JP2008240731A - ターボグループの作動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
特に高い反応性燃料の燃焼中に比較的に低い酸化窒素発生値とでき、火炎フラッシュバックの危険が減少される導入部に述べられたタイプの作動方法の改良された実施態様を提供すること。
【解決手段】
この発明は特に発電所のターボグループを作動する方法に関し、
−燃焼空気がコンプレッサに供給され、ここで圧縮され、少なくとも一つのバーナーに供給され、
−燃料が少なくとも一つのバーナーに供給され、
−水がバーナー上流で燃焼室へ注入されてここで蒸発され、
−バーナー内の燃料が燃焼空気水蒸気混合物と混合され、
−燃焼空気水蒸気混合物が燃焼室内で燃焼され、
−燃焼室内で発生される熱ガスがタービンへ供給されてここで膨張される。
【選択図】なし

Description

この発明は、ターボグループ、特に発電所のターボグループを作動する方法に関する。

発電用の発電所に使用されるようなターボグループは慣例的に、燃焼空気を圧縮させるコンプレッサと、燃焼空気により燃料を燃焼させる燃焼室と、熱燃焼排気ガスが膨張されて作業を実施するタービンとから成る。そのようなエネルギ変換ユニットの作動中に汚染放出の発生が問題である。それ故に、汚染放出、特に酸化窒素放出の発生を減らす要件が永続的に存在する。酸化窒素放出の発生が燃焼過程の温度と圧力への強力な接続を有し、その酸化窒素発生が増加温度或いは増加圧力により過度割合で増加する。

天然ガスの代わりに、或いは水で希釈された液状燃料の代わりに、原理では、燃料を使用することが知られていて、燃料の反応性が天然ガスの反応性より高い或いは大きい。高い反応性燃料が既により低い温度で安定な燃焼反応に使用できる。しかしながら、実際には、そのような高い反応性燃料が例えば水蒸気により或いは窒素ガスにより比較的に強く希釈されて、燃焼反応の結果として、過度温度上昇を回避する。同時に、これら措置は、火炎促進速度を減少させ、その結果、火炎フラッシュバックの危険が特に減少され得て、それ故に、ターボグループの作動安全性が増加され得る。

しかしながら、水蒸気を燃料に導入することは、高価格と連動される。例えば水が比較的に高い純潔性を有しなければならなく、任意の問題なしにターボグループの燃料供給システムへ水を加えることができる。さらに、水或いは水蒸気が比較的高圧、特にコンプレッサの圧縮圧力にもたらせなければならなく、その結果、対応エネルギが必要とされて、ターボグループの全効率を著しく減少させる。
特開２００５−３６７６６号公報 特開２００５−２１４１４３号公報 特開２００２−２２１０４５号公報

この発明はこの観点で開始する。この発明は請求項に特徴付けられるように、特に高い反応性燃料の燃焼中に比較的に低い酸化窒素発生値にでき、火炎フラッシュバックの危険が減少される導入部に述べられたタイプの作動方法の改良された実施態様を提供する問題点を取り扱う。さらに、この作動方法はできるだけ価格有効的に実現できる。

この問題点は独立請求項の対象によってこの発明により解決される。さらに、有益な実施態様は従属請求項の対象である。

この発明は、燃料を希釈する水或いは水蒸気を燃料にではなく、バーナー上流の燃焼空気へ供給する一般的思想に基づいている。

水蒸気による希釈の結果として、バーナー中の燃焼温度が低下され得る。同時に、火炎フラッシュバックの危険が結果的に減少され得る。水蒸気の供給或いはこの場合の燃焼空気側における水の注入と蒸発が極めて重要である、というのは、比較的よごれた水が燃焼空気通路で使用され得るからである。この結果、水の準備は燃料側における水の注入の場合におけるより更に価格有効に実現され得るからである。さらに、水の供給は著しく減少された圧力で、特に水を導入する費用を付加的に減少させる周囲圧力でも実現され得る。それ故に、水蒸気により燃料の希釈を実現する費用はこの発明による作動方法によって減少され得る。バーナー、特に予混合バーナーにおける燃料空気水蒸気混合物との燃料の混合は混合物の点火前に改良される。均一化された混合物が燃焼を改良し、汚染噴射を減少させる。

燃料の場合には、燃料が天然ガスより高い反応性を有し、天然ガスと比較されて減少酸化窒素形成のために使用され得る。例えば水素ガスを含有する炭化水素のない燃焼性ガスが燃料として使用され得る。そのような燃焼性ガスは合成ガスとして参照され得る。例えばそのような合成ガスが炭化水素を含有する燃料の部分的酸化によって生産され得る。選択的に、水のない或いは水蒸気のない蒸発した液状燃料である乾燥燃料が同様に燃料として使用され得る。一般に、蒸発した液状燃料は天然ガスより著しく高い反応性を有し、それ故に、水或いは水蒸気により希釈された状態でバーナーに規則的に供給される。この発明は、ターボグループのバーナーを点火するために、脱水油のような乾性液状燃料を使用することもできる。選択的に、外見的に汚染のない形式で変換され得る水素ガスが同様に燃料として使用され得る。

作動方法の好ましい実施態様によると、コンプレッサからバーナーまで作用される燃料空気水蒸気混合物中の蒸気部分が質量パーセント以下であるような措置で、水が燃料空気へ注入される。好ましくは、燃料空気水蒸気混合物中の蒸気部分が約５乃至８質量パーセントの範囲内にあるような措置で、水が注入される。

作動方法は、約１０容積パーセントの希釈がバーナー内の燃料に発生されるような措置で水が燃焼空気に直接に注入されるように、付加的或いは選択的に設計されている。

バーナーの上流の燃焼空気通路へ水を注入する幾つかの可能性が生じる。好ましくは水は、注入に必要とされる圧力が出来るだけ低いように、注入される。例えば水はコンプレッサの内側にまで燃焼空気に注入される。例えばコンプレッサ自体は少なくとも二つの圧力部分、特に高圧部分と低圧部分を有する。三つの圧力部分をもつコンプレッサも知られている。このとき、コンプレッサは低圧部分、中間圧部分と高圧部分を有する。コンプレッサは複数の個々のコンプレッサユニットから形式され得るか、或いは単一コンプレッサユニットのみを有し得る。参照される圧力部分は対応軸方向部分によって単一コンプレッサユニットの内側に形成されるか、或いは複数のコンプレッサユニットの場合には、個々のコンプレッサユニットに分配される。

好ましくは、水がコンプレッサの中間圧部分或いはコンプレッサの低圧部分における燃焼空気へ注入され得る。同様に、原理的には、中間圧部分と高圧部分の間、或いは低圧部分と中間圧部分の間、或いは低圧部分と高圧部分の間の燃焼空気へ水を注入することできる。

さらに、原理的には、コンプレッサの上流の燃焼空気通路へ、或いはコンプレッサ入口部分に水を注入することできる。この場合に、水は大気周囲圧で都合良く導入され得る。

水を燃焼空気へ注入する実施態様では、入口噴霧装置が使用されて、特に有益である。そのような入口噴霧装置は慣習的に他の目的のも役立ち、水蒸気がコンプレッサ入口部分に結果として発生され得るように構成されている。出来るだけ既に任意にターボグループに存在するそのような噴霧装置の対応修正及び制御又はそのいずれか一方によって、この発明により提案されている作動方法はこの目的のために包含されなければならない特に高い費用なしに実現され得る。

他の有益な実施態様では、他の目的のために基本的に設けられているコンプレッサ内部冷却装置は水を燃焼空気へ注入するために使用するように設けられ得る。出来るだけ既に任意にターボグループに存在するそのようなコンプレッサ内部冷却装置によって、圧縮燃焼空気の内部冷却がコンプレッサ側に実現され得る。コンプレッサ内部冷却装置は冷却目的の水が二つの圧力ステージ間或いは結果として二つの圧力部分間のコンプレッサへ注入され得るように、設計されている。コンプレッサ内部冷却装置の対応修正或いは制御によって、この発明による作動方法は特に簡単に且つ価格有効に実現され得る。

Claims (10)

1. 少なくとも燃焼空気を圧縮するコンプレッサと、熱ガスを発生させる少なくとも一つのバーナーをもつ燃焼室と、熱ガスを膨張させて作業を実施するタービンとから成るターボグループを作動する方法において、
   −燃焼空気がコンプレッサに供給され、ここで圧縮され、少なくとも一つのバーナーに供給され、
   −燃料が少なくとも一つのバーナーに供給され、
   −水がバーナー上流で燃焼室へ注入されてここで蒸発され、
   −バーナー内の燃料が燃焼空気水蒸気混合物と混合され、
   −燃焼空気水蒸気混合物が燃焼室内で燃焼され、
   −燃焼室内で発生される熱ガスがタービンへ供給されてここで膨張されて作業を実施することを特徴とする方法。
2. 燃料が天然ガスより高い反応性を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. −水素ガスを含有する炭化水素のない燃焼ガスが燃料として使用されるか、或いは
   −乾性蒸発液状燃料、例えば脱水油が燃料として使用されるか、或いは
   −水素ガスが燃料として使用されることを特徴とする請求項１或いは２に記載の方法。
4. 水は、燃焼空気水蒸気混合物内の蒸発部分が１０質量パーセント以下、特に約５乃至８質量パーセントである程度に燃焼空気へ注入されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 水は、約１０容積パーセントの希釈がバーナー内の燃料に発生される程度に燃焼空気へ注入されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
6. 水はコンプレッサの内側の燃焼空気へ注入されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. −水はコンプレッサの中間圧部分或いはコンプレッサの低圧部分の燃焼空気へ注入されるか、或いは
   −水はコンプレッサの中間圧部分とコンプレッサの高圧部分との間、或いはコンプレッサの低圧部分とコンプレッサの中間圧部分との間、或いはコンプレッサの低圧部分とコンプレッサの高圧部分との間の燃焼空気へ注入されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 水がコンプレッサの上流或いはコンプレッサ入口部分の燃焼空気へ注入されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
9. 水を燃焼空気へ注入させるために、入口噴霧装置がコンプレッサ入口部分に水蒸気を発生させるように使用されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
10. 水を燃焼空気へ注入させるために、コンプレッサ内部冷却装置がコンプレッサの二つの圧力ステージ間或いはコンプレッサの二つの圧力部分間のコンプレッサへ水を注入させるように使用されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。