JP2013217635A - Diffusion combustor fuel nozzle - Google Patents
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Abstract
Description
本出願及び結果として得られる特許は、全体的に、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、カーテン空気流を用いて効率性能を維持しながら窒素酸化物などの排出物を低減する拡散燃焼器燃料ノズルに関する。 The present application and resulting patents generally relate to gas turbine engines, and more particularly to diffusion combustor fuels that use curtain airflow to reduce emissions such as nitrogen oxides while maintaining efficiency performance. It relates to the nozzle.
ガスタービンエンジンの運転効率は一般に、燃焼流の温度が上昇するにつれて増大する。しかしながら、より高い燃焼流温度は、より高レベルの窒素酸化物（「ＮＯｘ」）及び他の種類の排出物を発生させる可能性がある。このような排出物は、米国の連邦及び州の両方の規制を受け、また海外でも同様の規制を受ける可能性がある。従って、ガスタービンエンジンを効率的な温度範囲内で運転することと同時に、窒素酸化物及び他の種類の規制排出物の発生量を法規制レベルよりも遙かに低く確実に維持することとの間でのバランス取りが存在する。他の多くの種類の動作パラメータもまた、このような最適バランスを提供する上で異なることができる。 The operating efficiency of a gas turbine engine generally increases as the temperature of the combustion stream increases. However, higher combustion stream temperatures can generate higher levels of nitrogen oxides (“NOx”) and other types of emissions. Such emissions are subject to both federal and state regulations in the United States and may be subject to similar regulations overseas. Therefore, operating the gas turbine engine within an efficient temperature range and at the same time ensuring that the generation of nitrogen oxides and other types of regulated emissions is well below the regulatory level. There is a balance between them. Many other types of operating parameters can also differ in providing such an optimal balance.
拡散型燃焼器、すなわち、非予混合型燃焼器を含むガスタービンエンジンでは、燃料は空気スワーラに噴射される。空気はまた、スワーラを通って流れ、燃料と混合されて下流側で燃焼する。しかしながら、燃料及び結果として生じる高温燃焼ガスは、スワーラの下流側の再循環ゾーン内に取り込まれる場合がある。その結果、燃料ノズル及び燃焼室を囲むライナは、比較的高いヘッド端部温度を生じる可能性がある。その上、比較的高いヘッド端部温度は、燃焼器が特定のタイプの液体燃料を燃焼させた場合に更に上昇する可能性がある。このような高温は、ライナ及び他の部品の完全性及び寿命に影響を及ぼす可能性がある。 In a gas turbine engine that includes a diffusion combustor, ie, a non-premixed combustor, fuel is injected into an air swirler. The air also flows through the swirler and is mixed with fuel and burned downstream. However, fuel and the resulting hot combustion gases may be trapped in a recirculation zone downstream of the swirler. As a result, the liner surrounding the fuel nozzle and combustion chamber can produce a relatively high head end temperature. Moreover, the relatively high head end temperature can be further increased when the combustor burns certain types of liquid fuel. Such high temperatures can affect the integrity and life of the liner and other components.
従って、ガスタービンエンジンにおける燃焼器、特に拡散型燃焼器で使用するための燃料ノズルに対する改善の要求がある。このような拡散型燃焼器用の燃料ノズルは、排出物の制限と共に、部品寿命の増大のためのライナ温度の制限をした状態で燃料及び空気流を効率的に燃焼することができる。 Accordingly, there is a need for improvements in fuel nozzles for use in combustors in gas turbine engines, particularly diffusion combustors. Such a fuel nozzle for a diffusion combustor can efficiently burn fuel and air flow in a state in which the temperature of the liner is limited in order to increase the service life of the components together with the limitation of emissions.
本出願及び結果として得られる特許は、１以上の燃料の流れと空気の流れと共に使用するための燃料ノズルを提供する。燃料ノズルは、１以上の燃料の流れのための１以上のガス燃料通路と、ガス燃料通路を囲み、１以上の空気チャンバを備えたスワーラと、スワーラを囲み、１以上のカーテンスロットを備えたカラーと、を含むことができる。空気の流れは、空気チャンバを通るスワーラ流と、カーテンスロットを通るカーテン流とに分割される。 The present application and the resulting patent provide a fuel nozzle for use with one or more fuel and air streams. The fuel nozzle includes one or more gas fuel passages for one or more fuel flows, a swirler that surrounds the gas fuel passages, includes one or more air chambers, surrounds the swirler, and includes one or more curtain slots. Color. The air flow is divided into a swirler flow through the air chamber and a curtain flow through the curtain slot.
本出願及び結果として得られる特許は更に、燃焼器において燃料ノズルを作動させる方法を提供する。本方法は、燃料ノズルを通る１以上の燃料の流れを提供するステップと、燃料ノズルの回りに空気の流れを提供するステップと、空気の流れを、スワーラを通るスワーラ流と、カラーを通るカーテン流とに分割し、カーテン流がスワーラ流と１以上の燃料の流れの燃料−空気流を囲むようにするステップと、を含むことができる。 The present application and the resulting patent further provide a method of operating a fuel nozzle in a combustor. The method includes providing one or more fuel flows through the fuel nozzle, providing an air flow around the fuel nozzle, an air flow, a swirler flow through the swirler, and a curtain through the collar. Dividing the flow into a flow, such that the curtain flow surrounds the swirler flow and the fuel-air flow of the one or more fuel flows.
本出願及び結果として得られる特許は更に、拡散燃焼器において１以上の燃料の流れと空気の流れと共に使用するための燃料ノズルを提供する。燃料ノズルは、燃料の流れのための１以上のガス燃料通路と、ガス燃料通路を囲むスワーラと、スワーラを囲むカラーと、を含むことができる。スワーラは、幾つかの空気チャンバを画成する幾つかのスワールベーンを含むことができる。カラーは、幾つかのカーテンスロットを含むことができる。空気の流れは、空気チャンバを通るスワーラ流と、カーテンスロットを通るカーテン流とに分割することができる。 The present application and the resulting patent further provide a fuel nozzle for use with one or more fuel and air streams in a diffusion combustor. The fuel nozzle may include one or more gas fuel passages for fuel flow, a swirler surrounding the gas fuel passage, and a collar surrounding the swirler. The swirler can include a number of swirl vanes that define a number of air chambers. The collar can include several curtain slots. The air flow can be divided into a swirler flow through the air chamber and a curtain flow through the curtain slot.
本出願及び結果として得られる特許のこれら及び他の特徴並びに改善点は、図面及び請求項を参照しながら以下の好ましい実施形態の詳細な説明を精査することによって当業者には明らかになるであろう。 These and other features and improvements of the present application and resulting patent will become apparent to those skilled in the art upon review of the following detailed description of the preferred embodiments with reference to the drawings and claims. Let's go.
次に、幾つかの図全体を通して様々な参照符号が同様の要素を表す図面を参照すると、図１は、本明細書で使用できるガスタービンエンジン１０の概略図を示している。ガスタービンエンジン１０は、圧縮機１５を含むことができる。圧縮機１５は、空気２０の流入流れを加圧する。圧縮機１５は、空気２０の加圧流を燃焼器２５に送給する。燃焼器２５は、空気２０の加圧流を燃料３０の加圧流と混合し、該混合気を点火して燃焼ガス３５の流れを生成する。単一の燃焼器２５のみが図示されているが、ガスタービンエンジン１０は、あらゆる数の燃焼器２５を含むことができる。次いで、燃焼ガス３５の流れは、タービン４０に送給される。燃焼ガス３５の流れは、タービン４０を駆動し、機械的仕事を産出するようにする。タービン４０にて産出される機械的仕事は、シャフト４５を介して圧縮機１５を駆動し、また、発電機などの外部負荷５０を駆動する。他の構成及び他の部品も本明細書で使用することができる。 Referring now to the drawings in which various reference numbers represent similar elements throughout the several views, FIG. 1 shows a schematic diagram of a gas turbine engine 10 that may be used herein. The gas turbine engine 10 can include a compressor 15. The compressor 15 pressurizes the inflow flow of the air 20. The compressor 15 feeds a pressurized flow of air 20 to the combustor 25. The combustor 25 mixes the pressurized flow of air 20 with the pressurized flow of fuel 30 and ignites the mixture to generate a flow of combustion gas 35. Although only a single combustor 25 is shown, the gas turbine engine 10 may include any number of combustors 25. Next, the flow of the combustion gas 35 is supplied to the turbine 40. The flow of combustion gas 35 drives the turbine 40 to produce mechanical work. The mechanical work produced by the turbine 40 drives the compressor 15 via the shaft 45 and also drives an external load 50 such as a generator. Other configurations and other parts can also be used herein.
ガスタービンエンジン１０は、天然ガス、種々のタイプのシンガス、及び／又は他のタイプの燃料を使用することができる。ガスタービンエンジン１０は、限定ではないが、７又は９シリーズ高出力ガスタービンエンジンなどを含む、ニューヨーク州Ｓｃｈｅｎｅｃｔａｄｙ所在のＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙによって提供される幾つかの様々なガスタービンエンジンのうちの何れかとすることができる。ガスタービンエンジン１０は、異なる構成を有することができ、他のタイプの部品を用いることができる。他のタイプのガスタービンエンジンも本明細書で使用することができる。複数のガスタービンエンジン、他のタイプのタービン、及び他のタイプの発電機器も本明細書で共に使用することができる。 The gas turbine engine 10 may use natural gas, various types of syngas, and / or other types of fuel. The gas turbine engine 10 may be any of a number of various gas turbine engines provided by General Electric Company, Schenectady, NY, including but not limited to 7 or 9 series high power gas turbine engines and the like. be able to. The gas turbine engine 10 can have different configurations and can use other types of components. Other types of gas turbine engines can also be used herein. Multiple gas turbine engines, other types of turbines, and other types of power generation equipment can also be used together herein.
図２は、ガスタービンエンジン１０などと用いることができる燃焼器２５の１つの実施例を示している。燃焼器２５は、幾つかの燃料ノズル５５を含むことができる。上述のように、燃料ノズル５５の各々は、空気２０の流れ、燃料３０の流れ、及び任意選択的な他の流体の流れを配向して燃焼させることができる。あらゆる数の燃料ノズル５５をあらゆる構成で用いることができる。燃料ノズル５５は、燃焼器５５のヘッド端部６５付近の端部カバー６０に取り付けることができる。空気２０及び燃料３０の流れは、端部カバー６０及びヘッド端部６５を通じて燃料ノズル５５の各々に配向し、燃料空気混合気をその下流側に分配することができる。 FIG. 2 illustrates one embodiment of a combustor 25 that may be used with the gas turbine engine 10 or the like. The combustor 25 can include a number of fuel nozzles 55. As described above, each of the fuel nozzles 55 can direct and burn the air 20 flow, the fuel 30 flow, and optionally other fluid flows. Any number of fuel nozzles 55 can be used in any configuration. The fuel nozzle 55 can be attached to the end cover 60 near the head end 65 of the combustor 55. The flow of air 20 and fuel 30 can be directed to each of the fuel nozzles 55 through the end cover 60 and the head end 65 to distribute the fuel air mixture downstream thereof.
燃焼器２５はまた、燃焼室７０を内部に含むことができる。燃焼室７０は、燃焼ケーシング７５、燃焼ライナ８０、流れスリーブ８５などによって画成することができる。燃焼ライナ８０及び流れスリーブ８５は、互いに対して同軸に位置付けられ、空気２０の流れが流れる空気経路９０を画成するようにすることができる。燃焼室７０は、下流側トランジションピース９５に通じることができる。空気２０及び燃料３０の流れは、燃料ノズル５５の下流側で混合され、燃焼室７０内で燃焼することができる。次いで、燃焼ガス３５の流れは、トランジションピース９５を介してタービン４０に向けて配向され、そこで有用な仕事を産出することができる。他の部品及び他の構成も本明細書で使用することができる。 The combustor 25 can also include a combustion chamber 70 therein. The combustion chamber 70 can be defined by a combustion casing 75, a combustion liner 80, a flow sleeve 85, and the like. Combustion liner 80 and flow sleeve 85 may be positioned coaxially with respect to each other to define an air path 90 through which the flow of air 20 flows. The combustion chamber 70 can lead to the downstream transition piece 95. The flow of air 20 and fuel 30 can be mixed downstream of the fuel nozzle 55 and burned in the combustion chamber 70. The flow of combustion gas 35 is then directed towards the turbine 40 via the transition piece 95 where it can produce useful work. Other parts and other configurations can also be used herein.
図３及び４は、燃焼器２５などと共に用いることができる燃料ノズル５５の１つの実施例を示す。燃料ノズル５５は、拡散燃料ノズル１００とすることができる。より具体的には、燃料ノズル５５は、デュアル燃料ノズル１０５とすることができる。このような場合、燃料３０の流れは、天然ガスのようなガス燃料１１０の１以上の流れと、シンガスなどの液体燃料１１５の１以上の流れとを含むことができる。他のタイプの燃料流及び他のタイプの燃料流の組み合わせも本明細書で使用することができる。 3 and 4 show one embodiment of a fuel nozzle 55 that may be used with the combustor 25 or the like. The fuel nozzle 55 can be a diffusion fuel nozzle 100. More specifically, the fuel nozzle 55 can be a dual fuel nozzle 105. In such a case, the flow of fuel 30 may include one or more flows of gas fuel 110 such as natural gas and one or more flows of liquid fuel 115 such as syngas. Other types of fuel streams and combinations of other types of fuel streams can also be used herein.
燃料ノズル５５は、外側管体１２０を含むことができる。外側管体１２０は、燃料ノズル先端１３０を有する下流側面１２５に通じることができる。外側管体１２０は、幾つかの燃料通路、空気通路、及び水通路を含むことができる。具体的には、幾つかのガス燃料通路１３５が貫通することができ、下流側面１２５の回りに軸方向に位置付けることができる。ガス燃料通路１３５は、ガス燃料１１０の流れと連通することができる。幾つかの先端出口１４０もまた貫通することができ、燃焼ノズル先端１３０の回りに位置付けることができる。先端出口１４０は、液体燃料１１５の流れと連通した液体燃料出口１４５を含むことができる。先端出口１４０はまた、噴霧空気の流れと連通した噴霧空気出口１５０と、水の流れと連通した水出口１５５とを含むことができる。他の部品及び他の構成も本明細書で使用することができる。 The fuel nozzle 55 can include an outer tube 120. The outer tube 120 can lead to a downstream side 125 having a fuel nozzle tip 130. The outer tube 120 can include several fuel passages, air passages, and water passages. Specifically, several gas fuel passages 135 can penetrate and can be positioned axially around the downstream side 125. The gas fuel passage 135 can be in communication with the flow of the gas fuel 110. Several tip outlets 140 can also be penetrated and positioned around the combustion nozzle tip 130. The tip outlet 140 can include a liquid fuel outlet 145 in communication with the flow of liquid fuel 115. The tip outlet 140 may also include a spray air outlet 150 in communication with the flow of spray air and a water outlet 155 in communication with the flow of water. Other parts and other configurations can also be used herein.
スワーラ１６０は、燃料ノズル５５の下流側面１２５の回りに位置付けることができる。スワーラ１６０は、幾つかのスワールベーン１６５を含むことができる。スワールベーン１６５は、幾つかの空気チャンバ１７０を画成することができる。空気チャンバ１７０は、端部カバー６０からの空気２０の流れと連通することができる。幾つかのスワーラ通路１７５は、ガス燃料１１０の流れの少なくとも一部に対してガス燃料通路１３５から空気チャンバ１７０まで延在することができる。従って、空気２０の流れ及びガス燃料１１０の流れは、スワーラ１６０の回りで混合を開始し、下流側の燃焼室７０内で燃焼することができる。一般的に説明すると、空気２０の流れの全ては、スワーラ流１８０としてスワーラ１６０の空気チャンバ１７０を通過する。カラー１８５は、スワーラ１６０の周りを囲むことができる。コーン（図示せず）は、燃料ノズル５５からライナ８０に延在することができる。他のタイプの燃料ノズル５５及び他のタイプの燃焼器２５が、様々なタイプの燃料と共に本明細書で使用することができる。同様に、他の部品及び他の構成を本明細書で使用することができる。 The swirler 160 can be positioned around the downstream side 125 of the fuel nozzle 55. The swirler 160 can include a number of swirl vanes 165. The swirl vane 165 can define several air chambers 170. The air chamber 170 can be in communication with the flow of air 20 from the end cover 60. Some swirler passages 175 may extend from the gas fuel passage 135 to the air chamber 170 for at least a portion of the flow of gas fuel 110. Accordingly, the flow of air 20 and the flow of gaseous fuel 110 can begin mixing around the swirler 160 and burn in the downstream combustion chamber 70. Generally speaking, all of the flow of air 20 passes through the air chamber 170 of the swirler 160 as a swirler flow 180. The collar 185 can surround the swirler 160. A cone (not shown) can extend from the fuel nozzle 55 to the liner 80. Other types of fuel nozzles 55 and other types of combustors 25 may be used herein with various types of fuel. Similarly, other parts and other configurations can be used herein.
図５及び６は、本明細書で説明することができる燃料ノズル２００を示す。燃料ノズル２００は、上流側燃料空気予混合が全くか又はほとんど無い、拡散ノズル２１０とすることができる。燃料ノズル２００はまた、ガス燃料１１０の流れと液体燃料１１５の流れの両方と共に用いるデュアル燃料ノズル２２０とすることができる。他のタイプの流れを本明細書で使用することができる。上述と同様にして、燃料ノズル２００は、貫通する１以上のガス燃料通路２３０を含む。ガス燃料通路２３０は、下流側面２４０に向けて延在することができる。燃料ノズル２００はまた、幾つかの先端出口２５０を含むことができる。先端出口２５０は、下流側面２４０付近の燃料ノズル先端２６０の回りに位置付けることができる。先端出口２５０は、１以上の液体燃料出口２７０並びに噴霧空気、水などのための出口を含むことができる。他の部品及び他の構成も本明細書で使用することができる。 5 and 6 illustrate a fuel nozzle 200 that can be described herein. The fuel nozzle 200 may be a diffusion nozzle 210 with no or little upstream fuel air premixing. The fuel nozzle 200 may also be a dual fuel nozzle 220 for use with both a gas fuel 110 flow and a liquid fuel 115 flow. Other types of flows can be used herein. Similar to the above, the fuel nozzle 200 includes one or more gas fuel passages 230 therethrough. The gas fuel passage 230 can extend toward the downstream side 240. The fuel nozzle 200 can also include several tip outlets 250. The tip outlet 250 can be positioned around the fuel nozzle tip 260 near the downstream side 240. The tip outlet 250 can include one or more liquid fuel outlets 270 as well as outlets for atomizing air, water, and the like. Other parts and other configurations can also be used herein.
燃料ノズル２００はまた、その下流側面２４０の回りに位置付けられたスワーラ２８０を含むことができる。スワーラ２８０は、燃料ノズル先端２６０を囲む。スワーラ２８０は、幾つかのスワールベーン２９０を含むことができ、該スワールベーン２９０は、幾つかの空気チャンバ３００を貫通して画成する。スワールベーン２９０及び空気チャンバ３００は、あらゆるサイズ、形状、又は構成を有することができる。あらゆる数のスワールベーン２９０及び空気チャンバ３００を本明細書で使用することができる。幾つかのスワールベーンガス燃料通路３１０が、ガス燃料１１０の流れの少なくとも一部が流れるため、ガス燃料通路２３０の１以上から空気チャンバ３００に延在することができる。空気入口３２０は、端部カバー６０からの空気２０の流れと連通してスワーラ２８０の上流側端部上に画成することができる。空気入口３２０は、あらゆるサイズ、形状、又は構成を有することができる。他の部品及び他の構成も本明細書で使用することができる。 The fuel nozzle 200 can also include a swirler 280 positioned about its downstream side 240. The swirler 280 surrounds the fuel nozzle tip 260. The swirler 280 can include a number of swirl vanes 290 that define through a number of air chambers 300. The swirl vane 290 and the air chamber 300 can have any size, shape, or configuration. Any number of swirl vanes 290 and air chambers 300 can be used herein. Several swirl vane gas fuel passages 310 may extend from one or more of the gas fuel passages 230 to the air chamber 300 because at least a portion of the flow of gas fuel 110 flows. Air inlet 320 may be defined on the upstream end of swirler 280 in communication with the flow of air 20 from end cover 60. The air inlet 320 can have any size, shape, or configuration. Other parts and other configurations can also be used herein.
燃料ノズル２００はまた、スワーラ２８０を囲むカラー３３０を含むことができる。コーン３４０は、カラー３３０からライナ８０に向かって延在することができる。カラー３３０は、貫通する幾つかのカーテンスロット３５０を含むことができる。カーテンスロット３５０は、角度付き構成３６０を含むことができる。カーテンスロット３５０は、あらゆるサイズ、形状、又は構成を有することができる。あらゆる数のカーテンスロット３５０を本明細書で使用することができる。カーテンスロット３５０は、空気入口３２０付近から下流側面２４０に延在することができる。従って、空気２０の流れは、スワーラ２８０の空気チャンバ３００を通過するスワーラ３７０と、カラー３３０のカーテンスロット３５０を貫通するカーテン流３８０とに分割することができる。スワーラ流２７０とカーテン流３８０のそれぞれの割合は変えることができる。他の部品及び他の構成を本明細書で使用することができる。 The fuel nozzle 200 may also include a collar 330 that surrounds the swirler 280. The cone 340 can extend from the collar 330 toward the liner 80. The collar 330 can include a number of curtain slots 350 extending therethrough. Curtain slot 350 can include an angled configuration 360. Curtain slot 350 can have any size, shape, or configuration. Any number of curtain slots 350 can be used herein. The curtain slot 350 can extend from near the air inlet 320 to the downstream side 240. Thus, the flow of air 20 can be divided into a swirler 370 that passes through the air chamber 300 of the swirler 280 and a curtain flow 380 that passes through the curtain slot 350 of the collar 330. Each ratio of the swirler flow 270 and the curtain flow 380 can be varied. Other parts and other configurations can be used herein.
使用時には、ガス燃料１１０の流れの少なくとも一部は、ガス燃料通路２３０を通り、スワーラベーンガス燃料通路３１０を通ってスワーラ２８０の空気チャンバ３００内に帯びる。同様に、液体燃料１１５の流れ、噴霧空気流、及び水流は、先端出口２５０を通過する。空気２０の流れは空気入口３２０を通って流れ、次いで、空気チャンバ３００を通過するスワーラ流３７０と、カラー３３０のカーテンスロット３５０を通過するカーテン流３８０とに分離することができる。ガス燃料１１０の流れとスワーラ流３７０とがスワーラ２８０の空気チャンバ３００内で混合を開始し、燃焼室７０に延在する混合燃料空気流３９０を生成する。カーテン流３８０は、カーテンスロット３５０の角度付き構成３６０をもたらす角度で噴射することができる。従って、カーテン流３８０は、この混合燃料空気流３９０を覆う（ブランケット）役割を果たす。 In use, at least a portion of the flow of gas fuel 110 travels through gas fuel passage 230 and through swirler vane gas fuel passage 310 into swirler 280 air chamber 300. Similarly, the flow of liquid fuel 115, the atomized air stream, and the water stream pass through the tip outlet 250. The flow of air 20 flows through the air inlet 320 and can then be separated into a swirler flow 370 passing through the air chamber 300 and a curtain flow 380 passing through the curtain slot 350 of the collar 330. The flow of gas fuel 110 and the swirler stream 370 begin mixing in the air chamber 300 of the swirler 280 to produce a mixed fuel air stream 390 that extends into the combustion chamber 70. Curtain stream 380 can be jetted at an angle that results in an angled configuration 360 of curtain slot 350. Accordingly, the curtain flow 380 serves as a blanket for the mixed fuel air flow 390.
カーテン流３８０を噴射することにより、混合燃料空気流３９０及び／又は燃焼ガス３５の流れが燃料ノズル２００の回りの再循環ゾーンに取り込まれるのが阻止される。従って、カーテン流３８０を覆う効果は、ＮＯｘ排出物などの低減を提供することができる。具体的には、燃料空気流３９０の可燃値を低下させ、排出物を改善し、高温ガス経路中のライナ８０及び他の部品の有効寿命を延ばすようにすることができる。水−燃料比もまた、本明細書で低減することができる。 By injecting the curtain stream 380, the mixed fuel air stream 390 and / or the combustion gas 35 stream is prevented from being taken into the recirculation zone around the fuel nozzle 200. Thus, the effect of covering the curtain flow 380 can provide a reduction in NOx emissions and the like. Specifically, the combustible value of the fuel air stream 390 can be reduced, emissions can be improved, and the useful life of the liner 80 and other components in the hot gas path can be extended. The water-fuel ratio can also be reduced herein.
従って、本明細書で説明される燃料ノズル２００は、液体燃料の適応性が広い低天然ガス排出物を提供する。燃料空気予混合を増大させる現行の手法とは異なって、本明細書で説明される燃料ノズル２００は、実際に予混合を低減し、全体のＮＯｘ排出物を改善するようにする。燃料空気予混合を低下させるこの非直感的手法は、このような現行の燃料ノズル設計及び動作理論とは異なるものである。すなわち、本明細書でのカーテン流３８０の使用は、排出物及び全体の部品寿命を向上させる。 Accordingly, the fuel nozzle 200 described herein provides low natural gas emissions that are widely adaptable for liquid fuels. Unlike current approaches to increasing fuel air premixing, the fuel nozzle 200 described herein actually reduces premixing and improves overall NOx emissions. This non-intuitive approach to reducing fuel air premixing is different from such current fuel nozzle designs and operating theories. That is, the use of curtain flow 380 herein improves emissions and overall component life.
上記のことは、本出願及びその結果として得られる特許の特定の実施形態にのみに関連している点を理解されたい。添付の請求項及びその均等物によって定義される本発明の全体的な技術的思想及び範囲から逸脱することなく、当業者であれば多くの変更及び修正を本明細書において行うことができる。 It should be understood that the foregoing relates only to the specific embodiment of the present application and the resulting patent. Many changes and modifications may be made herein by one skilled in the art without departing from the general spirit and scope of the invention as defined by the appended claims and their equivalents.
１０ ガスタービンエンジン
１５ 圧縮機
２０ 空気
２５ 燃焼器
３０ 燃料
３５ 燃焼ガス
４０ タービン
４５ シャフト
５０ 負荷
５５ 燃料ノズル
６０ 端部カバー
６５ ヘッド端部
７０ 燃焼室
７５ 燃焼ケーシング
８０ ライナ
８５ 流れスリーブ
９０ 空気通路
９５ トランジションピース
１００ 拡散燃料ノズル
１０５ デュアル燃料ノズル
１１０ ガス燃料
１１５ 液体燃料
１２０ 外側管体
１２５ 下流側面
１３０ 燃料ノズル先端
１３５ ガス燃料通路
１４０ 先端出口
１４５ 液体燃料出口
１５０ 噴霧空気出口
１５５ 水出口
１６０ スワーラ
１６５ スワールベーン
１７０ 空気チャンバ
１７５ スワーラ通路
１８０ スワーラ流
１８５ カラー
２００ 燃料ノズル
２０５ 燃焼器
２１０ 拡散ノズル
２２０ デュアル燃料ノズル
２３０ ガス燃料通路
２４０ 下流側面
２５０ 先端出口
２６０ 燃料ノズル先端
２７０ 液体燃料出口
２８０ スワーラ
２９０ スワールベーン
３００ 空気チャンバ
３１０ ガス燃料通路
３２０ 空気入口
３３０ カラー
３４０ コーン
３５０ カーテンスロット
３６０ 角度付き構成
３７０ スワーラ流
３８０ カーテン流
３９０ 燃料−空気流
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Gas turbine engine 15 Compressor 20 Air 25 Combustor 30 Fuel 35 Combustion gas 40 Turbine 45 Shaft 50 Load 55 Fuel nozzle 60 End cover 65 Head end 70 Combustion chamber 75 Combustion casing 80 Liner 85 Flow sleeve 90 Air passage 95 Transition Piece 100 Diffusion fuel nozzle 105 Dual fuel nozzle 110 Gas fuel 115 Liquid fuel 120 Outer tube 125 Downstream side surface 130 Fuel nozzle tip 135 Gas fuel passage 140 Tip outlet 145 Liquid fuel outlet 150 Spray air outlet 155 Water outlet 160 Swirl 165 Swirl vane 170 Air chamber 175 Swirler passage 180 Swirler flow 185 Color 200 Fuel nozzle 205 Combustor 210 Diffusion nozzle 220 Dual fuel nozzle 230 Gas fuel passage 240 Downstream side surface 25 Tip outlet 260 fuel nozzle tip 270 liquid fuel outlet 280 swirlers 290 swirl vanes 300 air chamber 310 gas fuel passage 320 air inlet 330 Color 340 Cone 350 curtain slot 360 angled configuration 370 swirler flow 380 curtain flow 390 fuel - air flow
Claims (20)
前記１以上の燃料の流れのための１以上のガス燃料通路と、
前記１以上のガス燃料通路を囲み、１以上の空気チャンバを含むスワーラと、
前記スワーラを囲み、１以上のカーテンスロットを含むカラーと、
を備え、前記空気の流れが、前記１以上の空気チャンバを通るスワーラ流と、前記１以上のカーテンスロットを通るカーテン流とに分割される、燃料ノズル。 A fuel nozzle for use with one or more fuel and air streams in a combustor,
One or more gas fuel passages for the one or more fuel flows;
A swirler surrounding the one or more gas fuel passages and including one or more air chambers;
A collar that surrounds the swirler and includes one or more curtain slots;
A fuel nozzle, wherein the air flow is divided into a swirler flow through the one or more air chambers and a curtain flow through the one or more curtain slots.
前記燃料ノズルを通る１以上の燃料の流れを提供するステップと、
前記燃料ノズルの回りに空気の流れを提供するステップと、
前記空気の流れを、スワーラを通るスワーラ流と、カラーを通るカーテン流とに分割し、前記カーテン流が前記スワーラ流と前記１以上の燃料の流れの燃料−空気流を囲むようにするステップと、
を含む、方法。 A method of operating a fuel nozzle in a combustor, comprising:
Providing one or more fuel flows through the fuel nozzle;
Providing an air flow around the fuel nozzle;
Dividing the air flow into a swirler flow through a swirler and a curtain flow through a collar, such that the curtain flow surrounds the fuel-air flow of the swirler flow and the one or more fuel flows; ,
Including a method.
前記１以上の燃料の流れのための１以上のガス燃料通路と、
前記１以上のガス燃料通路を囲み、複数の空気チャンバを画成する複数のスワールベーンを含むスワーラと、
前記スワーラを囲み、複数のカーテンスロットを含むカラーと、
を備え、前記空気の流れが、前記複数の空気チャンバを通るスワーラ流と、前記複数のカーテンスロットを通るカーテン流とに分割される、燃料ノズル。 A fuel nozzle for use with one or more fuel and air streams in a diffusion combustor, comprising:
One or more gas fuel passages for the one or more fuel flows;
A swirler including a plurality of swirl vanes surrounding the one or more gas fuel passages and defining a plurality of air chambers;
A collar that surrounds the swirler and includes a plurality of curtain slots;
A fuel nozzle, wherein the air flow is divided into a swirler flow through the plurality of air chambers and a curtain flow through the plurality of curtain slots.
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