JPH0816531B2 - ガスタ−ビン燃焼器 - Google Patents

ガスタ−ビン燃焼器

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JPH0816531B2 JP62080959A JP8095987A JPH0816531B2 JP H0816531 B2 JPH0816531 B2 JP H0816531B2 JP 62080959 A JP62080959 A JP 62080959A JP 8095987 A JP8095987 A JP 8095987A JP H0816531 B2 JPH0816531 B2 JP H0816531B2
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    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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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、特に高温ガスタ
ービン用のNOX発生量を大幅に低減できる低NOX燃焼器に
関する。
〔従来の技術〕
従来の低NOXガスタービン燃焼器は、第13回ガスター
ビン定期講演論文集(1986)の第121頁から126頁や第14
回ガスタービン定期講演論文集(1987)の第51頁から56
頁において示されているように、すずれも燃焼器の上流
と下流側に火炎を形成する2段燃焼型である。燃焼筒壁
は空気冷却された一重壁構造であり、冷却空気が直接的
に燃焼空気として作用する構造になつていない。
また、石炭ガス化用燃焼器を対象とするものにおいて
燃焼室壁を2重構造とし冷却空気を燃焼用空気として用
いるものが、特開昭54−133212号公報に示されている
が、これは燃料を含まない外周側のスワラーから供給す
る構造であつた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は燃焼器壁面冷却空気を直接的な型で燃
焼空気として作用させる配慮がされておらず、低NOX
焼化のための希薄燃焼が特に高温燃焼器の場合に十分達
成されない問題があつた。
本発明の目的は、高温燃焼器の低NOX化の実現のため
に必要な希薄燃焼化のための過剰燃焼空気量を増加させ
ることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、燃焼器壁面冷却空気を積極的かつ直接的
に燃焼空気として作用させ、低NOX化に必要な過剰空気
を増加させることによつて達成される。特に空気過剰燃
焼による低NoX効果が著しく高い予混合燃焼空気として
作用させることにより、低NOX効果が極めて高い燃焼が
実現される。
〔作用〕
燃焼室壁を2重壁構造とし、高圧空気流側の外筒壁の
表面に冷却空気の流入面開口を設け、そこから流入する
空気噴流により高温燃焼ガスに接する円筒壁を冷却さ
せ、かつこの冷却空気を2重壁の間を燃焼器上流側へ強
制的に導き、予混合燃焼の空気流路内へ流出させる。こ
の場合、予混合燃焼空気流路の入口部には流路窓を設け
かつ、予混合燃焼の作動範囲を拡大するための空気流量
制御のための可動リングにより流入抵抗をある程度大き
くしているので、前述した燃焼室の壁面冷却空気の必要
量が流れるための必要圧力差はこれらの抵抗を適切に計
画することにより十分得られる。また、低負荷側におい
て予混合燃焼空気量を燃料の減少に伴つて減じる場合に
は可動リングにより流入窓面積を絞るとともに、冷却空
気の流出開口部の面積も同時に減少させることで燃焼必
要空気量を調節できる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。燃
焼器は燃焼器外筒22と頭部カバー23によつて収納された
2重壁構造の主室燃焼筒5,6と副室燃焼筒9よりなり、
主室燃焼筒5,6と副室燃焼筒9のつなぎ部に2段目燃焼
用の予混合器15がバネシールを介して装着されている。
副燃焼筒9の中心部には内筒12が設けられており、環状
の燃焼空間を形成し、この燃焼空間に複数本の1段目燃
料ノズル19が突出させて取付けられている。2段目燃焼
用の予混合器15は内周流路壁13と外周流路壁14により環
状流路を形成し、この流路内に2段目燃料を供給する複
数本の2段目燃料ノズル21が取付けられている。2段目
燃料は燃料流路20を有するフランジ24によつて供給さ
れ、2段目燃料ノズル21はフランジ24内に設けられた環
状の燃料ヘツダーに取付けられている。2段燃料用の予
混合空気の流入部は、前記した予混合器の外前流路壁14
の上流端に外径方向に延びる矩形形状体の外周リング部
材と内周流路壁13の上流から概略円弧形状で外径方向に
流路を延長し、前記矩形形状体とにより同一円周上に環
状の空気流入口が形成されている。また、矩形形状体に
は燃焼用空気流路とつながる開口部17が設けてある。更
に、この流入口の外周には2段目燃料流量に対応して予
混合空気流量を調節するための可動リング25が取付けら
れている。この可動リング25は積層バネ26により可動で
きるように支持され、駆動レバー27により燃焼器軸方向
に移動して入口空面積を調節する。一方、主室燃焼筒は
主室燃焼内筒壁5と主室燃焼外筒壁6を適切な間隙でも
つて複数のリブ7で組合せてあり、この間隙は下流側を
閉,上流側を開とし、それぞれ下流側はトランジシヨン
ピース3の内部へ、上流側は矩形形状体へバネシールに
より装着されている。主室燃焼外筒壁6には冷却空気を
導入する複数の開口部が設けられている。また、主室外
筒は第2図でわかるように、主室燃焼外筒壁6と主室燃
焼内筒壁5を貫通して燃焼室内へつながる希釈空気パイ
プ28が設けられている。
かかる構成のガスタービン燃焼器において圧縮機
り供給される高圧空気100は燃焼筒と燃焼外筒の間の環
状空間を流れながら、それぞれ希釈空気101,主室燃焼筒
冷却空気102,2段予混合燃焼空気104及び1段目燃焼空気
105として燃焼室内へ流入する。なお、主室燃焼筒冷却
空気102は内筒壁を冷却しながら上流へ流れ2段予混合
空気103として予混合器15を経て燃焼室内へ流入する。
1段目燃料200は1段燃料ノズル19により副室燃焼筒内
へ噴射され、副室燃焼筒壁9にあけられた1段目燃焼空
気孔10より流入する空気11と混合して燃焼する。2段目
燃料201は予混合器15内の環状空気流路内へ2段目ノズ
ル21により供給され可焼予混合気を形成し主室設焼室内
へ供給され、2段燃焼を形成する。ここで、1段目燃焼
は着火から定格まで作動し、2段目は部分負荷から定格
において作動する。それぞれの燃空比を理論混合比以下
の燃料希薄の条件とすることにより、低温燃焼をなりNO
Xの生成は抑制される。ここで1段目燃焼は燃空比0.01
から0.025の範囲、2段目燃焼の燃空比は0.035から0.04
5の範囲が低NOX化の燃焼性能のバランスが良好である。
また、低NOXの面では予混合燃焼の方が火炎中のハイス
ポツトがないことによりNOXの生成は著しく小さいの
で、NOXの生成が増大する高負荷側では2段目の燃焼量
を増大させることが好ましく、1段目の燃料を2段目へ
移すことにより低NOX効果は高くなる。これに伴つて2
段目の予混合空気104を増す必要があるが、これは本発
明の主室燃焼筒の冷却空気102を予混合燃焼空気103とし
て兼用することによつて達成される。即ち、主室燃焼筒
に従来冷却専用として用いられていた10〜20%の冷却空
気が設焼空気として用いることができるからである。こ
の作用により定格近傍の2段目の燃料量は第4図に示す
如く70〜80%に設定できる。
第3図は本発明の応用例を示す図である。予混合器14
の矩形形状体に設ける開口部30を可動リング25の内周面
に対応して設け、また可動リング25の内周面には凹部31
が設けられている。かかる構造により、低負荷側の可動
リング閉状態においては矩形形状体に設けた開口部30の
有効面積が可動リングの内面により、絞り込まれること
となり、2段目の燃料量が小となる場合も適切にこれに
対応して予混合空気量も減少させることができ、軽負荷
側での燃焼性能の低下ならびに2段燃焼への燃料切換が
確実に行える。また主燃焼室円筒5の上流部にバイパス
穴17を設け、冷却空気の1部を燃焼室内へ流入される。
このバイパス穴17により、可動リングの開閉により流動
抵抗バランスの変化によつて生ずる冷却空気量の変動を
吸収し、必要最小の冷却量が確保される。
第4図はガスタービン負荷に対応した燃焼器の作動状
態を示すものである。無負荷から約30%負荷までが1段
目のみの燃焼であり、30%から定格までが2段燃焼であ
る。高負荷側では可動リングを開とし、2段目燃焼空気
を増加させ2段目の燃焼比率を大とすることで低NOX
果を大きくしている。また2段燃焼への移行時において
は、これに先行して可動リングを閉作動させることによ
り1段燃焼の低NOXが達成できる。
〔発明の効果〕
本発明による主室燃焼筒の冷却空気を予混合燃焼用空
気として作用させることにより、低NOX効果の大きい予
混合燃焼量を希薄の状態で多量に燃焼させることが可能
となり、従来よりも大巾に低NOXを達成できる。また、
高温ガスタービンにおいては、燃焼に必要な理論空気量
が増大するのと冷却に必要な空気が増大し、希薄燃焼代
のための過剰空気が少なくなる。かかる高温燃焼器に対
しても冷却空気を燃焼空気として作用させることによ
り、高温燃焼器の側NOX化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の燃焼器断面図、第2図は予
混合器、主室燃焼筒部の拡大図、第3図は本発明の他の
実施例の予混合器、主室燃焼筒部の拡大図、第4図は本
発明のガスタービン燃焼器の作動状態の説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒田 倫夫 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 飯塚 信之 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】円筒型の燃焼筒で、その上流側に1段燃焼
    用の燃料と燃焼空気の供給手段を有し、下流側に2段燃
    焼用の燃料と空気の混合気を供給する手段を有し、前記
    混合気は円周流路壁と外周流路壁で区画された環状空気
    流路内に複数の燃料噴射手段により燃料を噴射して形成
    させる構造のガスタービン燃焼器において、2段燃焼室
    を形成し、かつ1段,2段燃焼で発生した高温燃料ガスを
    燃料器尾筒に導く主室燃焼筒を2重円筒壁で構成し、前
    記2重円筒壁は外周壁に複数の小開口を設け、前記小開
    口より2重円筒壁間に流入した空気が前記環状空気流路
    へ流れるように流路を構成したことを特徴とするガスタ
    ービン燃焼器。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の燃焼器におい
    て、環状空気流路を構成する外周流路壁をその上流端部
    において径方向にほぼ直角に延長し、その端部に下流方
    向に延びる外周リングを取付けた矩形形状体とし、この
    矩形形状体に環状空気流路に開口する開部を設け、更に
    矩形形状体の内外壁にそれぞれバネシールを設け、2重
    円筒壁で構成された主室燃焼筒の上流側を前記バネシー
    ルによつて摺動可能に装着し、主室燃焼筒の下流側は主
    室燃焼筒の外周壁端部に取付けられたバネシール部分を
    燃焼器尾筒内へ挿入して取付けることを特徴とするガス
    タービン燃焼器。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第2項記載の燃焼器におい
    て、環状空気流路部材である外周流路壁を環状空気流路
    内へつながる開口部を有する矩形形状体とし、内周流路
    壁の上流側に径方向に延びる概略円弧形状の部材を取付
    け、前記外周流路壁とを延長して形成される矩形形状体
    円弧形状部材とにより空気流入開口部を同一円周面に形
    成し、前記空気流入開口部の外周面に燃焼器の軸方向に
    移動する可動リングを設け、かつ可動リングの内面に凹
    部を設け、前記矩形形状体の外周リングに開口部を設
    け、この開口部を前記可動リングの凹部に対応させるこ
    とを特徴とするガスタービン燃焼器。
  4. 【請求項4】特許請求の範囲第2項記載の燃焼器におい
    て、内面に凹部を有する可動リングが空気流入部の開口
    面積を閉とする方向の移動に対して、前記凹部に対応さ
    せて矩形形状体の外周リングに設けられた開口部の開口
    有効面積が減ずるようにすることを特徴とするガスター
    ビン燃焼器。
  5. 【請求項5】特許請求の範囲第4項記載の燃焼器におい
    て主室燃焼筒の内周壁上流側に主室燃焼筒内につながる
    開口部を複数設けることを特徴とするガスタービン燃焼
    器。
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