JP2000146183A - Gas turbine combustor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はガスタービン燃焼器
に関する。[0001] The present invention relates to a gas turbine combustor.
【0002】[0002]
【従来の技術】ガスタービンの燃焼器では、従来から二
段燃焼方式の燃焼器が用いられることがある。つまり、
燃焼器の中心軸線に沿って燃料を供給すると共に、その
周囲からこの燃料の燃焼用空気を供給し、燃焼器の中心
部に拡散火炎(以下、パイロット火炎と称する)である
パイロット燃焼を行い、このパイロット火炎の周囲に非
常に空気過剰率の高い主燃焼用予混合気を供給して、パ
イロット火炎の高温ガスと前記予混合気を接触させるこ
とにより、予混合火炎(以下、主火炎と称する)から成
る主燃焼を行うのである。2. Description of the Related Art In a gas turbine combustor, a two-stage combustion type combustor has been conventionally used in some cases. That is,
Along with supplying fuel along the central axis of the combustor, supplying combustion air for the fuel from the periphery thereof, and performing pilot combustion as a diffusion flame (hereinafter, referred to as pilot flame) at the center of the combustor, By supplying a premixed gas for main combustion having a very high excess air rate around the pilot flame and bringing the high-temperature gas of the pilot flame into contact with the premixed gas, a premixed flame (hereinafter, referred to as a main flame) is obtained. ) Is performed.
【0003】図2を参照して更に詳細に説明すると、従
来技術のガスタービン燃焼器50は、ライナ52内にお
いて、パイット燃焼用燃料が、中心軸線O′に沿って延
設されたパイロットノズル54から供給され、パイロッ
トノズル54の周囲にパイロット空気供給路56が設け
られている。パイロット空気供給路56には、火炎保持
用のパイロットスワラ56aが配設されている。更に、
パイロット空気供給路55の周囲には、主燃焼用燃料を
供給するためのメインノズル60およびメイン空気供給
路58、メインスワラ58aが配設されている。Referring to FIG. 2 in more detail, a prior art gas turbine combustor 50 includes a pilot nozzle 54 having a pipe combustion fuel extending along a central axis O ′ in a liner 52. , And a pilot air supply path 56 is provided around the pilot nozzle 54. A pilot swirler 56 a for holding a flame is provided in the pilot air supply path 56. Furthermore,
Around the pilot air supply path 55, a main nozzle 60 for supplying main combustion fuel, a main air supply path 58, and a main swirler 58a are provided.
【0004】パイロットノズル54およびパイロット空
気供給路56の下流にはパイロットコーン62が配設さ
れており、パイロットノズル54から供給される燃料お
よびパイロット空気供給路56から供給される空気は、
パイロットコーン62により画成されるパイロット燃焼
室62a内で燃焼して、矢印66にて示す高温のパイロ
ット火炎が形成される。メインノズル60から供給され
る燃料とメイン空気供給路58から供給される空気は、
その下流の混合室64において混合され、矢印68にて
示す予混合気が形成される。この予混合気68がパイロ
ット火炎66と接触することにより主火炎70が形成さ
れる。A pilot cone 62 is provided downstream of the pilot nozzle 54 and the pilot air supply passage 56, and the fuel supplied from the pilot nozzle 54 and the air supplied from the pilot air supply passage 56 are
Combustion occurs in a pilot combustion chamber 62a defined by the pilot cone 62, and a high-temperature pilot flame indicated by an arrow 66 is formed. The fuel supplied from the main nozzle 60 and the air supplied from the main air supply path 58 are
The mixed gas is mixed in the mixing chamber 64 downstream thereof, and a pre-mixed gas indicated by an arrow 68 is formed. The main flame 70 is formed when the premixed gas 68 comes into contact with the pilot flame 66.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】従来技術によるガスタ
ービン燃焼器50では、パイロット火炎66と予混合気
68が比較的短時間で接触するため、予混合気68は着
火し易く主火炎70は、軸方向または主流方向に比較的
狭い距離で燃焼し短火炎となり易い。このように、燃焼
が短い距離で、言い換えれば狭い空間で生じると、燃焼
により解放されるエネルギーの空間的な密度、または、
燃焼器の断面燃焼負荷率が高くなり燃焼振動が生じ易く
なる。燃焼振動は、熱エネルギの一部が振動エネルギに
変換されて生じる自励振動であり、燃焼器の断面負荷率
が高くなると燃焼振動の起振力が大きくなり、燃焼振動
が発生し易くなる。既述したように、従来技術によるガ
スタービン燃焼器は、燃焼負荷率が比較的大きく、燃焼
振動により燃焼が不安定となる問題がある。In the gas turbine combustor 50 according to the prior art, since the pilot flame 66 and the premixed gas 68 come into contact with each other in a relatively short time, the premixed gas 68 is easily ignited, and the main flame 70 is It burns at a relatively small distance in the axial direction or the main flow direction and tends to be a short flame. Thus, when combustion occurs over short distances, in other words, in small spaces, the spatial density of energy released by combustion, or
The cross-sectional combustion load factor of the combustor is increased, and combustion oscillation is likely to occur. The combustion vibration is a self-excited vibration generated by converting a part of the heat energy into the vibration energy. When the sectional load ratio of the combustor increases, the excitation force of the combustion vibration increases, and the combustion vibration easily occurs. As described above, the gas turbine combustor according to the related art has a problem that the combustion load factor is relatively large and combustion becomes unstable due to combustion vibration.
【0006】本発明は、こうした従来技術の問題を解決
することを技術課題としており、ガスタービン燃焼器の
燃焼振動を低減することを目的としている。An object of the present invention is to solve such problems of the prior art, and an object of the present invention is to reduce combustion oscillation of a gas turbine combustor.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、ガスタービン
燃焼器の中心軸に沿ってパイロット燃焼用のパイロット
燃料を供給し、前記パイロット燃料の周囲にパイロット
燃焼用空気を供給し、前記パイロット燃焼用空気の周囲
に主燃焼用予混合気を供給するガスタービン燃焼器にお
いて、前記パイロット燃焼用空気と前記主燃焼用予混合
気の間に遮蔽ガスを供給することを特徴とするガスター
ビン燃焼器を要旨とする。According to the present invention, a pilot fuel for pilot combustion is supplied along a central axis of a gas turbine combustor, and pilot combustion air is supplied around the pilot fuel. A gas turbine combustor for supplying a main combustion premixed gas around a working air, wherein a shielding gas is supplied between the pilot combustion air and the main combustion premixed gas. Is the gist.
【0008】[0008]
【作用】パイロット燃料はパイロット燃焼用空気により
燃焼し、これにより拡散火炎から成るパイロット火炎が
形成される。従来技術と同様に、主燃焼予混合気はパイ
ロット火炎に接触して予混合燃焼により燃焼する。パイ
ロット燃焼用空気の周囲に供給される遮蔽ガスが、予混
合気とパイロット火炎の接触を抑制し、予混合気の燃焼
速度が低下する。従って、予混合気とパイロット火炎の
間に形成される予混合火炎である主火炎が燃焼器の長手
方向に長くなり燃焼エネルギー密度が低下する。The pilot fuel is burned by the pilot combustion air to form a pilot flame composed of a diffusion flame. As in the prior art, the main combustion premixture contacts the pilot flame and burns by premixed combustion. The shielding gas supplied around the pilot combustion air suppresses contact between the premixed gas and the pilot flame, and the combustion speed of the premixed gas is reduced. Therefore, the main flame, which is a premixed flame formed between the premixed gas and the pilot flame, becomes longer in the longitudinal direction of the combustor, and the combustion energy density is reduced.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】以下、図1を参照して本発明実施
形態によるガスタービン燃焼器を説明する。本実施形態
によるガスタービン燃焼器10は概ね筒状をなし、ライ
ナ12内において、燃焼器10の中心軸線Oに沿って、
パイット燃焼用燃料を供給するためのパイロットノズル
14が設けられている。パイロットノズル14の周囲に
はパイロット空気供給路16が設けられており、パイロ
ット空気供給路16内には、パイロット火炎保持用のパ
イロットスワラ16aが配設されている。パイロットノ
ズル14、パイロット空気供給路16、パイロットスワ
ラ16aがパイロットバーナを構成している。パイロッ
ト空気供給路16の下流には、パイロット燃焼室24a
を画成するパイロットコーン24が配設されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A gas turbine combustor according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The gas turbine combustor 10 according to the present embodiment has a substantially cylindrical shape, and in the liner 12, along the central axis O of the combustor 10,
A pilot nozzle 14 is provided for supplying fuel for pit combustion. A pilot air supply path 16 is provided around the pilot nozzle 14, and a pilot swirler 16 a for holding a pilot flame is provided in the pilot air supply path 16. The pilot nozzle 14, the pilot air supply path 16, and the pilot swirler 16a constitute a pilot burner. Downstream of the pilot air supply passage 16, a pilot combustion chamber 24a
Is provided.
【0010】パイロット空気供給路16の周囲には、主
燃焼用燃料を供給するためのメインノズル20およびメ
イン空気供給路22が設けられており、メイン空気供給
路22内にはメインスワラ22aが配設されている。メ
インノズル20、メイン空気供給路22、メインスワラ
22aがメインバーナを構成している。パイロット空気
供給路16とメイン空気供給路22の間には、遮蔽ガス
供給路として排ガス供給路18が配設されている。更
に、排ガス供給路18の下流において、パイロットコー
ン24の外側には副コーン26が、パイロットコーン2
4と同心に配置されている。A main nozzle 20 and a main air supply passage 22 for supplying main combustion fuel are provided around the pilot air supply passage 16, and a main swirler 22 a is provided in the main air supply passage 22. Have been. The main nozzle 20, the main air supply passage 22, and the main swirler 22a constitute a main burner. An exhaust gas supply passage 18 is provided between the pilot air supply passage 16 and the main air supply passage 22 as a shielding gas supply passage. Further, downstream of the exhaust gas supply passage 18, a sub cone 26 is provided outside the pilot cone 24,
4 and are arranged concentrically.
【0011】以下、本実施形態の作用を説明する。パイ
ロット空気供給路16からのパイロット燃焼用空気は、
パイロット燃焼室24a内において、パイロットノズル
14から供給されるパイロット燃料を包むように流動
し、パイロット燃料は、このパイロット燃焼用空気によ
り燃焼し、拡散火炎から成るパイロット火炎(矢印3
0)が形成される。メインノズル20から供給される燃
料とメイン空気供給路22から供給される空気は、その
下流の混合室28において混合され、矢印28にて示す
予混合気が形成される。この予混合気28がパイロット
火炎30と接触することにより予混合火炎である主火炎
34が形成される。The operation of this embodiment will be described below. The pilot combustion air from the pilot air supply passage 16 is
In the pilot combustion chamber 24a, the fuel flows so as to enclose the pilot fuel supplied from the pilot nozzle 14, and the pilot fuel is burned by the pilot combustion air to produce a pilot flame (arrow 3) composed of a diffusion flame.
0) is formed. The fuel supplied from the main nozzle 20 and the air supplied from the main air supply passage 22 are mixed in a downstream mixing chamber 28 to form a premixed air indicated by an arrow 28. When the premixed gas 28 comes into contact with the pilot flame 30, a main flame 34 as a premixed flame is formed.
【0012】本ガスタービン燃焼器10において燃焼に
より生成された排ガスは、ガスタービン燃焼器10の下
流に設けられたガスタービン(図示せず)に供給され、
該ガスタービンを駆動する。ガスタービンを駆動した後
に、排ガスの大部分は大気に排出されるが、排ガスの一
部が、排ガスコンプレッサ(図示せず)等を含む再循環
系統により再びガスタービン燃焼器10の排ガス供給路
18に再循環される。Exhaust gas generated by combustion in the gas turbine combustor 10 is supplied to a gas turbine (not shown) provided downstream of the gas turbine combustor 10.
The gas turbine is driven. After driving the gas turbine, most of the exhaust gas is exhausted to the atmosphere, but part of the exhaust gas is again returned to the exhaust gas supply path 18 of the gas turbine combustor 10 by a recirculation system including an exhaust gas compressor (not shown). Recirculated to
【0013】排ガス供給路18からの排ガス36は、パ
イロットコーン24と副コーン26の間に形成される遮
蔽ガス導入部としての排ガス導入部26aにより、パイ
ロット火炎30と予混合気32の間に供給される。この
排ガス36により、パイロット火炎30と予混合気32
の接触が抑制され、主火炎34の燃焼速度が低下し、主
火炎34は燃焼器の軸方向、または、主流方向に長くな
る。従って、主火炎34により解放される燃焼エネルギ
ー密度、または、燃焼器の断面燃焼負荷が低下し、燃焼
振動の起振力が低下し、燃焼振動が抑制される。更に、
排ガス36のために主火炎34における酸素濃度が低下
して火炎温度が低下する。このために、発生するNOx
量が低下する。Exhaust gas 36 from the exhaust gas supply passage 18 is supplied between the pilot flame 30 and the premixed gas 32 by an exhaust gas introduction portion 26a formed between the pilot cone 24 and the sub cone 26 as a shielding gas introduction portion. Is done. Due to the exhaust gas 36, the pilot flame 30 and the premixed air 32
Is suppressed, the combustion speed of the main flame 34 decreases, and the main flame 34 becomes longer in the axial direction of the combustor or in the mainstream direction. Therefore, the combustion energy density released by the main flame 34 or the cross-sectional combustion load of the combustor is reduced, the excitation force of the combustion vibration is reduced, and the combustion vibration is suppressed. Furthermore,
Due to the exhaust gas 36, the oxygen concentration in the main flame 34 decreases, and the flame temperature decreases. Because of this, NOx generated
The amount decreases.
【0014】既述の実施形態では、遮蔽ガスとしてガス
タービンの排ガスを一例に説明したが、本発明はこれに
限定されず他の機器からの排ガスを用いても良い。更に
は、他の設備から供給される不活性ガス、例えば窒素等
を用いることもできる。要は、混合気が直接パイロット
火炎に接触することを防止して、予混合火炎を燃焼器の
主流方向に長くすることができる燃焼反応に関して不活
性なガスであればよい。In the above-described embodiment, the exhaust gas of the gas turbine is described as an example of the shielding gas. However, the present invention is not limited to this, and the exhaust gas from other devices may be used. Further, an inert gas, such as nitrogen, supplied from another facility may be used. In short, any gas that is inert to the combustion reaction that can prevent the air-fuel mixture from directly contacting the pilot flame and lengthen the premixed flame in the mainstream direction of the combustor may be used.
【0015】[0015]
【発明の効果】請求項1に記載の本発明によれば、パイ
ロット燃焼用空気の周囲に供給される遮蔽ガスが、予混
合気とパイロット火炎の接触を抑制し予混合気の燃焼速
度が低下する。従って、予混合気とパイロット火炎の間
に形成される主火炎が燃焼器の長手方向に長くなり燃焼
エネルギー密度が低下し、燃焼振動が抑制される。According to the first aspect of the present invention, the shielding gas supplied around the pilot combustion air suppresses the contact between the premixed air and the pilot flame, and the combustion speed of the premixed air is reduced. I do. Therefore, the main flame formed between the premixed gas and the pilot flame becomes longer in the longitudinal direction of the combustor, the combustion energy density is reduced, and the combustion oscillation is suppressed.
【0016】請求項2に記載の本発明によれば、遮蔽ガ
スとして排ガスを使用することにより、予混合火炎の酸
素濃度が低下しNOxの発生が抑制される。According to the second aspect of the present invention, by using the exhaust gas as the shielding gas, the oxygen concentration of the premixed flame is reduced and the generation of NOx is suppressed.
【図1】本発明実施形態によるガスタービン燃焼器の略
示断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of a gas turbine combustor according to an embodiment of the present invention.
【図2】従来技術によるガスタービン燃焼器の略示断面
図である。FIG. 2 is a schematic sectional view of a gas turbine combustor according to the prior art.
10…ガスタービン燃焼器 14…パイロットノズル 16…パイロット空気供給路 18…排ガス供給路 20…メインノズル 22…メイン空気供給路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Gas turbine combustor 14 ... Pilot nozzle 16 ... Pilot air supply path 18 ... Exhaust gas supply path 20 ... Main nozzle 22 ... Main air supply path
フロントページの続き (72)発明者 西田 幸一 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 赤松 真児 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂製作所内Continued on the front page (72) Inventor Koichi Nishida 2-1-1, Shinhama, Arai-machi, Takasago-shi, Hyogo Prefecture Inside Takasago Works, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. (72) Inventor Mako Akamatsu 2-1-1, Niihama, Arai-machi, Takasago-shi, Hyogo Mitsubishi Heavy Industry Co., Ltd. Takasago Factory
Claims (2)
イロット燃焼用のパイロット燃料を供給し、前記パイロ
ット燃料の周囲にパイロット燃焼用空気を供給し、前記
パイロット燃焼用空気の周囲に主燃焼用予混合気を供給
するガスタービン燃焼器において、 前記パイロット燃焼用空気と前記主燃焼用予混合気の間
に、遮蔽ガスを供給することを特徴とするガスタービン
燃焼器。1. A pilot fuel for pilot combustion is supplied along a central axis of a gas turbine combustor, a pilot combustion air is supplied around the pilot fuel, and a main combustion air is supplied around the pilot combustion air. A gas turbine combustor for supplying a premixed gas, wherein a shielding gas is supplied between the pilot combustion air and the main combustion premixed gas.
器により燃焼した排ガスの再循環ガスである請求項1に
記載のガスタービン燃焼器。2. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein the shielding gas is a recirculated gas of exhaust gas burned by the gas turbine combustor.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10322630A JP2000146183A (en) | 1998-11-12 | 1998-11-12 | Gas turbine combustor |
CA002288555A CA2288555C (en) | 1998-11-12 | 1999-11-04 | Gas turbine combustor |
DE69930455T DE69930455T2 (en) | 1998-11-12 | 1999-11-04 | Gas turbine combustor |
EP99121873A EP1001224B1 (en) | 1998-11-12 | 1999-11-04 | Gas turbine combustor |
US09/437,146 US6282886B1 (en) | 1998-11-12 | 1999-11-10 | Gas turbine combustor |
US09/862,468 US6327861B2 (en) | 1998-11-12 | 2001-05-23 | Gas turbine combustor |
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---|---|---|---|
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---|---|---|---|
JP10322630A Pending JP2000146183A (en) | 1998-11-12 | 1998-11-12 | Gas turbine combustor |
Country Status (1)
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-
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- 1998-11-12 JP JP10322630A patent/JP2000146183A/en active Pending
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