JP2005241178A - Combustion device of gas turbine - Google Patents
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Description
本発明は、ガスタービンに用いられる逆流缶型の燃焼器に関するものである。 The present invention relates to a backflow can type combustor used in a gas turbine.
逆流缶型の燃焼器は、ガス燃料と空気を内筒内の燃焼室に噴射し、この燃焼室の一次燃焼領域で混合気の逆流域を形成して燃焼させる( 例えば、特許文献1)。
しかし、従来の燃焼器では、前記内筒の頂部の形状や空気通路に設けられるアキシャルスワラーの位置の制約などから、燃焼室内の一次燃焼領域で形成される逆流域にアンバランスを生じ易い。つまり、一次燃焼領域の内筒中心部分には弱い混合気の逆流域が、その外周囲には強い混合気の逆流域が形成される。このため、一次燃焼領域での火炎が不安定になり易い。 However, in the conventional combustor, unbalance is likely to occur in the reverse flow region formed in the primary combustion region of the combustion chamber due to the shape of the top of the inner cylinder and the restriction of the position of the axial swirler provided in the air passage. That is, a weak air-fuel mixture reverse flow region is formed at the center of the inner cylinder of the primary combustion region, and a strong air-fuel mixture reverse flow region is formed around the outer periphery. For this reason, the flame in the primary combustion region tends to become unstable.
そこで、本発明は、一次燃焼領域における混合気の逆流域を強弱なくバランス良く形成して、火炎を安定して保持することができる保炎性に優れたガスタービンの燃焼器を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a combustor for a gas turbine excellent in flame holding ability, in which a backflow region of an air-fuel mixture in a primary combustion region is formed in a well-balanced manner without being strong and weak and can stably hold a flame. Objective.
上記目的を達成するために、本発明は、内部に燃焼室を形成する内筒と、前記内筒の外方を覆う外筒とを備え、 前記内筒と外筒との間で、圧縮機からの空気を前記内筒からタービンに向かう燃焼ガスの流出方向と逆方向に導入する空気導入通路が形成された燃焼器であって、前記内筒の頂部に内筒と同心状に配置されて前記燃焼室へ燃料を噴射する複数の第1燃料噴射孔と、前記第1燃料噴射孔に対して内筒の径方向の内側と外側に配置されて前記空気を燃焼室に供給する内側および外側空気通路と、前記内側空気通路に燃料を噴射する第2燃料噴射孔とを備えている。 In order to achieve the above object, the present invention comprises an inner cylinder that forms a combustion chamber therein, and an outer cylinder that covers the outside of the inner cylinder, and a compressor is provided between the inner cylinder and the outer cylinder. A combustor in which an air introduction passage is formed to introduce air from the inner cylinder in a direction opposite to the outflow direction of the combustion gas from the inner cylinder toward the turbine, and is disposed concentrically with the inner cylinder at the top of the inner cylinder A plurality of first fuel injection holes for injecting fuel into the combustion chamber, and an inner side and an outer side arranged on the inner side and the outer side in the radial direction of the inner cylinder with respect to the first fuel injection hole to supply the air to the combustion chamber An air passage and a second fuel injection hole for injecting fuel into the inner air passage are provided.
この構成によれば、前記外側空気通路を通る空気と前記第1燃料噴射孔から噴射される燃料が、前記内筒内の燃焼室の外周部分に混合気となって供給される。また同時に、前記内側空気通路を通る空気と前記第2燃料噴射孔から噴射される燃料が円筒内の中心部分に混合気となって供給される。このため、燃焼室の中心部分とその外周部分における混合気の逆流域がバランス良く形成され、火炎の安定した保持が行える。 According to this configuration, the air passing through the outer air passage and the fuel injected from the first fuel injection hole are supplied as an air-fuel mixture to the outer peripheral portion of the combustion chamber in the inner cylinder. At the same time, the air passing through the inner air passage and the fuel injected from the second fuel injection hole are supplied to the central portion of the cylinder as an air-fuel mixture. For this reason, the backflow region of the air-fuel mixture in the central portion of the combustion chamber and the outer peripheral portion thereof is formed with good balance, and the flame can be stably held.
本発明の一実施形態では、前記第2燃料噴射孔が、前記第1燃料噴射孔に燃料を供給する燃料通路に接続されている。この構成によれば、燃料の通路構成が簡単となる。 In an embodiment of the present invention, the second fuel injection hole is connected to a fuel passage that supplies fuel to the first fuel injection hole. According to this configuration, the fuel passage configuration is simplified.
また、本発明の他の実施形態では、前記第2燃料噴射孔が、前記燃料通路における第1燃料噴射孔の上流側近傍に配置されている。この構成によれば、火炎が燃料供給装置の奥内方に逆流するのが防止される。 In another embodiment of the present invention, the second fuel injection hole is arranged in the vicinity of the upstream side of the first fuel injection hole in the fuel passage. According to this configuration, it is possible to prevent the flame from flowing backward into the fuel supply device.
本発明の燃焼器によれば、燃焼室内における混合気の逆流域をバランス良く形成し、火炎を安定して保持することができて保炎性に優れたものとなる。 According to the combustor of the present invention, the backflow region of the air-fuel mixture in the combustion chamber is formed in a well-balanced manner, the flame can be stably held, and the flame holding property is excellent.
以下、本発明にかかるガスタービンの燃焼器の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明の燃焼器を適用するガスタービンを示す概略図である。このガスタービンは、圧縮機1、燃焼器2およびタービン3を主要構成としている。燃焼器2は、圧縮機1から供給される圧縮空気に燃料を供給して燃焼させ、これにより発生する高温高圧の燃焼ガスをタービン3に供給する。圧縮機1は、 回転軸5を介してタービン3に連結され、このタービン3によって駆動される。圧縮機1は、減速機4を介して発電機のような負荷7を回転駆動する。タービン3の排気側には、排ガスボイラ8が接続され、ポンプ9aを有する配管9から供給された水を熱交換して蒸気を前記燃焼器2に供給する。また、配管9におけるポンプ9aの下流側から水の一部を前記燃焼器2に供給する。
Embodiments of a combustor for a gas turbine according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing a gas turbine to which a combustor of the present invention is applied. This gas turbine has a compressor 1, a
図2は、本発明の一実施形態にかかる燃焼器2の要部の縦断面図である。この燃焼器2は、内部に燃焼室Cを形成する内筒10と、この内筒10の外方を覆う外筒11と、前記内筒10の頂部に取り付けられた燃料噴射装置20とを備えている。燃焼室Cで生成された燃焼ガスGは矢印方向に流出してタービン3(図1)へ向かう。前記内筒10と外筒11の間には、圧縮機1(図1)から供給された燃焼用の圧縮空気CAを内筒10内の燃焼ガスGの流出方向と逆方向に導入する空気導入通路12が形成されている。前記燃焼器2は、図1のタービン3のほぼ径方向外方に向かって突出しており、前記圧縮機1からの圧縮空気CAは、図2の空気導入通路12を燃焼器2の先端側に向かって流れた後に、燃焼室Cにおける内筒10の頂部付近の燃焼領域Sに送られ、ここで燃料噴射装置20から噴射される燃料Fと混合され、その混合気が燃焼されて燃焼ガスGとなり、燃焼器2の基端側から流出する。燃料Fは、ガスまたは液体である。
FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of a main part of the
図3は前記燃料噴射装置20を拡大した底面図、図4は同装置20の縦断面図を示している。図4に示すように、燃料噴射装置20は、第1ノズル体21とこれの外周囲に配置された筒状の第2ノズル体22と、を備えている。第1ノズル体21は、ノズルボディ21aと、その先端のノズルチップ21bとを有している。第2ノズル体22は、ノズルボディ22aと、その先端の連結部材22bと、その先端のエンドプレート22cと、ノズルボディ22aの内周壁を形成する仕切り部材22dとを有している。前記第2ノズル体22の内部には燃料Fの燃料通路24が形成されるとともに、エンドプレート22cには、図3に示すように、内筒10と同心状に第1燃料噴射孔26の複数個(図3では6個) が形成されている。図4に示す燃料Fは、前記第2ノズル体22のノズルボディ22aの側部に設けたニップル27から前記燃料通路24に導入され、前記第1燃料噴射孔26から燃焼室C内に一定の拡散角θ1で噴射される。前記燃料通路24は、ノズルボディ22aと仕切り部材22dとの間の環状空間24aと、連結部材22bに第2ノズル体22の周方向に等間隔で設けられて軸方向に延びる複数の連通孔24bと、エンドプレート22cに設けた環状の導出空間24cとを有している。
FIG. 3 is an enlarged bottom view of the
前記第1燃料噴射孔26に対して内筒10の径方向の内側と外側位置には、前記圧縮機1からの圧縮空気CAを燃焼室C内に供給する内側空気通路28と外側空気通路29とが形成されている。図の実施形態では、前記第1燃料噴射孔26の径方向内方で第1ノズル体21と第2ノズル体22との間に環状の内側空気通路28を形成し、これを、第2ノズルの連結部材30に径方向に貫通して設けた複数の導入路30を介して、空気導入通路12に連通させ、この空気導入通路12からの圧縮空気CAを、図4の導入路30から内側空気通路28に導入させる構成としている。導入路30は、この例では図3に示すように3つ設けられ、それぞれの導入路30が第2ノズル体22の放射面に沿い、かつ、図4に示すように、径方向内側に向かって第2ノズル体22の先端へ近づくように傾斜している。
An
内筒10のエンドプレート22cの外周囲には、空気導入通路12からの圧縮空気CAを旋回流として燃焼室C内に供給する固定羽根からなるアキシャルスワラー39が配置されており、このアキシャルスワラー39により前記外側空気通路29が形成されている。図2の内筒10の頂部に、複数の空気導入孔31aを有する筒カバー31を設け、前記空気導入通路12からの圧縮空気CAを空気導入孔27aから筒カバー31内に導入し、この筒カバー31内の圧縮空気CAの一部を、図4の導入路30から内側空気通路28を経て燃焼室C内に、また残りの圧縮空気CAを、アキシャルスワラー39から旋回流として燃焼室C内に、それぞれ供給している。
An
さらに、第2ノズル体22の連結部材22bの下端部で、前記燃料通路24における第1燃料噴射孔26の上流側近傍には、燃料通路24と内側空気通路28とを連通する複数の第2燃料噴射孔32が内筒10と同心状に形成されている。第2燃料噴射孔32は、この例では、図3に示すように、6つが周方向に等間隔に設けられており、1つ置きの第2燃料噴射孔32の周方向位置が、前記導入路30と同一になっている。これら第2燃料噴射孔32は、導出空間24cに連通しており、この導出空間24cから燃料Fの一部を前記内側空気通路28に供給して、燃料Fを内側空気通路28内の圧縮空気CAとともに燃焼室C内の中心部分に向かって一定の拡散角度θ2で噴射させる。
Further, at the lower end portion of the connecting
図2に示す燃料噴射装置20の第1ノズル体21の中心内部に水供給通路33を形成し、図1の配管9を通る水Wの一部を、図4の水供給通路33を経てノズルチップ21bから燃焼室C内の中心部分に向かって供給するようにしている。また、図2の燃料噴射装置20の頂部に設けられた上部エンドプレート34に蒸気供給通路35を形成し、図1の排ガスボイラ8で生成された蒸気STを蒸気供給通路35から筒カバー31内に導入し、これから図4の導入路30およびアキシャルスワラー39を経て前記燃焼室C内に供給するようにしている。燃焼器2は、前記水Wおよび蒸気STの供給を行なわないタイプ、または水Wと蒸気STのいずれか一方のみを供給するタイプであってもよい。
A
なお、図2において、内筒10の周壁には、空気導入通路12から内筒10内の燃焼領域Sに燃焼用空気を導入する燃焼用空気孔36と、燃焼領域Sよりも下流側に空気を導入する希釈用空気孔37とが設けられている。燃料噴射装置20は、これに固定した取付け板38を介して、上部エンドプレート34に、ボルト止めで取り付けられている。
In FIG. 2, on the peripheral wall of the
次に、以上の燃焼器2の動作について説明する。図1の圧縮機1から供給される圧縮空気CAは、図2の空気導入通路12を経てアキシャルスワラー39から内筒10内に供給され、一部の圧縮空気CAが図4の導入路30から内側空気通路28を経て内筒10内に供給される。他方、燃料Fは、燃料通路24を通って第1および第2燃料噴射孔26,32から燃焼室Cに噴射され、前記圧縮空気CAに混じって混合気となり、燃焼室Cの頂部、つまり、内筒10の頂部内方の燃焼領域Sで燃焼される。
Next, the operation of the
このとき、前記燃料通路24を通る燃料Fの一部は、前記第2燃料噴射孔32から内側空気通路28に噴射され、これを通る圧縮空気CAとともに燃焼領域Sの中心部分に噴射されるので、この燃焼領域Sで形成される混合気の逆流域がバランス良く形成される。つまり、第1と第2燃料噴射孔26,32の両方からの燃料Fにより、燃焼室Cの頂部の中心部分に従来よりも強い混合気の逆流域S1が形成されるので、この逆流域S1と、その外周囲で燃焼室Cの外周部分に形成される混合気の逆流域S2とが、強度上バランス良く形成される。このため、火炎の安定した保持がなされて保炎性に優れたものとなる。ここで、前記第2燃料噴射孔32は、前記燃料通路24に連通させて形成しているので、通路構成が簡単となる。また、前記第2燃料噴射孔32は、前記燃料通路24における第1燃料噴射孔26の上流側近傍に配置されているので、火炎が燃料供給装置20の奥内方に逆流するのが防止される。
At this time, a part of the fuel F passing through the
10 内筒
11 外筒
12 空気導入通路
24 燃料通路
26 第1燃料噴射孔
28 内側空気通路
29 外側空気通路
32 第2燃料噴射孔
C 燃焼室
CA 空気
G 燃焼ガス
F 燃料
10
Claims (3)
前記内筒の頂部に内筒と同心状に配置されて前記燃焼室へ燃料を噴射する複数の第1燃料噴射孔と、
前記第1燃料噴射孔に対して内筒の径方向の内側と外側に配置されて前記空気を燃焼室に供給する内側および外側空気通路と、
前記内側空気通路に燃料を噴射する第2燃料噴射孔とを備えたガスタービンの燃焼器。 An inner cylinder that forms a combustion chamber inside and an outer cylinder that covers the outer side of the inner cylinder, and between the inner cylinder and the outer cylinder, combustion of air from the compressor toward the turbine from the inner cylinder A combustor having an air introduction passage for introducing the gas in the direction opposite to the gas outflow direction,
A plurality of first fuel injection holes arranged concentrically with the inner cylinder at the top of the inner cylinder and injecting fuel into the combustion chamber;
Inner and outer air passages disposed on the inner and outer sides in the radial direction of the inner cylinder with respect to the first fuel injection hole and supplying the air to the combustion chamber;
A gas turbine combustor including a second fuel injection hole for injecting fuel into the inner air passage.
The gas turbine combustor according to claim 2, wherein the second fuel injection hole is disposed in the vicinity of the upstream side of the first fuel injection hole in the fuel passage.
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Cited By (2)
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EP2706295A1 (en) | 2012-09-05 | 2014-03-12 | Hitachi Ltd. | Dual fuel gas turbine combustor for low heating value fuel |
CN107110506A (en) * | 2014-12-25 | 2017-08-29 | 川崎重工业株式会社 | Burner, burner and gas turbine |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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