(57)【要約】【課題】        既存設備に設置可能であると共に、各負荷に応じて安定して排ガス中のＮＯx の低減を図れるガスタービン燃焼装置を提供すること。【解決手段】    燃焼器内筒１と燃焼器尾筒２とを接続してなる燃焼器３が、ケーシング４により形成された車室５内の周方向に複数設けられ、圧縮機から車室５内に吐出された圧縮空気量を制御するタービンバイパス機構を持たないガスタービン燃焼装置において、ケーシング４に開口し、車室５外に連通するマンホール４ａに嵌合された排気口部材１０と、車室５内に吐出された圧縮空気を均一に抽気する抽気管１２と、各抽気管１２が抽気した圧縮空気を回収し排気口部材１０に排気する円管１１と、円管１１が排気口部材１０を介して車室５外へ排気する排気量を制御する開閉弁とを備えることで、タービンバイパス機構をもたせること。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器内筒と燃焼器尾筒とを接続してなる燃焼器がケーシングにより形成された車室内の周方向に複数設けられたガスタービン燃焼装置において、
前記ケーシングに開口し、前記車室外に連通する１以上の排気口と、
前記車室内に吐出された圧縮空気を均一に抽気する１以上の抽気手段と、
前記各抽気手段が抽気した圧縮空気を回収して前記排気口に排気する１以上の回収手段と、
前記回収手段が前記排気口に排気する排気量を制御する排気制御手段とを備えた
ことを特徴とするガスタービン燃焼装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービン燃焼装置において、
前記排気制御手段は前記排気口が有する排気管に備えられた開閉弁である
ことを特徴とするガスタービン燃焼装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のガスタービン燃焼装置において、
前記回収手段は前記車室内の周方向に沿って延設し、かつ円環状に形成される円管である
ことを特徴とするガスタービン燃焼装置。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載のいずれかのガスタービン燃焼装置において、
前記抽気手段は前記車室内の周方向に配置されている
ことを特徴とするガスタービン燃焼装置。
【請求項５】
請求項４に記載のガスタービン燃焼装置において、
前記抽気手段は前記燃焼器の延設方向に開口する抽気管である
ことを特徴とするガスタービン燃焼装置。
【請求項６】
請求項５に記載のガスタービン燃焼装置において、
前記各抽気管の抽気口は同一円周上に配置されている
ことを特徴とするガスタービン燃焼装置。
【請求項７】
請求項６に記載のガスタービン燃焼装置において、
前記抽気管は前記燃焼器とその隣接する前記燃焼器との間に１つ備えられた
ことを特徴とするガスタービン燃焼装置。
【請求項８】
請求項７に記載のガスタービン燃焼装置において、
前記抽気管は前記各燃焼器間に備えられた
ことを特徴とするガスタービン燃焼装置。
【請求項９】
請求項１乃至８に記載のいずれかのガスタービン燃焼装置において、
前記排気口は前記車室内の作業時に使用するマンホールである
ことを特徴とするガスタービン燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガスタービンにおいては、排ガス中のＮＯx （酸化窒素）濃度を低減させるために、燃焼装置に種々改良を施して、ガスタービンの排ガス中の低ＮＯx 化を図っている。この方法としては、圧縮空気の全量を燃焼器内に導入せずに、バイパス弁を設けておいて、これに圧縮空気の一部をバイパスさせる方法が多く採用されている。
【０００３】
例えば、図５に示すように、燃焼器１０１は燃焼器内筒１０２と燃焼器尾筒１０３とから構成されている。この燃焼器１０１内においては、燃焼器内筒１０２の前端部に設けられた燃料供給管１０４から供給され、燃料噴射ノズル１０５によって噴射された燃料と、図示しない圧縮機から吐出され、デフューザ１０６を通り燃焼器内筒１０２の上流側に導入された圧縮空気とが混合される。そして、混合された燃料と圧縮空気とは、燃焼器内筒１０２の下流側もしくは燃焼器尾筒１０３の上流側の燃焼域で燃焼し、高温・高圧の燃焼ガスとしてタービン静翼１０７へと導入される。タービンではこの燃焼ガスを膨張させることにより駆動力を発揮し、圧縮機を駆動させると共に、残った出力で発電機などを駆動させている。図中の矢印は圧縮空気の流れを示している。
【０００４】
燃焼器内筒１０２に導入させる燃料と圧縮空気との比率（燃空比）は、ガスタービンの運転状態（即ち投入される燃料量）に応じて最適な値となるように制御される必要がある。このため、圧縮空気の全部を燃焼器１０１の燃焼域へ導入せず、一部をバイパスさせて、ケーシング１０８により形成される車室１０９から燃焼器尾筒１０３へ流入させる構成としている。このために設けられているのがバイパス弁１１０であり、圧縮空気の一部が、車室１０９内に設けたバイパス管１１１の開口部から燃焼器尾筒１０３内に供給されるようになっている。つまり、バイパス弁１１０の開閉量により燃料と圧縮空気との比率を制御している。
【０００５】
このようなガスタービン燃焼装置は、特公平６−４８０９３号公報に開示されている。また、圧縮機から吐出された圧縮空気を車室内だけではなく、熱交換を目的とした再生機に通した後に車室内に圧縮空気を供給する燃焼装置は、特開２００１−１０７７４８号公報に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特公平６−４８０９３号公報
【特許文献２】特開２００１−１０７７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年では環境規制が徐々に強化され、ＮＯx 排出規制も例外ではない。しかしながら、現在稼動中のガスタービンの中には、既存の設備ではこのＮＯx 排出規制に対応できないものもある。図６は排ガス中のＮＯx の低減が困難である従来のガスタービン燃焼装置を示している。この図６のガスタービン燃焼器では、車室１０９内の圧縮空気量を制御するバイパス弁１１０などが設置されていないことから、部分負荷時においても圧縮空気をすべて燃焼器３内に導いてしまう。これにより、燃焼器３内での燃焼の際に圧縮空気の過供給状態が起こり、ＮＯx が多量に発生してしまうことになる。このガスタービン燃焼装置に排ガス中のＮＯx の低減を目的とするバイパス弁１１０，バイパス管１１１及びこれらに付設する設備等を備えようとすると、通常のバイパス設備を設置するだけのスペースが車室内にはなく、取り付けが不可能である。
【０００８】
また、車室１０９内に多少なりともスペースあれば図６のガスタービン燃焼装置に図７のようなバイパス設備を設置することもできるが、バイパス管１１２を燃焼器尾筒１０３に無理に接続することになり、バイパス管１１２の形状にも無理がでてしまう。これは、予め設置されている図５のバイパス管１１１と比べてもよくわかるが、バイパス管１１２の大きく湾曲させられた外側の部位と、急激に曲げられた内側の部位とは強度的に問題があり、ガスタービン燃焼装置の稼動中に、これらの部位に応力が掛かり、破損してしまうおそれがある。
【０００９】
更には、このような管形状を形成させることにより、バイパス管１１２内を通過する圧縮空気の流れにも悪影響が出てしまう。バイパス弁１１０で圧縮空気量を制御しても、バイパス管１１２から燃焼器尾筒１０３に圧縮空気が流れづらくなり、車室１０９内の過剰とされる圧縮空気は燃焼器１０１に導入されてしまい、排ガス中のＮＯx の低減に繋がらないということになってしまう。
【００１０】
従って、本発明はこのような問題を解決するものであって、既存設備に設置可能であると共に、各負荷に応じて安定して排ガス中のＮＯx の低減を図れるガスタービン燃焼装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する第１の本発明に係るガスタービン燃焼装置は、燃焼器内筒と燃焼器尾筒とを接続してなる燃焼器がケーシングにより形成された車室内の周方向に複数設けられたガスタービン燃焼装置において、前記ケーシングに開口し、前記車室外に連通する１以上の排気口と、前記車室内に吐出された圧縮空気を均一に抽気する１以上の抽気手段と、前記各抽気手段が抽気した圧縮空気を回収して、前記排気口に排気する１以上の回収手段と、前記回収手段が前記排気口に排気する排気量を制御する排気制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第２の本発明に係るガスタービン燃焼装置は、第１の発明に記載のガスタービン燃焼装置において、前記排気制御手段は前記排気口が有する排気管に備えられた開閉弁であることを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する第３の本発明に係るガスタービン燃焼装置は、第１又は２の発明に記載のガスタービン燃焼装置において、前記回収手段は前記車室内の周方向に沿って延設し、かつ円環状に形成される円管であることを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する第４の本発明に係るガスタービン燃焼装置は、第１乃至３のいずれかの発明に記載のガスタービン燃焼装置において、前記抽気手段は前記車室内の周方向に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する第５の本発明に係るガスタービン燃焼装置は、第４の発明に記載のガスタービン燃焼装置において、前記抽気手段は前記燃焼器の延設方向に開口する抽気管であることを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決する第６の本発明に係るガスタービン燃焼装置は、第５の発明に記載のガスタービン燃焼装置において、前記各抽気管の抽気口は同一円周上に配置されていることを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決する第７の本発明に係るガスタービン燃焼装置は、第６の発明に記載のガスタービン燃焼装置において、前記抽気管は前記燃焼器とその隣接する前記燃焼器との間に１つ備えられたことを特徴とする。
【００１８】
上記課題を解決する第８の本発明に係るガスタービン燃焼装置は、第７の発明に記載のガスタービン燃焼装置において、請求項７に記載のガスタービン燃焼装置において、前記抽気管は前記各燃焼器間に備えられたことを特徴とする。
【００１９】
上記課題を解決する第９の本発明に係るガスタービン燃焼装置は、第１乃至８のいずれかの発明に記載のガスタービン燃焼装置において、前記排気口は前記車室内の作業時に使用するマンホールであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
燃焼器内筒と燃焼器尾筒とを接続してなる燃焼器がケーシングにより形成された車室内の周方向に複数設けられたガスタービン燃焼装置において、前記ケーシングに開口し、前記車室外に連通する１以上の排気口と、前記車室内に吐出された圧縮空気を均一に抽気する１以上の抽気手段と、前記各抽気手段が抽気した圧縮空気を回収し前記排気口に排気する１以上の回収手段と、前記回収手段が前記排気口に排気する排気量を制御する排気制御手段とを備えたので、各負荷に応じて安定して排ガス中のＮＯx の低減を図ることができる。
【００２１】
前記排気制御手段は前記排気口が有する排気管に備えられた開閉弁としたので、前記車室内に吐出された圧縮空気の排気量を確実に制御できる。これにより、前記燃焼器内に導入される圧縮空気が一定に保たれるので、排ガス中のＮＯx の低減を図ることができる。
【００２２】
前記回収手段は前記車室内の周方向に沿って延設し、かつ円環状に形成される円管としたので、前記各抽気手段が抽気した圧縮空気を確実に回収できる。
【００２３】
前記抽気手段は前記車室内の周方向に配置されているので、前記車室内から均一に圧縮空気を抽気することができる。従って、前記燃焼器内に導入される圧縮空気が一定に保たれ、排ガス中のＮＯx の低減を図ることができる。
【００２４】
前記抽気手段は前記燃焼器の延設方向に開口する抽気管であるので、前記車室内から均一に圧縮空気を抽気することができる。
【００２５】
前記各抽気管の抽気口は同一円周上に配置されているので、前記車室内から均一に圧縮空気を抽気することができる。
【００２６】
前記抽気管は前記燃焼器とその隣接する前記燃焼器との間に１つ備えられているので、前記車室内から均一に圧縮空気を抽気することができる。
【００２７】
前記抽気管は前記各燃焼器間に備えられているので、前記車室内から均一に圧縮空気を抽気することができる。
【００２８】
前記排気口は前記車室内の作業時に使用できるマンホールとしたので、排ガス中のＮＯx の低減を図ることが困難である既存ガスタービン燃焼装置においても低コストで設置可能であると共に、各負荷に応じて安定して排ガス中のＮＯx の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は本発明の一実施例に係るガスタービン燃焼装置の断面図、図２は図１に示すガスタービン燃焼装置の要部拡大図、図３は図１のＸ−Ｘ矢視断面図、図４は他の実施例を示すガスタービン燃焼装置の断面図である。図中の矢印は圧縮空気の流れを示している。
【００３０】
図１，図２及び図３に示すように、燃焼器内筒１と燃焼器尾筒２とを接続してなる燃焼器３は、ケーシング４で囲まれる空間である車室５に設置されている。燃焼器３は車室５の周方向で、かつ等間隔に１４本設置されている。
【００３１】
燃焼器内筒１の前端部には、燃料を供給するための燃料供給管６が設けられ、この燃料供給管６を通過した燃料は、同じく燃焼器内筒１の前端部に設けられた燃料噴射ノズル７
に供給され、噴射させられる。また、燃焼器内筒１の外周には、燃料噴射ノズル７に噴射された燃料と混合させて燃焼させるための圧縮空気を導く燃焼用空気口１ａが形成されている。
【００３２】
一方、燃焼器内筒１の後端部には燃焼器尾筒２が接続され、この燃焼器尾筒２は、混合された燃料と圧縮空気とが燃焼される際に発生する高温・高圧の燃焼ガスをタービン静翼８へ導くように延設されている。図示しないタービンでは、この燃焼ガスを膨張させることにより駆動力を発揮し、余剰の駆動力を外部へ出力するようにしている。また、このときタービンから排出されるガスが排ガスである。
【００３３】
車室５の下部には、図示しない圧縮機から導かれた圧縮空気を車室５に送り込むデフューザ９が設けられている。また、車室５の上部には、ケーシング４に開口するマンホール４ａが形成され、このマンホール４ａには、排気口である排気口部材１０が嵌合されている。
【００３４】
排気口部材１０のケーシング４の内側（車室５内）にはフランジ部１０ａが形成され、回収手段である車室５の周方向に延設する円環状の配管である円管１１のフランジ部１１ａと接続している。円管１１はフランジ部１０ａに接続されることにより、排気口部材１０と気密に接合され、圧縮空気が漏れないようになっている。また、円管１１は上下２つの円弧状の配管から構成されており、それぞれにフランジ部１１ｂが形成され、このフランジ部１１ｂにより機密に接合され、円環状の配管を形成している。
【００３５】
そして、円管１１には抽気手段である抽気管１２が接続されている。この抽気管１２は燃焼器３と略平行になるように延設された配管であり、抽気管１２の抽気口１２ａは各燃焼器３と同一円周上に配置されると共に、各燃焼器３間に１つの抽気管１２が設置されるように形成されている。本実施例では抽気管１２は１４本設置されている。
【００３６】
一方、排気口部材１０のケーシング４の外側（車室５の外側）にはフランジ部１０ｂが形成され、排気管１３のフランジ部１３ａと接続している。この排気管１３には、車室５から圧縮空気を車室５の外側へ排気し、その排気量を制御する排気制御手段である開閉弁１４が備えられている。開閉弁１４は、図示しない制御ユニット等によりガスタービンの稼働（負荷）状態に応じて開閉制御される弁である。
【００３７】
従って、上述した構成をなすことにより、圧縮機から吐出された圧縮空気はデフューザ９を通り車室５へと導かれる。車室５に導かれた圧縮空気の一部は、燃焼用空気口１ａを通り燃焼器内筒１内の上流側へと流れ込むと、これと同時に、燃料供給管６を通り燃料噴射ノズル７に噴射された燃料と混合される。そして、混合された燃料と圧縮空気は、燃焼器内筒１の下流側もしくは燃焼器尾筒２の上流側の燃焼域で燃焼させられ、高温・高圧の燃焼ガスを発生する。次いで、燃焼ガスは燃焼器尾筒２の下流側へと導かれ、タービン静翼８に導入される。タービンはこの燃焼ガスを膨張させることにより駆動力を発揮し、圧縮機を駆動すると共に余剰の駆動力を外部へ出力するようになっている。また、このときタービンからは排ガスが排出される。
【００３８】
一方、圧縮機から車室５に吐出された圧縮空気のうち、前述した燃焼器内筒１内に供給された圧縮空気を除く圧縮空気は、抽気管１２によって抽気される。このとき抽気管１２は車室５の周方向に沿って設置され、抽気管１２の抽気口１２ａは各燃焼器３と同一円周上に配置されると共に、各燃焼器３間に１つずつ設置されているので、車室５内の圧縮空気を均一に抽気できるようになっている。そして、抽気管１２が抽気した圧縮空気は円管１１によって回収される。円管１１も抽気管１２に合わせて車室５の周方向に延設させているので、各抽気管１２内の圧縮空気を確実に回収することができる。次いで、円管１１に回収された圧縮空気は、排気口部材１０と排気管１３と順に通過し、車室５の外へ排気される。
【００３９】
このとき、開閉弁１４は、燃焼器内筒１へ供給される燃料の流量と、圧縮空気の流量との混合比率（燃空比）を一定にし、安定な燃焼とＮＯx の発生を低減した燃焼とになるような比率に調整している。つまり、開閉弁１４は、車室５内の余剰の圧縮空気を開閉動作により車室５の外側へバイパスすることで、燃焼器内筒１内へ供給する圧縮空気量を制御している。
【００４０】
即ち、開閉弁１４は低負荷時はバイパスする圧縮空気量を多くし、高負荷時はバイパスする圧縮空気量を少なく制御している。これにより、燃焼器３の燃焼域での燃空比を一定に保ち、燃焼ガス中のＮＯx の低減を図ることができるので、タービンから排出される排ガス中のＮＯx も低減することができる。
【００４１】
ここで、本実施例ではマンホール４ａに排気口部材１０を勘合させて圧縮空気の排気口としている。マンホール４ａはガスタービン燃焼装置を設置するときに予め備えられるものであり、通常、マンホール４ａは作業者がガスタービン燃焼装置内を点検するときに使用する出入口とされている。つまり、このマンホール４ａを排気口とすることで、図６に示した排ガス中のＮＯx の低減が困難である従来のガスタービン燃焼装置で、車室内に充分なスペースがない場合であっても、本実施例によるガスタービン燃焼装置の構成が可能となる。従って、ガスタービン燃焼装置を大幅に改造することなく、低コストで既存の設備を利用して排ガス中のＮＯx を低減することができる。もちろん、ガスタービン燃焼装置を新たに設置する場合においても、当初から本実施例に示すガスタービン燃焼装置の構成にしても構わない。
【００４２】
従って、本発明によれば、燃焼器内筒１と燃焼器尾筒２とを接続してなる燃焼器３が、ケーシング４により形成された車室５内の周方向に複数設けられたガスタービン燃焼装置において、ケーシング４に開口し、車室５外に連通するマンホール４ａに嵌合された排気口部材１０と、車室５内に吐出された圧縮空気を均一に抽気する抽気管１２と、各抽気管１２が抽気した圧縮空気を回収し排気口部材１０に排気する円管１１と、円管１１が排気口部材１０を介して車室５外へ排気する排気量を制御する開閉弁とを備えたことにより、各負荷に応じて安定して排ガス中のＮＯx の低減を図ることができる。
【００４３】
また、開閉弁１４は排気管１３に備えられているので、車室５内の余剰の圧縮空気を開閉弁１４の開閉動作により車室５の外側へバイパスすることで、燃焼器内筒１へ供給される燃料の流量と、圧縮空気の流量との混合比率（燃空比）を一定に保つことができる。つまり、安定な燃焼と、ＮＯx の発生を低減した燃焼とがなされるので、排ガス中のＮＯx の低減を図ることができる。
【００４４】
そして、抽気管１２は車室５の周方向に沿って設置され、抽気管１２の抽気口１２ａは各燃焼器３と同一円周上に配置されると共に、各燃焼器３間に１つずつ設置され、円管１１も抽気管１２に合わせて車室５の周方向に延設させているので、抽気管１２は車室５内の圧縮空気を均一に抽気でき、抽気管１２が抽気した圧縮空気は円管１１によって効率よく確実に回収できる。従って、燃焼器３内に導入される圧縮空気が一定に保たれ、排ガス中のＮＯx の低減を図ることができる。
【００４５】
更に、排気口部材１０を車室５内の作業時に使用するマンホール４ａに勘合させたことにより、排ガス中のＮＯx の低減を図ることが困難である既存ガスタービン燃焼装置においても低コストで開閉弁１４を設置できる。しかも、排気口部材１０と円管１１とは、フランジ部１０ａとフランジ部１１ａとで接続されているだけなので、簡単に取り外しが可能であることから、車室５内の作業時の出入りも簡単に行うことができる。
【００４６】
なお、本実施例においては、燃焼器３と抽気管１２との数量を１４本ずつとしているが、数量はこれに限定されるものではない。また、円管１１を２つの円弧状の配管からなされているが、これもこの数量に限定されることはなく、最終的に円環状に形成された配管であれば構わない。そして、排気管部材１０の管径，円管１１の管径及び抽気口１２ａの口径は圧縮空気の排気量や抽気量によって適宜変更してもよく、各抽気口１２ａの口径はそれぞれ同径でなくてもよい。更に、抽気管口１２ａの向きを図４に示す抽気管１５の抽気口１５ａのようにすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、車室内の圧縮空気量を制御するためのバイパス弁を有するガスタービン燃焼装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施例に係るガスタービン燃焼装置の断面図である。
【図２】本発明の一実施例に係るガスタービン燃焼装置の要部拡大図である。
【図３】図１のＸ−Ｘ矢視断面図である。
【図４】本発明の他の実施例を示すガスタービン燃焼装置の断面図である。
【図５】従来例を示すガスタービン燃焼装置の断面図である。
【図６】他の従来例を示すガスタービン燃焼装置の断面図である。
【図７】図６に示すガスタービン燃焼装置にバイパス設備を備えたときの断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１        燃焼器内筒
１ａ      燃焼用空気口
２        燃焼器尾筒
３        燃焼器
４        ケーシング
４ａ      マンホール
５        車室
６        燃料供給管
７        燃料噴射ノズル
８        タービン静翼
９        デフューザ
１０      排気口部材
１０ａ    フランジ部
１０ｂ    フランジ部
１１      円管
１１ａ    フランジ部
１１ｂ    フランジ部
１２      抽気管
１２ａ    抽気口
１３      排気管
１３ａ    フランジ部
１４      開閉弁
１５      抽気管
１５ａ    抽気口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005171795.tif 000006
【図５】
2005171795.tif 000007
【図６】
2005171795.tif 000008
【図７】
2005171795.tif 000009