JPS6339811B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は低発熱量ガスを燃料として用いるガ
スタービン燃焼器に関する。

（従来の技術） 石油資源枯渇対策から石油系燃料に代わる新し
いガスタービン用燃料として、石炭ガスのような
低発熱量ガスの利用が考慮されている。第４図は
この低発熱量ガス燃料を利用したガスタービンａ
とこのガスタービンの排熱を利用した蒸気で駆動
される蒸気タービンｂとから構成されるコンバイ
ンドサイクルプラントを示すもので、ガスタービ
ンａはそれ自体が空気圧縮機ｃを駆動するように
なつており、燃焼器ｄに上記空気圧縮機ｃ、ガス
供給装置ｅから圧縮空気およびガス燃料ｆが供給
されて燃焼し、この燃焼ガスでガスタービンａが
駆動され発電機ｇを回転するようになつている。
このガスタービンａの排気ｈは排熱回収ボイラｉ
に導かれ、蒸気発生のための熱源として利用され
る。すなわち、排熱回収ボイラｉの内部には節炭
器ｊ、蒸発器ｋ、過熱器ｌが配設され、給水はこ
れらの機器を通過する間にガスタービン排気と熱
交換し最終的に蒸気化して蒸気タービンｂに導か
れ、発電機ｍを駆動する仕事をした後復水器ｎで
凝縮されて給水ポンプｐで昇圧して再び排熱回収
ボイラｉに還流するようになつている。また、こ
のように低発熱量ガス燃料でガスタービンａが駆
動される場合には、低発熱量ガス燃料供給装置ｅ
に加えて高発熱量燃料を供給する補助燃料供給装
置ｑが付設されている。

上記構成において、低発熱量ガス燃料は発熱量
が約800Kcal／Ｎm³と、通常ガスタービン燃料に
使用される天然ガス等の発熱量約8500Kcal／Ｎ
m³と比べ非常に小さい。このため、燃料がガスタ
ービン排ガス流量中に占める割合は約20％と大き
く、排ガス流量も高発熱量燃料を使用する場合に
比べて大きくなつてしまう。そこで、低発熱量燃
料を使用する場合には、燃焼器ｄおよびガスター
ビンａを標準機種より大きく設計するか、或いは
空気圧縮機ｃからの圧縮空気の一部をガス供給装
置ｅへ送入して石炭ガスの製造に利用するなどの
対応が採られている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のように低発熱量ガス燃料を用いるガスタ
ービン燃焼器は、ガス燃料の一次燃焼温度が低
く、また圧損を増加させて燃焼安定性を確保する
必要があることから、燃焼器内筒冷却用空気量を
標準より減少させた設計がなされている。このた
め、高発熱量の補助燃料を用いた場合、冷却空気
量が不足して内筒壁温が許容値以上に上昇し、内
筒材が損傷を受け寿命を縮めることとなる。また
同時に排ガス量の20％を占めるガス燃料が供給さ
れないことになるから、ガスタービンの入口ガス
圧力が低下し、この結果ガスタービンの出力が低
下すると共に効率が低下することになる。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、
高発熱量の補助燃料使用時に生ずる燃焼器内筒の
温度上昇を抑制すると共に、ガスタービン出力と
効率の改善を図るガスタービン燃焼器を提供する
ことを目的としている。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、外筒と、この外筒の内周面との間に
空気流路を形成するよう外筒内に設置される内筒
と、この内筒側面に形成された複数の空気孔と、
これら空気孔のうち一部のものと軸心を一致させ
るよう前記外筒に固定され内部に蒸気が導かれる
ようなされたスリーブと、このスリーブ内に可動
に挿入され前記外筒の内側に向けて先細に開口し
たノズルと、さらにこのノズルをスリーブ内に留
めるよう付勢するバネとを備え、蒸気噴射時に前
記ノズルから蒸気を噴射させてこのノズルを外筒
内に前記空気口に係合するまで突出させ、当該空
気口から空気に代えて蒸気を噴射させるようにし
たガスタービン燃焼器である。

（作用） 上記の構成において、燃焼器が低発熱量ガス燃
料に代えて高発熱量燃料で運用されるとき、上記
スリーブを介してノズルから燃焼器内筒内に噴射
される。ノズルは、通常時はバネによつてスリー
ブ内に格納されているが、ノズル内に蒸気が導か
れるとノズルは先細に開口部を形成されているか
ら供給された蒸気の動圧によつてバネ力に抗して
燃焼器外筒から内筒の方向へせり出し、その先端
部で内筒に穿孔された空気口を塞ぐこととなる。
つまり、内筒の空気口からは空気ではなく蒸気が
噴射されるようになる。

この結果、それまで空気口から内筒内に流入し
ていた空気が、内外筒間の空気流路に沿つて内筒
を冷却しつつ流れることになる。これによつて内
筒壁温の温度上昇は抑制される。また空気口から
は蒸気が供給されるので、燃料が変更されたこと
によるガスタービン入口圧力の低下は、この噴射
蒸気の分圧によつて補填されるから、タービン出
力および効率低下を防止することができる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例に係るガスタービン
燃焼器を示すもので、有底円筒状の外筒１の内部
には同心状に内筒２が設置され、そして外筒１を
貫いて補助燃料噴射弁３が装着され、この補助燃
料噴射弁３は旋回羽根４を介して内筒２の内部に
向けて開口している。また旋回羽根４の端部には
保炎板５が形成されると共に、外部から低発熱燃
料を供給する燃料導入管６が接続されている。

内筒２の火炉部壁面には、表面が平滑で背面に
縦長のひれを複数個形成された遮熱片７が支持金
具８，９によつて周方向には円筒状に、軸方向に
は階段状に取着されている。この火炉部終端付近
には、軸に対称でかつ円周方向等間隔に複数の空
気口１０，１１が軸方向に距離をおいて二列にわ
たつて設けられている。さらに、この空気口のう
ち、下流側の列の空気口１１に対向する外筒１の
部位には蒸気噴射装置２０が装備されている。

この蒸気噴射装置２０は、第２図に示すよう
に、空気口１１に軸心が一致するよう外筒１に固
定されたスリーブ１２と、このスリーブ１２内に
可動に挿入され外筒１の内側に向けて先細に開口
したノズル１３と、このノズル１３を外筒１の外
側に向けて付勢するバネ１４とからなり、上記ス
リーブ１２を介してノズル１３内に蒸気を供給す
る蒸気管１５が外部の蒸気系統、たとえば排熱回
収ボイラから接続されている。なお、バネ１４は
ノズル１３を貫通してスリーブ１２の底部に固定
されたロツド１６に係止され、またノズル１３の
適宜位置およびスリーブ１２の先端部にはそれぞ
れ段部１７，１８が形成されており、ノズル１３
をスリーブ１２内に引き留めると共に、ノズル１
３がスリーブ１２から必要以上に突出しないよう
になつている。

上記構成において、低発熱量ガス燃料が燃料導
入管６から供給されて運転されている場合の内筒
内部に流入する空気５１と燃焼ガス５３によつて
生ずる内部の流れを第１図に示す。各部から流入
する空気５１の流量配分は、旋回羽根４から全体
の約30％、遮熱片７のひれ間隙から全体の約30
％、下部の空気口１０，１１から残りの約40％と
なるように設計されている。旋回羽根４から流入
する空気５１は、旋回羽根４によつて旋回流に変
えられ、第一列の空気口１０から流入する空気の
一部と共に、保炎に必要な循環領域を火炉部に形
成する。過熱片７のひれ間隙から流入する空気５
１は遮熱片７を冷却した後、下流の遮熱片表面を
膜状に覆いながら冷却し、そのまま内筒表面に沿
つて下流へと流れる。第一列めの空気口１０から
流入する空気５１は、対向の空気口１０から流入
する空気５１と内筒中心にて衝突し、一部は一次
燃焼用として上方へ、他は燃焼ガス冷却用として
下方へ分岐する。第二列の空気口１１の場合は、
内筒中央へ噴射された後、第一列の下方分岐流に
より押し流され、燃焼に全く関与しない燃焼ガス
冷却流となる。このような流れを持つ燃焼器で高
発熱量の補助燃料を補助燃料噴射弁３から供給し
て運転した場合には、ガス燃料流量分に相当する
蒸気を排熱回収ボイラ等から抽気し、燃焼に全く
影響を与えない第二列空気口１１から蒸気噴射装
置２０を介して、燃焼器内へ送入する。その際、
蒸気噴射ノズル１３は先細ノズルのため蒸気噴流
の動圧を受け、第３図に示された空気口１１を塞
ぐ位置まで移動する。それにより、第二列の空気
口１１から流入していた約20％の空気が、他の開
口部へ再配分される。即ち、各部の流量がガス燃
料時よりも20％近くアツプし、燃焼ガス５３に対
応した比率からすれば、標準燃焼器の空気流量配
分に非常に近い値となる。そのため、１次燃焼温
度が上昇しても火炉壁面冷却用空気量が標準燃焼
器並に増加しているため、壁温上昇を最小限に押
さえることができる。更に、ガス燃料不足分を蒸
気によつて補うことから、ガスタービン出力や効
率の低下がなく、設計値と変わらない性能を得る
ことができる。尚、蒸気噴射ノズル１３は、蒸気
噴射を停止した際、ロツド１６とバネ１４が作り
出す反力により噴射前の位置へ復帰する。

このように、燃焼に影響を与えない第２列の空
気口１１の外周部に蒸気噴射装置を備え付けるこ
とにより、従来問題になつていた事項が全て解決
される。その他、多量の蒸気が排ガス中に含まれ
るが、寒冷期においても煙突からの水蒸気煙はほ
とんど観察されない結果を得ている。また、第２
列空気口の開口面積を変更するだけで、他の低発
熱量ガス燃料にも適用できる利点がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、低発熱量
ガス燃料用燃焼器の第二列空気口に一致するよう
に蒸気噴射装置を取り付けたことにより、高発熱
量の補助燃料使用にともなう火炉の壁温上昇を最
小限に抑え、ガスタービン出力や効率を維持し、
燃料発熱量の相違の影響が見られない優れたガス
タービン燃焼器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るガスタービン
燃焼器の断面図、第２図は蒸気噴射装置の詳細を
示す断面図、第３図は第２図示の蒸気噴射装置の
動作を説明する図、第４図はコンバインドサイク
ルプラントの系統図である。 １……外筒、２……内筒、１０，１１……空気
口、１２……スリーブ、１３……ノズル、１４…
…バネ、２０……蒸気噴射装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 外筒と、この外筒の内周面との間に空気流路
   を形成するよう外筒内に設置される内筒と、この
   内筒側面に形成された複数の空気孔と、これら空
   気孔のうち一部のものと軸心を一致させるよう前
   記外筒に固定され内部に蒸気が導かれるようなさ
   れたスリーブと、このスリーブ内に可動に挿入さ
   れ前記外筒の内側に向けて先細に開口したノズル
   と、さらにこのノズルをスリーブ内に留めるよう
   付勢するバネとを備え、蒸気噴射時に前記ノズル
   から蒸気を噴射させてこのノズルを外筒内に前記
   空気口に係合するまで突出させ、当該空気口から
   空気に代えて蒸気を噴射させるようなしたガスタ
   ービン燃焼器。