(57)【要約】【課題】排ガス路内を流れる排ガスの保有する酸素、及び熱を利用して、燃焼を行なう燃焼設備の構造において、燃料ガスのみの供給で燃焼を行なうことができる燃焼設備の構造を得る。【解決手段】路内に燃焼設備を備えるに、バーナウイング下流側端より上流側に、排ガスａ流れに抵抗を与える抵抗体１８を設け、この抵抗体１８より上流側位置に吸引口２０を設け、吸引口２０より吸引した排ガスａを、パイロットバーナ１２に、パイロット用酸素含有ガスとして導くガス導通路１９を設け、パイロットバーナ１２に燃料ガスを導く燃料ガス導入路を備える。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
路内を流れる酸素含有ガス流の下流方向に向けて、燃料ガスを噴出するガスノズルと、前記燃料ガスが噴出される燃料ガス噴出部に、路内を流下してくる酸素含有ガスをウイングノズルを介して導くバーナウイングとを備え、前記燃料ガス噴出部に火炎を形成する燃焼装置で、前記燃料ガス噴出部にパイロットバーナを備えた燃焼装置を前記路内に備えた燃焼設備の構造であって、前記酸素含有ガス流の流れ方向における、前記バーナウイング下流側端より上流側に、前記酸素含有ガス流れに抵抗を与える抵抗体を設け、
前記抵抗体より上流側位置に吸引口を設け、前記吸引口より吸引した酸素含有ガスを、前記パイロットバーナに、パイロット用酸素含有ガスとして導くガス導通路を設けるとともに、前記パイロットバーナに前記燃料ガスを導く燃料ガス導入路を備えた燃焼設備の構造。
【請求項２】
前記抵抗体が、前記路内全体を横断して設けられ、前記酸素含有ガスの通過を部分的に許容する部分通過型板状体である請求項１記載の燃焼設備の構造。
【請求項３】
前記抵抗体が、前記燃焼装置と路壁との間に位置する酸素含有ガス通過空間を部分的に仕切る仕切り板である請求項１記載の燃焼設備の構造。
【請求項４】
前記バーナウイングに備えられるウイングノズルを介して、前記燃料ガス噴出部に前記酸素含有ガスを導くに、前記ガスノズルの吐出口に近接した近接位置と、前記吐出口から離れた離間位置とに分割して、前記酸素含有ガスを導く案内用仕切りを設け、
前記近接位置に導かれる第一酸素含有ガス量が可変とされる請求項１〜３のいずれか一項記載の燃焼設備の構造。
【請求項５】
前記酸素含有ガスが、ガスタービンの排ガスである請求項１〜４のいずれか一項記載の燃焼設備の構造。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項記載の燃焼設備の構造を、タービン排ガス路に備えたガスタービンコージェネレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、所謂、コージェネレーションシステム等に使用されるダクトバーナ周りの構造に関するものであり、さらに、詳細には、路内を流れる酸素含有ガス流の流れ下流方向に向けて、燃料ガスを噴出するガスノズルと、この燃料ガスが噴出される燃料ガス噴出部に、路内を流下してくる酸素含有ガスをウイングノズルを介して導くバーナウイングとを備え、燃料ガス噴出部に火炎を形成する燃焼装置で、燃料ガス噴出部にパイロットバーナを備えた燃焼装置を路内に備えた燃焼設備の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンコージェネレーションシステムでは、ガスタービンに備えられる燃焼室で圧縮機によって燃焼用空気と燃料ガスとを混合して燃焼させ、燃焼で発生した燃焼排ガスによってガスタービンを駆動し動力を得、発電を行なう。さらに、タービン排ガスは高温のため、この排熱を回収することで、熱を得ることもできる。
【０００３】
この種のシステムにあって、システム効率の観点から、ガスタービンの下流の排ガスダクト内に、所謂、ダクトバーナを配設し、タービン排ガスを昇温して熱回収することが試みられている。
【０００４】
この種の構造が可能な理由は、タービン排ガス中の残存酸素濃度が１５〜１８％に達するとともに、排ガス温度が比較的高温なため、タービン排ガス路内にダクトバーナを備えるのみ、即ち、燃料ガスを追加供給するだけで、所望の燃焼状態を得られるためである。
【０００５】
この種のダクトバーナとしては、図１，６に示すように、複数のガスノズル１３を備えた燃料ガスヘッダ１０と、この燃料ガスヘッダ１０の対向位置に基端部１１ａが固定され、基端部１１ａから排ガス下流側である先端遊端部１１ｂに向かって拡開し、かつ、基端部１１ａから遊端部１１ｂにかけて複数のウングノズル１７を有する保炎部材としての２枚のバーナウイング１１を備え、この保炎部材１１の両側端を閉鎖する側板１１０を設けた構成が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
この構成のダクトバーナ８においては、図６に示すように燃料ガスヘッダ１０から燃料ガスｇを供給してガスノズル１３から噴出させる一方、酸素濃度１５〜１８％のタービン排ガスａの一部をウイングノズル１７からバーナ内部Ｆに導入して燃焼させる。
【０００７】
さて、ダクトバーナの着火は、ダイレクトに着火する方法と、パイロットバーナを用いる方法とがある。この点、ダクト内の排ガス流動の外的要因を受け難いパイロット着火を用いるのが一般的であり、従来、パイロット着火のためには、図６に示すように、外部から燃料ガスｇ１と、ファンにより吸引された燃焼用空気ｇ２との両方を供給していた。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−２４０９０９号公報（図１，３）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、同図に示すように、燃料ガスに関しては、本体燃焼用のメイン燃料ガス路と、パイロット燃焼用のパイロット燃料ガス路が備えられ、燃焼用空気に関しては、パイロット用に独自のブロアー及び空気路を備える必要があった。
しかしながら、ダクトバーナの様な、本体燃焼において、基本的に燃料ガスのみを供給すれば、これを実行することができる燃焼構造において、パイロット用のみに、それ専用のファン、空気路を備えることは、実際上、無駄が多く、コスト及びファンの設置レイアウトの問題となっていた。
【００１０】
従って、本発明の目的は、ガスタービン排ガスが流れる等の、排ガス路内を流れる排ガスの保有する酸素、及び熱を利用して、燃焼を行なう燃焼設備の構造において、基本的に、燃料ガスのみの供給で燃焼を行なうことができる燃焼設備の構造を得ることにある。
【００１１】
この種の構造が得られた場合、例えば、マイクロガスタービンコジェネレーションシステムにおいて、ガスタービン排ガスの保有する熱及び酸素を簡易な構成で、有効に利用することを可能となる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための、路内を流れる酸素含有ガス流の下流方向に向けて、燃料ガスを噴出するガスノズルと、前記燃料ガスが噴出される燃料ガス噴出部に、流下してくる酸素含有ガスをウイングノズルを介して導くバーナウイングとを備え、前記燃料ガス噴出部に火炎を形成する燃焼装置で、前記燃料ガス噴出部にパイロットバーナを備えた燃焼装置を前記路内に備えた燃焼設備の構造の特徴構成は、請求項１に記載されているように、
前記酸素含有ガス流の流れ方向における、前記バーナウイング下流側端より上流側に、前記酸素含有ガス流れに抵抗を与える抵抗体を設け、
前記抵抗体より上流側位置に吸引口を設け、前記吸引口より吸引した酸素含有ガスを、前記パイロットバーナに、パイロット用酸素含有ガスとして導くガス導通路を設けるとともに、前記パイロットバーナに前記燃料ガスを導く燃料ガス導入路を備えたことにある。
【００１３】
前記酸素含有ガスの流れ内に抵抗体を備えることで、この抵抗体を挟んだ上流側と下流側に圧力差を発生させることができる。そして、吸引口より吸引した酸素含有ガスを、パイロットバーナに、パイロット用酸素含有ガスとしてガス導通路により導くことで、このガスをパイロット燃焼に利用できる。燃焼ガスに関しては、燃料ガス導入路を介してパイロットバーナに導くことで、この燃料ガスがパイロット炎を形成する。
【００１４】
この構成の場合、燃焼装置には、燃料ガスを本体用、パイロット用に供給するだけで、設備を構築できる。
【００１５】
さて、請求項２に記載されているように、前記抵抗体が、前記路内全体を横断して設けられ、前記酸素含有ガスの通過を部分的に許容する部分通過型板状体であることが好ましい。
このような部分通過型板状体としては、パンチングメタルを含む多孔板、スリット板、流れに部分的なよどみを形成するよどみ形成体等を使用することが可能である。
そして、路内全体を横断して抵抗体を設ける場合は、路断面全体に均等な抵抗を付与することが可能となり、パイロット用の酸素含有ガスを確実に確保できる。
【００１６】
一方、請求項３に記載されているように、前記抵抗体が、前記燃焼装置と路壁との間に位置する酸素含有ガス通過空間を部分的に仕切る仕切り板である構成とすることも可能である。
燃焼装置と路壁との間は、比較的狭まっているため、小型のもので、所定の抵抗を流れに与えることができ、請求項２に記載の場合と同様に、本願目的を達成することができる。
【００１７】
さて、請求項４に記載されているように、前記バーナウイングに備えられるウイングノズルを介して、前記燃料ガス噴出部に前記酸素含有ガスを導くに、前記ガスノズルの吐出口に近接した近接位置と、前記吐出口から離れた離間位置とに分割して、前記酸素含有ガスを導く案内用仕切りを設け、
前記近接位置に導かれる第一酸素含有ガス量が可変とされる構造も好ましい。
【００１８】
本願構成の燃焼装置の上流側からは、酸素含有ガスが流路に沿って流下するとともに、バーナウイングに設けられたウイングノズルを介して、燃料ガス噴出部に酸素含有ガスが導かれる。従って、酸素含有ガスの流れは、前記案内用仕切りが存在しない場合は、基本的に管壁とバーナウイング及びそれに穿たれたウイングノズルとの関係によってきまる。
【００１９】
この場合、ガスノズルを介して燃料ガス噴出部に噴出される燃料ガスの量の変化に対して、酸素含有ガスの流れを良好に制御できない場合も存在する。そして、この種の燃焼構造にあっては、燃料ガスに酸素含有ガスが徐々に混合されて燃料を完結する、所謂、緩慢燃焼形態をとるため、火炎が不測に長くなりやすい。
【００２０】
そこで、案内用仕切りを設け、さらに、近接位置に導かれる酸素含有ガスの量を調整する。このようにすることで、案内用仕切りを設けることなく、流量調整を伴わない場合に比較して、ガスノズル近傍に多くの酸素含有ガスを調整して流すことができるため、燃焼量が大きく燃料ガス量が多い状態において、火炎を短くすることができ、且つ、燃焼性を良好なものとできる。
【００２１】
さて、上記してきた燃焼設備の構造としては、請求項５に記載されているように、前記酸素含有ガスが、ガスタービンの排ガスであることが好ましい。
この構成を取ると、ガスタービン排ガスの有する熱及び酸素を利用して、所謂、追い炊き構成で、その経済性を高めることが可能となる。
【００２２】
また、請求項６に記載されているように、これまで説明してきた燃焼設備の構造を、タービン排ガス路に備えたガスタービンコージェネレーションシステムを構築することで、例えば再生型のマイクロガスタービンコージェネレーションシステムを、小型で効率の良いものとすることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の燃焼設備の構造を、マイクロコジェネレーションシステムＣに採用する例を利用する例を、図面に従って説明する。
【００２４】
図１は、ガスタービン１を備えたコジェネレーションシステムＣの概略構成を示す（（イ）に全体構造を、（ロ）に要部構造を示している）ものであり、圧縮機２、燃焼器３、タービン４からなるガスタービン１を備えるとともに、出力軸５の一端に発電機６を備え、電力の取り出しが可能となっている。
【００２５】
タービン排ガスの排ガス路７には、本願の燃焼装置としてのダクトバーナ８、廃熱ボイラ９を記載順に備え、排ガスが有する熱は蒸気として回収可能となっている。
本願にあっては、このダクトバーナ８の配設部位の構造に、その特徴がある。
【００２６】
以下、本願の特徴である排ガス路７途中に備えられるダクトバーナ近傍の構造に関して説明する。
【００２７】
〔ダクトバーナ８〕
ダクトバーナ８の正断面図を図２に、平面図を図３に、さらに、側面図を図４に示した。
ダクトバーナ８は、排ガス路７を概略横断して設けられる燃料ガスヘッダ１０、この燃料ガスヘッダ１０に、その基端１１ａを、その遊端１１ｂを排ガス流下流側に備え、図２に示す排ガス路横断視で、下流側に拡開する一対のバーナウイング１１と、パイロットバーナ１２とを、主な機器として備えて構成されている。
【００２８】
〔燃料ガスヘッダ１０〕
前記燃料ガスヘッダ１０は、図２に示すように排ガス路７の上下方向ほぼ中央に設けられる。この燃料ガスヘッダ１０は、排ガス流れ下流に向かって開口する複数のガスノズル１３を備えて構成されており、図１（ロ）に示すように、燃料ガス導入路１４を介して供給される燃料ガスｇを下流側に噴出する。この燃料ガスｇの噴出部位は、本願にいう燃料ガス噴出部Ｆとなり、この部位Ｆに燃料炎が形成される。
【００２９】
〔バーナウイング１１〕
前記バーナウイング１１は、燃料ガスヘッダ１０の上下方向位置に一対設けられており、概略、板状の部材からなる。
前述のように、各ウイング１１は、その基端１１ａを前記燃料ガスヘッダ１０に固定連結されており、固定連結部１５から、それぞれ、図２に示すように、排ガス流れ方向で上下に拡開状に延出されている。その延出端である遊端１１ｂと、排ガス路内壁１６との間には、排ガスが流出できる構成とされている。そして、図３に示すバーナウイング１１の両側端部位には、側板１１０を設けて、燃料炎の形成箇所を覆う構成とされている。
【００３０】
これらバーナウイング１１には、排ガスが流通可能な孔を複数設けて、ウイングノズル１７とされており、このノズル１７を経て、上流側から燃料ガス噴出部Ｆに排ガスが案内されて、その部位に形成される燃焼炎に順次、燃料用酸素を供給可能とされている。従って、このバーナウイング１１は、保炎部材として働く。
【００３１】
〔パイロットバーナ１２〕
上記ガスノズル１３の燃料ガス吐出口１３ａの前方に、パイロット炎ｆを形成すべく設けられ、このバーナ１２は、基本的には、円筒状のバーナ本体１２ａとして構成されている。
このバーナ本体１２ａにも、前述の燃料ガス導入路１４から分岐したパイロット用燃料ガス導入路１４ａより燃料ガスｇが供給される。燃焼用空気の供給に関しては、本願独特の抵抗体であるパンチングメタル１８の上流部位から、ガス導入路１９を経て排ガスａの一部が導かれる構造が採用されている。詳細構造に関しては、後に詳述する。
【００３２】
以上説明したところは、パイロットバーナ１２に対する燃焼用空気の供給を除いて従来構造を踏襲したものである。以下、本願の特徴構成に関して説明する。本願の特徴は、以下の２構造である。
【００３３】
特徴構造１
本願にいう抵抗体１８を排ガス路７を横断して設け、この抵抗体１８の上流側からパイロットバーナ１２に燃焼用の酸素含有ガスとなる排ガスａを導く構造
【００３４】
特徴構造２
ガスノズル１３から燃料ガスｇが噴出するガス噴出部Ｆに、ウイングノズル１７を介して燃焼用の酸素含有ガスａを導くに、ガスノズル１７に近接した位置に導入される排ガス量を調節可能とする構造
【００３５】
〔特徴構造１〕
図２〜４に示すように、排ガスａの流れ方向で、前記燃料ガスヘッダ１０の上流側端に、本願にいう抵抗体としてのパンチングメタル１８が配設されている。このパンチングメタル１８は、図示する様に、排ガス路内全体を横断して設けられ、排ガスの通過を部分的に許容する部分通過型板状体とされるものである。このパンチングメタル１８を設けることで、排ガス流に抵抗を与え、後述のガス導通路１９を介して、上流側の排ガスａをパイロットバーナ１２に導くことができる。
【００３６】
一方、前記パンチングメタル１８より上流側位置に、その部位の排ガスを吸引するガス吸引口２０を設け、このガス吸引口２０より吸引した排ガスａ（酸素含有ガスの一種）を、パイロットバーナ１２に導くガス導通路１９を設けている。結果、このガス導通路１９を介して、排ガスの一部をパイロットバーナ１２に供給することができる。
【００３７】
〔特徴構造２〕
同じく、図２〜４に示すように、  バーナウイング１１に備えられるウイングノズル１７を介して、前記の燃料ガス噴出部Ｆに排ガスａを導くに、ガスノズル１７の吐出口１３ａに近接した近接位置と、この吐出口１３ａから離れた離間位置とに、排ガスａを分割して導く、案内用仕切り２１が設けられている。
【００３８】
この案内用仕切り２１は、排ガス路７が断面方形であることに対応させて、その仕切りを排ガス流路断面視、方形としたものであり、バーナウイング１１の上流側に、路内壁１６に沿って所定長さ上流方向に延出して構成されている。
【００３９】
同図に示すように、案内用仕切り２１内に形成される内部排ガス路７０には、弁開度を調節可能な流量調整弁７１が設けられており、この弁７１の開度調整により、路７０内を流れる排ガス量、即ち、燃料ガス噴出部Ｆ内で、ガスノズル１３の吐出口１３ａ近傍に供給される排ガス量（実質的には酸素量）を調整することができる。従って、この部位での空気比を調節可能となる。
【００４０】
以下、ダクトバーナ８の燃焼に関して説明する。
〔パイロット点火〕
上述した構成からパイロットバーナ１２には、燃料ガスを燃料ガス導入路１４を介して供給する。この時、燃焼に必要な酸素は、ガス導通路１９を介してパンチングメタル１８より上流側の部位から供給される。
従って、パイロット炎ｆは、このバーナ１２への燃料ガスｇの供給で形成できる。
【００４１】
〔メイン燃焼〕
前記パイロット炎ｆの着火を確認した後、燃料ガスヘッダ１０への燃料ガスｇの供給を開始し、ガスノズル１３より燃料ガスｇを噴出させる。この時、内部排ガス路７０に備えられる流量調整弁７１は、ガスタービン１の運転状態等から決まる排ガス路内全体を流れる排ガス量、及び、ガスノズル１３の吐出口近傍に供給すべき酸素量との関係から決まる開度に、内部排ガス路７０の開度が制御されている。この関係指標は、予め備えられるものである。
【００４２】
従って、メイン燃焼に関しても、ガスノズル１３から燃料ガスｇを、バーナウイング１１に備えられたウイングノズル１７から酸素含有ガスを順次供給して、良好に火炎を形成することができる。この場合、タービン排ガスは、燃焼用酸素の供給機能を発揮するとともに、燃料ガスヘッダ１０の外周に沿って下流側へ流れ、その間に燃料ガスヘッダ１０を冷却したのち、図示するように、ウイングノズル１７から燃料ガス噴出部Ｆに順次流入し、別途供給される燃料ガスｇと混合し燃焼する。
【００４３】
〔別実施例〕
（１）  上記の実施の形態にあっては、マイクロコージェネレションシステムに本願構造を採用する例を示したが、本願にあっては、ガスタービンから排出される排ガスを酸素源として、燃料ガスを供給して追い炊きを実行する任意の燃焼設備に適応できる。
（２）  上記の実施の形態にあっては、ダクトバーナの上流側のダクト内全面に渡るパンチングメタルを配設して、抵抗体としたが、この位置で、部分的に流れに抵抗を与える構成を採用してもよい。
さらに、図５に示すように、ダクトバーナに備えられるバーナウイングの遊端近傍で、その上流部位に、路内面より内側に延出し、内部の方形の通過部を備えたじゃま板１８０を設けて、前記抵抗体としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の燃焼設備構造を採用したコジェネレーションシステムの概略構成斜視図
【図２】本願の燃焼設備構造を採用したダクトバーナ設置部の正面図
【図３】本願の燃焼設備構造を採用したダクトバーナ設置部の平面図
【図４】本願の燃焼設備構造を採用したダクトバーナ設置部の側面図
【図５】別実施の形態の図２に対応する側面図
【図６】従来のダクトバーナに関するパイロットバーナ周りの燃料ガス、燃焼用空気供給系統の説明図
【符号の説明】
１        ガスタービン
７        排ガス路
８        ダクトバーナ
１０    燃料ガスヘッダ
１１    バーナウイング
１２    パイロットバーナ
１３    ガスノズル
１７    ウイングノズル
１８    パンチングメタル（抵抗体）
１９    ガス導通路
２０    ガス吸入口
２１    案内用仕切り
７０    内部排ガス路
７１    流量調節弁
ａ      排ガス
Ｃ      コジェネレーションシステム
Ｆ      燃料ガス吐出部（燃焼炎）
ｆ      パイロット炎
ｇ      燃料ガス
【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】
2004225966.tif 000007
【図６】
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