JP2008292138A - Combustion equipment and combustion method of burner - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve further reduction in NOx emissions, in the combustion equipment of a coaxial jet combustion scheme. <P>SOLUTION: The combustion equipment is provided with a burner plate in which fuel and air are mixed with each other while the fuel and the air pass through an air hole, a burner plate extension which is a portion of the burner plate and extends toward a combustion chamber side spaced apart from the air hole, and a protrusion disposed on the combustion chamber side of the burner plate extension so as to protrude in the passing direction of a flow of the fuel, and is characterized in that a gap between opposite portions of the protrusion is greater than a diameter of the air hole, and a flame source forming area is defined between the burner plate, the burner plate extension and the protrusion. As a result, the combustion equipment of the coaxial jet combustion scheme can achieve the further reduction in NOx emissions. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃焼装置及びバーナの燃焼方法に関する。   The present invention relates to a combustion apparatus and a burner combustion method.

近年、大気汚染物質の排出に関する規制は厳しくなってきている。例えば、ガスタービン燃焼器では、排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を低減させるため、様々な燃焼方式が研究されている。   In recent years, regulations on the emission of air pollutants have become stricter. For example, in a gas turbine combustor, various combustion methods have been studied in order to reduce the amount of nitrogen oxide (NOx) contained in exhaust gas.

燃焼方式の一つに、燃料ノズルと空気孔とを同軸上に配置して、燃料と空気の同軸噴流を燃焼室に供給して燃焼させる同軸噴流燃焼方式がある。この同軸噴流燃焼方式は、従来の予混合燃焼方式と比較して、非常に短い距離で燃料と空気の混合を促進させる事が可能であり、ＮＯｘの排出量を低減する事が可能である。   As one of the combustion methods, there is a coaxial jet combustion method in which a fuel nozzle and an air hole are arranged on the same axis, and a coaxial jet of fuel and air is supplied to a combustion chamber for combustion. This coaxial jet combustion method can promote the mixing of fuel and air at a very short distance as compared with the conventional premixed combustion method, and can reduce the amount of NOx emission.

特開２００３−１４８７３４号公報JP 2003-148734 A

同軸噴流燃焼方式の燃焼装置は、燃料と空気との急速混合が可能であるため、ＮＯｘ排出量を低くする事が出来る。今後、更なるＮＯｘ排出量の低減が要求される。   Since the coaxial jet combustion type combustion apparatus can rapidly mix fuel and air, the NOx emission amount can be reduced. In the future, further reduction of NOx emissions will be required.

ＮＯｘ生成量は、燃焼ガス温度の上昇に伴い指数関数的に増加する。そのため、ＮＯｘ排出量を更に低減するためには、燃料と空気の混合度を高めると同時に、燃料に対する空気の流量を更に増加させ、燃焼室における燃焼ガス温度を低減する事が効果的である。   The amount of NOx generated increases exponentially as the combustion gas temperature rises. Therefore, in order to further reduce the NOx emission amount, it is effective to increase the degree of mixing of fuel and air and at the same time further increase the flow rate of air with respect to the fuel to reduce the combustion gas temperature in the combustion chamber.

しかし、燃料流量に対する空気流量の比率を高くして、燃料希薄な条件で運転すると、火炎の状態が不安定になる。そのため、ＮＯｘ低減には限度があった。   However, if the ratio of the air flow rate to the fuel flow rate is increased to operate under fuel lean conditions, the flame state becomes unstable. Therefore, there has been a limit to NOx reduction.

本発明の目的は、同軸噴流燃焼方式の燃焼装置において、更なる低ＮＯｘを図ることにある。   An object of the present invention is to further reduce NOx in a coaxial jet combustion type combustion apparatus.

本発明は、燃料及び空気が共に空気孔を通過する際に前記燃料及び前記空気が混合されるバーナプレートと、該バーナプレートの一部でかつ前記空気孔より離れた燃焼室側に伸びているバーナプレート延長部と、該バーナプレート延長部の燃焼室側でかつ前記燃料流の通過方向に突出する突起部とを有し、対向する前記突起部の間隙が前記空気孔の直径よりも大であり、前記バーナプレートと前記バーナプレート延長部と前記突起部との間で火種形成領域を形成することを特徴とする。   The present invention has a burner plate in which the fuel and the air are mixed when the fuel and air both pass through the air hole, and extends to the combustion chamber side that is a part of the burner plate and is separated from the air hole. A burner plate extension and a protrusion protruding in the fuel flow passage direction on the combustion chamber side of the burner plate extension, and the gap between the opposing protrusions is larger than the diameter of the air hole. And a fire type forming region is formed between the burner plate, the burner plate extension, and the protrusion.

本発明によれば、同軸噴流燃焼方式の燃焼装置において、更なる低ＮＯｘを図ることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the further low NOx can be aimed at in the combustion apparatus of a coaxial jet combustion system.

図１１は、燃焼装置の一つであるガスタービン燃焼器に同軸噴流燃焼方式を適用した図であり、ガスタービンの全体概略図である。   FIG. 11 is a diagram in which a coaxial jet combustion system is applied to a gas turbine combustor that is one of combustion apparatuses, and is an overall schematic diagram of the gas turbine.

ガスタービンは、空気圧縮機１１０と、燃焼装置３０２と、タービン１９０とを有する。   The gas turbine includes an air compressor 110, a combustion device 302, and a turbine 190.

空気圧縮機１１０は、外部の空気を圧縮し高圧空気１２０を生成し、ディフューザ１３０から車室１４０に導入される。そして、高圧空気１２０は、尾筒１５０と、その外周に設置された尾筒フロースリーブ１５１との間隙を流れた後に、ライナ１６０とライナ外周の同心円上に配置された外筒１６１との間隙を流れる。尾筒１５０とライナ１６０、尾筒フロースリーブ１５１と外筒１６１は、それぞれ接続されている。高圧空気１２０は、前記間隙を流れた後に、流れを反転させ、バーナプレート１１に設けられた空気孔１２から燃焼室１８０に導入される。   The air compressor 110 compresses external air to generate high-pressure air 120 and is introduced from the diffuser 130 into the vehicle interior 140. The high-pressure air 120 flows through the gap between the transition piece 150 and the transition piece flow sleeve 151 installed on the outer periphery thereof, and then passes through the gap between the liner 160 and the outer cylinder 161 disposed on the outer circumference of the liner. Flowing. The transition piece 150 and the liner 160, and the transition piece flow sleeve 151 and the outer cylinder 161 are connected to each other. After flowing through the gap, the high-pressure air 120 reverses the flow and is introduced into the combustion chamber 180 from the air holes 12 provided in the burner plate 11.

一方、燃料系統１７０において、燃料は、燃料ポンプ１７１で昇圧されて流量調節弁１７２により流量を調節される。そして、燃料ノズル１０から空気孔１２の入口部に向かって、燃料が噴出する。この時、燃料ノズル１０と空気孔１２は同軸に配置されている。「同軸配置」とは、燃料ノズル１０の下流側に空気孔１２を有したバーナプレート１１を配置し、燃料ノズル１０から空気孔入口面のほぼ中心に燃料を噴出して、空気孔１２の内部で燃料流の外周側に空気流を形成するように、燃料ノズル１０及びバーナプレート１１を配置した構造をいう。また、「同軸噴流」は、空気孔１２の内部において、燃料流の外周側に円環状の空気流を形成した噴流をいう。   On the other hand, in the fuel system 170, the fuel is boosted by the fuel pump 171 and the flow rate is adjusted by the flow rate adjustment valve 172. Then, the fuel is ejected from the fuel nozzle 10 toward the inlet of the air hole 12. At this time, the fuel nozzle 10 and the air hole 12 are coaxially arranged. “Coaxial arrangement” means that a burner plate 11 having an air hole 12 is arranged on the downstream side of the fuel nozzle 10, and fuel is ejected from the fuel nozzle 10 to substantially the center of the air hole entrance surface. The fuel nozzle 10 and the burner plate 11 are arranged so as to form an air flow on the outer peripheral side of the fuel flow. Further, the “coaxial jet” refers to a jet in which an annular air flow is formed on the outer peripheral side of the fuel flow inside the air hole 12.

空気孔１２から噴出した燃料流と空気流は、ライナ１６０内部の燃焼室１８０に供給され、燃焼して火炎を形成し、高温高圧の燃焼ガス１８１が生成される。燃焼装置３０２で生成された燃焼ガス１８１は、尾筒１５０からタービン１９０に導入される。   The fuel flow and the air flow ejected from the air hole 12 are supplied to the combustion chamber 180 inside the liner 160 and burn to form a flame, and a high-temperature and high-pressure combustion gas 181 is generated. The combustion gas 181 generated by the combustion device 302 is introduced from the transition piece 150 to the turbine 190.

タービン１９０では、高温高圧の燃焼ガス１８１によってタービン軸を回転させる。また、タービン軸と連結された発電機２００により、燃焼ガス１８１から出力を得ている。空気圧縮機１１０と発電機２００は、タービン１９０と一つの軸で連結されている。但し、空気圧縮機１１０，タービン１９０，発電機２００は２軸の構成であってもよい。   In the turbine 190, the turbine shaft is rotated by high-temperature and high-pressure combustion gas 181. Further, an output is obtained from the combustion gas 181 by the generator 200 connected to the turbine shaft. The air compressor 110 and the generator 200 are connected to the turbine 190 by a single shaft. However, the air compressor 110, the turbine 190, and the generator 200 may have a two-shaft configuration.

また、図１１では燃料系統１７０が１つの系統となっているが、燃料系統が複数の系統に分かれて複数の燃料ヘッダーに供給するマルチ燃焼器構造もある。例えば、火力発電所等で広く使用されているガスタービンは、タービン回転軸に対して燃焼器が放射状に複数缶配列されている。   In FIG. 11, the fuel system 170 is a single system, but there is also a multi-combustor structure in which the fuel system is divided into a plurality of systems and supplied to a plurality of fuel headers. For example, in a gas turbine widely used in a thermal power plant or the like, a plurality of cans are arranged radially with respect to a turbine rotation shaft.

前述の同軸噴流燃焼方式では、ＮＯｘ排出量を低く抑えることが可能である。しかし、ＮＯｘ排出量の環境規制値は年々厳しくなっているため、同軸噴流燃焼方式でも更なるＮＯｘ排出量の低減が望まれている。   In the above-described coaxial jet combustion method, it is possible to keep the NOx emission amount low. However, since the environmental regulation value of NOx emissions is becoming stricter year by year, further reduction of NOx emissions is desired even in the coaxial jet combustion system.

ここで、ＮＯｘ生成量は燃焼ガス温度の上昇に伴い、指数関数的に増加する。そのため、ＮＯｘ排出量を更に低減するためには、燃料と空気の混合度を高めると同時に、燃料に対して空気の流量を増加させ、燃焼室における燃焼ガス温度を低減させる必要がある。しかし、燃料希薄な条件で運転すると火炎の状態が不安定になる。そこで、同軸噴流燃焼方式においてＮＯｘ排出量の低減を図るためには、燃焼装置の火炎安定性を向上させる必要がある。   Here, the NOx generation amount increases exponentially with the increase of the combustion gas temperature. Therefore, in order to further reduce the NOx emission amount, it is necessary to increase the degree of mixing of fuel and air, and at the same time, increase the flow rate of air with respect to the fuel to reduce the combustion gas temperature in the combustion chamber. However, when operating under lean fuel conditions, the flame condition becomes unstable. Therefore, in order to reduce the NOx emission amount in the coaxial jet combustion system, it is necessary to improve the flame stability of the combustion apparatus.

図１（ｂ）はバーナプレート１１を燃焼室１８０から見た正面図である。図１（ａ）は、図１１のガスタービン全体概略図に於ける、燃料ノズル１０と空気孔１２の周辺部位を拡大した概略断面図であり、図１（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。   FIG. 1B is a front view of the burner plate 11 as viewed from the combustion chamber 180. FIG. 1A is a schematic cross-sectional view enlarging a peripheral portion of the fuel nozzle 10 and the air hole 12 in the general schematic diagram of the gas turbine of FIG. 11, and is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. is there.

本実施例のバーナは、燃料ノズル１０と、空気孔１２を有したバーナプレート１１と、バーナプレート１１に設けた突起部１と、燃焼室１８０を形成するライナ１６０とを有する。バーナプレート１１とライナ１６０との間には、スプリングシール１６１が設けられている。   The burner of the present embodiment has a fuel nozzle 10, a burner plate 11 having air holes 12, a protrusion 1 provided on the burner plate 11, and a liner 160 that forms a combustion chamber 180. A spring seal 161 is provided between the burner plate 11 and the liner 160.

燃料流２２は、燃料ノズル１０から空気孔１２の入口部に向かって噴出する。空気流２１は、燃料ノズル１０の外周側から空気孔１２の入口部に流入する。空気孔１２に流入した空気流２１は、燃料流２２の外周側を包み込むように、空気孔１２の内部を流れ、空気孔１２から燃焼室１８０に噴出する。そして、燃料流と空気流による同軸噴流が空気孔１２の出口部から噴出し、燃焼室１８０で火炎を形成する。ここで、空気孔１２の入口部は、燃料ノズル１０の噴出口と対向する位置に設けられている。また、空気孔１２の出口部は、燃焼室１８０に面している。   The fuel flow 22 is ejected from the fuel nozzle 10 toward the inlet portion of the air hole 12. The air flow 21 flows into the inlet portion of the air hole 12 from the outer peripheral side of the fuel nozzle 10. The air flow 21 flowing into the air hole 12 flows through the air hole 12 so as to wrap around the outer peripheral side of the fuel flow 22, and is ejected from the air hole 12 into the combustion chamber 180. A coaxial jet formed by the fuel flow and the air flow is ejected from the outlet of the air hole 12 to form a flame in the combustion chamber 180. Here, the inlet portion of the air hole 12 is provided at a position facing the jet port of the fuel nozzle 10. Further, the outlet of the air hole 12 faces the combustion chamber 180.

空気孔１２は、バーナプレート１１に形成されている。また、図１（ｂ）のように、空気孔１２は同心円状に３列で配置されており、バーナの内周側から６個，１２個，１８個の空気孔１２が設けられている。なお、それぞれの空気孔列を、内周側から第１列の空気孔１２−１，第２列の空気孔１２−２，第３列の空気孔１２−３とする。そして、図１（ｂ）が一つのバーナプレートを構成する。   The air holes 12 are formed in the burner plate 11. As shown in FIG. 1B, the air holes 12 are concentrically arranged in three rows, and six, twelve, and eighteen air holes 12 are provided from the inner peripheral side of the burner. In addition, let each air hole row | line be the 1st row air hole 12-1, the 2nd row air hole 12-2, and the 3rd row air hole 12-3 from an inner peripheral side. And FIG.1 (b) comprises one burner plate.

バーナプレート１１は、バーナの外周側に対してバーナの内周側（バーナの軸中心側）における厚みを薄くしている。即ち、バーナプレート１１の一部（外周側）は第１列の空気孔１２−１より離れた燃焼室側に伸びたバーナプレート延長部を形成する。このように、バーナプレート１１の厚みを変えることにより、バーナ軸方向における空気孔１２の出口部の位置を異ならしめることが可能となる。   The burner plate 11 has a thinner thickness on the inner peripheral side of the burner (on the axial center side of the burner) than on the outer peripheral side of the burner. That is, a part (outer peripheral side) of the burner plate 11 forms a burner plate extension extending to the combustion chamber side away from the air holes 12-1 in the first row. As described above, by changing the thickness of the burner plate 11, the position of the outlet portion of the air hole 12 in the burner axial direction can be made different.

また、図１（ａ）に示すように、バーナプレート１１が段差形状を有することにより、バーナ軸中心側に窪み部２００が形成される。この窪み部２００には、バーナの軸中心側に設けられた６個の空気孔１２−１（第１列）の出口部が配置されている。また、窪み部２００に対して段差が設けられたバーナプレート１１の段差部２０１には、第２列の空気孔１２−２及び第３列の空気孔１２−３の出口部が配置されている。   Moreover, as shown to Fig.1 (a), when the burner plate 11 has a level | step difference shape, the hollow part 200 is formed in the burner axis | shaft center side. In this hollow portion 200, outlet portions of six air holes 12-1 (first row) provided on the axial center side of the burner are arranged. Further, in the step portion 201 of the burner plate 11 provided with a step with respect to the hollow portion 200, the outlet portions of the second row of air holes 12-2 and the third row of air holes 12-3 are arranged. .

そして、バーナプレート１１には、窪み部２００と段差部２０１とを接続する面として、側面部２０２が設けられている。   The burner plate 11 is provided with a side surface portion 202 as a surface for connecting the hollow portion 200 and the step portion 201.

ここで、窪み部２００は、バーナ軸中心に対して円形状をしている。また、側面部２０２は、バーナプレート１１から円柱をくり抜いた形状となっている。そのため、バーナプレート１１の段差形状は、円周方向に連続して形成されている。また、本実施例では、バーナプレート１１の段差形状を利用して、第１列の空気孔１２−１から噴出した燃料流と空気流が、バーナプレート１１の段差に衝突するようにバーナプレート延長部の燃焼室側でかつ燃料流及び空気流の通過方向に突出する突起部１が、バーナプレート１１の側面部２０２の下流側に設けられている。この突起部１の間隙は、空気孔の直径よりも大きい。また、バーナプレート１１の段差部２０１によって形成される面に対して垂直にバーナプレートを切断した場合、突起部１の先端は鋭角となる。そして、突起部１も、バーナプレート１１の段差形状と同様に、円周方向に連続して形成されている。   Here, the hollow part 200 has a circular shape with respect to the center of the burner axis. Further, the side surface portion 202 has a shape in which a cylinder is cut out from the burner plate 11. Therefore, the step shape of the burner plate 11 is continuously formed in the circumferential direction. Further, in the present embodiment, the burner plate is extended so that the fuel flow and the air flow ejected from the air holes 12-1 in the first row collide with the step of the burner plate 11 using the step shape of the burner plate 11. A protruding portion 1 that protrudes in the direction in which the fuel flow and the air flow pass is provided on the downstream side of the side surface portion 202 of the burner plate 11. The gap between the protrusions 1 is larger than the diameter of the air hole. In addition, when the burner plate is cut perpendicular to the surface formed by the step portion 201 of the burner plate 11, the tip of the protrusion 1 has an acute angle. The protrusion 1 is also formed continuously in the circumferential direction, like the stepped shape of the burner plate 11.

また、図１（ｂ）に示すように、バーナプレート１１の側面部２０２に設けた突起部１は、第１列の空気孔１２−１から噴出する燃料流と空気流の一部を阻害するように設けられており、燃料流と空気流を乱す障害物の役割を有する。そして、突起部１の下流側には高温の循環流が形成される。この循環流が火種となり、未燃の予混合気に熱エネルギーを与えることで、未燃の予混合気を着火する。そのため、バーナ全体の火炎安定性が向上する。その結果、更に燃料希薄な条件で運転することが可能となり、ＮＯｘ排出量を低減することが可能となる。   Moreover, as shown in FIG.1 (b), the projection part 1 provided in the side part 202 of the burner plate 11 obstruct | occludes a part of fuel flow and airflow which eject from the air hole 12-1 of a 1st row. It has the role of an obstacle that disturbs the fuel flow and the air flow. A high-temperature circulation flow is formed on the downstream side of the protrusion 1. This circulating flow becomes a fire type, and heat energy is given to the unburned premixed gas to ignite the unburned premixed gas. Therefore, the flame stability of the entire burner is improved. As a result, it is possible to operate under a fuel lean condition, and it is possible to reduce the NOx emission amount.

この火炎安定性向上のメカニズムについて、図７で説明する。図７は、突起部１及び第１列の空気孔１２−１に於ける熱エネルギー及び流れの状態を示す図である。   The mechanism for improving the flame stability will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram showing the state of heat energy and flow in the protrusion 1 and the air holes 12-1 in the first row.

燃料ノズル１０から噴出した燃料流は、第１列の空気孔１２−１に流入する。そして、空気孔１２−１の内部において、燃料流の外周側に空気流が形成された同軸噴流が下流側に流れるとともに、予混合が進む。第１列の空気孔１２−１から噴出した空気流２１と燃料流２２との予混合気３０は、バーナプレート１１の窪み部２００と側面部２０２に囲まれた空間に噴出する。そして、前記空間から噴出した予混合気３０は、燃焼室１８０に火炎４０を形成して、高温の既燃ガス３１となる。このように、バーナプレートとバーナプレート延長部と突起部によって囲まれた空間は、火種が形成される領域となる。   The fuel flow ejected from the fuel nozzle 10 flows into the first row of air holes 12-1. And in the inside of the air hole 12-1, the coaxial jet in which the airflow was formed in the outer peripheral side of the fuel flow flows downstream, and premixing advances. The premixed air 30 of the air flow 21 and the fuel flow 22 ejected from the first row of air holes 12-1 is ejected into a space surrounded by the recessed portion 200 and the side surface portion 202 of the burner plate 11. The premixed gas 30 ejected from the space forms a flame 40 in the combustion chamber 180 and becomes a high-temperature burned gas 31. In this way, the space surrounded by the burner plate, the burner plate extension, and the protrusion is an area where a fire type is formed.

空気孔１２−１から噴出した予混合気３０は、バーナプレート１１の側面部２０２に沿って下流側に流れる。そして、側面部２０２の下流側に設けられた鋭角状の突起部１により、予混合気３０は、流れの方向を内側に曲げられる。その結果、突起部１の下流側が負圧になり、既燃ガス３１の下流側から負圧状態の上流側に向かう循環流３２が形成される。この循環流３２は、高温の既燃ガス３１から熱エネルギー５１を受け、未燃状態の予混合気３０に熱エネルギー５２を与える役割を果たすものと考えられる。予混合気３０は、着火に必要な熱エネルギー５１を得ることにより、火炎４０を形成することが出来る。予混合気３０に対して連続的に熱エネルギー５２を与えるため、予混合気３０が容易に着火しやすくなり、着火特性が向上する。突起部１において予混合気３０が容易に着火するため、バーナ中央部の火炎安定性が向上し、バーナ中央部の火炎を火種としてバーナ外周部の火炎安定性も向上する。結果としてバーナ全体の火炎安定性が向上する。また、燃料流量に対する空気流量の比率を高めて、より燃料希薄な条件で運転することができるため、燃焼装置から排出されるＮＯｘ排出量を更に低減させることが可能となる。   The premixed gas 30 ejected from the air holes 12-1 flows downstream along the side surface portion 202 of the burner plate 11. The premixed gas 30 is bent inward in the flow direction by the acute-angled protrusion 1 provided on the downstream side of the side surface portion 202. As a result, the downstream side of the protrusion 1 becomes negative pressure, and a circulation flow 32 is formed from the downstream side of the burned gas 31 toward the upstream side in the negative pressure state. This circulating flow 32 is considered to play a role of receiving thermal energy 51 from the high-temperature burned gas 31 and providing thermal energy 52 to the unburned premixed gas 30. The premixed gas 30 can form a flame 40 by obtaining thermal energy 51 necessary for ignition. Since the thermal energy 52 is continuously given to the premixed gas 30, the premixed gas 30 is easily ignited and the ignition characteristics are improved. Since the premixed gas 30 is easily ignited at the protrusion 1, the flame stability at the center of the burner is improved, and the flame stability at the outer periphery of the burner is also improved using the flame at the center of the burner as a flame. As a result, the flame stability of the entire burner is improved. In addition, since the ratio of the air flow rate to the fuel flow rate can be increased and the operation can be performed under a fuel lean condition, it is possible to further reduce the NOx emission amount discharged from the combustion device.

図８（ａ）に示すように、突起部１は、鋭角状の三角形ではなく、四角形の突起部５としても良い。これにより、突起部５の製作性が簡素化され、製作コストを低減させることが可能である。   As shown in FIG. 8A, the protrusion 1 may be a quadrangular protrusion 5 instead of an acute triangle. Thereby, the manufacturability of the protrusion 5 is simplified, and the production cost can be reduced.

また、図８（ｂ）に示すように、突起部６は緩やかなテーパ形状としても良い。テーパ形状の突起部６は、側面部２０２の全体に渡って傾斜を設けている。突起部（保炎器）を用いて火炎を保炎する場合、突起部の上流側に乱れ（二次流れ）が発生すると、火炎が乱れの低流速部を伝わって突起部の上流側に到達する可能性がある。この場合、突起部（保炎器）を焼損する場合もある。しかし、図８（ｂ）に示すように緩やかなテーパ形状とすることで、突起部６の上流側に発生する乱れを抑制し、突起部６の焼損を防止することが可能となる。   Further, as shown in FIG. 8B, the protrusion 6 may have a gently tapered shape. The tapered protrusion 6 is inclined over the entire side surface 202. When holding a flame using a protrusion (flame holder), if turbulence (secondary flow) occurs on the upstream side of the protrusion, the flame travels through the turbulent low flow rate and reaches the upstream side of the protrusion. there's a possibility that. In this case, the protrusion (flame holder) may be burned out. However, as shown in FIG. 8 (b), by forming a gentle taper shape, it is possible to suppress the turbulence generated on the upstream side of the protrusion 6 and prevent the protrusion 6 from being burned out.

図１３は、本実施例のバーナプレートを使用した場合に、火炎４０が突起部１の上流側まで伝播した様子を示した図である。側面部２０２が火炎４０に接する壁面は火炎４０によって熱せられる。そのため、突起部１を冷却しない場合、突起部１が溶損する可能性がある。そこで、バーナプレート延長部の空気孔１２に燃料流２２と空気流２１を流すことにより、火炎に比べて非常に温度の低い空気と燃料が突起部１を冷却する。また、突起部１を冷却する流体を空気孔以外から供給する場合、流路の構成が複雑となる。従って、バーナプレート延長部に設けられた空気孔に燃料と空気を流すことにより、簡易な構造で突起部１の溶損を防止することができる。   FIG. 13 is a view showing a state in which the flame 40 has propagated to the upstream side of the protrusion 1 when the burner plate of the present embodiment is used. The wall surface with which the side part 202 contacts the flame 40 is heated by the flame 40. Therefore, when the protrusion 1 is not cooled, the protrusion 1 may be melted. Therefore, by causing the fuel flow 22 and the air flow 21 to flow through the air holes 12 of the burner plate extension, air and fuel having a very low temperature as compared with the flame cool the protrusion 1. Moreover, when supplying the fluid which cools the projection part 1 from other than an air hole, the structure of a flow path becomes complicated. Accordingly, by causing the fuel and air to flow through the air holes provided in the burner plate extension, it is possible to prevent the protrusion 1 from being melted with a simple structure.

次に、本発明の作用・効果を説明するために、リセス型保炎器を備えた予混合器（比較例）と本発明との相違点について説明する。比較例において、予混合器はパイロットバーナの外周側に設けられた円環形状の流路を有する。また、リセス型保炎器は予混合器の出口部に設けられている。このような比較例では、予混合器の内部は連結されており、予混合器の内部に予混合気が充満している。そのため、リセス型保炎器の上流側まで火炎が伝播すると、予混合器内を火炎が一気に伝播し保炎器が溶損する可能性がある。   Next, in order to describe the operation and effect of the present invention, differences between the present invention and a premixer (comparative example) equipped with a recess flame stabilizer will be described. In the comparative example, the premixer has an annular flow path provided on the outer peripheral side of the pilot burner. The recess type flame holder is provided at the outlet of the premixer. In such a comparative example, the inside of the premixer is connected, and the premixed gas is filled in the premixer. Therefore, if the flame propagates to the upstream side of the recess-type flame holder, the flame may propagate all at once in the premixer and the flame holder may melt.

このような比較例に対し、本発明の構成では突起物１と燃料ノズル１０との間には一つ一つ分離した空気孔１２によって構成されている。図１４（ａ）は燃料ノズルから燃焼室へ噴出する燃料流を図示する。本発明では、２つの空気孔１２は上流（図１４の左側）で１つの空間につながっており、燃料ノズル１０から空気孔１２の入口中心に向かって燃料流２２が噴出する。そのため、空気孔１２の入口面より上流側において、燃料ノズル１０から噴出した燃料流は空気流との混合が抑えられる。そして、燃料流が空気孔１１に流入すると、燃料流２２が徐々に広がりながら周囲の空気流と混合していく。即ち、空気孔１１の入口面より上流側であって、隣接する空気孔同士の空間２１１には燃料が存在しない。そのため、一部の空気孔１１において上流側に火炎が伝播しても、隣の空気孔に火炎が伝播することを防ぐことが可能である。   In contrast to such a comparative example, in the configuration of the present invention, the air holes 12 are separated between the protrusion 1 and the fuel nozzle 10 one by one. FIG. 14A illustrates the fuel flow ejected from the fuel nozzle into the combustion chamber. In the present invention, the two air holes 12 are connected to one space upstream (left side in FIG. 14), and the fuel flow 22 is ejected from the fuel nozzle 10 toward the inlet center of the air hole 12. Therefore, mixing of the fuel flow ejected from the fuel nozzle 10 with the air flow is suppressed upstream of the inlet surface of the air hole 12. When the fuel flow flows into the air hole 11, the fuel flow 22 gradually spreads and mixes with the surrounding air flow. That is, there is no fuel in the space 211 between the adjacent air holes on the upstream side of the inlet surface of the air holes 11. Therefore, even if a flame propagates upstream in some of the air holes 11, it is possible to prevent the flame from propagating to the adjacent air holes.

また、燃料及び空気が共に空気孔１２を通過する際に燃料及び空気が混合されるバーナプレート１１と燃料ノズル１０との配置関係は、火炎が空気孔に入り込むことを防ぐ特性を有しており、比較例の予混合器に比べて非常に信頼性が高い。図１４（ａ）中のＨ−Ｈ断面における燃料濃度分布２１２と速度分布２１３を図１４（ｂ）に示す。縦軸は空気孔入口面における座標であり、空気孔入口の中心から半径をｒとして表している。また、横軸は燃料濃度と速度の相対値である。また、破線２１４は空気孔壁面の位置を示す。図に示されるように、壁面２１４の近傍では壁面せん断応力の影響により、流れる流体の速度が遅くなる。そのため、速度の遅い領域を伝わって火炎が空気孔内部に入り込む可能性がある。しかし、本発明におけるバーナプレート１１と燃料ノズル１０の配置関係により、速度の遅い壁面近傍領域において燃料濃度分布２１２が非常に低い。また、壁面から熱を奪われることによるクエンチの効果もあり、空気孔壁面近傍の領域で火炎が伝播することは困難である。そのため、空気孔１２から噴出した燃料流が通過する方向に突起部を設けることで、火炎が突起部の上流側に伝播しても、燃料ノズル１０の燃料噴孔まで伝播することを防ぐことが可能である。以上より、突起部により火炎を保炎すると共に、耐逆火性にもすぐれた効果を奏する。   Further, the arrangement relationship between the burner plate 11 and the fuel nozzle 10 where the fuel and air are mixed when the fuel and air both pass through the air hole 12 has a characteristic of preventing the flame from entering the air hole. Compared with the premixer of the comparative example, the reliability is very high. FIG. 14B shows the fuel concentration distribution 212 and the velocity distribution 213 in the HH section in FIG. The vertical axis represents the coordinates on the air hole inlet surface, and the radius is represented by r from the center of the air hole inlet. The horizontal axis is the relative value of fuel concentration and speed. A broken line 214 indicates the position of the air hole wall surface. As shown in the figure, in the vicinity of the wall surface 214, the velocity of the flowing fluid becomes slow due to the influence of the wall surface shear stress. Therefore, there is a possibility that the flame enters the air hole through the low speed region. However, due to the arrangement relationship between the burner plate 11 and the fuel nozzle 10 in the present invention, the fuel concentration distribution 212 is very low in the region near the wall surface where the speed is low. In addition, there is a quenching effect due to heat deprived from the wall surface, and it is difficult for the flame to propagate in the region near the air hole wall surface. Therefore, by providing a projection in the direction in which the fuel flow ejected from the air hole 12 passes, it is possible to prevent the flame from propagating to the fuel nozzle of the fuel nozzle 10 even if it propagates upstream of the projection. Is possible. As described above, the flame is held by the protrusions, and the effect of having excellent reverse fire resistance is achieved.

更に、燃料ノズルを空気孔の内部に挿入することが望ましい。燃料ノズルを空気孔の内部に挿入すると、燃料と空気の混合度を向上させることが可能である。そのため、図９に示すように燃料ノズル１０を空気孔１２の内部に挿入することで、更なる混合度の向上と火炎安定性の向上を同時に実現することも可能である。   Furthermore, it is desirable to insert a fuel nozzle into the air hole. When the fuel nozzle is inserted into the air hole, it is possible to improve the degree of mixing of fuel and air. Therefore, by further inserting the fuel nozzle 10 into the air hole 12 as shown in FIG. 9, it is possible to further improve the mixing degree and flame stability at the same time.

また、バーナの中心軸に対して、空気孔１２の中心軸を傾斜させることも有効である。特に、空気孔１２から噴出する燃料流と空気流が、バーナ中心軸に対して旋回する速度成分を有するように、空気孔１２を傾斜して配置することで、火炎の安定性を更に向上させることが可能である。   It is also effective to incline the central axis of the air hole 12 with respect to the central axis of the burner. In particular, the stability of the flame is further improved by arranging the air holes 12 so as to be inclined so that the fuel flow and the air flow ejected from the air holes 12 have a velocity component swirling with respect to the burner central axis. It is possible.

図２（ｂ）はバーナプレート１１を燃焼室１８０から見た正面図である。図２（ａ）は、図１１のガスタービン全体概略図に於ける、燃料ノズル１０と空気孔１２の周辺部位を拡大した概略断面図であり、図２（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。   FIG. 2B is a front view of the burner plate 11 viewed from the combustion chamber 180. FIG. 2A is a schematic cross-sectional view in which the peripheral portions of the fuel nozzle 10 and the air hole 12 are enlarged in the general schematic diagram of the gas turbine of FIG. 11, and is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. is there.

実施例１では、第１列の空気孔１２−１によって形成される火炎を安定化させ、第２列の空気孔１２−２及び第３列の空気孔１２−３によって形成される火炎の安定性を向上させていた。これに対し、本実施例は、第２列の空気孔１２−２に対して突起部２を設けることで、第２列の空気孔１２−２によって形成される火炎の安定性も向上させている。その結果、バーナ全体の火炎安定性を更に高めることを可能にしている。   In the first embodiment, the flame formed by the air holes 12-1 in the first row is stabilized, and the flames formed by the air holes 12-2 in the second row and the air holes 12-3 in the third row are stabilized. Had improved. On the other hand, the present embodiment improves the stability of the flame formed by the second row of air holes 12-2 by providing the protrusions 2 with respect to the second row of air holes 12-2. Yes. As a result, it is possible to further improve the flame stability of the entire burner.

この火炎安定性向上の基本的なメカニズムは、図７で説明した内容と同様である。つまり、バーナ内周側（第１列の空気孔１２−１）だけではなく、バーナ外周側（第２列の空気孔１２−２）にも高温の循環流を形成している。そのため、循環流が火種となり、第２列の空気孔から噴出した予混合気にも熱エネルギーが与えられ、着火特性が向上する。   The basic mechanism for improving the flame stability is the same as that described in FIG. That is, a high-temperature circulation flow is formed not only on the burner inner peripheral side (first row of air holes 12-1) but also on the burner outer peripheral side (second row of air holes 12-2). Therefore, the circulating flow becomes a fire type, and heat energy is also given to the premixed gas ejected from the air holes in the second row, and the ignition characteristics are improved.

尚、図２では２段の突起部が設けられている。但し、空気孔の孔数または配置に応じて、突起部を３段，４段と複数段設けても良い。   In FIG. 2, a two-step projection is provided. However, depending on the number or arrangement of the air holes, the protrusions may be provided in a plurality of stages, such as three or four stages.

また、実施例２で示す突起部は、鋭角状だけでなく、製作性を考慮して四角形状としても良い。更に、緩やかなテーパ形状の突起部としても良い。   Further, the protrusion shown in the second embodiment is not limited to an acute angle shape, but may be a square shape in consideration of manufacturability. Furthermore, it is good also as a loose taper-shaped projection part.

また、実施例２に於いて、燃料ノズルを空気孔の内部に挿入することで、更なる混合度向上と火炎安定性向上を同時に実現することも可能である。   Further, in the second embodiment, it is possible to simultaneously improve the degree of mixing and improve the flame stability by inserting the fuel nozzle into the air hole.

図３（ｂ）はバーナプレート１１を燃焼室１８０から見た正面図である。図３（ａ）は、図１１のガスタービン全体概略図に於ける、燃料ノズル１０と空気孔１２の周辺部位を拡大した概略断面図であり、図３（ｂ）のＣ−Ｃ断面図である。図１２は、空気孔１２の形状を示した図である。   FIG. 3B is a front view of the burner plate 11 as viewed from the combustion chamber 180. 3A is a schematic cross-sectional view in which the peripheral portions of the fuel nozzle 10 and the air hole 12 are enlarged in the general schematic diagram of the gas turbine of FIG. 11, and is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. is there. FIG. 12 is a view showing the shape of the air hole 12.

本実施例では、バーナプレート１１の形状が、円錐をくり抜いた形状となっている。即ち、図１２に示すように、空気孔１２の出口部３０１が位置するバーナプレート１１の面は、燃焼室方向に拡開した形状である。そのため、空気孔１２の出口部３０１によって形成される面は、バーナの中心軸に対して傾斜している。   In this embodiment, the shape of the burner plate 11 is a shape in which a cone is cut out. That is, as shown in FIG. 12, the surface of the burner plate 11 on which the outlet 301 of the air hole 12 is located has a shape that expands in the direction of the combustion chamber. Therefore, the surface formed by the outlet portion 301 of the air hole 12 is inclined with respect to the central axis of the burner.

そして、空気孔１２の出口部３０１より下流側に、燃料流と空気流を乱す障害物が設けられている。その障害物は、突起部１に該当する。この突起部１は、円環状の形状をしており、各列の空気孔ごとに設けられている。なお、突起部１は、傾斜する空気孔１２の出口部３０１のうち、最も下流側に位置する。   An obstacle that disturbs the fuel flow and the air flow is provided downstream of the outlet portion 301 of the air hole 12. The obstacle corresponds to the protrusion 1. The protrusion 1 has an annular shape and is provided for each air hole in each row. In addition, the protrusion part 1 is located in the most downstream side in the exit part 301 of the air hole 12 which inclines.

一般に、保炎器を用いた燃焼器では、保炎器の上流部に乱れ（二次流れ）が発生すると、その乱れの低流速部を伝わって、火炎が保炎器の上流部に到達し、保炎器を焼損する場合もある。しかし、空気孔１２の出口部３０１によって形成される面は、バーナの中心軸に対して傾斜しているため、障害物（突起部）の上流側に乱れを引き起こす鋭角部や淀み部位が無く、突起部の焼損を防止して燃焼器の信頼性を高めることが可能となる。また、各空気孔列に突起部１を設けることで、バーナ中央部だけでなく外周部の火炎安定性も向上させ、バーナ全体の火炎安定性を高めることを可能にしている。   In general, in a combustor using a flame holder, when a turbulence (secondary flow) occurs in the upstream part of the flame holder, the flame reaches the upstream part of the flame holder through the low flow rate part of the turbulence. In some cases, the flame holder may burn out. However, since the surface formed by the outlet portion 301 of the air hole 12 is inclined with respect to the central axis of the burner, there is no acute angle portion or stagnation site causing disturbance on the upstream side of the obstacle (projection), It becomes possible to prevent burning of the protrusions and improve the reliability of the combustor. Further, by providing the projections 1 in each air hole row, the flame stability of not only the burner center portion but also the outer peripheral portion can be improved, and the flame stability of the entire burner can be improved.

図４（ｂ）はバーナプレート１１を燃焼室１８０から見た正面図である。図４（ａ）は、図１１のガスタービン全体概略図に於ける、燃料ノズル１０と空気孔１２の周辺部位を拡大した概略断面図であり、図４（ｂ）のＤ−Ｄ断面図である。   FIG. 4B is a front view of the burner plate 11 as viewed from the combustion chamber 180. 4A is a schematic cross-sectional view in which the peripheral portions of the fuel nozzle 10 and the air hole 12 are enlarged in the general schematic diagram of the gas turbine of FIG. 11, and is a cross-sectional view taken along the line DD in FIG. is there.

本実施例は、実施例１と異なり、突起部３をバーナ中心側に設けている。また、バーナプレート１１は、バーナの外周側に対してバーナの内周側（バーナの軸中心側）における厚みを厚くしている。このように、バーナプレート１１の厚みを変えることにより、バーナ軸方向における空気孔１２の出口部の位置を異ならしめることが可能となる。   In this embodiment, unlike the first embodiment, the protrusion 3 is provided on the burner center side. Further, the burner plate 11 is thicker on the inner peripheral side (burner axial center side) of the burner than the outer peripheral side of the burner. As described above, by changing the thickness of the burner plate 11, the position of the outlet portion of the air hole 12 in the burner axial direction can be made different.

また、図４（ｂ）に示すように、バーナプレート１１は段差形状を設けることにより、バーナ軸中心側に段差部２０１が形成され、バーナ外周側に窪み部２００が形成される。この窪み部２００には、第２列及び第３列の空気孔１２−２，１２−３の出口部が配置されている。また、窪み部２００に対して段差が設けられた、バーナプレート１１の段差部２０１には、第１列の空気孔１２−１の出口部が配置されている。本実施例では、バーナプレートの第１列空気孔１２−１を有した段差部２０１がバーナプレート延長部に該当する。   Further, as shown in FIG. 4B, the burner plate 11 is provided with a step shape, whereby a step portion 201 is formed on the burner shaft center side, and a recess portion 200 is formed on the burner outer peripheral side. In the hollow portion 200, outlet portions of the air holes 12-2 and 12-3 in the second row and the third row are arranged. Moreover, the exit part of the air hole 12-1 of the 1st row is arrange | positioned in the level | step-difference part 201 of the burner plate 11 in which the level | step difference was provided with respect to the hollow part 200. FIG. In this embodiment, the step portion 201 having the first row air holes 12-1 of the burner plate corresponds to the burner plate extension.

そして、段差部２０１は、バーナ軸中心に対して円形状をしている。そのため、バーナプレート１１の段差形状は、円周方向に連続して形成されている。また、側面部２０２は、円柱形状をしている。   And the level | step-difference part 201 is carrying out circular shape with respect to the burner axis center. Therefore, the step shape of the burner plate 11 is continuously formed in the circumferential direction. The side surface portion 202 has a cylindrical shape.

本実施例では、バーナプレート１１の段差形状を利用して、第２列の空気孔１２−２から噴出した燃料流と空気流が、バーナプレート１１の側面部２０２に衝突するように、バーナプレート１１の側面部２０２に鋭角状の突起部３を設けている。この鋭角状の突起部３も、バーナプレート１１の段差形状と同様に、円周方向に連続して形成されている。   In this embodiment, the burner plate 11 is used so that the fuel flow and the air flow ejected from the air holes 12-2 in the second row collide with the side surface portion 202 of the burner plate 11 using the step shape of the burner plate 11. Eleven side surface portions 202 are provided with sharp-angled protrusions 3. Similar to the step shape of the burner plate 11, the acute-angled protrusion 3 is also formed continuously in the circumferential direction.

この構造により、突起部３の下流側に高温の循環流が形成される。そして、第２列及び第３列の空気孔より下流側の空間であって、ライナ１６０とバーナプレート延長部に挟まれた環状空間が火種形成領域となる。即ち、循環流が火種となり、バーナ外周側に位置する第２列及び第３列の空気孔１２から噴出する未燃の予混合気に熱エネルギーを与えるため、バーナ外周側の火炎安定性が向上する。基本的な火炎安定性のメカニズムは、実施例１と同様である。本実施例では、バーナプレート１１は、バーナの外周側に対してバーナの内周側（バーナの軸中心側）における厚みを厚くしているため、面積的な制約を受け難く、空気孔の孔数／位置に応じて各所に複数の突起部３を設けることが可能である。   With this structure, a high-temperature circulation flow is formed on the downstream side of the protrusion 3. An annular space sandwiched between the liner 160 and the burner plate extension is a space on the downstream side of the air holes in the second and third rows, and serves as a fire type formation region. That is, the circulation flow becomes a fire type, and heat energy is given to the unburned premixed gas ejected from the second row and third row air holes 12 located on the outer peripheral side of the burner, so the flame stability on the outer peripheral side of the burner is improved. To do. The basic flame stability mechanism is the same as in Example 1. In the present embodiment, the burner plate 11 is thicker on the inner peripheral side of the burner (on the axial center side of the burner) than on the outer peripheral side of the burner. It is possible to provide a plurality of protrusions 3 at various places according to the number / position.

図５（ｂ）はバーナプレート１１を燃焼室１８０から見た正面図である。図５（ａ）は、図１１のガスタービン全体概略図に於ける、燃料ノズル１０と空気孔１２の周辺部位を拡大した概略断面図であり、図５（ｂ）のＥ−Ｅ断面図である。   FIG. 5B is a front view of the burner plate 11 as viewed from the combustion chamber 180. FIG. 5A is a schematic cross-sectional view in which the peripheral portions of the fuel nozzle 10 and the air hole 12 are enlarged in the general schematic diagram of the gas turbine of FIG. 11, and is a cross-sectional view taken along line EE of FIG. is there.

本実施例では、バーナプレート１１の厚みが一定となっている。そのため、空気孔１２の流路長さは同一である。そして、バーナプレート１１の端面に、円錐状の突起部４を設置する。図５（ｂ）に示すように、円錐状の突起部４はバーナ中心部に設けられており、第１列の空気孔１２−１から噴出する燃料流と空気流を阻害するように配置されている。突起部４の下流側には、高温の循環流が形成される。この循環流は未燃の予混合気に熱エネルギーを与えることで、着火を促進し、火炎安定性が向上する。   In this embodiment, the thickness of the burner plate 11 is constant. Therefore, the flow path length of the air hole 12 is the same. Then, a conical protrusion 4 is installed on the end surface of the burner plate 11. As shown in FIG. 5B, the conical protrusion 4 is provided at the center of the burner, and is arranged so as to inhibit the fuel flow and the air flow ejected from the air holes 12-1 in the first row. ing. A high-temperature circulation flow is formed on the downstream side of the protrusion 4. This circulating flow gives thermal energy to the unburned premixed gas, thereby promoting ignition and improving flame stability.

本実施例に係る突起部４は簡素な構造であるため、新設燃焼器だけではなく、既設燃焼器に突起部４を追加設置して、火炎安定性を高めることが可能である。   Since the protrusion 4 according to the present embodiment has a simple structure, it is possible to improve the flame stability by adding the protrusion 4 to the existing combustor as well as the newly installed combustor.

また図５において、突起部４は１個である。しかし、空気孔の孔数または配置に応じて、突起部４を複数個設置することで、火炎安定性を更に向上させることも可能である。   Moreover, in FIG. 5, the protrusion part 4 is one piece. However, flame stability can be further improved by installing a plurality of protrusions 4 according to the number or arrangement of air holes.

更に、図１０に示すように、第１列の空気孔１２−１と第２列の空気孔１２−２の間に、円環形状の突起部７を設けることで、内外周の火炎安定性を同時に向上させることも可能である。   Furthermore, as shown in FIG. 10, by providing an annular protrusion 7 between the first row of air holes 12-1 and the second row of air holes 12-2, the flame stability of the inner and outer circumferences is improved. Can be improved at the same time.

本実施例は、実施例１から実施例５までに述べた構造を適用した、燃料ノズルと空気孔の集合体を１つのバーナとして、これらのバーナを複数個組み合わせて１つの燃焼装置を構成している。   In this embodiment, a fuel nozzle and an air hole assembly to which the structure described in the first to fifth embodiments is applied are used as one burner, and a plurality of these burners are combined to form one combustion device. ing.

図６（ｂ）はバーナプレート１１を燃焼室１８０から見た正面図である。図６（ａ）は、図１１のガスタービン全体概略図に於ける、燃料ノズル１０と空気孔１２の周辺部位を拡大した概略断面図である。   FIG. 6B is a front view of the burner plate 11 viewed from the combustion chamber 180. FIG. 6A is a schematic cross-sectional view in which the peripheral portions of the fuel nozzle 10 and the air hole 12 are enlarged in the general schematic diagram of the gas turbine of FIG.

図６（ｂ）に示すように、燃焼装置の中心側に一つのバーナを配置すると共に、そのバーナの外周側に６個のバーナを配置している。これらのバーナには、それぞれ燃料系統が接続されている。また、全てのバーナにおいて、図１のバーナ構造を採用している。   As shown in FIG. 6B, one burner is arranged on the center side of the combustion apparatus, and six burners are arranged on the outer peripheral side of the burner. Each of these burners is connected to a fuel system. Moreover, the burner structure of FIG. 1 is adopted in all the burners.

図６（ａ）の様に燃料系統をバーナごとに分けて、負荷に応じて燃焼させるバーナ本数を制御することで、ガスタービンの起動条件から１００％負荷条件まで燃料を変化させて、安定に燃焼を継続させることが可能である。また、それぞれのバーナは、燃焼安定性が高いため、一つのバーナに供給する燃料流量の下限値を低くすることができる。更に、燃料ノズル数を増減することで、１缶当たりの容量の異なる燃焼装置を比較的容易に提供することができる。   As shown in FIG. 6 (a), the fuel system is divided into burners, and the number of burners to be burned according to the load is controlled, so that the fuel can be changed stably from the start condition of the gas turbine to the 100% load condition. It is possible to continue combustion. Moreover, since each burner has high combustion stability, the lower limit of the fuel flow rate supplied to one burner can be lowered. Furthermore, by increasing / decreasing the number of fuel nozzles, it is possible to provide a combustion device with a different capacity per can relatively easily.

また、燃焼装置の中心側に本発明を適用したバーナを配置すると共に、そのバーナの外周側に配置した６個のバーナを、バーナプレートの厚みが一定であり、突起部を設けない構造とすることも出来る。このような配置では、燃焼装置の中心側に設けられたバーナが火種の役割を果たす。そのため、外周側のバーナ単独では保炎できない状態でも、中心側のバーナから外周側のバーナに熱エネルギーを供給される。したがって、燃焼装置全体では、燃焼安定性を向上することが可能である。   In addition, the burner to which the present invention is applied is arranged on the center side of the combustion apparatus, and the six burners arranged on the outer peripheral side of the burner have a structure in which the thickness of the burner plate is constant and no protrusion is provided. You can also In such an arrangement, the burner provided on the center side of the combustion device serves as a fire type. Therefore, thermal energy is supplied from the burner on the center side to the burner on the outer periphery side even in a state where the flame cannot be held by the burner alone on the outer periphery side. Therefore, it is possible to improve combustion stability in the entire combustion apparatus.

実施例１から実施例６に示した燃焼装置は、ガスタービン燃焼器だけではなく、燃料電池に搭載される燃料改質用燃焼器，ボイラ用燃焼器，温風暖房機や焼却炉など、メタン等のガスを燃料とする様々な燃焼装置にも適用する事が可能である。   Combustion apparatuses shown in Examples 1 to 6 are not limited to gas turbine combustors, but include fuel reforming combustors, boiler combustors, hot air heaters, incinerators, and the like mounted on fuel cells. The present invention can also be applied to various combustion apparatuses using gas such as gas as fuel.

本燃焼器構造はガスタービンだけに留まらず、ボイラの燃焼器や燃料電池の改質器用燃焼器など、気体燃料を燃焼させるあらゆる燃焼器にも対応することは可能である。   This combustor structure can be applied not only to a gas turbine but also to any combustor that burns gaseous fuel, such as a boiler combustor or a fuel cell reformer combustor.

実施例１において、燃料ノズルと空気孔の周辺部位を拡大した図である。In Example 1, it is the figure which expanded the peripheral part of a fuel nozzle and an air hole. 実施例２において、燃料ノズルと空気孔の周辺部位を拡大した図である。In Example 2, it is the figure which expanded the peripheral part of a fuel nozzle and an air hole. 実施例３において、燃料ノズルと空気孔の周辺部位を拡大した図である。In Example 3, it is the figure which expanded the peripheral part of a fuel nozzle and an air hole. 実施例４において、燃料ノズルと空気孔の周辺部位を拡大した図である。In Example 4, it is the figure which expanded the peripheral part of a fuel nozzle and an air hole. 実施例５において、燃料ノズルと空気孔の周辺部位を拡大した図である。In Example 5, it is the figure which expanded the peripheral part of a fuel nozzle and an air hole. 実施例６において、燃料ノズルと空気孔の周辺部位を拡大した図である。In Example 6, it is the figure which expanded the peripheral part of a fuel nozzle and an air hole. 突起部付近における燃料流と空気流の流動状態を示した図である。It is the figure which showed the flow state of the fuel flow and air flow in the projection part vicinity. 実施例１において、燃料ノズルと空気孔の周辺部位を拡大した図（変形例）である。In Example 1, it is the figure (modification) which expanded the peripheral part of a fuel nozzle and an air hole. 実施例１において、燃料ノズルと空気孔の周辺部位を拡大した図（変形例）である。In Example 1, it is the figure (modification) which expanded the peripheral part of a fuel nozzle and an air hole. 実施例５において、燃料ノズルと空気孔の周辺部位を拡大した図（変形例）である。In Example 5, it is the figure (modification) which expanded the peripheral part of a fuel nozzle and an air hole. ガスタービン構成の概略図である。It is the schematic of a gas turbine structure. 実施例３における空気孔の構造図である。6 is a structural diagram of air holes in Example 3. FIG. 実施例１のバーナプレートにおいて、火炎が突起部の上流側に伝播した場合の図である。In the burner plate of Example 1, it is a figure at the time of a flame having propagated to the upstream of the projection part. 実施例１のバーナプレートにおいて、燃料ノズルから噴出した燃料流が燃焼室に流れる様子を表した図である。In the burner plate of Example 1, it is a figure showing a mode that the fuel flow ejected from the fuel nozzle flows into a combustion chamber.

符号の説明Explanation of symbols

１〜７ 突起部
１０ 燃料ノズル
１１ バーナプレート
１２ 空気孔
２１ 空気流
２２ 燃料流
３０ 予混合気
３１ 既燃ガス
３２ 循環流
４０ 火炎
５１，５２ 熱エネルギー
１１０ 空気圧縮機
１２０ 高圧空気
１８０ 燃焼室 1-7 Protrusion 10 Fuel nozzle 11 Burner plate 12 Air hole 21 Air flow 22 Fuel flow 30 Premixed gas 31 Burned gas 32 Circulating flow 40 Flame 51, 52 Thermal energy 110 Air compressor 120 High pressure air 180 Combustion chamber

Claims (10)

燃料及び空気が共に空気孔を通過する際に前記燃料及び前記空気が混合されるバーナプレートと、該バーナプレートの一部でかつ前記空気孔より離れた燃焼室側に伸びているバーナプレート延長部と、該バーナプレート延長部の燃焼室側でかつ前記燃料流の通過方向に突出する突起部とを有し、対向する前記突起部の間隙が前記空気孔の直径よりも大であり、前記バーナプレートと前記バーナプレート延長部と前記突起部との間で火種形成領域を形成することを特徴とする燃焼装置。   A burner plate in which the fuel and the air are mixed when the fuel and air both pass through the air holes, and a burner plate extension that extends to the combustion chamber side that is a part of the burner plate and away from the air holes And a protrusion protruding in the fuel flow passage direction on the combustion chamber side of the burner plate extension, and the gap between the opposing protrusions is larger than the diameter of the air hole, A combustion apparatus characterized in that a fire type formation region is formed between a plate, the burner plate extension, and the protrusion. 燃料及び空気が共に空気孔を通過する際に前記燃料及び前記空気が混合される段差形状のバーナプレートと、該バーナプレートの外周側でかつ前記空気孔より離れた燃焼室側に伸びているバーナプレート延長部と、該バーナプレート延長部の燃焼室側でかつ前記燃料流の通過方向に突出する鋭角状突起部とを有し、対向する前記突起部の間隙が前記空気孔の直径よりも大であり、前記バーナプレートと前記バーナプレート延長部と前記突起部との間で火種形成領域を形成することを特徴とする燃焼装置。   A step-shaped burner plate in which the fuel and the air are mixed when the fuel and air both pass through the air hole, and a burner extending to the outer peripheral side of the burner plate and to the combustion chamber side away from the air hole A plate extension, and an acute-angled protrusion that protrudes in the fuel flow passage direction on the combustion chamber side of the burner plate extension, and the gap between the opposing protrusions is larger than the diameter of the air hole. A combustion apparatus is characterized in that a fire type formation region is formed between the burner plate, the burner plate extension, and the protrusion. 請求項１記載の燃焼装置であって、
前記バーナ延長部は、前記バーナの外周側に対して軸中心側における前記バーナプレートの厚みを厚くした段差形状によって形成され、
前記段差形状の外周側に突起部を設けたことを特徴とする燃焼装置。 The combustion device according to claim 1,
The burner extension is formed by a step shape in which the thickness of the burner plate on the axial center side is increased with respect to the outer peripheral side of the burner,
A combustion apparatus, wherein a protrusion is provided on the outer peripheral side of the step shape. 請求項１記載の燃焼装置であって、
前記バーナプレートの厚みを一定とし、
前記バーナの軸中心側に配置された前記空気孔から噴出した前記燃料流と空気流を阻害
する前記バーナプレートの突起部を、前記空気孔の噴出部より下流側に設けたことを特徴
とする燃焼装置。 The combustion device according to claim 1,
The thickness of the burner plate is constant,
A protrusion of the burner plate that inhibits the fuel flow and the air flow ejected from the air hole arranged on the axial center side of the burner is provided on the downstream side of the ejection portion of the air hole. Combustion device. 請求項１記載の燃焼装置であって、
前記空気孔が前記バーナの軸中心に対して傾斜していることを特徴とする燃焼装置。 The combustion device according to claim 1,
The combustion apparatus characterized in that the air hole is inclined with respect to the axial center of the burner. 請求項１記載の燃焼装置であって、
前記突起部が四角形の突起部であることを特徴とする燃焼装置。 The combustion device according to claim 1,
The combustion apparatus according to claim 1, wherein the protrusion is a rectangular protrusion. 請求項１記載の燃焼装置であって、
前記バーナプレートを備えたバーナを複数個備えたことを特徴とする燃焼装置。 The combustion device according to claim 1,
A combustion apparatus comprising a plurality of burners each including the burner plate. 請求項６記載の燃焼装置であって、
前記燃焼装置の軸中心に、段差形状のバーナプレートを有した前記バーナを配置すると共に、
前記燃焼装置の外周側に、前記バーナプレートの厚みを一定としたバーナを配置するこ
とを特徴とする燃焼装置。 The combustion apparatus according to claim 6, wherein
Arranging the burner having a step-shaped burner plate at the axial center of the combustion device,
A combustion apparatus, wherein a burner having a constant thickness of the burner plate is disposed on an outer peripheral side of the combustion apparatus. バーナプレートに設けられた空気孔の内部で、燃料流の外周側に空気流が形成された同軸噴流が形成される第１の工程と、
前記空気孔から燃焼室に該同軸噴流が噴出する第２の工程と、
前記空気孔より離れた燃焼室側に伸びたバーナプレート延長部の突起部に前記同軸噴流が衝突し、火種を形成する第３の工程とを備えたことを特徴とするバーナの燃焼方法。 A first step in which a coaxial jet in which an air flow is formed on the outer peripheral side of the fuel flow is formed inside an air hole provided in the burner plate;
A second step of ejecting the coaxial jet from the air hole into the combustion chamber;
A burner combustion method comprising: a third step in which the coaxial jet collides with a protrusion of a burner plate extension extending to the combustion chamber side away from the air hole to form a fire type. 請求項９記載のバーナの燃焼方法であって、
前記空気孔から噴出した燃料流と空気流は、前記バーナの中心軸に対して旋回する速度成分を有することを特徴とするバーナの燃焼方法。 A method for burning a burner according to claim 9,
The burner combustion method according to claim 1, wherein the fuel flow and the air flow ejected from the air hole have a velocity component that swirls with respect to a central axis of the burner.
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