JP2004101105A

JP2004101105A - Combustor

Info

Publication number: JP2004101105A
Application number: JP2002265281A
Authority: JP
Inventors: Masatoyo Oota; 太田　将豊; Shigemi Bandai; 萬代　重実; Kuniaki Aoyama; 青山　邦明; Katsunori Tanaka; 田中　克則; Koichi Nishida; 西田　幸一; Wataru Akizuki; 秋月　渉; Takakuni Kasai; 笠井　剛州; Junji Hashimura; 橋村　淳司
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2004-04-02
Anticipated expiration: 2022-09-11
Also published as: JP3958158B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a combustor suppressing combustion vibration while making a pilot ratio low. <P>SOLUTION: Pilot fuel injected from a fuel injection port 21 of a pilot nozzle 2 collides with the internal wall surface of a cone inner peripheral taper part 41 of a pilot cone 4. The collision position of the pilot fuel from the fuel injection port 21 at this time is located in a range from the intermediate part to the downstream tip in the cone inner peripheral taper part 41. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンなどに備えられる燃焼器に関するもので、特に、燃料を拡散して燃焼させるパイロットノズルと燃料と空気とを混合して燃焼させるメインノズルとを備えた燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大気汚染を低減させるために、ガスタービンを利用した発電施設において、その排気ガス中に含まれるＮＯｘの低減が求められている。ガスタービンにおけるＮＯｘは、ガスタービンを回転させるために燃焼動作を行う燃焼器において発生する。そのため、従来より、燃焼器で発生するＮＯｘの低減を図るために、燃料と空気とを混合して燃焼（予混燃焼）させるメインノズルを備えた燃焼器が用いられている。
【０００３】
このメインノズルによる予混燃焼を行うことによって、燃焼器からのＮＯｘ排出量を低減させることができるが、その燃焼状態は不安定であり、燃焼振動が発生する。そのため、この燃焼振動を抑制して安定な燃焼状態とするために、燃料を拡散して燃焼（拡散燃焼）させるパイロットノズルを更に備えた燃焼器が用いられている。このようにパイロットノズル及びメインノズルが備えられた燃焼器の概略構成図を、図１１に示す。
【０００４】
図１１に示すように、燃焼器本体１内には、その中央にパイロットノズル２が挿入されるとともに、メインノズル３がパイロットノズル２の周囲に配置されるように挿入される。そして、パイロットノズル２の先端部分を覆うようにパイロットコーン４が設けられ、又、メインノズル３の先端部分を覆うようにメインバーナ５が設けられる。又、パイロットノズル２の先端部分周囲にパイロットスワラ６が設けられるとともに、メインノズル３の先端部分周囲にメインスワラ７が設けられ、パイロットノズル２及びメインノズル３が支持される。
【０００５】
このように構成される燃焼器において、パイロットノズル２の先端部分周辺が、図１２のように構成される。パイロットノズル２の先端の外周に、複数の燃料噴射口２１が設けられ、燃料を拡散噴射する（このパイロットノズル２より噴射される燃料を「パイロット燃料」とする）。又、燃焼器本体１を通じてパイロットノズル２周囲に供給される空気（パイロット空気）は、パイロットスワラ６を通過した後、パイロットコーン４の内壁を沿って流れる。よって、パイロットノズル２によって、拡散噴射されたパイロット燃料が燃焼し拡散火炎（Ｚ）が形成され、さらに、パイロット燃料の一部が燃焼するとともに、パイロット拡散火炎からの高温燃焼ガスが入り込みメイン予混合火炎の保炎点となる保炎用低速域Ｘが形成され、燃焼が維持される。
【０００６】
又、メインノズル３より噴射される燃料（メイン燃料）が、メインスワラ７を通過した空気（メイン空気）とともに、メインバーナ５に流入されると、メインバーナ５内で混合されて、メインバーナ５より混合されたメイン燃料及びメイン空気が流出する。このように、メイン空気とメイン燃料が混合された予混合気がメインバーナ５より流出されると、保炎用低速域Ｘにおける燃焼に基づいて、メインバーナ５の下流側先端（尚、「下流」とは、燃料及び空気の流れに対して下流であることを意味する）より燃焼器本体１の内壁に向かって燃焼される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにパイロットノズル２及びメインノズル３を備えた燃焼器において、その燃焼状態を安定に保つには、パイロットノズル２の拡散燃焼による保炎効果が必要である。しかしながら、パイロットノズル２で燃焼させると、ＮＯｘの発生率が大きいため、ＮＯｘを低減させるにはパイロットノズル２での燃焼を抑える必要がある。
【０００８】
そこで、燃焼器に供給される全燃料に対するパイロットノズルに供給される燃料の比（パイロット比）を低くして、燃焼器によるＮＯｘの排出量を低減させているが、上述したように、パイロット比を低くした場合、パイロットノズル２による保炎効果が得られなくなる。そのため、燃焼振動が発生して燃焼状態が不安定なものとなるため、ガスタービンにおけるエネルギー効率が悪くなる。
【０００９】
このような問題を鑑みて、本発明は、パイロット比を低くするとともに燃焼振動を抑制した燃焼器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うとともにその先端部分に下流側に向かって放射状のテーパ形状となるコーン内周テーパ部を備えたパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラとを備える燃焼器において、前記パイロットノズル先端外周に備えられて燃料を噴射する燃料噴射口より噴射される燃料が、前記コーン内周テーパ部の長さの半分となる位置から下流側先端までの前記コーン内周テーパ部の内壁面に衝突することを特徴とする。
【００１１】
このようにすることで、燃料噴射口より噴射される燃料がパイロットコーンのコーン内周テーパ部に衝突する。そして、この衝突位置を、コーン内周テーパ部の長さをＡとしたとき、コーン内周テーパ部の下流側先端からａ（≦Ａ／２）の範囲とすることによって、コーン内周テーパ部の下流側先端付近で燃料噴流を衝突させることができる。よって、パイロットコーンの下流側先端周辺にできる保炎用低速域を保炎に必要な高温状態に保つことができ、その保炎性を向上することができる。
【００１２】
このとき、請求項２に記載するように、前記パイロットコーンの開き角をθとしたとき、前記パイロットノズル先端外周に備えられて燃料を噴射する燃料噴射口より噴射される燃料の噴射角αを、−９０°≦α＜−θ／２、θ／２＜α≦９０°を満たすように設定する。
【００１３】
又、請求項３に記載の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うとともにその先端部分に下流側に向かって放射状のテーパ形状となるコーン内周テーパ部を備えたパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラとを備える燃焼器において、前記パイロットコーンの開き角をθとしたとき、前記パイロットノズル先端外周に備えられて燃料を噴射する燃料噴射口より噴射される燃料の噴射角をθ／２とし、前記コーン内周テーパ部の傾きと平行に前記燃料が噴射されることを特徴とする。
【００１４】
このようにすることで、燃料噴射口より噴射される燃料がパイロットコーンのコーン内周テーパ部に平行に噴射される。そのため、燃料噴射口より噴射される燃料による燃料噴流がパイロットコーンと衝突することがない。よって、パイロットコーンの下流側先端周辺にできる保炎用低速域を保炎に必要な高温状態に保つことができ、その保炎性を向上することができる。
【００１５】
このとき、請求項４に記載するように、前記パイロットコーンより噴射される燃料による燃料噴流と前記コーン内周テーパ部のテーパ形状の内壁面との距離ｃを、前記パイロットコーンの下流側先端における直径をＢ、パイロットノズルの直径をＤとしたとき、ｃ＜１／２（Ｂ−Ｄ）とする。
【００１６】
上述の請求項１〜請求項４の燃焼器において、下流側からパイロットコーンの先端部を見たとき、燃料噴射口より、パイロットコーンの中心から燃料噴射口への方向に対して任意の角度分ずれた方向に向かって、燃料が噴射されるようにしても構わない。このとき、燃料の噴射流は螺旋形状を描く。
【００１７】
又、請求項５に記載の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラとを備える燃焼器において、前記パイロットノズルが、当該パイロットノズルの中心部に設けられるとともに当該パイロットノズルに供給された燃料の大部分を通過させる第１燃料供給路と、該第１燃料供給路の周りに設けられるとともに当該パイロットノズルに供給された燃料の残りを通過させる第２燃料供給路と、その外壁面が前記パイロットスワラの内壁面と接するとともに、当該パイロットノズルの下流側先端部分を覆い、当該パイロットノズル外周を通過する空気を当該パイロットノズルの下流側先端まで誘導する円筒状のパイロットノズルカバーと、当該パイロットノズルの下流側先端外周に設けられるとともに、前記第１燃料供給路から前記パイロットノズルカバーを貫通し、前記第１燃料供給路より供給される燃料を前記パイロットノズルカバーの外周に噴射する第１燃料噴射管と、当該パイロットノズルの外周における該第１燃料噴射管よりも上流側となる位置に設けられるとともに、前記第２燃料供給路と経路が接続された、前記第２燃料供給路より供給される燃料を前記パイロットノズルカバーと当該パイロットノズルとにより構成される領域に噴射する燃料噴射口と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
このようにすることで、パイロットノズルカバーとパイロットノズルによって構成される領域を流れる空気によって第１燃料噴射管が冷却され、焼損が防がれる。又、燃料噴射口よりパイロットノズルカバーとパイロットノズルによって構成される領域に燃料が噴射されるために、燃料と空気が混合した予混合気が生成されて、第１燃料噴射管から噴射される燃料によるパイロット拡散火炎付近に供給され、このパイロット拡散火炎の保炎性を向上させる。
【００１９】
このとき、請求項６に記載するように、前記パイロットノズルカバーが、前記パイロットスワラの内壁面と接するとともに、前記パイロットスワラの位置よりも上流側となる位置から前記燃料噴射口の位置よりも下流側となる位置まで、前記パイロットノズルの下流側先端部分を覆う第１円筒カバーと、前記第１円筒カバーと重なる位置で且つ前記パイロットノズルと前記第１円筒カバーとの間に設けられるとともに、前記第１燃料噴射管が貫通される第２円筒カバーと、を備えるようにしても構わない。
【００２０】
そして、更に、請求項７に記載するように、前記第２円筒カバーが前記燃料噴射口近傍より前記パイロットノズルの下流側先端部分を覆うようにしても構わない。こうすることで、第１及び第２円筒カバーによって形成される領域及び第２円筒カバーとパイロットノズルとによって形成される領域それぞれに、予混合気が生成されるため、第１燃料噴射管より噴射される燃料による拡散燃料が予混合気によって包まれた状態となり、パイロット拡散火炎の安定性が増す。
【００２１】
又、請求項８に記載するように、前記パイロットノズルが、前記燃料噴射口より前記第２円筒カバーまで貫通するとともに、前記第２燃料供給路より供給される燃料を前記第１円筒カバーと前記第２円筒カバーとにより構成される領域に噴射する第２燃料噴射管を備えるようにしても構わない。こうすることで、第１及び第２円筒カバーによって形成される領域にのみ予混合気が生成されるため、パイロットノズルの下流側先端近傍が確実に冷却される。
【００２２】
そして、請求項９に記載するように、前記第１円筒カバーの下流側先端が、前記第１燃料噴射管よりも上流側となるように前記第１円筒カバーが設置されるようにしても構わない。更に、請求項５〜請求項９に記載の燃焼器において、第２燃料供給路より供給された燃料と空気とが混合されることで生成される予混合気の燃焼ガス温度が１５００℃以下となる希薄な濃度とすることで、パイロットノズルの下流側先端におけるフラッシュバックを防ぐ。
【００２３】
又、請求項１０に記載の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラとを備える燃焼器において、前記パイロットスワラの下流側の面と接するとともに、前記パイロットスワラより下流側に位置する前記パイロットノズルの外壁面と近接し、その先端部分に下流側に向かって放射形状となるテーパ形状の鍔を備える円筒を有することを特徴とする。
【００２４】
このようにすることで、円筒の鍔によって、パイロットノズルの外周を通過する空気がパイロットノズルの下流側先端に流れることを防ぐことで、燃料噴射口より噴射される燃料による燃料噴流の基部に空気が流れ込むことが防がれる。よって、パイロット拡散火炎を弱めることなく燃焼させることができる。
【００２５】
このとき、請求項１１に記載するように、前記鍔の下流側先端が前記パイロットノズルから噴射される燃料による燃料噴流と衝突する位置よりも上流側に位置するように、前記鍔が設けられるようにしても構わない。このとき、鍔の下流側先端に、パイロットノズルの燃料噴射口から噴射される燃料が渦状に循環する低速域が形成されるため、パイロット拡散火炎を安定化することができる。
【００２６】
又、請求項１２に記載するように、前記鍔の下流側先端が前記パイロットノズルから噴射される燃料による燃料噴流と衝突する位置よりも下流側に位置するように、前記鍔が設けられるようにしても構わない。このようにすることで、円筒の鍔に衝突させた燃料をパイロットコーンの下流側先端に導くことができ、パイロット拡散火炎の安定性を向上させることができる。
【００２７】
又、請求項１３に記載の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、燃焼に利用されなかった空気を燃焼器の下流側にバイパスさせるバイパス弁と接続するとともに燃焼器本体上側に設けられたバイパス管とを備える燃焼器において、前記パイロットノズルにおいて、その下流側先端外周に設けられる前記パイロットノズルに供給された燃料を噴射する燃料噴射口が、前記バイパス管に最も近い位置以外の位置に複数設けられることを特徴とする。
【００２８】
又、請求項１４に記載の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、他の燃焼器に火炎を伝播させる燃焼器本体側面に設けられた連結管とを備える燃焼器において、前記パイロットノズルにおいて、その下流側先端外周に設けられる前記パイロットノズルに供給された燃料を噴射する燃料噴射口が、前記連結管に最も近い位置以外の位置に複数設けられることを特徴とする。
【００２９】
又、請求項１３及び請求項１４を組み合わせた特徴を備えた燃焼器としても構わない。
【００３０】
又、請求項１５に記載の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、燃焼に利用されなかった空気を燃焼器の下流側にバイパスさせるバイパス弁と接続するとともに燃焼器本体上側に設けられたバイパス管とを備える燃焼器において、燃焼状態において、前記バイパス弁が微開した状態であることを特徴とする。
【００３１】
尚、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の燃焼器、請求項５〜請求項９のいずれかに記載の燃焼器、請求項１０〜請求項１２のいずれかに記載の燃焼器、請求項１３〜請求項１５のいずれかに記載の燃焼器、それぞれの特徴を組み合わせた燃焼器としても構わない。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の燃焼器について説明する。尚、以下の各実施形態において、燃焼器を構成する各部分の関係の概略は、従来と同様、図１１の概略構成図によって表される。よって、以下では、本発明の特徴であるパイロットノズル先端周辺の構成について、詳細に説明する。
【００３３】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図１において、図１２と同一の部分については、同一の符号を付す。
【００３４】
図１の燃焼器は、燃焼器本体１（図１１）の中心部分に下流側先端部分がパイロットコーン４によって覆われたパイロットノズル２が設置されるとともに、パイロットのノズル２の周囲に下流側先端部分がメインバーナ５によって覆われた複数のメインノズル３が設置される。そして、パイロットノズル２の下流側の外壁面にパイロットスワラ６が設けられることにより、パイロットノズル２がパイロットコーン４の中心部に設置されるように支持される。又、メインノズル３の下流側の外壁面にメインスワラ７が設けられることにより、メインノズル３がメインバーナ５の中心部に設置されるように支持される。
【００３５】
このように構成されるとき、パイロットコーン４は、下流側先端に向かって放射状に広がったテーパ形状となっている。（以下、この放射状に広がった部分を、「コーン内周テーパ部」と呼ぶ。）コーン内周テーパ部４１が放射状に広がった形状となることで、パイロットノズル２の先端外周に設けられた燃料噴射口２１から噴射されるパイロット燃料とパイロットスワラ６を通過するパイロット空気とが、コーン内周テーパ部４１周囲であるとともにメインバーナ５の下流側先端近傍に位置する保炎用低速域Ｘに導かれる。
【００３６】
又、コーン内周テーパ部４１の開き角がθであるとき、燃料噴射口２１から噴射されるパイロット燃料の噴射角αを−９０°≦α＜−θ／２、θ／２＜α≦９０°とする。このようにすることで、−９０°≦α＜−θ／２のときは、燃料噴射口２１の位置する部分とパイロットノズル２の中心に対して反対側のコーン内周テーパ部４１の内壁に燃料が衝突し、又、θ／２＜α≦９０°のときは、燃料噴射口２１の位置する部分に近いコーン内周テーパ部４１の内壁に燃料が衝突する。
【００３７】
更に、コーン内周テーパ部４１の内壁にパイロット燃料が衝突する位置ｙからパイロットコーン４の下流側先端までのコーン内周テーパ部４１の内壁面に沿った長さａが、コーン内周テーパ部４１全体の内壁面に沿った長さＡに対して、０＜ａ≦Ａ／２の関係を満たす。即ち、コーン内周テーパ部４１の内壁におけるパイロット燃料の衝突位置ｙが、コーン内周テーパ部４１の中央から下流側先端までの範囲内に位置するように、噴射角α及びパイロットノズル２の下流側先端位置が決定される。このとき、パイロットノズル２の先端位置が、パイロットコーン４の下流側先端とパイロットスワラ６の下流側の面との間の範囲に位置するように、パイロットノズル２が設置される。
【００３８】
このように、パイロットコーン４の中央から下流側において、パイロット燃料が衝突するので、衝突位置ｙよりパイロットコーン４のコーン内周テーパ部４１のテーパ形状に沿って、パイロット燃料が燃焼する。よって、パイロット火炎が保炎用低速域Ｘへ導かれやすくなる。そのため、パイロット燃料を少なくしても、保炎用低速域Ｘでの保炎性を向上させることができる。
【００３９】
このことから、メインノズル３より噴射されたメイン燃料とメインスワラ７を通過したメイン空気がメインバーナ５で混合された予混合気は、保炎用低速域Ｘを保炎点として安定燃焼するため、予混合気を安定して燃焼させることができる。よって、予混合気を燃焼させたときに発生する燃焼振動を抑制することができるので、パイロット燃料を少なくしてパイロット比を低くしても、燃焼器における燃焼を安定させて燃焼振動を抑制することができる。
【００４０】
又、パイロット燃料の衝突位置ｙがパイロットコーン４の下流側先端に近いほど、多くのパイロット燃料が保炎用低速域Ｘへ到達するため、保炎用低速域Ｘでの保炎性が良くなる。よって、上述の範囲において、パイロット燃料の衝突位置ｙがパイロットコーン４の下流側先端に近くなるように、パイロットノズル２の下流側先端位置及びパイロット燃料の噴射角を設定することで、パイロット比の少ないときの燃焼器における燃焼振動を抑制することができる。
【００４１】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。図２は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図２において、図１と同一の部分については、同一の符号を付す。又、本実施形態の燃焼器は、第１の実施形態（図１）における燃焼器と同一の部品によって構成され、パイロット燃料の噴射角αの設定値が異なる。よって、以下では、パイロット燃料の噴射角αに関連する部分について、詳細に説明する。
【００４２】
図２の燃焼器は、図１の燃焼器と異なり、燃料噴射口２１からのパイロット燃料の噴射角αをθ／２とする。即ち、パイロット燃料を、コーン内周テーパ部４１の内壁面と平行に噴射させる。このように、コーン内周ペーパ部４１の内壁面と平行にパイロット燃料が燃料噴射口２１より噴射されることにより、パイロット燃料が燃焼しパイロット火炎が保炎用低速域Ｘに導かれやすくなる。よって、パイロット燃料を少なくしたときでも、保炎用低速域Ｘでの保炎性を向上させることができる。
【００４３】
又、パイロット燃料の噴射方向とコーン内周テーパ部４１の内壁面との距離ｃは、パイロットコーン４の下流側先端における直径をＢ、パイロットノズル２の直径をＤとしたとき、１／２（Ｂ−Ｄ）とすることが好ましい。更に好ましくは、２０ｍｍ以下とすることが好ましい。又、このとき、パイロットノズル２の先端位置が、パイロットコーン４の下流側先端とパイロットスワラ６の下流側の面との間の範囲に位置するように、パイロットノズル２が設置される。
【００４４】
第１及び第２の実施形態において、図３のように、パイロットノズル２を下流側から見たときに、パイロット燃料が燃料噴射口２１より放射状でなくパイロットノズル２の中心から燃料噴射口２１の方向より角度β（横向角β）ずれて噴射されるものとしても構わない。このとき、パイロット燃料は、コーン内壁テーパ部４１の内壁面に沿って螺旋状に流れる。
【００４５】
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。図４は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図４において、図１と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４６】
図４の燃焼器は、パイロットノズル２の下流側先端部分をパイロットスワラ６よりも上流側から覆う円筒状のパイロットノズルカバー９が設けられる。即ち、パイロットノズルカバー９は、パイロットスワラ６の内壁面に接するように挿入されて設置される。更に、パイロットノズル２内部では、その中心にパイロット燃料の大部分が供給される主燃料供給路２２が設けられるとともに、主燃料供給路２２の外周に残りのパイロット燃料が供給される保炎用燃料供給路２３が設けられる。
【００４７】
更に、パイロットノズル２の下流側先端の外周に設けられるとともに主燃料供給路２２より供給されるパイロット燃料を噴射する燃料噴射管２１ａがパイロットノズルカバー９を貫通するように設けられるとともに、保炎用燃料供給路２３より供給されるパイロット燃料を噴射する保炎用燃料噴射口２４が燃料噴射管２１ａよりも上流側のパイロットノズル２の外壁面に設けられる。燃料噴射口２１（図１）を燃料噴射管２１ａとすることで、主燃料供給路２２より供給されるパイロット燃料にスイープ空気を混合することなく噴射することができる。
【００４８】
このように構成されるとき、パイロットノズル２の外周側を流れるパイロット空気の一部が、燃料噴射管２１ａの焼損を防ぐためのスイープ空気として、パイロットノズル２とパイロットノズルカバー９とによって構成されるスイープ空気供給路２５を流れるとともに、パイロット空気の残りの大部分がパイロットスワラ６を通過する。又、スイープ空気は、保炎用燃料噴射口２４より噴射されるパイロット燃料と混合され、この予混合気がスイープ空気供給路２５の下流側先端より放出される。
【００４９】
このとき、スイープ空気供給路２５を通過する予混合気によって、燃料噴射管２１ａの周囲が冷却されて、燃料噴射管２１ａ周辺の焼損が防がれる。このように燃料噴射管２１ａ周辺の焼損を防ぐために、予混合気の燃焼ガス温度が１５００℃以下になる希薄な濃度となるように、保炎用燃料供給路２３を流れるパイロット燃料の流量が設定される。この予混合気の燃焼ガス温度が１５００℃以上となる濃度にすると、フラッシュバックが発生する恐れがある。又、主燃料供給路２２を流れるパイロット燃料は、燃料噴射管２１ａよりパイロットノズルカバー９の外部に噴射される。
【００５０】
このようにして、燃料噴射管２１ａから噴射されたパイロット燃料が拡散燃焼する際に、スイープ空気供給路２５の下流側先端から予混合気が放出されるため、燃料噴射管２１ａからのパイロット燃料によるパイロット拡散火炎の保炎性を向上させることができる。よって、パイロット拡散火炎によって燃焼するメインバーナ５で混合された予混合気の保炎性も向上させることができるため、パイロット比を低くしても、燃焼器における燃焼を安定させて燃焼振動を抑制することができる。
【００５１】
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態について、図面を参照して説明する。図５は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図５において、図４と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５２】
図５の燃焼器では、第３の実施形態（図４）の燃焼器と異なり、パイロットノズル２の保炎用燃料噴射口２４近傍から下流側先端までの部分を覆う円筒状のパイロットノズルカバー９ａと、このパイロットノズルカバー９ａの外周側に設けられる円筒状のパイロットノズルカバー９ｂとが備えられる。又、このパイロットノズルカバー９ｂは、パイロットスワラ６の内壁面と接するように設置されるとともに、燃料噴射管２１ａの上流側でパイロットノズルカバー９ａと重なるように設置される。更に、このパイロットノズルカバー９ｂはパイロットスワラ６よりも上流側からパイロットノズル２を覆うように設けられる。
【００５３】
このように、パイロットノズルカバー９ａ，９ｂを設置することによって、スイープ空気が、パイロットノズル２とパイロットノズルカバー９ｂによって構成されるスイープ空気供給路２５を流れて、保炎用燃料噴射口２４より噴射されるパイロット燃料と混合される。このパイロット燃料とスイープ空気とが混合された予混合気は、パイロットノズル２及びパイロットノズルカバー９ａによって構成される予混合気供給路２５ａ、及び、パイロットノズルカバー９ａ，９ｂによって構成される予混合気供給路２５ｂそれぞれに流れる。
【００５４】
そして、予混合気供給路２５ａを流れて放出される予混合気が、燃料噴射管２１ａの下流側に放出され、又、予混合気供給路２５ｂを流れて放出される予混合気が、燃料噴射管２１ａの上流側に放出される。このため、燃料噴射管２１ａから噴射されるパイロット燃料が予混合気によって包み込まれた状態とすることができるので、パイロット拡散火炎を包むように予混合気を供給でき、パイロット拡散火炎の保炎性を向上させることができる。
【００５５】
＜第５の実施形態＞
本発明の第５の実施形態について、図面を参照して説明する。図６は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図６において、図５と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
図６の燃焼器では、第４の実施形態（図５）の燃焼器と異なり、保炎用燃料供給路２３より供給されるパイロット燃料を噴射する保炎用燃料噴射管２４ａが、パイロットノズルカバー９ａを貫通するように設けられる。保炎用燃料噴射口２４（図５）を保炎用燃料噴射管２４ａとすることで、パイロットノズル２及びパイロットノズルカバー９ａによって構成されるスイープ空気供給路２５ｃを流れるスイープ空気に保炎用燃料供給路２３より供給されるパイロット燃料を混合させずに流すことができる。
【００５７】
このように、保炎用燃料噴射管２４ａを設置することによって、スイープ空気供給路２５より供給されてスイープ空気供給路２５ｃを流れるスイープ空気に、パイロット燃料が混合されることなく、パイロットノズル２の下流側先端に放出される。よって、パイロットノズル２の下流側先端がスイープ空気によって確実に冷却される。
【００５８】
又、パイロットノズルカバー９ａ，９ｂによって構成される予混合気供給路２５ｂに流れ込むスイープ空気は、保炎用燃料噴射管２４ａより噴射されるパイロット燃料と混合され、予混合気として燃料噴射管２１ａの上流側に放出される。よって、パイロット拡散火炎の周囲に予混合気が供給されるため、パイロット拡散火炎の保炎性を向上させることができる。
【００５９】
尚、第３〜第５の実施形態において、燃料噴射管２１ａから噴射されるパイロット燃料の噴射角とパイロットコーン４におけるコーン内壁テーパ部４１との関係が、第１又は第２の実施形態のような関係となるように構成された燃焼器を適用しても構わない。
【００６０】
＜第６の実施形態＞
本発明の第６の実施形態について、図面を参照して説明する。図７及び図８は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図７及び図８において、図１と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６１】
図７及び図８の燃焼器は、パイロットノズル２の下流側先端部分をパイロットスワラ６の下流側の面から覆う円筒１０が設けられる。この円筒１０は、パイロットスワラ６の下流側の面からパイロットノズル２の下流側先端までの部分において、その内壁面がパイロットノズル２の外壁面と近接するように構成される。このとき、円筒１０におけるパイロットノズル２の外壁面と近接する部分とパイロットノズルの外壁面との間には、狭い空隙が設けられる。又、円筒１０は、パイロットノズル２の下流側先端近傍位置より下流側に向かってテーパ状に広がった鍔１０１を備える。この鍔１０１を備えた円筒１０は、パイロットスワラ６の下流側の面に接するように設けられるため、パイロットスワラ６を通過するパイロット空気は、パイロットコーン４と円筒１０との間を通過する。
【００６２】
又、円筒１０の鍔１０１は、燃料噴射口２１から噴射されたパイロット燃料によるパイロット燃料噴流に干渉しないような構成とされる。このようにパイロット燃料噴流との干渉を避けるための構成として、例えば、図７のように、鍔１０１の開き角γが、燃料噴射口２１からのパイロット燃料の噴射角αに対して、０°＜２α≦γ＜１８０°となるようにしても構わない。又、パイロットコーン４と円筒１０との間を、パイロット空気が十分に通過するように、パイロットノズル２の下流側先端位置におけるパイロットコーン４の内壁面とパイロットノズル２の外壁面との距離ｋに対して、円筒１０の下流側先端位置におけるパイロットコーン４の内壁面と鍔１０１との距離ｌが、０＜ｌ≦ｋとされる。さらに好ましくは、ｌ≧ｋ／２とされる。
【００６３】
又、鍔１０１が、例えば、図８のように、パイロットノズル２の下流側先端よりも少し上流側にずれた位置から形成されるとともに、鍔１０１の開き角γを０°＜γ＜２αとする場合、鍔１０１が形成開始される位置とパイロットノズル２の下流側先端との距離をｔとしたとき、鍔１０１の長さｓを、ｓ＜ｔ／（ｃｏｓ（γ／２）−ｔａｎα×ｓｉｎ（γ／２））を満たすように設定し、燃料噴射口２１から噴射されるパイロット燃料が鍔１０１に衝突しないように構成しても構わない。
【００６４】
このように構成することによって、パイロット燃料が円筒１０の鍔１０１に沿って流れると、鍔１０１の先端部近傍Ｚにおいて、パイロット燃料の渦ができるために、低速域となる循環領域が形成される。よって、パイロット空気が、燃料噴射口２１周辺のパイロット燃料噴流基部に当たらないので、パイロット拡散火炎を弱めることを防ぐことができるとともに、鍔１０１の先端部近傍Ｚに循環領域が形成されるため、パイロット拡散火炎を安定して燃焼させることができる。
【００６５】
＜第７の実施形態＞
本発明の第７の実施形態について、図面を参照して説明する。図９は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図９において、図８と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６６】
図８の燃焼器は、第６の実施形態（図８）の燃焼器と同様、パイロットノズル２の下流側先端部分をパイロットスワラ６の下流側表面から覆う円筒１０ａが、パイロットスワラ６の下流側表面に接するように設けられる。即ち、パイロットスワラ６の下流側表面からパイロットノズル２の下流側先端までの部分において、円筒１０ａにおけるパイロットノズル２の外壁面と近接する部分とパイロットノズルの外壁面との間には、狭い空隙が設けられる。又、円筒１０ａは、パイロットノズル２の下流側先端近傍位置より下流側に向かってテーパ状に広がった鍔１０２を備える。
【００６７】
又、鍔１０２は、パイロットノズル２の下流側先端よりも少し上流側にずれた位置から形成されるとともに、鍔１０２の開き角γを０°＜γ＜２αとされる。そして、鍔１０２の長さｓを、ｓ≧ｔ／（ｃｏｓ（γ／２）−ｔａｎα×ｓｉｎ（γ／２））を満たすように設定して、燃料噴射口２１から噴射されるパイロット燃料を鍔１０２に衝突させる。又、パイロットコーン４と円筒１０ａとの間を、パイロット空気が十分に通過するように、円筒１０ａの下流側先端位置におけるパイロットコーン４の内壁面と鍔１０２との距離ｌが、０＜ｌ≦ｋとされる。さらに好ましくは、ｌ≧ｋ／２とされる。
【００６８】
このように構成することによって、パイロット燃料が円筒１０ａの鍔１０２において、パイロット燃料が衝突する衝突点によって低速域が形成され、鍔１０２に沿ってパイロット燃料が燃焼される。よって、パイロット空気が、燃料噴射口２１周辺のパイロット燃料噴流基部及びパイロット燃料衝突点に当たらないので、パイロット拡散火炎を弱めることを防ぐことができるとともに、鍔１０２によって衝突点において、パイロット拡散火炎の安定化が増すので、パイロット拡散火炎を安定して燃焼させることができる。
【００６９】
尚、第６、第７の実施形態において、燃料噴射口２１から噴射されるパイロット燃料の噴射角とパイロットコーン４におけるコーン内壁テーパ部４１との関係が、第１又は第２の実施形態のような関係となるように構成された燃焼器を適用しても構わない。又、第３〜第５の実施形態のように、パイロットノズル２の下流側先端を覆うパイロットノズルカバー９，９ａ，９ｂを設けるようにしても構わない。
【００７０】
＜第８の実施形態＞
本発明の第８の実施形態について、図面を参照して説明する。図１０は、本実施形態における燃焼器本体とパイロットノズルの燃料噴射口との関係を示す概略断面図である。
【００７１】
図１０（ａ）〜（ｆ）に示す燃焼器は、燃焼器本体１５０において、バタフライ弁などで構成されるバイパス弁１６０と接続されて圧縮機からの燃焼に利用されない空気が流入される空気バイパス管１５１と、他の燃焼器本体と連結して火炎を伝播させる連結管１５２とが設けられている。そして、空気バイパス管１５１が燃焼器本体１５０の上部に設けられるとともに、連結管１５２が燃焼器本体１５０の両側面部に設けられる。
【００７２】
このように、燃焼器本体１５０には、窪みとなる空気バイパス管１５１と連結管１５２とが設けられるため、燃焼器によって燃焼が行われる際、この空気バイパス管１５１及び連結管１５２それぞれによる窪みが、燃料ガスの澱み領域となる。そのため、空気バイパス管１５１及び連結管１５２近傍の領域では、その燃焼が不安定となるため燃焼振動が発生するとともに、他の領域での燃焼に影響を及ぼす。
【００７３】
そこで、本実施形態では、一例として、図１０（ａ）のように、パイロットノズル２において、空気バイパス管１５１が位置する部分に最も近い位置ｐに、燃料噴出口２１を設けないような構成とする。即ち、例えば、燃料噴出口２１を７つ設ける際、８つ設けるように仮定して等間隔に配置した燃料噴出口２１の内、位置ｐに設けられる燃料噴出口２１を塞いだ形となる。
【００７４】
又、同様に、別例として、図１０（ｂ）、（ｃ）それぞれに示すように、パイロットノズル２において、連結管１５２が位置する部分に最も近い位置ｑ，ｒのいずれか一方に、燃料噴出口２１を設けないような構成とする。更に、別例として、図１０（ｄ）に示すように、パイロットノズル２において、連結管１５２が位置する部分に最も近い位置ｑ，ｒ両方に、燃料噴出口２１を設けないような構成とする。更に、別例として、図１０（ｅ）、（ｆ）に示すように、パイロットノズル２において、連結管１５２が位置する部分に最も近い位置ｑ，ｒのいずれか一方及び空気バイパス管１５１が位置する部分に最も近い位置ｐに、燃料噴出口２１を設けないような構成とする。
【００７５】
このように、空気バイパス管１５１又は連結管１５２による窪み位置に対する燃料噴出口２１を塞ぐことによって、空気バイパス管１５１又は連結管１５２による窪み位置への燃料ガスの拡散を防ぐことができる。よって、空気バイパス管１５１又は連結管１５２による窪みが原因となる燃料ガスの澱みを防ぐことができ、パイロット比を低くしたときの燃焼振動を抑制することができる。
【００７６】
尚、本実施形態において、図１０（ａ）のように、空気バイパス管１５１に対応する位置の燃料噴出口２１を塞ぐように構成するものとしたが、空気バイパス管１５１に対応する位置の燃料噴出口２１を備えるようにして、燃焼器での燃焼時にバイパス弁１６０を微かに開くようにして、部分負荷よりも負荷が高くなった場合においても、少量の空気量が送られるようにしても構わない。又、このように燃焼器での燃焼時にバイパス弁１６０を微かに開くようにして少量の空気量を送る構成を、図１０（ｂ）〜（ｄ）の構成の燃焼器に利用するようにしても構わない。
【００７７】
更に、本実施形態における燃焼器において、そのパイロットノズル周辺の構成が、第１〜第７の実施形態のような構成となるようにしても構わない。このとき、そのパイロットノズル周辺の構成が、第１〜第７の実施形態で述べた特徴を組み合わせた構成となるようにしても構わない。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によると、燃料噴射口より噴射される燃料をパイロットコーンの下流側先端付近に衝突させることで、パイロットコーンの下流側先端周辺にできる保炎用低速域に燃料を多く誘導することができ、パイロット拡散火炎の保炎性を向上させる。又、燃料噴射口より噴射される燃料をパイロットコーンの内壁面に平行に噴射することで、パイロットコーンの下流側先端周辺にできる保炎用低速域に燃料を多く誘導することができ、パイロット拡散火炎の保炎性を向上させる。このように、保炎用低速域におけるパイロット拡散火炎の保炎性を向上させることで、燃焼振動を抑制することができるため、燃焼器に供給する燃料のパイロット比を低くすることができ、低ＮＯｘ化を実現することができる。
【００７９】
又、本発明によると、燃料噴射口よりパイロットノズルカバーとパイロットノズルによって構成される領域に燃料を噴射して、燃料と空気が混合した予混合気が生成して、第１燃料噴射管から噴射される燃料によるパイロット拡散火炎付近に供給することで、パイロット拡散火炎の保炎性を向上させることができる。更に、パイロットノズルカバーを第１円筒カバーと第２円筒カバーで構成し、パイロットノズルと第２円筒カバーとの間の領域及び第１円筒カバーと第２円筒カバーとの間の領域それぞれで予混合気を生成することで、パイロット拡散火炎を包むように予混合気を供給できるため、パイロット拡散火炎の保炎性を更に高くすることができる。又、第２燃料噴射管を設けて、第１円筒カバーと第２円筒カバーとの間の領域にのみ予混合気が生成されるようにすることで、パイロットノズルの下流側先端を、第２円筒カバーとパイロットノズルとの間の領域を通過する空気で確実に冷却することができる。
【００８０】
又、本発明によると、パイロットスワラの下流側面に接した円筒の下流側先端に鍔を設けることによって、パイロットノズルの外周を通過する空気がパイロットノズルの下流側先端に流れることを防ぐので、燃料噴射口より噴射される燃料による燃料噴流の基部に空気が流れ込むことができる。よって、パイロット拡散火炎を弱めることなく燃焼させることができる。
【００８１】
又、パイロットノズルの下流側先端において、バイパス管や連結管などの窪みのある領域に近い位置に、燃料噴出口を設けないようにすることで、バイパス管や連結管などの窪みのある領域に、燃料の澱み領域が形成されることを防ぐことができる。更に、燃焼状態において、バイパス弁を微開した状態とすることで、バイパス管の窪みにより燃料の澱み領域が形成されることを防ぐことができる。よって、澱み領域による燃焼の不安定性を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図２】第２の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図３】パイロットノズルを下流側先端から見た図。
【図４】第３の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図５】第４の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図６】第５の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図７】第６の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図８】第６の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の別の構成を示す図。
【図９】第７の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図１０】第８の実施形態における燃焼器本体とパイロットノズルの燃料噴射口との関係と示す概略断面図。
【図１１】燃焼器の構成を示す概略構成図。
【図１２】従来の燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【符号の説明】
１　燃焼器本体
２　パイロットノズル
３　メインノズル
４　パイロットコーン
５　メインバーナ
６　パイロットスワラ
７　メインスワラ
９　パイロットノズルカバー
１０　円筒[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a combustor provided in a gas turbine or the like, and more particularly, to a combustor provided with a pilot nozzle for diffusing and burning fuel and a main nozzle for mixing and burning fuel and air.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in order to reduce air pollution, it has been required to reduce NOx contained in exhaust gas from a power generation facility using a gas turbine. NOx in a gas turbine is generated in a combustor that performs a combustion operation to rotate the gas turbine. Therefore, conventionally, in order to reduce NOx generated in the combustor, a combustor including a main nozzle for mixing fuel and air and performing combustion (premixed combustion) has been used.
[0003]
By performing the premixed combustion by the main nozzle, the amount of NOx emission from the combustor can be reduced, but the combustion state is unstable and combustion oscillation occurs. For this reason, in order to suppress the combustion oscillation and achieve a stable combustion state, a combustor further provided with a pilot nozzle for diffusing and burning the fuel (diffusion combustion) is used. FIG. 11 shows a schematic configuration diagram of a combustor provided with the pilot nozzle and the main nozzle as described above.
[0004]
As shown in FIG. 11, a pilot nozzle 2 is inserted into the center of the combustor main body 1 and a main nozzle 3 is inserted so as to be arranged around the pilot nozzle 2. Further, a pilot cone 4 is provided so as to cover a tip portion of the pilot nozzle 2, and a main burner 5 is provided so as to cover a tip portion of the main nozzle 3. In addition, a pilot swirler 6 is provided around a tip portion of the pilot nozzle 2, and a main swirler 7 is provided around a tip portion of the main nozzle 3 to support the pilot nozzle 2 and the main nozzle 3.
[0005]
In the combustor thus configured, the periphery of the tip of the pilot nozzle 2 is configured as shown in FIG. A plurality of fuel injection ports 21 are provided on the outer periphery of the tip of the pilot nozzle 2 to diffuse and inject fuel (the fuel injected from the pilot nozzle 2 is referred to as "pilot fuel"). Air (pilot air) supplied around the pilot nozzle 2 through the combustor body 1 passes through the pilot swirler 6 and then flows along the inner wall of the pilot cone 4. Accordingly, the pilot fuel diffused and injected by the pilot nozzle 2 burns to form a diffusion flame (Z). Further, a part of the pilot fuel is burned, and the high-temperature combustion gas from the pilot diffusion flame enters and the main premix. A flame-holding low-speed region X that is a flame holding point of the flame is formed, and the combustion is maintained.
[0006]
When the fuel (main fuel) injected from the main nozzle 3 flows into the main burner 5 together with the air (main air) passing through the main swirler 7, the fuel is mixed in the main burner 5, and The mixed main fuel and main air flow out. As described above, when the premixed air in which the main air and the main fuel are mixed flows out of the main burner 5, the downstream end of the main burner 5 (hereinafter, “downstream”) is based on the combustion in the flame-retaining low-speed region X. "Means downstream with respect to the flow of fuel and air).
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the combustor provided with the pilot nozzle 2 and the main nozzle 3 as described above, a flame holding effect by diffusion combustion of the pilot nozzle 2 is necessary to keep the combustion state stable. However, when combustion is performed by the pilot nozzle 2, the generation rate of NOx is high. Therefore, in order to reduce NOx, it is necessary to suppress combustion at the pilot nozzle 2.
[0008]
Therefore, the ratio of the fuel supplied to the pilot nozzle to the total fuel supplied to the combustor (pilot ratio) is reduced to reduce the amount of NOx emitted by the combustor. Is lowered, the flame holding effect of the pilot nozzle 2 cannot be obtained. As a result, combustion oscillation is generated and the combustion state becomes unstable, so that the energy efficiency of the gas turbine deteriorates.
[0009]
In view of such a problem, an object of the present invention is to provide a combustor in which a pilot ratio is reduced and combustion oscillation is suppressed.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the combustor according to claim 1 includes a pilot nozzle provided at a central portion of the combustor body, a plurality of main nozzles provided at equal intervals around the pilot nozzle, A pilot cone having a cone inner peripheral taper portion that covers the downstream end portion where the fuel of the pilot nozzle flows and has a radially tapered shape at the front end portion toward the downstream side, so as to be in contact with the inner wall surface of the pilot cone. And a pilot swirler supporting the pilot nozzle at a central portion of the pilot cone, wherein fuel injected from a fuel injection port provided at an outer periphery of a tip of the pilot nozzle and injecting fuel is provided in the cone. Of the cone inner peripheral taper portion from a position that is half the length of the inner peripheral taper portion to the downstream end, Characterized in that it impinges on the surface.
[0011]
By doing so, the fuel injected from the fuel injection port collides with the cone inner peripheral taper portion of the pilot cone. When the collision position is set to A (≦ A / 2) from the downstream end of the cone inner peripheral taper portion, where A is the length of the cone inner peripheral taper portion, the cone inner peripheral taper portion is formed. Near the downstream end of the fuel jet. Therefore, the low-temperature region for flame holding formed around the downstream end of the pilot cone can be maintained at a high temperature necessary for flame holding, and the flame holding property can be improved.
[0012]
At this time, as described in claim 2, when the opening angle of the pilot cone is θ, the injection angle α of the fuel injected from the fuel injection port provided at the outer periphery of the pilot nozzle tip and injecting the fuel is set as , −90 ° ≦ α <−θ / 2, and θ / 2 <α ≦ 90 °.
[0013]
Also, in the combustor according to the third aspect, a pilot nozzle provided at a central portion of the combustor body, a plurality of main nozzles provided at equal intervals around the pilot nozzle, and fuel of the pilot nozzle flows. A pilot cone having a cone inner peripheral taper portion that covers the downstream end portion and has a radially tapered shape at the end portion toward the downstream side; and a pilot cone provided to be in contact with the inner wall surface of the pilot cone. A pilot swirler supporting the pilot nozzle at the center of the combustor, when the opening angle of the pilot cone is θ, the fuel is injected from a fuel injection port provided at the outer periphery of the pilot nozzle tip to inject fuel. The fuel injection angle is θ / 2, and the fuel is injected in parallel with the inclination of the cone inner peripheral taper portion. It is characterized by being.
[0014]
By doing so, the fuel injected from the fuel injection port is injected in parallel to the cone inner peripheral tapered portion of the pilot cone. Therefore, the fuel jet by the fuel injected from the fuel injection port does not collide with the pilot cone. Therefore, the low-temperature region for flame holding formed around the downstream end of the pilot cone can be maintained at a high temperature necessary for flame holding, and the flame holding property can be improved.
[0015]
At this time, as described in claim 4, the distance c between the fuel jet by the fuel injected from the pilot cone and the tapered inner wall surface of the cone inner peripheral taper portion is set at the downstream end of the pilot cone. Assuming that the diameter is B and the diameter of the pilot nozzle is D, c <１／ (BD).
[0016]
In the combustor according to any one of claims 1 to 4, when the tip of the pilot cone is viewed from the downstream side, the fuel cone is at an arbitrary angle from the fuel injection port to the direction from the center of the pilot cone to the fuel injection port. The fuel may be injected toward the shifted direction. At this time, the fuel injection flow draws a spiral shape.
[0017]
Further, in the combustor according to the fifth aspect, a pilot nozzle provided at a central portion of the combustor body, a plurality of main nozzles provided at equal intervals around the pilot nozzle, and fuel of the pilot nozzle flows. In a combustor provided with a pilot cone that covers the downstream end portion and a pilot swirler that is provided so as to be in contact with the inner wall surface of the pilot cone and supports the pilot nozzle at a central portion of the pilot cone, the pilot nozzle includes: A first fuel supply passage provided at the center of the pilot nozzle and through which most of the fuel supplied to the pilot nozzle passes; and a first fuel supply passage provided around the first fuel supply passage and supplied to the pilot nozzle. The second fuel supply passage through which the remainder of the fuel passes and the outer wall surface A cylindrical pilot nozzle cover that contacts the inner wall surface of the straw, covers the downstream end of the pilot nozzle, and guides air passing through the outer periphery of the pilot nozzle to the downstream end of the pilot nozzle; A first fuel injection pipe that is provided on the outer periphery of the downstream end and penetrates the pilot nozzle cover from the first fuel supply passage and injects fuel supplied from the first fuel supply passage to the outer periphery of the pilot nozzle cover; And a fuel supplied from the second fuel supply passage, which is provided on the outer periphery of the pilot nozzle at a position upstream of the first fuel injection pipe and is connected to the second fuel supply passage. Injection into a region defined by the pilot nozzle cover and the pilot nozzle Characterized in that it comprises a and.
[0018]
By doing so, the first fuel injection pipe is cooled by the air flowing through the region formed by the pilot nozzle cover and the pilot nozzle, and burnout is prevented. Further, since fuel is injected from the fuel injection port into a region defined by the pilot nozzle cover and the pilot nozzle, a premixed air mixture of fuel and air is generated, and the fuel injected from the first fuel injection pipe is formed. Is supplied to the vicinity of the pilot diffusion flame to improve the flame holding property of the pilot diffusion flame.
[0019]
At this time, as described in claim 6, the pilot nozzle cover is in contact with the inner wall surface of the pilot swirler, and is downstream from the position of the fuel injection port from a position upstream of the position of the pilot swirler. A first cylindrical cover that covers the downstream end portion of the pilot nozzle up to a position corresponding to the first cylindrical cover, the first cylindrical cover being provided at a position overlapping with the first cylindrical cover and between the pilot nozzle and the first cylindrical cover, And a second cylindrical cover through which the first fuel injection pipe penetrates.
[0020]
Further, as described in claim 7, the second cylindrical cover may cover a downstream end portion of the pilot nozzle from near the fuel injection port. By doing so, a premixed gas is generated in each of the region formed by the first and second cylindrical covers and the region formed by the second cylindrical cover and the pilot nozzle. As a result, the pre-mixed air becomes a state in which the diffused fuel is wrapped by the premixed gas, and the stability of the pilot diffusion flame is increased.
[0021]
Further, as described in claim 8, the pilot nozzle penetrates from the fuel injection port to the second cylindrical cover, and feeds the fuel supplied from the second fuel supply passage to the first cylindrical cover and the first cylindrical cover. A second fuel injection pipe for injecting into a region defined by the second cylindrical cover may be provided. By doing so, premixed air is generated only in the region formed by the first and second cylindrical covers, so that the vicinity of the downstream end of the pilot nozzle is reliably cooled.
[0022]
Then, the first cylindrical cover may be installed such that a downstream end of the first cylindrical cover is located upstream of the first fuel injection pipe. Absent. Furthermore, in the combustor according to any one of claims 5 to 9, the premixed gas generated by mixing the fuel and air supplied from the second fuel supply path has a combustion gas temperature of 1500 ° C or lower. By setting the concentration at a low level, flashback at the downstream end of the pilot nozzle is prevented.
[0023]
Further, in the combustor according to the tenth aspect, a pilot nozzle provided in a central portion of the combustor body, a plurality of main nozzles provided at equal intervals around the pilot nozzle, and fuel of the pilot nozzle flows. In a combustor provided with a pilot cone covering a downstream end portion and a pilot swirler provided so as to be in contact with an inner wall surface of the pilot cone and supporting the pilot nozzle at a central portion of the pilot cone, a downstream side of the pilot swirler. Aside from the surface of the pilot swirler, it is close to the outer wall surface of the pilot nozzle located downstream of the pilot swirler, and has a cylinder provided with a tapered flange having a radial shape toward the downstream end at the tip end thereof. Features.
[0024]
By doing so, the cylindrical flange prevents the air passing through the outer periphery of the pilot nozzle from flowing to the downstream end of the pilot nozzle, so that the air is injected into the base of the fuel jet by the fuel injected from the fuel injection port. Is prevented from flowing. Therefore, the pilot diffusion flame can be burned without weakening.
[0025]
At this time, as described in claim 11, the flange is provided such that the downstream end of the flange is located upstream of a position where the downstream end of the flange collides with a fuel jet by fuel injected from the pilot nozzle. It does not matter. At this time, at the downstream end of the flange, a low-speed region in which fuel injected from the fuel injection port of the pilot nozzle circulates is formed, so that the pilot diffusion flame can be stabilized.
[0026]
Further, as set forth in claim 12, the flange is provided such that a downstream end of the flange is located downstream from a position where the flange collides with a fuel jet by fuel injected from the pilot nozzle. It does not matter. By doing so, the fuel that has collided with the flange of the cylinder can be guided to the downstream end of the pilot cone, and the stability of the pilot diffusion flame can be improved.
[0027]
The combustor according to claim 13 is connected to a pilot nozzle provided at a central portion of the combustor main body, and connected to a bypass valve for bypassing air not used for combustion to a downstream side of the combustor. In the combustor provided with the bypass pipe provided on the upper side, in the pilot nozzle, the fuel injection port for injecting the fuel supplied to the pilot nozzle provided on the outer periphery at the downstream end thereof is positioned closest to the bypass pipe. It is characterized in that a plurality are provided at positions other than.
[0028]
Further, a combustor according to claim 14 is a combustor comprising: a pilot nozzle provided at a central portion of a combustor main body; and a connecting pipe provided on a side surface of the combustor main body for propagating a flame to another combustor. In the pilot nozzle, a plurality of fuel injection ports, which are provided at the outer periphery of the downstream end and inject fuel supplied to the pilot nozzle, are provided at positions other than the position closest to the connection pipe.
[0029]
Further, a combustor having a feature obtained by combining claim 13 and claim 14 may be used.
[0030]
The combustor according to claim 15 is connected to a pilot nozzle provided at a central portion of the combustor main body, and connected to a bypass valve for bypassing air not used for combustion to a downstream side of the combustor. In a combustor provided with a bypass pipe provided on the upper side, in a combustion state, the bypass valve is slightly opened.
[0031]
The combustor according to any one of claims 1 to 4, the combustor according to any one of claims 5 to 9, the combustor according to any one of claims 10 to 12, The combustor according to any one of claims 13 to 15 may be a combustor in which the respective features are combined.
[0032]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the combustor of the present invention will be described. In addition, in each of the following embodiments, the outline of the relationship between the components constituting the combustor is represented by the schematic configuration diagram of FIG. Therefore, hereinafter, the configuration around the tip of the pilot nozzle, which is a feature of the present invention, will be described in detail.
[0033]
<First embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a tip of a pilot nozzle of a combustor according to the present embodiment. In FIG. 1, the same parts as those in FIG. 12 are denoted by the same reference numerals.
[0034]
In the combustor of FIG. 1, a pilot nozzle 2 whose downstream end is covered by a pilot cone 4 is installed at the center of the combustor main body 1 (FIG. 11), and a downstream end is provided around the pilot nozzle 2. A plurality of main nozzles 3 whose parts are covered by a main burner 5 are installed. By providing the pilot swirler 6 on the outer wall surface on the downstream side of the pilot nozzle 2, the pilot nozzle 2 is supported so as to be installed at the center of the pilot cone 4. Further, by providing the main swirler 7 on the outer wall surface on the downstream side of the main nozzle 3, the main nozzle 3 is supported so as to be installed at the center of the main burner 5.
[0035]
When configured in this manner, the pilot cone 4 has a tapered shape that radially expands toward the downstream end. (Hereinafter, the radially expanded portion is referred to as a “cone inner peripheral taper portion”.) The cone inner peripheral taper portion 41 has a radially expanded shape, so that the fuel provided on the outer periphery of the distal end of the pilot nozzle 2 is provided. The pilot fuel injected from the injection port 21 and the pilot air passing through the pilot swirler 6 are guided to the flame holding low-speed region X located around the cone inner peripheral tapered portion 41 and near the downstream end of the main burner 5. I will
[0036]
When the opening angle of the cone inner peripheral taper portion 41 is θ, the injection angle α of the pilot fuel injected from the fuel injection port 21 is set to −90 ° ≦ α <−θ / 2, θ / 2 <α ≦ 90. °. By doing so, when −90 ° ≦ α <−θ / 2, the portion where the fuel injection port 21 is located and the inner wall of the cone inner peripheral taper portion 41 on the opposite side to the center of the pilot nozzle 2 are formed. When the fuel collides and θ / 2 <α ≦ 90 °, the fuel collides with the inner wall of the cone inner peripheral taper portion 41 near the portion where the fuel injection port 21 is located.
[0037]
Further, the length a along the inner wall surface of the cone inner peripheral taper portion 41 from the position y where the pilot fuel collides with the inner wall of the cone inner peripheral taper portion 41 to the downstream end of the pilot cone 4 is the cone inner peripheral taper portion. 41 satisfies the relationship 0 <a ≦ A / 2 with respect to the length A along the inner wall surface. That is, the injection angle α and the downstream of the pilot nozzle 2 are set so that the collision position y of the pilot fuel on the inner wall of the cone inner peripheral taper portion 41 is located within the range from the center of the cone inner peripheral taper portion 41 to the downstream end. The side tip position is determined. At this time, the pilot nozzle 2 is installed such that the distal end position of the pilot nozzle 2 is located in a range between the downstream distal end of the pilot cone 4 and the downstream surface of the pilot swirler 6.
[0038]
As described above, since the pilot fuel collides from the center of the pilot cone 4 to the downstream side, the pilot fuel burns along the tapered shape of the cone inner peripheral taper portion 41 of the pilot cone 4 from the collision position y. Therefore, the pilot flame is easily guided to the flame holding low-speed region X. Therefore, even if the pilot fuel is reduced, it is possible to improve the flame holding property in the flame holding low speed range X.
[0039]
From this, the premixed air in which the main fuel injected from the main nozzle 3 and the main air passing through the main swirler 7 are mixed in the main burner 5 stably burns with the flame holding low speed range X as a flame holding point. Premixed air can be stably burned. Therefore, since the combustion vibration generated when the premixed air is burned can be suppressed, even if the pilot fuel is reduced and the pilot ratio is reduced, the combustion in the combustor is stabilized and the combustion vibration is suppressed. be able to.
[0040]
Further, as the collision position y of the pilot fuel is closer to the downstream end of the pilot cone 4, more pilot fuel reaches the low-speed flame holding region X, so that the flame holding property in the low-speed flame holding region X is improved. . Therefore, in the above range, by setting the downstream tip position of the pilot nozzle 2 and the pilot fuel injection angle so that the pilot fuel collision position y is closer to the downstream tip of the pilot cone 4, the pilot ratio is reduced. Combustion oscillations in the combustor when it is small can be suppressed.
[0041]
<Second embodiment>
A second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the tip of the pilot nozzle of the combustor according to the present embodiment. In FIG. 2, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. Further, the combustor of the present embodiment is constituted by the same components as the combustor in the first embodiment (FIG. 1), and the set value of the pilot fuel injection angle α is different. Therefore, hereinafter, a portion related to the pilot fuel injection angle α will be described in detail.
[0042]
The combustor of FIG. 2 differs from the combustor of FIG. 1 in that the injection angle α of the pilot fuel from the fuel injection port 21 is θ / 2. That is, the pilot fuel is injected in parallel with the inner wall surface of the cone inner peripheral taper portion 41. In this way, the pilot fuel is injected from the fuel injection port 21 in parallel with the inner wall surface of the cone inner peripheral paper portion 41, so that the pilot fuel is burned and the pilot flame is easily guided to the low-speed region X for flame holding. Therefore, even when the pilot fuel is reduced, it is possible to improve the flame holding property in the flame holding low speed range X.
[0043]
Further, the distance c between the injection direction of the pilot fuel and the inner wall surface of the cone inner peripheral tapered portion 41 is とき (B) when the diameter at the downstream end of the pilot cone 4 is B and the diameter of the pilot nozzle 2 is D. BD). More preferably, it is preferably 20 mm or less. At this time, the pilot nozzle 2 is installed such that the tip position of the pilot nozzle 2 is located in a range between the downstream end of the pilot cone 4 and the downstream surface of the pilot swirler 6.
[0044]
In the first and second embodiments, as shown in FIG. 3, when the pilot nozzle 2 is viewed from the downstream side, the pilot fuel is not radial from the fuel injection port 21 and the pilot fuel is not radiated from the center of the pilot nozzle 2. The jet may be shifted from the direction by an angle β (lateral angle β). At this time, the pilot fuel flows spirally along the inner wall surface of the cone inner wall taper portion 41.
[0045]
<Third embodiment>
A third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the tip of the pilot nozzle of the combustor in the present embodiment. In FIG. 4, the same portions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0046]
The combustor of FIG. 4 is provided with a cylindrical pilot nozzle cover 9 that covers the downstream end of the pilot nozzle 2 from the upstream side of the pilot swirler 6. That is, the pilot nozzle cover 9 is inserted and installed so as to be in contact with the inner wall surface of the pilot swirler 6. Further, inside the pilot nozzle 2, a main fuel supply path 22 through which most of the pilot fuel is supplied is provided at the center thereof, and the remaining fuel is supplied to the outer periphery of the main fuel supply path 22 by a flame holding fuel. A supply path 23 is provided.
[0047]
Further, a fuel injection pipe 21a which is provided on the outer periphery of the downstream end of the pilot nozzle 2 and injects pilot fuel supplied from the main fuel supply passage 22 is provided so as to penetrate the pilot nozzle cover 9, and is used for flame holding. A flame-holding fuel injection port 24 for injecting pilot fuel supplied from the fuel supply path 23 is provided on the outer wall surface of the pilot nozzle 2 upstream of the fuel injection pipe 21a. By using the fuel injection port 21 (FIG. 1) as the fuel injection pipe 21a, it is possible to inject the pilot fuel supplied from the main fuel supply path 22 without mixing the sweep air.
[0048]
When configured in this manner, a part of the pilot air flowing on the outer peripheral side of the pilot nozzle 2 is configured by the pilot nozzle 2 and the pilot nozzle cover 9 as sweep air for preventing burning of the fuel injection pipe 21a. While flowing through the sweep air supply channel 25, most of the remaining pilot air passes through the pilot swirler 6. Further, the sweep air is mixed with the pilot fuel injected from the flame-holding fuel injection port 24, and this pre-mixed air is discharged from the downstream end of the sweep air supply passage 25.
[0049]
At this time, the periphery of the fuel injection pipe 21a is cooled by the premixed air passing through the sweep air supply path 25, and burning around the fuel injection pipe 21a is prevented. In order to prevent burnout around the fuel injection pipe 21a as described above, the flow rate of the pilot fuel flowing through the flame-holding fuel supply passage 23 is set so that the combustion gas temperature of the premixed gas becomes a lean concentration of 1500 ° C. or less. Is done. If the combustion gas temperature of the premixed gas is set to a concentration of 1500 ° C. or higher, flashback may occur. The pilot fuel flowing through the main fuel supply passage 22 is injected outside the pilot nozzle cover 9 from the fuel injection pipe 21a.
[0050]
In this way, when the pilot fuel injected from the fuel injection pipe 21a is diffused and combusted, the premixed air is released from the downstream end of the sweep air supply passage 25, so that the pilot fuel from the fuel injection pipe 21a is used. The flame holding ability of the pilot diffusion flame can be improved. Therefore, since the flame retention of the premixed gas mixed in the main burner 5 burning by the pilot diffusion flame can be improved, the combustion in the combustor is stabilized and the combustion vibration is suppressed even if the pilot ratio is lowered. can do.
[0051]
<Fourth embodiment>
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a pilot nozzle tip of the combustor according to the present embodiment. In FIG. 5, the same portions as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0052]
In the combustor of FIG. 5, unlike the combustor of the third embodiment (FIG. 4), a cylindrical pilot nozzle cover 9a that covers a portion from the vicinity of the flame-holding fuel injection port 24 to the downstream end of the pilot nozzle 2 And a cylindrical pilot nozzle cover 9b provided on the outer peripheral side of the pilot nozzle cover 9a. The pilot nozzle cover 9b is installed so as to be in contact with the inner wall surface of the pilot swirler 6, and is installed so as to overlap the pilot nozzle cover 9a on the upstream side of the fuel injection pipe 21a. Further, the pilot nozzle cover 9 b is provided so as to cover the pilot nozzle 2 from an upstream side of the pilot swirler 6.
[0053]
By installing the pilot nozzle covers 9a and 9b in this manner, sweep air flows through the sweep air supply path 25 formed by the pilot nozzle 2 and the pilot nozzle cover 9b, and is injected from the flame-holding fuel injection port 24. Mixed with pilot fuel. The premixed air mixture of the pilot fuel and the sweep air is supplied to a premixed air supply passage 25a constituted by the pilot nozzle 2 and the pilot nozzle cover 9a, and a premixed air mixture constituted by the pilot nozzle covers 9a and 9b. It flows to each supply path 25b.
[0054]
The premixed gas discharged through the premixed gas supply passage 25a is discharged to the downstream side of the fuel injection pipe 21a, and the premixed gas discharged through the premixed gas supply passage 25b is discharged from the fuel injection pipe 21a. It is discharged upstream of the injection pipe 21a. Therefore, the pilot fuel injected from the fuel injection pipe 21a can be wrapped by the premixed gas, so that the premixed gas can be supplied so as to wrap the pilot diffusion flame, and the flame retention of the pilot diffusion flame can be improved. Can be improved.
[0055]
<Fifth embodiment>
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a pilot nozzle tip of the combustor according to the present embodiment. In FIG. 6, the same portions as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0056]
In the combustor of FIG. 6, unlike the combustor of the fourth embodiment (FIG. 5), the flame holding fuel injection pipe 24a for injecting the pilot fuel supplied from the flame holding fuel supply passage 23 is provided with a pilot nozzle cover. 9a. By using the flame-holding fuel injection port 24 (FIG. 5) as the flame-holding fuel injection pipe 24a, the flame-holding fuel is added to the sweep air flowing through the sweep air supply passage 25c formed by the pilot nozzle 2 and the pilot nozzle cover 9a. The pilot fuel supplied from the supply path 23 can be flowed without mixing.
[0057]
In this manner, by installing the flame-holding fuel injection pipe 24a, the pilot fuel is not mixed with the sweep air supplied from the sweep air supply path 25 and flowing through the sweep air supply path 25c. Released to the downstream end. Therefore, the downstream end of the pilot nozzle 2 is reliably cooled by the sweep air.
[0058]
Further, the sweep air flowing into the premixed gas supply passage 25b formed by the pilot nozzle covers 9a and 9b is mixed with the pilot fuel injected from the flame-holding fuel injection tube 24a, and becomes a premixed gas of the fuel injection tube 21a. Released upstream. Therefore, the premixed gas is supplied around the pilot diffusion flame, so that the flame retention of the pilot diffusion flame can be improved.
[0059]
In the third to fifth embodiments, the relationship between the injection angle of the pilot fuel injected from the fuel injection pipe 21a and the cone inner wall tapered portion 41 of the pilot cone 4 is the same as in the first or second embodiment. A combustor configured to have the following relationship may be applied.
[0060]
<Sixth embodiment>
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 7 and 8 are views showing the configuration of the tip of the pilot nozzle of the combustor in the present embodiment. 7 and 8, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0061]
The combustor shown in FIGS. 7 and 8 is provided with a cylinder 10 that covers the downstream end of the pilot nozzle 2 from the downstream surface of the pilot swirler 6. The cylinder 10 is configured such that its inner wall surface is close to the outer wall surface of the pilot nozzle 2 in a portion from the downstream surface of the pilot swirler 6 to the downstream end of the pilot nozzle 2. At this time, a narrow gap is provided between a portion of the cylinder 10 close to the outer wall surface of the pilot nozzle 2 and the outer wall surface of the pilot nozzle. Further, the cylinder 10 includes a flange 101 that tapers toward the downstream side from a position near the downstream end of the pilot nozzle 2. Since the cylinder 10 having the flange 101 is provided so as to be in contact with the downstream surface of the pilot swirler 6, the pilot air passing through the pilot swirler 6 passes between the pilot cone 4 and the cylinder 10.
[0062]
The flange 101 of the cylinder 10 is configured so as not to interfere with the pilot fuel jet by the pilot fuel injected from the fuel injection port 21. As a configuration for avoiding interference with the pilot fuel jet, for example, as shown in FIG. 7, the opening angle γ of the flange 101 is 0 ° with respect to the injection angle α of the pilot fuel from the fuel injection port 21. <2α ≦ γ <180 °. Further, the distance k between the inner wall surface of the pilot cone 4 and the outer wall surface of the pilot nozzle 2 at the downstream end position of the pilot nozzle 2 is set so that the pilot air sufficiently passes between the pilot cone 4 and the cylinder 10. On the other hand, the distance 1 between the inner wall surface of the pilot cone 4 and the flange 101 at the downstream end position of the cylinder 10 is set to 0 <l ≦ k. More preferably, l ≧ k / 2.
[0063]
In addition, for example, as shown in FIG. 8, the flange 101 is formed at a position slightly shifted upstream from the downstream end of the pilot nozzle 2, and the opening angle γ of the flange 101 is set to 0 ° <γ <2α. When the distance between the position where the formation of the flange 101 is started and the downstream end of the pilot nozzle 2 is represented by t, the length s of the flange 101 is defined as s <t / (cos (γ / 2) −tan α × sin (γ / 2)) so that the pilot fuel injected from the fuel injection port 21 does not collide with the flange 101.
[0064]
With this configuration, when the pilot fuel flows along the flange 101 of the cylinder 10, a vortex of the pilot fuel is formed in the vicinity Z of the tip of the flange 101, so that a circulation region that is a low-speed region is formed. . Therefore, since the pilot air does not hit the base of the pilot fuel jet near the fuel injection port 21, it is possible to prevent the pilot diffusion flame from weakening, and a circulation region is formed in the vicinity Z of the front end of the flange 101, The pilot diffusion flame can be stably burned.
[0065]
<Seventh embodiment>
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a pilot nozzle tip of the combustor according to the present embodiment. In FIG. 9, the same parts as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0066]
In the combustor of FIG. 8, similarly to the combustor of the sixth embodiment (FIG. 8), a cylinder 10 a that covers the downstream end portion of the pilot nozzle 2 from the downstream surface of the pilot swirler 6 is located downstream of the pilot swirler 6. It is provided so as to be in contact with the surface. That is, in a portion from the downstream surface of the pilot swirler 6 to the downstream end of the pilot nozzle 2, a narrow gap is formed between a portion of the cylinder 10a close to the outer wall surface of the pilot nozzle 2 and the outer wall surface of the pilot nozzle. Provided. In addition, the cylinder 10a includes a flange 102 that tapers toward a downstream side from a position near the downstream end of the pilot nozzle 2.
[0067]
The flange 102 is formed at a position slightly shifted upstream from the downstream end of the pilot nozzle 2, and the opening angle γ of the flange 102 is set to 0 ° <γ <2α. The length s of the flange 102 is set so as to satisfy s ≧ t / (cos (γ / 2) −tanα × sin (γ / 2)), and the pilot fuel injected from the fuel injection port 21 is set. It is caused to collide with the collar 102. Also, the distance l between the inner wall surface of the pilot cone 4 and the flange 102 at the downstream end position of the cylinder 10a is 0 <l ≦ so that the pilot air sufficiently passes between the pilot cone 4 and the cylinder 10a. k. More preferably, l ≧ k / 2.
[0068]
With this configuration, a low-speed region is formed by the collision point where the pilot fuel collides with the pilot fuel in the flange 102 of the cylinder 10a, and the pilot fuel is burned along the flange 102. Therefore, the pilot air does not hit the base of the pilot fuel jet near the fuel injection port 21 and the collision point of the pilot fuel, so that the pilot diffusion flame can be prevented from being weakened. Since the stabilization increases, the pilot diffusion flame can be stably burned.
[0069]
In the sixth and seventh embodiments, the relationship between the injection angle of the pilot fuel injected from the fuel injection port 21 and the cone inner wall tapered portion 41 of the pilot cone 4 is the same as in the first or second embodiment. A combustor configured to have the following relationship may be applied. Further, as in the third to fifth embodiments, pilot nozzle covers 9, 9a, 9b covering the downstream end of the pilot nozzle 2 may be provided.
[0070]
<Eighth embodiment>
An eighth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 10 is a schematic sectional view showing the relationship between the combustor main body and the fuel injection port of the pilot nozzle in the present embodiment.
[0071]
The combustor shown in FIGS. 10A to 10F is an air bypass in the combustor main body 150, which is connected to a bypass valve 160 constituted by a butterfly valve or the like, and into which air not used for combustion from the compressor flows. A pipe 151 and a connection pipe 152 that is connected to another combustor main body and propagates the flame are provided. The air bypass pipe 151 is provided on the upper part of the combustor main body 150, and the connecting pipes 152 are provided on both side surfaces of the combustor main body 150.
[0072]
As described above, since the combustor body 150 is provided with the air bypass pipe 151 and the connection pipe 152 serving as depressions, when combustion is performed by the combustor, the depressions due to the air bypass pipe 151 and the connection pipe 152 are formed. This becomes a fuel gas stagnation region. Therefore, in the area near the air bypass pipe 151 and the connecting pipe 152, the combustion becomes unstable, so that combustion vibration is generated and the combustion in other areas is affected.
[0073]
Therefore, in the present embodiment, as an example, as shown in FIG. 10A, the fuel nozzle 21 is not provided at the position p closest to the position where the air bypass pipe 151 is located in the pilot nozzle 2. I do. That is, for example, when seven fuel outlets 21 are provided, the fuel outlets 21 provided at the position p are closed out of the fuel outlets 21 arranged at equal intervals assuming that eight fuel outlets 21 are provided.
[0074]
Similarly, as another example, as shown in each of FIGS. 10B and 10C, in the pilot nozzle 2, the fuel is placed at one of the positions q and r closest to the portion where the connecting pipe 152 is located. The configuration is such that the jet port 21 is not provided. Further, as another example, as shown in FIG. 10D, the fuel nozzle 21 is not provided at both the positions q and r of the pilot nozzle 2 which are closest to the portion where the connecting pipe 152 is located. . Further, as another example, as shown in FIGS. 10E and 10F, in the pilot nozzle 2, one of the positions q and r and the air bypass pipe 151 that are closest to the portion where the connecting pipe 152 is located are located. The fuel injection port 21 is not provided at the position p closest to the portion to be formed.
[0075]
As described above, by closing the fuel ejection port 21 with respect to the depression position of the air bypass pipe 151 or the connection pipe 152, it is possible to prevent the diffusion of the fuel gas to the depression position of the air bypass pipe 151 or the connection pipe 152. Therefore, stagnation of the fuel gas due to the depression due to the air bypass pipe 151 or the connection pipe 152 can be prevented, and combustion oscillation when the pilot ratio is reduced can be suppressed.
[0076]
In the present embodiment, as shown in FIG. 10A, the fuel injection port 21 at the position corresponding to the air bypass pipe 151 is configured to be closed, but the fuel at the position corresponding to the air bypass pipe 151 is closed. By providing the injection port 21, the bypass valve 160 is slightly opened at the time of combustion in the combustor so that a small amount of air is sent even when the load becomes higher than the partial load. I do not care. In addition, the configuration in which the bypass valve 160 is slightly opened at the time of combustion in the combustor to send a small amount of air is used in the combustor having the configuration of FIGS. 10B to 10D. No problem.
[0077]
Furthermore, in the combustor according to the present embodiment, the configuration around the pilot nozzle may be configured as in the first to seventh embodiments. At this time, the configuration around the pilot nozzle may be configured to combine the features described in the first to seventh embodiments.
[0078]
【The invention's effect】
According to the present invention, the fuel injected from the fuel injection port collides with the vicinity of the downstream end of the pilot cone, so that a large amount of fuel can be guided to the low-speed flame holding region formed around the downstream end of the pilot cone. Improves the flame retention of pilot diffusion flames. In addition, by injecting the fuel injected from the fuel injection port in parallel to the inner wall surface of the pilot cone, a large amount of fuel can be guided to a low-speed flame-holding region formed around the downstream end of the pilot cone. Improves the flame holding properties of the flame. As described above, by improving the flame holding property of the pilot diffusion flame in the flame holding low-speed region, the combustion oscillation can be suppressed, so that the pilot ratio of the fuel supplied to the combustor can be reduced, NOx conversion can be realized.
[0079]
Further, according to the present invention, fuel is injected from the fuel injection port into a region formed by the pilot nozzle cover and the pilot nozzle, and a premixed air mixture of fuel and air is generated, and injected from the first fuel injection pipe. By supplying the fuel to the vicinity of the pilot diffusion flame by the fuel to be used, the flame holding property of the pilot diffusion flame can be improved. Further, the pilot nozzle cover is composed of a first cylindrical cover and a second cylindrical cover, and premixed in a region between the pilot nozzle and the second cylindrical cover and in a region between the first cylindrical cover and the second cylindrical cover. By generating air, a premixed air can be supplied so as to surround the pilot diffusion flame, so that the flame retention of the pilot diffusion flame can be further enhanced. Further, by providing the second fuel injection pipe so that the premixed air is generated only in the area between the first cylindrical cover and the second cylindrical cover, the downstream end of the pilot nozzle is moved to the second cylindrical cover. Cooling can be ensured by the air passing through the area between the cylindrical cover and the pilot nozzle.
[0080]
Further, according to the present invention, by providing a flange at the downstream end of the cylinder in contact with the downstream side surface of the pilot swirler, air passing through the outer periphery of the pilot nozzle is prevented from flowing to the downstream end of the pilot nozzle, so that fuel Air can flow into the base of the fuel jet by the fuel injected from the injection port. Therefore, the pilot diffusion flame can be burned without weakening.
[0081]
In addition, at the downstream end of the pilot nozzle, by not providing a fuel injection port at a position close to an area having a depression such as a bypass pipe or a connection pipe, an area having a depression such as a bypass pipe or a connection pipe is provided. Therefore, it is possible to prevent the formation of a fuel stagnation region. Further, by setting the bypass valve to be slightly opened in the combustion state, it is possible to prevent the formation of the fuel stagnation region due to the depression of the bypass pipe. Therefore, combustion instability due to the stagnation region can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a tip end of a pilot nozzle of a combustor according to a first embodiment.
FIG. 2 is a view showing a configuration of a tip end of a pilot nozzle of a combustor according to a second embodiment.
FIG. 3 is a view of a pilot nozzle viewed from a downstream end.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a tip end of a pilot nozzle of a combustor according to a third embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a tip end of a pilot nozzle of a combustor according to a fourth embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a tip end of a pilot nozzle of a combustor according to a fifth embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a tip end of a pilot nozzle of a combustor according to a sixth embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing another configuration of the tip of the pilot nozzle of the combustor according to the sixth embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a tip end of a pilot nozzle of a combustor according to a seventh embodiment.
FIG. 10 is a schematic sectional view showing a relationship between a combustor main body and a fuel injection port of a pilot nozzle in an eighth embodiment.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a combustor.
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a tip of a pilot nozzle of a conventional combustor.
[Explanation of symbols]
1 Combustor body
2 Pilot nozzle
3 Main nozzle
4 Pilot cone
5 Main burner
6 Pilot Swara
7 Main Swara
9 Pilot nozzle cover
10 cylinder

Claims

A pilot nozzle provided at a central portion of the combustor main body, a plurality of main nozzles provided at equal intervals around the pilot nozzle, and a downstream end portion where the fuel of the pilot nozzle flows and a downstream end portion is provided at the front end portion. A pilot cone provided with a cone inner peripheral taper portion having a radially tapered shape toward the side, and a pilot swirler provided so as to be in contact with an inner wall surface of the pilot cone and supporting the pilot nozzle at a central portion of the pilot cone In a combustor comprising:
The fuel injected from a fuel injection port provided on the outer periphery of the pilot nozzle tip to inject fuel, the cone inner peripheral taper portion from a position that is half the length of the cone inner peripheral taper portion to the downstream end is A combustor characterized by colliding with an inner wall surface.

When the opening angle of the pilot cone is θ,
The injection angle α of the fuel injected from the fuel injection port that is provided on the outer periphery of the pilot nozzle tip and injects the fuel,
−90 ° ≦ α <−θ / 2, θ / 2 <α ≦ 90 °
The combustor according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.

A pilot nozzle provided at a central portion of the combustor main body, a plurality of main nozzles provided at equal intervals around the pilot nozzle, and a downstream end portion where the fuel of the pilot nozzle flows and a downstream end portion is provided at the front end portion. A pilot cone provided with a cone inner peripheral taper portion having a radially tapered shape toward the side, and a pilot swirler provided so as to be in contact with an inner wall surface of the pilot cone and supporting the pilot nozzle at a central portion of the pilot cone In a combustor comprising:
When the opening angle of the pilot cone is θ,
The injection angle of fuel injected from a fuel injection port provided at the outer periphery of the tip of the pilot nozzle for injecting fuel is set to θ / 2, and the fuel is injected in parallel with the inclination of the inner peripheral taper portion of the cone. And combustor.

The distance c between the fuel jet by the fuel injected from the pilot cone and the tapered inner wall surface of the cone inner peripheral taper is B at the downstream end of the pilot cone and D at the pilot nozzle diameter. 4. The combustor according to claim 3, wherein c <1/2 (BD).

A pilot nozzle provided at a central portion of the combustor body, a plurality of main nozzles provided at equal intervals around the pilot nozzle, a pilot cone covering a downstream end portion of the pilot nozzle through which fuel flows, and a pilot cone. A combustor comprising a pilot swirler provided in contact with the inner wall surface of the cone and supporting the pilot nozzle at a central portion of the pilot cone,
The pilot nozzle is
A first fuel supply passage that is provided at the center of the pilot nozzle and passes most of the fuel supplied to the pilot nozzle;
A second fuel supply passage provided around the first fuel supply passage and passing the remainder of the fuel supplied to the pilot nozzle;
A cylindrical pilot nozzle cover that has an outer wall surface in contact with an inner wall surface of the pilot swirler, covers a downstream end of the pilot nozzle, and guides air passing around the pilot nozzle to a downstream end of the pilot nozzle. When,
A second nozzle is provided on the outer periphery of the downstream end of the pilot nozzle, penetrates the pilot nozzle cover from the first fuel supply passage, and injects fuel supplied from the first fuel supply passage to the outer periphery of the pilot nozzle cover. One fuel injection tube,
The fuel supplied from the second fuel supply path, which is provided at a position on the outer periphery of the pilot nozzle upstream of the first fuel injection pipe and is connected to the second fuel supply path, is provided. A fuel injection port for injecting into a region formed by the pilot nozzle cover and the pilot nozzle,
A combustor characterized by comprising:

The pilot nozzle cover,
A first portion covering the downstream end portion of the pilot nozzle from a position upstream of the pilot swirler to a position downstream of the fuel injection port, in contact with an inner wall surface of the pilot swirler; A cylindrical cover,
A second cylindrical cover, which is provided at a position overlapping the first cylindrical cover and between the pilot nozzle and the first cylindrical cover, and through which the first fuel injection pipe passes;
The combustor according to claim 5, comprising:

7. The combustor according to claim 6, wherein the second cylindrical cover covers a downstream end of the pilot nozzle from near the fuel injection port. 8.

The pilot nozzle penetrates from the fuel injection port to the second cylindrical cover, and feeds the fuel supplied from the second fuel supply path to an area defined by the first cylindrical cover and the second cylindrical cover. The combustor according to claim 6, further comprising a second fuel injection pipe for injecting.

The said 1st cylindrical cover is installed so that the downstream front-end | tip of the said 1st cylindrical cover may become upstream with respect to the said 1st fuel injection pipe, The any one of Claims 6-8 characterized by the above-mentioned. The combustor as described.

A pilot nozzle provided at a central portion of the combustor body, a plurality of main nozzles provided at equal intervals around the pilot nozzle, a pilot cone covering a downstream end portion of the pilot nozzle through which fuel flows, and a pilot cone. A combustor comprising a pilot swirler provided in contact with the inner wall surface of the cone and supporting the pilot nozzle at a central portion of the pilot cone,
Along with the downstream surface of the pilot swirler, the outer surface of the pilot nozzle located downstream of the pilot swirler is located close to the outer wall surface of the pilot nozzle. A combustor having a cylinder.

The combustor according to claim 10, wherein the flange is provided such that a downstream end of the flange is located upstream of a position where the flange collides with a fuel jet of fuel injected from the pilot nozzle. .

The combustor according to claim 10, wherein the flange is provided such that a downstream end of the flange is located downstream of a position where the flange collides with a fuel jet of fuel injected from the pilot nozzle. .

A combustor including a pilot nozzle provided at a central portion of the combustor body, and a bypass valve connected to a bypass valve for bypassing air not used for combustion to a downstream side of the combustor and provided at an upper side of the combustor body. At
In the pilot nozzle, a plurality of fuel injection ports provided at an outer periphery of a downstream end thereof for injecting fuel supplied to the pilot nozzle are provided at positions other than a position closest to the bypass pipe. .

In a combustor including a pilot nozzle provided in a central portion of the combustor main body and a connecting pipe provided on a side surface of the combustor main body for propagating a flame to another combustor,
In the pilot nozzle, a plurality of fuel injection ports provided at an outer periphery of a downstream end thereof for injecting fuel supplied to the pilot nozzle are provided at positions other than a position closest to the connection pipe. .

A combustor including a pilot nozzle provided at a central portion of the combustor body, and a bypass valve connected to a bypass valve for bypassing air not used for combustion to a downstream side of the combustor and provided at an upper side of the combustor body. At
In the combustion state, the bypass valve is slightly opened.