JPH04136620A - Gas-turbine combustor - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To restrain the occurrence of NOx by a method wherein a flow channel is split and, by providing a channel-splitting structure forming the split channels with a means of feeding fuel, air flowing from the upstream part and fuel supplied to the split channels are mixed in a narrow region so as to oven out the distribution in the fuel concentration. CONSTITUTION:Air A2 flowing into a combustor through an opening 13 and fuel gas F1 supplied to split flow channels 27 are mixed at the split flow channels 27 to form a fuel-gas mixture, which then is sent to a vapor phase combustion part 21 where it undergoes combustion by ignition by a spark plug 19; after complete combustion the hot gas is supplied to a turbine. At the split flow channels 27 fuel F1 is mixed with air A2 in a narrow region so that the fuel-gas mixture produced is evened out in fuel concentration. Since the fuel-gas mixture is free of localized increase in the fuel concentration, no portion of it produces specially high temperature and therefore the generation of NOx is restrained. At a channel-splitting structure 25, air A4 cools the walls of the flow channels from outside as it comes in contact with their tubes 33; flows into air-distributing chambers 59, 61 through holes 63, 65; cools bulkheads 29, 31; separates into respective split flow channels 27 through air nozzles 67, 69; and mixes into combustion air.

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明はガスタービン燃焼器に係わり、詳しくは環境
の汚染源である窒素酸化物（ＮＯｘ　）の発生量が少な
く、かつ、良好な燃焼効率を有するガスタービン燃焼器
に関する。[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a gas turbine combustor, and more specifically, the present invention relates to a gas turbine combustor that generates a small amount of nitrogen oxides (NOx), which are a source of environmental pollution, and The present invention relates to a gas turbine combustor with good combustion efficiency.

（従来の技術） 近年、石油資源等の枯渇化に伴ない、種々の代替エネル
ギが要求されているが、同時にエネルギ資源の効率的な
使用も要求されている。これらの要求に答えるものの中
には、例えば燃料として天然ガスを使用するガスタービ
ン・スチームタービン複合サイクル発電システム、ある
いは石炭ガス化ガスタービン・スチームタービン複合サ
イクル発電システムがあり、現在検討されつつある。(Prior Art) In recent years, with the depletion of petroleum resources and the like, various alternative energies have been required, and at the same time, efficient use of energy resources has also been required. Among the systems that can meet these demands are, for example, gas turbine/steam turbine combined cycle power generation systems that use natural gas as fuel, or coal gasification gas turbine/steam turbine combined cycle power generation systems, which are currently being studied.

これらのガスタービン・スチームタービン複合サイクル
発電システムは、化石燃料を使用した従来のスチームタ
ービンによる発電システムに比較して発電効率が高いた
め、将来生産量の増加が予想される天然ガスや石炭ガス
等の燃料を有効に電力に変換できる発電システムとして
期待されている。These gas turbine/steam turbine combined cycle power generation systems have higher power generation efficiency than conventional steam turbine power generation systems that use fossil fuels, so they can be used for natural gas, coal gas, etc. whose production is expected to increase in the future. This system is expected to be used as a power generation system that can effectively convert fuel into electricity.

このようなガスタービン発電システムに使用されている
ガスタービン燃焼器では、従来より燃料と酸化性気体（
一般には空気、以下空気という）との混合ガスをスパー
クプラグ等を用いて着火して均一な燃焼を行っている。In the gas turbine combustor used in such gas turbine power generation systems, fuel and oxidizing gas (
In general, a gas mixture with air (hereinafter referred to as air) is ignited using a spark plug or the like to achieve uniform combustion.

第６図に従来のガスタービン燃焼器の一例を示す。この
ガスタービン燃焼器においては、燃料ノズル１から噴射
された燃料Ｆがエアダクト３から圧送されてくる燃焼用
空気Ａ、と混合され、スパークプラグ５により着火され
て燃焼する。そして、燃焼した気体、すなわち燃焼ガス
は、冷却空気Ａ２及び希釈空気Ａ３が加えられて、所定
のタービン入口温度まで冷却。FIG. 6 shows an example of a conventional gas turbine combustor. In this gas turbine combustor, fuel F injected from a fuel nozzle 1 is mixed with combustion air A fed under pressure from an air duct 3, ignited by a spark plug 5, and combusted. Then, the combusted gas, that is, the combustion gas, is cooled to a predetermined turbine inlet temperature by adding cooling air A2 and dilution air A3.

希釈された後、タービンノズル７からガスタービン内に
噴射される。９はスワラ−である。After being diluted, it is injected into the gas turbine from the turbine nozzle 7. 9 is a swirler.

このような従来のガスタービン燃焼器における重大な問
題点の一つは、燃料の燃焼時に多量のＮＯｘが生成して
環境汚染等の悪影響を及はすことである。One of the serious problems with such conventional gas turbine combustors is that a large amount of NOx is generated during fuel combustion, which has negative effects such as environmental pollution.

上記したＮＯｘが生成する理由は、燃料の燃焼時におい
て、低い燃焼温度による失火等燃焼の不安定を避けるた
め、燃料濃度を高め、燃焼温度を高＜シていることによ
る。ＮＯｘは、通常、燃料中に窒素成分が存在していな
い場合には、燃焼用空気中の窒素と酸素が以下に示す式
により反応して生成する。The reason why the above-mentioned NOx is generated is that during fuel combustion, the fuel concentration is increased and the combustion temperature is kept high in order to avoid unstable combustion such as misfire due to low combustion temperature. NOx is normally generated when nitrogen and oxygen in the combustion air react according to the following formula when no nitrogen component is present in the fuel.

Ｎ２＋０□−２Ｎ０ 上記反応は、高温になるほど、右側に移行して一酸化窒
素（Ｎ　Ｏ）の生成量か増加する。そして、このＮｏの
一部は、さらに酸化されて二酸化窒素（ＮＯ２）を生成
する。N2+0□-2N0 The above reaction shifts to the right as the temperature increases, and the amount of nitrogen monoxide (NO) produced increases. A part of this No is further oxidized to generate nitrogen dioxide (NO2).

第７図は、第６図に例示した従来のガスタービン燃焼器
において、前記安定した燃焼を行わせた際の、燃焼器内
の流体の流れ方向に沿った温度分布を示すものである。FIG. 7 shows the temperature distribution along the flow direction of the fluid in the combustor when the stable combustion is performed in the conventional gas turbine combustor illustrated in FIG. 6.

この第７図に示すように、燃焼器内の温度分布は極大値
をもち、この極大値（最高温度）が、前記安定した燃焼
の際には２０００℃にも達するために、この近辺におい
てＮ。As shown in Fig. 7, the temperature distribution inside the combustor has a maximum value, and this maximum value (highest temperature) reaches as high as 2000°C during stable combustion. .

Ｘの生成量が急激に増加するものである。The amount of X produced increases rapidly.

このＮＯｘ生成というガスタービン燃焼器の問題点を解
決するために、以下の燃焼方式が検討されている。In order to solve this problem of NOx generation in gas turbine combustors, the following combustion methods are being considered.

（１）水蒸気あるいは水噴射を行う方式。(1) A method that uses steam or water injection.

（２）燃焼を２段階に行う２段燃焼方式。(2) Two-stage combustion method that performs combustion in two stages.

しかしながら、これらの方式には以下のような問題があ
る。すなわち、（１）の方式は、水蒸気あるいは水を噴
射するために燃焼器の熱効率が悪いという問題、（２）
の方式は、ＮＯｘ生成量を充分低減できるほど燃焼器内
の最高温度を低くできないという問題である。However, these methods have the following problems. In other words, the method (1) has the problem that the thermal efficiency of the combustor is poor because steam or water is injected, and (2)
The problem with this method is that the maximum temperature within the combustor cannot be lowered enough to sufficiently reduce the amount of NOx produced.

（発明が解決しようとする課題） このように、従来においては、燃焼器の熱効率を維持す
るため、あるいは低い燃焼温度による燃焼の不安定さを
避けるために燃焼温度を高めざるを得す、このためＮＯ
ｘの発生を招くという問題点があった。(Problems to be Solved by the Invention) Conventionally, in order to maintain the thermal efficiency of the combustor or to avoid combustion instability due to low combustion temperature, it is necessary to increase the combustion temperature. Tame NO
There was a problem in that it caused the occurrence of x.

本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたもの
で、局部的な高温箇所の発生抑制によってＮＯｘの生成
が少なく、しかも高い熱効率で安定した気相燃焼を実現
できるガスタービン燃焼器を提供することを目的とする
。The present invention has been developed in view of these conventional problems, and provides a gas turbine combustor that generates less NOx by suppressing the generation of localized high-temperature areas, and that can realize stable gas-phase combustion with high thermal efficiency. The purpose is to provide.

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記課題を解決するため、本発明のガスタビン燃焼器に
おいては、燃焼器上流から送られてくる酸化性気体を複
数の流れに分割する分割流路構成体を設け、この分割流
路構成体に分割流路各別に燃料を供給する燃料供給手段
を設け、分割流路構成体の上流端および下流端の少なく
とも何れか一方に分割流路を取囲む空間部を形成し、こ
の空間部に連通ずる冷却空気導入通路と、同しく空間部
に連通ずる分割流路への排出通路とを分割流路構成体に
設けたことを要旨とするものである。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the gas turbine combustor of the present invention uses a split flow system that divides the oxidizing gas sent from upstream of the combustor into a plurality of flows. A passage structure is provided, a fuel supply means is provided for supplying fuel to each of the divided passages to the divided passage composition, and the divided passage is provided at at least one of an upstream end and a downstream end of the divided passage composition. The gist is that the divided flow path structure is provided with a cooling air introduction passage that forms a surrounding space, communicates with the space, and a discharge passage to the divided flow passage that also communicates with the space. be.

（作用） この発明のガスタービン燃焼器では、燃焼器上流から流
入した空気が分割流路構成体の分割流路に流入して来る
が、この分割流路においては、各流路ごとに燃料供給手
段から燃料が加えられるもので、この燃料と前記空気と
が混合され、気相燃焼部に送出され、ここで気相燃焼す
る。この燃焼の際、各分割流路出口の後流域では、循環
流が形成されて保炎効果をもたらすため、安定した燃焼
が行われる。また、分割流路構成体に燃料供給手段が設
けられて、分割流路ごとに燃料を噴出させることから、
燃料濃度分布の均一化が容易となり、局部的な高温箇所
か発生することなくＮＯｘの生成が少ない安定した気相
燃焼を実現できる。(Function) In the gas turbine combustor of the present invention, air flowing in from upstream of the combustor flows into the divided flow passages of the divided flow passage structure, and in this divided flow passage, fuel is supplied to each flow passage. Fuel is added from a means, and the fuel and the air are mixed and sent to a gas phase combustion section where they are combusted in a gas phase. During this combustion, a circulating flow is formed in the trailing region of the outlet of each divided flow path to provide a flame-holding effect, so that stable combustion is performed. In addition, since the divided flow path structure is provided with a fuel supply means and the fuel is jetted out for each divided flow path,
It becomes easier to make the fuel concentration distribution uniform, and stable gas phase combustion with less NOx generation can be achieved without generating localized high temperature spots.

また、燃焼器として成立するには、燃焼性とともに構成
部材の信頼性も必要である。上記構造の燃焼器では、分
割流路構成体の空間部に冷却空気導入通路を通って冷却
空気が流入し、これによって分割流路構成体の端部が冷
却され、その後排出通路を通って分割流路側に流出する
。このため、分割流路構成体の特に高温にさらされる端
部が冷却されることから、その耐熱、耐久性が向上する
。In addition, in order to function as a combustor, reliability of the constituent members is required as well as combustibility. In the combustor with the above structure, cooling air flows into the space of the divided flow path structure through the cooling air introduction passage, thereby cooling the end of the divided flow path structure, and then passes through the discharge passage and is divided into It flows out to the flow path side. Therefore, the end portions of the divided channel structure that are particularly exposed to high temperatures are cooled, thereby improving its heat resistance and durability.

（実施例） 以下、本発明にかかるガスタービン燃焼器の一実施例に
ついて、第１図ないし第５図に基づいて説明する。なお
、図中、上山の第６図と共通する部分には同一の符号を
付した。(Example) Hereinafter, an example of a gas turbine combustor according to the present invention will be described based on FIGS. 1 to 5. In addition, in the figure, the same reference numerals are given to the parts common to Ueyama's FIG. 6.

第１図は、前記ガスタービン燃焼器の一実施例を示す図
である。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the gas turbine combustor.

このガスタービン燃焼器において、エアダクト３から吐
出され燃焼器の開口部１３から燃焼器内に流入した空気
Ａ２は、この開口部１３の下流に設けられた分割流路構
成体２５に入り分割される。In this gas turbine combustor, air A2 discharged from the air duct 3 and flowing into the combustor from the opening 13 of the combustor enters the dividing channel structure 25 provided downstream of the opening 13 and is divided. .

この分割流路構成体２５は、第２図に示すように、複数
、この例では７つの分割流路２７と、これらの分割流路
２７を包容して各流路２７内へ各別に燃料Ｆ１を供給す
る燃料供給部（燃料供給手段）３５と、分割流路２７を
取囲み分割流路構成体２５を冷却するための冷却手段５
１とを一体的に備えている。As shown in FIG. 2, this divided flow path structure 25 includes a plurality of divided flow paths 27, seven in this example, and includes these divided flow paths 27 to separately supply fuel F1 into each flow path 27. a fuel supply section (fuel supply means) 35 that supplies fuel, and a cooling means 5 that surrounds the divided flow path 27 and cools the divided flow path structure 25.
1 is integrated.

第３図および第４図を用いて更に詳述すれば、分割流路
２７は、分割流路構成体２５の上流端および下流端の両
端部にあって相互に対向して固定される隔壁２９．３１
と、これらの隔壁２９，３１に掛は渡して溶接した短い
円管３３とによって形成しである。また上記燃料供給部
３５は、これら７個の円管３３を取り囲む中空盤状のジ
ャケット３７の内部に形成した燃料分配室３９と、ジャ
ケット３７に接合した燃料送給管４１と、燃料分配室３
９から円管３３を介して分割流路２７へ連通するノズル
孔４３とを備える。そして、このノズル孔４３は各分割
流路２７毎に適数個ずつ等角度関係に配設されている。In more detail with reference to FIGS. 3 and 4, the divided flow path 27 has partition walls 29 that are fixed at both upstream and downstream ends of the divided flow path structure 25 so as to face each other. .31
It is formed by a short circular tube 33 which is welded across these partition walls 29 and 31. Further, the fuel supply section 35 includes a fuel distribution chamber 39 formed inside a hollow disc-shaped jacket 37 surrounding these seven circular pipes 33, a fuel supply pipe 41 joined to the jacket 37, and a fuel distribution chamber 39.
9 and a nozzle hole 43 that communicates with the divided flow path 27 via the circular pipe 33. An appropriate number of these nozzle holes 43 are arranged in equiangular relation for each divided flow path 27.

燃料送給管４１から送給される前記燃料Ｆ、は燃料ガス
単体もしくは燃料ガスと空気との混合体であって、分割
流路２７とノズル孔４３との数や径は、開口部１３から
燃焼器内に流入する空気Ａ２の流量、および燃料Ｆ、の
燃料圧と流量、等の基本条件によって設定されるもので
ある。この際、ノズル孔４３からの燃料Ｆ、の貫通距離
を分割流路２７の半径以上とすることが望ましく、この
条件は流路が分割されていてその流路径が小さいことで
容易に満足させることができる。The fuel F fed from the fuel feed pipe 41 is a fuel gas alone or a mixture of fuel gas and air, and the number and diameter of the divided flow paths 27 and the nozzle holes 43 are determined from the opening 13. It is set based on basic conditions such as the flow rate of air A2 flowing into the combustor, and the fuel pressure and flow rate of fuel F. At this time, it is desirable that the penetration distance of the fuel F from the nozzle hole 43 be greater than or equal to the radius of the divided flow path 27, and this condition can be easily satisfied by dividing the flow path and having a small flow path diameter. I can do it.

さらに、各分割流路２７へ各複数のノズル孔４３を介し
て均等に燃料Ｆ、を供給するべく、円管３３の間には燃
料ガスか流れにくい領域、いわゆるデッドスペースがて
きうる限り生じないようにすることが必要で、そのため
に分割流路２７の配設位置を調節したり断面形状を変え
るなどの対策をとることもありうる。そしてまた、開口
部１３から燃焼器内に流入する空気Ａ２と、ノズル孔４
３からの燃料とを効果的に混合させるために、これらの
ノズル孔４３をできるだけ開口部１３寄りに設けるのが
好ましい。Furthermore, in order to evenly supply the fuel F to each divided flow path 27 through each of the plurality of nozzle holes 43, a so-called dead space, which is a region where it is difficult for fuel gas to flow, does not occur between the circular pipes 33 as much as possible. Therefore, it is necessary to take measures such as adjusting the arrangement position of the divided flow path 27 or changing the cross-sectional shape. Also, the air A2 flowing into the combustor from the opening 13 and the nozzle hole 4
In order to effectively mix the fuel from No. 3, it is preferable to provide these nozzle holes 43 as close to the opening 13 as possible.

次に、前記冷却手段５１の基本構成は、エアダクト３に
開設した透窓５３から隔壁２９．３１間へ空気Ａ４を取
り入れて分割流路構成体２５を冷却したのち分割流路２
７へ導入するようにしたものである。すなわち、隔壁２
９．３１の形成により、これら隔壁２９．３１近傍に空
気のデッドスペースが形成されるが、このデッドスペー
スにより、隔壁３１が気相燃焼部２１からの放射熱を受
けて加熱される。そこで、隔壁３１の内側にディスク５
７を接合して二重構造とし、この内側に空間部としての
空気分配室６１を形成し、上記透窓５３から取り入れた
空気Ａ４をディスク５７に形成した多数の冷却空気導入
通路としての通孔６５がら空気分配室６１へ流入させた
のち、各円管３３に等角度関係で開設した適数個の排出
通路としてのエアノズル孔６９を介して各分割流路２７
へ供給することで冷却を行うようにしである。なお、第
１図においては、隔壁２９の内側にディスク５５を接合
して空気分配室５９を形成するとともに、通孔６３およ
びエアノズル孔６７を形成し、冷却手段５１を隔壁２９
側にも設けているが、上述のように分割流路構成体２５
の上流に燃焼がなく、分割流路構成体２５に流入するガ
スの温度が低い際には、隔壁２９側に冷却手段５１を必
ずしも設ける必要はない。Next, the basic configuration of the cooling means 51 is that air A4 is taken in between the partition walls 29 and 29 through the transparent window 53 provided in the air duct 3, cools the divided flow path structure 25, and then cools the divided flow path structure 25.
7. That is, partition wall 2
9.31 forms a dead space of air near these partition walls 29.31, and due to this dead space, the partition wall 31 receives radiant heat from the gas phase combustion section 21 and is heated. Therefore, the disk 5 is placed inside the partition wall 31.
7 are joined to form a double structure, an air distribution chamber 61 as a space is formed inside this, and a large number of through holes as cooling air introduction passages are formed in the disk 57 for air A4 taken in through the transparent window 53. 65 flows into the air distribution chamber 61, and then flows through each divided flow path 27 through an appropriate number of air nozzle holes 69, which serve as discharge passages, provided in equiangular relation to each circular pipe 33.
Cooling is performed by supplying water to In FIG. 1, a disk 55 is joined to the inside of the partition wall 29 to form an air distribution chamber 59, a through hole 63 and an air nozzle hole 67 are formed, and the cooling means 51 is connected to the partition wall 29.
Although it is also provided on the side, as described above, the divided flow path structure 25
When there is no combustion upstream of the gas and the temperature of the gas flowing into the divided flow path structure 25 is low, it is not necessarily necessary to provide the cooling means 51 on the partition wall 29 side.

上記構成のガスタービン燃焼器の動作について、次に説
明する。The operation of the gas turbine combustor having the above configuration will be described next.

開口部１３から燃焼器内に流入する空気Ａ２は、分割流
路２７内において供給されてきた新たな燃料ガスＦ、と
混合されて混合ガスとなり、気相燃焼部２１に送られ、
スパークプラグ１９により着火されて燃焼し、完全燃焼
した後、タービンへ供給される。The air A2 flowing into the combustor from the opening 13 is mixed with the new fuel gas F supplied in the divided flow path 27 to form a mixed gas, which is sent to the gas phase combustion section 21,
It is ignited by the spark plug 19 and combusted, and after complete combustion, it is supplied to the turbine.

この分割流路２７の部分ては、燃料Ｆ、か開口部１３か
ら燃焼器内に流入する空気Ａ２と狭い領域内で混合され
るため、その下流の気相燃焼部２１に入る混合ガスの燃
料濃度が均一化され部分的な高濃度箇所が形成されない
ことから、高温箇所がなく、ＮＯｘの発生をより効果的
に抑制することができる。In this part of the divided flow path 27, the fuel F is mixed with the air A2 flowing into the combustor from the opening 13 in a narrow area, so the fuel of the mixed gas entering the gas phase combustion section 21 downstream thereof Since the concentration is made uniform and local high concentration areas are not formed, there are no high temperature areas and the generation of NOx can be suppressed more effectively.

さらに、前記分割流路構成体２５における混合ガスの形
成においては、空気Ａ４が円管３３と接触して流路壁を
外部から冷却しつつ逐次通孔６３゜６５を経て空気分配
室５９．６１へ流入し、ここで隔壁２９．３１を冷却し
たのちエアノズル孔６７．６９を介して各分割流路２７
内へ配分されながら流出し、これらか燃焼用空気に参画
する。そしてまたエアノズル孔６７から流出した空気は
、分割流路２７の流路壁に沿って進出しながらフィルム
冷却作用を営むので、この流路壁は内部からも冷却され
、分割流路構成体２５の耐熱性の問題は解決される。Further, in forming the mixed gas in the divided flow path structure 25, the air A4 contacts the circular pipe 33 and cools the flow path wall from the outside while successively passing through the through holes 63 and 65 to the air distribution chambers 59 and 61. After cooling the partition walls 29.31, the air flows through the air nozzle holes 67.69 into each divided flow path 27.
The air flows out while being distributed into the air, and some of these take part in the combustion air. Furthermore, the air flowing out from the air nozzle hole 67 performs a film cooling effect while advancing along the channel wall of the divided channel 27, so that this channel wall is also cooled from inside, and the divided channel structure 25 is cooled. The problem of heat resistance is solved.

また、隔壁３１後流において循環流２６が形成される。Further, a circulating flow 26 is formed downstream of the partition wall 31 .

この循環流２６か分割流路構成体２５丁流の気相燃焼部
２１て保炎効果をもたらすため、燃焼の安定化が得られ
る。This circulating flow 26 or the gas phase combustion section 21 of the divided flow path structure 25 provides a flame stabilizing effect, so that combustion can be stabilized.

なお、気相燃焼部２１ては元来希薄混合気を燃焼させる
ために、冷却用空気が多過ぎると燃焼性の低下を招く。Note that since the gas-phase combustion section 21 originally burns a lean air-fuel mixture, too much cooling air will lead to a decrease in combustibility.

そのためこの空気量は冷却のために必要な程度に抑えて
おくのがよく、例えば流路壁にセラミックコーティング
層などの耐熱断熱層を形成しておけば冷却用空気量の抑
制に役立つ。Therefore, it is best to keep the amount of air to a level necessary for cooling. For example, forming a heat-resistant heat insulating layer such as a ceramic coating layer on the channel wall helps to suppress the amount of air for cooling.

また、分割流路構成体２５の隔壁３１あるいは２９に上
記耐熱断熱層を形成するなどして、空気分配室６１ある
いは５９を省くこともできる。Furthermore, the air distribution chamber 61 or 59 can be omitted by forming the heat-resistant heat insulating layer on the partition wall 31 or 29 of the divided channel structure 25.

ここで、各分割流路２７を形成する円管３３は熱膨張を
伴うが、第３図のように各流路にベロズ３４を設けるこ
とにより、その熱膨張を吸収することができる。したが
って、燃焼器横断面に温度分布があり各分割流路２７の
熱膨張に差があったとしても、分割流路構成体２５は変
形することはなく、ハード面からの信頼性も大となる。Here, the circular tubes 33 forming each divided flow path 27 undergo thermal expansion, but by providing bellows 34 in each flow path as shown in FIG. 3, this thermal expansion can be absorbed. Therefore, even if there is a temperature distribution in the cross section of the combustor and there is a difference in thermal expansion of each divided flow path 27, the divided flow path structure 25 will not be deformed, and reliability from a hardware perspective will be high. .

なお、気相燃焼部２１の殻壁１１．７径を、その上流の
分割流路構成体２５での殻壁径より拡大させた膨径部（
図示せず）を形成し、この膨径部でガスの流れを遅滞も
しくは逆流させ、ガス流がこの膨径部の内側に回り込み
、ここに保炎部を形成することで、気相燃焼の安定向上
を図ってもよい。Note that an enlarged diameter portion (
(not shown), the flow of gas is delayed or reversed in this expanded diameter part, the gas flow wraps around inside this expanded diameter part, and a flame stabilizing part is formed here, thereby stabilizing gas phase combustion. You may try to improve it.

一方、第５図に示すように、燃料を２段に分けて供給し
気相燃焼を２段階で行う２段燃焼方式のガスタービン燃
焼器に対し、２段目の燃料を供給する手段として本発明
にかかる分割流路構成体２５を用いる構成をとってもよ
い。この構成において、燃料ノズル１から供給された燃
料は、スパークプラグ５により着火されて燃焼し、スワ
ラ−９によって安定化がもたらされながら、さらに空気
Ａ１が供給されて、分割流路構成体２５に流入する。そ
して、この分割流路構成体２５により上述の実施例と同
様に均一な混合ガスが得られるため、次の気相燃焼部２
１へ供給されスパークプラグ１９により燃焼が開始され
る際、局部的な高温箇所が発生しない。この構成におい
て、分割流路構成体２５に流入するガスの、燃焼による
温度上昇によっては、上流側隔壁２９に空気分配室５９
を必ず設ける必要がででくる。On the other hand, as shown in Fig. 5, this method is used as a means of supplying fuel to the second stage of a two-stage combustion type gas turbine combustor that supplies fuel in two stages and performs gas phase combustion in two stages. A configuration using the divided channel structure 25 according to the invention may also be adopted. In this configuration, the fuel supplied from the fuel nozzle 1 is ignited and combusted by the spark plug 5, and while being stabilized by the swirler 9, air A1 is further supplied to the divided flow path structure 25. flows into. Since a uniform gas mixture can be obtained by this divided flow path structure 25 as in the above-mentioned embodiment, the next gas phase combustion section 2
1 and when combustion is started by the spark plug 19, no localized hot spots occur. In this configuration, depending on the temperature rise due to combustion of the gas flowing into the divided flow path structure 25, the air distribution chamber 59 is formed in the upstream partition wall 29.
It becomes necessary to provide the following.

以下、本発明にかかるガスタービン燃焼器を試作および
試験し、得られた結果について述べる。Hereinafter, the gas turbine combustor according to the present invention was prototyped and tested, and the results obtained will be described.

第１図に示すような構造のガスタービン燃焼器を製作し
、燃焼特性を調べた。この燃焼器の径は３００ｍｍ、分
割流路２７の各流路径は８１ｍｍ、分割流路の数は７つ
とした。分割流路２７の冷却構造は、隔壁２９．３１の
内側に空気分配室５９６１を設けた二重構造とし、各流
路の熱膨張吸収のためにベローズ３４を設けた。そして
、分割流路部に流入する冷却空気量としては、分割流路
構成体２５人口に供給される空気量の２％になるように
エアノズル孔６７．６９の開口面積を設定した。A gas turbine combustor with the structure shown in Figure 1 was manufactured and its combustion characteristics were investigated. The diameter of this combustor was 300 mm, the diameter of each of the divided passages 27 was 81 mm, and the number of divided passages was seven. The cooling structure of the divided flow path 27 is a double structure in which an air distribution chamber 5961 is provided inside the partition wall 29.31, and a bellows 34 is provided to absorb thermal expansion of each flow path. The opening areas of the air nozzle holes 67 and 69 were set so that the amount of cooling air flowing into the divided flow path section was 2% of the amount of air supplied to the divided flow path structure 25.

そして、燃焼器に流入する空気の温度は３５０℃とし、
燃料供給部３５から供給される天然ガス（Ｆ、）と分割
流路構成体２５に流入する空気（Ａ４）とが、表１に示
す容積比（Ｆｌ　／Ａ４　）で混合された混合ガスを燃
焼させた場合の、燃焼による排出ガス中のＮＯｘ発生量
（ｐｐｍ）を測定した。ここで、燃料供給部３５に流入
するガスの流速は、５００℃換算にして２０　ｍ　／　
ｓとし、試験は大気圧で行った。なお、気相燃焼の着火
はスパークプラグにより行った。The temperature of the air flowing into the combustor is 350°C,
The natural gas (F,) supplied from the fuel supply unit 35 and the air (A4) flowing into the divided flow path structure 25 are mixed at the volume ratio (Fl/A4) shown in Table 1 to combust the mixed gas. The amount of NOx generated (ppm) in the exhaust gas due to combustion was measured. Here, the flow velocity of the gas flowing into the fuel supply section 35 is 20 m / 500 °C.
s, and the test was conducted at atmospheric pressure. Note that ignition of gas phase combustion was performed using a spark plug.

表１ 燃焼効率は実施例ａ、ｂとも９９％以上であった。Table 1 The combustion efficiency was 99% or more in both Examples a and b.

比較例として、本発明にかかる分割流路構成体２５を設
けない従来のスワラ−タイプの燃焼器を用い、拡散燃焼
を行った場合、上記のＦｌ／Ａ４の燃料濃度では、燃焼
が不十分てあった。また、この従来のタイプの燃焼器に
より燃料濃度を高めて燃焼させた後、希釈空気で燃焼器
出口温度を合わせるとすると（総燃料と総空気量は同じ
。したかって、燃焼器上流に流入する空気量は少なくな
る）　、ＮＯｘは６０　ｐｐｍ以上となった。As a comparative example, when diffusive combustion was performed using a conventional swirler-type combustor without the divided flow path structure 25 according to the present invention, combustion was insufficient at the above fuel concentration of Fl/A4. there were. Also, if we use this conventional type of combustor to increase the fuel concentration and combust it, and then use dilution air to match the combustor outlet temperature (total fuel and total air volume are the same. The amount of air decreased), and the NOx level was 60 ppm or more.

前記実施例ａ、ｂによる分割流路構成体２５のメタル温
度は、７００℃以下であった。なお、比較のため、冷却
手段５１を設けていない分割流路構成体を用いて燃焼試
験を行ったところ、排出ガスの特性は上記実施例ａ、ｂ
と大差なかったが、分割流路のメタル温度は８００℃以
上の高温になることもあった。また、分割流路構成体２
５での圧力損失は１％以下であった。The metal temperature of the divided channel structure 25 according to Examples a and b was 700° C. or lower. For comparison, a combustion test was conducted using a divided flow path structure without the cooling means 51, and the exhaust gas characteristics were as shown in Examples a and b above.
Although the temperature of the metal in the divided flow path was not much different, the temperature of the metal in the divided flow path was sometimes as high as 800°C or higher. In addition, the divided flow path structure 2
The pressure loss at No. 5 was less than 1%.

一方、第５図に示すような２段燃焼方式ガスタービン燃
焼器を製作し、燃焼特性を調べた。この燃焼器の径は３
００ｍｍ、２段目の燃料供給部には、上記実施例ａ、ｂ
に用いた分割流路構成体２５を使用した。On the other hand, a two-stage combustion type gas turbine combustor as shown in Fig. 5 was manufactured and its combustion characteristics were investigated. The diameter of this combustor is 3
00mm, the second stage fuel supply section has the above embodiments a and b.
The divided channel structure 25 used in the above was used.

そして、燃焼器に流入する空気の温度は３５０℃とし、
−段目のスワラ−タイプの拡散燃焼で、本発明の燃料供
給手段３５へのガス温度を５００℃に高め、燃料供給部
３５から供給される天然ガス（Ｆ２）と空気（Ａ４）と
か、表２に示す容積比（Ｆ２　／Ａ４　）で混合された
混合ガスを燃焼させた場合の、生成ＮＯ！発生量（ｐｐ
ｍ）を測定した。なお、流速は、上記実施例ａ、ｂと同
様２０ｍ／ｓとし、着火に際しては、スパークプラグを
用いた。The temperature of the air flowing into the combustor is 350°C,
- Stage swirler type diffusion combustion increases the gas temperature to the fuel supply means 35 of the present invention to 500°C, and the natural gas (F2) and air (A4) supplied from the fuel supply section 35 are NO.2 generated when the mixed gas mixed at the volume ratio (F2 /A4) shown in 2 is combusted! Generated amount (pp
m) was measured. The flow velocity was 20 m/s as in Examples a and b, and a spark plug was used for ignition.

表２ 比較例として、本発明にかかる分割流路構成体２５を設
けない燃焼器で２段燃焼を行った場合、上記のＦ　２　
／　Ａ　４の燃料濃度では、燃焼が不十分てあった。ま
た、この従来のタイプの燃焼器により従来の２段燃焼を
行った後、希釈空気で燃焼器出口温度を合わせるとする
と（総燃料と総空気量は同じ。したがって、燃焼器上流
に流入する空気量は少なくなる）、ＮＯＸは３０　ｐｐ
ｍ程度であった。Table 2 As a comparative example, when two-stage combustion was performed in a combustor not provided with the divided flow path structure 25 according to the present invention, the above F 2
/ At the fuel concentration of A4, combustion was insufficient. Also, after performing conventional two-stage combustion with this conventional type of combustor, if we adjust the combustor outlet temperature with dilution air (total fuel and total air amount are the same. Therefore, the air flowing into the upstream of the combustor amount will be less), NOx is 30 pp
It was about m.

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、分割流路を形成し、各分
割流路を構成する分割流路構成体に燃料の供給手段を設
けているため、上流からの空気と分割流路に供給される
燃料とを狭い領域内で混合させることから燃料濃度分布
を各部分で均一化することができる。また、各分割流路
出口の後流域ては、循環流が形成されて保炎効果をもた
らすため、安定した燃焼が行われる。したがって、ＮＯ
Ｘの発生量を効果的に抑制することができる。さらに、
分割流路構成体の上流側及び下流側の何れか一方の端部
に空間部を形成してここに冷却空気を導入した後、分割
流路側に流出させるようにしたため、分割流路構成体の
高温化が防止され、ハード面での信頼性も大となる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the divided flow paths are formed and the divided flow path structure forming each divided flow path is provided with a fuel supply means, so that the air from upstream and the fuel supply means are provided. Since the fuel supplied to the divided flow paths is mixed within a narrow region, the fuel concentration distribution can be made uniform in each portion. In addition, a circulating flow is formed in the trailing region of the outlet of each divided flow path to provide a flame stabilizing effect, so that stable combustion is performed. Therefore, NO
The amount of X generated can be effectively suppressed. moreover,
A space is formed at either the upstream or downstream end of the divided flow path structure, and after cooling air is introduced therein, it is made to flow out to the divided flow path side. This prevents high temperatures and increases the reliability of the hardware.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本発明の一実施例に係る燃焼器の側断面説明図
、第２図は第１図の分割流路構成体の斜視図、第３図は
第２図の側断面説明図、第４図は第３図のＡ−Ａ矢視断
面図、第５図は別の実施例に係る分割流路構成体の側断
面説明図、第６図は従来例に係る燃焼器の側断面説明図
、第７図は第６図に示した燃焼器で燃焼を行わせた際の
燃焼器内の流体の流れ方向に沿った温度分布図である。 ２１・・・気相燃焼部　　２５・分割流路構成体２６・
・・循環流　　　　２７・・・分割流路３５・・・燃料
供給部　　５１・・・冷却手段５９．６１・空気分配室
（空間部） ６３．６５・・・通孔（冷却空気導入通路）６９・・・
エアノズル孔（排出通路） 代理ノ、弁理士三好秀和 范１図 第２図 Ａ← 第３図 第４図FIG. 1 is a side cross-sectional explanatory view of a combustor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of the divided flow path structure of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a sectional view taken along the line A-A in FIG. 3, FIG. 5 is an explanatory side sectional view of a divided flow path structure according to another embodiment, and FIG. 6 is a side sectional view of a combustor according to a conventional example. The explanatory diagram, FIG. 7, is a temperature distribution diagram along the flow direction of fluid in the combustor when combustion is performed in the combustor shown in FIG. 6. 21... Gas phase combustion section 25・Divided flow path structure 26・
...Circulating flow 27...Divided channel 35...Fuel supply section 51...Cooling means 59.61/Air distribution chamber (space) 63.65...Through hole (cooling air introduction passage) 69 ...
Air nozzle hole (discharge passage) Hidekazu Miyoshi, Patent Attorney, Figure 1 Figure 2 A← Figure 3 Figure 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] ガスタービンへの燃焼ガスを生成する気相燃焼部の基端
側に、前記気相燃焼部より上流から送られてくる気体を
複数の流れに分割する分割流路構成体を設け、この分割
流路構成体に分割流路各別に燃料を供給する燃料供給手
段を設け、分割流路構成体の上流端および下流端の少な
くとも何れか一方に分割流路を取囲む空間部を形成し、
この空間部に連通する冷却空気導入通路と、同じく空間
部に連通する分割流路への排出通路とを分割流路構成体
に設けたことを特徴とするガスタービン燃焼器。A dividing flow path structure is provided on the base end side of the gas-phase combustion section that generates combustion gas for the gas turbine, and divides the gas sent from upstream from the gas-phase combustion section into a plurality of flows. providing a fuel supply means for supplying fuel to each of the divided channels in the channel structure, and forming a space surrounding the divided channel at at least one of the upstream end and the downstream end of the divided channel structure;
A gas turbine combustor characterized in that a cooling air introduction passage that communicates with the space and a discharge passage to the divided passage that also communicates with the space are provided in the divided passage structure.