(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
追焚燃料を燃焼させてガスタービン排ガスを再熱する追焚燃焼法において、前記追焚燃料を一次燃料と二次燃料の二段に分けて供給すると共に、一段目の前記一次燃料に対して適正空気比となる量の燃焼用空気を供給して一次火炎を形成する一方、二段目では前記一次火炎の周りに前記二次燃料を噴射して前記一次火炎と前記二次燃料とを接触させることで前記一次火炎中のＮＯｘを還元燃焼させると共にその二次燃料の噴流の周りに前記ガスタービン排ガスを噴射して該ガスタービン排ガス中の残存酸素を使って前記二次燃料を完全燃焼させることを特徴とするガスタービン排ガス利用の追焚燃焼法。
【請求項２】
追焚燃料を一次燃料と二次燃料の二段に分けて供給する燃料供給系と、前記一次燃料に対して適正空気比となる量の燃焼用空気をバーナスロートへ供給する燃焼用空気供給系と、前記バーナスロート内で前記一次燃料を噴射して適正空気比下で一次火炎を形成する一次燃料ノズルと、前記一次燃料ノズルよりも下流側で前記一次火炎の周りに前記二次燃料を前記一次火炎に向けてあるいは平行に噴射する二次燃料ノズルと、前記二次燃料ノズルの周りから追焚ボイラの燃焼室内へ前記一次火炎とほぼ平行にガスタービン排ガスを噴射する排ガスノズルとを備え、前記二次燃料を前記一次火炎と前記二次燃料とを接触させることで前記一次火炎中のＮＯｘを還元燃焼させると共に前記ガスタービン排ガス中の残存酸素を使って完全燃焼させ前記一次火炎と相俟って前記ガスタービン排ガスを再熱することを特徴とするガスタービン排ガス利用の追焚バーナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン排ガス（以下、ＧＴ排ガスと略称する）中に残存する酸素を利用した燃焼によりＧＴ排ガスの増熱を行うための追焚燃焼法及びこの方法を利用する追焚バーナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンで仕事をした後のＧＴ排ガスには、まだボイラ用熱源として十分な熱を有していることから、そのまま廃棄せずに排熱ボイラに全量供給されて熱源として使用されている。このとき、ＧＴ排ガスには、酸素が残っているのでこれを利用して追焚きを行い、ＧＴ排ガスそのものの再熱を図ってより高い熱量のＧＴ排ガスとして蒸気発生量を増やすことが行われている。このＧＴ排ガスの追焚きには、ダクトバーナの使用が主流となっている。このダクトバーナは、ＧＴ排ガスを排熱ボイラに導くダクトの中にＧＴ排ガスの流れと直交するように燃料供給管を配置し、ＧＴ排ガスの流れの下流側へ向けて複数の燃料噴射孔から追焚燃料を噴射するように設けられている。この追焚バーナでは、燃料供給管の噴射孔から燃料を噴射してＧＴ排ガス中の残存している酸素を利用して追焚をするため、ＧＴ排ガスの流れを整えて一様にするための直管部を必要としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したダクトバーナでは、ＧＴ排ガスのダクト内での偏流を十分に抑制するには相当の長さの直管部を必要とすることから、場所をとってしまいガスタービンや排熱ボイラ等の設備の配置に著しく制約を受けてしまう問題を有している。また、充分な直管部を採れない場合には、追焚燃料とＧＴ排ガスの混合が部分的に不十分となり良好な燃焼状態が得られず、所望の増熱が図れない場合がある。
【０００４】
また、ダクトバーナは、単にＧＴ排ガスの流れの中に燃料を噴射するだけであるため、燃焼が不安定になり易く、一般に１２〜１６％（ＷＥＴ）程度の酸素の濃度のＧＴ排ガスでは、その酸素濃度が９％程度にまで下がるような追焚燃焼しかできず、フレッシュエア（燃焼に一度も供されていない空気）の補給無しには燃焼量を大きくできない。このため、追焚燃焼により得られる熱量が不十分となりＧＴ排ガスの十分な増熱を得られない。よって、多量の蒸気を必要とする場合等には対応することができないという問題がある。
【０００５】
また、このダクトバーナではＧＴ排ガスの量が圧倒的に多くかつ低酸素濃度であるため、極めて過剰な空気比となってもともと燃焼の安定性が悪いため、燃焼量を絞る（即ち、ターンダウンする）と燃焼が更に不安定となることから、ターンダウン比を３〜５：１程度の小さい値にせざるを得ない。
【０００６】
さらに、最近では、排熱ボイラで生成された蒸気の余剰分を過熱してガスタービン側へ還流してガスタービンの回転数を増加させるチェンサイクルが採用されることが多い。しかし、このチェンサイクルを使用した時のＧＴ排ガスの酸素濃度は８％（ＷＥＴ）位まで下がっていることが多い上に水分量も多い。このため、このＧＴ排ガス中の残存酸素だけを利用して追焚燃焼を行うことは難しく、大量のフレッシュエアを混入して酸素濃度を上げてから追焚燃焼させなければならず、ＧＴ排ガスの残存酸素を利用した追焚燃焼のメリットが低減する。即ち、ＧＴ排ガスの増熱のための再熱を少ない追焚燃料で実現することが難しい。
【０００７】
また、ガスタービンの停止時等にも排熱ボイラでの蒸気発生量を確保するためには、追焚バーナにおいてＧＴ排ガスを使用せずにフレッシュエアのみを使用して通常の拡散燃焼（フレッシュモード燃焼）を行う必要がある。ところが、ダクトバーナにおいてＧＴ排ガスの代わりにフレッシュエアを流すのでは、必要以上の大量のフレッシュエアを必要としてしまうため、フレッシュエアの供給に多量のエネルギを費やして全体の効率が悪くなってしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、コンパクトな燃焼設備の実現が可能なＧＴ排ガス利用の追焚燃焼法及びこれを利用する追焚バーナを提供することを目的とする。また、本発明は、ＧＴ排ガスのより一層の増熱が可能なＧＴ排ガス利用の追焚燃焼法及びこれを利用する追焚バーナを提供することを目的とする。また、本発明はターンダウン比を大きくすることが可能なＧＴ排ガス利用の追焚燃焼法及びこれを利用する追焚バーナを提供することを目的とする。更に、本発明は、多量の燃焼用空気を使用せずに追焚燃焼できるＧＴ排ガス利用の追焚燃焼法及びこれを利用する追焚バーナを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために請求項１記載の発明は、追焚燃料を燃焼させてＧＴ排ガスを再熱する追焚燃焼法において、追焚燃料を一次燃料と二次燃料の二段に分けて供給すると共に、一段目の一次燃料に対して適正空気比となる量の燃焼用空気を供給して一次火炎を形成する一方、二段目では一次火炎の周りに二次燃料を噴射して一次火炎と二次燃料とを接触させることで一次火炎中のＮＯｘを還元燃焼させると共にその二次燃料の噴流の周りにＧＴ排ガスを噴射して該ＧＴ排ガス中の残存酸素を使って二次燃料を完全燃焼させるようにしている。
【００１０】
したがって、一段目では一次燃料が適正空気比の下で完全燃焼する。そして、二段目で供給される二次燃料がその周りから噴射される多量のＧＴ排ガス中の残存酸素を利用して完全燃焼する。このとき、一次燃料は適正空気比で燃焼するため多量のＮＯｘの発生を伴うが、二次燃料との接触によってそのＮＯｘが還元されるため一次燃焼で発生したＮＯｘは低減される。他方、二次燃料は多量のＧＴ排ガス中に残存する低濃度の酸素を利用して超過剰空気比の下で完全燃焼するため、ＮＯｘの発生量は少ない。また、一段目及び二段目の燃焼においてそれぞれ完全燃焼を行っているので、ＣＯの発生を抑制することもできる。しかして、全体としてＮＯｘの発生量を低く抑えつつ得られた発熱量を以てＧＴ排ガスの再熱が図られる。
【００１１】
しかも、一次燃料に対しては完全燃焼を起こす適正空気比のフレッシュエアが供給されるため、安定燃焼する一次火炎が保炎源として機能し、二段目で低酸素濃度のＧＴ排ガスが圧倒的多量に供給されて超過剰空気状態となっても二次燃料が安定的にかつ完全燃焼し、更にターンダウン幅を大きくしても燃焼の安定性は損なわれない。
【００１２】
また、追焚燃料の噴射量を増やして発生熱量の増加を図る場合にも、フレッシュエアを使った一次火炎が保炎源となるためＧＴ排ガスを利用した安定的な燃焼が可能となり、ＧＴ排ガスの酸素濃度をより低くする追焚燃焼を実現する。
【００１３】
さらに、良く混合されたフレッシュエアと追焚燃料の一部（一次燃料）とで形成された一次火炎の周りから残りの追焚燃料（二次燃料）とＧＴ排ガスの全量とを噴出するようにしているので、これらの混合がＧＴ排ガスの偏流による影響等を受けたとしても二次燃焼を不安定にすることはない。
【００１８】
一方、請求項２記載のＧＴ排ガス利用の追焚バーナは、追焚燃料を一次燃料と二次燃料の二段に分けて供給する燃料供給系と、一次燃料に対して適正空気比となる量の燃焼用空気をバーナスロートへ供給する燃焼用空気供給系と、バーナスロート内で一次燃料を噴射して適正空気比下で一次火炎を形成する一次燃料ノズルと、一次燃料ノズルよりも下流側で一次火炎の周りに二次燃料を一次火炎に向けてあるいは平行に噴射する二次燃料ノズルと、二次燃料ノズルの周りから追焚ボイラの燃焼室内へ一次火炎とほぼ平行にガスタービン排ガスを噴射する排ガスノズルとを備え、二次燃料を一次火炎と二次燃料とを接触させることで一次火炎中のＮＯｘを還元燃焼させると共にガスタービン排ガス中の残存酸素を使って完全燃焼させ一次火炎と相俟ってガスタービン排ガスを再熱するようにしている。
【００１９】
したがって、一次燃料に対して適正空気比となる量のフレッシュエアで完全燃焼する安定火炎を保炎源としてその周りに噴射される二次燃料とＧＴ排ガス中の残存酸素との拡散燃焼を安定化させる。即ち、請求項１記載の追焚燃焼が実現される。
【００２０】
しかも、排ガスノズルを一次火炎の周りに一次火炎とほぼ平行に噴射軸を向けて設置しているので、一次火炎を保炎する一次燃焼筒を設けなくても一次火炎の保炎を確保することができる。よって、燃焼が安定化することによりターンダウン比を大きくすることができる。
【００２１】
さらに、一次燃料と適正空気比のフレッシュエアとにより形成された一次火炎の周りから火炎と平行に排ガスノズルからＧＴ排ガスを噴射するようにしているので、ＧＴ排ガスに対しある程度整流が行なわれて偏流の影響が除かれると共に燃焼ガスとＧＴ排ガスとの混合も良好である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。図１に本発明のＧＴ排ガス利用の追焚バーナの一実施形態を示し、この追焚バーナに基づいてＧＴ排ガス利用の追焚燃焼法の原理を説明する。このＧＴ排ガス利用の追焚バーナ１は、ＧＴ排ガスに残存する酸素を利用して追焚燃料を燃焼させてＧＴ排ガスそのものを再熱するもので、追焚燃料Ｆを一次燃料Ｆ１と二次燃料Ｆ２の二段に分けて供給する燃料供給系１２と、一次燃料Ｆ１に対して適正空気比となる量の燃焼用空気Ａをバーナスロート５へ供給する燃焼用空気供給系１５と、バーナスロート内で一次燃料Ｆ１を噴射する一次燃料ノズル１０と、一次燃料ノズル１０よりも下流側で一次火炎２の周りに二次燃料Ｆ２を噴射する二次燃料ノズル１１と、二次燃料ノズル１１の周りから追焚ボイラの燃焼室あるいはダクト内に形成された燃焼室１８内へ一次火炎２とほぼ平行にＧＴ排ガスＥを噴射する排ガスノズル７とを備え、二次燃料Ｆ２をＧＴ排ガスＥ中の残存酸素を使って完全燃焼させ、このとき発生した二次火炎３と一次火炎２とでＧＴ排ガスＥを再熱するようにしている。
【００２７】
この追焚バーナ１はバーナタイルフロント面８を例えば排熱ボイラ９の内部に露出させるようにして排熱ボイラ９に取り付けられている。これにより、追焚バーナ１そのものに燃焼室を設けずに排熱ボイラ９の燃焼室１８等を兼用することができるので、追焚バーナ１に専用の燃焼室や一次燃焼筒等を設置する必要が無く追焚バーナ１の構造を簡易化することができる。このため、燃焼室や一次燃焼筒等の耐火材の寿命により施工を行う必要が無いので、追焚バーナ１の維持費を削減することができる。
【００２８】
一次燃料ノズル１０は、バーナスロート５の中央部に配置されると共に、バーナスロート５から噴出される燃焼用空気Ａに一次燃料Ｆ１を噴射するように設けられている。一次燃料ノズル１０の先端に形成された複数の噴射孔は、一次燃料Ｆ１の噴射軸を斜め前方に拡がるように開口されている。これにより、一次燃料Ｆ１は噴射孔から燃焼用空気Ａに向けて外向きに噴射される。さらに、一次燃料ノズル１０は一次燃料供給管１２によりバーナケーシング１３の外部に接続されて一次燃料Ｆ１の供給を受ける。
【００２９】
二次燃料ノズル１１は、一次燃料ノズル１０よりも下流側の一次火炎２の周りに設置されて一次火炎２に向けて二次燃料Ｆ２を噴射するように噴射孔が開口されている。この二次燃料ノズル１１は、バーナタイル１４を貫通するようにしてバーナスロート５の周囲に１本以上好ましくは２〜４本が配置されている。例えば本実施形態の場合、４本の二次燃料ノズル１１がバーナスロート５と同心状に等間隔で配置されている。本実施形態ではバーナスロート５をバーナタイルフロント面８よりも燃焼用空気Ａの上流側に窪ませて形成して、そのバーナスロート５の周囲に二次燃料ノズル１１を配置している。このため、二次燃料ノズル１１は、バーナタイルフロント面８よりも燃焼用空気Ａの上流側に窪んだ位置で排熱ボイラ９内に二次燃料Ｆ２を噴射する。二次燃料ノズル１１の先端の噴射孔は、一次火炎２に向けて二次燃料Ｆ２を噴射し、一次火炎２中に発生したＮＯｘを還元した後に周囲を流れるＧＴ排ガスＥに残存する酸素によって二次火炎３を形成するようにやや内向きに設定されている。本実施形態では二次燃料ノズル１１の噴射孔を内向きに形成しているが、これには限られず噴射孔を燃焼用空気Ａの噴射軸と平行としても良い。また、二次燃料ノズル１１とバーナタイル１４との間には僅かな隙間１６が設けられ、燃焼用空気Ａの一部例えば数％を流すことによって二次燃料ノズル１１を冷却するように設けられている。
【００３０】
一次燃料ノズル１０と二次燃料ノズル１１とはバーナケーシング１３の外部のヘッダ（図示省略）などに連結されて図示していない燃料供給源に接続されている。そして、燃料供給源から供給される燃料Ｆが所定の分配比に応じて一次燃料ノズル１０と二次燃料ノズル１１とに分配されてそれぞれ噴射される。本実施形態では、一次燃料Ｆ１と二次燃料Ｆ２の噴射量をいずれも全燃料Ｆに対して５０容量％に成るようにしている。
【００３１】
バーナケーシング１３にはエアダンパ１７を備えエアインレットを介して燃焼用空気供給系１５が接続されている。そして、バーナケーシング１３の内部では、燃焼用空気Ａがガイド筒２１の外部で二次燃料ノズル１１に沿ってこれを冷却しながら排熱ボイラ９側に流れる。さらに、この燃焼用空気Ａはスワラ１９により旋回されてバーナスロート５に送り込まれる。この燃焼用空気Ａは、一次燃料ノズル１０の周囲に設置されたスワラ２０によって旋回されてバーナスロート５から排熱ボイラ９の燃焼室１８内へ噴射される。ここで、燃焼用空気供給系１５から供給されるフレッシュエアＡは一次燃料Ｆ１に対して適正空気比となる量である。
【００３２】
さらに、二次燃料供給管１５の外周部には、ＧＴ排ガスＥを取り込んで整流するＧＴ排ガス風箱４が設けられている。このＧＴ排ガス風箱４は排熱ボイラ９側の端面をバーナタイルフロント面８と面一にして排熱ボイラ９に露出すると共に高温のＧＴ排ガスＥを取り込むため、耐火材２８により形成されている。このＧＴ排ガス風箱４には、ＧＴ排ガスＥを取り込む取込口２２と、一次火炎２の周りにＧＴ排ガスＥを噴出する排ガスノズル７とが設けられている。取込口２２にはガスタービン設備からＧＴ排ガスＥが供給されるダクト（図示せず）が接続されている。
【００３３】
排ガスノズル７は、一次火炎２とほぼ平行にＧＴ排ガスＥを噴射して二次火炎３を形成するものであり、一次燃料ノズル１０よりも下流側の一次火炎２の周りに一次火炎２とほぼ平行に噴射軸を向けて設置されている。本実施形態では、排ガスノズル７は、バーナスロート５の外周部の耐火材２８を貫通してＧＴ排ガス風箱４の内部と排熱ボイラ９とを連通する複数の透孔から成る。この透孔は、バーナスロート５の噴射軸と平行に形成されると共に、バーナスロート５を中心に同心状に形成されている。
【００３４】
尚、本実施形態では、バーナスロート５をバーナタイルフロント面８よりも燃焼用空気Ａの上流側に窪んだ位置に形成しているので、排ガスノズル７は一次燃料ノズル１０よりも下流に位置すると共に一次火炎２の周りに一次火炎２とほぼ平行に噴射軸を向けて設置されることになる。このため、ＧＴ排ガスＥは一次火炎２の側方で一次火炎２にほぼ平行に軸噴流として噴出されるので、ＧＴ排ガスＥが一次火炎２に向けて直接噴出することを防止して一次火炎２の保炎性を確保することができる。同時に、排ガスノズル７で流速が上げられたＧＴ排ガスＥの噴流は一次及び二次の燃焼ガスとの混合をより良好なものとする。これにより、一次火炎２の保炎を図るための一次燃焼筒を設ける必要が無いので、追焚バーナ１の構造を簡易化することができる。しかも、火炎２，３の熱的な影響はバーナタイル１４のみに与えられるので、バーナタイル１４以外での耐火材の寿命を長期化することができる。
【００３５】
以上のように構成されたＧＴ排ガス利用の追焚バーナ１によれば、次のようにしてＧＴ排ガスＥを利用した追焚燃焼を行うことができる。
【００３６】
この追焚バーナは、燃料Ｆを一次燃料Ｆ１と二次燃料Ｆ２との二段階に分けて各燃料ノズル１０，１１から供給し、さらに一段目の一次燃料Ｆ１に対しては酸化剤としてフレッシュエアＡをバーナスロート５から供給し、二段目の二次燃料Ｆ２に対しては酸化剤としてＧＴ排ガスＥの全量を排ガスノズル７から供給して二段燃焼させるようにしている。
【００３７】
一段目の一次燃焼では、一次燃料Ｆ１とこれに対して適正空気比となる量のフレッシュエアＡを噴射して一次火炎２を形成するように設けられている。適正空気比（ｍ）は、通常、ガス燃料の場合には１．１〜１．２、オイル燃料の場合には１．１〜１．３程度とされている。本実施形態の場合、一次燃料Ｆ１と二次燃料Ｆ２の分配に関して特に限定を受けるものではないが、例えば一次燃料Ｆ１を５０容量％、二次燃料Ｆ２を５０容量％に設定した場合には、フレッシュエアＡの量は供給追焚燃料Ｆの全量に対して空気比を例えばｍ＝０．６とする。この場合、フレッシュエアＡの一次燃料Ｆ１に対する空気比は、適正空気比のｍ＝１．２に相当するので、一次燃料Ｆ１はこのフレッシュエアＡにより完全燃焼し、ＣＯ等を発生せずに安定的に燃焼させて一次火炎２を形成することができる。
【００３８】
また二段目では、二次燃料ノズル１１から二次燃料Ｆ２が一次火炎２に向けてあるいは一次火炎２に平行に噴射される。これにより、一次火炎２の周囲で還元燃焼が成されるので、一次燃焼で発生したＮＯｘを還元して減少させることができる。そして、二次燃料Ｆ２の更に外側の排ガスノズル７からはＧＴ排ガスＥが噴出される。これにより、ＧＴ排ガスＥに含まれる低濃度の酸素を利用して二次燃料Ｆ２が完全燃焼される。ＧＴ排ガスＥは一次火炎２とほぼ平行に噴射しているので、一次火炎２を保炎しながらその周囲に二次火炎３を形成することができる。
【００３９】
ここで、本実施形態ではフレッシュエアＡの供給燃料Ｆの全量に対する空気比をｍ＝０．６としているが、これには特に限られない。追焚燃焼の効率を良くするためフレッシュエアの量はできるだけ少なくすることが好ましいが、あまり少な過ぎて理論空気量に近づけば不完全燃焼によるＣＯ等の発生を伴うことから、全量の追焚燃料Ｆに対する空気比として例えばｍ＝０．５〜０．６程度の範囲（一次燃料Ｆ１に対する空気比ではｍ＝１〜１．２に相当）、より好ましくは０．５５〜０．６（一次燃料Ｆ１に対する空気比ではｍ＝１．１〜１．２に相当）程度にしても良い。尚、フレッシュエアの一部（通常数％程度）が二次燃料ノズルの冷却用空気として使用される場合が一般的であり、実質的には全量のフレッシュエアと一次燃料Ｆ１とが混合されているとは言えないが、その量は無視できる程度のもので実質的に適正空気比に影響を与えるものではない。
【００４０】
また、一次燃料Ｆ１と二次燃料Ｆ２の分配比を５０：５０以外の比率、例えば７０：３０〜３０：７０の範囲にした場合でも、フレッシュエアＡの一次燃料Ｆ１に対する空気比がｍ＝１〜１．２程度、好ましくはｍ＝１．２に相当するようにフレッシュエアＡの供給量を設定する。これにより、一次燃料Ｆ１はフレッシュエアＡにより一次火炎２を形成して完全燃焼することができる。
【００４１】
上述したＧＴ排ガス利用の追焚バーナ１によれば、一次燃料は適正空気比で燃焼するため安定的な燃焼と共に多量のＮＯｘの発生を伴うが、二次燃料との接触によってそのＮＯｘが還元されるため一次燃焼で発生したＮＯｘは低減される。他方、二次燃料は多量のＧＴ排ガス中に残存する低濃度の酸素を利用して超過剰空気比の下で完全燃焼するため、ＮＯｘの発生量は少ない。また、一段目及び二段目の燃焼においてそれぞれ完全燃焼を行っているので、ＣＯの発生を抑制することもできる。しかして、全体としてＮＯｘの発生量を低く抑えつつ得られた発熱量を以てＧＴ排ガスの再熱が図られる。
【００４２】
しかも、適正空気比の下で安定的に完全燃焼する一次火炎の周りに二次燃料と一次火炎とほぼ平行なＧＴ排ガスとを噴射して二次燃焼を行わせるようにしているので、一次火炎を保炎する一次燃焼筒を設けなくても、一次火炎が保炎源として機能し、二段目で低酸素濃度のＧＴ排ガスが圧倒的多量に供給されて超過剰空気状態となっても二次燃料が安定的にかつ完全燃焼し、更にターンダウン幅を大きくしても燃焼の安定性は損なわれない。具体的にはターンダウン比を、ガス燃料を使用した場合は１０：１程度、液体燃料を使用した場合は８：１程度に向上させることができた。
【００４３】
また、チェンサイクルを使用したＧＴからのＧＴ排ガスを利用する場合でも、安定した一次火炎２の存在によりＧＴ排ガスの酸素を利用して二次燃料Ｆ２を容易に燃焼させることができる。
【００４４】
また、追焚燃料の噴射量を増やして発生熱量の増加を図る場合にも、フレッシュエアを使った一次火炎が保炎源となるためＧＴ排ガスを利用した安定的な燃焼が可能となり、ＧＴ排ガスの酸素濃度をより低くする追焚燃焼を実現する。よって、排熱ボイラ９での蒸気発生量を増大することができ、多量の蒸気を必要とする場合等でも容易に対応することができる。
【００４５】
さらに、良く混合されたフレッシュエアと追焚燃料の一部（一次燃料）とで形成された一次火炎の周りから残りの追焚燃料（二次燃料）とＧＴ排ガスの全量とを噴出するようにしているので、これらの混合がＧＴ排ガスの偏流による影響等を受けたとしても二次燃焼を不安定にすることはない。したがって、ＧＴ排ガスＥを一旦風箱４に側方から入れてある程度の整流を行ってから一次火炎２と平行に噴射することができ、ガスタービン設備から追焚バーナ１までのＧＴ排ガスＥのダクト（図示せず）を折り曲げた形状にしても偏流の影響を抑制することができる。このため、ガスタービン設備や追焚バーナ１の配置の自由度を高くすることができる。
【００４６】
ところで、トラブル等によるガスタービン設備の停止時に排熱ボイラ９での蒸気発生量を確保するために追焚バーナ１にフレッシュエアのみを供給してフレッシュモード燃焼を行うことが必要となる場合がある。この場合、バーナスロート５からは全供給燃料Ｆに対して空気比が例えばｍ＝１．１５となる量のフレッシュエアＡを噴射すると共に、各燃料ノズル１０，１１からは燃料Ｆの全供給量に対する５０容量％ずつの燃料Ｆ１，Ｆ２を噴射するようにする。このフレッシュモード燃焼は、既知の低ＮＯｘバーナと同様の二段燃料燃焼の原理により行われる。このため、一次燃焼では超過剰空気燃焼となるのでＮＯｘの発生を抑制することができる。そして、二次燃焼では一次燃焼での燃焼ガスを利用して二次燃料Ｆ２の完全燃焼を行うことができるので、ＣＯの発生を抑制することができる。
【００４７】
上述した追焚バーナ１を使用してフレッシュモード燃焼を行った場合は、燃料Ｆとして１３Ａガスを使用したときに燃焼ガスの酸素の含有率を５％としＮＯｘの含有率を６０ｐｐｍ以下とすることができた。同様に、燃料ＦとしてＡ重油（Ｎ＝０．０３重量％）を使用したときに燃焼ガスの酸素の含有率を４％としＮＯｘの含有率を８０ｐｐｍ以下とすることができた。
【００４８】
よって、フレッシュモード燃焼を行うときに空気比をｍ＝１．１５程度に抑えることができるので、フレッシュエアの供給を含めた燃焼の効率をダクトバーナよりも良好にすることができる。
【００６３】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【００６４】
さらに、上述した実施形態ではＧＴ排ガス利用の追焚バーナ１を排熱ボイラ９に直接設置しているが、これには限られずＧＴから排熱ボイラ９までのダクト中に設けるようにしても良い。この場合、追焚バーナ１の下流側のダクトの内部に耐火壁か水冷壁を設けるようにする。これによっても、燃焼量を増大することができると共に安定した燃焼によってＧＴ排ガスＥを再加熱してターンダウン比を大きくできる等の上述した各実施形態の追焚バーナ１と同様の効果を奏することができる。
【００６５】
また、上述したいずれの実施形態でも追焚バーナ１により再加熱されたＧＴ排ガスを排熱ボイラ９で利用しているが、これには限られずこのＧＴ排ガスを他の設備で利用するようにしても良い。この場合も、燃焼量を増大することができると共に安定した燃焼によってＧＴ排ガスＥを再加熱してターンダウン比を大きくできる等の上述した各実施形態の追焚バーナ１と同様の効果を奏することができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明の請求項１記載のＧＴ排ガス利用の追焚燃焼法によれば、全体としてＮＯｘとＣＯの発生を抑制しつつ、ＧＴ排ガスの再熱を可能とする。しかも、適正空気比の下でフレッシュエアによって安定燃焼する一次火炎が保炎源として機能するため、低酸素濃度のＧＴ排ガスが圧倒的多量に供給されて超過剰空気状態となっても二次燃料が安定燃焼するし、ターンダウン幅を大きくしても燃焼の安定性は損なわれない。しかも、燃焼が安定化することにより、ダクトバーナでは燃焼が極めて困難なチェンサイクルを使用したＧＴからのＧＴ排ガスを利用する場合でも容易に燃焼を行うことができる。
【００６７】
また、追焚燃料の噴射量を増やして発生熱量の増加を図る場合にも、フレッシュエアを使った一次火炎を保炎源としてＧＴ排ガスを利用した安定的な燃焼を可能とし、ＧＴ排ガスの酸素濃度をより低くする追焚燃焼を実現する。依って、ＧＴ排ガスの一層の増熱が容易に可能となり、多量の蒸気を必要とする場合等でも容易に対応することができる。
【００６８】
さらに、一次火炎の周りからＧＴ排ガスを噴出するようにしているので、ＧＴ排ガスの偏流の影響を抑制するための直管部を必要とせず、コンパクト化できる。
【００７４】
一方、請求項２記載のＧＴ排ガス利用の追焚バーナによると、請求項１記載の追焚法を容易に実現でき、同追焚法の数々の効果を奏する。更に、全体としてＮＯｘとＣＯの発生を抑制しつつ一次燃料及び二次燃料をいずれも完全燃焼させると共に、適正空気比のフレッシュエアによって最も安定燃焼する一次火炎を保炎源としてＧＴ排ガスの再熱を図るようにしているので、低酸素濃度のＧＴ排ガスが圧倒的多量に供給されて超過剰空気状態となっても二次燃料が安定燃焼するし、ターンダウン幅を大きくしても燃焼の安定性は損なわれない。しかも、一次燃焼筒も不要であることから、構造が簡単で尚かつコンパクトにできる。
【００７５】
加えて、一次及び二次火炎の周りを囲むようにＧＴ排ガスが排ガスノズルから噴出するようにしているので、ＧＴ排ガスの偏流の影響を抑制することができ、火炎が安定すると共に燃焼ガスとＧＴ排ガスとの混合も良好となる。しかも、ＧＴ排ガスの偏流の影響を抑制するための直管部を必要としないので設備や配管をコンパクトにできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のＧＴ排ガス利用の追焚燃焼法を利用する追焚バーナの一実施形態を示す中央縦断面図である。
【符号の説明】
１  ＧＴ排ガス利用の追焚バーナ
２  一次火炎
３  二次火炎
５  バーナスロート
６  燃料ノズル
７  排ガスノズル
１０  一次燃料ノズル
１１  二次燃料ノズル
２３  一次燃焼筒
２４  一次排ガスノズル
２６  二次排ガスノズル
２９  火炎
Ａ  フレッシュエア（燃焼用空気）
Ｅ  ＧＴ排ガス
Ｅ１  一次排ガス
Ｅ２  二次排ガス
Ｆ  燃料
Ｆ１  一次燃料
Ｆ２  二次燃料
【図１】
0004018809.tif 000002