
KR20230040672A (ko) 연소기용 연료공급 시스템
JPH01107015A (ja) ガスタービン用燃焼器

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
LAPS Lapse due to unpaid annual fee