JP2003148732A - Combustor and gas turbine combustor - Google Patents

Combustor and gas turbine combustor

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JP2003148732A
JP2003148732A JP2002315219A JP2002315219A JP2003148732A JP 2003148732 A JP2003148732 A JP 2003148732A JP 2002315219 A JP2002315219 A JP 2002315219A JP 2002315219 A JP2002315219 A JP 2002315219A JP 2003148732 A JP2003148732 A JP 2003148732A
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JP
Japan
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premixer
combustor
vortex
flame
flow
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JP2002315219A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaya Otsuka
雅哉 大塚
Shinichi Inage
真一 稲毛
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a combustor and gas turbine combustor having low NOx and excellent flame stability and preventing blow-off of flame by enabling generation of the Lanchester vortex within a premixer. SOLUTION: In the combustor having the premixer for making a premixed fuel-air mixture by mixing air and fuel, a winglike structure for generating a vortex having a center shaft of a rotation in a main stream direction of the premixed fuel-air mixture is provided within the premixer. Or in the gas turbine combustor having a premixer for making a premixed fuel-air mixture by mixing air and fuel and obtaining combustion gas by burning the premixed fuel-air mixture, a pilot burner for performing diffusion combustion for the air and fuel by individually jetting the air and fuel is provided at the center part of the combustor, a plurality of the premixers are arranged in the peripheral direction to surround the pilot burner, and the premixer incorporates a winglike structure for generating a vortex having a center shaft of a rotation in a main stream direction of the premixed fuel-air mixture.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、予混合器を有する
燃焼器及びガスタービン燃焼器に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a combustor having a premixer and a gas turbine combustor.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃焼器、例えばガスタービン燃焼器にお
いては、窒素酸化物(以下、NOxという)の低減を図
るため燃料と空気を予め混合し燃焼させる予混合燃焼方
式が採用されている。この予混合燃焼方式は、燃料と空
気を分離して燃焼する拡散燃焼方式と比較して、燃料濃
度を低くし局所的な高温領域の発生を防止し、排ガス中
に含まれるNOxの発生量を少なくできる点で優れてい
る。
2. Description of the Related Art In a combustor, for example, a gas turbine combustor, a premixed combustion system is used in which fuel and air are premixed and burned in order to reduce nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx). Compared with the diffusion combustion method in which fuel and air are separated and burned, this premixed combustion method reduces the fuel concentration and prevents the generation of a local high temperature region, thereby reducing the amount of NOx contained in exhaust gas. It is excellent in that it can be reduced.

【0003】しかしながら、局所的な高温領域の発生を
防止する予混合燃焼方式では、高温領域不在となるため
に火炎が不安定になり易く、火炎の吹き飛びや逆火を発
生し易い。また、予混合気が空間的に十分均一に混合さ
れていないので、NOxを低減する効果が小さいという
課題があったために、これを解決せんとして従来より種
々のものが考えられている。
However, in the premixed combustion system which prevents the local occurrence of the high temperature region, the flame is liable to become unstable due to the absence of the high temperature region, and the flame is easily blown off or the flashback is apt to occur. Further, since the premixed gas is not spatially and uniformly mixed, there is a problem that the effect of reducing NOx is small. Therefore, various solutions have been considered to solve this problem.

【0004】例えば、特開平1−203809号公報(特許文
献1)及び特開平2−275221号公報(特許文献2)に記
載のように、予混合器を円錐状に形成し、円錐の先端部
に設置したノズルから軸方向に燃料を噴出し、円錐側面
の接線方向から空気を流入させて予混合器内部の周方向
に旋回流を発生させることにより、予混合気の均一化を
図ると共に、予混合器の出口に軸方向の循環流を形成し
て火炎の安定化を図るものや、特開平4ー103906 号公報
(特許文献3)に記載のように、予混合器の出口に保炎
器を設け、保炎器の下流側に軸方向の循環流を発生させ
ることにより火炎の安定化を図るものや、予混合気に旋
回流を与えて旋回の中心近傍に逆流を発生させ、この逆
流で高温の既燃物を保持し、これを着火源として火炎の
安定化を図るものが知られている。
For example, as described in JP-A-1-203809 (Patent Document 1) and JP-A-2-275221 (Patent Document 2), the premixer is formed in a conical shape, and the tip of the cone is formed. By injecting fuel in the axial direction from the nozzle installed in the machine and injecting air from the tangential direction of the conical side surface to generate a swirling flow in the circumferential direction inside the premixer, the premixed gas is made uniform, and A flame is stabilized at the outlet of the premixer as described in JP-A-4-103906 (Patent Document 3), in which an axial circulation flow is formed at the outlet of the premixer to stabilize the flame. Is provided to stabilize the flame by generating a circulating flow in the axial direction on the downstream side of the flame stabilizer, and a swirl flow is applied to the premixed gas to generate a backflow near the center of swirl. It is known to hold a high temperature burned material in the reverse flow and use this as an ignition source to stabilize the flame. There is.

【0005】[0005]

【特許文献1】特開平1−203809号公報[Patent Document 1] Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-203809

【特許文献2】特開平2−275221号公報[Patent Document 2] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-275221

【特許文献3】特開平4ー103906号公報[Patent Document 3] Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-103906

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】燃焼器においては、燃
焼器の小型化,起動から定格運転の広い範囲にわたる火
炎の安定保持が必要である。また、複数の燃焼器を火炎
伝播管で結合するガスタービン燃焼器においては、起動
時における各燃焼器の確実な着火や、出力上昇における
起動燃焼器から他燃焼器への確実な火移りが必須の要件
である。
In the combustor, it is necessary to reduce the size of the combustor and stably maintain the flame over a wide range from starting to rated operation. In addition, in a gas turbine combustor that connects multiple combustors with a flame propagation tube, it is essential to reliably ignite each combustor at startup and to transfer the fire from the startup combustor to another combustor when the output rises. Is a requirement.

【0007】しかしながら、前述した従来例のうち、予
混合器を円錐状に形成するものでは、円錐状の予混合器
内で予混合気を十分に均一に混ぜ、予混合器の出口に循
環流を形成するためには、軸方向に十分な予混合器長さ
が必要となるので、予混合器の小型化が図れない。ま
た、予混合気の流速が低下すると出口の循環流を安定に
形成できないので、火炎が不安定になる。従って、ガス
タービンの連続負荷運転には適用できない。更に、空気
の流入口や円錐の先端部における圧力損失が大きいの
で、燃焼器としての効率が悪い。
However, among the above-mentioned conventional examples, in the case where the premixer is formed in a conical shape, the premixed gas is mixed sufficiently uniformly in the conical premixer, and the circulation flow is made to the outlet of the premixer. Since a sufficient premixer length is required in the axial direction to form the premixer, the premixer cannot be downsized. Further, if the flow velocity of the premixed gas decreases, the circulation flow at the outlet cannot be stably formed, and the flame becomes unstable. Therefore, it cannot be applied to continuous load operation of a gas turbine. Further, since the pressure loss at the air inlet and the tip of the cone is large, the efficiency as a combustor is poor.

【0008】また、予混合器の出口に保炎器を設けるも
のでは、保炎器は高温の燃焼ガスに晒されるので、焼損
防止のために保炎器の冷却が不可欠であり、複雑な冷却
構造を必要とする。従って、予混合器の小型化が図れな
い。
Further, in the case where a flame stabilizer is provided at the outlet of the premixer, the flame stabilizer is exposed to high-temperature combustion gas, so cooling of the flame stabilizer is indispensable to prevent burnout, and complicated cooling is required. Requires structure. Therefore, the size of the premixer cannot be reduced.

【0009】また、予混合気に旋回流を与えるもので
は、旋回の作用で生じる逆流領域の中心近傍に流速がゼ
ロになる淀み領域が発生するので、火炎が不安定にな
り、火炎の吹き消えや燃焼振動を起こす。
Further, in the case of giving a swirling flow to the premixed air, a stagnation region where the flow velocity becomes zero occurs near the center of the backflow region generated by the action of swirling, so that the flame becomes unstable and the flame blows off. And causes combustion vibration.

【0010】また、予混合器内における空気と燃料の混
合に関しては特に考慮されていないので、予混合気の十
分な均一性は得られずNOx低減効果は小さい。また、
前述した従来例では、複数の燃焼器を火炎伝播管で結合
するガスタービン燃焼器の起動時における各燃焼器の確
実な着火,出力上昇時における他燃焼器への確実な火移
りについては何等考慮されていない。
Further, since no particular consideration is given to the mixing of air and fuel in the premixer, sufficient uniformity of the premixed gas cannot be obtained and the NOx reduction effect is small. Also,
In the above-mentioned conventional example, no consideration is given to reliable ignition of each combustor when starting a gas turbine combustor in which a plurality of combustors are connected by a flame propagation tube, and reliable transfer of fire to another combustor when the output rises. It has not been.

【0011】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あって、その目的は、予混合器内でのランチェスター渦
の発生を可能として、低NOx化、及び火炎安定性に優
れ、火炎の吹き消え防止が図れる燃焼器及びガスタービ
ン燃焼器を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to enable the generation of Lanchester vortices in a premixer, to reduce NOx and to improve flame stability and to blow a flame. It is an object of the present invention to provide a combustor and a gas turbine combustor capable of preventing disappearance.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の目的は、以下の特
徴を備えたことにより達成される。
The above object can be achieved by the following features.

【0013】本発明の燃焼器は、予混合器内に、予混合
気の主流方向に回転の中心軸を持つ渦を発生させる翼状
構造物に設けたことを特徴とする。
The combustor of the present invention is characterized in that it is provided in the premixer in a blade-shaped structure for generating a vortex having a central axis of rotation in the mainstream direction of the premixed gas.

【0014】尚、以下の記述において、特に断りがなけ
れば、予混合気の主流方向とは予混合器の入口と出口の
中心を結ぶ中心線の方向を表すものとする。
In the following description, unless otherwise specified, the main flow direction of the premixed gas indicates the direction of the center line connecting the centers of the inlet and the outlet of the premixer.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態では、予混合
気の主流方向に回転の中心軸を持つ渦を発生させる構造
物を前記予混合器内に設けることにより、渦の中心軸周
りの周方向流れ、及び渦の中心と周りの圧力差に基づく
半径方向の流れが有する大きな混合作用を用いて予混合
器内において空気と燃料を空間的に均一に混合できるの
で、NOxを低減することができる。また、予混合器の
出口において、渦周辺の高圧力部から渦中心の低圧力部
に流れが発生することにより、出口における渦中心の圧
力は予混合器内部の渦中心の圧力よりも高くなるので、
上流側への流れが発生する。また、前記渦は主流方向に
進行するに伴い、渦の回転半径が増加する。また、前記
渦は主流方向に進行するに伴い、渦の角運動量を増加す
る。従って、予混合器出口の中心部に循環流を、該循環
流の外側に主流を形成できるので、火炎の吹き飛び及び
逆火を防止し安定化することができる。更に、このよう
な渦による混合作用を用いると、空気と燃料を短時間で
混合し予混合気を得るので、予混合器を小型化できる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the embodiments of the present invention, a structure for generating a vortex having a central axis of rotation in the mainstream direction of a premixed gas is provided in the premixer, so that NOx is reduced because the air and fuel can be spatially homogeneously mixed in the premixer using the large mixing action of the radial flow due to the circumferential flow of the vortex and the pressure difference between the center of the vortex and the surroundings. be able to. Further, at the outlet of the premixer, the pressure at the vortex center at the outlet becomes higher than the pressure at the vortex center inside the premixer because the flow is generated from the high pressure portion around the vortex to the low pressure portion at the vortex center. So
Flow to the upstream side occurs. Further, as the vortex advances in the mainstream direction, the radius of gyration of the vortex increases. Further, as the vortex advances in the mainstream direction, the angular momentum of the vortex increases. Therefore, since the circulation flow can be formed in the center of the premixer outlet and the main flow can be formed outside the circulation flow, flame blow-off and flashback can be prevented and stabilized. Further, when the mixing action by such a vortex is used, the air and the fuel are mixed in a short time to obtain the premixed gas, so that the premixer can be downsized.

【0016】また、予混合気の主流方向に対して仰角を
持つ構造物を予混合器内に設け、該構造物は該予混合器
の内面に非接触な部分を有するようにしたことにより、
構造物の揚力に対する3次元効果でランチェスター渦と
呼ばれる強い渦が発生する。従って、上述した渦の作用
により、小型の予混合器でも火炎を安定化し、NOxを
低減することができる。
Further, a structure having an elevation angle with respect to the main flow direction of the premixed gas is provided in the premixer, and the structure has a portion which is not in contact with the inner surface of the premixer.
A strong vortex called Lanchester vortex is generated by the three-dimensional effect on the lift of the structure. Therefore, due to the action of the vortex described above, the flame can be stabilized and NOx can be reduced even with a small premixer.

【0017】また、好ましくは、前記構造物上に乱流を
発生させる手段を設けることにより、この手段から発生
する方向性を持たない乱流と、構造物から発生する渦と
を組み合わせて空気と燃料の混合作用を強めることがで
きる。更に、この乱流は予混合気の主流が構造物の表面
から離れる現象(流れの剥離)を抑制する作用があるの
で、これも混合作用を強める働きがありNOxを低減す
ることができる。
Further, preferably, by providing a means for generating a turbulent flow on the structure, the turbulent flow having no direction generated by this means and the vortex generated by the structure are combined to form air. The mixing action of the fuel can be enhanced. Further, since this turbulent flow has an action of suppressing the phenomenon (separation of flow) in which the main flow of the premixed gas separates from the surface of the structure, this also has the action of strengthening the mixing action and can reduce NOx.

【0018】また、好ましくは、前記構造物上に複数の
渦発生手段を設けたことにより、渦発生手段が発生する
複数の渦と構造物から発生する渦とを組み合わせて空気
と燃料の混合作用を強めることができる。
Further, preferably, by providing a plurality of vortex generating means on the structure, a plurality of vortices generated by the vortex generating means and a vortex generated by the structure are combined to mix air and fuel. Can be strengthened.

【0019】また、好ましくは、前記構造物を複数設け
ることにより、複数の構造物から発生した渦は干渉し、
渦形状が崩壊して乱流状態になる。これにより、予混合
気の混合作用をさらに強めることができる。
Further, preferably, by providing a plurality of the structures, vortices generated from the plurality of structures interfere with each other,
The vortex shape collapses and becomes a turbulent state. As a result, the mixing action of the premixed air can be further enhanced.

【0020】また、予混合気の主流方向に回転の中心軸
を持つ渦を発生させる構造物を予混合器内に複数設け、
該複数の構造物の下流に発生する複数の渦を合体させて
一つの渦を形成することによっても、上述と同様の作用
により小型の予混合器で火炎を安定化し、NOxを低減
することができる。
Further, a plurality of structures for generating vortices having a central axis of rotation in the main flow direction of the premixed gas are provided in the premixer,
By combining a plurality of vortices generated downstream of the plurality of structures to form one vortex, the flame can be stabilized and NOx can be reduced by the small premixer by the same action as described above. it can.

【0021】また、予混合気の主流方向に回転の中心軸
を持つ渦を発生させる構造物を予混合器内に3個設け、
各構造物が発生する渦の循環(中心軸の周りに渦として
流れる予混合気の流量)を各々Γ1,Γ2,Γ3とし、各
渦の中心間の距離を各々r12,r23,r31(rijは渦i
と渦jの中心間距離)としたときに、
Further, three structures for generating vortices having a central axis of rotation in the main flow direction of the premixed gas are provided in the premixer,
The vortex circulation (the flow rate of the premixed gas flowing as a vortex around the central axis) generated by each structure is Γ 1 , Γ 2 , and Γ 3 , respectively, and the distances between the centers of the vortices are r 12 and r 23 , respectively. , R 31 (r ij is the vortex i
And the center distance of vortex j),

【0022】[0022]

【数1】 Γ1・Γ2+Γ2・Γ3+Γ3・Γ1=0 …(1)[Formula 1] Γ 1 · Γ 2 + Γ 2 · Γ 3 + Γ 3 · Γ 1 = 0 (1)

【0023】[0023]

【数2】 Γ1・Γ2・r12 2+Γ2・Γ3・r23 2+Γ3・Γ1・r31 2=0 …(2) を満足するように各構造物を配置することにより、3個
の渦を合体させて1つの渦を形成できるので、上述と同
様の作用により小型の予混合器で火炎を安定化し、NO
xを低減することができる。
[Equation 2] By arranging each structure so as to satisfy Γ 1 · Γ 2 · r 12 2 + Γ 2 · Γ 3 · r 23 2 + Γ 3 · Γ 1 · r 31 2 = 0 (2) Since three vortices can be combined to form one vortex, the flame is stabilized by a small premixer by the same action as described above, and NO is generated.
x can be reduced.

【0024】また、予混合気の主流方向に回転の中心軸
を持つ渦を発生させる構造物を予混合器内に3個設け、
各構造物が発生する渦の循環(中心軸の周りに渦として
流れる予混合気の流量)を各々Γ,Γ,−Γ/2(負号
は渦の回転方向が逆であることを示す)とし、各渦の中
心が正三角形の頂点位置となるように各構造物を配置す
ることによっても、3個の渦から1個の渦を形成できる
ので、上述と同様の作用により小型の予混合器で火炎を
安定化し、NOxを低減することができる。
Further, three structures for generating vortices having a central axis of rotation in the main flow direction of the premixed gas are provided in the premixer,
Circulation of vortices generated by each structure (flow rate of premixture flowing as a vortex around the central axis) is Γ, Γ, −Γ / 2 (negative sign indicates that the vortices rotate in opposite directions) Also, by arranging each structure so that the center of each vortex is at the apex position of an equilateral triangle, one vortex can be formed from three vortices. The flame can be stabilized and NOx can be reduced.

【0025】また、好ましくは、前記予混合器は前記渦
の中心と周りの圧力差を増大する圧力差調整手段を前記
構造物の下流側に備えることにより、渦の中心と周りの
圧力差に基づく半径方向の流れは強くなるので、予混合
気の混合作用をさらに強めることができる。
Further, preferably, the premixer is provided with a pressure difference adjusting means for increasing a pressure difference between the center and the periphery of the vortex on the downstream side of the structure, so that the pressure difference between the center and the periphery of the vortex is adjusted. The base flow in the radial direction becomes stronger, so that the mixing action of the premixed gas can be further strengthened.

【0026】また、好ましくは、前記予混合器は前記渦
の中心の圧力を上昇させる圧力調整手段を前記圧力差調
整手段の下流側に備えることにより、圧力調整手段の上
流と下流における渦中心の圧力差に基づいて上流側への
流れが生じる。これが、予混合器内部における循環流を
形成するので、この循環流を用いて予混合気の混合作用
をさらに強めることができる。
Further, preferably, the premixer is provided with a pressure adjusting means for increasing the pressure at the center of the vortex on the downstream side of the pressure difference adjusting means, so that the vortex center of the vortex center upstream and downstream of the pressure adjusting means can be improved. An upstream flow occurs due to the pressure difference. This forms a circulating flow inside the premixer, which can be used to further enhance the mixing action of the premixed gas.

【0027】また、好ましくは、前記予混合器は前記渦
の中心の圧力を上昇させる圧力調整手段を出口側に備え
ることにより、圧力調整手段の上流と下流における渦中
心の圧力差に基づいて上流側への流れが生じる。これ
が、予混合器出口における循環流を形成するので、火炎
の飛び火を防止し火炎を安定化することができる。
Further, preferably, the premixer is provided with a pressure adjusting means for increasing the pressure at the center of the vortex at the outlet side, so that the premixer is upstream based on the pressure difference between the vortex center upstream and downstream of the pressure adjusting means. Flow to the side occurs. This forms a circulating flow at the outlet of the premixer, so that flame jump can be prevented and the flame can be stabilized.

【0028】また、好ましくは、前記予混合器は前記渦
の周りの流速を増加させる流速調整手段を出口側に備え
ることにより、出口の渦の周りに高速の流れを形成でき
るので、火炎の逆火を防止し火炎を安定化することがで
きる。
Further, preferably, the premixer is provided with a flow velocity adjusting means for increasing the flow velocity around the vortex at the outlet side, so that a high-speed flow can be formed around the vortex at the outlet, so that the reverse flame It can prevent fire and stabilize flame.

【0029】また、好ましくは、前記予混合器を該燃焼
器の周方向に配置し、該予混合器出口に空気と燃料を個
別に噴出し拡散燃焼させるパイロットバーナーを設ける
ことにより、予混合器出口に形成される循環流のみで十
分な火炎の安定化が図れるので、パイロットバーナーを
十分小さくしても安定な燃焼器の運転が行える。更に、
予混合器出口においてパイロットバーナーの拡散火炎は
瞬時に予混合気の渦に巻き込まれ未燃焼気体を燃焼させ
るので、拡散火炎(パイロット火炎)の火移り特性を効
果的に向上でき、火炎を更に安定化することができる。
Further, preferably, the premixer is arranged in the circumferential direction of the combustor, and a pilot burner for separately injecting air and fuel for diffusion combustion is provided at the premixer outlet, whereby the premixer is provided. Since the flame can be sufficiently stabilized only by the circulation flow formed at the outlet, the combustor can be operated stably even if the pilot burner is sufficiently small. Furthermore,
At the outlet of the premixer, the diffusion flame of the pilot burner is instantaneously entrained in the vortex of the premixed gas and burns the unburned gas, so the transfer characteristics of the diffusion flame (pilot flame) can be effectively improved and the flame is further stabilized. Can be converted.

【0030】また、好ましくは、前記空気と燃料を個別
に噴出し拡散燃焼させるパイロットバーナーを該燃焼器
中心部に設け、該パイロットバーナーを取り囲むように
前記予混合器を該燃焼器の周方向に設けることによって
も、予混合器出口に形成される循環流のみで十分な火炎
の安定化が図れるので、パイロットバーナーを十分小さ
くしても安定な燃焼器の運転が行える。
Further, preferably, a pilot burner for jetting and diffusing the air and the fuel separately is provided in the center of the combustor, and the premixer is surrounded in the circumferential direction of the combustor so as to surround the pilot burner. Even by providing the above, the flame can be sufficiently stabilized only by the circulation flow formed at the outlet of the premixer, so that the stable operation of the combustor can be performed even if the pilot burner is sufficiently small.

【0031】また、好ましくは、前記予混合器は前記予
混合気の主流方向を周方向とする旋回流を発生させる手
段を入口側に備え、該予混合気の主流方向が周方向から
軸方向に移行する位置よりも下流側に前記構造物を備え
ることにより、旋回流の有する混合作用も利用できるの
で、空気と燃料の均一混合が促進され、NOxを更に低
減することができる。
Further, preferably, the premixer is provided with a means for generating a swirling flow having a main flow direction of the premix air as a circumferential direction on the inlet side, and the main flow direction of the premix gas is from the circumferential direction to the axial direction. By providing the structure on the downstream side of the position at which the transition occurs to, the mixing action of the swirling flow can be utilized, so that uniform mixing of air and fuel is promoted, and NOx can be further reduced.

【0032】また、予混合器は予混合気の主流方向に回
転の中心軸を持つ渦を発生させる構造物を内蔵し、出口
側の中心部に循環流を、該循環流の外側に主流を形成す
ることにより、火炎の吹き飛び及び逆火を防止できるの
で、火炎を安定化することができる。更に、前述した渦
の作用によりNOxを低減することができる。
Further, the premixer has a built-in structure for generating a vortex having a central axis of rotation in the mainstream direction of the premixed gas, and the circulating flow is provided at the center of the outlet side and the mainstream is provided outside the circulating flow. By forming the flame, it is possible to prevent the flame from blowing off and the flashback, so that the flame can be stabilized. Further, NOx can be reduced by the action of the vortex described above.

【0033】また、予混合器で発生する予混合燃焼火炎
の上流側に、拡散燃焼火炎を発生することにより、予混
合器出口においては拡散燃焼火炎の有する優れた火炎安
定性能を利用し、燃焼器出口においては予混合燃焼火炎
の有する優れた低NOx性能を利用することができる。
Further, by generating a diffusion combustion flame on the upstream side of the premixing combustion flame generated in the premixer, the excellent flame stability performance of the diffusion combustion flame at the exit of the premixer is utilized and combustion is performed. The excellent low NOx performance of the premixed combustion flame can be utilized at the outlet of the unit.

【0034】また、空気と燃料を個別に噴出し拡散燃焼
させるパイロットバーナーを燃焼器の中心部に設け、該
パイロットバーナーを取り囲むように予混合器を周方向
に複数配置すると共に、該予混合器は予混合気の主流方
向に回転の中心軸を持つ渦を発生させる構造物を内蔵
し、少なくとも1つの予混合器から放出される渦の回転
方向を他の予混合器から放出される渦の回転方向と逆向
きにしたことにより、上述と同じ渦の作用を用いてNO
xを低減することができる。また、他の予混合器から放
出される渦と回転方向が逆向きの渦は隣の渦との間に燃
焼器の中心部から周辺部への流れを誘起するので、この
流れを用いて中心部の拡散火炎を効果的に予混合器に輸
送することができる。従って、予混合気への火移り特性
を向上でき、火炎を安定化することができる。更に、複
数の予混合器を小型化し負荷に応じて段階的に運転する
ことにより、実質的に連続負荷運転が可能となる。
Further, a pilot burner for separately injecting air and fuel for diffusion and combustion is provided in the center of the combustor, and a plurality of premixers are circumferentially arranged so as to surround the pilot burner, and the premixer is also provided. Contains a structure that generates a vortex having a central axis of rotation in the mainstream direction of the premixed gas, and determines the direction of rotation of the vortex discharged from at least one premixer of the vortex discharged from another premixer. By making the direction opposite to the rotation direction, the same vortex action as described above is used to generate NO
x can be reduced. In addition, since the vortex discharged from another premixer and the vortex whose rotation direction is opposite to each other induces a flow from the center to the periphery of the combustor between adjacent vortices, use this flow to The partial diffusion flame can be effectively transported to the premixer. Therefore, the transfer characteristic to the premixed gas can be improved, and the flame can be stabilized. Further, by miniaturizing the plurality of premixers and operating them stepwise according to the load, substantially continuous load operation becomes possible.

【0035】また、空気と燃料を個別に噴出し拡散燃焼
させるパイロットバーナーを燃焼器の中心部に設け、該
パイロットバーナーを取り囲むように予混合器を同心円
状に複数段配置すると共に、該予混合器は予混合気の主
流方向に回転の中心軸を持つ渦を発生させる構造物を内
蔵し、周方向及び半径方向に隣合う予混合器から放出さ
れる渦の回転方向を互いに逆向きとしたことによって
も、上述と同様の作用により、小型の予混合器で火炎安
定性に優れNOxを低減できると共に、連続負荷運転が
可能となる。
Further, a pilot burner for separately injecting air and fuel to diffuse and burn is provided in the center of the combustor, and the premixers are arranged in concentric circles so as to surround the pilot burner, and the premixer is premixed. The device has a built-in structure that generates a vortex having a central axis of rotation in the mainstream direction of the premixed gas, and the vortices emitted from the premixers adjacent to each other in the circumferential direction and the radial direction are rotated in opposite directions. Also by the same operation as described above, the flame stability is excellent and the NOx can be reduced by the small premixer, and the continuous load operation becomes possible.

【0036】また、予混合器は予混合気の主流方向に回
転の中心軸を持つ渦を発生させる構造物を内蔵し、該予
混合器を複数備え、隣合う予混合器から放出される渦の
回転方向を互いに逆向きとすることにより、予混合気を
空間的に均一にできるので、NOxを低減することがで
きる。この場合、各渦は両隣に逆向きの流れを誘起する
ので、この流れを用いて燃焼器中心付近の予混合器出口
で燃焼させた燃焼気体を各予混合器へ引き込むことがで
きる。従って、各予混合器がパイロットバーナーとして
の役割を果たすので、パイロット火炎の火移り特性を効
果的に向上でき、火炎を安定化することができる。更
に、複数の予混合器を小型化し負荷に応じて段階的に運
転することにより、実質的に連続負荷運転が可能とな
る。
Further, the premixer has a built-in structure for generating a vortex having a central axis of rotation in the mainstream direction of the premixed gas, is provided with a plurality of the premixers, and the vortex discharged from the adjacent premixers is included. By making the rotation directions of (1) and (2) opposite to each other, the premixed gas can be spatially made uniform, so that NOx can be reduced. In this case, since each vortex induces a flow in the opposite direction on both sides, this flow can be used to draw the combustion gas burned at the premixer outlet near the center of the combustor into each premixer. Therefore, since each premixer functions as a pilot burner, the transfer characteristics of the pilot flame can be effectively improved, and the flame can be stabilized. Further, by miniaturizing the plurality of premixers and operating them stepwise according to the load, substantially continuous load operation becomes possible.

【0037】また、予混合気を周方向に旋回させる第1
の手段と、該手段の外周部に位置し、該手段と同じ周方
向に前記予混合気を旋回させる第2の手段とを予混合器
の出口部に備え、前記第1の手段が発生する旋回流の軸
方向流速に対する周方向流速の比で表される旋回の強さ
が、前記第2の手段が発生する旋回流の旋回の強さより
も大きくする。また、好ましくは、前記第2の手段が旋
回軸近傍に発生する旋回流の軸方向流速に対する周方向
流速の比で表される旋回の強さが、該旋回流の外周部に
おける旋回の強さよりも大きくすることにより、火炎の
吹き消えや燃焼振動の原因となる中心軸近傍の淀み領域
を縮小することができる。従って、火炎の吹き消えを防
止し、火炎の安定性を向上することができる。
The first swirl of the premixed gas in the circumferential direction
And a second means located at the outer peripheral portion of the means for swirling the premixed gas in the same circumferential direction as the means are provided at the outlet of the premixer, and the first means is generated. The strength of the swirl represented by the ratio of the circumferential flow velocity to the axial flow velocity of the swirl flow is made larger than the swirl intensity of the swirl flow generated by the second means. Also, preferably, the strength of the swirl represented by the ratio of the circumferential flow velocity to the axial flow velocity of the swirl flow generated in the vicinity of the swirl axis by the second means is greater than the swirl intensity at the outer peripheral portion of the swirl flow. By also increasing, the stagnation region near the central axis, which causes blowout of flame and combustion oscillation, can be reduced. Therefore, it is possible to prevent blowout of the flame and improve the stability of the flame.

【0038】つまり、この作用は、以下の理論的考察に
より説明することができる。ここで、圧力をP,密度を
ρ,旋回流速をW,軸方向距離をx,半径方向距離を
r,燃焼器の半径をRとすると、旋回流場で以下の関係
が成り立つ。
That is, this action can be explained by the following theoretical consideration. Here, if the pressure is P, the density is ρ, the swirling flow velocity is W, the axial distance is x, the radial distance is r, and the radius of the combustor is R, the following relationships are established in the swirling flow field.

【0039】[0039]

【数3】 (∂P/∂x)r=0〜(∂P/∂x)r=R−∂∫(ρW2/r)dr/∂x …(3) 即ち、中心軸の圧力勾配は、遠心力の軸方向の減衰割合
に比例して増加する。中心軸の圧力勾配が大きいほど逆
流流速は増大するから、逆流流速を増大させるために
は、下流ほど遠心力が弱くなるように工夫すればよい。
この結果、旋回流の内周部に比べて外周部での旋回の強
さを小さくすることにより、遠心力に強く影響する内周
部(r:小)での旋回流速を軸方向に効果的に減衰させ
ることができる。このため、逆流流速を増大させ、火炎
の安定性を向上することができる。また、パイロットバ
ーナーを燃焼器の中心部に設け、該パイロットバーナー
を取り囲むように予混合器を周方向に複数配置し構成さ
れた複数の燃焼器からなり、各燃焼器を前記パイロット
バーナーを含み、前記予混合器から放出される旋回流の
回転方向が直線上に略同一となる外周部を火炎伝播管で
結合すると、旋回流によって誘起された流れにより、パ
イロットバーナーから外周部の予混合器へ容易に火移り
できると共に、予混合燃焼火炎を火炎伝播管を介して他
の燃焼器の予混合器へ確実に火炎を伝播させることがで
きる。また、各予混合器から供給される予混合気は、出
口に形成される循環流により保炎しながら燃焼するの
で、予混合火炎の安定をさせることができる。
[Equation 3] (∂P / ∂x) r = 0 ~ (∂P / ∂x) r = R −∂∫ (ρW 2 / r) dr / ∂x (3) That is, the pressure gradient of the central axis is , Increases in proportion to the axial damping rate of centrifugal force. The backflow velocity increases as the pressure gradient of the central axis increases. Therefore, in order to increase the backflow velocity, the centrifugal force may be weakened toward the downstream side.
As a result, by reducing the strength of the swirl at the outer peripheral portion of the swirl flow compared to the inner peripheral portion of the swirl flow, the swirl flow velocity at the inner peripheral portion (r: small) that strongly affects the centrifugal force is effective in the axial direction. Can be attenuated. Therefore, it is possible to increase the backflow velocity and improve the stability of the flame. Further, a pilot burner is provided in the center of the combustor, and a plurality of premixers are arranged in the circumferential direction so as to surround the pilot burner, and each combustor includes the pilot burner. When the outer peripheral portions of the swirl flow discharged from the premixer have the same rotational direction on a straight line by a flame propagation tube, the flow induced by the swirl flow causes the pilot burner to move to the premixer of the outer peripheral portion. The flame can be easily transferred, and the premixed combustion flame can be reliably propagated to the premixer of another combustor through the flame propagation tube. Further, since the premixed gas supplied from each premixer burns while maintaining flame holding by the circulation flow formed at the outlet, it is possible to stabilize the premixed flame.

【0040】(実施例)以下、本発明の実施例を図面を
用いて説明する。
(Embodiment) An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0041】図1は本発明の第1の実施例であるガスタ
ービン燃焼器の縦断面を示す斜視図、図2は図1の予混
合器出口周りの詳細図、図3は図2の翼状構造物のA方
向矢視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a vertical cross section of a gas turbine combustor according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a detailed view around the outlet of the premixer of FIG. 1, and FIG. 3 is a wing shape of FIG. It is an A direction arrow line view of a structure.

【0042】図面において、円筒状の燃焼器5は、その
中心部分に燃料噴射ノズル6a及び空気噴射ノズル6b
で構成されるパイロットバーナー6を備え、パイロット
バーナー6を取り囲むように予混合器1が配置されてい
る。予混合器1は周方向に区分された複数の予混合室か
らなり、各予混合室は入口側に燃料噴射ノズル2と、そ
の下流側の内側面に予混合気の主流方向11aに対して
適切な仰角αを持つ翼状構造物9を備えている。ここ
で、図3に示すように、翼状構造物9は三角錐形状をし
ており、9a,9b,9cを3頂点とする三角形の面
(頂点9aと辺9b−9c(頂点9bと9cを両端とす
る辺)の中点とを結ぶ線(図3の破線))が、予混合気の
主流方向11aに対して仰角αとなるように予混合室の
内面に固定されている。
In the drawing, a cylindrical combustor 5 has a fuel injection nozzle 6a and an air injection nozzle 6b at the center thereof.
And a premixer 1 is arranged so as to surround the pilot burner 6. The premixer 1 is composed of a plurality of premixing chambers divided in the circumferential direction, and each premixing chamber has a fuel injection nozzle 2 on the inlet side and an inner surface on the downstream side thereof with respect to the mainstream direction 11a of the premixed gas. The wing structure 9 having an appropriate elevation angle α is provided. Here, as shown in FIG. 3, the wing-shaped structure 9 has a triangular pyramid shape, and has a triangular surface having 9 a, 9 b, and 9 c as three vertices (vertex 9 a and sides 9 b-9 c (vertices 9 b and 9 c are The line (broken line in FIG. 3) connecting the midpoints of the sides (the ends) is fixed to the inner surface of the premixing chamber so as to form an elevation angle α with respect to the mainstream direction 11a of the premixed gas.

【0043】予混合器1では、その入口から供給された
燃焼用空気3と燃料噴射ノズル2から噴射された燃料4
とが、拡散により混合しながら予混合気11を形成し、
予混合器1内を流れる。その際、翼状構造物9の予混合
器1の内面から離れた部分にある端部、即ち、突出部
(図3の頂点9d)の後方にランチェスター渦と呼ばれ
る予混合気11の主流方向に回転の中心軸を持つ渦(縦
渦)が形成され、ランチェスター渦10は燃料と空気を
巻き込み混合を行いながら予混合器1の出口へ向かう。
ランチェスター渦10の流れは、予混合室内の主流方向
の流れと、この主流方向を中心軸として旋回する流れと
を含み、主流方向の流量が全流量の半分以上を占めてい
る。ランチェスター渦10は下流側に進行するに伴って
渦の回転半径が増加し、角運動量も増加するので、強い
混合作用を有する。このランチェスター渦10の混合作
用により予混合気11は空間的に一様に混合されるの
で、濃度むらによる局所的な高温領域が発生せず、NO
xを低減することができる。
In the premixer 1, the combustion air 3 supplied from the inlet and the fuel 4 injected from the fuel injection nozzle 2
Form a premixture 11 while being mixed by diffusion,
It flows in the premixer 1. At that time, the blade-shaped structure 9 is rotated in the mainstream direction of the premixed air mixture 11 called Lanchester vortex behind the end portion, that is, the protrusion (vertex 9d in FIG. 3) at a portion away from the inner surface of the premixer 1. A vortex (longitudinal vortex) having a central axis of is formed, and the Lanchester vortex 10 moves toward the outlet of the premixer 1 while entraining and mixing fuel and air.
The flow of the Lanchester vortex 10 includes a flow in the mainstream direction in the premixing chamber and a flow swirling around this mainstream direction as a central axis, and the flow rate in the mainstream direction accounts for more than half of the total flow rate. The Lanchester vortex 10 has a strong mixing action because the radius of rotation of the vortex increases and the angular momentum increases as it advances downstream. Since the premixed gas 11 is spatially and uniformly mixed by the mixing action of the Lanchester vortex 10, a local high temperature region due to uneven concentration does not occur, and NO
x can be reduced.

【0044】また、ランチェスター渦10は、予混合室
内において渦の中心圧力よりも周りの方の圧力が高い
が、予混合室の出口で周りの高圧力部から中心の低圧力
部に流れが発生することにより渦中心の圧力を上昇させ
る。これにより、渦中心の圧力は予混合室の出口の方が
予混合室内よりも高くなるので、この圧力差に基づく上
流側への流れが生じ、循環流8を形成する。この循環流
8の作用により予混合火炎12aの吹き飛びを防止し、
火炎の安定化を図ることができる。また、循環流8の外
側を流れる主流7の作用により予混合火炎12aの逆火
も防止できるので、更に火炎の安定化が図れる。尚、図
3では、仰角αとして主流方向11aに対して翼状構造
物9を時計方向に傾けた例を示したが、主流方向11a
に対して翼状構造物9を反時計方向に傾けることによ
り、逆向きのランチェスター渦10を発生することがで
きる。
The Lanchester vortex 10 has a higher pressure in the surroundings than the central pressure of the vortex in the premixing chamber, but at the outlet of the premixing chamber, a flow is generated from the surrounding high pressure portion to the central low pressure portion. By doing so, the pressure at the center of the vortex is increased. As a result, the pressure at the center of the vortex becomes higher at the outlet of the premixing chamber than at the outlet of the premixing chamber, so a flow to the upstream side is generated based on this pressure difference, and the circulation flow 8 is formed. The action of this circulation flow 8 prevents the premixed flame 12a from blowing off,
The flame can be stabilized. Further, since the backflow of the premixed flame 12a can be prevented by the action of the main flow 7 flowing outside the circulation flow 8, the flame can be further stabilized. Although FIG. 3 shows an example in which the wing-shaped structure 9 is tilted clockwise with respect to the mainstream direction 11a as the elevation angle α, the mainstream direction 11a is shown.
By tilting the wing structure 9 in the counterclockwise direction, the Lanchester vortex 10 in the opposite direction can be generated.

【0045】本実施例では、ランチェスター渦10の流
れのうち主流方向を中心軸として旋回する流れの流量を
全流量の30〜50%の範囲にすることにより、上記し
た予混合気11の均一混合及び予混合火炎12aの安定
化を効果的に行うことができる。このような流量配分を
行うために、翼状構造物9としては、主流に対する仰角
が10°〜20°、主流に垂直な面における予混合室内
面からの高さが該垂直な面内の予混合室の平均内径の3
0〜50%の範囲となるようにすればよい。この時、予
混合気11の流れが翼状構造物9の表面から離れる流れ
の剥離現象を抑制し、予混合気11の混合効果を更に高
めることもできる。また、パイロットバーナー6の下流
側には拡散火炎12が形成されるので、これによっても
予混合火炎12aの安定性は更に高められる。
In the present embodiment, the flow rate of the flow swirling around the main flow direction as the central axis in the flow of the Lanchester vortex 10 is set in the range of 30 to 50% of the total flow rate, so that the above-mentioned premixed gas 11 is uniformly mixed. Also, the premixed flame 12a can be effectively stabilized. In order to perform such flow distribution, the wing-shaped structure 9 has an elevation angle of 10 ° to 20 ° with respect to the main flow, and a height from the surface of the premix chamber in a plane perpendicular to the main flow in the plane perpendicular to the premix. 3 of the average inner diameter of the chamber
The range may be 0 to 50%. At this time, the separation effect of the flow of the premixed air 11 separating from the surface of the blade-shaped structure 9 can be suppressed, and the mixing effect of the premixed air 11 can be further enhanced. Further, since the diffusion flame 12 is formed on the downstream side of the pilot burner 6, the stability of the premixed flame 12a is further enhanced by this.

【0046】尚、上記したランチェスター渦10の作用
は予混合器1の予混合室を小型にしても十分に得られる
ので、燃焼器5を小型にしても火炎を安定化しNOxを
低減することができる。従って、本実施例のような複数
の予混合室を小型化し、又は小型の予混合器を複数設置
し、これらを負荷に応じて段階的に運転することによ
り、実質的に連続負荷運転が可能となる。以上のような
構成を備えることにより、NOxの発生要因である予混
合気の不均一性及びこれに伴う予混合火炎内の高温領域
の発生を極力抑えることができるので、10ppm 未満の
超低NOx濃度を達成することが可能となる。
Since the action of the Lanchester vortex 10 described above can be sufficiently obtained even if the premixing chamber of the premixer 1 is made small, it is possible to stabilize the flame and reduce NOx even if the combustor 5 is made small. it can. Therefore, it is possible to realize substantially continuous load operation by downsizing a plurality of premixing chambers as in this embodiment or by installing a plurality of small premixers and operating these in stages according to the load. Becomes With the above configuration, it is possible to suppress the non-uniformity of the premixed gas, which is a factor of NOx generation, and the accompanying generation of the high temperature region in the premixed flame. It is possible to achieve a concentration.

【0047】次に、本実施例のガスタービン燃焼器の運
転方法について説明する。燃焼器5の起動時には、初め
にパイロットバーナー6を起動させ、これに供給する空
気3と燃料4の流量を徐々に増加させることにより、拡
散燃焼出力を増大させる。次に、出力が定格の所定割合
に達した時点で予混合器1を起動させ、予混合気11の
流量を増加させることにより、予混合燃焼出力を増大さ
せる。この時、パイロットバーナー6に供給する空気3
と燃料4の流量を減少させ、予混合燃焼出力に対する拡
散燃焼出力の割合を減らすことにより、低NOx化を図
る。出力が定格に達した時点で、予混合器1及びパイロ
ットバーナー6に供給する空気3と燃料4の流量を一定
にして、燃焼器5を定格出力で運転する。燃焼器5の停
止時には、起動時と逆の運転を行えばよい。上記した所
定割合を適切に設定することにより、低出力時における
予混合火炎の不安定性を拡散火炎の有する安定性で補い
ながら、予混合火炎の有する低NOx性能を有効に利用
できるので、低NOxで火炎安定性に優れた燃焼器の運
転を行うことができる。また、予混合器1の複数の予混
合室の出力増大を段階的に制御することにより、燃焼器
として実質的な連続負荷運転が可能となる。以上、本実
施例においては、構造物により予混合器内に渦を発生さ
せたが、この限りではなく、後述する予混合器の形状変
形や、旋回羽根等を含み、予混合器内に渦を発生させ、
かつ、燃焼器の運転上支障をきたさない手段であれば用
いても構わない。
Next, a method of operating the gas turbine combustor of this embodiment will be described. At the time of starting the combustor 5, first, the pilot burner 6 is started, and the flow rates of the air 3 and the fuel 4 supplied thereto are gradually increased to increase the diffusion combustion output. Next, the premixer 1 is started when the output reaches a predetermined ratio of the rated value, and the flow rate of the premixed gas 11 is increased to increase the premixed combustion output. At this time, the air 3 supplied to the pilot burner 6
By reducing the flow rate of the fuel 4 and the ratio of the diffusion combustion output to the premixed combustion output, the NOx is reduced. When the output reaches the rated value, the flow rates of the air 3 and the fuel 4 supplied to the premixer 1 and the pilot burner 6 are made constant, and the combustor 5 is operated at the rated output. When the combustor 5 is stopped, the operation opposite to that at the start-up may be performed. By properly setting the above-mentioned predetermined ratio, the instability of the premixed flame at low output can be compensated for by the stability of the diffusion flame, while the low NOx performance of the premixed flame can be effectively utilized, so that the low NOx With this, it is possible to operate the combustor having excellent flame stability. Further, by controlling the output increase of the plurality of premixing chambers of the premixer 1 in a stepwise manner, a substantially continuous load operation as a combustor becomes possible. As described above, in the present embodiment, the vortex is generated in the premixer by the structure, but the present invention is not limited to this, and the vortex is generated in the premixer including the shape deformation of the premixer described later and swirl vanes. Generate
Moreover, any means that does not hinder the operation of the combustor may be used.

【0048】図4は本発明の第2の実施例である予混合
器を示す図である。本実施例では、予混合気の主流方向
11aに対して適切な仰角α1 を持つ翼状構造物9を予
混合器1の内側面に設置すると共に、翼状構造物9上に
主流方向11aに対して適切な仰角α2 を持つ複数の小
翼13を設置している。予混合器1では、その入口から
供給された燃焼用空気3と燃料噴射ノズル2から噴射さ
れた燃料4とが、拡散により混合しながら予混合気を形
成し、予混合器1内を流れる。そして、第1の実施例と
同様の作用により、翼状構造物9の開放端後方に予混合
気のランチェスター渦10が形成されると共に、小翼1
3からも複数の小さなランチェスター渦10aが生じ
る。小さなランチェスター渦10aは互いに干渉しなが
ら燃料と空気を巻き込んで混合し、さらに大きなランチ
ェスター渦10に巻き込まれながら予混合器出口に達
し、出口において燃焼される。本実施例によれば、予混
合器1で作られた予混合気11は複数の小さなランチェ
スター渦10aと1個の大きなランチェスター渦10と
の組み合わせにより、第1の実施例よりもさらに一様に
混合される。第1の実施例で述べたように、仰角α1
α2を10°〜20°の範囲に設定することにより、上
記作用を得ることができる。また、複数の小翼13の発
生する小さなランチェスター渦10aは、翼状構造物9
の仰角が大きくなったときに予混合気の主流が翼状構造
物9の表面を離れる流れの剥離現象を抑制する作用があ
るので、これによっても予混合気の混合は促進される。
従って、濃度むらによる局所的な高温領域の発生を防止
できるので、NOx低減効果を更に高めることができ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a premixer according to a second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the wing structure 9 having an appropriate elevation angle α 1 with respect to the mainstream direction 11a of the premixed air is installed on the inner side surface of the premixer 1, and the wing structure 9 on the wing structure 9 with respect to the mainstream direction 11a. A plurality of winglets 13 having an appropriate elevation angle α 2 are installed. In the premixer 1, the combustion air 3 supplied from the inlet of the premixer 1 and the fuel 4 injected from the fuel injection nozzle 2 mix by diffusion to form a premixed gas, which flows in the premixer 1. Then, by the same operation as in the first embodiment, the Lanchester vortex 10 of the premixed gas is formed behind the open end of the blade-shaped structure 9 and the winglet 1
From 3 also, a plurality of small Lanchester vortices 10a are generated. The small Lanchester vortices 10a interfere with each other to entrain and mix the fuel and air, reach the premixer outlet while being entrained in the larger Lanchester vortex 10 and are burned at the outlet. According to the present embodiment, the premixed gas 11 produced by the premixer 1 is more uniform than the first embodiment due to the combination of a plurality of small Lanchester vortices 10a and one large Lanchester vortex 10. Mixed. As described in the first embodiment, the elevation angle α 1 ,
The above effect can be obtained by setting α 2 in the range of 10 ° to 20 °. In addition, the small Lanchester vortex 10a generated by the plurality of small wings 13 is
Since the main flow of the premixed gas has the effect of suppressing the separation phenomenon of the flow leaving the surface of the blade-shaped structure 9 when the elevation angle of is increased, this also promotes the mixing of the premixed gas.
Therefore, it is possible to prevent the occurrence of a local high temperature region due to uneven concentration, and thus it is possible to further enhance the NOx reduction effect.

【0049】尚、本実施例では、複数の小翼13の仰角
α2 が同じである例を示したが、小翼13の中に仰角α
2 が他と異なるものが存在しても上記作用は得ることが
できる。また、小翼13の代わりにワイヤー(細線)な
どの乱流を発生させる手段を予混合気11の主流方向に
垂直に翼状構造物9上に設けても上述と同様な効果を達
成することができる。
In this embodiment, the elevation angle α 2 of the plurality of winglets 13 is the same.
Even if 2 is different from the others, the above effect can be obtained. Even if a means for generating a turbulent flow such as a wire (thin wire) is provided on the blade-shaped structure 9 perpendicularly to the mainstream direction of the premixed gas 11 instead of the small blades 13, the same effect as described above can be achieved. it can.

【0050】図5は本発明の第3の実施例である予混合
器を示す図である。本実施例では、予混合気の主流方向
11aに対して適切な仰角α(10°〜20°)を持つ
複数の翼状構造物9を予混合器1の内側面に設置してい
る。予混合器1では、その入口から供給された燃焼用空
気3と燃料噴射ノズル2から噴射された燃料4とが、拡
散により混合しながら予混合気を形成し、予混合器1内
を流れる。そして、第1の実施例と同様の作用により、
複数の翼状構造物9の開放端後方に予混合気のランチェ
スター渦10が形成される。複数のランチェスター渦1
0は、互いに干渉しながら燃料と空気を巻き込んで混合
し、渦形状が崩壊して乱流状態となる。こうして混合さ
れた予混合気11は、予混合器出口において燃焼され
る。本実施例によれば、予混合器1で作られた予混合気
11は複数のランチェスター渦10の混合作用の相乗効
果でより一様に混合される。従って、前例と同様に、N
Ox低減効果を更に高めることができる。
FIG. 5 is a diagram showing a premixer according to a third embodiment of the present invention. In this embodiment, a plurality of blade-shaped structures 9 having an appropriate elevation angle α (10 ° to 20 °) with respect to the mainstream direction 11a of the premixed gas are installed on the inner surface of the premixer 1. In the premixer 1, the combustion air 3 supplied from the inlet of the premixer 1 and the fuel 4 injected from the fuel injection nozzle 2 mix by diffusion to form a premixed gas, which flows in the premixer 1. Then, by the same operation as in the first embodiment,
A Lanchester vortex 10 of premixed gas is formed behind the open ends of the plurality of blade-shaped structures 9. Multiple Lanchester Vortex 1
In the case of 0, the fuel and air are entrained and mixed while interfering with each other, and the vortex shape collapses to be in a turbulent state. The premixed gas 11 thus mixed is combusted at the outlet of the premixer. According to this embodiment, the premixed gas 11 produced by the premixer 1 is more uniformly mixed by the synergistic effect of the mixing action of the plurality of Lanchester vortices 10. Therefore, as in the previous example, N
The Ox reduction effect can be further enhanced.

【0051】図6は本発明の第4の実施例である予混合
器の横断面を示す図である。本実施例では、断面が四角
形の予混合器1の内面に予混合気の主流方向に対して適
切な仰角を持つ3個の三角錐形状をしたデルタ翼16
a,16b,16c(構造は図3と同じ)を設置してい
る。同図の横方向におけるデルタ翼16bと16cの高
さを予混合器1の内面の間隔の1/3に設定すると共
に、縦方向におけるデルタ翼16aの高さを予混合器1
の内面の間隔の1/3に設定し、各デルタ翼の先端が正
三角形の3つの頂点となるように配置する。この配置
で、デルタ翼16aと16cから発生するランチェスタ
ー渦10aと10cの循環(中心軸の周りに渦として流
れる流量)をΓとし、デルタ翼16bから発生するラン
チェスター渦10bの循環を−Γ/2(負号は渦の回転
方向が逆であることを示す)とするように、各デルタ翼
の仰角を10゜〜20゜の範囲で調整する。これによ
り、各デルタ翼から発生する3個のランチェスター渦1
0は前述の数1及び数2の条件を満足するので、螺旋軌
道を描きながら合体し、1つの強いランチェスター渦1
5を形成する。本実施例によれば、予混合器1で作られ
た予混合気11は強いランチェスター渦15の作用によ
り更に一様に混合されるので、濃度むらによる局所的な
高温領域の発生を防止し、NOx低減効果を更に高める
ことができる。
FIG. 6 is a diagram showing a cross section of a premixer according to a fourth embodiment of the present invention. In the present embodiment, three triangular pyramid-shaped delta vanes 16 having an appropriate elevation angle with respect to the mainstream direction of the premixed air are provided on the inner surface of the premixer 1 having a rectangular cross section.
a, 16b, 16c (the structure is the same as in FIG. 3) are installed. The height of the delta vanes 16b and 16c in the horizontal direction in the figure is set to 1/3 of the distance between the inner surfaces of the premixer 1, and the height of the delta vanes 16a in the vertical direction is set to the premixer 1.
It is set to ⅓ of the inner surface interval, and the tips of each delta wing are arranged so as to have three apexes of an equilateral triangle. With this arrangement, the circulation of the Lanchester vortices 10a and 10c generated from the delta vanes 16a and 16c (flow rate flowing as a vortex around the central axis) is Γ, and the circulation of the Lanchester vortex 10b generated from the delta vanes 16b is −Γ / 2. (The negative sign indicates that the direction of rotation of the vortex is opposite), and the elevation angle of each delta wing is adjusted within the range of 10 ° to 20 °. As a result, the three Lanchester vortices generated from each delta wing 1
Since 0 satisfies the conditions of the above equations 1 and 2, they merge while drawing a spiral orbit and one strong Lanchester vortex 1
5 is formed. According to this embodiment, the premixed gas 11 produced by the premixer 1 is more uniformly mixed by the action of the strong Lanchester vortex 15, so that the occurrence of a local high temperature region due to uneven concentration is prevented, The NOx reduction effect can be further enhanced.

【0052】図7は本発明の第5の実施例である予混合
器の縦断面を示す図である。本実施例では、予混合気の
主流方向11aに対して適切な仰角αを持つ翼状構造物
9を予混合器1の内側壁に設置し、翼状構造物9の下流
側に縮小流路と拡大流路の組み合わせからなるスロート
部17を設けている。翼状構造物9により形成されたラ
ンチェスター渦10はスロート部17の縮小流路を通過
する際に主流方向に引き延ばされ、渦の中心と周りの圧
力差が増大するので、より強い縦渦が得られる。この強
い縦渦の中心と周りの圧力差に基づく半径方向の流れの
混合作用を用いて、空気と燃料の混合が一層促進され
る。また、ランチェスター渦10がスロート部17の拡
大流路を通過する際に、渦周りの高圧力部から渦中心の
低圧力部に流れが発生することにより、渦中心の圧力は
上昇する。この拡大流路の上流側と下流側における渦中
心の圧力差に基づいて上流側への流れが生じる。これに
より、予混合器1の内部に循環流8bを形成するので、
この循環流8bを用いて予混合気11をさらに混合する
ことができる。従って、NOx低減効果を更に高めるこ
とができる。また、予混合器1の出口に形成される循環
流8により火炎の吹き飛びを防止し、火炎を安定化する
ことができる。尚、本実施例では翼状構造物9を1個設
置した例を示したが、前述のように3個の翼状構造物9
を設置して1つのランチェスター渦を形成するような予
混合器に対しても同様の効果が得られる。図8は本発明
の第6の実施例である予混合器を示す図である。本実施
例では、予混合気の主流方向に対して適切な仰角を持つ
翼状構造物9を内蔵する円筒容器20で予混合器本体は
構成され、その出口に拡大流路であるディフューザー2
1が設けられている。円筒容器20の入口からは燃焼用
空気3が予混合器内に供給され、予混合器の入口側に設
置した燃料噴射ノズル2から燃料4が噴射される。そし
て、第1の実施例と同様に、翼状構造物9から発生した
ランチェスター渦10は空気と燃料を混合しながら予混
合器出口へ向かう。ディフューザー21で、ランチェス
ター渦10の周りの高圧力部から渦中心の低圧力部に流
れが発生することにより、渦中心の圧力は上昇する。従
って、円筒容器20内とディフューザー21におけるラ
ンチェスター渦10の中心の圧力差によりディフューザ
ー21に循環流8が形成される。この循環流8により火
炎の吹き飛びを防止し、火炎の安定化が良好に行われ
る。
FIG. 7 is a vertical sectional view of a premixer according to a fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the wing structure 9 having an appropriate elevation angle α with respect to the main flow direction 11a of the premixed gas is installed on the inner wall of the premixer 1, and the reduced flow path and the expansion are provided on the downstream side of the wing structure 9. A throat portion 17 formed of a combination of flow paths is provided. The Lanchester vortex 10 formed by the wing-shaped structure 9 is stretched in the mainstream direction when passing through the contraction flow path of the throat portion 17, and the pressure difference between the center of the vortex and the surroundings increases, so that a stronger vertical vortex is generated. can get. The mixing action of the radial flow based on the pressure difference between the center of this strong longitudinal vortex and the surroundings is used to further promote the mixing of air and fuel. Further, when the Lanchester vortex 10 passes through the enlarged flow path of the throat portion 17, a flow is generated from the high pressure portion around the vortex to the low pressure portion around the vortex, so that the pressure at the vortex center rises. A flow to the upstream side occurs based on the pressure difference between the vortex centers on the upstream side and the downstream side of the expanded flow path. As a result, the circulation flow 8b is formed inside the premixer 1,
The premixed gas 11 can be further mixed by using the circulation flow 8b. Therefore, the NOx reduction effect can be further enhanced. In addition, the circulation flow 8 formed at the outlet of the premixer 1 can prevent flame blow-off and stabilize the flame. Although the example in which one wing-shaped structure 9 is installed is shown in the present embodiment, three wing-shaped structures 9 are provided as described above.
The same effect can be obtained even for a premixer in which is installed to form one Lanchester vortex. FIG. 8 is a diagram showing a premixer according to a sixth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the premixer main body is composed of a cylindrical container 20 containing a wing-shaped structure 9 having an appropriate elevation angle with respect to the mainstream direction of the premixed gas, and the diffuser 2 which is an expanded flow path at the outlet thereof.
1 is provided. Combustion air 3 is supplied into the premixer from the inlet of the cylindrical container 20, and fuel 4 is injected from a fuel injection nozzle 2 installed on the inlet side of the premixer. Then, as in the first embodiment, the Lanchester vortex 10 generated from the wing structure 9 moves toward the premixer outlet while mixing air and fuel. In the diffuser 21, a flow is generated from the high pressure portion around the Lanchester vortex 10 to the low pressure portion at the center of the vortex, so that the pressure at the vortex center rises. Therefore, the circulation flow 8 is formed in the diffuser 21 due to the pressure difference between the center of the Lanchester vortex 10 in the cylindrical container 20 and the center of the diffuser 21. The circulation flow 8 prevents the flame from being blown off and stabilizes the flame well.

【0053】図9は本発明の第7の実施例である予混合
器内の翼状構造物を示す図である。本実施例では、予混
合器1の内側面に設置され、ランチェスター渦10を発
生させる翼状構造物9の表面に複数の燃料噴出孔18が
開けられており、ここから燃料19が予混合器1内に供
給される。これによっても、予混合器1の入口側から供
給した空気3が翼状構造物9の後方でランチェスター渦
10を形成する領域で燃料と空気の混合を促進でき、N
Oxを低減することができる。
FIG. 9 is a diagram showing a blade-like structure in a premixer according to a seventh embodiment of the present invention. In this embodiment, a plurality of fuel injection holes 18 are provided on the surface of the blade-shaped structure 9 which is installed on the inner side surface of the premixer 1 and generates the Lanchester vortex 10, from which fuel 19 is fed. Supplied within. This also promotes the mixing of fuel and air in the region where the air 3 supplied from the inlet side of the premixer 1 forms the Lanchester vortex 10 behind the wing structure 9.
Ox can be reduced.

【0054】図10は本発明の第8の実施例であるガス
タービン燃焼器の横断面を示す図である。本実施例で
は、図8で示した予混合器1を燃焼器5の周方向に8個
配置し、各予混合器1の出口中央部に、燃料噴射ノズル
と空気噴射ノズルで構成される小型のパイロットバーナ
ー6が設置されている。前述したように、各予混合器1
の出口には循環流8が形成されるので、この循環流の作
用により火炎の安定化を図ることができる。従って、各
パイロットバーナー6を小さくしても安定な燃焼器の運
転が行える。また、各パイロットバーナー6で生じた拡
散火炎は、各予混合器1の出口から放出されるランチェ
スター渦10に巻き込まれ、未燃焼予混合気を燃焼させ
る。これにより、拡散火炎の予混合気への火移り特性を
効果的に向上できる。本実施例によれば、パイロットバ
ーナーを小さくしても火炎を安定化できると共に、NO
xを低減することができる。
FIG. 10 is a diagram showing a cross section of a gas turbine combustor according to an eighth embodiment of the present invention. In this embodiment, eight premixers 1 shown in FIG. 8 are arranged in the circumferential direction of the combustor 5, and a small-sized fuel injection nozzle and an air injection nozzle are provided at the center of the outlet of each premixer 1. The pilot burner 6 is installed. As described above, each premixer 1
Since the circulation flow 8 is formed at the outlet of, the flame can be stabilized by the action of this circulation flow. Therefore, even if each pilot burner 6 is made small, stable operation of the combustor can be performed. Further, the diffusion flame generated in each pilot burner 6 is caught in the Lanchester vortex 10 discharged from the outlet of each premixer 1 and burns the unburned premixed gas. As a result, the transfer characteristic of the diffusion flame to the premixed gas can be effectively improved. According to this embodiment, the flame can be stabilized even if the pilot burner is made small, and NO
x can be reduced.

【0055】図11は本発明の第9の実施例であるガス
タービン燃焼器の横断面を示す図である。本実施例で
は、燃焼器5の中心部分に、燃料噴射ノズル6aと空気
噴射ノズル6bで構成されるパイロットバーナー6が設
置され、パイロットバーナー6を取り囲むように図8で
示した予混合器1が周方向に設置されている。また、隣
合う予混合器1から放出されるランチェスター渦10の
向きが逆になるように、各予混合器1を配置している。
このように、隣合うランチェスター渦10を逆向きとす
ることにより、燃焼器中心から予混合器への流れ14が
誘起される。パイロットバーナー6の出口に形成される
拡散火炎は、流れ14により予混合器1へと輸送され未
燃焼予混合気を燃焼させる。前述したように、各予混合
器1から供される予混合気は、出口に形成される循環流
8により保炎されながら燃焼するので、予混合火炎の安
定化が実現される。従って、本実施例によれば、NOx
を低減できると共に、拡散火炎の予混合気への火移り特
性を向上し、火炎を安定化することができる。尚、本実
施例では、隣合う予混合器1から放出されるすべてのラ
ンチェスター渦10が互いに逆向きとなる例を示した
が、ランチェスター渦10のうち少なくとも1つの向き
が逆であればその渦の隣に流れ14が発生するので、同
様に予混合火炎を安定化することができる。
FIG. 11 is a cross sectional view of a gas turbine combustor according to a ninth embodiment of the present invention. In this embodiment, a pilot burner 6 including a fuel injection nozzle 6a and an air injection nozzle 6b is installed at the center of the combustor 5, and the premixer 1 shown in FIG. It is installed in the circumferential direction. Moreover, each premixer 1 is arrange | positioned so that the direction of the Lanchester vortex 10 discharged from the adjacent premixer 1 may become reverse.
Thus, by making adjacent Lanchester vortices 10 in opposite directions, a flow 14 from the combustor center to the premixer is induced. The diffusion flame formed at the outlet of the pilot burner 6 is transported to the premixer 1 by the flow 14 and burns the unburned premixed gas. As described above, since the premixed gas supplied from each premixer 1 burns while being flame-held by the circulation flow 8 formed at the outlet, stabilization of the premixed flame is realized. Therefore, according to the present embodiment, NOx
It is also possible to improve the transfer characteristic of the diffusion flame to the premixed gas and stabilize the flame. In addition, in the present embodiment, an example in which all the Lanchester vortices 10 emitted from the adjacent premixers 1 are opposite to each other is shown, but if at least one of the Lanchester vortices 10 is opposite, the vortices are reversed. Since the flow 14 is generated next to, the premixed flame can be similarly stabilized.

【0056】図12は本発明の第10の実施例であるガ
スタービン燃焼器の横断面を示す図である。本実施例で
は、燃焼器5の中心部分に、燃料噴射ノズル6a及び空
気噴射ノズル6bで構成されるパイロットバーナー6が
設置され、パイロットバーナー6を取り囲むように図8
で示した予混合器1が同心円状に2段に設置されてい
る。また、周方向及び半径方向に隣合う予混合器1から
放出されるランチェスター渦10の向きが逆になるよう
に、各予混合器1を配置している。このように、隣合う
ランチェスター渦10を半径方向の各段間においても逆
向きとすることにより、燃焼器中心から予混合器への流
れ14が誘起される。この流れ14は、半径方向の段数
を増加することによって、より効果的に発生させること
ができる。従って、図11で示した第9の実施例と同様
の作用により、NOxを低減できると共に、火炎を安定
化することができる。
FIG. 12 is a cross-sectional view of a gas turbine combustor which is a tenth embodiment of the present invention. In the present embodiment, a pilot burner 6 including a fuel injection nozzle 6a and an air injection nozzle 6b is installed in the center of the combustor 5, and the pilot burner 6 is surrounded by the pilot burner 6 as shown in FIG.
The premixer 1 shown by is installed concentrically in two stages. Further, the premixers 1 are arranged such that the Lanchester vortices 10 emitted from the premixers 1 adjacent to each other in the circumferential direction and the radial direction are opposite in direction. In this way, by making adjacent Lanchester vortices 10 in opposite directions even between radial stages, a flow 14 from the center of the combustor to the premixer is induced. This flow 14 can be generated more effectively by increasing the number of steps in the radial direction. Therefore, by the action similar to that of the ninth embodiment shown in FIG. 11, NOx can be reduced and the flame can be stabilized.

【0057】図13は本発明の第11の実施例であるガ
スタービン燃焼器の横断面を示す図である。本実施例で
は、図8に示した予混合器を燃焼器5内に格子状に配置
し、隣合う予混合器から放出されるランチェスター渦1
0の向きを全ての格子点上において逆にしている。格子
点上の一つの予混合器(例えば、予混合器1a)は、最
大8個の予混合器(予混合器1b〜1i)に囲まれる。
8個の予混合器出口から放出されるランチェスター渦は
互いに逆向きであるから、中心に位置する予混合器1a
からこの周囲に位置する予混合器への流れ14が誘起さ
れ、予混合器1a出口で燃焼させた燃焼気体を各予混合
器へ引き込む作用を持つ。このような作用が各格子点上
で発生する。従って、各予混合器がパイロットバーナー
としての役割も果たすことになるので、火炎の火移り特
性を効果的に向上でき、火炎を安定化することができ
る。また、拡散燃焼を含まないのでNOxの発生を容易
に抑制できる。
FIG. 13 is a cross-sectional view of a gas turbine combustor which is an eleventh embodiment of the present invention. In the present embodiment, the premixers shown in FIG. 8 are arranged in a lattice in the combustor 5, and the Lanchester vortex 1 emitted from the adjacent premixer 1 is discharged.
The direction of 0 is reversed on all grid points. One premixer (for example, premixer 1a) on the lattice point is surrounded by a maximum of eight premixers (premixers 1b to 1i).
Since the Lanchester vortices discharged from the eight premixer outlets are in opposite directions, the premixer 1a located at the center
To the premixer located in the periphery of the premixer 1a is induced, and the combustion gas combusted at the outlet of the premixer 1a is drawn into each premixer. Such an action occurs on each grid point. Therefore, since each premixer also serves as a pilot burner, the flame transfer characteristics can be effectively improved and the flame can be stabilized. Further, since diffusion combustion is not included, the generation of NOx can be easily suppressed.

【0058】図14は本発明の第12の実施例であるガ
スタービン燃焼器の横断面を示す図である。本実施例で
は、燃焼器5は板19で構成された三角柱構造物により
6つのセクターに分けられる。各三角柱構造物の内部に
は、空気と燃料の予混合気を供給する2個の予混合器1
と、空気のみを供給する1個の旋回器22が設置され、
それぞれの中心が正三角形をなすように配置してある。
各予混合器1及び旋回器22は内部に翼状構造物を有
し、旋回器22の出口は予混合器1の出口に形成される
循環流8よりも下流側に配置される。三角柱構造物内の
各予混合器1から放出される縦渦の向き及び循環の強さ
は同一とし、旋回器22から放出される縦渦の向きを予
混合器1の縦渦と逆方向に、循環の強さを予混合器1か
ら放出される縦渦の半分となるようにする。こうするこ
とにより、前述の数1及び数2を満足し、各予混合器1
及び旋回器22から放出される3個の縦渦を一つの縦渦
に合体させることができる。各予混合器1から供給され
る予混合気はその出口に形成される循環流8内で燃焼さ
れ、上記した3個の縦渦の合体により循環流8の下流で
は火炎が冷却されるので、NOxの発生する高温部を循
環流8の内部に限定でき、NOxの発生を容易に抑制で
きる。本実施例のように、予混合器に限らず、空気のみ
又は燃料のみを供給する手段に対しても縦渦を発生させ
ることにより、NOxの低減と火炎の安定化を図ること
ができる。
FIG. 14 is a view showing a cross section of a gas turbine combustor according to a twelfth embodiment of the present invention. In this embodiment, the combustor 5 is divided into six sectors by the triangular prism structure composed of the plates 19. Inside each triangular prism structure, two premixers 1 for supplying a premixed air and fuel mixture.
And, one swirler 22 that supplies only air is installed,
Each center is arranged so that it forms an equilateral triangle.
Each of the premixers 1 and the swirler 22 has a blade structure inside, and the outlet of the swirler 22 is arranged downstream of the circulation flow 8 formed at the outlet of the premixer 1. The direction of the vertical vortex discharged from each premixer 1 in the triangular prism structure and the circulation strength are the same, and the direction of the vertical vortex discharged from the swirler 22 is opposite to the direction of the vertical vortex of the premixer 1. The circulation strength is set to be half that of the vertical vortex discharged from the premixer 1. By doing so, the above-described Equations 1 and 2 are satisfied, and each premixer 1
Also, the three vertical vortices emitted from the swirler 22 can be combined into one vertical vortex. The premixed gas supplied from each premixer 1 is burned in the circulation flow 8 formed at its outlet, and the flame is cooled downstream of the circulation flow 8 by the combination of the three vertical vortices described above. The high temperature portion where NOx is generated can be limited to the inside of the circulation flow 8, and the generation of NOx can be easily suppressed. As in the present embodiment, the vertical vortex is generated not only in the premixer but also in the means for supplying only air or only fuel, so that NOx reduction and flame stabilization can be achieved.

【0059】図15は本発明の第13の実施例であるガ
スタービン燃焼器を示す概略図である。本実施例での予
混合器は、入口側に、旋回羽根23を備えた円筒容器2
0で構成されている。予混合器の入口から燃焼用空気3
が旋回羽根23を通して供給され、旋回羽根23の中心
に設置された燃料噴射ノズル2から燃料4が噴射され
る。旋回羽根23は燃焼用空気3の旋回流24を形成
し、燃料4を混合する。このようにして予混合器の入口
側に形成される予混合気は、下流側に流れるに伴って、
その主流方向が周方向から軸方向に移行する。この主流
方向が軸方向に移行する位置よりも下流側に設置した翼
状構造物9により、ランチェスター渦10が予混合器内
に形成される。この場合、旋回流24とランチェスター
渦10の両方の混合作用を用いることにより、出口側で
は均一な予混合気11を得ることができるので、NOx
の低減効果を更に高めることができる。また、予混合器
の出口に形成される循環流8により、火炎を安定化させ
ることができる。
FIG. 15 is a schematic diagram showing a gas turbine combustor which is a thirteenth embodiment of the present invention. The premixer according to the present embodiment is a cylindrical container 2 having swirl vanes 23 on the inlet side.
It consists of zero. Combustion air 3 from the inlet of the premixer
Is supplied through the swirl vane 23, and the fuel 4 is injected from the fuel injection nozzle 2 installed at the center of the swirl vane 23. The swirl vanes 23 form a swirl flow 24 of the combustion air 3 and mix the fuel 4. The premixed gas thus formed on the inlet side of the premixer flows as it flows downstream,
The mainstream direction shifts from the circumferential direction to the axial direction. Lanchester vortices 10 are formed in the premixer by the blade-shaped structure 9 installed on the downstream side of the position where the main flow direction shifts to the axial direction. In this case, by using the mixing action of both the swirling flow 24 and the Lanchester vortex 10, a uniform premixed gas 11 can be obtained on the outlet side, so NOx
Can be further enhanced. Further, the flame can be stabilized by the circulation flow 8 formed at the outlet of the premixer.

【0060】図16は本発明の第14の実施例であるガ
スタービン燃焼器を示す概略図である。本実施例での予
混合器本体は、側面に、スリット部分25を備えた円筒
容器20で構成され、その出口側に縮小流路21aを設
けている。スリット部分25から円筒容器20内に燃焼
用空気3が供給され、予混合器入口に設置した燃料噴射
ノズル2から燃料4が噴射される。燃焼用空気3は円筒
容器20内に旋回流24を形成しながら燃料4を混合す
る。こうして予混合器の入口側に形成される予混合気
は、下流側に流れるに伴って、その主流方向が周方向か
ら軸方向に移行する。この主流方向が軸方向に移行する
位置よりも下流側に設置した翼状構造物9によりランチ
ェスター渦10が予混合器内に形成され、予混合気を均
一に混合する。また、縮小流路21aにおいてランチェ
スター渦10の周りの圧力は上昇し、渦中心の圧力は低
下するので、この渦の中心と周りの圧力差に基づく半径
方向の流れの混合作用により、予混合気の均一性は増
す。従って、これらの作用により均一な予混合気11を
得ることができるので、NOxの発生を更に抑制するこ
とができる。一方、縮小流路21aの出口において、ラ
ンチェスター渦10の周りの高圧力部は半径方向に膨張
し、渦中心の圧力を上昇させる。この縮小流路21aの
出口と内部における渦中心の圧力差により循環流8が形
成され、火炎の吹き飛びを防止することができる。更
に、縮小流路21aはランチェスター渦10の周りの軸
方向の流速を増加する作用があるので、出口において循
環流8の周りに高速の主流7が形成され、これにより火
炎の逆火を防止することができる。従って、火炎を更に
安定化することができる。
FIG. 16 is a schematic diagram showing a gas turbine combustor according to a fourteenth embodiment of the present invention. The premixer main body in the present embodiment is formed of a cylindrical container 20 provided with a slit portion 25 on the side surface, and a reduction channel 21a is provided on the outlet side thereof. Combustion air 3 is supplied from the slit portion 25 into the cylindrical container 20, and the fuel 4 is injected from the fuel injection nozzle 2 installed at the inlet of the premixer. The combustion air 3 mixes the fuel 4 while forming a swirling flow 24 in the cylindrical container 20. The premixed gas thus formed on the inlet side of the premixer shifts its main flow direction from the circumferential direction to the axial direction as it flows downstream. Due to the blade-shaped structure 9 installed on the downstream side of the position where the main flow direction shifts to the axial direction, a Lanchester vortex 10 is formed in the premixer to uniformly mix the premixed gas. Further, in the reduced flow path 21a, the pressure around the Lanchester vortex 10 rises and the pressure at the center of the vortex decreases, so that the premixed gas mixture is caused by the mixing action of the radial flows based on the pressure difference between the center of the vortex and the surroundings. Uniformity is increased. Therefore, since the uniform premixed gas 11 can be obtained by these actions, the generation of NOx can be further suppressed. On the other hand, at the outlet of the reduction channel 21a, the high-pressure portion around the Lanchester vortex 10 expands in the radial direction, increasing the pressure at the center of the vortex. Circulation flow 8 is formed by the pressure difference between the outlet of the reduction channel 21a and the center of the vortex inside, and blowout of flame can be prevented. Further, since the reduction flow passage 21a has an effect of increasing the flow velocity in the axial direction around the Lanchester vortex 10, a high-speed main flow 7 is formed around the circulation flow 8 at the outlet, thereby preventing flash backfire. be able to. Therefore, the flame can be further stabilized.

【0061】図17は本発明の第15の実施例である予
混合器の出口周りを詳細に示す縦断面図、図18は図1
7の旋回羽根の構成を示す構成図である。
FIG. 17 is a vertical cross-sectional view showing in detail around the outlet of the premixer according to the fifteenth embodiment of the present invention, and FIG. 18 is shown in FIG.
It is a block diagram which shows the structure of the turning blade of FIG.

【0062】図面において、予混合器1は、その出口側
に図18に示す旋回羽根23を設けている。旋回羽根2
3は、外側旋回羽根23aとその内側に形成された内側
旋回羽根23bとより構成され、中心部には一端が燃料
系に接続されている燃料管26が接続されている。予混
合器1では、その入口側から供給された燃焼用空気と燃
料とが拡散により混合しながら予混合気11を形成し、
予混合器1内を流れ、燃料室に流出される。この際、予
混合気11は、予混合器1の出口側に設けた旋回羽根2
3(外側旋回羽根23a,内側旋回羽根23b)により
周方向に旋回が加えられ、旋回流を形成する。また、燃
料管26からは燃料が燃焼室に流出され予混合気11と
反応して燃焼し拡散火炎12を形成する。この時、燃焼
した高温の既燃気体27は、旋回羽根23(外側旋回羽
根23a,内側旋回羽根23b)により形成された旋回
流により拡散火炎12の中心軸近傍に逆流領域を形成す
るが、この場合、本実施例では、内側旋回羽根23bの
発生する旋回流の軸方向運動量に対する周方向運動量の
比で表されるスワール数、換言すれば、軸方向流速に対
する周方向流速の比で表される旋回の強さが、外側旋回
羽根23aの発生する旋回流よりも大きくする。このよ
うにすると、外側旋回羽根23aの旋回作用により逆流
領域が拡大され、火炎の吹き消えの原因となる中心軸近
傍の淀み領域を縮小する。従って、拡散火炎12の中心
軸近傍に発生する循環流の安定化を図ることができ、火
炎の吹き消え防止し、火炎の安定性を向上することがで
きる。また、中心軸近傍に発生する循環流の安定化を図
ることにより、火炎の揺らぎに伴う振動を低減できる。
また、本実施例は、パイロット燃焼のために燃料管26
を通して燃料を供給するもの以外のものにおいても有効
であるが、拡散(パイロット)火炎を併用した方が、火
炎の安定性がよく希薄燃料での燃焼が可能であるため、
NOxを低減することができる。
In the drawing, the premixer 1 is provided with a swirl vane 23 shown in FIG. 18 on the outlet side thereof. Swirl blade 2
3 comprises an outer swirl vane 23a and an inner swirl vane 23b formed inside the outer swirl vane 23a, and a fuel pipe 26 having one end connected to the fuel system is connected to the central portion. In the premixer 1, the combustion air supplied from the inlet side and the fuel are mixed by diffusion to form the premixed gas 11,
It flows in the premixer 1 and is discharged into the fuel chamber. At this time, the premixed gas 11 is mixed with the swirl vanes 2 provided on the outlet side of the premixer 1.
3 (outer swirl vane 23a, inner swirl vane 23b) is swirled in the circumferential direction to form a swirl flow. Further, the fuel flows out from the fuel pipe 26 into the combustion chamber and reacts with the premixed gas 11 and burns to form a diffusion flame 12. At this time, the burnt high-temperature burnt gas 27 forms a backflow region near the central axis of the diffusion flame 12 due to the swirling flow formed by the swirl vanes 23 (the outer swirl vanes 23a and the inner swirl vanes 23b). In this case, in the present embodiment, the swirl number is represented by the ratio of the circumferential momentum to the axial momentum of the swirling flow generated by the inner swirl vane 23b, in other words, the ratio of the circumferential flow velocity to the axial flow velocity. The swirl strength is set to be larger than that of the swirl flow generated by the outer swirl vanes 23a. By doing so, the backflow region is enlarged by the swirling action of the outer swirling vanes 23a, and the stagnation region near the central axis that causes blowout of the flame is reduced. Therefore, the circulation flow generated in the vicinity of the central axis of the diffusion flame 12 can be stabilized, the blowout of the flame can be prevented, and the stability of the flame can be improved. Further, by stabilizing the circulation flow generated near the central axis, it is possible to reduce the vibration associated with the fluctuation of the flame.
Further, in this embodiment, the fuel pipe 26 is used for pilot combustion.
It is also effective for other than those that supply fuel through, but when using diffusion (pilot) flames together, flame stability is better and combustion with lean fuel is possible,
NOx can be reduced.

【0063】また、本実施例における旋回羽根23(外
側旋回羽根23a,内側旋回羽根23b)をテーパ状に
設けることにより、旋回流の中心軸近傍における旋回の
強さが更に強くすることができる。このようにすると、
中心軸近傍に形成される逆流領域が局在化する。これに
より、火炎長を短くすることができ、コンパクトな燃焼
器を実現できる。また、旋回の強さが強化されると、拡
散火炎12は旋回流の遠心力の影響により半径方向に広
がり、旋回流の外周部における予混合気の燃焼を促進す
る。これにより、燃え残り燃料の量や一酸化炭素の排出
量を低減することができる。また、中心軸近傍の旋回の
強さが強化されると、中心軸近傍の圧力損失が外周部の
圧力損失より高くなり流量を減少させるので、拡散火炎
近傍の流速を低下させ火炎を安定に保つことができる。
尚、旋回羽根の旋回軸に対する角度を大きくすることに
より本実施例の効果を達成することは可能であるが、本
実施例のように、旋回羽根をテーパ状に設けた方が旋回
流の下流側においても旋回の強さを強化できる。
Further, by providing the swirl vanes 23 (outer swirl vanes 23a, inner swirl vanes 23b) in the present embodiment in a tapered shape, the swirl strength near the central axis of the swirl flow can be further increased. This way,
The backflow region formed near the central axis is localized. As a result, the flame length can be shortened and a compact combustor can be realized. Further, when the strength of the swirl is enhanced, the diffusion flame 12 spreads in the radial direction under the influence of the centrifugal force of the swirl flow, and promotes the combustion of the premixed gas in the outer peripheral portion of the swirl flow. As a result, the amount of unburned fuel and the amount of carbon monoxide emission can be reduced. When the strength of the swirl near the central axis is strengthened, the pressure loss near the central axis becomes higher than the pressure loss at the outer peripheral portion and the flow rate is reduced, so the flow velocity near the diffusion flame is reduced and the flame is kept stable. be able to.
The effect of this embodiment can be achieved by increasing the angle of the swirl blade with respect to the swirl axis. However, as in the present embodiment, the tapered swirl vanes are provided downstream of the swirl flow. The turning strength can be enhanced on the side as well.

【0064】図19は本実施例の第16の実施例である
ガスタービン燃焼器を示す概略図である。本実施例での
予混合器は、その内部に図18で示した第1の旋回羽根
23(外側旋回羽根23a,内側旋回羽根23b)を設
け、出口部に第2の旋回羽根23(外側旋回羽根23c
と内側旋回羽根23d)を支持棒28で支持している円
筒容器20で構成されている。第2の旋回羽根23は、
円筒容器20との間に間隔を開けて支持されている。予
混合器の入口から供給された燃焼用空気と燃料噴射ノズ
ルから噴射された燃料は、予混合気内部に設けられた第
1の旋回羽根23により混合され、予混合器内を下流に
向かって流れる。そして、予混合器の出口側に支持棒2
8で支持された第2の旋回羽根により旋回が加えられ
る。本実施例では、第2の旋回羽根23の作用により旋
回流の中心近傍の旋回の強さを強化できるので、前例と
同様の効果が得られる。また、本実施例では、予混合器
の内部にも旋回流が形成されるので、燃焼用空気と燃料
との混合が促進され、燃料の空間的な不均一に基づく火
炎の局所的高温領域の発生を防止できる。従って、NO
xを低減することができる。また、仮に逆火が生じ火炎
が予混合器内に拡がった場合、本実施例では、予混合器
内の圧力上昇を容易に逃がすことができるので安全性に
も優れている。
FIG. 19 is a schematic view showing a gas turbine combustor which is a sixteenth embodiment of this embodiment. The premixer in the present embodiment is provided with the first swirl vane 23 (outer swirl vane 23a, inner swirl vane 23b) shown in FIG. 18 inside and the second swirl vane 23 (outer swirl vane 23) at the outlet. Feather 23c
And the inner swirl vane 23d) are supported by the support rod 28. The second swirl vane 23 is
It is supported at a distance from the cylindrical container 20. The combustion air supplied from the inlet of the premixer and the fuel injected from the fuel injection nozzle are mixed by the first swirl vane 23 provided inside the premixture, and flow toward the downstream in the premixer. Flowing. Then, the support rod 2 is provided on the outlet side of the premixer.
A swirl is applied by a second swirl vane supported at 8. In the present embodiment, the action of the second swirl vanes 23 can strengthen the swirl strength in the vicinity of the center of the swirl flow, so that the same effect as the previous example can be obtained. In addition, in this embodiment, since the swirl flow is also formed inside the premixer, the mixing of the combustion air and the fuel is promoted, and the local high temperature region of the flame due to the spatial nonuniformity of the fuel is generated. Occurrence can be prevented. Therefore, NO
x can be reduced. Further, if a backfire occurs and the flame spreads in the premixer, the present embodiment can easily release the pressure increase in the premixer, which is excellent in safety.

【0065】また、本実施例の第1の旋回羽根23の代
わりに、予混合器の側面の接線方向に矩形状の予混合器
入口を形成する。このように形成された予混合器入口
は、予混合器の中心軸に対して偏心して取り付けられて
いるため、予混合器内に供給された燃焼用空気の旋回流
を形成し、燃料噴射ノズル(図示せず)から噴射した燃
料を混合し、予混合気を形成する。そして、予混合器の
出口側に支持棒28で支持されてた旋回羽根23により
旋回を加え、旋回流の中心近傍の旋回の強さを強化する
ので、上述と同様の効果が得られる。
Further, instead of the first swirl vane 23 of this embodiment, a rectangular premixer inlet is formed tangentially to the side surface of the premixer. The premixer inlet thus formed is mounted eccentrically with respect to the central axis of the premixer, so that it forms a swirling flow of the combustion air supplied into the premixer, and Fuel injected from (not shown) is mixed to form a premixture. Then, the swirl vanes 23 supported by the support rods 28 are swirled on the outlet side of the premixer to strengthen the swirl strength in the vicinity of the center of the swirl flow, so that the same effect as described above can be obtained.

【0066】図20は本発明の第17の実施例であるガ
スタービン燃焼器を示す縦断面図である。本実施例は2
段予混合方式の燃焼器を示しており、燃焼器5は中心に
設置したパイロットバーナー6の周りに複数の第1段予
混合器29を備えると共に、その下流側に複数の第2段
予混合器30を備えている。パイロットバーナー6は燃
焼用空気3と燃料4をノズルから噴射し、拡散火炎12
を形成する。第1段予混合器29は翼状構造物9が発生
する縦渦を用いて燃焼用空気3と燃料4を混合して予混
合気11を形成し、出口に循環流8を形成する。前述し
たように、縦渦の作用により予混合気11は空間的に一
様に混合されるので、予混合火炎12aには濃度むらに
よる局所的な高温領域が発生せずNOxを低減すること
ができると共に、循環流8の作用により予混合火炎12
aを安定化することができる。また、隣合う第1段予混
合器26から発生する縦渦の回転方向を互いに逆向きと
することにより、図10で示した実施例と同じように拡
散火炎12から予混合火炎12aへの火移り特性を向上
し、予混合火炎12aを安定化することができる。本実
施例では更に、第2段予混合器30も第1段予混合器2
6と同様に、翼状構造物9が発生する縦渦を用いて予混
合気11を混合し、出口に循環流8を形成する。第1段
予混合器26の出口に形成される予混合火炎12aは下
流側に拡散して第2段予混合器27の出口の予混合気に
火移りし、予混合火炎12bを発生させる。ここでも、
循環流8の作用により予混合火炎12bの安定化が達成
される。従って、第1段予混合器29と第2段予混合器
30の両方で発生する縦渦の作用を組み合わせて、燃焼
器5の低NOx化及び火炎安定化を図ることができる。
尚、本実施例では、燃焼器5で必要な予混合気の流量を
第1段予混合器26と第2段予混合器27に適切に配分
させることにより、予混合気を超希薄燃焼させることが
できるので、NOxの低減効果を高めることができる。
更に、空気3の一部が第2段予混合器30の上流側から
予混合火炎12aの発生領域に供給されることにより、
燃焼器内の構造物を冷却し焼損を防止できると共に、予
混合火炎12aを冷却しNOxの低減効果を更に高める
ことができる。
FIG. 20 is a vertical sectional view showing a gas turbine combustor according to a seventeenth embodiment of the present invention. This example is 2
1 shows a stage premixing type combustor, in which the combustor 5 is provided with a plurality of first stage premixers 29 around a pilot burner 6 installed at the center and a plurality of second stage premixers downstream thereof. The container 30 is provided. The pilot burner 6 injects the combustion air 3 and the fuel 4 from the nozzle, and the diffusion flame 12
To form. The first-stage premixer 29 mixes the combustion air 3 and the fuel 4 by using the vertical vortex generated by the blade-shaped structure 9 to form the premixed gas 11 and the circulation flow 8 at the outlet. As described above, since the premixed gas 11 is spatially and uniformly mixed by the action of the vertical vortex, the premixed flame 12a does not have a local high temperature region due to uneven concentration, and thus NOx can be reduced. The premixed flame 12 can be formed by the action of the circulation flow 8
a can be stabilized. Further, by making the rotation directions of the vertical vortices generated from the adjacent first-stage premixers 26 opposite to each other, the flame from the diffusion flame 12 to the premix flame 12a can be fired as in the embodiment shown in FIG. The transfer characteristics can be improved and the premixed flame 12a can be stabilized. In this embodiment, the second stage premixer 30 is also used as the first stage premixer 2.
Similar to 6, the premixed gas 11 is mixed by using the vertical vortex generated by the blade-shaped structure 9 to form the circulation flow 8 at the outlet. The premixed flame 12a formed at the outlet of the first stage premixer 26 diffuses to the downstream side and is transferred to the premixed flame at the outlet of the second stage premixer 27 to generate the premixed flame 12b. even here,
The action of the circulation flow 8 achieves the stabilization of the premixed flame 12b. Therefore, the action of the vertical vortex generated in both the first-stage premixer 29 and the second-stage premixer 30 can be combined to reduce the NOx of the combustor 5 and stabilize the flame.
In this embodiment, the flow rate of the premixed gas required in the combustor 5 is appropriately distributed to the first-stage premixer 26 and the second-stage premixer 27 to burn the premixed gas in an ultra-lean burn. Therefore, the effect of reducing NOx can be enhanced.
Further, by supplying a part of the air 3 from the upstream side of the second stage premixer 30 to the generation region of the premix flame 12a,
The structure in the combustor can be cooled to prevent burnout, and the premixed flame 12a can be cooled to further enhance the NOx reduction effect.

【0067】次に、本実施例のガスタービン燃焼器の運
転方法について説明する。燃焼器5の起動時には、初め
にパイロットバーナー6を起動させ、これに供給する空
気3と燃料4の流量を徐々に増加させることにより、拡
散燃焼出力を増大させる。次に、出力が定格の第1の所
定割合に達した時点で第1段予混合器29を起動させて
これに供給する予混合気11の流量を増加させることに
より、第1段の予混合燃焼出力を増大させる。この時、
パイロットバーナー6に供給する空気3と燃料4の流量
を減少させ、予混合燃焼出力に対する拡散燃焼出力の割
合を減らすことにより、低NOx化を図る。出力が定格
の第2の所定割合に達した時点で、第1段予混合器29
及びパイロットバーナー6に供給する空気3と燃料4の
流量を一定にすると共に、第2段予混合器30を起動さ
せてこれに供給する予混合気11の流量を増加させるこ
とにより、第2段の予混合燃焼出力を増大させる。出力
が定格に達した時点で、第2段予混合器27に供給する
空気3と燃料4の流量を一定にして、燃焼器5を定格出
力で運転する。燃焼器5の停止時には、起動時と逆の運
転を行えばよい。上記した第1及び第2の所定割合を適
切に設定することにより、低出力時における予混合火炎
の不安定性を拡散火炎の有する安定性で補いながら、予
混合火炎の有する低NOx性能を有効に利用できるの
で、低NOxで火炎安定性に優れた燃焼器の運転を行う
ことができる。また、複数の第1段予混合器29及び第
2段予混合器30の出力増大を段階的に制御することに
より、燃焼器として実質的な連続負荷運転が可能とな
る。
Next, a method of operating the gas turbine combustor of this embodiment will be described. At the time of starting the combustor 5, first, the pilot burner 6 is started, and the flow rates of the air 3 and the fuel 4 supplied thereto are gradually increased to increase the diffusion combustion output. Next, when the output reaches the first predetermined ratio of the rated value, the first-stage premixer 29 is activated to increase the flow rate of the premixed gas 11 supplied thereto, whereby the first-stage premixer 29 is mixed. Increase combustion output. At this time,
NOx is reduced by reducing the flow rates of the air 3 and the fuel 4 supplied to the pilot burner 6 and reducing the ratio of the diffusion combustion output to the premixed combustion output. When the output reaches the second predetermined rate of the rating, the first stage premixer 29
And the flow rates of the air 3 and the fuel 4 supplied to the pilot burner 6 are made constant, and the second stage premixer 30 is activated to increase the flow rate of the premixed gas 11 supplied thereto. Increase the premixed combustion power of. When the output reaches the rated value, the flow rates of the air 3 and the fuel 4 supplied to the second stage premixer 27 are kept constant, and the combustor 5 is operated at the rated output. When the combustor 5 is stopped, the operation opposite to that at the start-up may be performed. By appropriately setting the first and second predetermined ratios described above, the instability of the premixed flame at low output is compensated by the stability of the diffusion flame, while the low NOx performance of the premixed flame becomes effective. Since it can be used, it is possible to operate a combustor with low NOx and excellent flame stability. Further, by controlling the output increases of the plurality of first-stage premixers 29 and the second-stage premixers 30 in a stepwise manner, a substantially continuous load operation as a combustor becomes possible.

【0068】図21は本発明の第18の実施例であるガ
スタービン燃焼器を示す縦断面図、図22は図21のB
−B′の断面図である。本実施例は2段予混合方式の燃
焼器を示しており、燃焼器5は中心に設置したパイロッ
トバーナー6の周りに複数の第1段予混合器29を備え
ると共に、複数の第1段予混合器29の周りに複数の第
2段予混合器30を備えている。本実施例においては、
パイロットバーナー6,第1段予混合器29及び第2段
予混合器30は、その出口側に外側旋回羽根23aとそ
の内側に形成された内側旋回羽根23bとより構成され
た旋回羽根23を設けて、予混合気に旋回を加えて旋回
流を形成する。この時、内側旋回羽根23bの発生する
旋回流の軸方向運動量に対する周方向運動量の比で表さ
れるスワール数、換言すれば、軸方向流速に対する周方
向流速の比で表される旋回の強さが、外側旋回羽根23
aの発生する旋回流よりも大きいので、外側旋回羽根2
3aの旋回作用により燃焼した高温の既燃気体が形成す
る逆流領域を拡大し、火炎の吹き消えの原因となる中心
軸近傍の淀み領域を縮小する。これにより、拡散火炎1
2の中心軸近傍に発生する循環流の安定化を図ることが
でき、火炎の吹き消えを防止し、火炎の安定性を向上す
ることができる。尚、本実施例の旋回羽根は、図21で
示した燃焼器、即ち、燃料と空気の予混合気を形成し、
出口部において燃料を噴射させ前記予混合気とともに燃
焼させる燃焼器に限らず、燃料と空気の予混合気を形成
し該予混合気を燃焼する燃焼器や、燃料と空気を別々に
噴射させ燃焼させる燃焼器を含み、種々な燃焼器への適
用が可能である。
FIG. 21 is a vertical sectional view showing a gas turbine combustor which is an eighteenth embodiment of the present invention, and FIG. 22 is B of FIG.
It is a sectional view of -B '. The present embodiment shows a two-stage premixing type combustor. The combustor 5 is provided with a plurality of first stage premixers 29 around a pilot burner 6 installed at the center and a plurality of first stage premixers. A plurality of second stage premixers 30 are provided around the mixer 29. In this embodiment,
The pilot burner 6, the first-stage premixer 29, and the second-stage premixer 30 are provided with a swirl vane 23 composed of an outer swirl vane 23a and an inner swirl vane 23b formed inside thereof on the outlet side thereof. Then, swirl is added to the premixed air to form a swirl flow. At this time, the swirl number represented by the ratio of the circumferential momentum to the axial momentum of the swirl flow generated by the inner swirl vane 23b, in other words, the swirl strength represented by the ratio of the circumferential flow velocity to the axial flow velocity. But outside swirl vanes 23
Since it is larger than the swirl flow generated by a, the outer swirl vanes 2
The backflow region formed by the burnt gas of high temperature burned by the swirling action of 3a is enlarged, and the stagnation region near the central axis that causes blowout of the flame is reduced. This allows the diffusion flame 1
The circulation flow generated near the central axis of 2 can be stabilized, blowout of the flame can be prevented, and the stability of the flame can be improved. The swirl vanes of this embodiment form the combustor shown in FIG. 21, that is, a premixture of fuel and air,
Not limited to a combustor that injects fuel at the outlet and burns it together with the premixed air, a combustor that forms a premixed air of fuel and air and burns the premixed air, or a fuel that is separately injected and burned It can be applied to various combustors.

【0069】また、本実施例においては、ガスタービン
燃焼器の起動及び停止を、パイロットバナー6,複数の
第1の予混合器29,複数の第2の予混合器30の順
に、前例と同様の運転方法で行うことにより、前例と同
様の効果、即ち低NOxで火炎安定性に優れた燃焼器の
運転を行うことができる。また、複数の第1段予混合器
29及び第2段予混合器30の出力増大を段階的に制御
することにより、燃焼器として実質的な連続負荷運転が
可能となる効果を得ることができる。
Further, in the present embodiment, the start and stop of the gas turbine combustor is performed in the same order as in the previous example in the order of the pilot banner 6, the plurality of first premixers 29, and the plurality of second premixers 30. By carrying out the operation method described above, it is possible to perform the same effect as the previous example, that is, the operation of the combustor with low NOx and excellent flame stability. Further, by controlling the output increases of the plurality of first-stage premixers 29 and the second-stage premixers 30 in a stepwise manner, it is possible to obtain the effect of enabling substantially continuous load operation as a combustor. .

【0070】図23は本発明の第19の実施例である複
数の燃焼器で構成されるガスタービン燃焼器を示す断面
図である。図面において、複数の燃焼器5a,5b,5
cは火炎伝播管31により結合され燃焼器群を構成して
おり、各燃焼器は火炎伝播管32の同一線上に並ぶ予混
合器、例えば、燃焼器5aのパイロットバーナー6を含
み、予混合器1a,1b,1c,1dの発生する旋回流
24の旋回方向が同一になるように配設している。ま
た、同心円状の予混合器の発生する旋回流24の旋回方
向が、同心円状に隣合う予混合器と逆向きになるように
予混合器を配設している。このように予混合器を配設し
た本実施例の燃焼器によるとすると、各予混合器で発生
する旋回流により、燃焼器の中心を対称とする4箇所に
図面に示す流れ14(略ハート型)が誘起される。これ
により、パイロットバーナー6で形成される拡散火炎
は、流れ14により外周部の予混合器へ輸送され未燃焼
予混合気を燃焼させる。また、予混合火炎は、予混合器
1dから火炎伝播管31を介して他の燃焼器5bの予混
合器へ輸送され未燃焼予混合気を燃焼させる。この場
合、旋回流24により形成された流れ14は、予混合火
炎を燃焼器の中心部へ輸送する。また、各予混合器から
供給される予混合気は、出口に形成される循環流により
保炎しながら燃焼するので、予混合火炎を安定させる。
本実施例によれば、拡散火炎の予混合器への火移り特性
を向上すると共に、他の燃焼器への火移りも可能とする
ものである。また、NOxも低減できる。
FIG. 23 is a sectional view showing a gas turbine combustor composed of a plurality of combustors which is a nineteenth embodiment of the present invention. In the drawing, a plurality of combustors 5a, 5b, 5
c is connected by a flame propagation tube 31 to form a combustor group, and each combustor includes a premixer aligned on the same line of the flame propagation tube 32, for example, a pilot burner 6 of the combustor 5a. The swirling flows 24 generated by 1a, 1b, 1c and 1d are arranged so that the swirling directions are the same. Further, the premixer is arranged so that the swirling direction of the swirling flow 24 generated by the concentric premixer is opposite to that of the adjacent concentric premixers. According to the combustor of the present embodiment in which the premixer is arranged in this way, the swirl flow generated in each premixer causes a flow 14 (substantially heart-shaped) shown in the drawing at four points symmetrical about the center of the combustor. Type) is induced. As a result, the diffusion flame formed by the pilot burner 6 is transported to the premixer at the outer peripheral portion by the flow 14 and burns the unburned premixed gas. Further, the premixed flame is transported from the premixer 1d to the premixer of the other combustor 5b through the flame propagation pipe 31, and burns the unburned premixed gas. In this case, the stream 14 formed by the swirling flow 24 transports the premixed flame to the center of the combustor. Further, the premixed gas supplied from each premixer burns while maintaining flame holding by the circulation flow formed at the outlet, thus stabilizing the premixed flame.
According to the present embodiment, it is possible to improve the transfer characteristic of the diffusion flame to the premixer and also to transfer the transfer flame to another combustor. Also, NOx can be reduced.

【0071】図24は本発明の第20の実施例である複
数の燃焼器で構成されるガスタービン燃焼器を示す断面
図である。図面において、複数の燃焼器5a,5b,5
cは火炎伝播管31により結合され燃焼器群を構成して
おり、各燃焼器はパイロットバーナー6,予混合器1
a,1b,1c,1dで発生する旋回流24の旋回方向
が同一にし、アニュラー型に配設している。また、予混
合器1aと1b,1bと1c,1cと1d,1dと1a
の間に扇型をした予混合器32を配設している。このよ
うに予混合器を配設した本実施例の燃焼器によるとする
と、予混合器1a,1b,1c,1dで発生する旋回流
と、扇型予混合器32の形成した予混合気により図に示
すような流れ14(略正方形状)が誘起される。これに
より、前例と同様にパイロットバーナー6で形成される
拡散火炎は、流れ14により外周部の予混合器1a,1
b,1c,1d及び扇型予混合器32へ輸送され未燃焼
予混合気を燃焼させる。また、予混合火炎は、予混合器
1dから火炎伝播管31を介して他の燃焼器5bの予混
合器へ輸送され未燃焼予混合気を燃焼させる。本実施例
によれば、拡散火炎の予混合器への火移り特性を更に向
上するものである。
FIG. 24 is a sectional view showing a gas turbine combustor composed of a plurality of combustors which is a twentieth embodiment of the present invention. In the drawing, a plurality of combustors 5a, 5b, 5
c is connected by a flame propagation tube 31 to form a combustor group, and each combustor includes a pilot burner 6 and a premixer 1.
The swirling flows 24 generated in a, 1b, 1c and 1d have the same swirling direction and are arranged in an annular type. Also, the premixers 1a and 1b, 1b and 1c, 1c and 1d, 1d and 1a.
A fan-shaped premixer 32 is arranged between the two. According to the combustor of the present embodiment in which the premixer is arranged in this way, the swirling flow generated in the premixers 1a, 1b, 1c, 1d and the premixed gas formed by the fan-type premixer 32 are used. A flow 14 (substantially square) as shown in the figure is induced. As a result, the diffusion flame formed by the pilot burner 6 as in the previous example is caused by the flow 14 in the premixers 1a, 1a of the outer peripheral portion.
b, 1c, 1d and the fan-type premixer 32 are transported to burn the unburned premixed gas. Further, the premixed flame is transported from the premixer 1d to the premixer of the other combustor 5b through the flame propagation pipe 31, and burns the unburned premixed gas. According to this embodiment, the transfer characteristic of the diffusion flame to the premixer is further improved.

【0072】図25は前述した何れかの本発明による燃
焼器を用いた発電システムを示す図である。本実施例で
は、燃焼器33で発生した高温の燃焼ガス34はガスタ
ービン36へ供給されこれを駆動する。燃焼ガス34に
よりガスタービン36で生じた動力の一部は空気圧縮器
35の駆動に用いられ、残りの動力は発電機38の駆動
に用いられる。空気圧縮器35は発生した燃焼用空気3
を燃焼器33に供給する。燃焼ガス34は、ガスタービ
ン36を駆動した後、廃熱回収ボイラー39を通過する
際に蒸気40を発生し、煙突37から外気へ放出され
る。廃熱回収ボイラー40から発生した蒸気40は、蒸
気タービン41に送られ、発電機42を駆動する。燃焼
器33として前述した何れかの燃焼器を用いることによ
り、低NOxで燃焼が安定に行えると共に、高効率な発電
システムとすることができる。
FIG. 25 is a diagram showing a power generation system using any of the above-described combustors of the present invention. In this embodiment, the high temperature combustion gas 34 generated in the combustor 33 is supplied to the gas turbine 36 to drive it. Part of the power generated by the combustion gas 34 in the gas turbine 36 is used to drive the air compressor 35, and the remaining power is used to drive the generator 38. The air compressor 35 generates the combustion air 3
Are supplied to the combustor 33. The combustion gas 34, after driving the gas turbine 36, generates steam 40 when passing through the waste heat recovery boiler 39, and is discharged from the chimney 37 to the outside air. The steam 40 generated from the waste heat recovery boiler 40 is sent to the steam turbine 41 and drives the generator 42. By using any of the above-described combustors as the combustor 33, it is possible to achieve stable combustion with low NOx and a highly efficient power generation system.

【0073】尚、本実施例は、上記のように構成された
発電システムには限定されず、燃焼器33で発生した高
温の燃焼ガス34をガスタービン36へ供給しこれを駆
動するガスタービン機関や、燃焼器33で発生した高温
の燃焼ガス34をガスタービン36へ供給しこれを駆動
して発電機38を駆動するガスタービン発電設備等にも
用いることは可能である。
The present embodiment is not limited to the power generation system configured as described above, and the gas turbine engine that supplies the high temperature combustion gas 34 generated in the combustor 33 to the gas turbine 36 and drives it. Alternatively, the high temperature combustion gas 34 generated in the combustor 33 may be supplied to the gas turbine 36 and driven to drive the generator 38, which may be used as a gas turbine power generation facility.

【0074】[0074]

【発明の効果】本発明によれば、予混合器内でのランチ
ェスター渦の発生を可能として、低NOx化、及び火炎
安定性に優れ、火炎の吹き消え防止が図れる燃焼器及び
ガスタービン燃焼器を提供することができるという効果
を奏する。
According to the present invention, a combustor and a gas turbine combustor capable of generating Lanchester vortices in a premixer, achieving low NOx, excellent flame stability, and preventing blowout of flame are provided. The effect of being able to provide.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例であるガスタービン燃焼
器の縦断面を示す斜視図。
FIG. 1 is a perspective view showing a vertical cross section of a gas turbine combustor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の予混合器出口周りの詳細図。FIG. 2 is a detailed view around the premixer outlet of FIG.

【図3】図2の翼状構造物のA方向矢視図。3 is a view of the wing-shaped structure of FIG. 2 as seen from the direction of arrow A. FIG.

【図4】本発明の第2の実施例である予混合器を示す
図。
FIG. 4 is a diagram showing a premixer according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3の実施例である予混合器を示す
図。
FIG. 5 is a diagram showing a premixer according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4の実施例である予混合器の横断面
を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a cross section of a premixer according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第5の実施例である予混合器の縦断面
を示す図。
FIG. 7 is a view showing a vertical cross section of a premixer according to a fifth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第6の実施例である予混合器を示す
図。
FIG. 8 is a diagram showing a premixer according to a sixth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第7の実施例である予混合器内の翼状
構造物を示す図。
FIG. 9 is a view showing a blade-shaped structure in a premixer according to a seventh embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第8の実施例であるガスタービン燃
焼器の横断面を示す図。
FIG. 10 is a view showing a cross section of a gas turbine combustor according to an eighth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第9の実施例であるガスタービン燃
焼器の横断面を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing a cross section of a gas turbine combustor according to a ninth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第10の実施例であるガスタービン
燃焼器の横断面を示す図。
FIG. 12 is a diagram showing a cross section of a gas turbine combustor according to a tenth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第11の実施例であるガスタービン
燃焼器の横断面を示す図。
FIG. 13 is a diagram showing a cross section of a gas turbine combustor which is an eleventh embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第12の実施例であるガスタービン
燃焼器の横断面を示す図。
FIG. 14 is a view showing a cross section of a gas turbine combustor which is a twelfth embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第13の実施例であるガスタービン
燃焼器を示す概略図。
FIG. 15 is a schematic diagram showing a gas turbine combustor that is a thirteenth embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第14の実施例であるガスタービン
燃焼器を示す概略図。
FIG. 16 is a schematic diagram showing a gas turbine combustor that is a fourteenth embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第15の実施例である予混合器出口
周りの詳細図。
FIG. 17 is a detailed view around the premixer outlet which is the fifteenth embodiment of the present invention.

【図18】図17の旋回羽根の構成を示す構成図。FIG. 18 is a configuration diagram showing the configuration of the swirl vane of FIG. 17.

【図19】本発明の第16の実施例であるガスタービン
燃焼器を示す概略図。
FIG. 19 is a schematic diagram showing a gas turbine combustor which is a sixteenth embodiment of the present invention.

【図20】本発明の第17の実施例であるガスタービン
燃焼器の横断面を示す図。
FIG. 20 is a view showing a cross section of a gas turbine combustor which is a seventeenth embodiment of the present invention.

【図21】本発明の第18の実施例であるガスタービン
燃焼器の横断面を示す図。
FIG. 21 is a view showing a cross section of a gas turbine combustor which is an eighteenth embodiment of the present invention.

【図22】図21のB−B′方向の断面図。22 is a sectional view taken along the line BB ′ of FIG.

【図23】本発明の第19の実施例である複数の燃焼器
で構成されるガスタービン燃焼器の断面を示す図。
FIG. 23 is a view showing a cross section of a gas turbine combustor including a plurality of combustors according to a nineteenth embodiment of the present invention.

【図24】本発明の第20の実施例である複数の燃焼器
で構成されるガスタービン燃焼器の断面を示す図。
FIG. 24 is a view showing a cross section of a gas turbine combustor including a plurality of combustors according to a twentieth embodiment of the present invention.

【図25】本発明による燃焼器を用いた発電システムを
示す。
FIG. 25 shows a power generation system using a combustor according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…予混合器、2…燃料噴射ノズル、3…空気、4…燃
料、5…燃焼器本体、6…パイロットバーナー、6a…
燃料噴射ノズル、6b…空気噴射ノズル、7…主流、8
…循環流、9…翼状構造物、10,15…ランチェスタ
ー渦、11…予混合気、11a…主流方向、12…拡散
火炎、12a,12b…予混合火炎、13…小翼、14
…流れ、16a,16b,16c…デルタ翼、17…ス
ロート部、18…燃料噴出孔、19…板、20…円筒容
器、21…ディフューザー、21a…縮小流路、22…
旋回器、23…旋回羽根、24…旋回流、25…スリッ
ト部分、26…燃料管、27…既燃気体、28…支持
棒、29…第1段予混合器、30…第2段予混合器、3
1…火炎伝播管、32…扇型予混合器、33…燃焼器、
34…燃焼ガス、35…空気圧縮器、36…ガスタービ
ン、37…煙突、38,42…発電機、39…排熱回収
ボイラー、40…蒸気、41…蒸気タービン。
1 ... Premixer, 2 ... Fuel injection nozzle, 3 ... Air, 4 ... Fuel, 5 ... Combustor body, 6 ... Pilot burner, 6a ...
Fuel injection nozzle, 6b ... Air injection nozzle, 7 ... Mainstream, 8
... Circulating flow, 9 ... Wing-like structure, 10, 15 ... Lanchester vortex, 11 ... Premixed gas, 11a ... Mainstream direction, 12 ... Diffusion flame, 12a, 12b ... Premixed flame, 13 ... Small blade, 14
... Flow, 16a, 16b, 16c ... Delta blade, 17 ... Throat part, 18 ... Fuel injection hole, 19 ... Plate, 20 ... Cylindrical container, 21 ... Diffuser, 21a ... Reduction channel, 22 ...
Swirler, 23 ... swirl vane, 24 ... swirl flow, 25 ... slit part, 26 ... fuel pipe, 27 ... burned gas, 28 ... support rod, 29 ... first stage premixer, 30 ... second stage premix Bowl, 3
1 ... Flame propagation tube, 32 ... Fan type premixer, 33 ... Combustor,
34 ... Combustion gas, 35 ... Air compressor, 36 ... Gas turbine, 37 ... Chimney, 38, 42 ... Generator, 39 ... Exhaust heat recovery boiler, 40 ... Steam, 41 ... Steam turbine.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】空気と燃料を混合して予混合気を作る予混
合器を有する燃焼器において、 前記予混合気の主流方向に回転の中心軸を持つ渦を発生
させる翼状構造物を前記予混合器内に設けたことを特徴
とする燃焼器。
1. A combustor having a premixer for mixing air and fuel to form a premixed gas, wherein a blade-shaped structure for generating a vortex having a central axis of rotation in the mainstream direction of the premixed gas is used as the premixer. A combustor provided in a mixer.
【請求項2】請求項1に記載の燃焼器において、 前記構造物を前記予混合器内に複数設け、該複数の構造
物の下流に発生する複数の渦を合体させることを特徴と
する燃焼器。
2. The combustor according to claim 1, wherein a plurality of the structures are provided in the premixer, and a plurality of vortices generated downstream of the plurality of structures are combined. vessel.
【請求項3】空気と燃料を混合して予混合気を作る予混
合器を有し、該予混合気を燃焼し燃焼ガスを得るガスタ
ービン燃焼器において、 前記空気と燃料を個別に噴出し拡散燃焼させるパイロッ
トバーナーを該燃焼器の中心部に設け、該パイロットバ
ーナーを取り囲むように前記予混合器を周方向に複数配
置すると共に、 該予混合器は、前記予混合気の主流方向に回転の中心軸
を持つ渦を発生させる翼状構造物を内蔵していることを
特徴とするガスタービン燃焼器。
3. A gas turbine combustor having a premixer for mixing air and fuel to produce a premixed gas, and combusting the premixed gas to obtain combustion gas, the air and the fuel are jetted separately. A pilot burner for diffusive combustion is provided in the center of the combustor, and a plurality of the premixers are circumferentially arranged so as to surround the pilot burner, and the premixer rotates in the main flow direction of the premixed gas. A gas turbine combustor characterized by having a built-in wing-shaped structure that generates a vortex with the central axis of the.
【請求項4】請求項3に記載のガスタービン燃焼器にお
いて、 前記予混合器の隣合う予混合器から放出される渦の回転
方向を互いに逆向きとしたことを特徴とするガスタービ
ン燃焼器。
4. The gas turbine combustor according to claim 3, wherein the rotation directions of the vortices emitted from the adjacent premixers of the premixers are opposite to each other. .
【請求項5】請求項3に記載のガスタービン燃焼器にお
いて、 前記予混合器の周方向に空気の旋回流を発生させる手段
を前記予混合器内に設けた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 3, wherein means for generating a swirling flow of air in the circumferential direction of the premixer is provided in the premixer. vessel.
【請求項6】空気と燃料を混合して予混合気を作る予混
合器を有する燃焼器であって、 前記予混合気の主流方向に回転の中心軸を持つ渦を発生
させる翼状構造物を前記予混合器内に設け、前記予混合
器出口側の中心部に循環流が形成されその循環流の外側
に主流が形成されるよう構成したことを特徴とする燃焼
器。
6. A combustor having a premixer for mixing air and fuel to form a premixed gas, wherein an wing structure for generating a vortex having a central axis of rotation in the mainstream direction of the premixed gas is provided. A combustor, wherein the combustor is provided in the premixer, and a circulation flow is formed in a central portion on an outlet side of the premixer and a main flow is formed outside the circulation flow.
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