ガスタービン燃焼器及び発電システム
【課題】ガスタービン燃焼器及び発電システムにおいて、排気ガスにおける酸素の残留を抑制して燃焼効率の向上を図ると共に、発電効率の向上を可能とする。
【解決手段】燃焼筒４０内に排気循環ガスを供給する排気循環ガス供給ライン２５と、燃焼筒４０内にガス燃料を供給するガス燃料供給ライン２６と、燃焼筒４０内に酸素を供給する酸素供給ライン２７とを設け、排気循環ガス供給ライン２５から燃焼筒４０内の中心部に排気循環ガスを供給するスクープ４７と、燃焼筒４０内の外周部側に排気循環ガスを供給する第１噴射ノズル４１とを設け、スクープ４７から供給された排気循環ガスより外側にガス燃料及び酸素を隣接して供給する。
【解決手段】燃焼筒４０内に排気循環ガスを供給する排気循環ガス供給ライン２５と、燃焼筒４０内にガス燃料を供給するガス燃料供給ライン２６と、燃焼筒４０内に酸素を供給する酸素供給ライン２７とを設け、排気循環ガス供給ライン２５から燃焼筒４０内の中心部に排気循環ガスを供給するスクープ４７と、燃焼筒４０内の外周部側に排気循環ガスを供給する第１噴射ノズル４１とを設け、スクープ４７から供給された排気循環ガスより外側にガス燃料及び酸素を隣接して供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンから排出された排気循環ガスに対して、ガス燃料と酸素を供給し、この混合ガスを燃焼して燃焼ガスを得るガスタービン燃焼器、並びに、このガスタービン燃焼器からの燃焼ガスによりタービンを駆動して発電する発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されている。従って、空気を圧縮機により圧縮することで高温・高圧の圧縮空気とし、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスによりタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動して発電することができる。また、このようなガスタービンにガス化炉を適用した複合発電システムがある。この複合発電システムでは、ガス化炉で固体燃料または液体燃料をガス化し、生成したガスを燃料としてガスタービンへ送給して燃焼させ、発生した燃焼ガスによりタービンを駆動して発電すると共に、ガスタービンから排出された高温の排気ガスをボイラに送って蒸気を生成し、生成された蒸気により蒸気タービンを駆動して発電している。
【０００３】
ところで、上述した複合発電システムでは、ガスタービンから排出された排気ガスに、二酸化炭素（ＣＯ２）が含まれていることから、この二酸化炭素の排出抑制が重要な問題となっている。そこで、回収した二酸化炭素を効果的に利用するガス化炉と、排気ガスにガス燃料と酸素を混合して燃焼させるクローズドガスタービンを組み合わせた複合発電システムが例えば、下記非特許文献１に提案されている。
【０００４】
また、このような複合発電システムとしては、下記特許文献１に記載されたものがある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】財団法人電力中央研究所 研究報告Ｍ０７００３ 「ＣＯ２回収型高効率石炭ガス化複合発電システムの提案とその課題」
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２６２９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した非特許文献１の複合発電システムでは、ガスタービンを循環する二酸化炭素と水蒸気で構成される循環ガスと、酸素製造装置で製造させる酸素とを混合させ、その混合ガスを酸化用流体として、燃焼器内に供給される燃料を燃焼させている。そのため、燃焼器にて、ガス燃料と酸素の混合が不十分となり、排気ガスに酸素が残留してしまい、酸素の効率的な利用を阻害してしまう。一方、特許文献１では、燃焼器に対して酸素流入ラインとガス燃料流入ラインが記載されているだけであり、ガス燃料と酸素の混合が不十分となる可能性が高い。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するものであり、排気ガスにおける酸素の残留を抑制して燃焼効率の向上を図るガスタービン燃焼器、並びに、発電効率の向上を可能とする発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した目的を達成するための本発明のガスタービン燃焼器は、燃焼筒と、該燃焼筒内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記燃焼筒内にガス燃料を供給するガス燃料供給手段と、前記燃焼筒内に酸素を供給する酸素供給手段とを備え、前記不活性ガス供給手段は、前記燃焼筒内の外周部側に不活性ガスを供給する第１不活性ガス供給手段と、前記燃焼筒内の中心部に不活性ガスを供給する第２不活性ガス供給手段とを有し、前記ガス燃料供給手段及び前記酸素供給手段は、前記第２不活性ガス供給手段から供給された不活性ガスより外側にガス燃料及び酸素を隣接して供給する、ことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明のガスタービン燃焼器では、前記ガス燃料供給手段及び前記酸素供給手段は、前記第１不活性ガス供給手段から供給された不活性ガスより内側にガス燃料及び酸素を供給することを特徴としている。
【００１１】
本発明のガスタービン燃焼器では、前記酸素供給手段は、前記第１不活性ガス供給手段から供給された不活性ガスに対して酸素を供給することを特徴としている。
【００１２】
本発明のガスタービン燃焼器では、前記ガス燃料供給手段、前記酸素供給手段、前記第１不活性ガス供給手段は、それぞれスワラーを介してガス燃料、酸素、不活性ガスを前記燃焼筒内に供給し、前記第２不活性ガス供給手段は、外部から前記燃焼筒を径方向に貫通するスクープを介して不活性ガスを前記燃焼筒内に供給することを特徴としている。
【００１３】
本発明のガスタービン燃焼器では、前記酸素供給手段は、前記ガス燃料供給手段から供給されたガス燃料より内側に酸素を供給する第１酸素供給手段と、前記ガス燃料供給手段から供給されたガス燃料より外側に酸素を供給する第２酸素供給手段とを有することを特徴としている。
【００１４】
本発明のガスタービン燃焼器では、前記ガス燃料供給手段は、酸素及び不活性ガスより高速でガス燃料を供給することを特徴としている。
【００１５】
本発明のガスタービン燃焼器では、前記酸素供給手段は、不活性ガスより高速で酸素を供給することを特徴としている。
【００１６】
本発明のガスタービン燃焼器では、前記ガス燃料供給手段及び前記酸素供給手段は、ガス燃料と酸素を前記燃焼筒の周方向で交互に供給することを特徴としている。
【００１７】
本発明のガスタービン燃焼器では、不活性ガスは、二酸化炭素を含有することを特徴としている。
【００１８】
また、本発明の発電システムは、固体燃料または液体燃料をガス化してガス燃料を生成するガス化炉と、酸素を製造する酸素製造装置と、圧縮機で圧縮した排気ガスにガス燃料と酸素を供給した混合気を燃焼器で燃焼して発生した燃焼ガスによりタービンを駆動するガスタービンと、ガスタービンの駆動力により発電する発電機と、前記ガスタービンからの排気ガスを前記圧縮機に戻す循環経路と、を備える発電システムにおいて、前記燃焼器は、内部に排気循環ガスを供給する排気循環ガス供給手段と、内部にガス燃料を供給するガス燃料供給手段と、内部に酸素を供給する酸素供給手段とを有し、前記排気循環ガス供給手段は、外周部側に排気循環ガスを供給する第１排気循環ガス供給手段と、中心部に排気循環ガスを供給する第２排気循環ガス供給手段とを有し、前記ガス燃料供給手段及び前記酸素供給手段は、第２排気循環ガス供給手段から供給された排気循環ガスより外側にガス燃料及び酸素を隣接して供給する、ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のガスタービン燃焼器によれば、燃焼筒と、燃焼筒内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、燃焼筒内にガス燃料を供給するガス燃料供給手段と、燃焼筒内に酸素を供給する酸素供給手段とで構成し、不活性ガス供給手段として、燃焼筒内の外周部側に不活性ガスを供給する第１不活性ガス供給手段と、燃焼筒内の中心部に不活性ガスを供給する第２不活性ガス供給手段とを設け、ガス燃料供給手段及び酸素供給手段が、第２不活性ガス供給手段から供給された不活性ガスより外側にガス燃料及び酸素を隣接して供給するようにしている。従って、燃焼筒内にて、中心部より外側に供給される不活性ガスより外側にガス燃料と酸素が隣接して供給されることで、ガス燃料と酸素との混合が良好となり、燃焼による酸素の利用率を１００％に近づけることができ、不活性ガスにおける酸素の残留を抑制し、燃焼効率の向上を図ることができる。
【００２０】
本発明のガスタービン燃焼器によれば、ガス燃料供給手段及び酸素供給手段が、第１不活性ガス供給手段から供給された不活性ガスより内側にガス燃料及び酸素を供給するので、燃焼筒内にて、内外の不活性ガスの間にガス燃料と酸素が供給されることとなり、ガス燃料と酸素との混合を促進することができると共に、不活性ガスにより燃焼温度の上昇を抑制することができる。
【００２１】
本発明のガスタービン燃焼器によれば、酸素供給手段が、第１不活性ガス供給手段から供給された不活性ガスに対して酸素を供給するので、燃焼筒内にて、酸素を事前に不活性ガスと混合して酸素濃度を低下させることで、燃焼温度の上昇を抑制し、窒素酸化物の発生を抑制することができる。
【００２２】
本発明のガスタービン燃焼器によれば、ガス燃料供給手段、酸素供給手段、第１不活性ガス供給手段が、スワラーを介してガス燃料、酸素、不活性ガスを燃焼筒内に供給し、第２不活性ガス供給手段が、外部から燃焼筒を径方向に貫通するスクープを介して不活性ガスを燃焼筒内に供給するので、簡単な構成で各供給手段を構成することができ、構造の簡素化を可能とすることができる。
【００２３】
本発明のガスタービン燃焼器によれば、酸素供給手段として、ガス燃料供給手段から供給されたガス燃料より内側に酸素を供給する第１酸素供給手段と、ガス燃料供給手段から供給されたガス燃料より外側に酸素を供給する第２酸素供給手段とを設けるので、ガス燃料を酸素により挟み込むことで、ガス燃料と酸素との混合を更に促進することができる。
【００２４】
本発明のガスタービン燃焼器によれば、ガス燃料供給手段が酸素及び不活性ガスより高速でガス燃料を供給するので、ガス燃料の供給速度を高めることで、酸素との混合を促進することができる。
【００２５】
本発明のガスタービン燃焼器によれば、酸素供給手段が不活性ガスより高速で酸素を供給するので、ガス燃料に加えて酸素の供給速度を高めることで、ガス燃料と酸素との混合を促進することができる。
【００２６】
本発明のガスタービン燃焼器によれば、ガス燃料供給手段及び酸素供給手段が、ガス燃料と酸素を燃焼筒の周方向で交互に供給するので、ガス燃料と酸素との混合を促進することができる。
【００２７】
本発明のガスタービン燃焼器によれば、不活性ガスが二酸化炭素を含有するので、発生した二酸化炭素を含有する不活性ガスを循環することで、二酸化炭素の排出量を抑制することができる。
【００２８】
また、本発明の発電システムによれば、ガス化炉と、酸素製造装置と、ガスタービンと、発電機と、循環経路とで構成し、ガスタービンの燃焼器として、排気循環ガス供給手段と、ガス燃料供給手段と、酸素供給手段を設け、排気循環ガス供給手段として、燃焼筒内の外周部側に排気循環ガスを供給する第１排気循環ガス供給手段と、燃焼筒内の中心部に排気循環ガスを供給する第２排気循環ガス供給手段とを設け、ガス燃料供給手段及び酸素供給手段が、第２排気循環ガス供給手段から供給された排気循環ガスより外側にガス燃料及び酸素を隣接して供給するようにしている。従って、燃焼筒内にて、排気循環ガスより外側にガス燃料と酸素が隣接して供給されることで、ガス燃料と酸素との混合が良好となり、燃焼による酸素の利用率を１００％に近づけることができ、排気ガスにおける酸素の残留を抑制し、燃焼効率の向上を図ることができ、その結果、発電効率の向上を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係るガスタービン燃焼器を表す概略図である。
【図２】図２は、実施例１のガスタービン燃焼器を表す図１のII−II断面図である。
【図３】図３は、実施例１の複合発電システムを表す概略図である。
【図４】図４は、本発明の実施例２に係るガスタービン燃焼器を表す概略図である。
【図５】図５は、実施例２のガスタービン燃焼器を表す図４のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施例３に係るガスタービン燃焼器を表す概略図である。
【図７】図７は、実施例３のガスタービン燃焼器を表す図６のVII−VII断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施例４に係るガスタービン燃焼器を表す概略図である。
【図９】図９は、実施例４のガスタービン燃焼器を表す図８のIX−IX断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例５に係るガスタービン燃焼器の要部を表す概略図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施例６に係るガスタービン燃焼器を表す概略図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施例７に係るガスタービン燃焼器の要部を表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るガスタービン燃焼器及び発電システムの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００３１】
図１は、本発明の実施例１に係るガスタービン燃焼器を表す概略図、図２は、実施例１のガスタービン燃焼器を表す図１のII−II断面図、図３は、実施例１の複合発電システムを表す概略図である。
【００３２】
実施例１の複合発電システムは、図３に示すように、ガス化炉１１、ガス精製装置１２、酸素製造装置１３、ガスタービン１４、発電機１５、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）１６、蒸気タービン１７、発電機１８とから構成されている。
【００３３】
ガス化炉１１は、固体燃料としての微粉炭（石炭）を不完全燃焼して未燃ガス（Ｈ２，ＣＯ，ＣＯ２，Ｎ２など）を生成するものである。ガス精製装置１２は、ガス化炉１１で生成された未燃ガスから浄化処理などを行うことで、不純物を除去してガス燃料（Ｈ２，ＣＯ）を精製するものである。即ち、ガス化炉１１で生成された未燃ガスをガス精製装置１２の各種装置に通過させることで、自身のもつ熱により硫黄分化合物、窒素化合物、その他の有害物質を除去することができる。
【００３４】
また、酸素製造装置１３は、大気から高濃度の純酸素を製造するものであって、例えば、深冷分留法（液化分留法）、ゼオライト吸着剤を使用した圧力掃引吸着（ＰＳＡ）法、カーボンモレキュラーシーブを使用した圧力掃引吸着（ＰＳＡ）法など、いずれのものであってもよい。
【００３５】
ガスタービン１４は、圧縮機２１と燃焼器２２とタービン２３とを有しており、圧縮機２１及びタービン２３はタービン軸２４を介して連結されている。このガスタービン１４には、タービン軸２４を介して発電機１５が連結されている。
【００３６】
そして、ガスタービン１４にて、圧縮機２１から燃焼器２２に対して、排気循環ガス供給ライン（不活性ガス供給手段）２５が設けられている。また、この燃焼器２２に対して、ガス精製装置１２からガス燃料供給ライン（ガス燃料供給手段）２６が連結されると共に、酸素製造装置１３から酸素供給ライン（酸素供給手段）２７が連結されている。そして、燃焼器２２からタービン２３に対して、燃焼ガス供給ライン２８が連結されている。
【００３７】
排熱回収ボイラ１６は、例えば、高圧ボイラと中圧ボイラと低圧ボイラを有しており、ガスタービン１４から排出された排気ガスにより各ボイラでそれぞれ蒸気を発生させることができる。そのため、排熱回収ボイラ１６には、タービン２３から排出された排気ガス（ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ）の排出ライン２９が連結されると共に、排熱回収ボイラ１６からガスタービン１４の圧縮機２１に対して、排気ガス戻しライン３０が設けられている。そして、排気ガス戻しライン３０から分岐して排気ガス回収ライン３１が設けられている。
【００３８】
蒸気タービン１７は、排熱回収ボイラ１６で発生した蒸気が供給されることで駆動し、連結された発電機１８を運転することができる。そして、この蒸気タービン１７に供給された蒸気は図示しない復水器に送られて凝縮された後、復水ポンプにより排熱回収ボイラ１６に送られるようになっている。なお、この場合、ガスタービン１４と蒸気タービン１７とを同軸上に配置し、一つの発電機を共用してもよい。
【００３９】
なお、排気循環ガス供給ライン２５、燃焼ガス供給ライン２８、排気ガス排出ライン２９、排気ガス戻しライン３０により排気ガスの循環経路が構成される。なお、以下の説明では、タービン２３から排出されたガスを排気ガスと称し、圧縮機２１で圧縮され、排気循環ガス供給ライン２５により燃焼器２２に供給されるガスを排気循環ガスと称すが、両者は温度と圧力が相違するが、同質のガスである。また、排気ガスと排気循環ガスは、本発明の不活性ガスとして機能する。
【００４０】
ここで、上述した複合発電システムの作動について説明する。
【００４１】
ガス化炉１１では、酸素、窒素、微粉炭が供給され、内部で微粉炭が燃焼して未燃ガスが生成される。そして、この未燃ガスは、熱交換器で冷却されてからチャーが除去され、その後、ガス精製装置１２で硫黄分化合物、窒素化合物、その他の有害物質が除去させてガス燃料が精製される。
【００４２】
ガスタービン１４では、排気ガス戻しライン３０を通して圧縮機２１に取り込まれた排気ガスが圧縮されることで高温・高圧の圧縮ガス（排気循環ガス）となり、排気循環ガスとして排気循環ガス供給ライン２５を通して燃焼器２２に送られる。また、ガス精製装置１２で精製されたガス燃料がガス燃料供給ライン２６を通して燃焼器２２に送られると共に、酸素製造装置１３で製造された酸素が酸素供給ライン２７を通して燃焼器２２に送られる。
【００４３】
この燃焼器２２では、排気循環ガスとガス燃料と酸素との混合ガスに対して着火され、燃焼する。燃焼器２２で生成された高温・高圧の燃焼ガスは、燃焼ガス供給ライン２８を通してタービン２３に送られ、図示しない複数の静翼及び動翼を通過することでタービン軸２４を駆動回転する。ここで、発電機１５が作動して発電が行われる。
【００４４】
また、タービン２３から排出された排気ガスは、排気ガス排出ライン２９を通って排熱回収ボイラ１６に送られ、ここで、高温・高圧の排気ガスにより蒸気を生成する。ここで生成された蒸気は蒸気タービン１７に送られ、この蒸気タービン１７を駆動することで発電機１８が作動して発電が行われる。この排熱回収ボイラ１６で熱回収された排気ガスは、排気ガス戻しライン３０を通して圧縮機２１に戻され、一部が排気ガス回収ライン３１を通して回収される。
【００４５】
このように構成された実施例１の複合発電システムでは、燃焼器２２に排気循環ガスとガス燃料と酸素を供給して燃焼させることから、ガス燃料と酸素を十分に混合して効率的に燃焼させる必要がある。そこで、実施例１の燃焼器（ガスタービン燃焼器）２２では、中心部に供給される排気循環ガスと外周部に供給される排気循環ガスとの間に、ガス燃料と酸素を隣接して供給するようにしている。
【００４６】
即ち、燃焼器２２にて、図１及び図２に示すように、燃焼筒４０は、円筒形状をなし、基端部側（図１にて、左端側）にリング形状をなす３つの噴射ノズル４１，４２，４３が設けられると共に、各噴射ノズル４１，４２，４３にスワラー４４，４５，４６が設けられている。そして、最も外側に位置する第１噴射ノズル４１に排気循環ガス供給ライン（不活性ガス供給手段）２５が連結され、第１噴射ノズル４１より内側に位置する第２噴射ノズル４２にガス燃料供給ライン（ガス燃料供給手段）２６が連結され、最も内側に位置する第３噴射ノズル４３に酸素供給ライン（酸素供給手段）２７が連結されている。
【００４７】
また、燃焼筒４０には、外周部から中心部に向けて貫通するスクープ（不活性ガス供給手段）４７が、周方向に均等間隔で４〜８つ（本実施例では、４つ）設けられている。この各スクープ４７には、図示しないが、排気循環ガス供給ライン２５から分岐した排気循環ガスが供給可能となっている。ここで、本発明の不活性ガス供給手段は、燃焼筒４０内の外周部側に排気循環ガスを供給する第１不活性ガス供給手段として第１噴射ノズル４１が機能し、燃焼筒４０内の中心部に排気循環ガス（不活性ガス）を供給する第２不活性ガス供給手段としてスクープ４７が機能することとなる。
【００４８】
そのため、実施例１の燃焼器２２では、スクープ４７からは、燃焼筒４０の中心部に排気循環ガスを供給し、燃焼ガスの流れ方向の前後に流動する。一方、第１噴射ノズル４１からは、燃焼筒４０の外周部に排気循環ガスを供給する。そして、第２、第３噴射ノズル４２，４３からは、スクープ４７からの排気循環ガスより外側にガス燃料及び酸素を隣接して噴射する。また、第２、第３噴射ノズル４２，４３からは、第１噴射ノズル４１からの排気循環ガスより内側にガス燃料及び酸素を噴射する。つまり、ガス燃料及び酸素は、内外の排気循環ガスにより挟まれた空間に噴射されることとなる。
【００４９】
なお、燃焼筒４０は、外周部に、外部から排気循環ガスを取り入れ、フィルム流体として内周面に排気循環ガスを沿わせることで、冷却する複数の開口部４８が形成されている。
【００５０】
従って、燃焼筒４０内には、第１噴射ノズル４１から排気循環ガスが噴射され、第２噴射ノズル４２からガス燃料が噴射され、第３噴射ノズル４３から酸素が噴射され、スクープ４７から中心部に向けて排気循環ガスが供給される。そのため、ガス燃料と酸素は、排気循環ガスにより挟まれた空間で混合し、着火されることとなり、十分な混合が可能となり、適正な位置に火炎面が形成されて効率的に燃焼することとなる。また、燃焼ガス（火炎）は、第２、第３噴射ノズル４２，４３の近傍から排気循環ガスにより冷却されることとなり、燃焼ガス温度が適正温度に維持される。
【００５１】
このように実施例１のガスタービン燃焼器２２にあっては、燃焼筒４０内に排気循環ガスを供給する排気循環ガス供給ライン２５と、燃焼筒４０内にガス燃料を供給するガス燃料供給ライン２６と、燃焼筒４０内に酸素を供給する酸素供給ライン２７とを設け、排気循環ガス供給ライン２５から燃焼筒４０内の中心部に排気循環ガスを供給するスクープ４７と、燃焼筒４０内の外周部側に排気循環ガスを供給する第１噴射ノズル４１とを設け、スクープ４７から供給された排気循環ガスより外側にガス燃料及び酸素を隣接して供給する。
【００５２】
従って、燃焼筒４０内にて、排気循環ガスより外側にガス燃料と酸素を隣接して供給することで、ガス燃料と酸素との混合が良好となり、燃焼による酸素の利用率を１００％に近づけることができ、排気循環ガスにおける酸素の残留を抑制し、燃焼効率の向上を図ることができる。
【００５３】
また、実施例１のガスタービン燃焼器２２では、第１噴射ノズル４１から供給された排気循環ガスより内側にガス燃料及び酸素を隣接して供給する。従って、燃焼筒４０内にて、内外の排気循環ガスの間にガス燃料と酸素が供給されることとなり、ガス燃料と酸素との混合を促進することができると共に、排気循環ガスにより燃焼温度の上昇を抑制することができる。
【００５４】
また、実施例１のガスタービン燃焼器２２では、ガス燃料、酸素、排気循環ガスがスワラー４４，４５，４６を介して燃焼筒４０内に供給されると共に、排気循環ガスがスクープ４７を介して燃焼筒４０内に供給される。従って、簡単な構成でガス燃料、酸素、排気循環ガスの供給機構を構成することができ、構造の簡素化を可能とすることができる。
【００５５】
また、実施例１の複合発電システムにあっては、ガス化炉１１と、ガス精製装置１２と、酸素製造装置１３と、ガスタービン１４と、発電機１５と、循環経路２５，２８，２９，３０とで構成し、ガスタービン１４の燃焼器２２として、燃焼筒４０内に排気循環ガスを供給する排気循環ガス供給ライン２５と、燃焼筒４０内にガス燃料を供給するガス燃料供給ライン２６と、燃焼筒４０内に酸素を供給する酸素供給ライン２７とを設け、排気循環ガス供給ライン２５から燃焼筒４０内の中心部に排気循環ガスを供給するスクープ４７と、燃焼筒４０内の外周部側に排気循環ガスを供給する第１噴射ノズル４１とを設け、スクープ４７から供給された排気循環ガスより外側にガス燃料及び酸素を隣接して供給する。
【００５６】
従って、燃焼筒４０内にて、排気循環ガスより外側にガス燃料と酸素を隣接して供給することで、ガス燃料と酸素との混合が良好となり、燃焼による酸素の利用率を１００％に近づけることができ、排気ガスにおける酸素の残留を抑制し、燃焼効率の向上を図ることができ、その結果、発電効率の向上を可能とすることができる。
【００５７】
また、実施例１の複合発電システムでは、排気循環ガスが二酸化炭素を含有しており、発生した二酸化炭素を含有する排気循環ガスを循環することで、二酸化炭素の排出量を抑制することができる。
【実施例２】
【００５８】
図４は、本発明の実施例２に係るガスタービン燃焼器を表す概略図、図５は、実施例２のガスタービン燃焼器を表す図４のＶ−Ｖ断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００５９】
実施例２では、図４及び図５に示すように、燃焼器２２の中心部に供給される排気循環ガスと外周部に供給される排気循環ガスとの間に、ガス燃料と酸素を隣接して供給すると共に、酸素及び排気循環ガスより高速でガス燃料を供給するようにしている。
【００６０】
即ち、燃焼器２２にて、燃焼筒４０は、基端部側にリング形状をなす３つの噴射ノズル４１，４２，４３が設けられている。この噴射ノズル４１，４３にスワラー４４，４６が設けられる一方、噴射ノズル４２の先端部に多数の絞り噴孔５１が設けられている。この絞り噴孔５１は、周方向に均等間隔で形成され、噴射ノズル４１，４３から噴射される酸素及び排気循環ガスより、ガス燃料を高速で噴射可能となっている。そして、最も外側に位置する第１噴射ノズル４１に排気循環ガス供給ライン２５が連結され、第１噴射ノズル４１より内側に位置する第２噴射ノズル４２にガス燃料供給ライン２６が連結され、最も内側に位置する第３噴射ノズル４３に酸素供給ライン２７が連結されている。また、燃焼筒４０には、外周部から中心部に向けて貫通するスクープ４７が、周方向に均等間隔で４つ設けられており、この各スクープ４７には、排気循環ガス供給ライン２５から分岐した排気循環ガスが供給可能となっている。
【００６１】
そのため、実施例２の燃焼器２２では、スクープ４７から燃焼筒４０の中心部に供給された排気循環ガスと、第１噴射ノズル４１から燃焼筒４０の外周部に供給された排気循環ガスとの間に、第２、第３噴射ノズル４２，４３から、ガス燃料と酸素を隣接して噴射する。このとき、第２噴射ノズル４２は、多数の絞り噴孔５１から排気循環ガスや酸素よりも高速でガス燃料を噴射する。
【００６２】
従って、燃焼筒４０内には、第１噴射ノズル４１から排気循環ガスが噴射され、第２噴射ノズル４２からガス燃料が噴射され、第３噴射ノズル４３から酸素が噴射され、スクープ４７から中心部に向けて排気循環ガスが供給される。そのため、ガス燃料と酸素は、排気循環ガスにより挟まれた空間で混合し、着火される。このとき、ガス燃料は、排気循環ガスや酸素より高速で噴射されることから、酸素と十分な混合が可能となり、適正な位置に火炎面が形成されて効率的に燃焼することとなる。また、燃焼ガス（火炎）は、第２、第３噴射ノズル４２，４３の近傍から排気循環ガスにより冷却されることとなり、燃焼ガス温度が適正温度に維持される。
【００６３】
このように実施例２のガスタービン燃焼器２２にあっては、燃焼筒４０内の外周部に排気循環ガスを供給する第１噴射ノズル４１と、燃焼筒４０内の中心部に排気循環ガスを供給するスクープ４７と、内外の排気循環ガスの間の空間にガス燃料を噴射する第２噴射ノズル４２、酸素を噴射する第３噴射ノズル４３とを設け、第２噴射ノズル４２の先端部に絞り噴孔５１を設けている。
【００６４】
従って、燃焼筒４０内にて、内外の排気循環ガスにより挟まれる空間にガス燃料と酸素を隣接して供給し、且つ、酸素及び排気循環ガスよりガス燃料を高速で供給することで、ガス燃料と酸素との混合が良好となり、燃焼による酸素の利用率を１００％に近づけることができ、排気循環ガスにおける酸素の残留を抑制し、燃焼効率の向上を図ることができる。
【実施例３】
【００６５】
図６は、本発明の実施例３に係るガスタービン燃焼器を表す概略図、図７は、実施例３のガスタービン燃焼器を表す図６のVII−VII断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００６６】
実施例３では、図６及び図７に示すように、燃焼器２２の中心部に供給される排気循環ガスと外周部に供給される排気循環ガスとの間に、ガス燃料と酸素を隣接して供給すると共に排気循環ガスより高速でガス燃料及び酸素を供給するようにしている。また、燃焼筒４０内に、ガス燃料と酸素を周方向で交互に供給するようにしている。
【００６７】
即ち、燃焼器２２にて、燃焼筒４０は、基端部側にリング形状をなす２つの噴射ノズル４１，４２が設けられている。この噴射ノズル４１にスワラー４４が設けられる一方、噴射ノズル４２の先端部には、２種類の絞り噴孔５１，５２が設けられている。この各絞り噴孔５１，５２は、周方向に均等間隔で交互に形成され、噴射ノズル４１から噴射される排気循環ガスより、ガス燃料及び酸素を高速で噴射可能となっている。そして、最も外側に位置する第１噴射ノズル４１に排気循環ガス供給ライン２５が連結され、第１噴射ノズル４１より内側に位置する第２噴射ノズル４２にガス燃料供給ライン２６及び酸素供給ライン２７が連結されている。この場合、第２噴射ノズル４２における絞り噴孔５１にガス燃料供給ライン２６が連結され、第２噴射ノズル４２における絞り噴孔５２に酸素供給ライン２７が連結される。また、燃焼筒４０には、外周部から中心部に向けて貫通するスクープ４７が、周方向に均等間隔で４つ設けられており、この各スクープ４７には、排気循環ガス供給ライン２５から分岐した排気循環ガスが供給可能となっている。
【００６８】
そのため、実施例３の燃焼器２２では、スクープ４７から燃焼筒４０の中心部に供給された排気循環ガスと、第１噴射ノズル４１から燃焼筒４０の外周部に供給された排気循環ガスとの間に、第２噴射ノズル４２から、ガス燃料と酸素を隣接して噴射する。このとき、第２噴射ノズル４２は、多数の絞り噴孔５１，５２から排気循環ガスよりも高速でガス燃料と酸素を噴射する。
【００６９】
従って、燃焼筒４０内には、第１噴射ノズル４１から排気循環ガスが噴射され、第２噴射ノズル４２からガス燃料と酸素が噴射され、スクープ４７から中心部に向けて排気循環ガスが供給される。そのため、ガス燃料と酸素は、排気循環ガスにより挟まれた空間で混合し、着火される。このとき、ガス燃料と酸素は、排気循環ガスより高速で、且つ、周方向に交互に隣接して噴射されることから、ガス燃料と酸素との十分な混合が可能となり、適正な位置に火炎面が形成されて効率的に燃焼することとなる。また、燃焼ガス（火炎）は、第２噴射ノズル４２の近傍から排気循環ガスにより冷却されることとなり、燃焼ガス温度が適正温度に維持される。
【００７０】
このように実施例３のガスタービン燃焼器２２にあっては、燃焼筒４０内の外周部に排気循環ガスを供給する第１噴射ノズル４１と、燃焼筒４０内の中心部に排気循環ガスを供給するスクープ４７と、内外の排気循環ガスの間の空間にガス燃料と酸素を噴射する第２噴射ノズル４２を設け、第２噴射ノズル４２の先端部にガス燃料と酸素用の２種類の絞り噴孔５１，５２を設けている。
【００７１】
従って、燃焼筒４０内にて、内外の排気循環ガスにより挟まれる空間にガス燃料と酸素を隣接して供給し、且つ、排気循環ガスよりガス燃料と酸素を高速で供給することで、ガス燃料と酸素との混合が良好となり、燃焼による酸素の利用率を１００％に近づけることができ、排気循環ガスにおける酸素の残留を抑制し、燃焼効率の向上を図ることができる。
【００７２】
この場合、排気循環ガスより高速でガス燃料と酸素を燃焼筒４０内に供給することから、ガス燃料と酸素との混合を促進することができる。また、ガス燃料と酸素を燃焼筒４０の周方向で交互に供給することから、ガス燃料と酸素との混合を更に促進することができる。
【実施例４】
【００７３】
図８は、本発明の実施例４に係るガスタービン燃焼器を表す概略図、図９は、実施例４のガスタービン燃焼器を表す図８のIX−IX断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００７４】
実施例４では、図８及び図９に示すように、燃焼器２２の中心部に供給される排気循環ガスと外周部に供給される排気循環ガスとの間に、ガス燃料と酸素を隣接して供給すると共に、ガス燃料の内外の両側に酸素を供給するようにしている。
【００７５】
即ち、燃焼器２２にて、燃焼筒４０は、基端部側にリング形状をなす３つの噴射ノズル４１，４２，４３が設けられている。また、第１噴射ノズル４１と第２噴射ノズル４２との間に第４噴射ノズル６１が設けられている。この各噴射ノズル４１，４２，４３，６１にスワラー４４，４５，４６，６２が設けられている。そして、第１噴射ノズル４１に排気循環ガス供給ライン２５が連結され、第１噴射ノズル４１より内側に位置する第４噴射ノズル６１に酸素供給ライン２６が連結され、第４噴射ノズル６１より内側に位置する第２噴射ノズル４２にガス燃料供給ライン２６が連結され、第２噴射ノズル４２より内側に位置する第３噴射ノズル４３に酸素供給ライン２７が連結されている。また、燃焼筒４０には、外周部から中心部に向けて貫通するスクープ４７が、周方向に均等間隔で４つ設けられており、この各スクープ４７には、排気循環ガス供給ライン２５から分岐した排気循環ガスが供給可能となっている。
【００７６】
そのため、実施例４の燃焼器２２では、スクープ４７から燃焼筒４０の中心部に供給された排気循環ガスと、第１噴射ノズル４１から燃焼筒４０の外周部に供給された排気循環ガスとの間に、第２、第３、第４噴射ノズル４２，４３，６１から、ガス燃料と酸素を隣接して噴射する。このとき、第３、第４噴射ノズル４３，６１からは、第２噴射ノズル４２から噴射されたガス燃料を挟むように、ガス燃料の内外に酸素を噴射する。
【００７７】
この場合、第３噴射ノズル４３が本発明の第１酸素供給手段として機能し、第４噴射ノズル６１が本発明の第２酸素供給手段として機能する。
【００７８】
従って、燃焼筒４０内には、第１噴射ノズル４１から排気循環ガスが噴射され、第２噴射ノズル４２からガス燃料が噴射され、第３、第４噴射ノズル４３，６１から酸素が噴射され、スクープ４７から中心部に向けて排気循環ガスが供給される。そのため、ガス燃料と酸素は、排気循環ガスにより挟まれた空間で混合し、着火される。このとき、ガス燃料は、酸素により挟まれた空間に噴射されることから、この酸素と十分な混合が可能となり、適正な位置に火炎面が形成されて効率的に燃焼することとなる。また、燃焼ガス（火炎）は、第２、第３噴射ノズル４２，４３の近傍から排気循環ガスにより冷却されることとなり、燃焼ガス温度が適正温度に維持される。
【００７９】
このように実施例４のガスタービン燃焼器２２にあっては、燃焼筒４０内の外周部に排気循環ガスを供給する第１噴射ノズル４１と、燃焼筒４０内の中心部に排気循環ガスを供給するスクープ４７と、内外の排気循環ガスの間の空間にガス燃料を噴射する第２噴射ノズル４２と、内外の排気循環ガスの間で且つガス燃料の内外に酸素を噴射する第３、第４噴射ノズル４３，６１とを設けている。
【００８０】
従って、燃焼筒４０内にて、内外の排気循環ガスにより挟まれる空間で、且つ、内外の酸素により挟まれる空間にガス燃料を供給することで、このガス燃料が酸素により挟み込まれることとなり、ガス燃料と酸素との混合が良好となり、燃焼による酸素の利用率を１００％に近づけることができ、排気循環ガスにおける酸素の残留を抑制し、燃焼効率の向上を図ることができる。
【実施例５】
【００８１】
図１０は、本発明の実施例５に係るガスタービン燃焼器の要部を表す概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００８２】
実施例５では、図１０に示すように、燃焼器２２の中心部に供給される排気循環ガスと外周部に供給される排気循環ガスとの間に、ガス燃料と酸素を隣接して供給すると共に、ガス燃料の内外の両側に酸素を供給し、且つ、酸素及び排気循環ガスより高速でガス燃料を供給するようにしている。
【００８３】
即ち、燃焼器２２にて、燃焼筒４０は、基端部側にリング形状をなす４つの噴射ノズル４１，４２，４３，６１が設けられている。この各噴射ノズル４１，４３，６１にスワラー４４，４６，６２が設けられる一方、噴射ノズル４２の先端部に多数の絞り噴孔６３が設けられている。そして、第１噴射ノズル４１に排気循環ガス供給ライン２５が連結され、第２噴射ノズル４２にガス燃料供給ライン２６が連結され、第３、第４噴射ノズル４３，６１に酸素供給ライン２７が連結されている。また、燃焼筒４０には、外周部から中心部に向けて貫通するスクープ４７が、周方向に均等間隔で４つ設けられており、この各スクープ４７には、排気循環ガス供給ライン２５から分岐した排気循環ガスが供給可能となっている。
【００８４】
そのため、実施例５の燃焼器２２では、スクープ４７から燃焼筒４０の中心部に供給された排気循環ガスと、第１噴射ノズル４１から燃焼筒４０の外周部に供給された排気循環ガスとの間に、第２、第３、第４噴射ノズル４２，４３，６１から、ガス燃料と酸素を隣接して噴射する。このとき、第３、第４噴射ノズル４３，６１からは、第２噴射ノズル４２から噴射されたガス燃料を挟むように、ガス燃料の内外に酸素を噴射する。また、第２噴射ノズル４２は、多数の絞り噴孔６３から排気循環ガスや酸素よりも高速でガス燃料を噴射する。
【００８５】
従って、燃焼筒４０内には、第１噴射ノズル４１から排気循環ガスが噴射され、第２噴射ノズル４２からガス燃料が噴射され、第３、第４噴射ノズル４３，６１から酸素が噴射され、スクープ４７から中心部に向けて排気循環ガスが供給される。そのため、ガス燃料と酸素は、排気循環ガスにより挟まれた空間で混合し、着火される。このとき、ガス燃料は、酸素により挟まれた空間に排気循環ガスや酸素より高速で噴射されることから、この酸素と十分な混合が可能となり、適正な位置に火炎面が形成されて効率的に燃焼することとなる。また、燃焼ガス（火炎）は、第２、第３噴射ノズル４２，４３の近傍から排気循環ガスにより冷却されることとなり、燃焼ガス温度が適正温度に維持される。
【００８６】
このように実施例５のガスタービン燃焼器２２にあっては、燃焼筒４０内の外周部に排気循環ガスを供給する第１噴射ノズル４１と、燃焼筒４０内の中心部に排気循環ガスを供給するスクープ４７と、内外の排気循環ガスの間の空間にガス燃料を噴射する第２噴射ノズル４２と、内外の排気循環ガスの間で且つガス燃料の内外に酸素を噴射する第３、第４噴射ノズル４３，６１とを設け、第２噴射ノズル４２の先端部に絞り噴孔６３を設けている。
【００８７】
従って、燃焼筒４０内にて、内外の排気循環ガスにより挟まれる空間で、且つ、内外の酸素により挟まれる空間にガス燃料を高速で供給することで、この高速で供給されたガス燃料が酸素により挟み込まれることとなり、ガス燃料と酸素との混合が良好となり、燃焼による酸素の利用率を１００％に近づけることができ、排気循環ガスにおける酸素の残留を抑制し、燃焼効率の向上を図ることができる。
【実施例６】
【００８８】
図１１は、本発明の実施例６に係るガスタービン燃焼器を表す概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００８９】
実施例６では、図１１に示すように、燃焼器２２の中心部に供給される排気循環ガスと外周部に供給される排気循環ガスとの間に、ガス燃料と酸素を隣接して供給し、この場合、排気循環ガスに対して酸素を供給している。
【００９０】
即ち、燃焼器２２にて、燃焼筒４０は、基端部側にリング形状をなす２つの噴射ノズル４１，４２が設けられており、この噴射ノズル４１，４２にスワラー４４，４５が設けられている。この場合、第１噴射ノズル４１には、スワラー４４より上流側に位置して２つの供給口７１，７２が形成されている。そして、第１噴射ノズル４１の供給口７１に排気循環ガス供給ライン２５が連結され、供給口７２に酸素供給ライン２７が連結され、第２噴射ノズル４２にガス燃料供給ライン２６が連結されている。また、燃焼筒４０には、外周部から中心部に向けて貫通するスクープ４７が、周方向に均等間隔で４つ設けられており、この各スクープ４７には、排気循環ガス供給ライン２５から分岐した排気循環ガスが供給可能となっている。
【００９１】
そのため、実施例６の燃焼器２２では、スクープ４７から燃焼筒４０の中心部に供給された排気循環ガスと、第１噴射ノズル４１から燃焼筒４０の外周部に供給された排気循環ガスとの間に、第１、第２噴射ノズル４１，４２から、酸素とガス燃料を隣接して噴射する。この場合、第１噴射ノズル４１は、排気循環ガスと酸素との混合ガスを噴射する。
【００９２】
従って、燃焼筒４０内には、第１噴射ノズル４１から排気循環ガスと酸素の混合ガスが噴射され、第２噴射ノズル４２からガス燃料が噴射され、スクープ４７から中心部に向けて排気循環ガスが供給される。そのため、少なくともガス燃料は、排気循環ガスにより挟まれた空間で酸素と混合し、着火されることから、十分な混合が可能となり、適正な位置に火炎面が形成されて効率的に燃焼することとなる。また、ガス燃料は、排気循環ガスを含有する酸素と混合して燃焼することから、燃焼ガスの温度が高温とはならず、酸素に窒素が混入していたとしても、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生が抑制される。
【００９３】
このように実施例６のガスタービン燃焼器２２にあっては、燃焼筒４０に第１噴射ノズル４１と第２噴射ノズル４２とスクープ４７を設け、第１噴射ノズル４１から排気循環ガスと酸素の混合ガスを噴射可能とし、第２噴射ノズル４２からガス燃料を噴射可能とし、スクープ４７から排気循環ガスを供給可能としている。
【００９４】
従って、燃焼筒４０内にて、内外の排気循環ガスにより挟まれる空間にガス燃料を供給し、且つ、外側の排気循環ガスに対して酸素を供給することで、ガス燃料と酸素との混合が良好となり、燃焼による酸素の利用率を１００％に近づけることができ、排気循環ガスにおける酸素の残留を抑制し、燃焼効率の向上を図ることができる。また、酸素を事前に排気循環ガスと混合して酸素濃度を低下させ、ガス燃料が低濃度の酸素と混合して燃焼することから、燃焼ガス温度の上昇が抑制され、窒素酸化物の発生を抑制することができる。
【実施例７】
【００９５】
図１２は、本発明の実施例７に係るガスタービン燃焼器の要部を表す概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００９６】
実施例７では、図１２に示すように、燃焼器２２の中心部に供給される排気循環ガスと外周部に供給される排気循環ガスとの間に、ガス燃料と酸素を隣接して供給し、この場合、内外の排気循環ガスに対して酸素を供給している。
【００９７】
即ち、燃焼器２２にて、燃焼筒４０は、基端部側にリング形状をなす３つの噴射ノズル４１，４２，４３が設けられており、この各噴射ノズル４１，４２，４３にスワラー４４，４５，４６が設けられている。この場合、第１噴射ノズル４１には、スワラー４４より上流側に位置して２つの供給口７１，７２が形成され、第３噴射ノズル４３には、スワラー４６より上流側に位置して２つの供給口７３，７４が形成されている。そして、第１噴射ノズル４１の供給口７１に排気循環ガス供給ライン２５が連結され、供給口７２に酸素供給ライン２７が連結され、第２噴射ノズル４２にガス燃料供給ライン２６が連結され、第３噴射ノズル４３の供給口７３に排気循環ガス供給ライン２５が連結され、供給口７４に酸素供給ライン２７が連結されている。
【００９８】
そのため、実施例７の燃焼器２２では、第１噴射ノズル４１から燃焼筒４０の外周部に供給された排気循環ガスと、スクープ４７から燃焼筒４０の中心部に供給された排気循環ガスとの間に、第２噴射ノズル４２から、ガス燃料を噴射する。この場合、第１、第３噴射ノズル４１，４３は、排気循環ガスと酸素との混合ガスを噴射する。
【００９９】
従って、燃焼筒４０内には、第１噴射ノズル４１から排気循環ガスと酸素の混合ガスが噴射され、第２噴射ノズル４２からガス燃料が噴射され、第３噴射ノズル４３から排気循環ガスと酸素の混合ガスが噴射される。そのため、少なくともガス燃料は、排気循環ガスにより挟まれた空間で酸素と混合し、着火されることから、十分な混合が可能となり、適正な位置に火炎面が形成して効率的に燃焼することとなる。また、ガス燃料は、排気循環ガスを含有する酸素と混合して燃焼することから、燃焼ガスの温度が高温とはならず、酸素に窒素が混入していたとしても、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生が抑制される。
【０１００】
このように実施例７のガスタービン燃焼器２２にあっては、燃焼筒４０に第１噴射ノズル４１と第２噴射ノズル４２を設け、第１、第３噴射ノズル４１，４３から排気循環ガスと酸素の混合ガスを噴射可能とし、第２噴射ノズル４２からガス燃料を噴射可能としている。
【０１０１】
従って、燃焼筒４０内にて、内外の排気循環ガスにより挟まれる空間にガス燃料を供給し、且つ、各排気循環ガスに対して酸素を供給することで、ガス燃料と酸素との混合が良好となり、燃焼による酸素の利用率を１００％に近づけることができ、排気循環ガスにおける酸素の残留を抑制し、燃焼効率の向上を図ることができる。また、酸素を事前に排気循環ガスと混合して酸素濃度を低下させ、ガス燃料が低濃度の酸素と混合して燃焼することから、燃焼ガス温度の上昇が抑制され、窒素酸化物の発生を抑制することができる。
【０１０２】
なお、上述した実施例６、７にて、実施例２のように、ガス燃料を噴射する第２噴射ノズル４２の先端部に絞り噴孔を形成し、ガス燃料を酸素や排気循環ガスよりも高速で噴射するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明に係るガスタービン燃焼器及び発電システムは、不活性ガスより外側にガス燃料及び酸素を隣接して供給することで、排気ガスにおける酸素の残留を抑制して燃焼効率の向上を図ると共に、発電効率の向上を可能とするものであり、いずれの種類の燃焼器、発電システムにも適用することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１１ ガス化炉
１２ ガス精製装置
１３ 酸素製造装置
１４ ガスタービン
１５，１８ 発電機
１６ 排熱回収ボイラ
１７ 蒸気タービン
２１ 圧縮機
２２ 燃焼器
２３ タービン
２５ 排気循環ガス供給ライン（不活性ガス供給手段）
２６ ガス燃料供給ライン（ガス燃料供給手段）
２７ 酸素供給ライン（酸素供給手段）
２８ 燃焼ガス供給ライン
２９ 排気ガス排出ライン
３０ 排気ガス戻しライン
４０ 燃焼筒
４１ 第１噴射ノズル（第１不活性ガス供給手段）
４２ 第２噴射ノズル
４３ 第３噴射ノズル（第１酸素供給手段）
４４，４５，４６，６２ スワラー
４７ スクープ（第２不活性ガス供給手段）
５１，５２，６３ 絞り噴孔
６１ 第４噴射ノズル（第２酸素供給手段）
７１，７２，７３，７４ 供給口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンから排出された排気循環ガスに対して、ガス燃料と酸素を供給し、この混合ガスを燃焼して燃焼ガスを得るガスタービン燃焼器、並びに、このガスタービン燃焼器からの燃焼ガスによりタービンを駆動して発電する発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されている。従って、空気を圧縮機により圧縮することで高温・高圧の圧縮空気とし、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスによりタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動して発電することができる。また、このようなガスタービンにガス化炉を適用した複合発電システムがある。この複合発電システムでは、ガス化炉で固体燃料または液体燃料をガス化し、生成したガスを燃料としてガスタービンへ送給して燃焼させ、発生した燃焼ガスによりタービンを駆動して発電すると共に、ガスタービンから排出された高温の排気ガスをボイラに送って蒸気を生成し、生成された蒸気により蒸気タービンを駆動して発電している。
【０００３】
ところで、上述した複合発電システムでは、ガスタービンから排出された排気ガスに、二酸化炭素（ＣＯ２）が含まれていることから、この二酸化炭素の排出抑制が重要な問題となっている。そこで、回収した二酸化炭素を効果的に利用するガス化炉と、排気ガスにガス燃料と酸素を混合して燃焼させるクローズドガスタービンを組み合わせた複合発電システムが例えば、下記非特許文献１に提案されている。
【０００４】
また、このような複合発電システムとしては、下記特許文献１に記載されたものがある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】財団法人電力中央研究所 研究報告Ｍ０７００３ 「ＣＯ２回収型高効率石炭ガス化複合発電システムの提案とその課題」
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２６２９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した非特許文献１の複合発電システムでは、ガスタービンを循環する二酸化炭素と水蒸気で構成される循環ガスと、酸素製造装置で製造させる酸素とを混合させ、その混合ガスを酸化用流体として、燃焼器内に供給される燃料を燃焼させている。そのため、燃焼器にて、ガス燃料と酸素の混合が不十分となり、排気ガスに酸素が残留してしまい、酸素の効率的な利用を阻害してしまう。一方、特許文献１では、燃焼器に対して酸素流入ラインとガス燃料流入ラインが記載されているだけであり、ガス燃料と酸素の混合が不十分となる可能性が高い。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するものであり、排気ガスにおける酸素の残留を抑制して燃焼効率の向上を図るガスタービン燃焼器、並びに、発電効率の向上を可能とする発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した目的を達成するための本発明のガスタービン燃焼器は、燃焼筒と、該燃焼筒内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、前記燃焼筒内にガス燃料を供給するガス燃料供給手段と、前記燃焼筒内に酸素を供給する酸素供給手段とを備え、前記不活性ガス供給手段は、前記燃焼筒内の外周部側に不活性ガスを供給する第１不活性ガス供給手段と、前記燃焼筒内の中心部に不活性ガスを供給する第２不活性ガス供給手段とを有し、前記ガス燃料供給手段及び前記酸素供給手段は、前記第２不活性ガス供給手段から供給された不活性ガスより外側にガス燃料及び酸素を隣接して供給する、ことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明のガスタービン燃焼器では、前記ガス燃料供給手段及び前記酸素供給手段は、前記第１不活性ガス供給手段から供給された不活性ガスより内側にガス燃料及び酸素を供給することを特徴としている。
【００１１】
本発明のガスタービン燃焼器では、前記酸素供給手段は、前記第１不活性ガス供給手段から供給された不活性ガスに対して酸素を供給することを特徴としている。
【００１２】
本発明のガスタービン燃焼器では、前記ガス燃料供給手段、前記酸素供給手段、前記第１不活性ガス供給手段は、それぞれスワラーを介してガス燃料、酸素、不活性ガスを前記燃焼筒内に供給し、前記第２不活性ガス供給手段は、外部から前記燃焼筒を径方向に貫通するスクープを介して不活性ガスを前記燃焼筒内に供給することを特徴としている。
【００１３】
本発明のガスタービン燃焼器では、前記酸素供給手段は、前記ガス燃料供給手段から供給されたガス燃料より内側に酸素を供給する第１酸素供給手段と、前記ガス燃料供給手段から供給されたガス燃料より外側に酸素を供給する第２酸素供給手段とを有することを特徴としている。
【００１４】
本発明のガスタービン燃焼器では、前記ガス燃料供給手段は、酸素及び不活性ガスより高速でガス燃料を供給することを特徴としている。
【００１５】
本発明のガスタービン燃焼器では、前記酸素供給手段は、不活性ガスより高速で酸素を供給することを特徴としている。
【００１６】
本発明のガスタービン燃焼器では、前記ガス燃料供給手段及び前記酸素供給手段は、ガス燃料と酸素を前記燃焼筒の周方向で交互に供給することを特徴としている。
【００１７】
本発明のガスタービン燃焼器では、不活性ガスは、二酸化炭素を含有することを特徴としている。
【００１８】
また、本発明の発電システムは、固体燃料または液体燃料をガス化してガス燃料を生成するガス化炉と、酸素を製造する酸素製造装置と、圧縮機で圧縮した排気ガスにガス燃料と酸素を供給した混合気を燃焼器で燃焼して発生した燃焼ガスによりタービンを駆動するガスタービンと、ガスタービンの駆動力により発電する発電機と、前記ガスタービンからの排気ガスを前記圧縮機に戻す循環経路と、を備える発電システムにおいて、前記燃焼器は、内部に排気循環ガスを供給する排気循環ガス供給手段と、内部にガス燃料を供給するガス燃料供給手段と、内部に酸素を供給する酸素供給手段とを有し、前記排気循環ガス供給手段は、外周部側に排気循環ガスを供給する第１排気循環ガス供給手段と、中心部に排気循環ガスを供給する第２排気循環ガス供給手段とを有し、前記ガス燃料供給手段及び前記酸素供給手段は、第２排気循環ガス供給手段から供給された排気循環ガスより外側にガス燃料及び酸素を隣接して供給する、ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のガスタービン燃焼器によれば、燃焼筒と、燃焼筒内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、燃焼筒内にガス燃料を供給するガス燃料供給手段と、燃焼筒内に酸素を供給する酸素供給手段とで構成し、不活性ガス供給手段として、燃焼筒内の外周部側に不活性ガスを供給する第１不活性ガス供給手段と、燃焼筒内の中心部に不活性ガスを供給する第２不活性ガス供給手段とを設け、ガス燃料供給手段及び酸素供給手段が、第２不活性ガス供給手段から供給された不活性ガスより外側にガス燃料及び酸素を隣接して供給するようにしている。従って、燃焼筒内にて、中心部より外側に供給される不活性ガスより外側にガス燃料と酸素が隣接して供給されることで、ガス燃料と酸素との混合が良好となり、燃焼による酸素の利用率を１００％に近づけることができ、不活性ガスにおける酸素の残留を抑制し、燃焼効率の向上を図ることができる。
【００２０】
本発明のガスタービン燃焼器によれば、ガス燃料供給手段及び酸素供給手段が、第１不活性ガス供給手段から供給された不活性ガスより内側にガス燃料及び酸素を供給するので、燃焼筒内にて、内外の不活性ガスの間にガス燃料と酸素が供給されることとなり、ガス燃料と酸素との混合を促進することができると共に、不活性ガスにより燃焼温度の上昇を抑制することができる。
【００２１】
本発明のガスタービン燃焼器によれば、酸素供給手段が、第１不活性ガス供給手段から供給された不活性ガスに対して酸素を供給するので、燃焼筒内にて、酸素を事前に不活性ガスと混合して酸素濃度を低下させることで、燃焼温度の上昇を抑制し、窒素酸化物の発生を抑制することができる。
【００２２】
本発明のガスタービン燃焼器によれば、ガス燃料供給手段、酸素供給手段、第１不活性ガス供給手段が、スワラーを介してガス燃料、酸素、不活性ガスを燃焼筒内に供給し、第２不活性ガス供給手段が、外部から燃焼筒を径方向に貫通するスクープを介して不活性ガスを燃焼筒内に供給するので、簡単な構成で各供給手段を構成することができ、構造の簡素化を可能とすることができる。
【００２３】
本発明のガスタービン燃焼器によれば、酸素供給手段として、ガス燃料供給手段から供給されたガス燃料より内側に酸素を供給する第１酸素供給手段と、ガス燃料供給手段から供給されたガス燃料より外側に酸素を供給する第２酸素供給手段とを設けるので、ガス燃料を酸素により挟み込むことで、ガス燃料と酸素との混合を更に促進することができる。
【００２４】
本発明のガスタービン燃焼器によれば、ガス燃料供給手段が酸素及び不活性ガスより高速でガス燃料を供給するので、ガス燃料の供給速度を高めることで、酸素との混合を促進することができる。
【００２５】
本発明のガスタービン燃焼器によれば、酸素供給手段が不活性ガスより高速で酸素を供給するので、ガス燃料に加えて酸素の供給速度を高めることで、ガス燃料と酸素との混合を促進することができる。
【００２６】
本発明のガスタービン燃焼器によれば、ガス燃料供給手段及び酸素供給手段が、ガス燃料と酸素を燃焼筒の周方向で交互に供給するので、ガス燃料と酸素との混合を促進することができる。
【００２７】
本発明のガスタービン燃焼器によれば、不活性ガスが二酸化炭素を含有するので、発生した二酸化炭素を含有する不活性ガスを循環することで、二酸化炭素の排出量を抑制することができる。
【００２８】
また、本発明の発電システムによれば、ガス化炉と、酸素製造装置と、ガスタービンと、発電機と、循環経路とで構成し、ガスタービンの燃焼器として、排気循環ガス供給手段と、ガス燃料供給手段と、酸素供給手段を設け、排気循環ガス供給手段として、燃焼筒内の外周部側に排気循環ガスを供給する第１排気循環ガス供給手段と、燃焼筒内の中心部に排気循環ガスを供給する第２排気循環ガス供給手段とを設け、ガス燃料供給手段及び酸素供給手段が、第２排気循環ガス供給手段から供給された排気循環ガスより外側にガス燃料及び酸素を隣接して供給するようにしている。従って、燃焼筒内にて、排気循環ガスより外側にガス燃料と酸素が隣接して供給されることで、ガス燃料と酸素との混合が良好となり、燃焼による酸素の利用率を１００％に近づけることができ、排気ガスにおける酸素の残留を抑制し、燃焼効率の向上を図ることができ、その結果、発電効率の向上を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係るガスタービン燃焼器を表す概略図である。
【図２】図２は、実施例１のガスタービン燃焼器を表す図１のII−II断面図である。
【図３】図３は、実施例１の複合発電システムを表す概略図である。
【図４】図４は、本発明の実施例２に係るガスタービン燃焼器を表す概略図である。
【図５】図５は、実施例２のガスタービン燃焼器を表す図４のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施例３に係るガスタービン燃焼器を表す概略図である。
【図７】図７は、実施例３のガスタービン燃焼器を表す図６のVII−VII断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施例４に係るガスタービン燃焼器を表す概略図である。
【図９】図９は、実施例４のガスタービン燃焼器を表す図８のIX−IX断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例５に係るガスタービン燃焼器の要部を表す概略図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施例６に係るガスタービン燃焼器を表す概略図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施例７に係るガスタービン燃焼器の要部を表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るガスタービン燃焼器及び発電システムの好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００３１】
図１は、本発明の実施例１に係るガスタービン燃焼器を表す概略図、図２は、実施例１のガスタービン燃焼器を表す図１のII−II断面図、図３は、実施例１の複合発電システムを表す概略図である。
【００３２】
実施例１の複合発電システムは、図３に示すように、ガス化炉１１、ガス精製装置１２、酸素製造装置１３、ガスタービン１４、発電機１５、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）１６、蒸気タービン１７、発電機１８とから構成されている。
【００３３】
ガス化炉１１は、固体燃料としての微粉炭（石炭）を不完全燃焼して未燃ガス（Ｈ２，ＣＯ，ＣＯ２，Ｎ２など）を生成するものである。ガス精製装置１２は、ガス化炉１１で生成された未燃ガスから浄化処理などを行うことで、不純物を除去してガス燃料（Ｈ２，ＣＯ）を精製するものである。即ち、ガス化炉１１で生成された未燃ガスをガス精製装置１２の各種装置に通過させることで、自身のもつ熱により硫黄分化合物、窒素化合物、その他の有害物質を除去することができる。
【００３４】
また、酸素製造装置１３は、大気から高濃度の純酸素を製造するものであって、例えば、深冷分留法（液化分留法）、ゼオライト吸着剤を使用した圧力掃引吸着（ＰＳＡ）法、カーボンモレキュラーシーブを使用した圧力掃引吸着（ＰＳＡ）法など、いずれのものであってもよい。
【００３５】
ガスタービン１４は、圧縮機２１と燃焼器２２とタービン２３とを有しており、圧縮機２１及びタービン２３はタービン軸２４を介して連結されている。このガスタービン１４には、タービン軸２４を介して発電機１５が連結されている。
【００３６】
そして、ガスタービン１４にて、圧縮機２１から燃焼器２２に対して、排気循環ガス供給ライン（不活性ガス供給手段）２５が設けられている。また、この燃焼器２２に対して、ガス精製装置１２からガス燃料供給ライン（ガス燃料供給手段）２６が連結されると共に、酸素製造装置１３から酸素供給ライン（酸素供給手段）２７が連結されている。そして、燃焼器２２からタービン２３に対して、燃焼ガス供給ライン２８が連結されている。
【００３７】
排熱回収ボイラ１６は、例えば、高圧ボイラと中圧ボイラと低圧ボイラを有しており、ガスタービン１４から排出された排気ガスにより各ボイラでそれぞれ蒸気を発生させることができる。そのため、排熱回収ボイラ１６には、タービン２３から排出された排気ガス（ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ）の排出ライン２９が連結されると共に、排熱回収ボイラ１６からガスタービン１４の圧縮機２１に対して、排気ガス戻しライン３０が設けられている。そして、排気ガス戻しライン３０から分岐して排気ガス回収ライン３１が設けられている。
【００３８】
蒸気タービン１７は、排熱回収ボイラ１６で発生した蒸気が供給されることで駆動し、連結された発電機１８を運転することができる。そして、この蒸気タービン１７に供給された蒸気は図示しない復水器に送られて凝縮された後、復水ポンプにより排熱回収ボイラ１６に送られるようになっている。なお、この場合、ガスタービン１４と蒸気タービン１７とを同軸上に配置し、一つの発電機を共用してもよい。
【００３９】
なお、排気循環ガス供給ライン２５、燃焼ガス供給ライン２８、排気ガス排出ライン２９、排気ガス戻しライン３０により排気ガスの循環経路が構成される。なお、以下の説明では、タービン２３から排出されたガスを排気ガスと称し、圧縮機２１で圧縮され、排気循環ガス供給ライン２５により燃焼器２２に供給されるガスを排気循環ガスと称すが、両者は温度と圧力が相違するが、同質のガスである。また、排気ガスと排気循環ガスは、本発明の不活性ガスとして機能する。
【００４０】
ここで、上述した複合発電システムの作動について説明する。
【００４１】
ガス化炉１１では、酸素、窒素、微粉炭が供給され、内部で微粉炭が燃焼して未燃ガスが生成される。そして、この未燃ガスは、熱交換器で冷却されてからチャーが除去され、その後、ガス精製装置１２で硫黄分化合物、窒素化合物、その他の有害物質が除去させてガス燃料が精製される。
【００４２】
ガスタービン１４では、排気ガス戻しライン３０を通して圧縮機２１に取り込まれた排気ガスが圧縮されることで高温・高圧の圧縮ガス（排気循環ガス）となり、排気循環ガスとして排気循環ガス供給ライン２５を通して燃焼器２２に送られる。また、ガス精製装置１２で精製されたガス燃料がガス燃料供給ライン２６を通して燃焼器２２に送られると共に、酸素製造装置１３で製造された酸素が酸素供給ライン２７を通して燃焼器２２に送られる。
【００４３】
この燃焼器２２では、排気循環ガスとガス燃料と酸素との混合ガスに対して着火され、燃焼する。燃焼器２２で生成された高温・高圧の燃焼ガスは、燃焼ガス供給ライン２８を通してタービン２３に送られ、図示しない複数の静翼及び動翼を通過することでタービン軸２４を駆動回転する。ここで、発電機１５が作動して発電が行われる。
【００４４】
また、タービン２３から排出された排気ガスは、排気ガス排出ライン２９を通って排熱回収ボイラ１６に送られ、ここで、高温・高圧の排気ガスにより蒸気を生成する。ここで生成された蒸気は蒸気タービン１７に送られ、この蒸気タービン１７を駆動することで発電機１８が作動して発電が行われる。この排熱回収ボイラ１６で熱回収された排気ガスは、排気ガス戻しライン３０を通して圧縮機２１に戻され、一部が排気ガス回収ライン３１を通して回収される。
【００４５】
このように構成された実施例１の複合発電システムでは、燃焼器２２に排気循環ガスとガス燃料と酸素を供給して燃焼させることから、ガス燃料と酸素を十分に混合して効率的に燃焼させる必要がある。そこで、実施例１の燃焼器（ガスタービン燃焼器）２２では、中心部に供給される排気循環ガスと外周部に供給される排気循環ガスとの間に、ガス燃料と酸素を隣接して供給するようにしている。
【００４６】
即ち、燃焼器２２にて、図１及び図２に示すように、燃焼筒４０は、円筒形状をなし、基端部側（図１にて、左端側）にリング形状をなす３つの噴射ノズル４１，４２，４３が設けられると共に、各噴射ノズル４１，４２，４３にスワラー４４，４５，４６が設けられている。そして、最も外側に位置する第１噴射ノズル４１に排気循環ガス供給ライン（不活性ガス供給手段）２５が連結され、第１噴射ノズル４１より内側に位置する第２噴射ノズル４２にガス燃料供給ライン（ガス燃料供給手段）２６が連結され、最も内側に位置する第３噴射ノズル４３に酸素供給ライン（酸素供給手段）２７が連結されている。
【００４７】
また、燃焼筒４０には、外周部から中心部に向けて貫通するスクープ（不活性ガス供給手段）４７が、周方向に均等間隔で４〜８つ（本実施例では、４つ）設けられている。この各スクープ４７には、図示しないが、排気循環ガス供給ライン２５から分岐した排気循環ガスが供給可能となっている。ここで、本発明の不活性ガス供給手段は、燃焼筒４０内の外周部側に排気循環ガスを供給する第１不活性ガス供給手段として第１噴射ノズル４１が機能し、燃焼筒４０内の中心部に排気循環ガス（不活性ガス）を供給する第２不活性ガス供給手段としてスクープ４７が機能することとなる。
【００４８】
そのため、実施例１の燃焼器２２では、スクープ４７からは、燃焼筒４０の中心部に排気循環ガスを供給し、燃焼ガスの流れ方向の前後に流動する。一方、第１噴射ノズル４１からは、燃焼筒４０の外周部に排気循環ガスを供給する。そして、第２、第３噴射ノズル４２，４３からは、スクープ４７からの排気循環ガスより外側にガス燃料及び酸素を隣接して噴射する。また、第２、第３噴射ノズル４２，４３からは、第１噴射ノズル４１からの排気循環ガスより内側にガス燃料及び酸素を噴射する。つまり、ガス燃料及び酸素は、内外の排気循環ガスにより挟まれた空間に噴射されることとなる。
【００４９】
なお、燃焼筒４０は、外周部に、外部から排気循環ガスを取り入れ、フィルム流体として内周面に排気循環ガスを沿わせることで、冷却する複数の開口部４８が形成されている。
【００５０】
従って、燃焼筒４０内には、第１噴射ノズル４１から排気循環ガスが噴射され、第２噴射ノズル４２からガス燃料が噴射され、第３噴射ノズル４３から酸素が噴射され、スクープ４７から中心部に向けて排気循環ガスが供給される。そのため、ガス燃料と酸素は、排気循環ガスにより挟まれた空間で混合し、着火されることとなり、十分な混合が可能となり、適正な位置に火炎面が形成されて効率的に燃焼することとなる。また、燃焼ガス（火炎）は、第２、第３噴射ノズル４２，４３の近傍から排気循環ガスにより冷却されることとなり、燃焼ガス温度が適正温度に維持される。
【００５１】
このように実施例１のガスタービン燃焼器２２にあっては、燃焼筒４０内に排気循環ガスを供給する排気循環ガス供給ライン２５と、燃焼筒４０内にガス燃料を供給するガス燃料供給ライン２６と、燃焼筒４０内に酸素を供給する酸素供給ライン２７とを設け、排気循環ガス供給ライン２５から燃焼筒４０内の中心部に排気循環ガスを供給するスクープ４７と、燃焼筒４０内の外周部側に排気循環ガスを供給する第１噴射ノズル４１とを設け、スクープ４７から供給された排気循環ガスより外側にガス燃料及び酸素を隣接して供給する。
【００５２】
従って、燃焼筒４０内にて、排気循環ガスより外側にガス燃料と酸素を隣接して供給することで、ガス燃料と酸素との混合が良好となり、燃焼による酸素の利用率を１００％に近づけることができ、排気循環ガスにおける酸素の残留を抑制し、燃焼効率の向上を図ることができる。
【００５３】
また、実施例１のガスタービン燃焼器２２では、第１噴射ノズル４１から供給された排気循環ガスより内側にガス燃料及び酸素を隣接して供給する。従って、燃焼筒４０内にて、内外の排気循環ガスの間にガス燃料と酸素が供給されることとなり、ガス燃料と酸素との混合を促進することができると共に、排気循環ガスにより燃焼温度の上昇を抑制することができる。
【００５４】
また、実施例１のガスタービン燃焼器２２では、ガス燃料、酸素、排気循環ガスがスワラー４４，４５，４６を介して燃焼筒４０内に供給されると共に、排気循環ガスがスクープ４７を介して燃焼筒４０内に供給される。従って、簡単な構成でガス燃料、酸素、排気循環ガスの供給機構を構成することができ、構造の簡素化を可能とすることができる。
【００５５】
また、実施例１の複合発電システムにあっては、ガス化炉１１と、ガス精製装置１２と、酸素製造装置１３と、ガスタービン１４と、発電機１５と、循環経路２５，２８，２９，３０とで構成し、ガスタービン１４の燃焼器２２として、燃焼筒４０内に排気循環ガスを供給する排気循環ガス供給ライン２５と、燃焼筒４０内にガス燃料を供給するガス燃料供給ライン２６と、燃焼筒４０内に酸素を供給する酸素供給ライン２７とを設け、排気循環ガス供給ライン２５から燃焼筒４０内の中心部に排気循環ガスを供給するスクープ４７と、燃焼筒４０内の外周部側に排気循環ガスを供給する第１噴射ノズル４１とを設け、スクープ４７から供給された排気循環ガスより外側にガス燃料及び酸素を隣接して供給する。
【００５６】
従って、燃焼筒４０内にて、排気循環ガスより外側にガス燃料と酸素を隣接して供給することで、ガス燃料と酸素との混合が良好となり、燃焼による酸素の利用率を１００％に近づけることができ、排気ガスにおける酸素の残留を抑制し、燃焼効率の向上を図ることができ、その結果、発電効率の向上を可能とすることができる。
【００５７】
また、実施例１の複合発電システムでは、排気循環ガスが二酸化炭素を含有しており、発生した二酸化炭素を含有する排気循環ガスを循環することで、二酸化炭素の排出量を抑制することができる。
【実施例２】
【００５８】
図４は、本発明の実施例２に係るガスタービン燃焼器を表す概略図、図５は、実施例２のガスタービン燃焼器を表す図４のＶ−Ｖ断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００５９】
実施例２では、図４及び図５に示すように、燃焼器２２の中心部に供給される排気循環ガスと外周部に供給される排気循環ガスとの間に、ガス燃料と酸素を隣接して供給すると共に、酸素及び排気循環ガスより高速でガス燃料を供給するようにしている。
【００６０】
即ち、燃焼器２２にて、燃焼筒４０は、基端部側にリング形状をなす３つの噴射ノズル４１，４２，４３が設けられている。この噴射ノズル４１，４３にスワラー４４，４６が設けられる一方、噴射ノズル４２の先端部に多数の絞り噴孔５１が設けられている。この絞り噴孔５１は、周方向に均等間隔で形成され、噴射ノズル４１，４３から噴射される酸素及び排気循環ガスより、ガス燃料を高速で噴射可能となっている。そして、最も外側に位置する第１噴射ノズル４１に排気循環ガス供給ライン２５が連結され、第１噴射ノズル４１より内側に位置する第２噴射ノズル４２にガス燃料供給ライン２６が連結され、最も内側に位置する第３噴射ノズル４３に酸素供給ライン２７が連結されている。また、燃焼筒４０には、外周部から中心部に向けて貫通するスクープ４７が、周方向に均等間隔で４つ設けられており、この各スクープ４７には、排気循環ガス供給ライン２５から分岐した排気循環ガスが供給可能となっている。
【００６１】
そのため、実施例２の燃焼器２２では、スクープ４７から燃焼筒４０の中心部に供給された排気循環ガスと、第１噴射ノズル４１から燃焼筒４０の外周部に供給された排気循環ガスとの間に、第２、第３噴射ノズル４２，４３から、ガス燃料と酸素を隣接して噴射する。このとき、第２噴射ノズル４２は、多数の絞り噴孔５１から排気循環ガスや酸素よりも高速でガス燃料を噴射する。
【００６２】
従って、燃焼筒４０内には、第１噴射ノズル４１から排気循環ガスが噴射され、第２噴射ノズル４２からガス燃料が噴射され、第３噴射ノズル４３から酸素が噴射され、スクープ４７から中心部に向けて排気循環ガスが供給される。そのため、ガス燃料と酸素は、排気循環ガスにより挟まれた空間で混合し、着火される。このとき、ガス燃料は、排気循環ガスや酸素より高速で噴射されることから、酸素と十分な混合が可能となり、適正な位置に火炎面が形成されて効率的に燃焼することとなる。また、燃焼ガス（火炎）は、第２、第３噴射ノズル４２，４３の近傍から排気循環ガスにより冷却されることとなり、燃焼ガス温度が適正温度に維持される。
【００６３】
このように実施例２のガスタービン燃焼器２２にあっては、燃焼筒４０内の外周部に排気循環ガスを供給する第１噴射ノズル４１と、燃焼筒４０内の中心部に排気循環ガスを供給するスクープ４７と、内外の排気循環ガスの間の空間にガス燃料を噴射する第２噴射ノズル４２、酸素を噴射する第３噴射ノズル４３とを設け、第２噴射ノズル４２の先端部に絞り噴孔５１を設けている。
【００６４】
従って、燃焼筒４０内にて、内外の排気循環ガスにより挟まれる空間にガス燃料と酸素を隣接して供給し、且つ、酸素及び排気循環ガスよりガス燃料を高速で供給することで、ガス燃料と酸素との混合が良好となり、燃焼による酸素の利用率を１００％に近づけることができ、排気循環ガスにおける酸素の残留を抑制し、燃焼効率の向上を図ることができる。
【実施例３】
【００６５】
図６は、本発明の実施例３に係るガスタービン燃焼器を表す概略図、図７は、実施例３のガスタービン燃焼器を表す図６のVII−VII断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００６６】
実施例３では、図６及び図７に示すように、燃焼器２２の中心部に供給される排気循環ガスと外周部に供給される排気循環ガスとの間に、ガス燃料と酸素を隣接して供給すると共に排気循環ガスより高速でガス燃料及び酸素を供給するようにしている。また、燃焼筒４０内に、ガス燃料と酸素を周方向で交互に供給するようにしている。
【００６７】
即ち、燃焼器２２にて、燃焼筒４０は、基端部側にリング形状をなす２つの噴射ノズル４１，４２が設けられている。この噴射ノズル４１にスワラー４４が設けられる一方、噴射ノズル４２の先端部には、２種類の絞り噴孔５１，５２が設けられている。この各絞り噴孔５１，５２は、周方向に均等間隔で交互に形成され、噴射ノズル４１から噴射される排気循環ガスより、ガス燃料及び酸素を高速で噴射可能となっている。そして、最も外側に位置する第１噴射ノズル４１に排気循環ガス供給ライン２５が連結され、第１噴射ノズル４１より内側に位置する第２噴射ノズル４２にガス燃料供給ライン２６及び酸素供給ライン２７が連結されている。この場合、第２噴射ノズル４２における絞り噴孔５１にガス燃料供給ライン２６が連結され、第２噴射ノズル４２における絞り噴孔５２に酸素供給ライン２７が連結される。また、燃焼筒４０には、外周部から中心部に向けて貫通するスクープ４７が、周方向に均等間隔で４つ設けられており、この各スクープ４７には、排気循環ガス供給ライン２５から分岐した排気循環ガスが供給可能となっている。
【００６８】
そのため、実施例３の燃焼器２２では、スクープ４７から燃焼筒４０の中心部に供給された排気循環ガスと、第１噴射ノズル４１から燃焼筒４０の外周部に供給された排気循環ガスとの間に、第２噴射ノズル４２から、ガス燃料と酸素を隣接して噴射する。このとき、第２噴射ノズル４２は、多数の絞り噴孔５１，５２から排気循環ガスよりも高速でガス燃料と酸素を噴射する。
【００６９】
従って、燃焼筒４０内には、第１噴射ノズル４１から排気循環ガスが噴射され、第２噴射ノズル４２からガス燃料と酸素が噴射され、スクープ４７から中心部に向けて排気循環ガスが供給される。そのため、ガス燃料と酸素は、排気循環ガスにより挟まれた空間で混合し、着火される。このとき、ガス燃料と酸素は、排気循環ガスより高速で、且つ、周方向に交互に隣接して噴射されることから、ガス燃料と酸素との十分な混合が可能となり、適正な位置に火炎面が形成されて効率的に燃焼することとなる。また、燃焼ガス（火炎）は、第２噴射ノズル４２の近傍から排気循環ガスにより冷却されることとなり、燃焼ガス温度が適正温度に維持される。
【００７０】
このように実施例３のガスタービン燃焼器２２にあっては、燃焼筒４０内の外周部に排気循環ガスを供給する第１噴射ノズル４１と、燃焼筒４０内の中心部に排気循環ガスを供給するスクープ４７と、内外の排気循環ガスの間の空間にガス燃料と酸素を噴射する第２噴射ノズル４２を設け、第２噴射ノズル４２の先端部にガス燃料と酸素用の２種類の絞り噴孔５１，５２を設けている。
【００７１】
従って、燃焼筒４０内にて、内外の排気循環ガスにより挟まれる空間にガス燃料と酸素を隣接して供給し、且つ、排気循環ガスよりガス燃料と酸素を高速で供給することで、ガス燃料と酸素との混合が良好となり、燃焼による酸素の利用率を１００％に近づけることができ、排気循環ガスにおける酸素の残留を抑制し、燃焼効率の向上を図ることができる。
【００７２】
この場合、排気循環ガスより高速でガス燃料と酸素を燃焼筒４０内に供給することから、ガス燃料と酸素との混合を促進することができる。また、ガス燃料と酸素を燃焼筒４０の周方向で交互に供給することから、ガス燃料と酸素との混合を更に促進することができる。
【実施例４】
【００７３】
図８は、本発明の実施例４に係るガスタービン燃焼器を表す概略図、図９は、実施例４のガスタービン燃焼器を表す図８のIX−IX断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００７４】
実施例４では、図８及び図９に示すように、燃焼器２２の中心部に供給される排気循環ガスと外周部に供給される排気循環ガスとの間に、ガス燃料と酸素を隣接して供給すると共に、ガス燃料の内外の両側に酸素を供給するようにしている。
【００７５】
即ち、燃焼器２２にて、燃焼筒４０は、基端部側にリング形状をなす３つの噴射ノズル４１，４２，４３が設けられている。また、第１噴射ノズル４１と第２噴射ノズル４２との間に第４噴射ノズル６１が設けられている。この各噴射ノズル４１，４２，４３，６１にスワラー４４，４５，４６，６２が設けられている。そして、第１噴射ノズル４１に排気循環ガス供給ライン２５が連結され、第１噴射ノズル４１より内側に位置する第４噴射ノズル６１に酸素供給ライン２６が連結され、第４噴射ノズル６１より内側に位置する第２噴射ノズル４２にガス燃料供給ライン２６が連結され、第２噴射ノズル４２より内側に位置する第３噴射ノズル４３に酸素供給ライン２７が連結されている。また、燃焼筒４０には、外周部から中心部に向けて貫通するスクープ４７が、周方向に均等間隔で４つ設けられており、この各スクープ４７には、排気循環ガス供給ライン２５から分岐した排気循環ガスが供給可能となっている。
【００７６】
そのため、実施例４の燃焼器２２では、スクープ４７から燃焼筒４０の中心部に供給された排気循環ガスと、第１噴射ノズル４１から燃焼筒４０の外周部に供給された排気循環ガスとの間に、第２、第３、第４噴射ノズル４２，４３，６１から、ガス燃料と酸素を隣接して噴射する。このとき、第３、第４噴射ノズル４３，６１からは、第２噴射ノズル４２から噴射されたガス燃料を挟むように、ガス燃料の内外に酸素を噴射する。
【００７７】
この場合、第３噴射ノズル４３が本発明の第１酸素供給手段として機能し、第４噴射ノズル６１が本発明の第２酸素供給手段として機能する。
【００７８】
従って、燃焼筒４０内には、第１噴射ノズル４１から排気循環ガスが噴射され、第２噴射ノズル４２からガス燃料が噴射され、第３、第４噴射ノズル４３，６１から酸素が噴射され、スクープ４７から中心部に向けて排気循環ガスが供給される。そのため、ガス燃料と酸素は、排気循環ガスにより挟まれた空間で混合し、着火される。このとき、ガス燃料は、酸素により挟まれた空間に噴射されることから、この酸素と十分な混合が可能となり、適正な位置に火炎面が形成されて効率的に燃焼することとなる。また、燃焼ガス（火炎）は、第２、第３噴射ノズル４２，４３の近傍から排気循環ガスにより冷却されることとなり、燃焼ガス温度が適正温度に維持される。
【００７９】
このように実施例４のガスタービン燃焼器２２にあっては、燃焼筒４０内の外周部に排気循環ガスを供給する第１噴射ノズル４１と、燃焼筒４０内の中心部に排気循環ガスを供給するスクープ４７と、内外の排気循環ガスの間の空間にガス燃料を噴射する第２噴射ノズル４２と、内外の排気循環ガスの間で且つガス燃料の内外に酸素を噴射する第３、第４噴射ノズル４３，６１とを設けている。
【００８０】
従って、燃焼筒４０内にて、内外の排気循環ガスにより挟まれる空間で、且つ、内外の酸素により挟まれる空間にガス燃料を供給することで、このガス燃料が酸素により挟み込まれることとなり、ガス燃料と酸素との混合が良好となり、燃焼による酸素の利用率を１００％に近づけることができ、排気循環ガスにおける酸素の残留を抑制し、燃焼効率の向上を図ることができる。
【実施例５】
【００８１】
図１０は、本発明の実施例５に係るガスタービン燃焼器の要部を表す概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００８２】
実施例５では、図１０に示すように、燃焼器２２の中心部に供給される排気循環ガスと外周部に供給される排気循環ガスとの間に、ガス燃料と酸素を隣接して供給すると共に、ガス燃料の内外の両側に酸素を供給し、且つ、酸素及び排気循環ガスより高速でガス燃料を供給するようにしている。
【００８３】
即ち、燃焼器２２にて、燃焼筒４０は、基端部側にリング形状をなす４つの噴射ノズル４１，４２，４３，６１が設けられている。この各噴射ノズル４１，４３，６１にスワラー４４，４６，６２が設けられる一方、噴射ノズル４２の先端部に多数の絞り噴孔６３が設けられている。そして、第１噴射ノズル４１に排気循環ガス供給ライン２５が連結され、第２噴射ノズル４２にガス燃料供給ライン２６が連結され、第３、第４噴射ノズル４３，６１に酸素供給ライン２７が連結されている。また、燃焼筒４０には、外周部から中心部に向けて貫通するスクープ４７が、周方向に均等間隔で４つ設けられており、この各スクープ４７には、排気循環ガス供給ライン２５から分岐した排気循環ガスが供給可能となっている。
【００８４】
そのため、実施例５の燃焼器２２では、スクープ４７から燃焼筒４０の中心部に供給された排気循環ガスと、第１噴射ノズル４１から燃焼筒４０の外周部に供給された排気循環ガスとの間に、第２、第３、第４噴射ノズル４２，４３，６１から、ガス燃料と酸素を隣接して噴射する。このとき、第３、第４噴射ノズル４３，６１からは、第２噴射ノズル４２から噴射されたガス燃料を挟むように、ガス燃料の内外に酸素を噴射する。また、第２噴射ノズル４２は、多数の絞り噴孔６３から排気循環ガスや酸素よりも高速でガス燃料を噴射する。
【００８５】
従って、燃焼筒４０内には、第１噴射ノズル４１から排気循環ガスが噴射され、第２噴射ノズル４２からガス燃料が噴射され、第３、第４噴射ノズル４３，６１から酸素が噴射され、スクープ４７から中心部に向けて排気循環ガスが供給される。そのため、ガス燃料と酸素は、排気循環ガスにより挟まれた空間で混合し、着火される。このとき、ガス燃料は、酸素により挟まれた空間に排気循環ガスや酸素より高速で噴射されることから、この酸素と十分な混合が可能となり、適正な位置に火炎面が形成されて効率的に燃焼することとなる。また、燃焼ガス（火炎）は、第２、第３噴射ノズル４２，４３の近傍から排気循環ガスにより冷却されることとなり、燃焼ガス温度が適正温度に維持される。
【００８６】
このように実施例５のガスタービン燃焼器２２にあっては、燃焼筒４０内の外周部に排気循環ガスを供給する第１噴射ノズル４１と、燃焼筒４０内の中心部に排気循環ガスを供給するスクープ４７と、内外の排気循環ガスの間の空間にガス燃料を噴射する第２噴射ノズル４２と、内外の排気循環ガスの間で且つガス燃料の内外に酸素を噴射する第３、第４噴射ノズル４３，６１とを設け、第２噴射ノズル４２の先端部に絞り噴孔６３を設けている。
【００８７】
従って、燃焼筒４０内にて、内外の排気循環ガスにより挟まれる空間で、且つ、内外の酸素により挟まれる空間にガス燃料を高速で供給することで、この高速で供給されたガス燃料が酸素により挟み込まれることとなり、ガス燃料と酸素との混合が良好となり、燃焼による酸素の利用率を１００％に近づけることができ、排気循環ガスにおける酸素の残留を抑制し、燃焼効率の向上を図ることができる。
【実施例６】
【００８８】
図１１は、本発明の実施例６に係るガスタービン燃焼器を表す概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００８９】
実施例６では、図１１に示すように、燃焼器２２の中心部に供給される排気循環ガスと外周部に供給される排気循環ガスとの間に、ガス燃料と酸素を隣接して供給し、この場合、排気循環ガスに対して酸素を供給している。
【００９０】
即ち、燃焼器２２にて、燃焼筒４０は、基端部側にリング形状をなす２つの噴射ノズル４１，４２が設けられており、この噴射ノズル４１，４２にスワラー４４，４５が設けられている。この場合、第１噴射ノズル４１には、スワラー４４より上流側に位置して２つの供給口７１，７２が形成されている。そして、第１噴射ノズル４１の供給口７１に排気循環ガス供給ライン２５が連結され、供給口７２に酸素供給ライン２７が連結され、第２噴射ノズル４２にガス燃料供給ライン２６が連結されている。また、燃焼筒４０には、外周部から中心部に向けて貫通するスクープ４７が、周方向に均等間隔で４つ設けられており、この各スクープ４７には、排気循環ガス供給ライン２５から分岐した排気循環ガスが供給可能となっている。
【００９１】
そのため、実施例６の燃焼器２２では、スクープ４７から燃焼筒４０の中心部に供給された排気循環ガスと、第１噴射ノズル４１から燃焼筒４０の外周部に供給された排気循環ガスとの間に、第１、第２噴射ノズル４１，４２から、酸素とガス燃料を隣接して噴射する。この場合、第１噴射ノズル４１は、排気循環ガスと酸素との混合ガスを噴射する。
【００９２】
従って、燃焼筒４０内には、第１噴射ノズル４１から排気循環ガスと酸素の混合ガスが噴射され、第２噴射ノズル４２からガス燃料が噴射され、スクープ４７から中心部に向けて排気循環ガスが供給される。そのため、少なくともガス燃料は、排気循環ガスにより挟まれた空間で酸素と混合し、着火されることから、十分な混合が可能となり、適正な位置に火炎面が形成されて効率的に燃焼することとなる。また、ガス燃料は、排気循環ガスを含有する酸素と混合して燃焼することから、燃焼ガスの温度が高温とはならず、酸素に窒素が混入していたとしても、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生が抑制される。
【００９３】
このように実施例６のガスタービン燃焼器２２にあっては、燃焼筒４０に第１噴射ノズル４１と第２噴射ノズル４２とスクープ４７を設け、第１噴射ノズル４１から排気循環ガスと酸素の混合ガスを噴射可能とし、第２噴射ノズル４２からガス燃料を噴射可能とし、スクープ４７から排気循環ガスを供給可能としている。
【００９４】
従って、燃焼筒４０内にて、内外の排気循環ガスにより挟まれる空間にガス燃料を供給し、且つ、外側の排気循環ガスに対して酸素を供給することで、ガス燃料と酸素との混合が良好となり、燃焼による酸素の利用率を１００％に近づけることができ、排気循環ガスにおける酸素の残留を抑制し、燃焼効率の向上を図ることができる。また、酸素を事前に排気循環ガスと混合して酸素濃度を低下させ、ガス燃料が低濃度の酸素と混合して燃焼することから、燃焼ガス温度の上昇が抑制され、窒素酸化物の発生を抑制することができる。
【実施例７】
【００９５】
図１２は、本発明の実施例７に係るガスタービン燃焼器の要部を表す概略図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００９６】
実施例７では、図１２に示すように、燃焼器２２の中心部に供給される排気循環ガスと外周部に供給される排気循環ガスとの間に、ガス燃料と酸素を隣接して供給し、この場合、内外の排気循環ガスに対して酸素を供給している。
【００９７】
即ち、燃焼器２２にて、燃焼筒４０は、基端部側にリング形状をなす３つの噴射ノズル４１，４２，４３が設けられており、この各噴射ノズル４１，４２，４３にスワラー４４，４５，４６が設けられている。この場合、第１噴射ノズル４１には、スワラー４４より上流側に位置して２つの供給口７１，７２が形成され、第３噴射ノズル４３には、スワラー４６より上流側に位置して２つの供給口７３，７４が形成されている。そして、第１噴射ノズル４１の供給口７１に排気循環ガス供給ライン２５が連結され、供給口７２に酸素供給ライン２７が連結され、第２噴射ノズル４２にガス燃料供給ライン２６が連結され、第３噴射ノズル４３の供給口７３に排気循環ガス供給ライン２５が連結され、供給口７４に酸素供給ライン２７が連結されている。
【００９８】
そのため、実施例７の燃焼器２２では、第１噴射ノズル４１から燃焼筒４０の外周部に供給された排気循環ガスと、スクープ４７から燃焼筒４０の中心部に供給された排気循環ガスとの間に、第２噴射ノズル４２から、ガス燃料を噴射する。この場合、第１、第３噴射ノズル４１，４３は、排気循環ガスと酸素との混合ガスを噴射する。
【００９９】
従って、燃焼筒４０内には、第１噴射ノズル４１から排気循環ガスと酸素の混合ガスが噴射され、第２噴射ノズル４２からガス燃料が噴射され、第３噴射ノズル４３から排気循環ガスと酸素の混合ガスが噴射される。そのため、少なくともガス燃料は、排気循環ガスにより挟まれた空間で酸素と混合し、着火されることから、十分な混合が可能となり、適正な位置に火炎面が形成して効率的に燃焼することとなる。また、ガス燃料は、排気循環ガスを含有する酸素と混合して燃焼することから、燃焼ガスの温度が高温とはならず、酸素に窒素が混入していたとしても、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生が抑制される。
【０１００】
このように実施例７のガスタービン燃焼器２２にあっては、燃焼筒４０に第１噴射ノズル４１と第２噴射ノズル４２を設け、第１、第３噴射ノズル４１，４３から排気循環ガスと酸素の混合ガスを噴射可能とし、第２噴射ノズル４２からガス燃料を噴射可能としている。
【０１０１】
従って、燃焼筒４０内にて、内外の排気循環ガスにより挟まれる空間にガス燃料を供給し、且つ、各排気循環ガスに対して酸素を供給することで、ガス燃料と酸素との混合が良好となり、燃焼による酸素の利用率を１００％に近づけることができ、排気循環ガスにおける酸素の残留を抑制し、燃焼効率の向上を図ることができる。また、酸素を事前に排気循環ガスと混合して酸素濃度を低下させ、ガス燃料が低濃度の酸素と混合して燃焼することから、燃焼ガス温度の上昇が抑制され、窒素酸化物の発生を抑制することができる。
【０１０２】
なお、上述した実施例６、７にて、実施例２のように、ガス燃料を噴射する第２噴射ノズル４２の先端部に絞り噴孔を形成し、ガス燃料を酸素や排気循環ガスよりも高速で噴射するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明に係るガスタービン燃焼器及び発電システムは、不活性ガスより外側にガス燃料及び酸素を隣接して供給することで、排気ガスにおける酸素の残留を抑制して燃焼効率の向上を図ると共に、発電効率の向上を可能とするものであり、いずれの種類の燃焼器、発電システムにも適用することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１１ ガス化炉
１２ ガス精製装置
１３ 酸素製造装置
１４ ガスタービン
１５，１８ 発電機
１６ 排熱回収ボイラ
１７ 蒸気タービン
２１ 圧縮機
２２ 燃焼器
２３ タービン
２５ 排気循環ガス供給ライン（不活性ガス供給手段）
２６ ガス燃料供給ライン（ガス燃料供給手段）
２７ 酸素供給ライン（酸素供給手段）
２８ 燃焼ガス供給ライン
２９ 排気ガス排出ライン
３０ 排気ガス戻しライン
４０ 燃焼筒
４１ 第１噴射ノズル（第１不活性ガス供給手段）
４２ 第２噴射ノズル
４３ 第３噴射ノズル（第１酸素供給手段）
４４，４５，４６，６２ スワラー
４７ スクープ（第２不活性ガス供給手段）
５１，５２，６３ 絞り噴孔
６１ 第４噴射ノズル（第２酸素供給手段）
７１，７２，７３，７４ 供給口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼筒と、
該燃焼筒内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
前記燃焼筒内にガス燃料を供給するガス燃料供給手段と、
前記燃焼筒内に酸素を供給する酸素供給手段とを備え、
前記不活性ガス供給手段は、
前記燃焼筒内の外周部側に不活性ガスを供給する第１不活性ガス供給手段と、
前記燃焼筒内の中心部に不活性ガスを供給する第２不活性ガス供給手段とを有し、
前記ガス燃料供給手段及び前記酸素供給手段は、前記第２不活性ガス供給手段から供給された不活性ガスより外側にガス燃料及び酸素を隣接して供給する、
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項２】
前記ガス燃料供給手段及び前記酸素供給手段は、前記第１不活性ガス供給手段から供給された不活性ガスより内側にガス燃料及び酸素を供給することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項３】
前記酸素供給手段は、前記第２不活性ガス供給手段から供給された不活性ガスに対して酸素を供給することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項４】
前記ガス燃料供給手段、前記酸素供給手段、前記第１不活性ガス供給手段は、それぞれスワラーを介してガス燃料、酸素、不活性ガスを前記燃焼筒内に供給し、前記第２不活性ガス供給手段は、外部から前記燃焼筒を径方向に貫通するスクープを介して不活性ガスを前記燃焼筒内に供給することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のガスタービン燃焼器。
【請求項５】
前記酸素供給手段は、前記ガス燃料供給手段から供給されたガス燃料より内側に酸素を供給する第１酸素供給手段と、前記ガス燃料供給手段から供給されたガス燃料より外側に酸素を供給する第２酸素供給手段とを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のガスタービン燃焼器。
【請求項６】
前記ガス燃料供給手段は、酸素及び不活性ガスより高速でガス燃料を供給することを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のガスタービン燃焼器。
【請求項７】
前記酸素供給手段は、不活性ガスより高速で酸素を供給することを特徴とする請求項６に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項８】
前記ガス燃料供給手段及び前記酸素供給手段は、ガス燃料と酸素を前記燃焼筒の周方向で交互に供給することを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載のガスタービン燃焼器。
【請求項９】
不活性ガスは、二酸化炭素を含有することを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載のガスタービン燃焼器。
【請求項１０】
固体燃料または液体燃料をガス化してガス燃料を生成するガス化炉と、
酸素を製造する酸素製造装置と、
圧縮機で圧縮した排気ガスにガス燃料と酸素を供給した混合気を燃焼器で燃焼して発生した燃焼ガスによりタービンを駆動するガスタービンと、
ガスタービンの駆動力により発電する発電機と、
前記ガスタービンからの排気ガスを前記圧縮機に戻す循環経路と、
を備える発電システムにおいて、
前記燃焼器は、
内部に排気循環ガスを供給する排気循環ガス供給手段と、
内部にガス燃料を供給するガス燃料供給手段と、
内部に酸素を供給する酸素供給手段とを有し、
前記排気循環ガス供給手段は、
外周部側に排気循環ガスを供給する第１排気循環ガス供給手段と、
中心部に排気循環ガスを供給する第２排気循環ガス供給手段とを有し、
前記ガス燃料供給手段及び前記酸素供給手段は、第２排気循環ガス供給手段から供給された排気循環ガスより外側にガス燃料及び酸素を隣接して供給する、
ことを特徴とする発電システム。
【請求項１】
燃焼筒と、
該燃焼筒内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段と、
前記燃焼筒内にガス燃料を供給するガス燃料供給手段と、
前記燃焼筒内に酸素を供給する酸素供給手段とを備え、
前記不活性ガス供給手段は、
前記燃焼筒内の外周部側に不活性ガスを供給する第１不活性ガス供給手段と、
前記燃焼筒内の中心部に不活性ガスを供給する第２不活性ガス供給手段とを有し、
前記ガス燃料供給手段及び前記酸素供給手段は、前記第２不活性ガス供給手段から供給された不活性ガスより外側にガス燃料及び酸素を隣接して供給する、
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項２】
前記ガス燃料供給手段及び前記酸素供給手段は、前記第１不活性ガス供給手段から供給された不活性ガスより内側にガス燃料及び酸素を供給することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項３】
前記酸素供給手段は、前記第２不活性ガス供給手段から供給された不活性ガスに対して酸素を供給することを特徴とする請求項１に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項４】
前記ガス燃料供給手段、前記酸素供給手段、前記第１不活性ガス供給手段は、それぞれスワラーを介してガス燃料、酸素、不活性ガスを前記燃焼筒内に供給し、前記第２不活性ガス供給手段は、外部から前記燃焼筒を径方向に貫通するスクープを介して不活性ガスを前記燃焼筒内に供給することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のガスタービン燃焼器。
【請求項５】
前記酸素供給手段は、前記ガス燃料供給手段から供給されたガス燃料より内側に酸素を供給する第１酸素供給手段と、前記ガス燃料供給手段から供給されたガス燃料より外側に酸素を供給する第２酸素供給手段とを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のガスタービン燃焼器。
【請求項６】
前記ガス燃料供給手段は、酸素及び不活性ガスより高速でガス燃料を供給することを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のガスタービン燃焼器。
【請求項７】
前記酸素供給手段は、不活性ガスより高速で酸素を供給することを特徴とする請求項６に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項８】
前記ガス燃料供給手段及び前記酸素供給手段は、ガス燃料と酸素を前記燃焼筒の周方向で交互に供給することを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載のガスタービン燃焼器。
【請求項９】
不活性ガスは、二酸化炭素を含有することを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載のガスタービン燃焼器。
【請求項１０】
固体燃料または液体燃料をガス化してガス燃料を生成するガス化炉と、
酸素を製造する酸素製造装置と、
圧縮機で圧縮した排気ガスにガス燃料と酸素を供給した混合気を燃焼器で燃焼して発生した燃焼ガスによりタービンを駆動するガスタービンと、
ガスタービンの駆動力により発電する発電機と、
前記ガスタービンからの排気ガスを前記圧縮機に戻す循環経路と、
を備える発電システムにおいて、
前記燃焼器は、
内部に排気循環ガスを供給する排気循環ガス供給手段と、
内部にガス燃料を供給するガス燃料供給手段と、
内部に酸素を供給する酸素供給手段とを有し、
前記排気循環ガス供給手段は、
外周部側に排気循環ガスを供給する第１排気循環ガス供給手段と、
中心部に排気循環ガスを供給する第２排気循環ガス供給手段とを有し、
前記ガス燃料供給手段及び前記酸素供給手段は、第２排気循環ガス供給手段から供給された排気循環ガスより外側にガス燃料及び酸素を隣接して供給する、
ことを特徴とする発電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−９４５７３（Ｐ２０１１−９４５７３Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５１１６２（Ｐ２００９−２５１１６２）
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
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