JPH06213448A - 燃焼器スワール強度調整装置 - Google Patents

燃焼器スワール強度調整装置

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JPH06213448A
JPH06213448A JP2193493A JP2193493A JPH06213448A JP H06213448 A JPH06213448 A JP H06213448A JP 2193493 A JP2193493 A JP 2193493A JP 2193493 A JP2193493 A JP 2193493A JP H06213448 A JPH06213448 A JP H06213448A
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JP
Japan
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swirl
air
combustor
flame
region
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Withdrawn
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JP2193493A
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English (en)
Inventor
Sosuke Yoshii
總介 吉井
Hiroyuki Nishida
啓之 西田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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  • Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料及び空気の予混合と予混合気の安定燃焼
のための保炎機構にスワールを利用したガスタービン燃
焼器において、予混合時のスワールの強度を調整して燃
焼ゾーンで保炎する再循環領域の大きさを適正のものに
容易に調整できるようにすること。 【構成】 空気の元圧部3からスワール領域5のスワー
ル中心部11へ空気を吹込む配管13を付設し、その配
管13にはスワール中心部11へ吹込む空気の量を調整
する弁12を付設してなるもの。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービン燃焼器にて
燃料と空気とのスワール(旋回流)による混合の大きさ
を調整して発生NOxを低減し得るスワール強度調整装
置に関し、各種ガスの混合やガスと粉体との混合を行わ
しめる機器にも適用することが可能である。
【0002】
【従来の技術】ガスタービン燃焼器において、燃焼器排
ガスの低NOx化のため、最近では燃料と空気とを予め
混合させ、この予混合気を希薄燃焼させるという方法が
採用されている。図5は予混合部にタンジェンシャル旋
回流を利用した従来の燃焼器の一例を示したものであ
り、図6はそのA−A断面である。
【0003】図5及び図6において、符号1はメイン燃
料用のガス燃料供給管、2はガス燃焼用ノズル、3は燃
焼用圧縮空気が供給される元圧部、4は予混合気を旋回
させるベーン、5は燃焼器予混合部のスワール領域、6
はパイロット火炎用ガス燃料供給管、7はパイロット火
炎用の空気流路を形成し燃焼器予混合部の支柱として機
能するパイロット火炎用空気流路外筒、8は燃焼器外
筒、9はコーン、10は燃焼ゾーンを示している。
【0004】中心部に設置されたパイロット火炎用ガス
燃料供給管6より噴射されるパイロット燃料は燃焼器の
最初の点火及びそれ以降の運転時の保炎のためのパイロ
ット火炎を燃焼ゾーン10に形成する。ガス燃料用ノズ
ル2より噴射されたメイン燃料は元圧部3から吹込まれ
た空気によってスワール領域5に入るが、このとき接線
方向及び半径方向に任意に設定されたベーン角度を持つ
ベーン4によってスワール領域5内に予混合気のスワー
ルが形成され、その後下流側へ流出され、燃焼ゾーン1
0にて希薄燃焼される。
【0005】パイロット火炎は火炎の火種を保持して予
混合気を安定燃焼させるのに有用である。しかし、パイ
ロット火炎はこれより発生するNOxの低減のため、一
般には、初期の段階のみ使用し、メイン燃料が点火した
後は、消すようにしている。このため、パイロット火炎
に代えて火炎の火種を保持する保炎機構が必要となる。
【0006】保炎機構としては、図7に示したように、
予混合気を強く旋回させて燃焼ゾーン10へ供給するこ
とにより、中心部に逆向きの流れが生じるガスの再循環
領域を形成させ、この再循環領域にて火炎を保持するよ
うにしたスワール方式や、図8に示したように、予混合
気の流れの中にバッフル板を置き、この後流側に形成さ
れる還流領域にて火炎を保持するバッフル板方式がある
が、ここでは燃焼器予混合部のスワールを利用したスワ
ール方式とする。
【0007】一般に、燃焼器火炎をスワールで保炎する
時の保火強度は次式のスワール数Sにて規定される。す
なわち、 S=(角運動量の軸方向成分)/(軸方向運動量)×
(通路の半径) 図9はスワールによる循環流の大きさの変化を示したも
ので、この図によれば、スワール数Sが増大するに従っ
てガスの再循環領域が増大し、保炎が強化されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、燃焼器火炎
のスワールによる保炎を行うガスの再循環領域の適正な
大きさは燃焼器によって相違するが、従来では、一旦作
った燃焼器の再循環領域の大きさを変えることが困難で
ある。すなわち、再循環領域の大きさは、総空気量を変
えるか、又は全体空気量を変えないのであれば空気流入
部形状を変えるなど装置を作り直してスワール数を変え
ることによってしか変更できず、適正保炎能力を求める
のに多大の時間を費していた。
【0009】本発明は上記事情にかんがみてなされたも
ので、総空気量を変えたり、装置形状を変えることな
く、保炎機能を有する再循環領域の大きさを変更し得る
スワール強度調整装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的に対し、本発明
によれば、元圧部から燃焼器予混合部周辺より燃料とと
もに流入する空気によって予混合気のスワールを発生さ
せ、このスワールにより燃焼ゾーンに火炎の火種保持用
の再循環領域を発生させるようにしたガスタービン燃焼
器で、燃焼器予混合部のスワール領域にて発生する予混
合気のスワールの強度を調整する装置において、前記元
圧部からスワール中心部へ向けて空気を供給する配管
と、この配管に設けられて空気流量を調整する弁とを備
えてなる燃焼器スワール強度調整装置が提供される。
【0011】
【作用】上述の手段によれば、燃焼器予混合部のスワー
ル領域内では予混合気の旋回による遠心力によりスワー
ル中心部の圧力が低下しており、このスワール中心部へ
向けて配管により供給された空気を流入することにより
スワール中心部の圧力低下が緩和され、スワール領域内
のスワールの強度が調整される。このスワールの強度は
配管に設置した弁の流量制御により調整することが可能
である。
【0012】
【実施例】図1は本発明による燃焼器スワール強度調整
装置の基本構成を示したもので、図中、図5に示したも
のと同一の部分については同一の符号を付して詳細な説
明は省略する。
【0013】図1によれば、空気の元圧部3からスワー
ル領域5のスワール中心部11に向けて、空気流量調整
用の弁12を付した配管を付設し、元圧部3の空気の一
部をスワール中心部11に供給するようにしている。
【0014】スワール領域5では、空気の旋回による遠
心力によってスワール中心部(コア領域)11は極端に
圧力が低下している。ここで、配管13により、空気の
元圧部3からスワール中心部11に向けて空気が流れる
と、スワール中心部11の圧力低下が緩和される。元圧
部3からスワール領域3へ流入する空気の流量は元圧部
3とスワール中心部11との圧力差によって決定される
ので、配管13からの空気流入によりスワール中心部1
1の圧力が上昇すると、元圧部3から流入する空気量が
減少し、スワール領域5のスワール強度が減じられるこ
とになる。このスワール強度の減少度の調整は配管13
の流量を弁12によって調整することにより可能であ
る。したがって、弁12の調整により全体空気量を変え
ることなく、スワール数Sを変えることができ、燃焼ゾ
ーン10の再循環領域の大きさを変更することが可能と
なるのである。
【0015】図2及び図3は本発明によるスワール強度
調整装置をガスタービン燃焼器に適用した例を示してい
る。この実施例によれば、元圧部3の空気をスワール中
心部へ供給するようにするため、弁12を付設した配管
13が空気タンク14に接続され、この空気タンク14
からは配管15を介して、パイロット火炎用空気流路外
筒7の内側に形成され外周面には空気噴出用ノズル孔1
6が多数穿設された空気流入部17へ接続されている。
なお、配管13はスワール領域5への空気流入を一様化
するため、好ましくはベーン4の枚数と同じか、もしく
はそれより多い数に設定するとよい。
【0016】配管13を介して供給される元圧部3の空
気はまず空気タンク14に溜められ、そして配管15を
介して空気流入部17に入った後、その空気噴出用ノズ
ル孔16からスワール中心部11へ噴出され、スワール
中心部11の圧力を上昇させる。これにより、スワール
領域5のスワール強度が軽減されることになり、燃焼ゾ
ーン10におけるガスの再循環領域の大きさをそれに応
じて減少させることができる。
【0017】一般に、旋回流の挙動はランキンの組合せ
渦の理論で説明されることが多い。旋回流周辺はVθ
=一定(Vθ:旋回速度、r=半径)で表現される自由
渦領域であり、中心部はVθ=rω(ω:角速度)で表
わされる強制渦領域となっており、その流速・静圧分布
は図4の如く示される。この強制渦と自由渦との境界が
r=aの距離で生じるとすると、旋回流中心の静圧pは p=p0−pω22(1−r2/2a2) で示され、r=aの点での静圧は上式の(p0−p)の
1/2である(p0:無限遠での静圧。今の場合は空気
の元圧部3の静圧)。
【0018】今、図2の例に示す如く、中心部の空気流
入部17より空気がスワール中心部11へ供給される
と、スワールにより生じていた強制渦の領域が極端に言
えば消失してしまうことになる。この場合、上に述べた
如く、空気の元圧部3とスワール中心部11との静圧差
は最初の1/2となり、空気の元圧部3とスワール中心
部11との静圧差で流入していた空気量は単純には1/
√2となる。
【0019】また、配管13の流体抵抗の大きさを変え
ることにより、配管13を通って流入する空気量を調整
することができる。すなわち、配管13に付設の弁12
によりその配管13の空気量を容易に調整でき、これに
よって旋回の強さの指標であるスワール数を制御するこ
とができる。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、燃料と空気との予混合
に、及び運転中に火種を保持する保炎のために、スワー
ルを利用するガスタービン燃焼器において、予混合時の
スワールの強度を調整できることにより、全体空気量を
変えたり、装置形状を変更したりすることなく、保炎機
能を有する再循環領域の大きさを変更することができる
ので、適正保炎能力を容易に求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による燃焼器スワール強度調整装置の基
本原理を示した構成説明図である。
【図2】本発明による燃焼器スワール強度調整装置をタ
ンジェンシャル旋回流を利用したガスタービン燃焼器の
予混合部に適用した例を示す図である。
【図3】図2のB−B矢視断面図である。
【図4】旋回流の流速分布・静圧分布を示した説明図で
ある。
【図5】タンジェンシャル旋回流を利用した従来のガス
タービン燃焼器の一例を示す断面図である。
【図6】図5のA−A矢視断面図である。
【図7】燃焼器火炎の保炎機構の一例を示した説明図で
ある。
【図8】燃焼器火炎の保炎機構の別の例を示した説明図
である。
【図9】旋回流による循環流の大きさの変化を示した説
明図である。
【符号の説明】
1 ガス燃料供給管 2 ガス燃料用ノズル 3 元圧部 4 ベーン 5 スワール領域 6 ガス燃料供給管 7 空気流路外筒 8 燃焼器外筒 9 コーン 10 燃焼ゾーン 11 スワール中心部 12 弁 13 配管 14 空気タンク 15 配管 16 空気噴出用ノズル孔 17 空気流入部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】元圧部から燃焼器予混合部周辺より燃料と
    ともに流入する空気によって予混合気のスワールを発生
    させ、このスワールにより燃焼ゾーンに火炎の火種保持
    用の再循環領域を発生させるようにしたガスタービン燃
    焼器で、燃焼器予混合部のスワール領域にて発生する予
    混合気のスワールの強度を調整する装置において、前記
    元圧部からスワール中心部へ向けて空気を供給する配管
    と、この配管に設けられて空気流量を調整する弁とを備
    えてなる燃焼器スワール強度調整装置。
JP2193493A 1993-01-14 1993-01-14 燃焼器スワール強度調整装置 Withdrawn JPH06213448A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2193493A JPH06213448A (ja) 1993-01-14 1993-01-14 燃焼器スワール強度調整装置

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JP2193493A JPH06213448A (ja) 1993-01-14 1993-01-14 燃焼器スワール強度調整装置

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JPH06213448A true JPH06213448A (ja) 1994-08-02

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ID=12068883

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JP2193493A Withdrawn JPH06213448A (ja) 1993-01-14 1993-01-14 燃焼器スワール強度調整装置

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JP (1) JPH06213448A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114909676A (zh) * 2022-04-28 2022-08-16 西北工业大学 一种可调控旋流强度的单级轴向旋流器

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114909676A (zh) * 2022-04-28 2022-08-16 西北工业大学 一种可调控旋流强度的单级轴向旋流器

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Legal Events

Date Code Title Description
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Effective date: 20000404