(57)【要約】  燃焼装置（５）は、バーナ（１０）と、バーナ（１０）の下流側の燃焼器（１１）と、燃料および空気の噴射のためにバーナ（１０）に突出したランス（１４）と、バーナ（１０）を少なくとも部分的に収容するプレナム（２０，２７）とを備えている。プレナム（２０，２７）はランス（１４）の内部に酸化剤を供給するためにランス（１４）の内部に接続されている。
2015511697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼装置（５）であって
バーナ（１０）と、
該バーナ（１０）の下流側の燃焼器（１１）と、
燃料および空気の噴射のために前記バーナ（１０）に突出したランス（１４）と、
前記バーナ（１０）を少なくとも部分的に収容したプレナム（２０，２７）と、を備えた燃焼装置（５）であって、
前記プレナム（２０，２７）は、前記ランス（１４）に酸化剤を供給するために前記ランス（１４）の内側に接続されていることを特徴とする燃焼装置（５）。
【請求項２】
前記ランス（１４）は、酸化剤用ダクト（２１）と少なくとも１つの燃料用ダクト（２３，２４）とを備えており、前記プレナム（２０，２７）は、前記酸化剤用ダクト（２１）に接続されている、請求項１記載の燃焼装置（５）。
【請求項３】
前記酸化剤用ダクト（２１）は、前記少なくとも１つの燃料用ダクト（２３，２４）を囲んでいる、請求項２記載の燃焼装置（５）。
【請求項４】
前記ランス（１４）は、前記プレナム（２０，２７）に収容されている部分を有しており、前記酸化剤用ダクト（２１）は、該酸化剤用ダクト（２１）を前記プレナム（２０，２７）に接続している少なくとも１つの開口部（２５）を有している、請求項２記載の燃焼装置（５）。
【請求項５】
前記燃焼器のための冷却流路により接続された外側プレナム（２０）および内側プレナム（２７）を備えた、請求項４記載の燃焼装置（５）。
【請求項６】
前記酸化剤用ダクト（２１）は、前記外側プレナム（２０）に接続されている、請求項５記載の燃焼装置（５）。
【請求項７】
前記酸化剤用ダクト（２１）は、前記内側プレナム（２７）に接続されている、請求項５記載の燃焼装置（５）。
【請求項８】
前記外側プレナム（２０）は、前記内側プレナム（２７）を少なくとも部分的に収容している、請求項５記載の燃焼装置（５）。
【請求項９】
前記酸化剤用ダクト（２１）は、該酸化剤用ダクト（２１）から外側に突出したスリーブ（２９）を有するノズル（２８）を備えている、請求項２記載の燃焼装置（５）。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの燃料用ダクト（２３，２４）は、ノズル（３０，３１）を有しており、前記酸化剤用ダクト（２１）のための前記ノズル（２８）は、前記少なくとも１つの燃料用ダクト（２３，２４）の前記ノズル（３０，３１）と実質的に同軸である、請求項２記載の燃焼装置（５）。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの燃料用ダクト（２３，２４）は、該燃料用ダクト（２３，２４）から外側に突出したスリーブを有する前記ノズル（３０，３１）を備えている、請求項１０記載の燃焼装置（５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、燃焼装置に関する。特に、以下では、ガスタービン、例えば連続燃焼ガスタービンに関して記載し、その装置を、例えば炉といった他の用途においても実施し得ることがいずれにせよ明らかである。
【０００２】
背景
図１を参照すると、ガスタービン１は、圧縮機２と、燃焼装置３と、タービン４とを備えている。圧縮機２は、高圧空気を発生させる。高圧空気は、燃料とともに燃焼装置３に供給される。高圧空気および燃料は燃焼装置３において燃焼されて高温ガスを発生させる。高温ガスは、タービン４（高圧タービン）において膨張される。タービン４から、排ガスが排出される。
【０００３】
連続燃焼ガスタービンは、高圧タービン４の下流側に第２の燃焼装置５を備えている。第２の燃焼装置５において、別の燃料が排ガスに供給され、かつ燃焼され、高温ガスを発生させる。次いで、高温ガスは、第２のタービン６（低圧タービン）において膨張される。
【０００４】
第２の燃焼装置５において、燃料とともに空気も噴射される。この空気は、主に、第２の燃焼装置を流れる排ガスへの燃料の浸透を助け、かつ噴射直後の早期の燃料燃焼を防ぐ機能を有している。
【０００５】
第２の燃焼装置５を通る排ガスは高圧なので（なぜなら高圧タービン４において部分的な膨張しか発生しないので）、第２の燃焼装置５に噴射される空気は、圧縮機２の最終段から引き込まれる。
【０００６】
この冷却機構にはいくつかの欠点がある。
【０００７】
実際、圧縮機２の最終段において、空気は高圧なので、空気を引き込むこと（それによってこの空気が燃焼および膨張することを防ぐこと）は、ガスタービンの性能および効率に大きな悪影響を与える。
【０００８】
概要
本開示の態様は、周知の燃焼装置に比べて性能および効率が改善した燃焼装置を提供することを含む。
【０００９】
本開示の別の態様は、圧縮機から空気を引き込むことによる悪影響を減らすことができる燃焼装置を提供することである。
【００１０】
これらおよびさらなる態様は、添付の特許請求の範囲による燃焼装置を提供することにより達成される。
【００１１】
有利には、逆火限界が増し、かつＮＯx排出が減少する。
【００１２】
さらなる特徴および利点は、添付の図面の非限定的な例によって示される、燃焼装置の好適であるが非限定的な実施の形態の記載からより明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】周知のガスタービンの概略図である。
【図２】本発明の実施の形態による、ガスタービンの概略図である。
【図３】本発明の別の実施の形態による、ガスタービンの詳細を示した図である。
【図４】本発明の別の実施の形態による、ガスタービンの詳細を示した図である。
【図５】ランスの詳細を示した図である。
【図６】冷却空気分配を備えた別の実施の形態である。
【００１４】
例示的な実施の形態の詳細な説明
以下では、添付の図面に関して記載する。図面において、いくつかの図を通じて同一または類似の部分には同一の参照番号が付されている。
【００１５】
好ましくは、燃焼装置は、ガスタービン、例えば連続燃焼ガスタービン１の一部である。
【００１６】
連続燃焼ガスタービン１は、圧縮機２と、第１の燃焼装置３と、第１のタービン４（高圧タービン）と、第２の燃焼装置５と、第２のタービン６（低圧タービン）とを備えている。これらのガスタービンは、当技術分野において周知である。
【００１７】
作動時、圧縮機２は、酸化剤を圧縮し、かつ酸化剤を第１の燃焼装置３に供給する。通常、酸化剤は空気である。以下では空気に関して記載する。第１の燃焼装置３は、圧縮空気および燃料を受け取り、かつそれらを燃焼して高温ガスを発生させる。高温ガスは、第１のタービン４において部分的に膨張される。第１のタービン４からの排ガスは、第２の燃焼装置５に入る。第２の燃焼装置５において、別の燃料が供給かつ燃焼され、高温ガスを発生させる。高温ガスは、次いで第２のタービン６で膨張される。
【００１８】
第２の燃焼装置５は、バーナ１０を備えている。作動中、流れＦ（タービン４からの排ガス）がバーナ１０を流れる。当然、様々な種類のバーナまたはガスタービンもしくは燃焼装置の用途において、流れは排ガスとは別の流れでもあり得る。
【００１９】
バーナ１０の下流側には燃焼器１１が提供されている。
【００２０】
バーナは、渦発生器１３（例えば、４面体渦発生器）を備えた入口１２と、燃料および空気の噴射のためにバーナ１０に突出したランス１４とを備えている。
【００２１】
ランス１４を通って噴射された空気は、主として以下の用途のために使用される。
・バーナ１０を流れる排ガスへの燃料浸透を助ける。
・燃料が噴射後すぐに燃焼するのを防ぐために、噴射後に燃料を防護かつ保護する。
・ランスを流れる間にランスを冷却する。
【００２２】
ランス１４は、空気源と燃料タンクとに接続されている（参照符合１６は、燃料タンクからのパイプを示している）。
【００２３】
別の例では、ランス１４は、例えば油などの液体燃料および気体燃料といった別の燃料を供給するように配置することができる。この場合、ランス１４は、２つ以上の燃料タンクに接続されており、それぞれ１種類の燃料のためのものである。
【００２４】
燃焼装置５は、バーナ１０と燃焼器１１とを収容しているプレナムを備えている。プレナムにおいて、空気は実質的に静止している（すなわち、動いていない）。
【００２５】
プレナムは、ランス１４の内部に空気を供給するために、ランス１４の内部に接続されている。
【００２６】
プレナムは、外側プレナム２０と内側プレナム２７とを備えることができる。外側プレナム２０は、内側プレナム２７を収容している。内側プレナム２７は、バーナ１０に空気を供給するために、バーナ１０に接続されている。内側プレナム２７および外側プレナム２０は、燃焼器１１のための冷却流路により接続されている。
【００２７】
ランス１４は、空気用ダクト２１と１つ以上の燃料用ダクト２３，２４とを備えている（例えば、ランス１４は２つの異なる燃料を供給することができ、この場合、各ダクト２３，２４は、燃料タンクに接続されている）。プレナム２０またはプレナム２７は空気用ダクト２１に接続されている。
【００２８】
好ましくは、空気用ダクト２１は燃料用ダクト２３，２４を囲んでおり、かつランス１４はプレナム２０，２７に収容されている部分を有している。加えて、空気用ダクト２１は、空気用ダクト２１をプレナム２０または２７に接続している１つ以上の開口部２５を備えている。
【００２９】
特に、図３は、空気用ダクト２１が外側プレナム２０に接続されている例を示している。
【００３０】
図４は、空気用ダクト２１が内側プレナム２７に接続されている例を示している。
【００３１】
好ましくは、ダクト２１の入口における空気圧の損失は、その入口形状の適切な成形により最小化される。
【００３２】
図４の実施の形態（すなわち、ダクト２１が内側プレナム２７に接続されている実施の形態）では、低圧の空気がランス１４およびダクト２１を通って供給されている（なぜなら、空気は圧力降下を経て内側プレナム２７に到達するからである）。
【００３３】
ダクト２１を内側プレナム２７または外側プレナム２０に接続することによって、バーナ１０に噴射された空気が、バーナ１０を流れる流れ（排ガス）の圧力に近い圧力を有する。
【００３４】
空気用ダクト２１は、空気用ダクト２１から外側へ突出したスリーブ２９を有するノズル２８を備えている。この特徴は強制ではないが、空気および燃料の浸透を助けることができる。図４の実施の形態において、スリーブは、図３の実施の形態のスリーブよりも長いことが好ましい。長さが長いと、空気圧が低い場合、高温ガスへの浸透が助けられる。
【００３５】
図に示されるように、空気用ダクト２１用のノズルは、燃料用ダクト２３，２４のノズル３０，３１と実質的に同軸である（参照符合３４は、ノズル２８，３０，３１の軸線を示している）。
【００３６】
燃料用ダクト２３，２４は、各燃料用ダクト２３，２４から外側へ突出したスリーブを有するノズル３０，３１を備えている。
【００３７】
燃焼装置の動作は、説明および図面から明らかとなり、実質的に以下の通りである（図３を参照）。
【００３８】
空気は、圧縮機２の中間部分から引き込まれる。中間部分において、空気圧は排ガスＦの圧力に近い。この空気は、外側プレナム２０に供給されている。
【００３９】
空気は、外側プレナム２０から開口部２５を介してダクト２１に入り（矢印Ｆ４）、ランス１４のダクト２１を通り、ノズル２８に到達し、かつ燃料（矢印Ｆ６）とともにノズル２８から噴射される（矢印Ｆ５）。
【００４０】
図４の実施の形態において、空気が燃焼器壁部を冷却するために使用されている（矢印Ｆ１）。次いで、空気は内側プレナム２７に供給されている（矢印Ｆ２）。冷却空気が内側プレナム２７からバーナの壁部を通じて供給され、バーナの壁部を冷却している（矢印Ｆ３）。加えて、空気は、開口部２５を通じてランス１４のダクト２１に入り（矢印Ｆ４）、かつダクト２１を通り、ノズル２８に到達している。次いで、空気は、燃料とともに（矢印Ｆ６）ノズル２８を通じてバーナ１０に噴射されている（矢印Ｆ５）。
【００４１】
驚くべきことに、ランス１４を通じて噴射された空気が所与の流れ圧力に近い圧力を有しているときも、動作は燃料浸透および燃焼の点から依然として正常に生じるということが確認された。
【００４２】
当然、説明された特徴は、互いに独立して提供してもよい。
【００４３】
実際には、使用材料および寸法は、要件および技術水準に従って任意に選択することができる。
【００４４】
図６の実施の形態は、図３の実施の形態に基づいている。図３に示されている詳細に加えて、プレナム２０および内側プレナム２７への空気の供給が示されている。さらに、燃焼器１１の下流側の第１のタービンベーン列３３と、バーナ１０の上流側の出口ガイドベーンと、出口プレナム１８とが示されている。
【００４５】
プレナム２０および内側プレナム２７への空気の供給は、主分配プレナム１７により提供されている。この例において、第１のタービンベーン列３３を冷却するために必要な冷却空気Ｆ７も、主分配プレナム１７により提供されている。冷却空気流Ｆ０は、主分配プレナム１７に提供されている。通常、冷却空気流Ｆ０は、圧縮機抽気（すなわち、圧縮機出口の前）から取り出すことができる中圧冷却空気である。
【００４６】
１つの実施の形態によれば、プレナム２０のための冷却空気流Ｆ８および内側プレナム２７のための冷却空気流Ｆ１は、主分配プレナム１７により提供されている。
【００４７】
プレナム１７，１８，２０，２７は、ガスタービンの高温ガス流路を同心円状に囲んだ環状プレナムであることができる。入口プレナム１８は、入口ガイドベーン列３２の周囲に同心円状に配置することができる。主分配プレナム１７は、第１のタービンベーン列３３の周囲に同心円状に配置することができる。プレナム２０は、燃焼器１１および内側プレナム２７の周囲に同心円状に配置することができる。
【００４８】
図６に示される実施の形態において、第１のタービンベーン列３３のための冷却空気流Ｆ７も、主分配プレナム１７により提供されている。
【００４９】
図６に示される実施の形態において、入口ガイドベーン列３２のための冷却空気流Ｆ９も、主分配プレナム１７により提供されている。この場合、別の出口プレナム１８が、入口ガイドベーン列３２の冷却空気の供給のために、バーナ１０の上流側端部に配置されている。入口ガイドベーン列３２のための冷却空気流Ｆ９は、プレナム２０を介して主分配プレナム１７から提供されている。
【００５０】
１つの主分配プレナム１７を使用することによって、冷却空気供給ラインの必要性が減り、かつ燃焼器１１およびバーナ１０全体に中圧冷却空気を使用することが可能になる。
【００５１】
実施の形態に応じて、第１のベーン列３３および入口ガイドベーン３２の冷却空気も、主分配空気プレナムから提供することができる。
【００５２】
燃焼器のライナに沿った冷却空気（流れＦ１）の流速とベーン３２，３３における冷却空気の流速とに比べて、プレナム１７，１８，２０における流速は遅い。特に、プレナム２０の断面は、プレナム２０にわたる圧力降下を小さく保つために、プレナム２０における流速を落とすように、大きく保たれている。１つの実施の形態によれば、流速は、３０ｍ／ｓ未満に保つことができる。さらなる実施の形態によれば、流速は、１５ｍ／ｓ未満に保つことができる。
【００５３】
対照的に、燃焼器１１のライナに沿った空気流Ｆ１の流速は、３０ｍ／ｓより高くまたは５０ｍ／ｓより高くなることができる。
【００５４】
結果として、空気流Ｆ１および空気流Ｆ８が、同一の主分配プレナムから供給されても、ランス１４に空気流Ｆ４を供給するための圧力は、内側プレナム２７における圧力よりも高くなる。
【００５５】
プレナム２０および入口プレナム１８における圧力降下が小さいため、入口プレナム１８における圧力は、冷却空気を出口ガイドベーン３２に供給可能にするのに十分である。
【符号の説明】
【００５６】
１  ガスタービン
２  圧縮機
３  燃焼装置
４  高圧タービン
５  燃焼装置
６  低圧タービン
１０  バーナ
１１  燃焼器
１２  入口
１３  渦発生器
１４  ランス
１６  パイプ
１７  主分配プレナム
１８  出口プレナム
２０  プレナム
２１  空気用ダクト
２３，２４  燃料用ダクト
２５  開口部
２７  内側プレナム
２８  ノズル
２９  スリーブ
３０，３１  ノズル
３２  出口ガイドベーン列
３３  第１のガイドベーン列
３４  軸線
Ｆ  排ガスの流れ
Ｆ０，Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ７，Ｆ８，Ｆ９  空気
Ｆ４，Ｆ５  酸化剤（空気）
Ｆ６  燃料
【図１】
2015511697.tif 000003
【図２】
2015511697.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015511697.tif 000006
【図５】
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【図６】
2015511697.tif 000008
【国際調査報告】
2015511697.tif 000009
2015511697.tif 000010
2015511697.tif 000011