JP2002257342A - Gas turbine combustor - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は予混合燃焼バーナー
を有するガスタービン燃焼器に係り、特にＮＯｘの低減
が要求されるガスタ−ビンに適用するのに好適なガスタ
ービン燃焼器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas turbine combustor having a premixed combustion burner, and more particularly to a gas turbine combustor suitable for use in a gas turbine in which NOx reduction is required.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来のガスタービン燃焼器では、低ＮＯ
ｘ化の対策として予混合燃焼方式が採用されている。こ
の予混合燃焼では、予め空気にガス燃料を噴射して希薄
な予混合気を生成し、この予混合気の下流側（以下、前
方側といい、同様に上流側を後方側という）に設置した
保炎器の背面（以下、保炎面という）に火炎循環流を保
炎させることにより、温度の低い予混合火炎を形成して
排出ガス中のＮＯｘ濃度を低減させている。しかしこの
予混合燃焼は、燃焼安定性が非常に低く火炎が消えやす
いといった問題がある。2. Description of the Related Art In a conventional gas turbine combustor, low NO
As a countermeasure against x, a premixed combustion system is employed. In this premixed combustion, a gaseous fuel is previously injected into air to generate a lean premixed gas, which is installed downstream of the premixed gas (hereinafter, referred to as a front side, and similarly, an upstream side is referred to as a rear side). By keeping the flame circulating flow on the back side (hereinafter, referred to as a flame holding surface) of the flame stabilizer, a low-temperature premixed flame is formed to reduce the NOx concentration in the exhaust gas. However, this premixed combustion has a problem that the combustion stability is extremely low and the flame is easily extinguished.
【０００３】従って一般的に予混合燃焼方式を採用する
場合は、２重筒形状に形成された予混合器と燃料噴射手
段とで構成する予混合燃焼バーナーをメインバーナーと
して備え、その中央に種火を維持するパイロットバーナ
ーを設置することにより予混合燃焼の燃焼安定性と信頼
性を向上させる構成が多く用いられている。[0003] Therefore, when the premix combustion method is generally employed, a premix combustion burner comprising a premixer formed in a double cylinder shape and fuel injection means is provided as a main burner, and a seed is provided at the center thereof. A configuration that improves the combustion stability and reliability of premixed combustion by installing a pilot burner that maintains fire is often used.
【０００４】このパイロットバーナーには、燃焼室に燃
料と空気を別々に噴射してそれらを混合させながら燃焼
させる拡散燃焼方式のバーナーを用いる場合が多く、こ
れにより明確な火炎や高温部分を形成して比較的多くの
ＮＯｘを生じさせるものの、燃焼安定性が高く強い火炎
を維持することができる。[0004] In many cases, the pilot burner uses a diffusion combustion type burner in which fuel and air are separately injected into a combustion chamber and then mixed and burned, thereby forming a clear flame or a high-temperature portion. Therefore, although a relatively large amount of NOx is generated, it is possible to maintain a strong flame with high combustion stability.
【０００５】またこの場合には、保炎器の保炎面に火炎
循環流を保炎させるために、予混合器の出口（予混合燃
焼バーナーの出口）であって拡散火炎が到達する範囲内
に保炎器を設置しておく必要がある。[0005] In this case, in order to keep the flame circulating flow on the flame holding surface of the flame stabilizer, the outlet of the premixer (the outlet of the premixed combustion burner) within the range where the diffusion flame reaches. It is necessary to install a flame stabilizer.
【０００６】このように予混合燃焼方式と拡散燃焼方式
を併用したガスタービン燃焼器の例として、例えば特開
平１１−９４２５５号公報及び特開平３−２５５８１５
号公報に記載の従来技術がある。As examples of the gas turbine combustor using both the premixed combustion system and the diffusion combustion system as described above, for example, JP-A-11-94255 and JP-A-3-255815.
There is a conventional technique described in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. HEI 9-86, 1988.
【０００７】特開平１１−９４２５５号公報に記載の従
来技術では、図１に示すように拡散燃焼バーナーを中心
に予混合燃焼バーナーを同軸心的に配置し、さらに予混
合燃焼バーナーの環状出口の内周側に皿型の保炎器が設
置されている。In the prior art described in JP-A-11-94255, a premixed combustion burner is arranged coaxially around a diffusion combustion burner as shown in FIG. A dish-shaped flame stabilizer is installed on the inner peripheral side.
【０００８】さらにこの従来技術では、一般的なガス燃
料（天然ガス）が用いられると共に液体燃料（油燃焼）
もバックアップとして併用しており、これによってガス
燃料の供給が時期的に減少した場合でもその不足分を液
体燃料で補充できるとともに、プラントで排出された軽
油、灯油などを再利用して運用コストの削減を可能にし
ている。また特に液体燃料を予混合燃焼に用いる場合に
は、予め液体燃料を蒸発させながら空気と混合して燃焼
することによりＮＯｘを低減させる予蒸発予混合燃焼方
式が行われる。Further, in this prior art, a general gas fuel (natural gas) is used and a liquid fuel (oil combustion) is used.
Is also used as a backup, so that even if the supply of gaseous fuel is reduced in time, the shortage can be replenished with liquid fuel, and light oil and kerosene discharged from the plant can be reused to reduce operating costs. Reduction is possible. In particular, when liquid fuel is used for premixed combustion, a preevaporation premixed combustion method is used in which the NOx is reduced by mixing and burning air while evaporating the liquid fuel in advance.
【０００９】特開平３−２５５８１５号公報に記載の従
来技術では、図１に示すように拡散燃焼バーナーを中心
に予混合燃焼バーナーを同軸心的に配置し、さらに予混
合燃焼バーナーの環状出口で複数の保炎器を放射状に、
かつその内周側が外周側より軸方向後方側に位置するよ
うな傾斜配置で設置され、これにより予混合燃焼を安定
化させている。In the prior art described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-255815, a premixed combustion burner is arranged coaxially around a diffusion combustion burner as shown in FIG. Radiating multiple flame stabilizers,
And it is installed in an inclined arrangement such that the inner peripheral side is located rearward in the axial direction from the outer peripheral side, thereby stabilizing premixed combustion.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には次のような問題がある。However, the above prior art has the following problems.
【００１１】上記特開平１１−９４２５５号公報に記載
の従来技術のように液体燃料を使用して予蒸発予混合燃
焼を行う場合には、噴射後の蒸発過程において蒸発しき
らなかった液体燃料が、そのまま保炎器に付着して炭化
するといったコーキングの現象を起こしやすい。このコ
ーキングが生じた場合、炭化物が引き金となって予混合
気の自己着火や予混合燃焼バーナー内部に火炎が流入す
る逆火が生じる問題がある。また構造物において炭化物
が付着した箇所の冷却性能が低下したり、炭化物がはが
れて他の構造物に衝突し破損させてしまうなどの問題も
ある。In the case of performing pre-evaporation and premix combustion using liquid fuel as in the prior art described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-94255, the liquid fuel that has not completely evaporated in the evaporation process after injection is removed. However, it tends to cause a caulking phenomenon such as sticking to the flame stabilizer and carbonizing it. When this caulking occurs, there is a problem that the carbide triggers the self-ignition of the premixed gas and the flashback in which the flame flows into the inside of the premixed combustion burner. In addition, there are also problems such as a decrease in cooling performance of a portion of the structure where the carbide adheres, and a problem that the carbide is peeled off and collides with another structure to cause damage.
【００１２】上記特開平３−２５５８１５号公報に記載
の従来技術において予蒸発予混合燃焼方式により液体燃
料を用いた場合でも同様の問題が生じる。In the prior art described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-255815, a similar problem occurs even when a liquid fuel is used by a pre-evaporation premix combustion method.
【００１３】またガスタービンの外周に複数の燃焼器を
設置する場合には、隣接する燃焼器どうしの内部間を火
炎伝播管で連通接続し、ガスタービン起動時において１
つの燃焼器にのみ着火を行うことにより、全ての燃焼器
に火炎を伝播させて着火する構成が一般的に採用されて
いる。When a plurality of combustors are installed on the outer periphery of the gas turbine, the insides of the adjacent combustors are connected to each other by a flame propagation tube, and one of the combustors is connected when the gas turbine is started.
A configuration is generally adopted in which ignition is performed by igniting only one combustor to propagate a flame to all combustors.
【００１４】ここで上述したようにパイロットバーナー
である拡散燃焼バーナーの外周に予混合燃焼バーナーを
同軸心的に配置した場合、パイロット火炎である拡散火
炎の周囲に予混合用空気が覆うため、拡散火炎が燃焼器
の側壁に接続した火炎伝播管に到達できずに隣接燃焼器
への着火が不可能となるといった問題がある。As described above, when the premixed combustion burner is coaxially arranged on the outer periphery of the diffusion combustion burner which is a pilot burner, since the premixing air covers around the diffusion flame which is the pilot flame, the diffusion combustion is performed. There is a problem in that the flame cannot reach the flame propagation tube connected to the side wall of the combustor and the adjacent combustor cannot be ignited.
【００１５】また液体燃料を用いて予蒸発混合させる場
合、着火時における空気温度が低いため予蒸発は不可能
であり、したがってパイロットバーナーによる着火が不
可欠となって上記火炎伝播の問題はより重要となる。In the case of pre-evaporation mixing using a liquid fuel, pre-evaporation is impossible because the air temperature at the time of ignition is low. Therefore, ignition by a pilot burner is indispensable, and the problem of flame propagation is more important. Become.
【００１６】本発明の第１の目的は、保炎器を備える予
混合燃焼バーナーにおいて、予蒸発予混合燃焼方式で液
体燃料を使用したときのコーキングの発生を防止できる
ガスタービン燃焼器を提供することである。A first object of the present invention is to provide a gas turbine combustor which can prevent coking when a liquid fuel is used in a pre-evaporated pre-mixed combustion system in a pre-mixed combustion burner provided with a flame stabilizer. That is.
【００１７】本発明の第２の目的は、パイロットバーナ
ーの外周に予混合燃焼バーナーを設けた場合に、燃焼器
の側壁に接続した火炎伝播管による他の燃焼器への着火
性能を向上できるガスタービン燃焼器を提供することで
ある。A second object of the present invention is to provide a gas that can improve the performance of igniting another combustor by a flame propagation tube connected to the side wall of the combustor when a premix combustion burner is provided on the outer periphery of the pilot burner. It is to provide a turbine combustor.
【００１８】[0018]
【課題を解決するための手段】（１）上記第１の目的を
達成するために、本発明は、パイロットバーナーと、前
記パイロットバーナーの外周に配置された予混合燃焼バ
ーナーと、前記予混合燃焼バーナーの前方側に配置され
内部に燃焼室を形成する略円筒形状の燃焼器内筒壁とを
備えたガスタービン燃焼器において、前記予混合燃焼バ
ーナーの出口で放射状に配置された保炎器と、前記予混
合燃焼バーナーの内部で前記保炎器と異なる周方向位置
に配置され、ガス燃料及び液体燃料のうちの少なくとも
一方を噴射する燃料噴射手段とを備えるものとする。(1) In order to achieve the first object, the present invention provides a pilot burner, a premixed combustion burner disposed on the outer periphery of the pilot burner, and a premixed combustion burner. A gas turbine combustor having a substantially cylindrical combustor inner cylinder wall which is disposed on the front side of the burner and forms a combustion chamber therein, wherein a flame stabilizer arranged radially at an outlet of the premixed combustion burner; And a fuel injection means for injecting at least one of gas fuel and liquid fuel, which is disposed at a circumferential position different from the flame stabilizer inside the premixed combustion burner.
【００１９】このように燃料噴射手段が予混合燃焼バー
ナーの内部で保炎器と異なる周方向位置に配置されてい
るため、噴出後の液体燃料の予蒸発が不十分であって
も、保炎器の保炎面等に付着することなくそのまま燃焼
器を吹き抜けて円滑に排出されることになり、この結
果、コーキングの発生を防ぐことができる。As described above, since the fuel injection means is arranged at a circumferential position different from that of the flame stabilizer inside the premix combustion burner, even if the pre-evaporation of the liquid fuel after the ejection is insufficient, the flame holding means is not used. The gas is blown through the combustor as it is without being attached to the flame holding surface or the like of the vessel and is smoothly discharged. As a result, the occurrence of coking can be prevented.
【００２０】（２）上記第２の目的を達成するために、
本発明は、パイロットバーナーと、前記パイロットバー
ナーの外周に配置された予混合燃焼バーナーと、前記予
混合燃焼バーナーの前方側に配置され内部に燃焼室を形
成する略円筒形状の燃焼器内筒壁とを備えたガスタービ
ン燃焼器において、前記予混合燃焼バーナーの出口で放
射状に配置された保炎器の１つと、前記燃焼器内筒壁の
側壁で前記保炎器と一致する周方向位置に開口を有する
火炎伝播管とを備えるものとする。(2) To achieve the second object,
The present invention provides a pilot burner, a premixed combustion burner disposed on the outer periphery of the pilot burner, and a substantially cylindrical combustor inner cylinder wall disposed in front of the premixed combustion burner and forming a combustion chamber therein. In the gas turbine combustor comprising: one of the flame stabilizers arranged radially at the outlet of the premixed combustion burner, and at a circumferential position coincident with the flame stabilizer on the side wall of the combustor inner cylinder wall. A flame propagation tube having an opening.
【００２１】このように火炎伝播管が、燃焼器内筒壁の
側壁で保炎器の１つと一致する周方向位置に開口を有し
て接続されているため、予混合燃焼バーナーの出口に到
達した拡散火炎のうち、前記保炎器の保炎面に沿って拡
散した火炎のみが予混合気により希釈されることなく外
周側に位置する火炎伝播管に到達して他の燃焼器を着火
させることができる。As described above, since the flame propagation tube is connected to the side wall of the inner wall of the combustor with an opening at a circumferential position corresponding to one of the flame stabilizers, it reaches the outlet of the premixed combustion burner. Of the diffused flames, only the flame diffused along the flame holding surface of the flame stabilizer reaches the flame propagation tube located on the outer peripheral side without being diluted by the premixed gas and ignites another combustor. be able to.
【００２２】（３）上記（１）又は（２）のガスタービ
ン燃焼器において、好ましくは、前記保炎器は、その前
方側の縁において内周側よりも外周側の方が前方側に位
置するように傾斜配置されているものとする。(3) In the gas turbine combustor according to the above (1) or (2), preferably, the flame stabilizer is positioned such that the outer peripheral side is located on the front side at the front side edge than the inner peripheral side. It is assumed that they are arranged obliquely.
【００２３】これにより、外周側の予混合燃焼ガスが保
炎器の前方側の縁を通過した後に燃焼器の軸心へ収束す
る方向に偏向し、内周側の拡散燃焼ガスを十分に希釈混
合するため、拡散火炎の長炎化を防いでＮＯｘの発生を
低減し、また燃焼器出口の燃焼温度偏差の発生を防いで
タービン翼の損傷を防止する。As a result, the premixed combustion gas on the outer peripheral side is deflected in a direction converging on the axis of the combustor after passing through the front edge of the flame stabilizer, and the diffused combustion gas on the inner peripheral side is sufficiently diluted. The mixing prevents the diffusion flame from becoming longer and reduces the generation of NOx, and also prevents the occurrence of a combustion temperature deviation at the combustor outlet, thereby preventing turbine blade damage.
【００２４】（４）上記（１）〜（３）のいずれかのガ
スタービン燃焼器において、好ましくは、前記燃料噴射
手段が、同軸心的にに配置された内管と外管の２重管構
造の燃料ノズルであり、内管中に液体燃料が供給され、
内管と外管の間にガス燃料が供給されてそれぞれ予混合
燃焼バーナーの内部に噴射するものとする。(4) In the gas turbine combustor according to any one of the above (1) to (3), preferably, the fuel injection means is a double pipe of an inner pipe and an outer pipe arranged coaxially. It is a fuel nozzle with a structure, in which liquid fuel is supplied into the inner tube,
It is assumed that gas fuel is supplied between the inner pipe and the outer pipe and injected into the premixed combustion burner.
【００２５】これにより、燃料ノズルの数を少なくして
構造を簡単にすることができると共に、液体燃料の蒸発
混合距離をガス燃料の混合距離よりも短くして自己発火
を防止することができる。This makes it possible to simplify the structure by reducing the number of fuel nozzles, and to prevent self-ignition by making the evaporative mixing distance of the liquid fuel shorter than the mixing distance of the gas fuel.
【００２６】（５）上記（１）〜（４）のいずれかのガ
スタービン燃焼器において、前記保炎器は、略三角柱形
状であり、そのうちの１つの側面が前方側に面している
ものとする。(5) In the gas turbine combustor according to any one of the above (1) to (4), the flame stabilizer has a substantially triangular prism shape, one of which faces forward. And
【００２７】これにより、保炎器の上流部における予混
合気の剥離をなくし、予混合燃焼バーナー内部に予混合
火炎が流入する逆火を防止できる。Thus, the separation of the premixed gas upstream of the flame stabilizer can be prevented, and a flashback in which the premixed flame flows into the premixed combustion burner can be prevented.
【００２８】（６）上記（１）〜（５）のいずれかのガ
スタービン燃焼器において、前記保炎器は、その後方側
の縁が軸方向に対して垂直に形成されているものとす
る。(6) In the gas turbine combustor according to any one of (1) to (5), the flame stabilizer has a rear edge formed perpendicular to an axial direction. .
【００２９】これにより、予混合気が保炎器に対して径
方向に均一に流入することができるため、保炎器周囲の
剥離を無くして逆火を防止することができる。Thus, the premixed gas can flow uniformly into the flame stabilizer in the radial direction, so that separation around the flame stabilizer can be prevented and flashback can be prevented.
【００３０】（７）上記（１）〜（５）のいずれかのガ
スタービン燃焼器において、前記保炎器は、前方側に面
している前記側面の周方向幅が内周側及び外周側に近づ
くほど増加する形状であるものとする。(7) In the gas turbine combustor according to any one of the above (1) to (5), in the flame stabilizer, the circumferential width of the side surface facing the front side is the inner circumferential side and the outer circumferential side. It is assumed that the shape increases as approaching.
【００３１】これにより、保炎器の両端と予混合燃焼バ
ーナーとを滑らかな曲面にて接合して、予混合気の流路
に鋭角な角を持つ空間を極力無くし、逆火を防止できる
と共に、保炎器の両端における熱拡散効率・冷却性能を
も向上させることができる。Thus, both ends of the flame stabilizer and the premixed combustion burner are joined with a smooth curved surface, and a space having an acute angle in the flow path of the premixed gas is minimized, and flashback can be prevented. In addition, the heat diffusion efficiency and cooling performance at both ends of the flame stabilizer can also be improved.
【００３２】（８）上記（１）〜（５）のいずれかのガ
スタービン燃焼器において、前記保炎器は、前方側に面
している前記側面の周方向幅が内周側に近づくほど拡大
する形状であるものとする。(8) In the gas turbine combustor according to any one of the above (1) to (5), the flame stabilizer may be arranged such that the circumferential width of the side surface facing the front side approaches the inner circumferential side. It is assumed that the shape is enlarged.
【００３３】これにより、保炎器における内周側の保炎
面を広く形成できるため、拡散火炎と予混合火炎の干渉
領域を拡大させて燃焼安定性を向上させることができ
る。Thus, the flame holding surface on the inner peripheral side of the flame stabilizer can be formed wider, so that the interference region between the diffusion flame and the premixed flame can be expanded to improve the combustion stability.
【００３４】（９）上記（１）〜（８）のいずれかのガ
スタービン燃焼器において、前記予混合燃焼バーナーの
流路を周方向に分割する仕切り板を設けたものとする。(9) In the gas turbine combustor according to any one of the above (1) to (8), a partition plate for dividing a flow path of the premixed combustion burner in a circumferential direction is provided.
【００３５】これにより、予混合燃焼バーナーの内部に
おける予混合気（若しくは予混合用空気）の周方向への
偏流を抑制し、予混合燃焼バーナー出口の流速偏差や燃
料濃度偏差を減少させて、ＮＯｘの低減及び逆火を防止
できる。This suppresses the circumferential drift of the premixed air (or premixing air) inside the premixed combustion burner, reduces the flow velocity deviation and the fuel concentration deviation at the outlet of the premixed combustion burner, NOx reduction and flashback can be prevented.
【００３６】（１０）上記（９）のガスタービン燃焼器
において、前記仕切り板は、前記保炎器に接合している
ものとする。(10) In the gas turbine combustor of the above (9), the partition plate is joined to the flame stabilizer.
【００３７】これにより、仕切り板は支持構造物として
保炎器を含む予混合燃焼バーナー周囲の構造強度を向上
させることができる。Accordingly, the partition plate can improve the structural strength around the premixed combustion burner including the flame stabilizer as a support structure.
【００３８】（１１）上記（９）又は（１０）のガスタ
ービン燃焼器において、前記燃料噴射手段が前記仕切り
板に設置されているものとする。(11) In the gas turbine combustor according to (9) or (10), the fuel injection means is provided on the partition plate.
【００３９】これにより、燃料噴射手段の構造強度が向
上するだけでなく、予混合燃焼バーナー内部の構造を簡
略化できる。This not only improves the structural strength of the fuel injection means but also simplifies the internal structure of the premixed combustion burner.
【００４０】（１２）上記（２）〜（１１）のいずれか
のガスタービン燃焼器において、前記パイロットバーナ
ーが、前記火炎伝播管の周方向位置と一致する配置の燃
料噴射孔を備えているものとする。(12) In the gas turbine combustor according to any one of the above (2) to (11), the pilot burner has a fuel injection hole arranged so as to coincide with a circumferential position of the flame propagation tube. And
【００４１】これにより、保炎器の保炎面に沿って火炎
伝播管にまで到達可能な周方向位置に拡散火炎を形成す
ることができ、確実に他の燃焼器を着火させることがで
きる。Accordingly, a diffusion flame can be formed at a circumferential position that can reach the flame propagation tube along the flame holding surface of the flame stabilizer, and the other combustor can be reliably ignited.
【００４２】（１３）上記（１）〜（１２）のいずれか
のガスタービン燃焼器において、前記保炎器に補助燃料
を噴射可能な補助燃料噴射手段を設けているものとす
る。(13) In the gas turbine combustor according to any one of the above (1) to (12), it is assumed that auxiliary fuel injection means capable of injecting auxiliary fuel into the flame stabilizer is provided.
【００４３】これにより、拡散燃焼を単独で行っている
状態から拡散燃焼及び予混合燃焼を併せて行う状態に切
り替える際に、補助燃料を供給して保炎面に拡散火炎を
形成し、予混合火炎の安定化させて未燃成分の排出量を
抑制することができる。またこの保炎面にて補助燃料と
予混合気を急速に混合し燃焼させることにより、ＮＯｘ
排出量を低減することができる。Thus, when switching from the state in which diffusion combustion is performed alone to the state in which diffusion combustion and premix combustion are performed together, auxiliary fuel is supplied to form a diffusion flame on the flame holding surface, and the premixing is performed. It is possible to stabilize the flame and suppress the emission of unburned components. In addition, the auxiliary fuel and the premixed gas are rapidly mixed and burned on the flame holding surface, so that NOx
Emissions can be reduced.
【００４４】（１４）上記（１）〜（１３）のいずれか
のガスタービン燃焼器において、前記保炎器に冷却媒体
を噴射可能な冷却媒体噴射手段を設けているものとす
る。(14) In the gas turbine combustor according to any one of the above (1) to (13), a cooling medium injection means capable of injecting a cooling medium into the flame stabilizer is provided.
【００４５】これにより、燃焼室に形成する火炎の温度
を直接低下させることが可能となり、明確な火炎や高温
部分を形成させることなくＮＯｘを効果的に低減するこ
とができる。Thus, the temperature of the flame formed in the combustion chamber can be directly reduced, and NOx can be effectively reduced without forming a clear flame or a high-temperature portion.
【００４６】[0046]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従い説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００４７】図１は、本発明の第１の実施の形態に係わ
るガスタービン燃焼器であって、軸方向に分断した半体
をその軸方向断面より燃焼ガス流通方向Ａの略下流側か
ら見た斜視図である。なお、以下において、燃焼ガスの
流通方向Ａの下流側を前方側とし、上流側を後方とす
る。FIG. 1 shows a gas turbine combustor according to a first embodiment of the present invention, in which an axially divided half is viewed from substantially the downstream side in the combustion gas flow direction A from its axial cross section. FIG. In the following, the downstream side in the flow direction A of the combustion gas is defined as the front side, and the upstream side is defined as the rear side.
【００４８】図１において、１はガスタービン燃焼器で
あって、ガスタービン燃焼器１は燃焼器外筒壁２と、エ
ンドフランジ３と、予混合器４と、燃焼器内筒壁５と、
拡散燃焼バーナー６と、複数の保炎器７と、複数の燃料
噴射ノズル８と、火炎伝播管９とを備えている。なお予
混合器４と燃料噴射ノズル８とを組み合わせて予混合燃
焼バーナー１０が構成されている。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a gas turbine combustor. The gas turbine combustor 1 includes a combustor outer cylinder wall 2, an end flange 3, a premixer 4, a combustor inner cylinder wall 5,
A diffusion combustion burner 6, a plurality of flame stabilizers 7, a plurality of fuel injection nozzles 8, and a flame propagation tube 9 are provided. A premix combustion burner 10 is configured by combining the premixer 4 and the fuel injection nozzle 8.
【００４９】燃料器外筒壁２は略円筒形状であり、その
後方開口部が円形のエンドフランジ３の前方側面に接合
されている。The outer wall 2 of the fuel container has a substantially cylindrical shape, and its rear opening is joined to the front side surface of the circular end flange 3.
【００５０】予混合器４は、予混合器外筒壁１１と予混
合器内筒壁１２の２重筒構造であって、燃焼器外筒壁２
の内部で同軸心的に配置されており、予混合器内筒壁１
２の後方開口部がエンドフランジ３の前方側面に設置さ
れている。予混合器外筒壁１１の後方端部および前方端
部は、それぞれ予混合器内筒壁１２の後方端部および前
方端部よりも前方に位置しており、それらの前方端部の
間に複数の保炎器７が放射状に設置されていることによ
り予混合器外筒壁１１が支持されている。また予混合器
内筒壁１２の後方側面には空気流入孔１３が周方向に複
数設けられている。The premixer 4 has a double cylinder structure of a premixer outer cylinder wall 11 and a premixer inner cylinder wall 12, and has a combustor outer cylinder wall 2.
Are arranged coaxially inside the inner wall of the premixer 1
Two rear openings are provided on the front side surface of the end flange 3. The rear end and the front end of the premixer outer cylinder wall 11 are located forward of the rear end and the front end of the premixer inner cylinder wall 12, respectively. The premixer outer cylinder wall 11 is supported by the radial arrangement of the plurality of flame stabilizers 7. A plurality of air inflow holes 13 are provided on the rear side surface of the premixer inner cylinder wall 12 in the circumferential direction.
【００５１】燃焼器内筒壁５は、予混合器外筒壁１１の
前方端部に嵌合設置されており、後方の側壁に火炎伝播
孔１４が１つ設けられている。また予混合燃焼バーナー
１０より前方側でこの燃焼器内筒壁５に囲まれた内部の
空間が燃焼室１５を形成している。The inner wall 5 of the combustor is fitted to the front end of the outer cylinder wall 11 of the premixer, and one flame propagation hole 14 is provided in the rear side wall. Further, a space inside the combustor inner cylinder wall 5 on the front side of the premixed combustion burner 10 forms a combustion chamber 15.
【００５２】各保炎器７は略三角柱形状であって、径方
向に形成された１つの縁７ａ（側辺）が軸方向後方側に
向かう配置にあり、この後方の縁７ａに対向する側面が
保炎面７ｂとして前方側の燃焼室１５に面した配置とな
っている。またこの前方側の保炎面（及びその周方向の
２つの縁７ｃ，７ｄ）を含む略三角柱形状の全体が、そ
の内周側よりも外周側の方を前方側に位置するような傾
斜配置で設置されている。Each flame stabilizer 7 has a substantially triangular prism shape, and one edge 7a (side) formed in the radial direction is arranged toward the rear side in the axial direction, and a side surface facing the rear edge 7a. Are arranged facing the combustion chamber 15 on the front side as the flame holding surface 7b. In addition, the entire triangular prism including the front flame holding surface (and the two circumferential edges 7c and 7d) is inclined so that the outer peripheral side is located on the front side with respect to the inner peripheral side. It is installed in.
【００５３】拡散燃焼バーナー６は、複数の燃焼空気孔
１６が円周状に設けられた環状テーパ型の空気孔プレー
ト１７と、この空気孔プレート１７の中央に設置された
略円筒形状の旋回器１８と、エンドフランジ３を貫通し
て旋回器１８の中央に嵌合設置されたガス燃料管１９
と、このガス燃料管１９の内部に配置されたアトマイズ
空気管２０と、このアトマイズ空気管２０の内部に配置
された液体燃料管２１とを備えている。The diffusion combustion burner 6 has an annular tapered air hole plate 17 in which a plurality of combustion air holes 16 are provided circumferentially, and a substantially cylindrical swirler installed at the center of the air hole plate 17. And a gas fuel pipe 19 penetrating through the end flange 3 and fitted at the center of the swirler 18.
And an atomizing air pipe 20 disposed inside the gas fuel pipe 19, and a liquid fuel pipe 21 disposed inside the atomizing air pipe 20.
【００５４】またガス燃料管１９の前方開口部には、環
状のガス燃料孔プレート２２が嵌合設置されており、こ
のガス燃料孔プレート２２の周方向には複数のガス燃料
孔２３が設けられている。アトマイズ空気管２０の前方
開口部には、液体燃料孔プレート２４が嵌合設置されて
おり、その中央には液体燃料孔２５が設けられている。
液体燃料管２１の前方端部には円錐型の液体燃料ノズル
２６が設けられており、この先端は液体燃料孔２５の後
方近傍に位置している。An annular gas fuel hole plate 22 is fitted at the front opening of the gas fuel pipe 19, and a plurality of gas fuel holes 23 are provided in the circumferential direction of the gas fuel hole plate 22. ing. A liquid fuel hole plate 24 is fitted and installed in the front opening of the atomizing air pipe 20, and a liquid fuel hole 25 is provided in the center thereof.
A liquid fuel nozzle 26 having a conical shape is provided at a front end of the liquid fuel pipe 21, and the front end is located near the rear of the liquid fuel hole 25.
【００５５】以上の構成の拡散燃焼バーナー６は、全体
が予混合器内筒壁１２の内部に同軸心的に設置されてい
ることによりパイロットバーナーとして機能するもので
ある。The diffusion combustion burner 6 having the above-described structure functions as a pilot burner because it is installed coaxially inside the premixer inner cylinder wall 12.
【００５６】燃料噴射ノズル８は、外管８ａと内管８ｂ
の２重管構造となっており、内管８ｂは外管８ａよりも
長く、外管８ａと内管８ｂの後方端部はそれぞれエンド
フランジ３の前方側面に設置されている。外管８ａおよ
び内管８ｂの前方端部はそれぞれ封止されており、また
外管８ａの前方端部の近傍外周上には２つのガス燃料噴
射孔２７が、内管８ｂの前方端部の近傍外周上には２つ
の液体燃料噴射孔２８が設けられている。The fuel injection nozzle 8 includes an outer pipe 8a and an inner pipe 8b.
The inner tube 8b is longer than the outer tube 8a, and the rear ends of the outer tube 8a and the inner tube 8b are respectively installed on the front side surface of the end flange 3. The front ends of the outer tube 8a and the inner tube 8b are respectively sealed, and two gas fuel injection holes 27 are provided on the outer periphery near the front end of the outer tube 8a. Two liquid fuel injection holes 28 are provided on the outer periphery in the vicinity.
【００５７】火炎伝播管９は、その一端が燃焼器外筒壁
２を貫通し、燃焼器内筒壁５の側壁後方に設けられた火
炎伝播孔１４に連通接続されている。One end of the flame propagation tube 9 penetrates the outer wall 2 of the combustor, and is connected to a flame propagation hole 14 provided behind the side wall of the inner wall 5 of the combustor.
【００５８】図２は、火炎伝播管９で結合した２つのガ
スタービン燃焼器１を、図１中の燃焼ガス流通方向Ａの
下流側から見た正面図である。FIG. 2 is a front view of the two gas turbine combustors 1 connected by the flame propagation tube 9 as viewed from the downstream side in the combustion gas flow direction A in FIG.
【００５９】図２において、燃料噴射手段である各燃料
噴射ノズル８は保炎器７と同じ本数設けられており、そ
れらの配置は予混合器外筒壁１１と予混合器内筒壁１２
の間（即ち予混合燃焼バーナー１０の内部）であって、
隣り合う２つの保炎器７の間の周方向位置に配置されて
いる。また各ガスタービン燃焼器１の拡散燃焼バーナー
６において、ガス燃料孔２３の１つ（ガス燃料孔２３
ｉ）と火炎伝播孔１４（火炎伝播管９の接続箇所）が同
一の保炎器７ｉと一致する周方向位置に配置されてい
る。In FIG. 2, the same number of fuel injection nozzles 8 as fuel injection means as the number of flame stabilizers 7 are provided, and their arrangement is made up of a premixer outer cylinder wall 11 and a premixer inner cylinder wall 12.
(Ie, inside the premixed combustion burner 10)
It is arranged at a circumferential position between two adjacent flame stabilizers 7. In the diffusion combustion burner 6 of each gas turbine combustor 1, one of the gas fuel holes 23 (the gas fuel holes 23
i) and the flame propagation hole 14 (the connection point of the flame propagation tube 9) are arranged at circumferential positions coincident with the same flame stabilizer 7i.
【００６０】次に、以上のように構成した拡散燃焼バー
ナー、および予混合燃焼バーナーのそれぞれの燃焼動作
を説明する。Next, the respective combustion operations of the diffusion combustion burner and the premix combustion burner configured as described above will be described.
【００６１】図１において、図示しない圧縮機より供給
された燃焼用空気３０ａが、燃焼器外筒壁２と燃焼器内
筒壁５の間において後方へ向けて流入供給されている。In FIG. 1, combustion air 30a supplied from a compressor (not shown) flows backward between the combustor outer tube wall 2 and the combustor inner tube wall 5 and is supplied.
【００６２】ガスタービン燃焼器１の軸心上に設置され
た拡散燃焼バーナー６は、燃焼用空気３０ａより空気流
入孔１３を通過して分流された拡散燃焼用空気３０ｂ
を、旋回器８に通して前方の燃焼室１５に旋回噴射さ
せ、更にガス燃料孔２３および液体燃料孔２５からそれ
ぞれ拡散燃焼用ガス燃料３１ｂおよび拡散燃焼用液体燃
料３２ｂを噴射させて、それら燃料３１ｂ，３２ｂと空
気３０ｂを前方の燃焼室１５で混合し、図示しない着火
装置により着火して拡散火炎を形成する。The diffusion combustion burner 6 installed on the axis of the gas turbine combustor 1 diffuses the combustion air 30b which is diverted from the combustion air 30a through the air inlet hole 13.
Is swirled into the front combustion chamber 15 through the swirler 8, and further diffused gas fuel 31 b and diffused combustion liquid fuel 32 b are injected from the gas fuel holes 23 and the liquid fuel holes 25, respectively. 31b, 32b and air 30b are mixed in the front combustion chamber 15 and ignited by an ignition device (not shown) to form a diffusion flame.
【００６３】拡散燃焼時における燃料の未燃焼分の発生
を防止しつつ燃焼安定性を向上させるために、旋回器１
８の外周の空気孔プレート１７に設けた燃焼空気孔１６
からも拡散燃焼用空気３０ｂが噴射され、更に液体燃料
は液体燃料ノズル２６より噴射された直後、その周囲に
供給されたアトマイズ空気３０ｄと共に液体燃料孔２５
から噴射されることにより微粒化される。In order to improve combustion stability while preventing generation of unburned fuel during diffusion combustion, the swirler 1
Air holes 16 provided in an air hole plate 17 on the outer periphery of
Immediately after the liquid fuel is injected from the liquid fuel nozzle 26, the diffusion fuel air 30b is injected together with the atomized air 30d supplied therearound.
It is atomized by being sprayed from.
【００６４】以上のようにパイロットバーナーである拡
散燃焼バーナー６により拡散火炎が形成されて安定した
後に、拡散燃焼バーナー６の周囲に設置された環状の予
混合燃焼バーナー１０にも燃料が供給されて予混合燃焼
が開始される。As described above, after the diffusion flame is formed and stabilized by the diffusion combustion burner 6 serving as the pilot burner, fuel is also supplied to the annular premixed combustion burner 10 installed around the diffusion combustion burner 6. Premix combustion is started.
【００６５】つまり予混合器外筒壁１１と予混合器内筒
壁１２の間、すなわち予混合燃焼バーナー１０の内部に
おいて、燃焼用空気３０ａより分流されて前方に向かっ
て流れる予混合燃焼用空気３０ｃと、複数の燃料噴射ノ
ズル８から噴射された予混合燃焼用ガス燃料３１ｃおよ
び予混合燃焼用液体燃料３２ｃが予め混合して予混合気
３３を生成し、この予混合気３３下流の燃焼室１５の入
口（即ち予混合燃焼バーナー１０の出口）に設けられた
保炎器７によって、後述するような予混合火炎を形成し
保炎する。That is, between the premixer outer cylinder wall 11 and the premixer inner cylinder wall 12, that is, inside the premix combustion burner 10, the premix combustion air diverted from the combustion air 30a and flowing forward. 30c, the premixed combustion gas fuel 31c and the premixed combustion liquid fuel 32c injected from the plurality of fuel injection nozzles 8 are mixed in advance to generate a premixed gas 33, and a combustion chamber downstream of the premixed gas 33 is generated. The flame stabilizer 7 provided at the inlet 15 (that is, the outlet of the premix combustion burner 10) forms a premix flame as described later and holds the flame.
【００６６】ここで、燃料噴射ノズル８の内管８ｂ中に
は予混合燃焼用ガス燃料３１ｃが、内管８ｂと外管８ａ
の間には予混合燃焼用液体燃料３２ｃが供給され、それ
ぞれガス燃料噴射孔２７及び液体燃料噴射孔２８から予
混合燃焼バーナー１０の内部に噴射される。そのうち予
混合燃焼用液体燃料３２ｃの場合は、噴射された直後よ
り予混合燃焼バーナー１０の中で高温の予混合燃焼用空
気１２ｃにより予蒸発されながら混合する。また、この
ように２つの燃料３１ｃ，３２ｃを噴射するノズルを一
体に構成しているため、燃焼器１はノズルの数の少ない
簡単な構造になっている。Here, the premixed combustion gas fuel 31c is filled in the inner pipe 8b of the fuel injection nozzle 8 with the inner pipe 8b and the outer pipe 8a.
During this time, the premixed combustion liquid fuel 32c is supplied and injected into the interior of the premixed combustion burner 10 from the gas fuel injection holes 27 and the liquid fuel injection holes 28, respectively. In the case of the premixed combustion liquid fuel 32c, the premixed combustion fuel is mixed while being pre-evaporated by the high-temperature premixed combustion air 12c in the premixed combustion burner 10 immediately after the injection. Further, since the nozzles for injecting the two fuels 31c and 32c are integrally formed as described above, the combustor 1 has a simple structure with a small number of nozzles.
【００６７】また上記構成の保炎器７を備えていること
により、環状の予混合燃焼バーナー１０の流路を周方向
に絞ると共に、傾斜した方向に流路出口面積が拡大して
いるため、予混合燃焼バーナー１０における圧力損失の
増加を抑えながら、予混合気３３が予混合燃焼バーナー
１０から燃焼室１５の軸心へ収束する方向に流出され
る。Since the flame stabilizer 7 having the above structure is provided, the flow path of the annular premixed combustion burner 10 is narrowed in the circumferential direction, and the outlet area of the flow path is increased in the inclined direction. The premixed gas 33 flows out of the premixed combustion burner 10 in a direction converging to the axis of the combustion chamber 15 while suppressing an increase in pressure loss in the premixed combustion burner 10.
【００６８】図３は、図２中のＸ−Ｘ断面を矢視Ｂから
見た側面図であって、保炎器７の保炎原理を説明する図
である。FIG. 3 is a side view of the XX section in FIG. 2 as viewed from the arrow B, and is a view for explaining the principle of flame holding of the flame stabilizer 7.
【００６９】図３において、燃料噴射ノズル８より噴射
された予混合燃焼用ガス燃料３１ｃ及び予混合燃焼用液
体燃料３２ｃが予混合燃焼用空気３０ｃと混合して予混
合気３３となり、保炎器７の背面（保炎面７ｂ）近傍の
下流部に循環流領域３４を形成する。この循環流３４が
拡散火炎により着火されることで保炎器７は常に安定し
た予混合火炎３６を保炎することができる。In FIG. 3, the premixed combustion gas fuel 31c and the premixed combustion liquid fuel 32c injected from the fuel injection nozzle 8 are mixed with the premixed combustion air 30c to form a premixed air 33, and a flame stabilizer. A circulating flow region 34 is formed in a downstream portion near the back surface (flame holding surface 7b) of 7. Since the circulating flow 34 is ignited by the diffusion flame, the flame stabilizer 7 can always maintain a stable premixed flame 36.
【００７０】ここで、前述したように各燃料噴射ノズル
８は、予混合燃焼バーナー１０の内部で各保炎器７と異
なる周方向位置に配置されているため、予混合燃焼用液
体燃料３２ｃが噴射されて十分に蒸発できなかった場合
でも、この未蒸発分の燃料が直接保炎器７の保炎面７ｂ
に付着することなく、そのまま燃焼器を吹き抜けて円滑
に排出されることになり、この結果、保炎器への付着・
炭化（コーキング）を防ぐことができる。Here, as described above, since each fuel injection nozzle 8 is arranged at a circumferential position different from each flame stabilizer 7 inside the premixed combustion burner 10, the liquid fuel 32c for premixed combustion is supplied. Even if the fuel is not sufficiently evaporated after being injected, the fuel that has not evaporated is directly transferred to the flame holding surface 7b of the flame stabilizer 7.
Without adhering to the combustor, it is discharged smoothly through the combustor.
Carbonization (caulking) can be prevented.
【００７１】また、予混合燃焼用空気３０ｃの温度が高
い場合、予混合燃焼用液体燃料３２ｃは蒸発過程におい
て自己着火する恐れがあるため、液体燃料噴射孔２８は
ガス燃料噴孔２７よりも下流側（前方側）に設け、蒸発
混合距離を短くし、自己着火を防止している。更に保炎
器７は、１つの縁７ａを上流側（後方側）に向けた三角
柱の形状であるため、予混合気３３は流路が滑らかに分
岐されて保炎器７の上流側における剥離を無くし、予混
合燃焼バーナー１０内部に予混合火炎３６が流入するこ
とを極力防止している。When the temperature of the premixed combustion air 30c is high, the premixed combustion liquid fuel 32c may self-ignite during the evaporation process, so that the liquid fuel injection holes 28 are located downstream of the gas fuel injection holes 27. Side (front side) to shorten the evaporation mixing distance and prevent self-ignition. Further, since the flame stabilizer 7 has a triangular prism shape with one edge 7a directed to the upstream side (rearward side), the premixed gas 33 is smoothly branched in the flow path and separated at the upstream side of the flame stabilizer 7. To prevent the premixed flame 36 from flowing into the premixed combustion burner 10 as much as possible.
【００７２】なお、本実施の形態のガスタービン燃焼器
１において、ガスタービンの負荷の大きさに対するガス
燃料の供給可能量が十分である場合には、拡散燃焼バー
ナー６および予混合燃焼バーナー１０の両方ともガス燃
料単独で運用することも可能であり、その場合には液体
燃料はガス燃料の不足分を補充するためのバックアップ
燃料として利用する形態となる。In the gas turbine combustor 1 of the present embodiment, when the supply amount of the gaseous fuel with respect to the load of the gas turbine is sufficient, the diffusion combustion burner 6 and the premix combustion burner 10 are not used. Both can be operated with gas fuel alone, in which case the liquid fuel will be used as a backup fuel to supplement the shortage of gas fuel.
【００７３】次に、以上説明した拡散燃焼と予混合燃焼
の両方を行う本実施の形態のガスタービン燃焼器の具体
的な運転行程を説明する。Next, a specific operation process of the gas turbine combustor according to the present embodiment that performs both the diffusion combustion and the premix combustion described above will be described.
【００７４】まずガスタービンに複数設置されているガ
スタービン燃焼器が、それぞれ火炎伝播管で接続されて
おり、そのうちの１つの燃焼器１において拡散燃焼バー
ナー６にのみ拡散燃焼用ガス燃料３１ｂ、若しくは拡散
燃焼用液体燃料３２ｂを供給噴射させた後、図示しない
着火装置を用いて図４に示すような拡散火炎３５ａ，３
５ｂを着火形成させる。このように拡散燃焼用ガス燃料
３１ｂ及び拡散燃焼用液体燃料３２ｂは、拡散燃焼用空
気３０ｂと混合して熱反応を起こすことにより拡散火炎
３５ａ，３５ｂを形成し、拡散燃焼バーナー６によって
保炎される。First, a plurality of gas turbine combustors installed in the gas turbine are connected by flame propagation tubes, and in one of the combustors 1, the gas fuel 31b for diffusion combustion only to the diffusion combustion burner 6 or After supplying and injecting the liquid fuel 32b for diffusion combustion, the diffusion flames 35a, 3a as shown in FIG.
5b is ignited. As described above, the diffusion combustion gas fuel 31b and the diffusion combustion liquid fuel 32b are mixed with the diffusion combustion air 30b to cause a thermal reaction to form diffusion flames 35a and 35b, which are held by the diffusion combustion burner 6. You.
【００７５】またこの時点では、予混合燃焼バーナー１
０には予混合燃焼用空気３０ｃのみが供給されて出口か
ら高速で流出しているため、この高速の空気流と交差す
る位置の拡散火炎３５ａは希釈されてしまう。しかし保
炎器７の保炎面７ｂ近傍の下流域においては、低速の循
環流領域３４となっているため、拡散火炎３５ａは各保
炎器７の保炎面７ｂに添ってのみ放射状に広がる。At this time, the premixed combustion burner 1
Since only the premixed combustion air 30c is supplied to 0 and flows out of the outlet at a high speed, the diffusion flame 35a at a position intersecting with the high-speed air flow is diluted. However, in the downstream area near the flame holding surface 7 b of the flame stabilizer 7, the diffusion flame 35 a spreads radially only along the flame holding surface 7 b of each flame stabilizer 7 because of the low-speed circulation flow region 34. .
【００７６】ここで上述したようにガス燃料孔プレート
２２に設けられたガス燃料孔の１つ（ガス燃料孔２３
ｉ）と、燃焼器内筒壁５の側壁に連通接続された火炎伝
播管９は、共に１つの保炎器７ｉと同じ周方向位置に配
置されている。したがってこのガス燃料孔２３ｉより下
流側に形成された拡散火炎３５ｉａは、確実に保炎器７
ｉの保炎面７ｉｂに沿って広がり、この拡散火炎３５ｉ
ａによって生じた高温の燃焼ガスは、予混合燃焼用空気
３０ｃに希釈されることなく火炎伝播管９に流入するこ
とが可能となって隣接する他の燃焼器を着火することが
できる。Here, as described above, one of the gas fuel holes provided in the gas fuel hole plate 22 (the gas fuel hole 23
i) and the flame propagation tube 9 communicatively connected to the side wall of the combustor inner cylinder wall 5 are both arranged at the same circumferential position as one flame stabilizer 7i. Therefore, the diffusion flame 35ia formed on the downstream side of the gas fuel hole 23i can surely prevent the flame stabilizer 7
i spreads along the flame holding surface 7ib, and this diffusion flame 35i
The high-temperature combustion gas generated by a can flow into the flame propagation tube 9 without being diluted by the premixed combustion air 30c, and can ignite another adjacent combustor.
【００７７】なお、ガス燃料を用いた燃焼により他の燃
焼器を火炎伝播管によって着火させる場合、拡散火炎３
５ａに加えて予混合燃焼用ガス燃料３１ｃも供給し予混
合火炎３６も形成することによって、更に火炎の伝搬特
性を向上させることができる。しかし、まだこのような
着火時に液体燃料を使用しても、予混合用空気の温度が
低く液体燃料を完全に蒸発させることができないため、
拡散燃焼のみに液体燃料を供給しての着火となる。When another combustor is ignited by the flame propagating tube by the combustion using gaseous fuel, the diffusion flame 3
By supplying the premixed combustion gas fuel 31c in addition to 5a and forming the premixed flame 36, the flame propagation characteristics can be further improved. However, even if liquid fuel is used at the time of such ignition, the temperature of the premixing air is low and the liquid fuel cannot be completely evaporated.
The ignition is performed by supplying the liquid fuel only for the diffusion combustion.
【００７８】以上のように燃焼器１を着火した後は、拡
散燃焼バーナー６への燃料供給量を増加してガスタービ
ンの昇速運転、及び負荷の低い部分負荷運転を行う。こ
の際、拡散火炎３５ａが前述のように各保炎器７の保炎
面７ｂに沿って広がる他に、軸方向前方側に向けても拡
散火炎３５ｂが延びて形成されている。After the combustor 1 is ignited as described above, the fuel supply to the diffusion combustion burner 6 is increased to perform the gas turbine speed-up operation and the low-load partial load operation. At this time, in addition to the diffusion flame 35a extending along the flame holding surface 7b of each flame stabilizer 7 as described above, the diffusion flame 35b is also formed to extend forward in the axial direction.
【００７９】ここで、前述したように各保炎器７は、そ
の下流側の保炎面７ｂも含めてその全体が傾斜している
ため、予混合燃焼バーナー１０の環状出口から予混合燃
焼用空気３０ｃが流出して各保炎器７を通過する時に
は、この予混合燃焼用空気３０ｃが燃焼器の軸心Ｃに向
かって収束する方向、即ち拡散燃焼バーナー６前方側に
延びる拡散火炎３５ｂに向かって流出する。これによ
り、燃焼室１５の前方部においては、予混合燃焼用空気
３０ｃと拡散火炎３５ａ，３５ｂによる燃焼ガスの混合
が促進して燃焼器出口の径方向の温度偏差が抑えられ、
さらに前方に位置する図示しないタービン翼の焼損を防
止できる。また、予混合燃焼用空気３０ｃによる希釈効
果から、拡散火炎３５ａ，３５ｂの長炎化を防止できる
ため、高温燃焼領域が減少しＮＯｘ排出量が低減でき
る。Here, as described above, each flame stabilizer 7 including the flame holding surface 7b on the downstream side is inclined as a whole. When the air 30c flows out and passes through each flame stabilizer 7, the premixed combustion air 30c converges toward the axis C of the combustor, that is, in the diffusion flame 35b extending forward of the diffusion combustion burner 6. Outflow toward. Thereby, in the front part of the combustion chamber 15, the mixing of the combustion gas by the premixed combustion air 30c and the diffusion flames 35a, 35b is promoted, and the temperature deviation in the radial direction at the combustor outlet is suppressed,
Further, it is possible to prevent burnout of a turbine blade (not shown) located forward. In addition, the diffusion effect of the premixed combustion air 30c can prevent the diffusion flames 35a and 35b from becoming longer, so that the high-temperature combustion region can be reduced and the NOx emission can be reduced.
【００８０】図５は、高負荷運転時において、燃焼安定
化のための拡散燃焼と共に、更に予混合燃焼用の燃料を
供給してＮＯｘ低減のための希薄予混合燃焼を行った場
合の火炎状態を示す図である。FIG. 5 shows the flame state in the case where the fuel for the premixed combustion is further supplied to perform the lean premixed combustion for the reduction of NOx in addition to the diffusion combustion for the combustion stabilization during the high load operation. FIG.
【００８１】図５において、放射状の配置であって、更
に内周側よりも外周側を前方側に位置させるような傾斜
配置で設置された保炎器７により、拡散火炎３５ａは保
炎器７に沿って燃焼器１の径方向へ放射状に広がり、予
混合火炎３６は燃焼器の軸心Ｃに向かって収束する方向
へ伸びる。このため、高温の拡散火炎３５ａ，３５ｂと
希薄燃焼による低温の予混合火炎３６が燃焼室１５中で
交差し、燃焼室１５の後方部においての瞬時温度均一化
によるＮＯｘ低減と燃焼安定化を促進している。In FIG. 5, the diffusion flame 35a is spread radially, and the diffusion flame 35a is placed in a slanted position such that the outer peripheral side is located forward from the inner peripheral side. Along the radial direction of the combustor 1, and the premixed flame 36 extends in a direction converging toward the axis C of the combustor. For this reason, the high-temperature diffusion flames 35a and 35b and the low-temperature premixed flame 36 due to lean combustion intersect in the combustion chamber 15, and the instantaneous temperature uniformization behind the combustion chamber 15 promotes NOx reduction and combustion stabilization. are doing.
【００８２】以上説明したように本実施の形態によれ
ば、燃料噴射ノズル８より噴射後の予混合燃焼用液体燃
料３２ｃの予蒸発が不十分であっても、保炎器７の保炎
面７ｂに付着することなくそのまま燃焼器１を吹き抜け
て円滑に排出されることになり、そのため保炎器７への
コーキングを防ぐことができる。As described above, according to the present embodiment, even if the pre-evaporation of the premixed combustion liquid fuel 32c after injection from the fuel injection nozzle 8 is insufficient, the flame holding surface of the flame holder 7 The gas is blown through the combustor 1 as it is without adhering to the combustor 7b, and is smoothly discharged. Therefore, coking to the flame stabilizer 7 can be prevented.
【００８３】また、着火時には予混合燃焼バーナー１０
の出口に到達した拡散火炎３５ａのうち、保炎器７の保
炎面７ｂに沿って拡散した火炎のみが予混合燃焼用空気
３０ｃにより希釈されることなく火炎伝播管９を介して
他の燃焼器を着火させることができる。At the time of ignition, the premixed combustion burner 10
Out of the diffusion flame 35a that has reached the outlet of the flame, only the flame that has spread along the flame holding surface 7b of the flame stabilizer 7 is not diluted by the premixed combustion air 30c, and is not diluted by the premixed combustion air 30c. The vessel can be ignited.
【００８４】また、予混合燃焼用空気３０ｃ又は予混合
火炎３６が保炎器７の下流側の縁７ｃ，７ｄを通過した
後に燃焼器の軸心Ｃへ収束する方向に流出し、拡散火炎
３５ａ，３５ｂを十分に希釈混合するため、拡散火炎３
５ａ，３５ｂの長炎化を防いでＮＯｘの発生を低減し、
また燃焼器１出口の燃焼温度偏差の発生を防いでタービ
ン翼の損傷を防止できる。After the premixed combustion air 30c or the premixed flame 36 has passed through the downstream edges 7c and 7d of the flame stabilizer 7, the premixed combustion air 30c or the premixed flame 36 flows out in a direction converging on the axis C of the combustor, and the diffusion flame 35a , 35b are sufficiently diluted and mixed.
5a and 35b are prevented from being prolonged, reducing the generation of NOx,
Further, the occurrence of a combustion temperature deviation at the outlet of the combustor 1 can be prevented, and damage to the turbine blades can be prevented.
【００８５】なお、本発明における保炎器の構成は図１
に示したような形状に限られず、基本的に略三角柱形状
であれば以下に示すように変形した形状としてもよい。The structure of the flame stabilizer according to the present invention is shown in FIG.
The shape is not limited to the shape shown in FIG. 1, but may be a modified shape as shown below as long as it is basically a triangular prism shape.
【００８６】例えば、図６に示すように、予混合気３３
の上流側から保炎器７Ａに向かって流れる方向（燃焼器
軸方向）に対し、燃焼室１５に面した保炎面７Ａｂは傾
斜している一方、予混合気３３が最初に接触する後方側
の縁７Ａａを予混合気３３の流れ方向と垂直になる形状
とし、また保炎面７Ａｂ以外の２つの側面７Ａｅ，７Ａ
ｆを凹曲面の形状としてもよい。For example, as shown in FIG.
The flame-holding surface 7Ab facing the combustion chamber 15 is inclined with respect to the direction (combustor axial direction) flowing from the upstream side toward the flame holder 7A, while the premixed gas 33 comes into contact with the rear side first. Of the premixed gas 33 is perpendicular to the flow direction of the premixed gas 33, and two side surfaces 7Ae and 7A other than the flame holding surface 7Ab.
f may be a concave curved surface.
【００８７】このような形状とすることにより、保炎器
７Ａに対して予混合気３３を径方向に均一に流入させる
ことができると共に、周方向において滑らかに流入させ
ることが可能となり、そのため保炎器７Ａ周囲の剥離を
無くして逆火を防止することができる。With such a shape, the premixed gas 33 can flow uniformly into the flame stabilizer 7A in the radial direction, and can flow smoothly in the circumferential direction. Flashback can be prevented by eliminating separation around the flame 7A.
【００８８】また、図７に示すように、保炎器７Ｂの保
炎面７Ｂｂの周方向幅が内周側及び外周側に近づくほど
増加するような形状、即ち保炎面７Ｂｂを鼓型の形状と
してもよい。このような形状とすることにより、保炎器
７Ｂと予混合器外筒壁１１、予混合器内筒壁１２とを滑
らかな曲面にて接合して、予混合気３３の流路に鋭角な
角を持つ空間を極力無くし、逆火を防止すると共に、保
炎器７Ｂの両端における熱拡散効率・冷却性能をも向上
させることができる。As shown in FIG. 7, the shape of the flame holding surface 7Bb of the flame stabilizer 7B is such that the circumferential width of the flame holding surface 7Bb increases toward the inner circumferential side and the outer circumferential side. It may be shaped. With such a shape, the flame stabilizer 7B and the premixer outer cylinder wall 11 and the premixer inner cylinder wall 12 are joined to each other with a smooth curved surface, and an acute angle is formed in the flow path of the premixed gas 33. The space with the corners can be eliminated as much as possible, preventing flashback and improving the heat diffusion efficiency and cooling performance at both ends of the flame stabilizer 7B.
【００８９】また、図８に示すように、保炎器７Ｃ全体
は略三角錐形状をしており、保炎面７Ｃｂが外周側から
内周側に接近するほど拡大するような形状としてもよ
い。予混合燃焼バーナー１０出口において、燃焼器１の
内周側の保炎面７Ｃｂを広く形成できるため、拡散火炎
３５ａと予混合火炎３６の干渉領域を拡大させて燃焼安
定性を向上させることができる。As shown in FIG. 8, the flame stabilizer 7C has a substantially triangular pyramid shape, and may have a shape such that the flame holding surface 7Cb expands from the outer periphery toward the inner periphery. . At the outlet of the premixed combustion burner 10, the flame holding surface 7Cb on the inner peripheral side of the combustor 1 can be formed wider, so that the interference region between the diffusion flame 35a and the premixed flame 36 can be expanded to improve the combustion stability. .
【００９０】なお、上記本実施の形態において、予混合
燃焼バーナー１０内部の予混合燃焼用空気３０ｃ、若し
くは予混合気３３の周方向偏流を抑制するために、予混
合燃焼バーナー１０の内部に仕切り板を設ける構成も有
効である。In the present embodiment, the premixed combustion burner 10 has a partition inside the premixed combustion burner 10 in order to suppress the premixed combustion air 30c or the premixed air 33 from flowing in the circumferential direction. A configuration in which a plate is provided is also effective.
【００９１】図９は、仕切り板を保炎器７Ｄの上流側の
縁７Ｄａに接合した場合の図２中のＸ-Ｘ断面を矢視Ｂ
から見た側面図である。図中、図３に示す部分と同等の
部分には同じ符号を付し説明を省略する。FIG. 9 is a sectional view taken along the line XX in FIG. 2 when the partition plate is joined to the upstream edge 7Da of the flame stabilizer 7D.
It is the side view seen from. In the figure, parts that are the same as the parts shown in FIG. 3 are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted.
【００９２】図９において、各保炎器７Ｄの上流側の縁
７Ｄａに接合しつつ、予混合燃焼バーナー１０の内部に
放射状の配置で仕切り板３７が設置されている。In FIG. 9, partition plates 37 are installed in a radial arrangement inside the premixed combustion burner 10 while being joined to the upstream edge 7Da of each flame stabilizer 7D.
【００９３】このような配置の仕切り板３７は、予混合
燃焼バーナー１０の内部の環状流路を周方向に分割して
いるため、予混合燃焼用空気３０ｃ、若しくは予混合気
３３の周方向の偏流を抑制し、予混合燃焼バーナー１０
出口の流速偏差や燃料濃度偏差を減少させ、ＮＯｘの低
減及び逆火の発生を防止することができる。Since the partition plate 37 having such an arrangement divides the annular flow path inside the premixed combustion burner 10 in the circumferential direction, the partition plate 37 in the circumferential direction of the premixed combustion air 30c or the premixed air 33 is formed. Premix combustion burner 10 that suppresses drifting
The flow velocity deviation and the fuel concentration deviation at the outlet can be reduced, so that the reduction of NOx and the occurrence of flashback can be prevented.
【００９４】また、仕切り板３７は、予混合器外筒壁１
１と予混合器内筒壁１２の間を支持しており、更に保炎
器７Ｄの上流側の縁部７Ｄａに接合されているため、保
炎器７Ｄを含む予混合燃焼バーナー１０周囲の構造強度
を向上させている。The partition plate 37 is provided on the outer wall 1 of the premixer.
1 and the inner wall 12 of the premixer, and further joined to the upstream edge 7Da of the flameholder 7D, so that the structure around the premixed combustion burner 10 including the flameholder 7D is provided. Strength has been improved.
【００９５】また、図１０に示すように、仕切り板３７
Ａに燃料噴射ノズル８Ａを設置する構成としてもよい。
この場合、予混合燃焼用ガス燃料３１ｃは仕切り板３７
Ａの後方側に設けられたガス燃料噴射孔２７から噴射供
給され、予混合燃焼用液体燃料３２ｃは仕切り板３７Ａ
の前方側で燃焼器１の周方向に突出して設けられた液体
燃料噴射ノズル２８Ａの先端から噴射供給される。この
構成の場合、仕切り板３７Ａによって燃料噴射ノズル８
Ａの構造強度が向上するだけでなく、構造が簡略化でき
る。また予混合燃焼用液体燃料３２ｃを周方向に噴射す
ることにより、大きな液体粒子が生成されて燃焼室１５
到達までに蒸発しきらなかった場合でも、粒子が大きい
ほど慣性力によって保炎器７Ｄから離れた周方向位置に
到達するため、予混合燃焼用液体燃料３２ｃが保炎器７
の保炎面７Ｄｂに付着してコーキングするのを防止でき
る。Further, as shown in FIG.
The fuel injection nozzle 8A may be provided at A.
In this case, the premixed combustion gas fuel 31c is supplied to the partition plate 37.
A is injected and supplied from the gas fuel injection holes 27 provided on the rear side of A, and the premixed combustion liquid fuel 32c is supplied to the partition plate 37A.
Is injected and supplied from the front end of a liquid fuel injection nozzle 28A provided in the front side of the combustor 1 so as to protrude in the circumferential direction. In the case of this configuration, the fuel injection nozzle 8 is formed by the partition plate 37A.
Not only the structural strength of A is improved, but also the structure can be simplified. Further, by injecting the premixed combustion liquid fuel 32c in the circumferential direction, large liquid particles are generated and the combustion chamber 15
Even if the vaporization has not been completed before reaching, the larger the particles, the more the inertia force reaches the circumferential position away from the flame stabilizer 7D.
Can be prevented from adhering to the flame holding surface 7Db and caulking.
【００９６】次に、本発明の第２の実施の形態を図１１
により説明する。図中、図１に示す部分と同等の部分に
は同じ符号を付し説明を省略する。本実施の形態は、傾
斜している保炎器の上流側（後方側）の縁に対し、どの
径方向位置においても適切な蒸発混合距離を設けられる
ように構成したものである。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described below. In the figure, parts that are the same as the parts shown in FIG. 1 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted. The present embodiment is configured such that an appropriate evaporative mixing distance can be provided at any radial position with respect to the upstream (rear) edge of the inclined flame stabilizer.
【００９７】図１１に示す本実施の形態のガスタービン
燃焼器１Ａにおいて、空気孔プレート１７Ａには燃焼空
気孔１６が設けられておらず、また旋回器１８Ａの外周
の旋回器外筒壁１８Ａａがガス燃料管１９等と同じ長さ
で、その後方開口部がエンドフランジ３Ａに接合されて
おり、予混合器内筒壁１２Ａと旋回器外筒壁１８Ａａと
の間の円筒空間内が更に周方向に複数分割され、それら
が周方向交互の配置でガス燃料流路４０と液体燃料流路
４１を形成している。In the gas turbine combustor 1A of this embodiment shown in FIG. 11, the air hole plate 17A is not provided with the combustion air holes 16, and the swirler outer cylinder wall 18Aa on the outer periphery of the swirler 18A is provided. It has the same length as the gas fuel pipe 19 and the like, and its rear opening is joined to the end flange 3A, so that the cylindrical space between the premixer inner cylinder wall 12A and the swirler outer cylinder wall 18Aa further extends in the circumferential direction. The gas fuel passage 40 and the liquid fuel passage 41 are alternately arranged in the circumferential direction.
【００９８】各ガス燃料流路４０は、その外周上であっ
て予混合器外筒壁１１の後方端部と同じ軸方向位置にガ
ス燃料噴射ノズル４２が設けられており、このガス燃料
噴射ノズル４２には前方に向かうガス燃料噴射孔２７Ａ
が設けられている。また各液体燃料流路４１は、その外
周上であって保炎器７を接続している箇所のすぐ後方位
置に径方向噴射孔４３が設けられている。Each gas fuel flow path 40 is provided with a gas fuel injection nozzle 42 at the same axial position as the rear end of the premixer outer cylinder wall 11 on the outer periphery thereof. 42 has a gas fuel injection hole 27A directed forward.
Is provided. Further, each of the liquid fuel flow paths 41 has a radial injection hole 43 provided on the outer periphery thereof and at a position immediately behind the place where the flame stabilizer 7 is connected.
【００９９】また各ガス燃料流路４０および各液体燃料
流路４１は、それぞれエンドフランジ３Ａ内部に個別に
設けたガス燃料供給路４４と液体燃料供給路４５に連通
し、各燃料の供給が受けられるようになっている。Each gas fuel flow path 40 and each liquid fuel flow path 41 communicate with a gas fuel supply path 44 and a liquid fuel supply path 45 which are individually provided inside the end flange 3A. It is supposed to be.
【０１００】また予混合器内筒壁１２Ａの燃焼空気孔１
３Ａは、径方向に配置された空気流通管４６を介して旋
回器外筒壁１８Ａａに連通接続されており、旋回器１８
Ａの内部に拡散燃焼用空気３０ｂを供給できるようにな
っている。The combustion air holes 1 in the premixer inner cylinder wall 12A
3A is connected to the swirler outer cylinder wall 18Aa via an air flow pipe 46 arranged in the radial direction, and is connected to the swirler 18A.
A can be supplied with diffusion combustion air 30b inside A.
【０１０１】次に、以上のように構成した本実施の形態
のガスタービン燃焼器１Ａの動作を説明する。Next, the operation of the gas turbine combustor 1A according to the present embodiment configured as described above will be described.
【０１０２】ガス燃料供給路４４とガス燃料流路４０を
経て供給された予混合燃焼用ガス燃料３１ｃが、ガス燃
料噴射ノズル４２のガス燃料噴射孔２７Ａから予混合燃
焼用空気３０ｃの中に噴射されて予混合気３３が生成さ
れる。The premixed combustion gas fuel 31c supplied through the gas fuel supply passage 44 and the gas fuel passage 40 is injected into the premixed combustion air 30c from the gas fuel injection hole 27A of the gas fuel injection nozzle 42. As a result, a premixed gas 33 is generated.
【０１０３】さらに液体燃料供給路４５と液体燃料流路
４１を経て供給された予混合燃焼用液体燃料３２ｃが、
径方向噴射孔４３から予混合気３３の中へ径方向に噴射
される。このように予混合燃焼用液体燃料３２ｃが径方
向に噴射される際には、予混合燃焼用液体燃料３２ｃは
予混合気３３の流れによりせん断力を受けて微粒化し、
蒸発混合していく。この蒸発混合過程において、微粒化
により小さく生成された液体粒子は短時間で蒸発するた
め蒸発距離を短くできるが、大きく生成された液体粒子
は蒸発するために空気との混合距離を長くする必要があ
る。Further, the premixed combustion liquid fuel 32c supplied through the liquid fuel supply passage 45 and the liquid fuel passage 41 is
The fuel is injected radially into the premixture 33 from the radial injection hole 43. When the premixed combustion liquid fuel 32c is thus injected in the radial direction, the premixed combustion liquid fuel 32c receives a shearing force due to the flow of the premixed gas 33 and is atomized.
Evaporate and mix. In this evaporative mixing process, small liquid particles generated by atomization evaporate in a short time, so that the evaporation distance can be shortened. However, large liquid particles need to be mixed with air longer to evaporate. is there.
【０１０４】ここで上記のように構成した本実施の形態
によると、径方向噴射孔４３より噴射して微粒化された
予混合燃焼用液体燃料３２ｃの粒子の中で、小さな液体
粒子は慣性力が小さいために予混合器内筒壁１２Ａ側の
空気に混合し、逆に大きな液体粒子は慣性力が高いため
予混合器外筒壁１１に近い空気中まで貫通する。According to the present embodiment constructed as described above, among the particles of the premixed combustion liquid fuel 32c injected from the radial injection holes 43 and atomized, the small liquid particles have an inertial force. Is small, it mixes with the air on the premixer inner cylinder wall 12A side, and conversely, large liquid particles penetrate into the air near the premixer outer cylinder wall 11 due to high inertia force.
【０１０５】また上述したように、保炎器７はその内周
側よりも外周側を前方側に位置するような傾斜配置で設
置されていることにより、径方向噴射孔４３と保炎器７
の上流側（後方側）の縁７ａとの間の軸方向距離（即ち
液体燃料の蒸発混合距離）は、径方向の内周側に比べて
外周側の方が長くなっている。したがって、本実施の形
態のガスタービン燃焼器１Ａは、より大きな液体粒子が
通過する外周側の方がより長い蒸発混合距離を取ること
ができるため、保炎器７の上流側の縁７ａにおける予混
合燃焼用液体燃料３２cの蒸発量を径方向に対して均一
にできる構造となっている。Further, as described above, the flame stabilizer 7 is installed in an inclined arrangement such that the outer peripheral side is located forward with respect to the inner peripheral side, so that the radial injection hole 43 and the flame stabilizer 7 are disposed.
The axial distance (that is, the evaporative mixing distance of the liquid fuel) between the upstream side (rear side) and the edge 7a is longer on the outer peripheral side than on the inner peripheral side in the radial direction. Therefore, in the gas turbine combustor 1 </ b> A of the present embodiment, the outer peripheral side through which larger liquid particles pass can have a longer evaporative mixing distance. The structure is such that the amount of evaporation of the mixed combustion liquid fuel 32c can be made uniform in the radial direction.
【０１０６】また予混合燃焼用液体燃料３２ｃの流量が
少ない場合は、噴射流速が減少するために径方向外周側
への貫通力が低下し、予混合燃焼用液体燃料３２ｃは主
に拡散燃焼バーナー６に近い予混合器内筒壁１２Ａ側の
空気と混合する。このため、拡散火炎３５ａ，３５ｂに
よって予混合火炎３６の保炎性が向上し、特にガスター
ビン部分負荷運転時における未燃成分の排出を抑制する
ことができる。When the flow rate of the premixed combustion liquid fuel 32c is small, the injection flow rate is reduced and the penetration force to the radially outer side is reduced, so that the premixed combustion liquid fuel 32c is mainly used as a diffusion combustion burner. The premixer mixes with the air on the side of the premixer inner cylinder wall 12A close to 6. For this reason, the flame stability of the premixed flame 36 is improved by the diffusion flames 35a and 35b, and the emission of unburned components during the gas turbine partial load operation can be suppressed.
【０１０７】次に、本発明の第３の実施の形態を図１２
により説明する。図中、図１、図１１に示す部分と同等
の部分には同じ符号を付し説明を省略する。本実施の形
態は、保炎器の保炎面から補助燃料を噴射できるように
したものである。Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described below. In the figure, parts that are the same as the parts shown in FIGS. 1 and 11 are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted. In the present embodiment, auxiliary fuel can be injected from the flame holding surface of the flame stabilizer.
【０１０８】図１２に示す本実施の形態のガスタービン
燃焼器１Ｂにおいて、予混合器内筒壁１２Ｂと旋回器外
筒壁１８Ａａとの間は一体の環状流路５４となってお
り、エンドフランジ３Ｂ内部に設けられた補助燃料供給
路５０に連通して補助燃料５１の供給が受けられるよう
になっている。In the gas turbine combustor 1B of the present embodiment shown in FIG. 12, an integral annular flow passage 54 is formed between the premixer inner cylinder wall 12B and the swirler outer cylinder wall 18Aa, and the end flange is formed. A supply of the auxiliary fuel 51 is received by communicating with an auxiliary fuel supply passage 50 provided inside the 3B.
【０１０９】また各保炎器７Ｅの背面である保炎面７Ｅ
ｂの内周側には補助燃料噴射孔５２が設けられており、
この補助燃料噴射孔５２は保炎器７Ｅの内部で補助燃料
流路５３を介して環状流路５４に連通している。The flame holding surface 7E, which is the back of each flame stabilizer 7E,
An auxiliary fuel injection hole 52 is provided on the inner peripheral side of b.
The auxiliary fuel injection hole 52 communicates with the annular flow path 54 via the auxiliary fuel flow path 53 inside the flame stabilizer 7E.
【０１１０】以上のように構成した本実施の形態のガス
タービン燃焼器１Ｂは、補助燃料５１を補助燃料供給路
５０、環状流路５４及び補助燃料流路５３を介して保炎
面７Ｅｂの補助燃料噴射孔５２より燃焼室１５へ噴射で
きるようになっている。In the gas turbine combustor 1B of the present embodiment configured as described above, the auxiliary fuel 51 is supplied to the flame holding surface 7Eb through the auxiliary fuel supply path 50, the annular flow path 54, and the auxiliary fuel flow path 53. The fuel can be injected from the fuel injection holes 52 into the combustion chamber 15.
【０１１１】ここで従来のガスタービン燃焼器１Ｂにお
いては、ガスタービンの運用上、拡散燃焼を単独で行っ
ている状態から拡散燃焼及び予混合燃焼を併せて行う状
態に切り替える際、拡散燃焼用に供給されていた燃料の
うちの一部が予混合燃焼用に流用されるため拡散燃焼用
の燃料流量が減少してしまう。その結果、拡散火炎が弱
くなって予混合気が不完全燃焼となり、燃焼器出口の未
燃成分排出量を増加させる問題がある。Here, in the conventional gas turbine combustor 1B, when switching from a state in which diffusion combustion is performed alone to a state in which diffusion combustion and premixed combustion are performed together in operation of the gas turbine, the gas turbine combustor 1B is used for diffusion combustion. Since a part of the supplied fuel is diverted for premixed combustion, the flow rate of fuel for diffusion combustion is reduced. As a result, there is a problem that the diffusion flame becomes weak and the premixed gas becomes incompletely combusted, thereby increasing the amount of unburned component discharged at the combustor outlet.
【０１１２】この問題に対し、上記のように構成した本
実施の形態によると、燃焼モードの切り替えの際に、補
助燃料５１を供給し、保炎面７Ｅｂにて予混合気３３と
共に混合し、拡散火炎３５ｃを形成することによって予
混合火炎３６が安定化し、未燃成分の排出量を抑制する
ことができる。In order to solve this problem, according to the present embodiment configured as described above, when switching the combustion mode, the auxiliary fuel 51 is supplied and mixed with the premixed gas 33 on the flame holding surface 7Eb. By forming the diffusion flame 35c, the premixed flame 36 is stabilized, and the emission of unburned components can be suppressed.
【０１１３】更に、高負荷運転時において、拡散燃焼と
予混合燃焼を併用する場合は、拡散火炎３５ａ，３５ｂ
のためにＮＯｘ排出量が増加する恐れがあるが、本実施
の形態によると、拡散燃焼用の燃料の代わりに補助燃料
５１を供給し、保炎器７Ｅの保炎面７Ｅｂにて急速に補
助燃料５１と予混合気３３を混合し燃焼させることによ
り、ＮＯｘ排出量を低減することができる。Further, when the diffusion combustion and the premix combustion are used together during the high load operation, the diffusion flames 35a, 35b
However, according to the present embodiment, the auxiliary fuel 51 is supplied instead of the fuel for diffusion combustion, and the auxiliary fuel is rapidly assisted by the flame holding surface 7Eb of the flame stabilizer 7E. NOx emission can be reduced by mixing and burning the fuel 51 and the premixed gas 33.
【０１１４】なお、上記構成では、保炎面７Ｅｂに設け
た補助燃料噴射孔５２から補助燃料５１を噴射すること
により、予混合燃焼を安定化させて未燃成分及びＮＯｘ
の排出量を低減する構成となっているが、本実施の形態
はこれに限られず、上記の補助燃料噴射孔５２から水や
不活性ガスなどの冷却媒体を噴射する構成としてもよ
い。このように燃焼室１５へ冷却媒体を噴射することに
より、燃焼室１５に形成する火炎の温度を直接低下させ
ることが可能となり、拡散燃焼を単独で行う場合や、予
混合燃焼を併せて行う場合のどちらにおいても、明確な
火炎や高温部分を形成させずにＮＯｘを効果的に低減す
ることができる。In the above configuration, the premixed combustion is stabilized by injecting the auxiliary fuel 51 from the auxiliary fuel injection hole 52 provided on the flame holding surface 7Eb, so that the unburned component and the NOx
However, the present embodiment is not limited to this, and a cooling medium such as water or an inert gas may be injected from the auxiliary fuel injection hole 52. By injecting the cooling medium into the combustion chamber 15 in this manner, it is possible to directly lower the temperature of the flame formed in the combustion chamber 15, and to perform diffusion combustion alone or premixed combustion together In both cases, NOx can be effectively reduced without forming a clear flame or a high-temperature portion.
【０１１５】次に、本発明の第４の実施の形態を図１３
により説明する。図１３は本実施の形態のガスタービン
燃焼器を前方側から見た正面図である。図中、図１１に
示す部分と同等の部分には同じ符号を付し説明を省略す
る。本実施の形態は、本発明による上記第１〜３の実施
の形態の燃焼器における要部のみを抜き出し、それらを
同心円状に複数個配置して１つの燃焼器としたマルチバ
ーナー型のものである。Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described below. FIG. 13 is a front view of the gas turbine combustor according to the present embodiment as viewed from the front side. In the figure, parts that are the same as the parts shown in FIG. 11 are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted. The present embodiment is a multi-burner type in which only the main parts of the combustors of the first to third embodiments according to the present invention are extracted, and a plurality of them are concentrically arranged to form one combustor. is there.
【０１１６】図１３において、本実施の形態のガスター
ビン燃焼器１Ｃは、燃焼器外筒壁２Ａと燃焼器内筒壁５
Ａとを同軸心的な配置で備えており、また４つの拡散予
混合燃焼バーナー６０が同心円状に設けられた円形のバ
ーナープレート６１が燃焼器内筒壁５Ａの内部に嵌合設
置されている。In FIG. 13, a gas turbine combustor 1C of the present embodiment has a combustor outer cylinder wall 2A and a combustor inner cylinder wall 5A.
A is provided in a coaxial arrangement, and a circular burner plate 61 in which four diffusion premix combustion burners 60 are provided concentrically is fitted and installed inside the combustor inner cylinder wall 5A. .
【０１１７】ここで拡散予混合燃焼バーナー６０とは、
上記第１〜３の実施の形態のいずれかのガスタービン燃
焼器における拡散燃焼バーナーと予混合燃焼バーナーの
みを抜き出して構成したものであり、図１３に示す実施
の形態では、一例として図１１に示した上記第２の実施
の形態のものを抜き出してバーナープレート６１に設置
している。なお、拡散予混合燃焼バーナー６０は、他の
第１又は第３の実施の形態より抜き出して構成したもの
を適用することも可能である。Here, the diffusion premix combustion burner 60 is
In the gas turbine combustor according to any one of the first to third embodiments, only the diffusion combustion burner and the premix combustion burner are extracted and configured. In the embodiment shown in FIG. The above-described second embodiment is extracted and set on the burner plate 61. It should be noted that the diffusion premixed combustion burner 60 may be one extracted and configured from the other first or third embodiment.
【０１１８】以上のように構成した本実施の形態のガス
タービン燃焼器１Ｃの動作としては、燃焼器外筒壁２Ａ
と燃焼器内筒壁５Ａの間に供給された燃焼用空気３０ａ
が、各拡散燃焼バーナー６及び各予混合燃焼バーナー１
０に供給され、４つの拡散予混合燃焼バーナー６０が一
括して燃焼運転される。The operation of the gas turbine combustor 1C according to the present embodiment configured as described above includes the operation of the combustor outer cylinder wall 2A.
Air 30a supplied between the inner wall 5A and the inner wall 5A of the combustor.
But each diffusion combustion burner 6 and each premix combustion burner 1
0, and the four diffusion premixed combustion burners 60 are operated in a batch.
【０１１９】上記のように構成した本実施の形態による
と、適用するガスタービンの型式や規模の大きさが異な
る場合においても、燃焼器１Ｃ中の拡散予混合燃焼バー
ナー６０の設置本数を増減することで対応する規模への
変更が容易に行えるため、燃焼器の開発、及び製作コス
トを低減することができる。According to the present embodiment configured as described above, the number of diffusion premixed combustion burners 60 installed in the combustor 1C is increased or decreased even when the type and scale of the gas turbine to be applied are different. As a result, the scale can be easily changed to a corresponding scale, so that the development and production costs of the combustor can be reduced.
【０１２０】また、本実施の形態のガスタービン燃焼器
１Ｃを用いることにより、適用するガスタービンの形式
によっては、拡散予混合燃焼バーナー６０をアニュラ状
に配置することも可能である。Further, by using the gas turbine combustor 1C of the present embodiment, the diffusion premixed combustion burner 60 can be arranged in an annular shape depending on the type of the gas turbine to be applied.
【０１２１】[0121]
【発明の効果】本発明によれば、噴出後の液体燃料の予
蒸発が不十分であっても、保炎器の保炎面等に付着する
ことなくそのまま燃焼器を吹き抜けて円滑に排出される
ことになり、この結果、コーキングの発生を防ぐことが
できる。According to the present invention, even if the pre-evaporation of the liquid fuel after the ejection is insufficient, the liquid fuel can be smoothly discharged through the combustor without adhering to the flame holding surface of the flame stabilizer. As a result, the occurrence of caulking can be prevented.
【０１２２】また本発明によれば、予混合燃焼バーナー
の出口に到達した拡散火炎のうち、前記保炎器の保炎面
に沿って拡散した火炎のみが予混合気により希釈される
ことなく外周側に位置する火炎伝播管に到達して他の燃
焼器を着火させることができる。According to the present invention, among the diffusion flames that have reached the outlet of the premixed combustion burner, only the flame that has spread along the flame holding surface of the flame stabilizer is not diluted by the premixed gas and has the outer periphery. The other combustor can be ignited by reaching the flame spreader located on the side.
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わるガスタービ
ン燃焼器であって、軸方向に分断した半体をその軸方向
断面より燃焼ガス流通方向Ａの略下流側から見た斜視図
である。FIG. 1 is a perspective view of a gas turbine combustor according to a first embodiment of the present invention, in which an axially divided half is viewed from a substantially downstream side in a combustion gas flow direction A from an axial cross section thereof. It is.
【図２】火炎伝播管で結合した２つのガスタービン燃焼
器を図１中の燃焼ガス流通方向Ａの下流側から見た正面
図である。FIG. 2 is a front view of two gas turbine combustors connected by a flame propagation tube viewed from a downstream side in a combustion gas flow direction A in FIG. 1;
【図３】図２中のＸ−Ｘ断面を矢視Ｂから見た側面図で
あって、保炎器の保炎原理を説明する図である。FIG. 3 is a side view of the XX cross section in FIG. 2 as viewed from an arrow B, and is a diagram illustrating the principle of flame holding of the flame stabilizer.
【図４】着火時において形成される拡散火炎の状態を説
明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a state of a diffusion flame formed at the time of ignition.
【図５】高負荷運転時において形成される拡散火炎及び
予混合火炎の状態を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a state of a diffusion flame and a premixed flame formed during a high-load operation.
【図６】保炎器の第１の変形例の斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of a first modification of the flame stabilizer.
【図７】保炎器の第２の変形例の斜視図である。FIG. 7 is a perspective view of a second modification of the flame stabilizer.
【図８】保炎器の第３の変形例の斜視図である。FIG. 8 is a perspective view of a third modification of the flame stabilizer.
【図９】仕切り板を保炎器の後方側の縁に接合した変形
例の場合の図２中のＸ-Ｘ断面を矢視Ｂから見た側面図
である。9 is a side view of a cross section taken along line XX in FIG. 2 in a modified example in which a partition plate is joined to a rear edge of the flame stabilizer, as viewed from an arrow B. FIG.
【図１０】仕切り板に燃料噴射ノズルを設置した変形例
の場合の図２中のＸ-Ｘ断面を矢視Ｂから見た側面図で
ある。10 is a side view of a cross section taken along line XX in FIG. 2 in a modified example in which a fuel injection nozzle is provided on a partition plate, as viewed from an arrow B. FIG.
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係わるガスター
ビン燃焼器の軸方向断面図である。FIG. 11 is an axial sectional view of a gas turbine combustor according to a second embodiment of the present invention.
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係わるガスター
ビン燃焼器の軸方向断面図である。FIG. 12 is an axial sectional view of a gas turbine combustor according to a third embodiment of the present invention.
【図１３】本発明の第４の実施の形態に係わるガスター
ビン燃焼器を前方側から見た正面図である。FIG. 13 is a front view of a gas turbine combustor according to a fourth embodiment of the present invention as viewed from the front side.
１ 第１の実施の形態のガスタービン燃焼器 １Ａ 第２の実施の形態のガスタービン燃焼器 １Ｂ 第３の実施の形態のガスタービン燃焼器 １Ｃ 第４の実施の形態のガスタービン燃焼器 ２，２Ａ 燃焼器外筒壁 ３，３Ａ，３Ｂ エンドフランジ ４ 予混合器 ５，５Ａ 燃焼器内筒壁 ６ 拡散燃焼バーナー ７，７Ａ〜Ｅ，７ｉ 保炎器 ７ａ 保炎器の上流側の縁 ７ｂ 保炎面 ８，８Ａ 燃料噴射ノズル ８ａ 外管 ８ｂ 内管 ９ 火炎伝播管 １０，１０Ａ 予混合燃焼バーナー １１ 予混合器外筒壁 １２，１２Ａ，１２Ｂ 予混合器内筒壁 １３，１３Ａ 空気流入孔 １４ 火炎伝播孔 １５ 燃焼室 １６ 燃焼空気孔 １７，１７Ａ 空気孔プレート １８，１８Ａ 旋回器 １８Ａａ 旋回器外筒壁 １９ ガス燃料管 ２０ アトマイズ空気管 ２１ 液体燃料管 ２３，２３ｉ ガス燃料孔 ２５ 液体燃料孔 ２６ 液体燃料ノズル ２７，２７Ａ ガス燃料噴射孔 ２８ 液体燃料噴射孔 ２８Ａ 液体燃料噴射ノズル ３０ａ 燃焼用空気 ３０ｂ 拡散燃焼用空気 ３０ｃ 予混合燃焼用空気 ３０ｄ アトマイズ空気 ３１ｂ 拡散燃焼用ガス燃料 ３１ｃ 予混合燃焼用ガス燃料 ３２ｂ 拡散燃焼用液体燃料 ３２ｃ 予混合燃焼用液体燃料 ３３ 予混合気 ３４ 循環流領域 ３５ａ，３５ｂ，３５ｃ 拡散火炎 ３６ 予混合火炎 ３７，３７Ａ 仕切り板 ４２ ガス燃料噴射ノズル ４３ 径方向噴射孔 ５１ 補助燃料 ５２ 補助燃料噴射孔 ５３ 補助燃料流路 ５４ 管状流路 ６０ 拡散予混合燃焼バーナー ６１ バーナープレート Ａ 燃焼ガス流通方向 Ｃ 燃焼器の軸心 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas turbine combustor of 1st embodiment 1A Gas turbine combustor of 2nd embodiment 1B Gas turbine combustor of 3rd embodiment 1C Gas turbine combustor of 4th embodiment 2, 2A Combustor outer cylinder wall 3,3A, 3B End flange 4 Premixer 5,5A Combustor inner cylinder wall 6 Diffusion combustion burner 7,7A-E, 7i Flame stabilizer 7a Upstream edge of flame stabilizer 7b Flame surface 8, 8A Fuel injection nozzle 8a Outer tube 8b Inner tube 9 Flame propagation tube 10, 10A Premixed combustion burner 11 Premixer outer tube wall 12, 12A, 12B Premixer inner tube wall 13, 13A Air inlet hole 14 Flame propagation hole 15 Combustion chamber 16 Combustion air hole 17, 17A Air hole plate 18, 18A Swirler 18Aa Swirler outer cylinder wall 19 Gas fuel pipe 20 Atomized air pipe 21 Liquid fuel pipe 23, 23i Fuel hole 25 Liquid fuel hole 26 Liquid fuel nozzle 27, 27A Gas fuel injection hole 28 Liquid fuel injection hole 28A Liquid fuel injection nozzle 30a Combustion air 30b Diffusion combustion air 30c Premixed combustion air 30d Atomized air 31b Diffusion combustion Gas fuel 31c Gas fuel for premixed combustion 32b Liquid fuel for diffusion combustion 32c Liquid fuel for premixed combustion 33 Premixed gas 34 Circulating flow area 35a, 35b, 35c Diffusion flame 36 Premixed flame 37, 37A Partition plate 42 Gas fuel injection Nozzle 43 Radial injection hole 51 Auxiliary fuel 52 Auxiliary fuel injection hole 53 Auxiliary fuel channel 54 Tubular channel 60 Diffusion premixed combustion burner 61 Burner plate A Combustion gas flow direction C Combustor axis
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２３Ｒ 3/36 Ｆ２３Ｒ 3/36 (72)発明者 小泉 浩美 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 竹原 勲 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所火力・水力事業部内 (72)発明者 笹尾 俊文 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所火力・水力事業部内Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (Reference) F23R 3/36 F23R 3/36 (72) Inventor Hiromi Koizumi 7-2-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Pref. Within the Hitachi, Ltd. Electric Power and Electricity Development Laboratory (72) Inventor Isao Takehara 3-1-1, Sachimachi, Hitachi, Ibaraki Pref.Hitachi, Ltd. 3-1-1, Inside Thermal and Hydro Power Division, Hitachi, Ltd.
Claims (14)
ーナーの外周に配置された予混合燃焼バーナーと、前記
予混合燃焼バーナーの前方側に配置され内部に燃焼室を
形成する略円筒形状の燃焼器内筒壁とを備えたガスター
ビン燃焼器において、 前記予混合燃焼バーナーの出口で放射状に配置された保
炎器と、 前記予混合燃焼バーナーの内部で前記保炎器と異なる周
方向位置に配置され、ガス燃料及び液体燃料のうちの少
なくとも一方を噴射する燃料噴射手段とを備えることを
特徴とするガスタービン燃焼器。1. A pilot burner, a premixed combustion burner disposed on the outer periphery of the pilot burner, and a substantially cylindrical combustor inner cylinder disposed forward of the premixed combustion burner and forming a combustion chamber therein. A gas turbine combustor comprising: a wall; and a flame stabilizer arranged radially at an outlet of the premix combustion burner; and a flame holder arranged in a circumferential position different from the flame stabilizer inside the premix combustion burner; A fuel injection means for injecting at least one of gas fuel and liquid fuel.
ーナーの外周に配置された予混合燃焼バーナーと、前記
予混合燃焼バーナーの前方側に配置され内部に燃焼室を
形成する略円筒形状の燃焼器内筒壁とを備えたガスター
ビン燃焼器において、 前記予混合燃焼バーナーの出口で放射状に配置された保
炎器と 前記燃焼器内筒壁の側壁で前記保炎器の１つと一致する
周方向位置に開口を有する火炎伝播管とを備えることを
特徴とするガスタービン燃焼器。2. A pilot burner, a premixed combustion burner disposed on the outer periphery of the pilot burner, and a substantially cylindrical combustor inner cylinder disposed forward of the premixed combustion burner and forming a combustion chamber therein. A gas turbine combustor comprising: a flame stabilizer arranged radially at an outlet of the premixed combustion burner; A gas turbine combustor comprising: a flame propagation tube having an opening.
において、 前記保炎器は、その前方側の縁において内周側よりも外
周側の方が前方側に位置するように傾斜配置されている
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。3. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein the flame stabilizer is inclined and disposed such that an outer peripheral side is located on a front side than an inner peripheral side at a front edge thereof. A gas turbine combustor characterized in that:
ービン燃焼器において、 前記燃料噴射手段が、同軸心的にに配置された内管と外
管の２重管構造の燃料ノズルであり、内管中に液体燃料
が供給され、内管と外管の間にガス燃料が供給されてそ
れぞれ予混合燃焼バーナーの内部に噴射することを特徴
とするガスタービン燃焼器。4. A gas turbine combustor according to claim 1, wherein said fuel injection means has a double pipe structure of an inner pipe and an outer pipe arranged coaxially. A gas turbine combustor, characterized in that liquid fuel is supplied into the inner pipe, and gaseous fuel is supplied between the inner pipe and the outer pipe, and the fuel is injected into each of the premixed combustion burners.
ービン燃焼器において、 前記保炎器は、略三角柱形状であり、そのうちの１つの
側面が前方側に面していることを特徴とするガスタービ
ン燃焼器。5. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein said flame stabilizer has a substantially triangular prism shape, and one side of said flame stabilizer faces forward. Characteristic gas turbine combustor.
ービンの燃焼器において、 前記保炎器は、その後方側の縁が軸方向に対して垂直に
形成されていることを特徴とするガスタービンの燃焼
器。6. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein the flame stabilizer has a rear edge formed perpendicular to an axial direction. And gas turbine combustor.
ービンの燃焼器において、前記保炎器は、前方側に面し
ている前記側面の周方向幅が内周側及び外周側に近づく
ほど増加する形状であることを特徴とするガスタービン
燃焼器。7. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein the flame stabilizer has a circumferential width on the side facing the front side on the inner circumferential side and the outer circumferential side. A gas turbine combustor having a shape that increases as the temperature approaches.
ービンの燃焼器において、前記保炎器は、前方側に面し
ている前記側面の周方向幅が内周側に近づくほど拡大す
る形状であることを特徴とするガスタービン燃焼器。8. The combustor of a gas turbine according to claim 1, wherein the flame stabilizer is arranged such that a circumferential width of the side surface facing forward is closer to an inner circumferential side. A gas turbine combustor having an expanding shape.
ービンの燃焼器において、 前記予混合燃焼バーナーの流路を周方向に分割する仕切
り板を設けたことを特徴とする燃焼器。9. A gas turbine combustor according to claim 1, further comprising a partition plate for dividing a flow path of said premixed combustion burner in a circumferential direction. .
とするガスタービン燃焼器。10. The gas turbine combustor according to claim 9, wherein said partition plate is joined to said flame stabilizer.
焼器において、 前記燃料噴射手段が前記仕切り板に設置されていること
を特徴とするガスタービン燃焼器。11. The gas turbine combustor according to claim 9, wherein said fuel injection means is provided on said partition plate.
スタービン燃焼器において、 前記パイロットバーナーが、前記火炎伝播管の周方向位
置と一致する配置の燃料噴射孔を備えていることを特徴
とするガスタービン燃焼器。12. The gas turbine combustor according to claim 2, wherein the pilot burner has a fuel injection hole arranged so as to coincide with a circumferential position of the flame propagation tube. Characteristic gas turbine combustor.
スタービン燃焼器において、 前記保炎器に補助燃料を噴射可能な補助燃料噴射手段を
設けていることを特徴とするガスタービン燃焼器。13. The gas turbine combustor according to claim 1, further comprising auxiliary fuel injection means for injecting auxiliary fuel into said flame stabilizer. vessel.
スタービン燃焼器において、 前記保炎器に冷却媒体を噴射可能な冷却媒体噴射手段を
設けていることを特徴とするガスタービン燃焼器。14. A gas turbine combustor according to claim 1, wherein said flame stabilizer is provided with a cooling medium injection means capable of injecting a cooling medium. vessel.
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