(57)【要約】【課題】本発明は、最近新エネルギーとして脚光を浴びる石炭ガス、ＤＭＥ（ＤｉＭｅｔｈｙｌ  Ｅｔｈｅｒ）、製鉄所副生ガスなど多様な燃料をガスタービンとして使用するための三重スワール型ガスタービン燃焼器を提供する。【解決手段】３種類の燃料を同時に、あるいは個別的に燃消させることができる同時に、低熱量ガス（ＬＣＶ  Ｇａｓ、Ｌｏｗ  Ｃａｌｏｒｉｆｉｃ  Ｖａｌｕｅ  Ｇａｓ）から高熱量ガスまですべての燃料を多様に燃焼させることができて、燃料柔軟性（Ｆｕｅｌ  Ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ）向上を図ることができるし、特に、三重で構成されたスワーラのうちで二番目のスワーラで発生するスワールを反対方向に噴射されるようにすることで、燃料空気の混合度及び乱流強度増加による燃焼効率の増大及び有害排気ガス低減そして、燃焼振動低減の効果を期待することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火装置１２０を付着するケース１００と、
前記ケース１００の一側にガスタービン圧縮機から圧縮空気の供給を受ける圧縮空気流入口１１０を具備しているし、点火装置１２０によって点火が起きて複数個の冷却空気流入ホール１３５が形成される燃焼ライナ１３０と、
前記燃焼ライナ１３０の上側に位置したバーナーヘッド１４０の内側に同心円上に配置されたリング形状で設置されて供給される圧縮空気に渦流を発生させて、燃料噴射用スワールベイン２１０を有する多数個の空気供給用スワーラ２００でなされたバーナー３００と
を含んで構成されることを特徴とする三重スワール型ガスタービン燃焼器。
【請求項２】
前記スワーラ２００は、その中心軸方向から下端部に形成された第１スワーラ２０１と、上端部に形成された第３スワーラ２０３と、前記第１及び第３スワーラ２０１、２０３の間に形成された第２スワーラ２０２で構成されることを特徴とする請求項１に記載の三重スワール型ガスタービン燃焼器。
【請求項３】
前記スワーラ２００は、その下端部に位置した流路間隔が中心から外側に行くほど拡がるコーン型で形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の三重スワール型ガスタービン燃焼器。
【請求項４】
前記スワールベイン２１０は、ベインブレード２１１の一側に形成された燃料注入口２１２と、該燃料注入口２１２から流入された燃料を噴射させる長さ方向に沿って一定間隔を置いて形成された燃料噴射口２１３を含むことを特徴とする請求項１に記載の三重スワール型ガスタービン燃焼器。
【請求項５】
前記スワールベイン２１０は、第１スワーラ２０１と第３スワーラ２０３でお互いに同一方向に回転して、第２スワーラ２０２では前記第１スワーラ２０１と第３スワーラ２０３と反対方向に回転するように形成されることを特徴とする請求項１または４に記載の三重スワール型ガスタービン燃焼器。
【請求項６】
前記燃料噴射口２１３は、前記スワールベイン２１０の外側に行くほどそのホールが拡がる形状でなされたことを特徴とする請求項４に記載の三重スワール型ガスタービン燃焼器。
【請求項７】
前記第１スワーラ２０１は、その中心部に火炎が中心部のみに付いていないようにするリフトオフ（Ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）空気が流入されるようにリフトオフ空気口２２０が形成されることを特徴とする請求項２に記載の三重スワール型ガスタービン燃焼器。
【請求項８】
前記バーナーヘッド１４０は、内側面にダンプ面冷却空気が供給可能になるようにダンプ面冷却空気噴射口２３０が形成されることを特徴とする請求項１に記載の三重スワール型ガスタービン燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三重スワール型ガスタービン燃焼器に関するものであり、より詳細には、ガスタービンの燃焼性能を増大させて、ガスタービンの全体稼動率及び燃料柔軟性を増大させることができる三重スワール型ガスタービン燃焼器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、エネルギー価格の上昇と地球温暖化の問題が深刻になることによって、発電設備の効率増大及び新再生エネルギーの利用技術開発の必要性が非常に大きく増大されている。
【０００３】
多くの発電技術のうちでガスタービンを利用した複合発電技術は、現在発電システムのうちで最も効率が高いシステムであり、ガス化システムと連結される場合バイオマス、石炭は勿論、廃カーペットなどのごみまでもガス化して発電することができるために多様な燃料を高い効率で発電させるのに有用である。
【０００４】
しかし、多くの種類の燃料をガス化して生産された合成ガスは、その成分が多様で概して発熱量が低くて既存の技術より進歩されたガスタービン燃焼技術が要求される。すなわち、多様なガス状の燃料を安定的に燃焼させることができるガスタービン燃焼技術が必要である。
【０００５】
一般に、ガスタービンは上部側に多数個のバーナーらが具備された燃焼室を構成して、高温高圧の燃焼ガスでタービンを稼動させる回転型熱機関として、ガスタービンに装着されるガスタービン燃焼器は単一個のスワーラを有する多数個の燃料ノズルが単一個の燃焼器缶に装着されて、前記燃焼器缶はガスタービンのローター軸の中心に多数個をなして装着されている。
【０００６】
ところが、前記のようにスワーラが単一個でなされたガスタービン燃焼器は、流動の乱流強度が弱くて火炎が不安定になりやすくて、燃料と空気の混合が充分になされなくて、ＮＯｘ発生及び不完全燃焼などの問題点があって望ましくない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明は前記のような問題点を解決するために発明したものであり、３種類の燃料を同時にあるいは個別的に燃焼させることができる同時に、低熱量ガス（ＬＣＶ  Ｇａｓ、Ｌｏｗ  Ｃａｌｏｒｉｆｉｃ  Ｖａｌｕｅ  Ｇａｓ）から高熱量ガスまですべての燃料を多様に燃焼させることができて燃料柔軟性（Ｆｕｅｌ  Ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ）向上をはかることができるし、特に三重で構成されたスワーラのうちで二番目のスワーラで発生するスワールを反対方向に噴射されるようにすることで、燃料空気混合度及び乱流強度増加による燃焼効率の増大及び有害排気ガス低減そして、燃焼振動低減の効果を期待することができる三重スワール型ガスタービン燃焼器を提供しようとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記のような目的を達成するために本発明は、点火装置１２０を付着するケース１００と；該ケース１００の一側にガスタービン圧縮機から圧縮空気の供給を受ける圧縮空気流入口１１０を具備しているし、点火装置１２０によって点火が起きて、複数個の冷却空気流入ホール１３５が形成される燃焼ライナ１３０と；前記燃焼ライナ１３０の上側に位置したバーナーヘッド１４０の内側に同心円上に配置されたリング形状で設置されて供給される圧縮空気に渦流を発生させて、燃料噴射用スワールベイン２１０を有する多数個の空気供給用スワーラ２００でなされたバーナー３００と；を含んで構成されることを特徴とする。
【０００９】
望ましい例として、前記スワーラ２００はその中心軸方向から下端部に形成された第１スワーラ２０１と、上端部に形成された第３スワーラ２０３と、前記第１及び第３スワーラ２０１、２０３の間に形成された第２スワーラ２０２で構成されることを特徴とする。
【００１０】
前記スワーラ２００は、その下端部に位置した流路間隔が中心から外側に行くほど拡がるコーン型で形成されることを特徴とする。
【００１１】
また、前記スワールベイン２１０は、ベインブレード２１１の一側に形成された燃料注入口２１２と、該燃料注入口２１２から流入された燃料を噴射させる長さ方向に沿って一定間隔を置いて形成された燃料噴射口２１３を含むことを特徴とする。
【００１２】
前記スワールベイン２１０は、第１スワーラ２０１と第３スワーラ２０３でお互いに同一方向に回転して、第２スワーラ２０２では前記第１スワーラ２０１と第３スワーラ２０３と反対方向に回転するように形成されることを特徴とする。
【００１３】
前記燃料噴射口２１３は、前記スワールベイン２１０の外側に行くほどそのホールが拡がる形状でなされることを特徴とする。
【００１４】
前記第１スワーラ２０１は、その中心部に火炎が中心部のみに付いていないようにするリフトオフ（Ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）空気が流入されるようにリフトオフ空気口２２０が形成されることを特徴とする。
【００１５】
そして、前記バーナーヘッド１４０は、内側面にダンプ面冷却空気が供給可能になるようにダンプ面冷却空気噴射口２３０が形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上で見たところのように、本発明による三重スワール型ガスタービン燃焼器によると、３種類の燃料を同時にあるいは個別的に燃消させることができる同時に、低熱量ガスから高熱量ガスまですべての燃料を多様に燃焼させることができて燃料柔軟性向上をはかることができるし、燃料空気混合度及び乱流強度増加による燃焼効率の増大及び有害排気ガス低減そして、燃焼振動低減に対する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による三重スワール型ガスタービン燃焼器を示す概略図である。
【図２】本発明による三重スワール型ガスタービン燃焼器のバーナーを示す断面図である。
【図３】本発明による三重スワール型ガスタービン燃焼器のスワールベインを示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明の構成に対して詳細に説明すると次の通りである。
【００１９】
添付した図１は、本発明による三重スワール型ガスタービン燃焼器を示す概略図であり、図２は、本発明による三重スワール型ガスタービン燃焼器のバーナーを示す断面図であり、図３は、本発明による三重スワール型ガスタービン燃焼器のスワールベインを示す図面である。
【００２０】
本発明による三重スワール型ガスタービン燃焼器は、図１に示されたところのように、点火装置１２０を付着するケース１００と、該ケース１００の一側にガスタービン圧縮機から圧縮空気の供給を受ける圧縮空気流入口１１０を具備しているし、点火装置１２０によって点火が起きて複数個の冷却空気流入ホール１３５が形成される燃焼ライナ１３０と、該燃焼ライナ１３０の上側に位置したバーナーヘッド１４０の内側に設置されて、供給される圧縮空気に渦流を発生させる空気供給用スワーラ２００を含むバーナー３００を含んで構成される。
【００２１】
この時、前記圧縮空気流入口１１０に圧縮空気が流入されて、バーナーヘッド１４０側には燃焼用空気を供給するようになって、これと同時に燃焼ライナ１３０側には冷却空気を供給するようになるが、前記燃焼ライナ１３０の冷却空気流入ホール１３５を通じて燃焼ライナ１３０内側に吸入されて燃焼ライナ１３０に対する冷却を遂行するようになる。
【００２２】
これは高温の燃焼ガスによる燃焼ライナ１３０の損傷を防止することができて寿命を延長させることができるようになる。
【００２３】
一方、前記バーナーヘッド１４０側に供給された圧縮空気は、三重の同心円形スワーラ２００を経って燃焼器側に噴射される。
【００２４】
それぞれのスワーラ２００に装着されたスワールベイン２１０は、図３に示されたところのように、ベインブレード２１１の一側に形成されている燃料注入口２１２を通じてスワールベイン２１０内部に燃料が供給されて燃料噴射口２１３を通じて燃料を噴射するようになる。
【００２５】
この時、前記燃料噴射口２１３は、スワールベイン２１０の長さ方向に沿って一定間隔を置いて配置されているし、燃料噴射口２１３がスワールベイン２１０の外側に行くほどそのホールが拡がる形状になっている。
【００２６】
この時、前記燃料噴射口２１３のホールが外側に行くほど大きい理由は、後述するスワーラ２００のうち、外側の第３スワーラ２０３に発熱量が低い燃料を多量で供給しなければならない場合、燃料噴射口２１３のホールが大きい側が燃焼するのに有利であるためである。
【００２７】
すなわち、三重スワール型ガスタービン燃焼器を運転時、火炎の安全性を高めるために大きさが最も小さな第１スワーラ２０１を使用する場合、その燃料は主に重油や、天然ガスなど発熱量が高くて、燃焼性が良い燃料を使用することが望ましくて、これに反して大きさが最大である第３スワーラ２０３を使用時には主に石炭ガスや製鉄所副生ガスなど発熱量が低い燃料を供給して使用することが望ましい。
【００２８】
このように、三重で構成されたスワーラ２００は、図２に示されたところのように、中央から順番にリング形状の第１スワーラ２０１、第２スワーラ２０２、第３スワーラ２０３、そしてバーナーヘッド１４０が同心円上に構成されて、それぞれのスワーラ２００に同一であるか、またはお互いに違う種類の燃料を同時に、あるいは個別的に供給させることができる同時に、低熱量ガス（ＬＣＶ  Ｇａｓ、Ｌｏｗ  Ｃａｌｏｒｉｆｉｃ  Ｖａｌｕｅ  Ｇａｓ）から高熱量ガスまですべての燃料を多様に供給させることができて燃料柔軟性（Ｆｕｅｌ  Ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ）向上をはかることができるようになる。
【００２９】
また、前記スワーラ２００の中心軸方向から第１スワーラ２０１が下端部に、第３スワーラ２０３が上端部に位置して、第２スワーラ２０２がその中間部に位置するところ、前記第３スワーラ２０３が燃焼室の火炎から最も遠く位置するようになる。
【００３０】
すなわち、図１に示されたところのように、バーナー３００の上部面は中心方向に下方傾くように形成されている。
【００３１】
反面に、前記バーナー３００の下部面は、中心方向に上方傾くように形成されて前記第１スワーラ２０１の流路間隔が最も短く形成されている。
【００３２】
このように、それぞれのスワーラ２００の間の空間、すなわち、スワーラ２００の下端部に位置した流路間隔は、中心から外側に行くほど大きくなるように形成されたコーン型（Ｃｏｎｅ−ｔｙｐｅ）でなされて空気の流動が活発になされるようにする機能をする。
【００３３】
一方、前記スワーラ２００のうち、第１スワーラ２０１の中心部にはリフトオフ空気口２２０が形成されていて、このホールを通じて供給されるリフトオフ（Ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）空気が、火炎が中心部のみに付いていないように調節する役割をするようになる。
【００３４】
また、前記バーナーヘッド１４０の内側面にはダンプ面冷却空気噴射口２３０を通じてダンプ面冷却空気が供給されて燃焼火炎を安定化させて、火炎の高温部生成を防止する役割をするようになる。
【００３５】
また、前記スワールベイン２１０は第１スワーラ２０１と第３スワーラ２０３でお互いに同一方向に回転して、第２スワーラ２０２では前記第１スワーラ２０１と第３スワーラ２０３と反対方向に回転するように形成されるが、バーナー３００の下方で見た時、第１スワーラ２０１では時計方向に回転して、第２スワーラ２０２では反時計方向、第３スワーラ２０３では時計方向に回転するように形成されている。
【００３６】
これは燃料空気混合度及び乱流強度増加による燃焼効率の増大及び有害排気ガス低減そして、燃焼振動低減の効果を期待することができるようになる。
【００３７】
以上では本発明の望ましい実施例に対して示してまた説明したが、本発明は前記した実施例に限定されないし、特許請求範囲で請求された本発明の要旨を脱することなしに、当該本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者なら誰でも多様な変形実施が可能なことは勿論であって、そのような変更は記載した請求範囲内にあるようになる。
【符号の説明】
【００３８】
１００  ケース
１１０  圧縮空気流入口
１２０  点火装置
１３０  燃焼ライナ
１３５  冷却空気流入ホール
１４０  バーナーヘッド
２００  スワーラ
２１０  スワールベイン
２２０  リフトオフ空気口
２３０  ダンプ面冷却空気噴射口
３００  バーナー
【図１】
2010107183.tif 000003
【図２】
2010107183.tif 000004
【図３】
2010107183.tif 000005