JP2865684B2 - ガスタービン燃焼器 - Google Patents
ガスタービン燃焼器Info
- Publication number
- JP2865684B2 JP2865684B2 JP64000329A JP32989A JP2865684B2 JP 2865684 B2 JP2865684 B2 JP 2865684B2 JP 64000329 A JP64000329 A JP 64000329A JP 32989 A JP32989 A JP 32989A JP 2865684 B2 JP2865684 B2 JP 2865684B2
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- Japan
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- fuel
- combustion
- premixed
- burner
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガスタービン燃焼器に係り、特に、窒素酸
化物（NOx）の低減を目的としたパイロツトバーナ付予
混合燃焼器の構造に関する。
化物（NOx）の低減を目的としたパイロツトバーナ付予
混合燃焼器の構造に関する。
従来の低NOx燃焼器（コンバインドプラント用低NOxガ
スタービン燃焼器の開発第14回ガスタービン学会論文集
（1987）p51〜56）は、頭部副室で拡散燃焼，後部主室
で予混合燃焼を行う二段燃焼方式である。低負荷時は拡
散燃焼主体で、高負荷時は拡散火炎からの加熱作用によ
り二段目の予混合燃焼を継続させる。特に、予混合燃焼
では、燃料に対して空気量を調節し、燃空比制御による
安定化を図る。
スタービン燃焼器の開発第14回ガスタービン学会論文集
（1987）p51〜56）は、頭部副室で拡散燃焼，後部主室
で予混合燃焼を行う二段燃焼方式である。低負荷時は拡
散燃焼主体で、高負荷時は拡散火炎からの加熱作用によ
り二段目の予混合燃焼を継続させる。特に、予混合燃焼
では、燃料に対して空気量を調節し、燃空比制御による
安定化を図る。
前記従来技術では、拡散燃焼部と予混合燃焼部が燃焼
室の軸方向に離れて区分されているために、予混合燃焼
の安定化を図るのに必要な拡散燃焼量は増大する。ま
た、高負荷燃焼時も拡散燃焼と予混合燃焼を同時に行う
ので、大巾な低NOx化燃焼は困難である。特に、予混合
燃焼の空気量を制御すると拡散燃焼への空気量が変化
し、予混合空気量を減少させると拡散燃焼は希薄側へ移
行し、CO等の未燃分が発生する原因となる等の問題があ
つた。
室の軸方向に離れて区分されているために、予混合燃焼
の安定化を図るのに必要な拡散燃焼量は増大する。ま
た、高負荷燃焼時も拡散燃焼と予混合燃焼を同時に行う
ので、大巾な低NOx化燃焼は困難である。特に、予混合
燃焼の空気量を制御すると拡散燃焼への空気量が変化
し、予混合空気量を減少させると拡散燃焼は希薄側へ移
行し、CO等の未燃分が発生する原因となる等の問題があ
つた。
本発明の目的は、上記諸問題を解決する燃焼器であつ
て、超低NOx化燃焼に有利な予混合燃焼器構造を提供す
ることにある。
て、超低NOx化燃焼に有利な予混合燃焼器構造を提供す
ることにある。
上記目的は、燃焼室頭部断面状に拡散燃焼のパイロツ
トバーナと予混合バーナを設置し、パイロツトバーナは
着火から低負荷時のみを作動させ、高負荷時は予混合バ
ーナによる予混合燃焼を行う。特に、予混合バーナの構
造は、パイロツトバーナを中央部に隣接した外周半径方
向に区分した流路部の噴口は多重円環状旋回器で形成
し、各流路部に対して燃料系を個別に制御可能にして設
置する。更に、各流路部の空気導入口に空気調節リング
を設置して、各流路部への空気量を調節すると同時に、
バイパス環状流路部を介して燃焼室後流側にバイパス空
気を制御できるように構成する。
トバーナと予混合バーナを設置し、パイロツトバーナは
着火から低負荷時のみを作動させ、高負荷時は予混合バ
ーナによる予混合燃焼を行う。特に、予混合バーナの構
造は、パイロツトバーナを中央部に隣接した外周半径方
向に区分した流路部の噴口は多重円環状旋回器で形成
し、各流路部に対して燃料系を個別に制御可能にして設
置する。更に、各流路部の空気導入口に空気調節リング
を設置して、各流路部への空気量を調節すると同時に、
バイパス環状流路部を介して燃焼室後流側にバイパス空
気を制御できるように構成する。
従つて、予混合バーナ近傍のパイロツト炎での低負荷
燃焼，予混合燃焼時は燃焼用空気とバイパス空気の同時
機能が燃焼場に、直接、影響を及ぼさないこと。噴口多
重型により逆火防止等、広い負荷帯において予混合燃焼
が改善される。
燃焼，予混合燃焼時は燃焼用空気とバイパス空気の同時
機能が燃焼場に、直接、影響を及ぼさないこと。噴口多
重型により逆火防止等、広い負荷帯において予混合燃焼
が改善される。
予混合燃焼時のパイロツト炎は、着火と低負荷予混合
燃焼の熱源であり、予混合バーナ近傍に高温火炎がある
ことは保炎性能に非常に有利である。
燃焼の熱源であり、予混合バーナ近傍に高温火炎がある
ことは保炎性能に非常に有利である。
一方、予混合燃焼では、燃料と空気を混合して燃焼室
内に噴出するため、噴口形状が比較的大きくなる。この
噴口部を区分して比較的狭い流路部で形成することによ
り、予混合気が負荷によつて増減する場合、内部流路に
極端な空中部（デツトスペース）の形成を防止する。特
に、内部流動の過程で中空部が形成されると変流が起
り、空気に対する燃料混入部では、空気速度勾配と燃料
密度の不一致から混合が不良となり、噴出口では燃料濃
度と噴出速度分布の異なりから逆火が発生する。また、
燃空比制御では、予混合バーナの安定燃焼を継続するた
めに、燃焼に必要な空気以外はバイパス空気として放出
する。従つて、燃焼器内の圧力損失の増大防止、及び、
バーナ近傍に余分な空気が流動しないため、安定燃焼が
良好となる等、予混合燃焼の理想的な構造を確立するこ
とができる。
内に噴出するため、噴口形状が比較的大きくなる。この
噴口部を区分して比較的狭い流路部で形成することによ
り、予混合気が負荷によつて増減する場合、内部流路に
極端な空中部（デツトスペース）の形成を防止する。特
に、内部流動の過程で中空部が形成されると変流が起
り、空気に対する燃料混入部では、空気速度勾配と燃料
密度の不一致から混合が不良となり、噴出口では燃料濃
度と噴出速度分布の異なりから逆火が発生する。また、
燃空比制御では、予混合バーナの安定燃焼を継続するた
めに、燃焼に必要な空気以外はバイパス空気として放出
する。従つて、燃焼器内の圧力損失の増大防止、及び、
バーナ近傍に余分な空気が流動しないため、安定燃焼が
良好となる等、予混合燃焼の理想的な構造を確立するこ
とができる。
第１図に本発明の燃焼器頭部縦断面を示す。外筒1,内
筒2,予混合バーナ３で構成するガスタービン燃焼器の頭
部で、予混合バーナ３の中央部に旋回器４を設置し、そ
の上流側軸心部に燃料流路５と旋回器４に連なる環状空
気流路６を頭部外周側より形成して、旋回器４内に燃料
噴射孔７を設けてパイロツトバーナ８を形成する。予混
合バーナ３は、パイロツトバーナ８の外周側断面方向へ
環状に区分する流路部9,10,11に旋回羽根12,13,14を固
定し、各流路部の旋回羽根で形成された分割流路部の上
流端から突出すように燃料ノズル15,16,17を多数設置す
る。燃料ノズル15,16,17はバーナ本体18に固定それ、燃
料チヤンバ19,20,21と燃料導入管22,23,24を設けて、各
燃料25,26,27を分割導入調節ができるようにする。
筒2,予混合バーナ３で構成するガスタービン燃焼器の頭
部で、予混合バーナ３の中央部に旋回器４を設置し、そ
の上流側軸心部に燃料流路５と旋回器４に連なる環状空
気流路６を頭部外周側より形成して、旋回器４内に燃料
噴射孔７を設けてパイロツトバーナ８を形成する。予混
合バーナ３は、パイロツトバーナ８の外周側断面方向へ
環状に区分する流路部9,10,11に旋回羽根12,13,14を固
定し、各流路部の旋回羽根で形成された分割流路部の上
流端から突出すように燃料ノズル15,16,17を多数設置す
る。燃料ノズル15,16,17はバーナ本体18に固定それ、燃
料チヤンバ19,20,21と燃料導入管22,23,24を設けて、各
燃料25,26,27を分割導入調節ができるようにする。
一方、予混合空気28は、環状流路部9,10,11を外周半
径方向に延長して、円周状の開口形状をもつ空気導入口
29,30,31を形成し、各空気導入口から後部に連なる同一
円周状に開口部32をもつ空気バイパス環状流路部33を燃
焼室内へ連通するように構成する。また、空気導入口2
9,30,31と空気バイパス開口部32の外周側に間隙を設け
て空気調節リング34を対応させ、空気導入口29,30,31が
全開の時開口部32が全閉となるように空気調節リング34
を移動調節を可能にする。
径方向に延長して、円周状の開口形状をもつ空気導入口
29,30,31を形成し、各空気導入口から後部に連なる同一
円周状に開口部32をもつ空気バイパス環状流路部33を燃
焼室内へ連通するように構成する。また、空気導入口2
9,30,31と空気バイパス開口部32の外周側に間隙を設け
て空気調節リング34を対応させ、空気導入口29,30,31が
全開の時開口部32が全閉となるように空気調節リング34
を移動調節を可能にする。
従つて、着火時はパイロツト燃料35とパイロツトバー
ナ用空気36で拡散燃焼を行う。また、燃焼負荷の上昇に
伴い、予混合バーナ３の燃料25に対して空気導入口29か
らの第一段空気、燃料26と空気導入口30の第二段空気、
燃料27と空気導入口31から第三段空気等の予混合空気28
を空気調節リング34を介して導き入れ、予混合気を作り
燃焼負荷帯によつて、バーナの中央部より外周方向に燃
焼を継続させる。この場合、予混合空気量に対して空気
バイパス空気量のバランスを空気調節リング34と相互開
口面積を設定することによつて圧損の増大や各バーナへ
の空気供給量の変動を防止する。
ナ用空気36で拡散燃焼を行う。また、燃焼負荷の上昇に
伴い、予混合バーナ３の燃料25に対して空気導入口29か
らの第一段空気、燃料26と空気導入口30の第二段空気、
燃料27と空気導入口31から第三段空気等の予混合空気28
を空気調節リング34を介して導き入れ、予混合気を作り
燃焼負荷帯によつて、バーナの中央部より外周方向に燃
焼を継続させる。この場合、予混合空気量に対して空気
バイパス空気量のバランスを空気調節リング34と相互開
口面積を設定することによつて圧損の増大や各バーナへ
の空気供給量の変動を防止する。
第２図にガスタービン作動範囲における燃料制御運転
法の一実施例を示す。パイロツト燃料FPの作動範囲は、
着火時からターピン負荷25％で全燃料の５〜15％とし、
無負荷以下の状態において、予混合バーナの第一段燃料
F1＝10％をステツプ状に導入と同時にFP＝10％を減少し
て５％に一定にして、第一段燃料F1＝28％上昇させて無
負荷条件にする。また、無負荷時は第一段燃料F1をステ
ツプ状に８％減少させ、第二段燃料F2＝８％投入してパ
イロツト燃料FP＝５％、第一段燃料F1＝20％一定でF2燃
料増加により負荷を上げる。更に、タービン負荷25％で
は、第一段燃料F1＝20％一定、第二段燃料F2＝35％から
30％に減少し、第三段燃料F3＝10％をステツプ状に投入
し、パイロツト燃料FP＝０に調節してF3燃料により負荷
の増大を図る。
法の一実施例を示す。パイロツト燃料FPの作動範囲は、
着火時からターピン負荷25％で全燃料の５〜15％とし、
無負荷以下の状態において、予混合バーナの第一段燃料
F1＝10％をステツプ状に導入と同時にFP＝10％を減少し
て５％に一定にして、第一段燃料F1＝28％上昇させて無
負荷条件にする。また、無負荷時は第一段燃料F1をステ
ツプ状に８％減少させ、第二段燃料F2＝８％投入してパ
イロツト燃料FP＝５％、第一段燃料F1＝20％一定でF2燃
料増加により負荷を上げる。更に、タービン負荷25％で
は、第一段燃料F1＝20％一定、第二段燃料F2＝35％から
30％に減少し、第三段燃料F3＝10％をステツプ状に投入
し、パイロツト燃料FP＝０に調節してF3燃料により負荷
の増大を図る。
定格時は、第一段燃料F1＝20％、第二段燃料F2＝30
％、第三段燃料F3＝50％で予混合バーナを作動させ、予
混合燃焼を継続させる。この場合、各段への予混合空気
調整は、上記空気調節リングにより行い、燃焼条件とし
ての燃空比は0.50以下にすることによつて、効果的な低
NOx燃焼を行うことができる。
％、第三段燃料F3＝50％で予混合バーナを作動させ、予
混合燃焼を継続させる。この場合、各段への予混合空気
調整は、上記空気調節リングにより行い、燃焼条件とし
ての燃空比は0.50以下にすることによつて、効果的な低
NOx燃焼を行うことができる。
本発明によれば、予混合バーナの燃空比制御が容易と
なり、広範囲の燃焼負荷に対して信頼性の高い運転が可
能であるため、低NOx化に有利な燃焼器を提供すること
ができる。
なり、広範囲の燃焼負荷に対して信頼性の高い運転が可
能であるため、低NOx化に有利な燃焼器を提供すること
ができる。
第１図は本発明の一実施例のガスタービン燃焼器の断面
図、第２図は第１図の燃焼器における燃料制御運転の説
明図である。 FP……パイロツト燃料、F1……第１段燃料、F2……第２
段燃料、F3……第３段燃料、３……予混合バーナ、８…
…パイロツトバーナ、９〜11……環状流路部、15〜17…
…燃料ノズル、19〜21……燃料チヤンバ、29〜31……空
気導入口、32……空気バイパス開口部、33……空気バイ
パス環状流路部、34……空気調節リング。
図、第２図は第１図の燃焼器における燃料制御運転の説
明図である。 FP……パイロツト燃料、F1……第１段燃料、F2……第２
段燃料、F3……第３段燃料、３……予混合バーナ、８…
…パイロツトバーナ、９〜11……環状流路部、15〜17…
…燃料ノズル、19〜21……燃料チヤンバ、29〜31……空
気導入口、32……空気バイパス開口部、33……空気バイ
パス環状流路部、34……空気調節リング。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 文雄 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (72)発明者 橋本 孝 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−217141（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−156925（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】パイロット燃料とパイロットバーナ用空気
とを、燃焼火炎が形成される燃焼室に噴射するパイロッ
トバーナと、前記パイロットバーナの外周に隣接して配
置され、予混合燃料と予混合空気とを予め混合した予混
合気を、前記燃焼室に噴射する予混合バーナとを有する
ガスタービン燃焼器において、 前記予混合バーナが、 前記予混合気を噴射する噴口部が半径方向及び軸方向に
互いに隣接し、かつ燃焼負荷帯に応じて前記噴口部が内
周に位置するものから前記予混合気を噴射する、複数の
流路により形成されることを特徴とするガスタービン燃
焼器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP64000329A JP2865684B2 (ja) | 1989-01-06 | 1989-01-06 | ガスタービン燃焼器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP64000329A JP2865684B2 (ja) | 1989-01-06 | 1989-01-06 | ガスタービン燃焼器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02183720A JPH02183720A (ja) | 1990-07-18 |
| JP2865684B2 true JP2865684B2 (ja) | 1999-03-08 |
Family
ID=11470864
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP64000329A Expired - Lifetime JP2865684B2 (ja) | 1989-01-06 | 1989-01-06 | ガスタービン燃焼器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2865684B2 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0488556B1 (en) * | 1990-11-27 | 1997-07-16 | General Electric Company | Premixed secondary fuel nozzle with integral swirler |
| JPH05196232A (ja) * | 1991-08-01 | 1993-08-06 | General Electric Co <Ge> | 耐逆火性燃料ステージング式予混合燃焼器 |
| EP0540167A1 (en) * | 1991-09-27 | 1993-05-05 | General Electric Company | A fuel staged premixed dry low NOx combustor |
| US5321947A (en) * | 1992-11-10 | 1994-06-21 | Solar Turbines Incorporated | Lean premix combustion system having reduced combustion pressure oscillation |
| US5372008A (en) * | 1992-11-10 | 1994-12-13 | Solar Turbines Incorporated | Lean premix combustor system |
| US5361586A (en) * | 1993-04-15 | 1994-11-08 | Westinghouse Electric Corporation | Gas turbine ultra low NOx combustor |
| US5359847B1 (en) * | 1993-06-01 | 1996-04-09 | Westinghouse Electric Corp | Dual fuel ultra-flow nox combustor |
| US5408825A (en) * | 1993-12-03 | 1995-04-25 | Westinghouse Electric Corporation | Dual fuel gas turbine combustor |
| US5636510A (en) * | 1994-05-25 | 1997-06-10 | Westinghouse Electric Corporation | Gas turbine topping combustor |
| US5415000A (en) * | 1994-06-13 | 1995-05-16 | Westinghouse Electric Corporation | Low NOx combustor retro-fit system for gas turbines |
| US6405523B1 (en) * | 2000-09-29 | 2002-06-18 | General Electric Company | Method and apparatus for decreasing combustor emissions |
| US6418726B1 (en) * | 2001-05-31 | 2002-07-16 | General Electric Company | Method and apparatus for controlling combustor emissions |
| JP3944609B2 (ja) * | 2003-12-16 | 2007-07-11 | 川崎重工業株式会社 | 燃料ノズル |
| KR101049359B1 (ko) | 2008-10-31 | 2011-07-13 | 한국전력공사 | 삼중 스월형 가스터빈 연소기 |
| US9134030B2 (en) * | 2012-01-23 | 2015-09-15 | General Electric Company | Micromixer of turbine system |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63156925A (ja) * | 1986-12-19 | 1988-06-30 | Hitachi Ltd | ２段燃焼器構造 |
| JP2644745B2 (ja) * | 1987-03-06 | 1997-08-25 | 株式会社日立製作所 | ガスタービン用燃焼器 |
-
1989
- 1989-01-06 JP JP64000329A patent/JP2865684B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02183720A (ja) | 1990-07-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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