JPH04203710A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、窒素化物
（ＮＯＸ）の低減を図る予混合燃焼部の構造に関する。

［従来の技術］ 従来技術の低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）Ｐ　５１〜５６）は、頭部燃焼
室で拡散燃焼、後部燃焼室では予混合燃焼を行う二段燃
焼方式において、着火から低負荷側は拡散燃焼、高負荷
時は拡散と予混合の同時燃焼を行う。特に、予混合燃焼
は、上流側の拡散火炎の加熱作用により燃焼を継続させ
る。この場合、予混合噴口部は旋回器を構成する旋回羽
根の背側に形成される可燃混合気の比較的弱い渦流によ
って、予混合火炎の保持を行う。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、予混合旋回器の旋回羽根背側に形成さ
れる渦流の乱れ作用で火炎を保持する方法である。しか
し、旋回羽根背側に発生する渦流強度や領域は比較的／
Ｉ−さいさめ、希薄側の燃焼及び高速流での負荷帯は、
火炎が局部的に流されたり、高負荷時で火炎の脈動によ
る振動燃焼が発生する。一方、火炎安定化の手段として
、旋回羽根厚みを大きくすることによって、その後流側
に誘起する渦流領域の拡大を図り、保炎性能向上は望め
るが、加熱横坑の恐れがある。特に、旋回羽根先端部を
鋭角にして火炎付着を防止する形状に関しては、予混合
燃焼の過酷な条件（空気に対して燃料を比較的多く導入
する作動範囲）や噴口断面での局部的な燃料濃度差によ
っては、旋回羽根先端部にクラックや横坑等が発生する
。

本発明の目的は、上記諸問題を解決する予混合旋回器の
構造を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は予混合旋回路の旋
回羽根部を二枚の羽根部材で構成し、その二重壁の間隙
で形成される流路部を予混合流路部の空気入口部から噴
出口まで設置し、予混合旋回器内の流路部において、予
混合流路部と旋回羽根冷却流路部を完全に分離する。特
に旋回羽根先端部の冷却方法として、冷却流路内に複数
個の噴孔を有する噴流板を設け、羽根先端部を形成する
閉止板に冷却空気を衝突噴流した後に予混合気の噴呂方
向とは別な方向となる燃焼室内周側に空気を放出する。

従って、予混合器の保炎に有利な旋回羽根の厚さを大き
くすることが可能となり、火炎の保持する旋回羽根先端
近傍の冷却が強化される予混合旋回器を提供できる。

［作用］ 予混合旋回器の旋回羽根先端後流側に誘起する予混合気
の流れは、旋回羽根の厚みを大きくすることに比例して
乱れによる渦流領域は大きくなり、低速流領域も拡大さ
れる。この現象は燃焼時において、低速流領域に高温ガ
スを巻き込む領域が広がるため安定した火炎保持が可能
となる。その火炎が形成される旋回羽根先端部の閉止板
近傍に噴流板を介して冷却空気を衝突させ、高温、横坑
防止を実現する。

一方、冷却空気は、予混合気と完全に区分された流路を
流れるため予混合気の状態に影響を与えることなく、ま
た、旋回羽根後流部の保炎機構を阻害しないように燃焼
室内周方向に放出することによって、安定した予混合燃
焼が実現できる。

〔実施例］ 第１図に本発明の構造を具備する二段燃焼器全体の縦断
面図を示した。外筒１．内筒２９尾筒３で構成するガス
タービン燃焼器において、内筒２の頭部に副燃焼室４、
副燃焼室４よりも直径が大きい主燃焼室５を設置し、副
燃焼室４の中央部には頭部より突出した内筒コーン６、
その環状中空部に燃料噴出孔をもつパイプ状の第一段目
の燃料ノズル７を突出させ円周状に配列する。更に、副
燃焼室４と主燃焼室５の拡大部に予混合旋回器８を設置
し、旋回羽根９で区分された流路部１ｏ内の上流側に第
二段目の予混合燃料ノズル１１を各流路部ごとに一個配
列する。また、予混合旋回器８の旋回羽根９の先端部に
冷却構造を備えた閉止板１２を設ける。

本燃焼器の作動時は、圧縮機からの空気１３を尾筒３の
後部より導き入れ、希釈空気孔１４、主燃焼室外壁の冷
却空気１５、予混合空気１６、副燃焼室壁面冷却空気１
７、燃焼用空気１８、内筒コーン冷却空気１９を燃焼室
内外の差圧で導入する。

第一段目燃料２０は、燃料ノズル本体２１がら複数個の
パイプ状燃料ノズル７より副燃焼室４に導入し、燃焼用
空気１８と拡散混合しながら燃焼を行う。第一段目燃料
２０の作動範囲は、着火がらタービン負荷２５％相当で
、全燃料流量の約５０％である。

第二段目燃料２２は、外筒フランジ２３に連なる燃料チ
ャンバ２４より予混合燃料ノズル１１を介して予混合旋
回器８内に導入させ、予混合空気１６と混合してから環
状旋回噴口部より主燃料室５内に噴流し、タービン負荷
２５〜１００％の領域で燃焼を行う。特に、タービン負
荷２５％の燃料切換時は、第一段目燃料２０を全燃料流
量の５０％から２５％までステップ状に減少させ、第二
段目燃料２２を同時にステップ状に２５％導入し、その
後、第−段及び第二段燃料の割合をタービン負荷帯に見
合った流量配分で導入する。更に定格時は、第一段と第
二段目燃料配分は、全燃料の４０＝５０で運転する。

第２図に本発明の予混合旋回路を示す拡大図である。予
混合器は、内壁２５．外壁２６で構成される環状中空層
内に旋回羽根９ａ、９ｂに間隙を設けて円周上に複数個
配列し、予混合流路部１０ａ〜Ｌｏｐを形成する。また
、各流路部内には上流端より突出して固定するパイプ状
の燃料ノズル１１ａ〜ｌｉｐがあり、流路外周端は空気
入口窓２７ａ〜２７ｐと連通させ、噴口部側は主燃焼室
５に開口させる。

第３図に予混合流路部１０ａ〜Ｌｏｐの一縦断面を示し
たもので、空気１６と燃料２２が各流路部内で混合した
後に予混合気２８となって主燃焼室５内に供給される。

一方、旋回羽根９ａと９ｂで形成される流路部２９ａ〜
２９ｐは、外壁２６に連なる外周側壁３０に設けた空気
流入口部３１ａ〜３１．　ｂに連通して、予混合流路部
１０ａ〜Ｌｏｐと完全に区分して形成する。また、各流
路部の噴口側には、旋回羽根９ａと９ｂの間隙を遮断す
るように閉止板１２ａ〜１２ｂを設置する。更に、各閉
止板に対応する上流側に複数個の噴孔を設けた噴流板３
２ａ〜３２ｐを固定し、閉止板１２と噴流板３２の間隙
で形成する中空層の内周側に放出口３３を設置する。

従って、第４図に示すように、空気流入口３１から導入
した空気３４は、旋回羽根９内の流路部２９を通り、噴
流板３２の噴孔３４で閉止板１２に衝突させ、放出口３
３より主燃焼室５の内周方向に流出する。

本発明の特徴は、予混合器の旋回羽根内に冷却機構を導
入し、最も加熱横規が起り易い旋回羽根の先端部を冷却
すると同時に冷却空気流が保炎安定性を阻害しない構造
にしたことである。また、旋回羽根内に冷却構造を設け
ることは、旋回羽根厚みが大きくなる傾向にあるが、羽
根厚みを大にすると保炎性能が向上する相乗効果が期待
できるので、予混合燃焼の安定化方向では非常に有利と
なる。

［発明の効果］ 本発明によれば、予混合旋回器の熱的に最も過酷な条件
となる火炎保持部の冷却構造と、その保炎機構を阻害す
ることなく冷却空気を放出する構造により、信頼性の高
い予混合燃焼器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の二段燃焼器全体の縦断面図
で、第２図は本発明の予混合旋回器の旋回羽根冷却構造
を示した斜視図で、第３図、第４図は第２図の構造を説
明する縦断面図を示した。 ９．９ａ、９　ｂ　・・・旋回羽根、１２．１２ａ〜１
２ｐ・・・閉止板、３１．３１ａ〜３１ｐ・・・空気流
入口、第　３　図 ？λ 第　４　口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、副燃焼室よりも直径が大きい主燃焼室で燃焼器内筒
   を構成し、前記副燃焼室の上流端に第一段目燃料ノズル
   を設け、前記副燃焼室から前記燃焼室へ連なる拡大部に
   予混合旋回器を介して前記主燃焼室内に予混合気を供給
   する第二段目燃料導入機構を備えたガスタービン燃焼器
   において、 前記予混合旋回器を構成する旋回羽根を二枚の羽根部材
   を用い、間隙をつけて流路部を形成し、前記流路部の上
   流端は、予混合器外周方向の側壁に設けた空気入口部と
   連通させ、下流側の噴口部先端には閉止板を固定して、
   流路開放口を燃焼室内周側に設置し、更に閉止板に対応
   すると上流側に複数個の噴孔をもった噴流板を固定して
   、閉止板へ冷却空気を衝突噴流した後に内周方向に放出
   する機構と隣接する予混合流路部を完全に分離すること
   を特徴とするガスタービン燃焼器。