JP2001004138A - ガスタービン用低NOx燃焼器 - Google Patents

ガスタービン用低NOx燃焼器

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JP2001004138A
JP2001004138A JP11175721A JP17572199A JP2001004138A JP 2001004138 A JP2001004138 A JP 2001004138A JP 11175721 A JP11175721 A JP 11175721A JP 17572199 A JP17572199 A JP 17572199A JP 2001004138 A JP2001004138 A JP 2001004138A
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Japan
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burner
fuel
premixing
premix
combustion chamber
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JP11175721A
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English (en)
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Jun Hosoi
潤 細井
Koji Shinpo
浩二 新保
Tomoaki Yoshida
智昭 吉田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンの低負荷運転時や性能劣化によって
も、逆火が発生しにくい、ガスタービン用低NOx燃焼
器を提供する。 【解決手段】 中心部に配置されたパイロットバーナー
12と、そのまわりに配置されたメインバーナー14と
からなる。パイロットバーナーは、燃料を燃焼室11内
で拡散燃焼させる拡散バーナーであり、メインバーナー
は、燃料を空気を予混合して燃焼室内で燃焼させる予混
合バーナーである。予混合バーナーは、燃料と空気を予
混合する予混合室15と、予混合室と燃焼室とを仕切る
隔壁16とを備え、隔壁に予混合燃料を燃焼室に噴射し
かつ逆火を防止する細穴16aが設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、逆火を防止しつつ
安定した燃焼でNOxを低減しうるガスタービン用低N
Ox燃焼器に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、環境保護のために、ガスタービン
による燃焼排ガス中のNOx(窒素酸化物)を低減する
ことが義務付けられており、我国では、全国基準でも例
えば70ppm以下、大都市(例えば東京)では例えば
25〜30ppm以下にする必要がある。
【0003】従来のガスタービン用の低NOx燃焼器に
は、予混合燃焼方式によって希薄燃焼を行なわせる複数
のメインバーナーと、拡散燃焼方式によって保炎を行う
パイロットバーナーとの組み合わせが主に用いられてい
た。
【0004】図1は、従来のガスタービン用低NOx燃
焼器の全体構成図である。この図に示すように、従来の
低NOx燃焼器は、中央部に配置されたパイロットバー
ナー8と、そのまわりに配置された複数(図には1つの
みを示す)のメインバーナー9とを備える。なお、この
図において、1はスクロール部、2は燃焼器ライナ、3
はケーシング、4は点火栓(イグナイタ)であり、空気
6がケーシング3とライナ2の間を流れてバーナー8、
9に達し、このバーナーとその他の部分を通ってライナ
2内に流入して火炎7を形成し、発生した燃焼ガスがス
クロール部1を通って図示しないガスタービンに導か
れ、これを駆動するようになっている。
【0005】図1において、メインバーナー9は、互い
に同軸に配置された主噴射弁9aと予蒸発予混合管9b
とからなる。主噴射弁9aには、ケーシング3を通して
外部から燃料Fが供給される。この燃料には、例えばガ
ス燃料、灯油、軽油、A重油等を用いる。予蒸発予混合
管9bは、この図で下端部が開口した円筒形の筒であ
り、内部で燃料と空気が互いに混合しやすくなってい
る。すなわち、メインバーナー9は、主噴射弁9aと予
蒸発予混合管9bで構成された予混合希薄バーナーであ
る。この構成により、主噴射弁9aにより予蒸発予混合
管9b内に燃料Fを噴射し、予蒸発予混合管9b内で燃
料Fを十分な空気量と予混合して蒸発させ、これを希薄
燃焼させることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した予混合燃焼方
式の燃焼器では、燃料を十分な空気量と予混合して蒸発
させ、これを希薄燃焼させるものであり、このためホッ
トスポットがなく、高温火炎の発生をなくし低NOx化
を実現することができる。この燃焼器において、低NO
xを達成するためには、予混合燃焼を行わせる必要があ
るが、空気と燃料を混合する予混合部(予蒸発予混合管
9b)と燃焼領域は予混合気の流路により直接つながっ
ている。このため、逆火のおそれがあるが、逆火を防ぐ
ために、予混合流路出口の流速を燃焼速度より速くなる
ように設定していた。
【0007】しかし、エンジンの性能劣化により、逆火
が発生することがあった。例えば、エンジンの劣化によ
り空気量が減少したり、ストール等により一時的に空気
量が減少する場合があり、予蒸発予混合管9bに流れる
燃焼器流入空気が減り、予混合部出口の流速が落ち、逆
火が発生するおそれがあった。
【0008】本発明はかかる問題点に鑑み創案されたも
のである。すなわち、本発明の目的は、エンジンの性能
劣化によっても、逆火が発生しにくい、ガスタービン用
低NOx燃焼器を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、中心部
に配置されたパイロットバーナー(12)と、そのまわ
りに配置されたメインバーナー(14)とからなり、パ
イロットバーナーは、燃料を燃焼室(11)内で拡散燃
焼させる拡散バーナーであり、メインバーナーは、燃料
を空気を予混合して燃焼室内で燃焼させる予混合バーナ
ーであり、予混合バーナーは、燃料と空気を予混合する
予混合室(15)と、予混合室と燃焼室とを仕切る隔壁
(16)とを備え、該隔壁に予混合燃料を燃焼室に噴射
しかつ逆火を防止する細穴(16a)が設けられてい
る、ことを特徴とするガスタービン用低NOx燃焼器が
提供される。
【0010】この構成により、パイロットバーナー(1
2)により拡散燃焼を行いメインバーナー(14)の保
炎源を形成できる。また、メインバーナー(14)は予
混合燃焼によりNOxの発生を抑制することができる。
さらに、隔壁(16)とこれに設けられた細穴(16
a)により、逆火を防止することができる。
【0011】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
細穴(16a)は、フレームアレスタの機能を果たす大
きさであり、かつエフュージョン冷却の機能を有するよ
うに隔壁に対し斜めに設けられている。
【0012】この構成によれば、予混合部と燃焼領域の
間に隔壁(16)を設け、この隔壁の細穴(16a)を
介して空気と燃料の混合気(予混合燃料)を噴射するこ
とにより、隔壁の細穴がフレームアレスタの役割を果た
し、逆火を防止することができる。さらに、この細穴を
斜め穴とすることで、エフュージョン冷却の効果を有
し、火炎に曝される隔壁を過熱から守る働きもする。ま
た、細穴から混合気を噴射することで、噴射された混合
気の貫通度が小さくなり、パイロットバーナー(12)
による1次火炎との混合に際し、過度の乱れを生じない
ため、安定した燃焼が期待できる。
【0013】また、前記予混合バーナー(14)は、パ
イロットバーナーを同心に囲む1次予混合バーナー(1
4a)と、該1次予混合バーナーを同心に囲む2次予混
合バーナー(14b)と、からなる、ことをが好まし
い。
【0014】この構成により、パイロットバーナー,1
次予混合バーナー、2次予混合バーナーの3系統の燃料
系統を有し、エンジンの作動状況により使用する系統を
中心から順次増やしていくことにより、低NOx燃焼を
維持しながら負荷に応答することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略す
る。図1は本発明のガスタービン用の低NOx燃焼器の
第1実施例の構成図である。この図において、(A)は
縦断面図、(B)は(A)のA-A矢視図である。この
図に示す低NOx燃焼器10は、ガスタービンの回転軸
の回りに複数配列された2次円筒型であり、それぞれ中
心部に配置されたパイロットバーナー12と、そのまわ
りに配置されたメインバーナー14とからなる。
【0016】パイロットバーナー12は、パイロットノ
ズル12a、燃料噴射管12b、スワーラ12cを備
え、パイロットノズル12aの先端部の燃料噴射管11
bに設けられた噴射穴から燃料を噴射し、スワーラ12
により旋回を与えられた空気中に燃料が拡散しながら、
燃焼室11内で旋回しながら燃焼する。このため、この
パイロットバーナー12で火炎を安定して形成し、かつ
旋回火炎により燃焼の保炎を確実に行うことができる。
【0017】図1において、メインバーナー14は、燃
料を空気を予混合して燃焼室内で燃焼させる予混合バー
ナーである。この予混合バーナーは、燃料と空気を予混
合する予混合室15と、予混合室15と燃焼室11とを
仕切る隔壁16とを備える。また、隔壁16には予混合
燃料を燃焼室11に噴射しかつ逆火を防止する多数の細
穴16aが設けられている。隔壁16は、この例では切
頭円錐形であり、その内側に燃焼室11が形成される。
【0018】隔壁16の細穴16aは、フレームアレス
タの機能を果たす大きさであり、かつエフュージョン冷
却の機能を有するように隔壁に対し斜めに設けられてい
る。すなわち、火炎が穴を通過して逆火するには、その
穴を構成する壁による吸熱で消炎しない必要があり、穴
をある程度以下にすると逆火が生じなくなることが知ら
れている。本発明ではこの特性を利用し、逆火が起こり
得ない大きさの細穴16aに設定する。また、火炎によ
り、隔壁16が過熱されないように、細穴16aを斜め
穴にし、隔壁16の表面に予混合燃料の層を形成する。
また、メインバーナー14の使用を停止している時で
も、隔壁16の細穴16aを通して空気が流入するよう
に、スワーラ等の流路抵抗を設定する。
【0019】なお、図1の例では、予混合バーナー14
は、パイロットバーナー12を同心に囲む1次予混合バ
ーナー14aと、1次予混合バーナーを同心に囲む2次
予混合バーナー14bとからなる。この場合、上述した
隔壁16及び細穴16aは、2次予混合バーナー14b
のみに設けられて、1次予混合バーナー14aの予混合
室は、出口部の断面積が小さくなっている。この構成に
より、1次予混合バーナー14aを常時使用することに
より、予混合室出口部の流速を高め、逆火を防ぐことが
できる。
【0020】図2は、本発明のガスタービン用の低NO
x燃焼器の第2実施例の構成図である。この図におい
て、(A)は縦断面図、(B)は(A)のA-A矢視図
である。この図に示す低NOx燃焼器10は、ガスター
ビンの回転軸の回りに複数配列された2次アニュラス型
である。隔壁16は、この例では2枚の円錐面と1枚の
平面からなり、その内側に燃焼室11が形成される。そ
の他の構成は第1実施例と同様である。
【0021】上述した本発明のガスタービン用の低NO
x燃焼器では、パイロットバーナー12が拡散燃焼を行
い1次、2次予混合バーナー14a,14bの火炎の保
炎源となる。1次、2次予混合バーナー14a,14b
は予混合燃焼を行い、NOxの発生を抑制する。2次予
混合バーナー14bは隔壁16に設けた多数の小穴(細
穴16a)より燃焼室11(ライナ)内部へ空気と燃料
の混合器を噴射する。この小穴を斜め穴とすることで、
仕切り板の冷却を行うとともにパイロット,1次火炎の
熱により、安定して燃焼する。また、小穴であるため、
火炎が仕切り板より上流に逆火することを防ぐ。
【0022】燃焼器バーナ部は、中心にパイロットバー
ナー12、これと同心円上に1次予混合バーナー14
a、更にその外周あるいは1次燃料予混合部を挟む形で
アニュラス状の2次予混合バーナー14bを有する。パ
イロットバーナー12は拡散燃焼を行い、着火および1
次、2次火炎の保炎を司る。1次、2次は予混合燃焼を
行い、NOxの生成を抑制する。部分負荷では、パイロ
ット、1次燃料のみを噴射し、燃料の少ない作動条件で
も安定かつ低NOxな燃焼を行う。さらに常用負荷範囲
では2次燃料を噴射し、同様に安定かつ低NOxな燃焼
を行う。
【0023】予混合部と燃焼領域の間に隔壁16を設
け、隔壁の小穴16aを介し空気・燃料の混合気を噴射
することにより、隔壁16がフレームアレスタの役割を
果たし、逆火を防止することができる。さらに、この小
穴を斜め穴とすることで、エフュージョン冷却の効果を
有し、火炎に曝される仕切り板を過大な温度上昇から守
る働きもする。また、小穴から混合気を噴くことで、噴
射された混合気の貫通度が小さくなり、1次火炎との混
合に際し、過度の乱れを生じないため、安定した燃焼が
期待できる。以上により、エンジンの状況の変化に対し
逆火が発生しにくい(逆火に対するロバスト性の高
い)、低NOx燃焼気を実現している。
【0024】本発明は以上に述べた実施形態に限られる
ものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の変
更が可能である。
【0025】
【発明の効果】上述したように、本発明のガスタービン
用低NOx燃焼器は、エンジンの低負荷運転時や性能劣
化によっても、逆火が発生しにくい、等の優れた効果を
有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガスタービン用の低NOx燃焼器の第
1実施例の構成図である。
【図2】本発明のガスタービン用の低NOx燃焼器の第
2実施例の構成図である。
【図3】従来の低NOx燃焼器の構成図である。
【符号の説明】
1 スクロール部 2 燃焼器ライナ 3 ケーシング 4 点火栓(イグナイタ) 6 空気 7 火炎 8 パイロットバーナー 9 メインバーナー 9a 主噴射弁 9b 予蒸発予混合管 10 低NOx燃焼器 12 パイロットバーナー 14 メインバーナー 15 予混合室 16 隔壁(仕切り板) 16a 細穴(小穴)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中心部に配置されたパイロットバーナー
    (12)と、そのまわりに配置されたメインバーナー
    (14)とからなり、 パイロットバーナーは、燃料を燃焼室(11)内で拡散
    燃焼させる拡散バーナーであり、メインバーナーは、燃
    料を空気を予混合して燃焼室内で燃焼させる予混合バー
    ナーであり、 予混合バーナーは、燃料と空気を予混合する予混合室
    (15)と、予混合室と燃焼室とを仕切る隔壁(16)
    とを備え、該隔壁に予混合燃料を燃焼室に噴射しかつ逆
    火を防止する細穴(16a)が設けられている、ことを
    特徴とするガスタービン用低NOx燃焼器。
  2. 【請求項2】 前記細穴(16a)は、フレームアレス
    タの機能を果たす大きさであり、かつエフュージョン冷
    却の機能を有するように隔壁に対し斜めに設けられてい
    る、ことを特徴とする請求項1に記載のガスタービン用
    低NOx燃焼器。
  3. 【請求項3】 前記予混合バーナー(14)は、パイロ
    ットバーナーを同心に囲む1次予混合バーナー(14
    a)と、該1次予混合バーナーを同心に囲む2次予混合
    バーナー(14b)と、からなる、ことを特徴とする請
    求項1に記載のガスタービン用低NOx燃焼器。
JP11175721A 1999-06-22 1999-06-22 ガスタービン用低NOx燃焼器 Pending JP2001004138A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009008335A (ja) * 2007-06-28 2009-01-15 Hitachi Ltd ガスタービン燃焼器及びガスタービン燃焼器の燃料供給方法
JP2009192214A (ja) * 2008-02-12 2009-08-27 General Electric Co <Ge> ガスタービンエンジン用の燃料ノズル及びその製造方法
WO2013035474A1 (ja) * 2011-09-05 2013-03-14 川崎重工業株式会社 ガスタービン燃焼器
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KR102427483B1 (ko) * 2021-12-27 2022-08-01 주식회사 라인즈 증기발생용 저녹스 수냉식 버너

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