燃气涡轮设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施方式涉及燃气涡轮设备。
【背景技术】
[0002]基于二氧化碳的削减、节省资源等的要求，发电站的高效率化在不断进步。具体而言，正在积极推进燃气涡轮、蒸汽涡轮的工作流体的高温化、联合循环化等。另外，对于二氧化碳的回收技术也在不断研究开发。
[0003]图5是使在燃烧器210中生成的二氧化碳的一部分作为工作流体进行循环的以往的燃气涡轮设备200的系统图。
[0004]如图5所示，从燃烧器210排出的燃烧气体被导入涡轮211，使涡轮211转动。而且，通过涡轮211的转动来驱动发电机212。
[0005]从涡轮211排出的燃烧气体通过经过热交换器213而被冷却。经过了热交换器213的燃烧气体进而经过热交换器214。燃烧气体通过经过该热交换器214来将燃烧气体中所含的水蒸汽去除，成为干燥的二氧化碳。这里，水蒸汽通过经过热交换器213而凝缩并成为水。水例如经过配管230而被排出到外部。
[0006]二氧化碳通过压缩机215而被升压，成为超临界流体。升压后的二氧化碳的一部分流入到从配管231分支的配管232。而且，流入到配管232的二氧化碳被流量调整阀240调整流量，然后被导入供给氧化剂的配管233内。在配管233中，流动着由空气分离装置(未图示)从大气中分离出的氧作为氧化剂。在配管233中介在有使氧化剂升压的压缩机216、对氧化剂的流量进行调整的流量调整阀241。
[0007]由氧化剂以及二氧化碳构成的混合气体在配管234内流动，经过热交换器213而被导向燃料喷嘴217。其中，混合气体在热交换器213中通过获得来自从涡轮211排出的燃烧气体的热量而被加热。
[0008]另一方面，通过压缩机215而被升压后的二氧化碳的另一部分在配管231中被流量调整阀243调整流量，然后经过热交换器213而被导向燃烧器210。流过配管231的二氧化碳在热交换器213中获得来自从涡轮211排出的燃烧气体的热量而被加热。导入至燃烧器210的二氧化碳例如被从燃烧器衬套的冷却、稀释孔等导入至燃烧器衬套内的燃烧区域的下游侧。由于该二氧化碳与通过燃烧而生成的燃烧气体一同使涡轮211转动，所以作为工作流体发挥作用。
[0009]另一方面，通过压缩机215被升压后的二氧化碳的剩余部分流入至从配管231分支的配管236，被排出到外部。
[0010]燃料被流量调节阀242调节流量，并供给至燃料喷嘴217。而且，燃料与导至燃料喷嘴217的混合气体一起被从燃料喷嘴217导入到燃烧区域。例如，从燃料喷嘴217的中央喷射燃料，从燃料的外周喷射混合气体。在燃烧区域中，燃料以及氧进行反应(燃烧)。在燃料与氧进行燃烧时，生成二氧化碳和水蒸汽作为燃烧气体。燃料以及氧的流量分别被调整成在完全混合了的状态下成为化学当量混合比(理论混合比)。
[0011]由燃烧器210生成的燃烧气体被导入涡轮211。这样，由燃烧器210生成的二氧化碳的一部分在系统内进行循环。
[0012]在上述的以往的燃气涡轮设备200中，使用了烃气体燃料或液体燃料作为燃料，但目前除了这些燃料以外，例如还在研究使用煤气化气体燃料。
[0013]煤气化气体燃料由煤生成。煤的埋藏量很多，容易发现并且价格低廉。然而，在使用煤气化气体作为燃料的情况下，与使用烃气体燃料或液体燃料的情况相比，二氧化碳的排出量增加。因此，如果能够抑制二氧化碳的排出量，则使用煤气化气体燃料作为燃气涡轮设备200中的燃料是有益的。
[0014]煤气化气体燃料是在煤气化炉中使煤气体化后的燃料。为了使气体化炉成为稳定运转状态，需要规定的时间。因此，在与燃气涡轮设备一同启动煤气化炉的情况下，无法在启动时获得燃气涡轮设备所需要的煤气化气体的流量。
[0015]因此，在使用煤气化气体作为燃料的情况下，在实际的燃气涡轮设备中首先使用液体燃料或者烃类气体燃料来起动燃气涡轮。然后，在气体化炉成为稳定运转状态之后，将燃料切换为煤气化气体。
[0016]这里，图6是示意性地表示以往的燃气涡轮设备200的燃烧器210内的燃料与氧的浓度分布的图。其中，在图6中，表示了比燃料喷嘴217的中心靠左侧的浓度分布。浓度分布在比中心靠右侧，也与比中心靠左侧相同。图6所示的浓度分布是通过数值解析而获得的结果。
[0017]如图6所示，以往的燃料喷嘴217具备燃料流路290以及混合气体流路291。这些各流路被圆筒状的壁部300、301划分。
[0018]燃料流路290设在燃料喷嘴217的中央。燃料经由配管235被导入该燃料流路290。而且，从燃料流路290的燃烧器210侧的端部将燃料向燃烧器210内喷射。
[0019]混合气体流路291是形成在燃料流路290的外周的例如环状的流路。混合气体经由配管234被导入该混合气体流路291。而且，从混合气体流路291的燃烧器210侧的端部将混合气体向燃烧器210内喷射。
[0020]在反应带280中，扩散来的氧以及燃料混合并进行反应。因此，如图6所示，在反应带280中氧浓度以及燃料浓度减少。
[0021]图7是表示使混合气体中的氧的质量比例变化时的、相对于当量比的最大燃烧气体温度的图。在图7中，最大燃烧气体温度是绝热火焰温度。图8是表示使混合气体中的氧的质量比例变化时的、相对于当量比的一氧化碳的浓度的图。在图8中，一氧化碳的浓度、即纵轴用对数表示。这些一氧化碳的浓度是各条件的绝热火焰温度下的平衡组成值。另外，图7以及图8中的当量比是设想为燃料与氧均匀混合时的当量比。
[0022]在图7以及图8中示出了使用煤气化气体作为燃料时的结果。其中，还表示了在氧浓度为40 %的情况下，使用天然气作为燃料时的结果。这里，氧浓度是混合气体所含的氧的质量相对于混合气体整体的质量的比例。
[0023]如图7所示，最大燃烧气体温度随着氧的比例变大而变高。另外，在比较了煤气化气体与天然气的结果的情况下，无论氧的比例是否相同，都是煤气化气体的情况下最大燃烧气体温度较高。这是因为在煤气化气体中含有氢、一氧化碳。
[0024]如图8所示那样，一氧化碳的浓度随着氧的比例变大而变高。这是因为如图7中所示那样随着氧的比例变大而火焰温度变高所产生的。即，由于火焰温度变高，从而促进二氧化碳的热分解，一氧化碳的平衡组成值增加而产生一氧化碳的增加。
[0025]另外，在比较煤气化气体与天然气的结果的情况下，无论氧的比例是否相同，都是煤气化气体的情况下一氧化碳的浓度较高。如图8所示，例如在当量比1中，当使用了天然气时，一氧化碳的浓度为C0允许值以下，但在使用了煤气化气体的情况下，一氧化碳的浓度超过C0允许值。
[0026]现有技术文献
[0027]专利文献
[0028]专利文献:日本专利第3658497号公报
[0029]如上所述，在以往的燃气涡轮设备200中，当使用煤气化气体燃料作为燃料时，火焰温度变高，一氧化碳的排出浓度变高。因此，为了使火焰温度降低，可考虑使混合气体中的氧的比例减少。然而，在使混合气体中的氧的比例减少时，存在易于产生燃烧不稳定状态这一问题。
【发明内容】
[0030]本发明所要解决的课题在于，提供一种能够抑制燃烧不稳定状态并且减少一氧化碳的排出浓度的燃气涡轮设备。
[0031]实施方式的燃气涡轮设备具备:使燃料和氧化剂燃烧的燃烧器、被安装于所述燃烧器的燃料喷嘴、通过从所述燃烧器排出的燃烧气体而转动的涡轮、以及冷却从所述涡轮排出的所述燃烧气体的热交换器。
[0032]并且，燃气涡轮设备具备:第一燃烧气体供给管，将冷却后的所述燃烧气体的一部分导至供给所述氧化剂的氧化剂供给管；混合气体供给管，使由所述氧化剂以及所述燃烧气体构成的混合气体经过所述热交换器而被加热，并导至所述燃料喷嘴；第二燃烧气体供给管，使冷却后的所述燃烧气体的另一部分经过所述热交换器而被加热，并导至所述燃烧器；第三燃烧气体供给管，使冷却后的所述燃烧气体的又另一部分经过所述热交换器而被加热，并导至所述燃料喷嘴；以及排出管，将所述干燥燃烧气体的剩余部分排出到外部。
[0033]根据该构成，能够提供一种能够抑制燃烧不稳定状态并且减少一氧化碳的排出浓度的燃气涡轮设备。