(57)【要約】  間接燃焼ガスタービン発電所は、圧縮機と、該圧縮機に機械的に連結されたタービンと、炉と、該炉内にあって、入口が前記圧縮機に、また出口が前記タービンに流体的に結合された熱交換器と、該熱交換器への燃焼生成物の接触を妨げるべく前記熱交換器の一部の回りにガス障壁を形成する手段とを含む。そのような手段は、前記熱交換器の一部を取り巻いて位置する多数のガス放出多岐管であるかもしれない。前記多岐管は、前記タービンから排気される熱せられた作動ガスに結合することができる。【選択図】図１８
2009535559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）圧縮機と、
（ｂ）該圧縮機に機械的に連結されたタービンと、
（ｃ）炉と、
（ｄ）該炉内にあって入口端で前記圧縮機に、また出口端で前記タービンに流体的に結合された熱交換器と、
（ｅ）燃焼生成物が前記熱交換器に接触することを妨げるべく該熱交換器の一部の回りにガス障壁を形成する手段とを含む、間接燃焼ガスタービン発電所。
【請求項２】
前記ガス障壁を形成する手段は、前記ガス障壁を形成するために前記タービンから排気された熱せられた作動ガスを受けるべく該タービンに流体的に結合されている、請求項１に記載の発電所。
【請求項３】
前記熱交換器は対流加熱セクションおよび輻射加熱セクションを含み、また前記ガス障壁を形成する手段は前記輻射加熱セクションを取り巻く、請求項１に記載の発電所。
【請求項４】
前記炉は、さらに、石炭、重質油、バイオマス、溶解ガスおよび可燃性廃材のグループから選ばれた燃料源に流体的に結合されたバーナを含む、請求項１に記載の発電所。
【請求項５】
前記炉は、さらに、前記燃料源に流体的に結合されたアフタバーナを前記炉の排気端に含む、請求項４に記載の発電所。
【請求項６】
前記バーナは、前記炉内の燃焼のために前記タービンから排気された熱せられた空気を受けるべく該タービンに流体的に結合されている、請求項４に記載の発電所。
【請求項７】
前記ガス障壁を形成する手段は、ガス源に結合され前記輻射加熱セクションの一部の回りに向けられた少なくとも１つのガスノズルを有する少なくとも１つの多岐管を含む、請求項１に記載の発電所。
【請求項８】
前記ガス障壁を形成する手段は、前記輻射加熱セクションの前記一部の回りに複数の多岐管を含む、請求項７に記載の発電所。
【請求項９】
前記ガス障壁を形成する手段によって取り巻かれる前記輻射加熱セクションの前記一部は、全体に直線の並列に間隔をおいて配置された複数の導管を含み、前記多岐管は前記導管のスペースに向けられている、請求項８に記載の発電所。
【請求項１０】
前記炉は、さらに、前記導管の少なくともいくつかの一部を覆う炉材を含む、請求項９に記載の発電所。
【請求項１１】
前記ガス障壁を形成する手段は、さらに、該ガス障壁を形成する手段から放出されるガスが前記ガス障壁の形成に向けられるように、前記多岐管および前記導管の回りに配置された耐火性分流器を含む、請求項９に記載の発電所。
【請求項１２】
さらに、前記タービンから排気された作動ガスを前記圧縮機から前記熱交換器への作動ガス流と熱的に結合するレキュペレータを含む、請求項１に記載の発電所。
【請求項１３】
前記バーナは、前記炉中での燃焼のために前記タービンから排気された熱せられた空気を受けるべく該タービンに流体的に結合されている、請求項１２に記載の発電所。
【請求項１４】
さらに、前記圧縮機に結合された蒸発冷却集合体を含む、請求項１に記載の発電所。
【請求項１５】
前記蒸発冷却集合体は、前記圧縮機への作動ガス供給流に流体的に結合された入口噴霧器、前記圧縮機からの作動ガス流に流体的に結合された水噴霧器および前記圧縮機に向けられる中間冷却噴霧器の少なくとも１つを含む、請求項１４に記載の発電所。
【請求項１６】
さらに、前記タービンから排気された作動ガスを前記圧縮機から前記熱交換器への前記作動ガス流と熱的に結合するレキュペレータを含む、請求項１５に記載の発電所。
【請求項１７】
前記バーナは、前記炉中の燃焼のために前記タービンから排気された熱せられた空気を受けるべく該タービンに流体的に結合されている、請求項１５または１６に記載の発電所。
【請求項１８】
さらに、前記炉からの排気流を前記圧縮機から前記熱交換器への作動ガス流に流体的に結合された水流と熱的に結合する蒸気噴射装置を含む、請求項１に記載の発電所。
【請求項１９】
さらに、前記タービンから排気された作動ガスを前記圧縮機から前記熱交換器への前記作動ガス流と熱的に結合するレキュペレータを含む、請求項１８に記載の発電所。
【請求項２０】
前記バーナは、前記炉中の燃焼のために前記タービンから排気された熱せられた空気を受けるべく該タービンに流体的に結合されている請求項１８または１９に記載の発電所。
【請求項２１】
（ａ）圧縮機と、
（ｂ）該圧縮機に機械的に連結されたタービンと、
（ｃ）炉と、
（ｄ）該炉内にあって入口端で前記圧縮機に、また出口端で前記タービンに流体的に結合された熱交換器と、
（ｅ）前記熱交換器の一部を取り巻き、該熱交換器の前記一部に燃焼生成物が接触することを妨げるガス状の障壁を形成すべく動作するガス放出多岐管とを含む、間接燃焼ガスタービン発電所。
【請求項２２】
圧縮機および該圧縮機に機械的に連結されたタービンを含む間接燃焼ガスタービン発電所のための炉であって、
（ａ）前記炉内にあって入口端で前記圧縮機に、また出口端で前記タービンに流体的に結合された熱交換器と、
（ｂ）燃焼生成物が前記熱交換器に接触することを妨げるべく該熱交換器の一部の回りにガス障壁を形成するための手段とを含む炉。
【請求項２３】
圧縮機および該圧縮機に機械的に連結されたタービンを含む間接燃焼ガスタービン発電所のための炉であって、
（ａ）前記炉内にあって入口端で前記圧縮機に、また出口端で前記タービンに流体的に結合された熱交換器と、
（ｂ）前記熱交換器の一部を取り巻き、該熱交換器の前記一部に燃焼生成物が接触することを妨げるガス状の障壁を形成すべく動作するガス放出多岐管とを含む炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン発電所に関し、詳細には、間接燃焼ガスタービン発電所に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは、電力を生成するためのよく知られた機構である。前記タービンは、発電機を作動させるシャフトを駆動すべく、熱せられまた圧縮された作動ガスによって動かされる。前記作動ガスは、空気と燃料との燃焼から生じる熱によって加熱され、タービンに結合された圧縮機により圧縮される。従来のガスタービンは、しばしば蒸留油および天然ガスなどの高価な精製された燃料に制限される。
【０００３】
既知のガスタービンの一タイプは間接燃焼ガスタービンであり、該間接燃焼ガスタービンでは、燃焼過程で生じる熱を作動ガスに転送する熱交換器によって作動ガスが燃焼生成物から分けられている。前記熱交換器は、燃料および空気の燃焼が起こる個別の炉（separate furnace）の中に位置する。この間接サイクルは、従来のガスタービン運転で生じるブレイトンサイクルを再現する。そのような間接燃焼ガスタービンは、有害な燃焼生成物にタービン構成要素をさらさないので、特に魅力的である。さらに、燃焼過程において石炭、重質油、木製品やその他のバイオマス、溶液ガスおよび可燃性廃材など、それほど精製されておらず、したがってそれほど高価でない燃料（以下「精製されていない燃料」）を利用することが可能である。
【０００４】
前記熱交換器は、従来の蒸気ボイラーシステムの典型的な温度よりもずっと高温の表面温度を示す炉の中に、導管を有する。この高温は、前記炉の一次燃焼室の輝炎からの直接的な輻射加熱によって達成される。前記した、より重い質の燃料は、天然ガス、プロパンまたは精製液のようなより軽い燃料に比較して、一般的に、より容易に輻射熱を放射する高輝炎で燃える。したがって、重質燃料は、高熱伝達率の点で有利である。精製されていない重質燃料を使う1つの不利な点は、これらの燃料からの輝炎が、金属、煤煙、スラグ、灰分または未燃焼燃料のような汚染物質と同様に、高い反応性を示すラジカル、腐食性の硫黄化合物および他のラジカルの一つあるいは混合物を含む傾向があることである。そのような粒子が前記熱交換器の前記導管に接触すると、該導管に有害となり、これらの導管の熱効率および寿命を低減させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、従来の間接燃焼ガスタービン発電所の少なくともいくつかの問題を解決する間接燃焼ガスタービン発電所を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、圧縮機と、該圧縮機に機械的に連結されたタービンと、炉と、該炉内にあって入口端で前記圧縮機に、また出口端で前記タービンに流体的に結合された熱交換器と、燃焼生成物が前記熱交換器に接触することを妨げるべく該熱交換器の一部のまわりにガス障壁を形成する手段とを含む間接燃焼ガスタービン発電所が提供される。そのようなガス障壁形成手段は、前記ガス状の障壁を形成するために前記タービンからの熱せられた作動ガスを受けるべく前記タービンに流体的に結合される。
【０００７】
前記熱交換器は対流加熱セクションおよび輻射加熱セクションを含むことができる。そのような場合、前記ガス障壁形成手段は、前記輻射加熱セクションのまわりに位置する。
【０００８】
前記炉は、木製品やその他のバイオマス、石炭、重質油、溶解ガスおよび可燃性廃材のグループから選ばれた燃料源に流体的に結合されたバーナを有することができる。前記バーナは、前記炉中での燃焼のために前記タービンから排気された熱せられた空気を受けるべく、該タービンに流体的に結合することができる。前記炉は、該炉の排気端に配置されまた前記燃料源に流体的に結合されたアフタバーナを有することができる。
【０００９】
前記ガス障壁形成手段は、ガス源に結合されまた前記輻射加熱セクションの一部のまわりに向けられた少なくとも1つのガスノズルを有する少なくとも1つの多岐管を含むことができる。より具体的には、多数の多岐管を前記輻射加熱セクションの一部を取り巻いて設けることができる。輻射加熱セクションのこの部分は、一般に、直線の並列に間隔をおいて配置された複数の導管を含むことができる。そのような場合、前記多岐管は、前記導管間のスペースに向けられる。炉材は、前記導管の少なくともいくつかの一部を覆って設けることができる。前記ガス障壁形成手段は、さらに、前記ノズルから放出されたガスが前記ガス障壁の形成に向けられるように、前記多岐管および前記導管のまわりに配置された耐火性分流器（diverters）含むことができる。
【００１０】
前記発電所は、また、前記タービンからの作動ガス排気流を前記圧縮機から前記熱交換器への作動ガス流に熱的に結合するレキュペレータを含むことができる。
【００１１】
前記発電所は、また、前記圧縮機に結合される蒸発冷却集合体を含むことができる。そのような蒸発冷却集合体は、前記圧縮機への作動ガス供給流に流体的に結合された入口噴霧器、前記圧縮機からの作動ガス流に流体的に結合された水噴霧器および前記圧縮機に向けられる中間冷却噴霧器の少なくとも１つを含むことができる。
【００１２】
前記発電所は、前記炉からの排気流を前記圧縮機から前記熱交換器への作動ガス流に流体的に結合され水流と熱的に結合する蒸気噴射装置を含むことができる。蒸気は、前記排気流から前記水流に移された熱によって作り出される。
【００１３】
前記蒸気は前記作動ガス流に注入される。
【００１４】
本発明の他の態様によれば、間接燃焼ガスタービン発電所のための炉が提供される。前記発電所は、圧縮機と、該圧縮機に機械的に連結されたタービンとを含む。前記炉は、該炉内にあって前記圧縮機の入口端で、また前記タービンに出口端で流体的に結合された熱交換器と、燃焼生成物が前記熱交換器に接触することを妨げるべく該熱交換器の一部の回りにガス障壁を形成するための手段とを含む。以下の図面は本発明の模範的な実施例を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、添付図面を詳細に参照するに、本発明に係る間接燃焼ガスタービン発電所の種々の実施例が全体に数字１０で示されている。
【００１６】
図1および２は、２つの一般的な従来技術のタービン発電所を示す。図１には、単純な発電所が図示されており、燃焼器４８は、圧縮空気をタービンへ導入するに先立って加熱するのに使用されており、排気５０は前記タービンから単に放出される。図２に示されているように、そのような単純なガスタービンエンジンの効率を高める選択肢は、レキュペレータ（recuperator）を使うことである。レキュペレータ５２は、基本的には熱交換器の一種であり、燃焼器４８に行く圧縮空気を予熱するために燃焼器４８で発生した排気ガス５０の熱を移す。ここで留意すべきは、燃焼器４８は、タービン排気５０がレキュペレータ５２に入る前に前記タービン排気に熱を付加するために、しばしば前記タービンの下流に設置されることである。
【００１７】
次に図３を詳細に参照する本発明の第１実施例によれば、特に、精製および粗製の両燃料を有効に使うことができる間接燃焼ガスタービン発電所１０が提供される。精製燃料の例は、天然ガス、プロパンおよび蒸留油を含む。粗製の重質燃料は、石炭、重質油や他の溶解ガスおよび可燃性廃材を含む。前記発電所１０が遠隔地に置かれ、精製燃料を即座に入手できないとき、粗製燃料の使用は特に魅力的である。例えば、前記発電所１０は、遠いワークキャンプに設置することができ、周期的に補充されるだけの天然ガス貯蔵タンクを備えることができる。そのような場合、前記発電所１０は、木製品などのより即座に入手可能な燃料を燃やすことができる。さらに、粗製燃料は、一般的に、精製燃料よりも大幅に安価である。ある粗製燃料の燃焼が、前記発電所１０の炉中の構成要素に有害であるかもしれない燃焼生成物を生産するので、前記発電所１０は、以下で詳細に説明されるように、前記構成要素を保護するように動作するガス障壁集合体７１を備える。
【００１８】
前記発電所１０は、圧縮機２２を含み、該圧縮機は圧縮機入口１２で作動ガスを取り入れて空気を高圧に圧縮する。本実施例の作動ガスは外気である。しかしながら、部分的に閉クローズのあるいは完全に閉クローズのサイクルのいずれかで従来よく知られている他の作動ガスを使用することができる。圧縮空気は、その圧縮処理によって温度が上昇する。前記圧縮空気は高圧空気多岐管１７（圧縮空気通路手段）に向けられる。この高圧空気多岐管は、閉管であり、圧縮された加熱されていない空気の一部を炉２３内の熱交換器集合体２０に送る。前記空気は、従来よく知られた作用を生じるように、タービン２４に向けられる。
【００１９】
熱交換器集合体２０は、炉２３およびタービン２４の主要な接続構成要素である。それは、タービン２４が燃料または排気物のいずれか一方に直接的に接触しないで動作することを可能にし、したがって、タービン２４への高価な保護強化の必要性を除去できる。この設計の他の利点は、前記タービンの寿命が大いに延びて、長期コストが下がることである。前記発電所１０の性能が従来のガスタービンエンジンと同様なレベルを達成することを可能にする耐熱合金は、容易に入手可能である。実際、炉２３内の燃焼用空気としてガスタービン排気からの加熱された空気を使用すると、本発明の全体的な性能は、従来のガスタービンエンジンのそれを越えることができる。
【００２０】
ガスタービンエンジンは、本発明の範囲に含まれる多くの既知のタービンタイプの１種類であるかもしれない。前記発電所１０での使用のために容易に修正できる缶タイプの燃焼器を有するガスタービンが最も適正である。熱付加の全体的な費用は、考慮すべき重要な要素であろう。サイロ型ガスタービンと結び付けられるモジュール設計は、ユーザニーズを満たす融通性だけでなく有効な経費節減においても、他の技術に勝る多くの利点を有する。
【００２１】
空気多岐管１７は、入口５４、熱交換分枝３２、バイパス分枝３４および出口５６を含む。入口５４は、圧縮機２２からのすべての圧縮空気を受ける閉管であり、２つの経路に分岐しており、一方の分岐は熱交換分枝３２であり、熱交換器２０に通じる。他方の分枝は、バイパス分枝３４であり、熱交換器２０を通り越して直接タービン２４に向かう迂回路を提供する。バイパス分枝３４は、炉温および流量に基づく入力情報により、閉ループ制御システムに基づいて空気流量を調節する流量可変制御弁３６を含む。圧縮機２２からの空気流量の一部が熱交換器集合体２０で熱せられないことを可能にすることによって、このサブシステムは、熱交換器集合体２０で熱せられる総空気流量のうちの部分を調整して、炉温に生じ得る変動（燃料組成あるいは質量流量の不安定さによって引き起こされるかもしれない）を補償し、タービン２４に入るガスの温度を制限する。出口５６は、熱交換およびバイパスの両分枝３２、３４からの個々の空気流を受け、これらの流れを共にタービン２４に統合する閉管である。
【００２２】
腐食性を有し内容および流量が一貫性の無い燃料を燃やせるように、炉２３は設計されている。炉２３は、他の火炉技術と異なり、溶解ガスにはよくあることではあるが、燃料自身が低品質であっても、均一な熱分布を実現すると共に、低級あるいは汚染された燃料の使用を考慮して極めて多用途に設計される。炉２３は、多種多様な流量を適応させる形状および寸法に変更可能である。炉２３は、好ましくは、耐火物で内側を覆われた包囲体であり、該包囲体内で該燃料および酸化剤が混合され、燃焼反応で反応し、したがって熱を放出する。熱は、熱交換器集合体２０への熱移動により炉２３から除去され、順次、熱交換器集合体２０の伝熱管４２を通して該管を通過する作動ガス空気に分与される。反応物滞留時間、炉温および入口流れの適正な混合あるいはそれらの組合せにより、炉２３内の高低の両品質の燃料の燃焼効率は、典型的な内部燃焼ガスタービン燃焼室の燃焼効率に匹敵するであろう。この炉２３は、腐食性および高温と、炉ガスが炉２３から漏れるとそれが有しているかもしれない有毒な影響との両方を制限すべく、大気圧近傍またはそのわずか下で動作する。
【００２３】
炉２３は、燃料源の放熱量に容易に適応するために、炉の総出力の調整を可能にするモジュール式バーナレイアウトを有することができる。熱交換器集合体２０はモジュール式熱交換セクション３８から成る。セクション３８毎の設計は、利用可能な熱放出量に応じてそれを追加あるいは除去することが可能になる。これは、燃料流量に応じた容易な順応のための増減を可能とする。前記レイアウトは、また、必要とされているガスタービンエンジンのサイズに応じて、前記セクションを追加あるいは除去することによって、ガスタービンエンジンのサイズを適応させる。圧縮空気は多岐管１７から入り、炉２３中の熱い排気物の平均流に直角な平行耐腐食管４２の連続的な列を通過する。その結果は、熱という形のエネルギが熱交換器集合体２０を通して熱い炉ガスから高圧多岐管１７内の空気に移されることである。
【００２４】
図３には、直列に結合された熱交換セクション３８が示されているが、前記セクション３８は、並列、または直列と並列との組合せで結合することができる。
【００２５】
タービン２４は、この一般的なタイプの普通に知られた発電所でそうであるように、空気多岐管１７から受けた熱い圧縮空気を膨張し、またその過程でシャフト２５を駆動すべく作動を引き出し、該シャフトはシャフト２６を経て圧縮機２２および発電機４６および／またはシャフト２７を経てプロセス負荷４７を順次駆動する。
【００２６】
燃料および空気は、バーナ４９から炉２３内におよび燃焼室に注入され、従来技術でよく知られているように、熱エネルギを生成するために燃焼される。バーナ４９が配置された炉２３の端部は、炉２３の「バーナ端」と称されており、燃焼室は、炉２３の燃焼が起こる部分を指し、以下でさらに詳細に説明されているように、一般的に、炉２３の輝く加熱部中にある。バーナ４９は、天然ガスまたはプロパンなどの精製燃料を収容する燃料貯蔵所４０に結合された燃料供給ライン５２を有する。燃料供給ライン５２は、また第２の燃料源５１に結合されており、該燃料源は、木製品や他のバイオマス、重質油または溶融ガスなどの精製されていない燃料であるかもしれない。そのような原料は、一般に細粉またはペーストに準備されており、燃焼室中にバーナ４９により注入される。
【００２７】
したがって、炉２３は、１つまたは２つの源からの燃料を使って、動作することができる。例えば、発電所１０が起動される時、貯蔵所４０からの天然ガスを使うことができ、それから前記発電所が所望の運転温度に達した後、第２の燃料源５１からの燃料の補給に切り替えられる。
【００２８】
前記燃焼室中の燃焼生成物、燃焼され尽くされていない燃料および空気を含む炉排気は、前記燃焼室の下流端で開口（ｂｒｅａｃｈ）（図示せず）を経て、微粒子（灰分）トラップ（図示せず）を通り、該トラップで燃焼粒子が捕獲され、それから前記バーナ端の反対側で炉２３の排気端に配置された排気管３３を通して、炉２３から外へ流れる。排気管３３に結合された排気ファン３５は、炉２３から前記炉の排気を吸引すべく炉２３に対し負圧を及ぼす。
【００２９】
アフタバーナ集合体２８は、炉２３の前記排気端の近傍に設けられている。アフタバーナ集合体２８は、前記燃焼室および熱交換器２０の下流に位置しており、主として設計負荷についての燃料の流れに変動があっても完全に燃えることを確実にする役割を果たす。熱交換器２０を十分に熱するに必要以上の燃料は、過剰燃料供給ライン２９を経由してアフタバーナ集合体２８に向けられる。アフタバーナ集合体２８のための燃焼用空気は、送風機６６から提供される。アフタバーナ排気が熱交換器２０から離れて流れ、また排気管３３を通して炉２３から流れ出るので、アフタバーナ集合体２８で放出された熱は熱交換器２０を通じての作動ガスの加熱に大きくは寄与しない。アフタバーナ２８は、間欠的に点火することができ、これにより、アクティブに監視された種火および火炎監視システム（図示せず）を必要とする。
【００３０】
発電所１０は制御逆止弁３１を備え、該弁は、メインバーナ４９およびアフタバーナ２８を経由して炉２３中へ流れる燃料流量を調節するために、同期される。前記機構は、炉２３内へ入ってくる測定された燃料の流れおよび炉２３中の温度診断の両変化に反応するように設計されている。これは、熱交換器集合体２０での温度を制限し、安定したベース負荷動作および必要ならばその低減を可能とする閉ループ制御システムの一部である。
【００３１】
本実施例では、バーナ４９はタービン２４の空気排気口に結合される空気供給ライン５３から空気を受け、タービン２４からの熱い排気は、したがって、燃焼用空気として使うために炉２３中に向けられる。これに代えて、他の実施例に見られるように、前記燃焼用空気として新鮮な空気を提供することができる。
【００３２】
前記発電所の他の構成要素は、以下を含む。
【００３３】
排ガス規制システム（図示せず）： これらの構成要素はユーザニーズによって変わる。ほとんどの溶解ガスが少なくとも幾分かの硫黄分を有するという事実があるので、適所に処置工程を設けることは有利である。
【００３４】
完成品引き渡しの発電機４６： この構成要素はガスタービンの機械エネルギを電力に変換する。
【００３５】
プロセス負荷４７： この構成要素はガスタービンの機械エネルギを非電気の有益な仕事に変換し、例えば作業現場でポンプを動作させる。
【００３６】
遠隔自動テレメータ装置（Remote Telemetric Device：図示せず）：現場人員を不要として前記システムを常時管理することを可能にする監視制御機構。それは、またいくつかの制御系の遠隔操作の管理を可能にする。
【００３７】
図１５ないし１８を参照するに、炉２３は、対流加熱セクション７０と輻射加熱セクション７３とを含み、また、主として燃焼過程の結果として生成される腐食や他の有害な粒子から輻射加熱セクション７３の熱交換管４２を保護するガス状の障壁を成形するガス障壁集合体７１を備える。先に説明したように、圧縮機２２は前記作動ガスを圧縮し、それを多岐管１７に移動させる。前記作動ガスは、多岐管１７を経て熱交換枝３２に進み、次に、燃焼過程からの熱エネルギが主として対流的に作動ガスに移送される対流加熱セクション７０の曲がりくねった対流加熱交換管４２（ａ）に進む。各対流加熱交換管４２（ａ）からの作動ガスは、それから輻射加熱セクション７３中の輻射加熱交換管４２（ｂ）に結合される多岐管７２に進む。これらの輻射加熱交換管４２（ｂ）は、全体的に直線でありかつ全体的な平行な配置で相互に間隔をおく。これらの輻射加熱交換管４２（ｂ）の一端は、すべてがタービン２４に結合された多岐出口管５６に入る。前記作動ガスは、したがって、輻射加熱交換管４２（ｂ）を経由してタービン２４に移動し、前記輻射加熱交換管では、主として従来技術でよく知られているように、輻射加熱によって加熱される。作動ガスの炉２３中での滞留時間は、タービン吸込み温度の要求を満たしかつブレイトンサイクルを完成するために十分な熱を前記作動ガスに付加するに十分である。
【００３８】
前記作動ガスは、標準の逆流熱交換器設計手法に従って、初めに対流加熱セクション７０、次に輻射加熱セクション７３に導かれる。
【００３９】
輻射加熱セクション７３は、ガス障壁集合体７１、輻射加熱交換器管４２（ｂ）およびバーナ４９を含む。前記タービン排気の熱せられた空気は、供給ライン５３により、バーナ４９を経由してこの図に全体に７４として示された燃焼室中に向けられる。燃料源４０、５１の両方またはその一方からの燃料は、供給ライン５２（図１５から１８には、図示せず）により、バーナ４９を経由して燃焼室７４中に導かれる。燃料は空気中で点火され、従来技術でよく知られているように、燃焼室７４中で熱が発生する。
【００４０】
燃焼室７４は燃料のベース負荷用の主要な燃焼室である。前記ベース負荷熱発生要求に見合った燃料源４０または５１からの燃料は、タービン２４からの予熱された空気と共に、ここに入る。燃焼用空気および燃料は、事前非混合の耐腐食性バーナ４９中で結合し、このスペースの中で反応する。正味のガスの流れは、バーナ４９から炉２３の排気端へ向かい、そこに熱交換器２０の前記対流セクションが位置している。炉２３の寸法は、入口燃料種が対流加熱交換管４２（ａ）に出会う前に完全に消費されるように、選ばれる。
【００４１】
前記タービン排気空気は、供給ライン３０によってガス障壁集合体７１に供給される。これに代えて、空気あるいは他のガスをこの他のガス源からガス障壁集合体７１に供給することができ、例えば、新鮮な空気を送風機（図示せず）によって供給することができる。ガス障壁集合体７１は、前記輻射組合せ体の長手方向へ延びかつ平行に間隔を置くその熱交換管４２（ｂ）の一群を取り巻いて放射方向に延びる多数のガス放出多岐管７６（図１７および１８参照）を含む。多数の多岐管７６のそれぞれは複数のエアノズル７７（図１８参照）を有し、該エアノズルは、輻射加熱交換管４２（ｂ）の方向に関して交差する空気の流れを作るために全体的に前記管４２（ｂ）に、より詳細には該管４２（ｂ）間のスペース７８に向けられる。これらの多岐管７６から放出された空気は、前記管４２を取り巻く外炉壁の回りで空気圧障壁７９を作り出す。前記障壁７９は、熱輻射８０の通過（ガスは低い吸収閾値および短い輻射伝搬経路長を有する）を許すが、いかなる連行された固体、液体および好ましくないガスも前記管４２（ｂ）と相互作用すること（汚れや腐食）を防止する。前記ガスは極めて熱い（＞４５０℃）ので、前記管４２（ｂ）の対流加熱損失は低減される。炉材８１は、管４２（ｂ）の燃焼ゾーンからの熱輻射にさらされなかった側での対流加熱損失をさらに最小化するために設けられている。輻射加熱セクション７３の長さにわたり前記障壁７９の形状を改善するために、前記輻射管４２（ｂ）および前記炉材のまわりのガス障壁集合体７１から放出されたタービン排気ガスを方向付ける耐火性分流器８２が設けられている。
【００４２】
ガス障壁集合体７１から放出された前記交差空気流は、また、バーナ４９から放出される空気燃料混合体の混合を促進する。これは、燃料が一般的に完全に燃え尽きるためにより長い間かかるような、特に、精製されていないあるいは「汚れた」燃料が使われるときに有益である。前記空気燃料混合体の混合に交差空気流を使用することは、燃焼室７４を拡大することなく燃え尽きる時間の低減に役立つ。
【００４３】
輻射加熱交換管（ｂ）には、圧縮機２２からの作動ガスが入っている。コジェネレーションへの応用では、蒸気発生のための水を収容する別個の管（図示せず）をここに設置することができる。
【００４４】
ガス障壁集合体７１が管４２（ｂ）を取り巻く多数のガス放出多岐管７６と共に示されているが、前記管４２（ｂ）を取り巻き、燃焼生成物が前記管４２（ｂ）に接触することを妨げるガス状の障壁を生成する他の構成を設けることができる。
【００４５】
次に図４から１４まで参照して、発電所１０の他の実施例が説明されている。これらの図に示された発電所１０の概要は、図３に示された発電所１０の概要に比較して、より容易に実施例の違いを指摘するために、簡素化されている。図３の概略図に示されているが図４から１４に示されていない構成要素は、かならずしもそのような構成要素がこれらの図の実施例から省略されていることを表現しているわけではない。
【００４６】
図４を参照するに、本発明の第２実施例によれば、発電所１１０が提供され、該発電所は、タービン２４からの熱せられた排気が導管１１２を経由して前記発電所から排気されており、新鮮な空気またはタービン２４以外の源からの空気が空気供給ライン１１４を経由してバーナ４９に供給される以外で、本質的に第１実施例と同一である。
【００４７】
次に図５を参照するに、本発明の第３実施例によれば、発電所２１０が提供され、該発電所は、さらに圧縮機２２からの圧縮空気供給ライン２１３をタービン２４からの加熱排気供給ライン２１５に熱的に結合するレキュペレータ２１２を含む以外、本質的に第２実施例の発電所１１０と同一である。その目的は、前記発電所１０の効率を上げることであり、圧縮機２２から熱交換器２０に行く空気をタービン２４からの前記排気ガスの熱を使って予熱を遂行することにより達成され、これにより如何なる所要量の出力であっても、炉２３に必要とされる熱を少なくすることができる。
【００４８】
次に図６を参照するに、本発明の第４実施例によれば、発電所３１０が提供され、該発電所は、タービン２４からの排気ガスがレキュペレータ２１２を通り抜けた後で導管５３によってバーナ４９に供給される以外、本質的に第３実施例と同一である。タービン２４の排気を炉２３に直接供給することができ、ＮＯｘ排出を減らす一方で、さらにシステム全体の効率を増大することができるという点で、この構成は、付加的利益を提供する。
【００４９】
次に図７を参照するに、本発明の第５実施例によれば、発電所４１０が提供され、該発電所は、さらに蒸発冷却集合体４１２を含む以外、本質的に第２実施例と同一である。この集合体４１２は、水噴霧器４１４、圧縮機入口噴霧器４１６および圧縮機中間冷却器４１８から成る。これに代えて、前記集合体４１２は、これらの3つの構成４１４、４１６および４１８のうちの１つ以上を有することができる。水噴霧器４１４は圧縮多岐管入口５４に結合されており、圧縮機２２からの圧縮空気排気流に水の噴霧を供給し、これによりタービン作動流体をガス／蒸気の混合体に変換する。前記噴霧器に液体をくみ上げるに必要な比較的低い仕事で、ブレイトンサイクルシステムにおけるランキンサイクル利点のうちのいくつかが効果的に得られる 。圧縮機入口噴霧器４１６は、空気入口１２に結合され、圧縮機への空気供給流を水で飽和させ、これにより前記作動流体の比熱を増大させるのに役立つ。圧縮機中間冷却器４１８は、散水を圧縮機２４に向け、これによりサイクル全体の仕事を増大させ、また作動ガスの比熱をわずかに増大させる。
【００５０】
次に図８を参照するに、本発明の第６実施例によれば、発電所５１０が提供され、該発電所は、さらに第３実施例に見られたと同様なレキュペレータ２１２を含む以外に、第５実施例と本質的に同一である。
【００５１】
次に図９を参照するに、本発明の第７実施例によれば、さらにタービン２４からの排気空気をバーナ４９に導く供給ライン５３を含む以外に、第５実施例と本質的に同一である発電所６１０が提供される。
【００５２】
次に図１０を参照するに、本発明の第８実施例によれば、発電所７１０が提供され、該発電所は、さらにタービン２４からの排気空気を該排気空気がレキュペレータ２１２を通過した後でバーナ４９に導く供給管５３を含む以外、第６実施例と本質的に同一である。
【００５３】
次に図１１を参照するに、本発明の第９実施例によれば、発電所８１０が提供され、該発電所は、さらに炉２３からの排気導管３３を導水管８１４に熱的に結合する蒸気噴射装置８１２を含む以外、第２実施例と本質的に同一である。蒸気噴射装置８１２は、熱交換器集合体２０と同様に作用し、前記炉排気からの熱を導水管８１４内の水に移すことにより、そこに蒸気を生成する。導水管８１４は、作動ガス多岐管入口５４に結合され、タービン２４のための作動ガスに蒸気を供給する作用をなす。ブレイトンサイクルシステムにおけるランキンサイクル利点のいくつかを効果的に得る上で、揚水は、空気圧縮よりも集中を要する仕事ではないので、蒸気サイクルに特有な後方作業（back-work）はより低い。
【００５４】
次に図１２を参照するに、本発明の第１０実施例によれば、発電所９１０が提供され、該発電所は、さらに第３実施例で使用されたようなレキュペレータを含む以外、第９実施例と本質的に同一である。
【００５５】
次に図１３を参照するに、本発明の第１１実施例によれば、発電所１０１０が提供され、該発電所は、さらにタービン２４からの排気空気を該排気空気がレキュペレータ２１２を通した後でバーナ４９に導く供給管５３を含む以外、第９実施例に本質的に同一である。
【００５６】
次に図１４を参照するに、本発明の第１２実施例によれば、発電所１１１０が提供され、該発電所は、さらにタービン２４からの排気空気を該排気空気がレキュペレータ２１２を通過した後でバーナ４９に導く供給管５３を含む以外、第１０実施例に本質的に同一である。
【００５７】
ここに説明された発電所１０の実施例は、特定の機能のために各構成要素が作成され、該各構成要素はある点でだけ他の構成要素と相互作用し、個々の構成要素の寿命が大幅に改善した前記各構成要素でモジュール化することができる。
注目すべき他の特徴は、遠隔自動テレメータ監視システム（図示せず）の組み込みであり、これは性能追跡、ポテンシャル問題の警報、ユニット追跡および出力監視を可能とするであろう。各ユニットは、また、個々のユーザーの要求に従って変わる排ガス規制システム（図示せず）を含むであろう。これらの排ガス規制手段および遠隔テレメータの付加は、それをエンドユーザーのためにより機能的にし、プロセス全体を強化する。
【００５８】
本発明に係る好適な発電所は、動作中結合される２つの標準スキッド取付け台（図示せず）上に収容することができる。一方のスキッド組立体は、ガスタービンエンジン、完成品引渡しの発電機４６、搭載サブステーションおよび高温の熱交換器２０の一半を収容するであろう。他方のスキッドは、燃焼室２３、排ガス規制を受ける煙突および熱交換器２０の他半分を収納するであろう。
【００５９】
ガス障壁集合体７１を有する炉２３は、ガスタービン以外の適用に用いることができる。例えば、ガス障壁集合体７１の動作は、ガスタービンを全く利用しないが、輻射セクションが汚れた燃料を用いた極限的な環境にさらされるような方法で動作している炉に適用することができる。このいくつかの例は、バイオマスまたは地方自治体の固形汚物加熱回収炉、溶鉱炉および石炭を利用するすべての施設を含む。そのような非ガスタービン適用では、一般にガスタービンの排気によって提供される熱負荷および質量流量は、従来技術で知られている他の手段によってエミュレートすることができる。
【００６０】
本発明の特定の実施例が前記したところで説明されたが、本発明の範囲内で他の実施例が可能であり、ここに含まれることを意図していることを理解できるであろう。前記した模範的な実施例を通して示されるように、本発明の精神を逸脱することなく、図示されないが、本発明への変更および修正が可能であることは当業者にとって明らかであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ制限を受けると考えられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】燃焼器を含む単純な従来の発電所の略図であり、
【図２】燃焼器およびレキュペレータを含む従来の発電所の概略図であり、
【図３】本発明の第１実施例に係る間接燃焼ガスタービン発電所の概略図であり、
【図４】新鮮な空気源から炉の燃焼器への燃焼用空気供給ラインを有する、本発明の第２実施例に係る間接燃焼ガスタービン発電所の概略図であり、
【図５】レキュペレータ要素と、新鮮な空気源から炉の燃焼器への燃焼用空気供給ラインとを有する、本発明の第３実施例に係る間接燃焼ガスタービン発電所の概略図であり、
【図６】レキュペレータ要素と、タービンから炉の燃焼器までの燃焼用空気供給ラインと有する、本発明の第４実施例に係る間接燃焼ガスタービン発電所の概略図であり、
【図７】水噴霧器、入口噴霧器および中間冷却水噴霧器を有する、本発明の第５実施例に係る間接燃焼ガスタービン発電所の概略図であり、
【図８】レキュペレータ要素および水噴霧器と、入口噴霧器と、中間冷却水噴霧器とを有する、本発明の第６実施例に係る間接燃焼ガスタービン発電所の概略図であり、
【図９】水噴霧器と、入口噴霧器と、中間冷却水噴霧器と、タービンから炉の燃焼器への空気供給ラインとを有する、本発明の第７実施例に係る間接燃焼ガスタービン発電所の概略図であり、
【図１０】レキュペレータ要素と、水噴霧器と、入口噴霧器と、中間冷却噴霧器と、タービンから炉の燃焼器への空気供給ラインとを有する、本発明の第８実施例に係る間接燃焼ガスタービン発電所の概略図であり、
【図１１】熱回収蒸気発生器を有する、本発明の第９実施例に係る間接燃焼ガスタービン発電所の概略図であり、
【図１２】レキュペレータ要素および回収蒸気発生器を有する、本発明の第１０実施例に係る間接燃焼ガスタービン発電所の概略図であり、
【図１３】熱回収蒸気発生器と、タービンから炉のバーナへの空気供給ラインとを有する、本発明の第１１実施例に係る間接燃焼ガスタービン発電所の概略図であり、
【図１４】レキュペレータ要素と、熱回収蒸気発生器と、タービンから炉のバーナへの空気供給ラインとを有する、本発明の第１２実施例に係る間接燃焼ガスタービン発電所の概略図であり、
【図１５】本発明の全実施例における発電所のいくつかの構成要素の斜視図であり、
【図１６】本発明の全実施例における発電所のいくつかの構成要素の平面図であり、
【図１７】本発明の全実施例における発電所の炉のいくつかの構成要素の詳細な斜視図であり、
【図１８】本発明の全実施例における発電所のガス障壁集合体および熱交換器導管の概略図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０、１０１０、１１１０  発電所
１７  多岐管
２０  熱交換器（集合体）
２２  圧縮機
２３  炉
２４  タービン
２８  アフタバーナ（集合体）
４０、５１  燃料源
４２（ｂ）  導管
４９  メインバーナ
７０  対流加熱セクション
７１  ガス障壁集合体（ガス障壁形成手段）
７３  輻射加熱セクション
７６  多岐管
７７  ガスノズル
７８  スペース
７９  障壁
８１  炉材
８２  耐火性分流器
２１２  レキュペレータ
４１２  蒸発冷却集合体
４１４  水噴霧器
４１６  入口噴霧器
４１８  中間冷却噴霧器
８１２  蒸気噴射装置（熱回収蒸気発生器）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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2009535559.tif 000022