JPS5844925B2 - カキユウボイラノ フカジヨウシヨウカソクホウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、加圧燃焼ボイラの燃焼用空気を空気圧縮機で
加圧して燃焼室に導き燃料を加圧下で燃焼させると共に
、ここで発生した燃焼ガスをガスタービンに導いてター
ビンを回転させ、前記空気圧縮機も該タービンで駆動す
るいわゆる空気圧縮機→加圧ボイラ→ガスタービンの系
（以下この系を過給ボイラという）における負荷上昇加
速方法に関するものである。

さらにいえば、前記加圧ボイラから得られる蒸気の利用
、またはガスタービンによる発電等過給ボイラの負荷を
支配する燃料量、その燃料を燃焼させるに充分な空気量
、必要空気量を得るために空気圧縮機を駆動させるガス
タービンの出力の調節、そしてタービンの必要出力を得
るためのガスタービン入口のガスの温度、流量ならびに
圧力の相互関係において、この系の空気あるいは燃焼ガ
スへ系外から蒸気または水を投入することにより、ガス
タービン入口のガスの温度、流量を適切に調節し、所望
のガスタービン出力を効率よく得る過給ボイラの負荷上
昇の加速方法に係る。

従来、ガスタービンの出力上昇（ガスタービン入口の燃
焼ガスの温度または流量の増加による）は、次のように
行われていた。

（１）燃料量を増す。

即ち、燃焼器への供給空気量は燃焼に必要な理論空気量
よりはるかに多いので、燃料量を増した場合は空気量を
増さなくても過剰空気量の範囲内で完全燃焼するから、
ガスタービン入口のガス温度が上昇し、燃焼ガス量も増
し、これによってガスタービン出力も増す。

（２）空気圧縮機の回転数が一定のものでは、空気圧縮
機の出口に燃焼用空気流量調整弁を設け、ガスタービン
の出力に応じた燃料の燃焼に必要な空気量を供給し、ガ
スタービンの出力を増加させる。

（３）空気圧縮機が回転速度制御できる場合は、この回
転数を上げて燃焼用空気量を増大させ、それに応じて燃
料を増大し、所要の目的を達成する。

しかしながら、いづれの方法による場合にも、ガスター
ビン入口ガス温度を上昇させてからタービン出力を増加
させるため、ガスタービンの材質上の制約（ひずみおよ
び熱応力）等から急激に温度を上昇させるのに制約があ
り、徐々に温度を上昇させねばならない。

従って、急激な負荷上昇は期待できなかった。

これを解決するため、現在ではガスタービン入口のガス
温度を上昇させる代りにガスタービンの燃焼ガス人口部
に蒸気または水を吹き込み、ガス流量を増加させてガス
タービンの所要出力を得る方法も行なわれている。

しかし、ガスタービン入口の燃焼ガス温度とそこへ吹き
込まれる蒸気または水の温度差が大きいことによる問題
がある。

例えば、蒸気を吹込む場合について説明すると、ガスタ
ービン入口のガス温度が約１０００℃であるのに対し、
蒸気温度はせいぜい５４０℃程度である。

そして、流量の増加のみでガスタービン出力を上昇させ
るには、多量の蒸気または水を必要とするから、目的達
成の混合比を実行すれば著しくタービン人口ガス温度が
低下する。

従って、ガスタービンの出力を急上昇させることはでき
ず、むしろ過給ボイラの出力に対し追従性が悪いという
欠点がある。

本発明はこれらの欠点をことごとく解決することが目的
である。

特に蒸気または水を燃焼用空気中へ圧縮機入口あるいは
出口のダクト、またはウィンドボックスにおいて吹込む
か或は燃焼室内の火炎あるいは燃焼ガスへ、バーナスロ
ート部あるいは燃焼室周壁において吹込むことの併用に
より、ガスタービン入口の燃焼ガスの温度を低下させる
ことなく流量を増加させ、ガスタービンのひづみおよび
熱応力に対してはもちろん問題なくガスタービンの出力
を急速に増加させられることが特色である。

以下に本発明を実施例について説明する。

第１図において、燃料５の燃焼用空気として空気吸込口
１から吸込まれた大気は、空気圧縮機２によってガスタ
ービン７が所要出力を得るに必要な圧力に昇圧される。

この昇圧された空気は、加圧ボイラ４の燃焼室において
燃料５の燃焼を行う以前に、空気圧縮機入口側の導管１
０あるいは加圧ボイラ入口側の導管１０′から吹き込ま
れた蒸気または水と充分混合され、その混合気が燃焼用
空気として加圧ボイラ４・＼導入される。

このように燃焼用空気に蒸気または水を吹き込むことは
、加圧ボイラ４の燃焼室内の燃焼温度を低下させ、ふく
射熱吸収熱量を少なくする。

また、加圧ボイラ４の接触伝熱面においては、燃焼温度
の低下分だけ水管内を流れる流体との間の温度差△ｔ・
・・が小さくなり、熱吸収量が少なくなって、加圧ボイ
ラ４の燃焼ガス出口温度をあまり低下させず、ひいては
ガスタービン出力に必要な、ガス温度および流量を得る
ことができる。

また、後述のように蒸気あるいは水は４官１１あるいは
１１′で燃焼室の火炎あるいは燃焼ガスへ直接吹込むこ
ともできる。

この場合も上と同様の効果を得ることができる。

第２図は加圧ボイラ４の一例を示したものである。

矢印３は第１図で説明した空気圧縮機２から導かれる燃
焼用空気導管であり、ウィンドボックス１３に接続され
ている。

本実施例では、蒸気または水の吹込口をバーナー１４の
近傍に吹込口１１から供給された蒸気または水が環状集
合管１７に集められ、そのノズル１８を通じてバーナ１
４の回りで燃焼を阻害せずかつ燃焼温度を下げ、ＮＯＸ
の発生を少なくする好適な位置に均等に吸き込まれるよ
うにした機構と、そして別の吹込口１１′から吹き込ま
れた蒸気または水が一担環状集合管１９に集められ、燃
焼室内１５内において燃焼を阻害せずかつ燃焼温度を下
げ、ＮＯｘの発生を少なくする位置にほぼ均等にノズル
２０から燃焼室内に吹き込まれるようにした機構とを備
えている。

燃焼室１５で発生した燃焼ガスは、まずふく射伝熱面２
１で熱吸収され、さらに接触伝熱面２２で熱吸収されな
がら矢印のように流れ、ガスタービンの所望出力に必要
なガス温度、流量、圧力で燃焼ガス出口から導管６でガ
スタービンに導かれる。

図中５は燃料導管、２３は耐火物と保温材、２４は加圧
ボイラの給水管、２５は加圧ボイラの蒸気出口で例えば
工場等へ送気される。

本実施例では、バーナ１４の近傍と・燃焼室１５内に蒸
気または水を吹込むようになっているが、過給ボイラ４
の出力条件によってはどちらか一方でもよい。

以上のように構成された過給ボイラ４のガスタービン入
口ガス温度および流量の経時変化を従来の方式と比較し
て第３図に示した。

第３図において、曲線Ａで表わした従来方法では、所要
時間ｔ２の通り、ガスタービンの高温に対する材質上の
問題から急激に温度、流量を増加させることができず、
またガスタービン入口部に蒸気または水を吹き込む場合
にもガス温度と蒸気または水の温度差が大きいために、
ガスタービンに必要なガスエネルギ、即ち、ガス温度を
低下させないで流量を増加させるには徐々に蒸気または
水を吹き込まねばならなかったことを明白に推測できる
であろう。

第３図のたて軸はガスタービン入口ガス温度と流量であ
り、横軸は所要時間ｔである。

従来の方法による曲線Ａは勾配のゆるやかな曲線となり
、本発明の方法では曲線Ｂが急勾配で上昇するから、両
者の所要時間差１２−１．だけ加速度の差が生ずること
を理解されるであろう。

つまり、ガスタービン入口ガス温度と流量が１２−１１
だけ加速されるということは、ひいてはガスタービンの
出力、空気圧縮機の出力、過給ボイラの負荷もｔ２−ｔ
ｌだけ加速されることになる。

以上に詳述した通り本発明によれば、過給ボイラの負荷
、例えば工場送気とか発電の負荷変動に対し急速に追従
させることができ、同時にガスタービンの温度に対する
ひずみ、熱応力に対しても問題はなくその効果は大きい
。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例であり、第１図
は過給ボイラの全体の構成を示す図、第２図は過給ボイ
ラの構成要素の一つである加圧ボイラのたて断面図、第
３図はガスタービン入口部ガス温度と流量の経時変化を
従来のものと比較して示した図である。 １・・・・・・空気吸込口、２・・・・・・空気圧縮機
、３・・・・・・空気導管、４・・・・・・加圧ボイラ
、５・・・・・・燃料管、６・・・・・・ガス導管、７
・・・・・・ガスタービン、８・・・・・・排気管、９
・・・・・・タービン主軸、１０・・・・・・蒸気また
は水吹込み口、１０’、１１，１１’・・・・・・蒸気
または水吹込み口、１３・・・・・・ウィンドボックス
、１４・・・・・・バーナ、１５・・・・・・燃焼室、
１６・・・・・・伝熱管、１７・・・・・・集合管、１
８・・・・・・ノズル、１９・・・・・・集合管、２０
・・・・・・ノズル、２１，２２・・・・・・伝熱面、
２３・・・・・・耐火物、２４・・・・・・給水管、２
５・・・・・・蒸気出口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ガスタービンの入口ガス温度と流量とを調節して、
   過給ボイラの負荷を上昇させる方法において、蒸気また
   は水を燃焼用空気または燃焼用空気と加圧ボイラの燃焼
   室内に供給し、加圧ボイラ燃焼室内で、蒸気または水を
   燃焼ガスで昇温しでガスタービン人口の規定ガス温度と
   流量にし、ガスタービンに供給することを特徴とする過
   給ボイラの負荷上昇加速方法。