燃?xì)鉁u輪設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實施方式涉及燃?xì)鉁u輪設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]基于二氧化碳的削減、節(jié)省資源等的要求，發(fā)電站的高效率化在不斷進(jìn)步。具體而言，正在積極推進(jìn)燃?xì)鉁u輪、蒸汽渦輪的工作流體的高溫化、聯(lián)合循環(huán)化等。另外，對于二氧化碳的回收技術(shù)也在不斷研究開發(fā)。
[0003]圖5是使在燃燒器210中生成的二氧化碳的一部分作為工作流體進(jìn)行循環(huán)的以往的燃?xì)鉁u輪設(shè)備200的系統(tǒng)圖。
[0004]如圖5所示，從燃燒器210排出的燃燒氣體被導(dǎo)入渦輪211，使渦輪211轉(zhuǎn)動。而且，通過渦輪211的轉(zhuǎn)動來驅(qū)動發(fā)電機(jī)212。
[0005]從渦輪211排出的燃燒氣體通過經(jīng)過熱交換器213而被冷卻。經(jīng)過了熱交換器213的燃燒氣體進(jìn)而經(jīng)過熱交換器214。燃燒氣體通過經(jīng)過該熱交換器214來將燃燒氣體中所含的水蒸汽去除，成為干燥的二氧化碳。這里，水蒸汽通過經(jīng)過熱交換器213而凝縮并成為水。水例如經(jīng)過配管230而被排出到外部。
[0006]二氧化碳通過壓縮機(jī)215而被升壓，成為超臨界流體。升壓后的二氧化碳的一部分流入到從配管231分支的配管232。而且，流入到配管232的二氧化碳被流量調(diào)整閥240調(diào)整流量，然后被導(dǎo)入供給氧化劑的配管233內(nèi)。在配管233中，流動著由空氣分離裝置(未圖示)從大氣中分離出的氧作為氧化劑。在配管233中介在有使氧化劑升壓的壓縮機(jī)216、對氧化劑的流量進(jìn)行調(diào)整的流量調(diào)整閥241。
[0007]由氧化劑以及二氧化碳構(gòu)成的混合氣體在配管234內(nèi)流動，經(jīng)過熱交換器213而被導(dǎo)向燃料噴嘴217。其中，混合氣體在熱交換器213中通過獲得來自從渦輪211排出的燃燒氣體的熱量而被加熱。
[0008]另一方面，通過壓縮機(jī)215而被升壓后的二氧化碳的另一部分在配管231中被流量調(diào)整閥243調(diào)整流量，然后經(jīng)過熱交換器213而被導(dǎo)向燃燒器210。流過配管231的二氧化碳在熱交換器213中獲得來自從渦輪211排出的燃燒氣體的熱量而被加熱。導(dǎo)入至燃燒器210的二氧化碳例如被從燃燒器襯套的冷卻、稀釋孔等導(dǎo)入至燃燒器襯套內(nèi)的燃燒區(qū)域的下游側(cè)。由于該二氧化碳與通過燃燒而生成的燃燒氣體一同使渦輪211轉(zhuǎn)動，所以作為工作流體發(fā)揮作用。
[0009]另一方面，通過壓縮機(jī)215被升壓后的二氧化碳的剩余部分流入至從配管231分支的配管236，被排出到外部。
[0010]燃料被流量調(diào)節(jié)閥242調(diào)節(jié)流量，并供給至燃料噴嘴217。而且，燃料與導(dǎo)至燃料噴嘴217的混合氣體一起被從燃料噴嘴217導(dǎo)入到燃燒區(qū)域。例如，從燃料噴嘴217的中央噴射燃料，從燃料的外周噴射混合氣體。在燃燒區(qū)域中，燃料以及氧進(jìn)行反應(yīng)(燃燒)。在燃料與氧進(jìn)行燃燒時，生成二氧化碳和水蒸汽作為燃燒氣體。燃料以及氧的流量分別被調(diào)整成在完全混合了的狀態(tài)下成為化學(xué)當(dāng)量混合比(理論混合比)。
[0011]由燃燒器210生成的燃燒氣體被導(dǎo)入渦輪211。這樣，由燃燒器210生成的二氧化碳的一部分在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行循環(huán)。
[0012]在上述的以往的燃?xì)鉁u輪設(shè)備200中，使用了烴氣體燃料或液體燃料作為燃料，但目前除了這些燃料以外，例如還在研究使用煤氣化氣體燃料。
[0013]煤氣化氣體燃料由煤生成。煤的埋藏量很多，容易發(fā)現(xiàn)并且價格低廉。然而，在使用煤氣化氣體作為燃料的情況下，與使用烴氣體燃料或液體燃料的情況相比，二氧化碳的排出量增加。因此，如果能夠抑制二氧化碳的排出量，則使用煤氣化氣體燃料作為燃?xì)鉁u輪設(shè)備200中的燃料是有益的。
[0014]煤氣化氣體燃料是在煤氣化爐中使煤氣體化后的燃料。為了使氣體化爐成為穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)，需要規(guī)定的時間。因此，在與燃?xì)鉁u輪設(shè)備一同啟動煤氣化爐的情況下，無法在啟動時獲得燃?xì)鉁u輪設(shè)備所需要的煤氣化氣體的流量。
[0015]因此，在使用煤氣化氣體作為燃料的情況下，在實際的燃?xì)鉁u輪設(shè)備中首先使用液體燃料或者烴類氣體燃料來起動燃?xì)鉁u輪。然后，在氣體化爐成為穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)之后，將燃料切換為煤氣化氣體。
[0016]這里，圖6是示意性地表示以往的燃?xì)鉁u輪設(shè)備200的燃燒器210內(nèi)的燃料與氧的濃度分布的圖。其中，在圖6中，表示了比燃料噴嘴217的中心靠左側(cè)的濃度分布。濃度分布在比中心靠右側(cè)，也與比中心靠左側(cè)相同。圖6所示的濃度分布是通過數(shù)值解析而獲得的結(jié)果。
[0017]如圖6所示，以往的燃料噴嘴217具備燃料流路290以及混合氣體流路291。這些各流路被圓筒狀的壁部300、301劃分。
[0018]燃料流路290設(shè)在燃料噴嘴217的中央。燃料經(jīng)由配管235被導(dǎo)入該燃料流路290。而且，從燃料流路290的燃燒器210側(cè)的端部將燃料向燃燒器210內(nèi)噴射。
[0019]混合氣體流路291是形成在燃料流路290的外周的例如環(huán)狀的流路?；旌蠚怏w經(jīng)由配管234被導(dǎo)入該混合氣體流路291。而且，從混合氣體流路291的燃燒器210側(cè)的端部將混合氣體向燃燒器210內(nèi)噴射。
[0020]在反應(yīng)帶280中，擴(kuò)散來的氧以及燃料混合并進(jìn)行反應(yīng)。因此，如圖6所示，在反應(yīng)帶280中氧濃度以及燃料濃度減少。
[0021]圖7是表示使混合氣體中的氧的質(zhì)量比例變化時的、相對于當(dāng)量比的最大燃燒氣體溫度的圖。在圖7中，最大燃燒氣體溫度是絕熱火焰溫度。圖8是表示使混合氣體中的氧的質(zhì)量比例變化時的、相對于當(dāng)量比的一氧化碳的濃度的圖。在圖8中，一氧化碳的濃度、即縱軸用對數(shù)表示。這些一氧化碳的濃度是各條件的絕熱火焰溫度下的平衡組成值。另外，圖7以及圖8中的當(dāng)量比是設(shè)想為燃料與氧均勻混合時的當(dāng)量比。
[0022]在圖7以及圖8中示出了使用煤氣化氣體作為燃料時的結(jié)果。其中，還表示了在氧濃度為40 %的情況下，使用天然氣作為燃料時的結(jié)果。這里，氧濃度是混合氣體所含的氧的質(zhì)量相對于混合氣體整體的質(zhì)量的比例。
[0023]如圖7所示，最大燃燒氣體溫度隨著氧的比例變大而變高。另外，在比較了煤氣化氣體與天然氣的結(jié)果的情況下，無論氧的比例是否相同，都是煤氣化氣體的情況下最大燃燒氣體溫度較高。這是因為在煤氣化氣體中含有氫、一氧化碳。
[0024]如圖8所示那樣，一氧化碳的濃度隨著氧的比例變大而變高。這是因為如圖7中所示那樣隨著氧的比例變大而火焰溫度變高所產(chǎn)生的。即，由于火焰溫度變高，從而促進(jìn)二氧化碳的熱分解，一氧化碳的平衡組成值增加而產(chǎn)生一氧化碳的增加。
[0025]另外，在比較煤氣化氣體與天然氣的結(jié)果的情況下，無論氧的比例是否相同，都是煤氣化氣體的情況下一氧化碳的濃度較高。如圖8所示，例如在當(dāng)量比1中，當(dāng)使用了天然氣時，一氧化碳的濃度為C0允許值以下，但在使用了煤氣化氣體的情況下，一氧化碳的濃度超過C0允許值。
[0026]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0027]專利文獻(xiàn)
[0028]專利文獻(xiàn):日本專利第3658497號公報
[0029]如上所述，在以往的燃?xì)鉁u輪設(shè)備200中，當(dāng)使用煤氣化氣體燃料作為燃料時，火焰溫度變高，一氧化碳的排出濃度變高。因此，為了使火焰溫度降低，可考慮使混合氣體中的氧的比例減少。然而，在使混合氣體中的氧的比例減少時，存在易于產(chǎn)生燃燒不穩(wěn)定狀態(tài)這一問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0030]本發(fā)明所要解決的課題在于，提供一種能夠抑制燃燒不穩(wěn)定狀態(tài)并且減少一氧化碳的排出濃度的燃?xì)鉁u輪設(shè)備。
[0031]實施方式的燃?xì)鉁u輪設(shè)備具備:使燃料和氧化劑燃燒的燃燒器、被安裝于所述燃燒器的燃料噴嘴、通過從所述燃燒器排出的燃燒氣體而轉(zhuǎn)動的渦輪、以及冷卻從所述渦輪排出的所述燃燒氣體的熱交換器。
[0032]并且，燃?xì)鉁u輪設(shè)備具備:第一燃燒氣體供給管，將冷卻后的所述燃燒氣體的一部分導(dǎo)至供給所述氧化劑的氧化劑供給管；混合氣體供給管，使由所述氧化劑以及所述燃燒氣體構(gòu)成的混合氣體經(jīng)過所述熱交換器而被加熱，并導(dǎo)至所述燃料噴嘴；第二燃燒氣體供給管，使冷卻后的所述燃燒氣體的另一部分經(jīng)過所述熱交換器而被加熱，并導(dǎo)至所述燃燒器；第三燃燒氣體供給管，使冷卻后的所述燃燒氣體的又另一部分經(jīng)過所述熱交換器而被加熱，并導(dǎo)至所述燃料噴嘴；以及排出管，將所述干燥燃燒氣體的剩余部分排出到外部。
[0033]根據(jù)該構(gòu)成，能夠提供一種能夠抑制燃燒不穩(wěn)定狀態(tài)并且減少一氧化碳的排出濃度的燃?xì)鉁u輪設(shè)備。