JP2011058758A - Gas turbine combustor - Google Patents
Gas turbine combustor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011058758A JP2011058758A JP2009211182A JP2009211182A JP2011058758A JP 2011058758 A JP2011058758 A JP 2011058758A JP 2009211182 A JP2009211182 A JP 2009211182A JP 2009211182 A JP2009211182 A JP 2009211182A JP 2011058758 A JP2011058758 A JP 2011058758A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- air
- gas turbine
- turbine combustor
- base plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明はガスタービン燃焼器に関する。 The present invention relates to a gas turbine combustor.
環境に対する規制や社会的要求が日増しに強くなっており、ガスタービンにおいてもさらなる高効率化、低NOx化が求められている。 Environmental regulations and social demands are increasing day by day, and even higher efficiency and lower NOx are required for gas turbines.
ガスタービンを高効率化させるための一方策として、タービン入口のガス温度を上昇させることが考えられるが、この場合、ガスタービン燃焼器での火炎温度の上昇に伴ってNOxの排出量増加が懸念される。 As one measure for improving the efficiency of the gas turbine, it is conceivable to raise the gas temperature at the turbine inlet. In this case, however, there is a concern about an increase in NOx emissions as the flame temperature rises in the gas turbine combustor. Is done.
NOx排出量低減のために、燃料と空気を予め混合した混合気をガスタービン燃焼器に供給して燃焼させる燃焼方式である予混合燃焼を採用したガスタービン燃焼器がある。 In order to reduce NOx emissions, there is a gas turbine combustor that employs premixed combustion, which is a combustion method in which an air-fuel mixture in which fuel and air are mixed in advance is supplied to the gas turbine combustor for combustion.
前記の予混合燃焼を採用したガスタービン燃焼器は、バーナを構成する燃料と空気との混合を予め行う予混合器と、この予混合器の下流に位置して空気と混合させた燃料を燃焼させる燃焼室とを備えている。 The gas turbine combustor adopting the premixed combustion burns a premixer that preliminarily mixes the fuel constituting the burner and air, and a fuel that is located downstream of the premixer and mixed with air. And a combustion chamber.
予混合燃焼は火炎温度が均一化するため低NOx化に有効であるが、火炎温度が上昇するとガスタービン燃焼器の燃焼室から上流に位置するバーナを構成する予混合器にまで火炎が想定外に遡上する逆火が起こる可能性が増加するため、NOx排出量の抑制と耐逆火性を兼ね備えたガスタービン燃焼器への要求が高まっている。 Premixed combustion is effective in reducing NOx because the flame temperature is uniform, but when the flame temperature rises, the flame is unexpectedly unexpectedly reached the premixer that constitutes the burner located upstream from the combustion chamber of the gas turbine combustor. Therefore, there is an increasing demand for a gas turbine combustor that has both NOx emission suppression and backfire resistance.
NOx排出量の抑制と耐逆火性を兼ね備えたガスタービン燃焼器に関して、複数の燃料ノズルと複数の空気孔とを同軸上に配置して、燃料と空気の複数の同軸噴流を燃焼室に供給して燃焼させるガスタービン燃焼器に関する技術が特許第3960166号公報に開示されている。 Concerning gas turbine combustors that combine NOx emission reduction and flashback resistance, a plurality of fuel nozzles and a plurality of air holes are arranged coaxially to supply a plurality of coaxial jets of fuel and air to the combustion chamber Japanese Patent No. 3960166 discloses a technique related to a gas turbine combustor that is burned.
前記特許第3960166号公報に開示された燃料と空気の複数の同軸噴流を燃焼室に供給して燃焼させるガスタービン燃焼器は、従来の予混合燃焼を採用したガスタービン燃焼器と比較して非常に短い距離で燃料と空気とを急速混合することができるため、NOx排出量の抑制と耐逆火性を両立することが可能となるだけでなく、従来の拡散燃焼方式によって対応してきた石炭ガス化ガスやコークス炉ガス等の水素含有量が高く燃焼速度が速い燃料に対しても対応が可能なガスタービン燃焼器である。 The gas turbine combustor for supplying a plurality of coaxial jets of fuel and air to the combustion chamber and burning it as disclosed in the above-mentioned Japanese Patent No. 3960166 is much more difficult than a conventional gas turbine combustor employing premixed combustion. In addition, fuel and air can be rapidly mixed at a short distance, so that it is possible not only to achieve both NOx emission reduction and flashback resistance, but also to cope with the conventional diffusion combustion method. It is a gas turbine combustor that can cope with fuels with high hydrogen content such as chemical gas and coke oven gas and high combustion speed.
一般に、ガスタービン燃焼器を備えたガスタービンにおいて、多缶型のガスタービン燃焼器構造で定格出力を上げる場合には、ガスタービン燃焼器の缶数を増やすか、ガスタービン燃焼器の大きさを大型化する、あるいはその両方を実施する必要がある。 In general, in a gas turbine equipped with a gas turbine combustor, when increasing the rated output in a multi-can gas turbine combustor structure, the number of gas turbine combustors can be increased or the size of the gas turbine combustor can be increased. It is necessary to increase the size or both.
ここでは、定格出力を上げる場合に後者の方法であるガスタービン燃焼器を大型化して対応する場合を考える。 Here, the case where the gas turbine combustor which is the latter method is enlarged and coped with when raising a rated output is considered.
前記特許第3960166号公報に開示された燃料と空気の複数の同軸噴流を燃焼室に供給して燃焼させるガスタービン燃焼器では、ガスタービン燃焼器が大型化する場合に空気流量と燃料流量の双方が増加する。この空気流量と燃料流量の双方の増加に対応するためには、燃料と空気の同軸噴流の数を増加させる、すなわち燃料ノズルと空気孔数を増やす方法と、燃料ノズルと空気孔を大型化する方法が考えられる。 In the gas turbine combustor that supplies and burns a plurality of coaxial jets of fuel and air to the combustion chamber disclosed in Japanese Patent No. 3960166, both the air flow rate and the fuel flow rate are increased when the gas turbine combustor is enlarged. Will increase. In order to cope with the increase in both the air flow rate and the fuel flow rate, the number of coaxial jets of fuel and air is increased, that is, the method of increasing the number of fuel nozzles and air holes, and the size of the fuel nozzle and air holes are increased. A method can be considered.
しかしながら前者の燃料と空気の同軸噴流の数を増やす方法は、燃料ノズルの個数が増加するため、製作コストの増加につながる。一方で、後者の燃料ノズルと空気孔を大型化する方法は、燃料ノズルと空気孔の機械加工が従来品に比べて容易となるためコスト増加を回避できるが、燃焼室で生じる火炎がバーナに逆流する逆火を防止する手段を講じる必要がある。 However, the former method of increasing the number of coaxial jets of fuel and air increases the number of fuel nozzles, leading to an increase in manufacturing cost. On the other hand, the latter method of enlarging the fuel nozzle and the air hole can avoid the increase in cost because the machining of the fuel nozzle and the air hole is easier than the conventional product, but the flame generated in the combustion chamber is burned in the burner. It is necessary to take measures to prevent backfire.
ここで、燃料と空気との混合性能には混合時に生じる小さなスケールの渦が大きく影響し、燃料と空気の混合均一化には渦スケールが小さいほど有効であることが知られている。 Here, it is known that the small scale vortex generated during mixing greatly affects the mixing performance of fuel and air, and that the smaller the vortex scale is, the more effective the uniform mixing of fuel and air is.
したがって、燃料ノズルと空気孔を単に大型化しただけでは従来の大きさの燃料ノズルと空気孔から構成される多数の同軸噴流に比べて混合時に生じる渦のスケールが大きくなるため、燃料と空気との混合性能は従来の大きさの燃料ノズルと空気孔によって構成される多数の同軸噴流に比べて低下してしまい、低NOx化が困難になるものと考えられる。 Therefore, simply increasing the size of the fuel nozzle and air holes increases the scale of the vortex generated during mixing compared to the large number of coaxial jets composed of fuel nozzles and air holes of the conventional size. It is considered that the mixing performance is reduced as compared with a large number of coaxial jets composed of a fuel nozzle of a conventional size and air holes, and it is difficult to reduce NOx.
本発明の目的は、ガスタービン燃焼器を大型化した場合に、燃料と空気とを急速混合させて低NOx化を実現すると共に、逆火を回避した構成のバーナを備えたガスタービン燃焼器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a gas turbine combustor provided with a burner having a structure that achieves low NOx by rapidly mixing fuel and air and avoids backfire when the gas turbine combustor is enlarged. It is to provide.
本発明のガスタービン燃焼器は、燃料と空気とを混合して燃焼室に噴出し燃焼させるバーナを備えたガスタービン燃焼器において、前記バーナは、燃料と空気とを混合して燃料と空気との混合気を流下する複数の第1空気孔を形成したベースプレートと、前記ベースプレートに固定されており該ベースプレートの第1空気孔を流下した燃料と空気との混合気を燃焼室に噴出する複数の第2空気孔を形成した旋回プレートを備え、前記ベースプレートの第1空気孔に燃料を噴出する燃料噴孔をこの第1空気孔に面した該ベースプレートの壁面に複数固設置し、前記複数個の燃料噴孔は該燃料噴孔から噴出した燃料が第1空気孔の内部で相互に衝突するように対向して配置させたことを特徴とする。 The gas turbine combustor according to the present invention is a gas turbine combustor provided with a burner that mixes fuel and air and jets and burns them into a combustion chamber. The burner mixes fuel and air to mix the fuel and air. A base plate having a plurality of first air holes flowing down the air-fuel mixture, and a plurality of fuel gas and air mixtures fixed to the base plate and flowing through the first air holes of the base plate to the combustion chamber A plurality of fuel injection holes for injecting fuel into the first air holes of the base plate are installed on the wall surface of the base plate facing the first air holes; The fuel injection holes are arranged to face each other so that the fuel injected from the fuel injection holes collides with each other inside the first air hole.
本発明によれば、ガスタービン燃焼器を大型化した場合に、燃料と空気とを急速混合させて低NOx化を実現すると共に、逆火を回避した構成のバーナを備えたガスタービン燃焼器が実現できる。 According to the present invention, when a gas turbine combustor is increased in size, a gas turbine combustor having a burner configured to achieve low NOx by rapidly mixing fuel and air and avoid backfire is provided. realizable.
本発明の実施例であるガスタービン燃焼器の構成について図面を参照して以下に説明する。 A configuration of a gas turbine combustor which is an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、本発明の第1実施例であるガスタービン燃焼器を備えたガスタービンプラントについて図1を用いて説明する。 First, the gas turbine plant provided with the gas turbine combustor which is 1st Example of this invention is demonstrated using FIG.
図1は本発明の第1実施例であるガスタービン燃焼器2を備えた発電用のガスタービンプラント1000の全体構成を表している。
FIG. 1 shows an overall configuration of a
図1に示した発電用のガスタービンプラント1000は、吸い込み空気100を加圧して高圧空気101を生成する圧縮機1と、前記圧縮機1で生成した高圧空気101と燃料系統200を通じて供給される燃料とを混合して燃焼させ、高温の燃焼ガス102を生成するガスタービン燃焼器2と、前記ガスタービン燃焼器2で生成した高温の燃焼ガス102によって駆動されるタービン3と、前記タービン3の駆動によって回転され電力を発生させる発電機20とを備えている。
A
そして前記圧縮機1、タービン3及び発電機20は、一体のシャフト21によって相互に連結されており、タービン3を駆動して得られた駆動力はシャフト21を通じて圧縮機1及び発電機20に伝えられる構成となっている。
The compressor 1, the turbine 3 and the
前記ガスタービン燃焼器2は、ガスタービン装置のケーシング4の内部に格納されている。
The
また、前記ガスタービン燃焼器2の頭部にはバーナ6が設置されており、このバーナ6の下流側となるガスタービン燃焼器2の内部には、前記圧縮機1から供給される高圧空気101と、このガスタービン燃焼器2で生成される高温の燃焼ガス102とを隔てる概略円筒状の燃焼器ライナ10が配設されている。
A
燃焼器ライナ10の外周には圧縮機1からガスタービン燃焼器2に高圧空気101を流下させる空気流路を形成する外周壁となるフロースリーブ11が配設されており、前記フロースリーブ11は燃焼器ライナ10よりも直径が大きく、該燃焼器ライナ10とほぼ同心円の円筒状に配設されている。
On the outer periphery of the
燃焼器ライナ10の下流側には、ガスタービン燃焼器2の該燃焼器ライナ10の内側に形成した燃焼室50にてバーナ6から噴出させた高圧空気101と燃料系統200を通じて供給されたF1、F2燃料との混合気を燃焼させて発生した高温燃焼ガス102をタービン3に導くための尾筒内筒12が配設されており、この尾筒内筒12の外周には尾筒外筒13が配設されている。
On the downstream side of the
吸い込み空気100は圧縮機1によって圧縮された後に高圧空気101となるが、この高圧空気101はケーシング4内に供給されて充満した後、尾筒内筒12と尾筒外筒13の間に形成された空間に流入し、尾筒内筒12を外壁面から対流冷却する。
The
尾筒内筒12と尾筒外筒13の間の空間を流下した高圧空気101は、更にフロースリーブ11と燃焼器ライナ10との間に形成された環状の流路を通って前記ガスタービン燃焼器2の頭部に向かって流下するが、この流下する途中でガスタービン燃焼器2の内部に設置された燃焼器ライナ10の対流冷却に使用される。
The high-
また、フロースリーブ11と燃焼器ライナ10との間に形成された環状の流路を流下する高圧空気101の一部は、燃焼器ライナ10の壁面に設けられた多数の冷却孔から燃焼器ライナ10の内部へ流入して該燃焼器ライナ10のフィルム冷却に使用される。
In addition, a part of the high-
そして前記環状の流路を流下して燃焼器ライナ10のフィルム冷却に使用されなかった残りの高圧空気101は、ガスタービン燃焼器2の頭部に設けたバーナ6に備えた多数の空気孔32から燃焼器ライナ10内に供給される。
The remaining high-
図2は図1に示した第1実施例のガスタービン燃焼器に備えたバーナ6を構成する燃料ノズルを拡大して示した部分拡大図である。
FIG. 2 is an enlarged partial view showing a fuel nozzle constituting the
前記ガスタービン燃焼器2の頭部に設置したバーナ6には、燃料遮断弁210を備えた燃料系統200を通じて供給する燃料を、燃料系統200から分岐したF1燃料流量調節弁211を備えたF1燃料系統201と、燃料系統200から分岐したF2燃料流量調節弁212を備えたF2燃料系統202の二つの燃料系統が配設されている。
The
そしてF1燃料系統201を通じてバーナ6に供給されるF1燃料の流量は燃料流量調節弁211によって調節され、F2燃料系統202を通じてバーナ6に供給されるF2燃料の流量は燃料流量調節弁212によって調節される。
The flow rate of F1 fuel supplied to the
この燃料流量調節弁211及び211によって前記F1燃料及びF2燃料の燃料流量をそれぞれ調節して、ガスタービンプラント1000の発電量が制御される。
The fuel flow
次に、ガスタービン燃焼器2の詳細な構成について説明する。
Next, a detailed configuration of the
図3は、図1に示した第1実施例のガスタービン燃焼器2に備えたバーナ6を構成する燃料ノズルの燃料噴孔とベースプレート及び旋回プレートとの配置状況の詳細を示す部分構造図であり、図4は図3に示した本実施例のガスタービン燃焼器2に備えたバーナ6を構成する燃料ノズルのA−A方向断面図である。
FIG. 3 is a partial structural view showing details of the arrangement state of the fuel nozzle hole of the fuel nozzle, the base plate and the swirl plate constituting the
図3及び図4において、本実施例のガスタービン燃焼器2の頭部に設置したバーナ6には、マルチノズル構造となる複数の空気孔32Aを形成したベースプレート33と、該ベースプレート33に固定され、旋回角を持たせた旋回空気孔となる複数の空気孔32Bを形成した旋回プレート38とが配設されており、このうち旋回プレート38は燃焼器ライナ10の内側に形成される燃焼室50に面して配設されている。
3 and 4, the
そして前記ベースプレート33の各空気孔32Aと旋回プレート38の各空気孔32Bとは相互に連通するように配設されている。
The
更に前記ベースプレート33に形成された複数の空気孔32Aの外周側には該空気孔32Aを覆うように形成された環状の燃料ヘッダ40を内部に有するスリーブ37が設置されており、このスリーブ37の燃料ヘッダ40に前記F1燃料系統201及びF2燃料系統202を通じて供給されたF1燃料及びF2燃料を、この燃料ヘッダ40から前記スリーブ37に設けた複数の燃料噴孔31を通じて空気孔32Aの内部に噴出するように構成されている。
Further, on the outer peripheral side of the plurality of
前記ベースプレート33に形成した空気孔32Aの外周側に設けたスリーブ37の側面に配設した複数の燃料噴孔31から空気孔32Aに噴出するF1燃料及びF2燃料は、図3及び図4に示したような燃料噴流35となって空気孔32Aの内部に供給される。
The F1 fuel and the F2 fuel ejected from the plurality of fuel injection holes 31 provided on the side surface of the
また、ガスタービン燃焼器2のフロースリーブ11と燃焼器ライナ10との間に形成された環状の流路を通ってこのガスタービン燃焼器2の頭部に供給された高圧空気101の一部は、前記バーナ6の燃料ノズルを構成するベースプレート33に形成した空気孔32Aに、図3及び図4に示したような空気噴流36となって供給され、このベースプレート33の空気孔32Aを流下して該ベースプレート33に固定された旋回プレート38に形成された空気孔32Bによって旋回をかけられて燃焼室50に供給される。
A part of the high-
本実施例のガスタービン燃焼器2では、バーナ6を構成するベースプレート33に形成した空気孔32Aの外周側に配設したスリーブ37の側面に設けられた複数の燃料噴孔31は、これらの燃料噴孔31の軸線が同一線上に位置するように、2個の燃料噴孔31を対向させて配設している。
In the
前記スリーブ37は、概略円筒状に形成されており、燃料ヘッダ40に隣接した該スリーブ37の両端部が肉厚に形成されて、この肉厚に形成したスリーブ37の両端部でベースプレート33の内壁に固定される。
The
つまり、スリーブ37は両端部が外周側に肉厚となっているため、両端部以外の部分ではスリーブ37とベースプレート33との間には空間が形成され、この空間に燃料ヘッダ40を形成している。
That is, since both ends of the
ベースプレート33に配設したスリーブ37は、肉厚となっているその両端でベースプレート33に燃料漏れが生じることがないように固定する必要があるので、ベースプレート33へのスリーブ37の固定方法には、燃料漏れを確実に防ぐため、冷やし嵌めや、焼き嵌めを施すようにすれば良い。
The
ただし、ベースプレート33とスリーブ37の接合部において燃料漏れを生じなければ、ロウ付け、溶接等の他の方法によっても特に問題ない。
However, if no fuel leakage occurs at the joint between the
ベースプレート33の下流には、図3に示したようにベースプレート33に配設した空気孔32Aの中心軸と旋回プレート38に配設した空気孔32Bの中心軸とが同軸となるように旋回プレート38を配置している。
As shown in FIG. 3, the
旋回プレート38に配設した空気孔32Bの孔径は、スリーブ37に設けた空気孔32Aの孔径と等しくする。
The diameter of the
さらに、旋回プレート38に配設した空気孔32Bは、図3に示すように角度θの旋回角が設けられており、この旋回プレート38の空気孔32Bに旋回角θを設けることで該空気孔32Bを通じて前記燃焼器ライナ10の内部の燃焼器50に供給する燃料と空気の噴流に旋回流を形成することで、燃焼安定性を高めている。
Further, as shown in FIG. 3, the
尚、前記ベースプレート33と旋回プレート38とは、図示していないがボルト等で相互に固定している。
The
ここで、旋回プレート38に配設した空気孔32Bの孔径に比べて、ベースプレート33に配設した空気孔32Aの内部に固定されるスリーブ37の外径は大きい。
Here, the outer diameter of the
したがって、ベースプレート33に配設したスリーブ37がベースプレート33から分離することが生じた場合であっても、旋回プレート38はスリーブ37が下流に流されるのを防ぐ役目を有する。
Therefore, even when the
一方で、図3に示すようにスリーブ37の側面に形成された対向配置された二つの燃料噴孔31から噴出する燃料噴流35は、空気孔32Aの内部において相互に衝突する。
On the other hand, as shown in FIG. 3, the
すると、これらの燃料噴流35の持つ運動量は相殺されて燃料噴流35のポテンシャルコアは消失し、空気孔32Aの内部での燃料の滞留時間が増加する。
Then, the momentums of these
そして、空気孔32Aを流下する空気噴流36が持つ乱れ成分によって、空気孔32Aの内部において燃料噴流35と空気噴流36とが急速に混合し、この燃料と空気の混合気は燃焼器ライナ10の内側に形成される燃焼室50に供給されて燃焼する。
Due to the turbulence component of the
よってガスタービン燃焼器を大型化した場合でも、前記バーナのベースプレート33に設けた複数の燃料噴孔31を対向配置することによって該燃料噴孔31から噴出した燃料噴流35と空気噴流36とが空気孔32A内で急速混合するので燃料と空気との混合性能が維持される。
Therefore, even when the gas turbine combustor is increased in size, the
上記した実施例のガスタービン燃焼器2においては、燃料と空気は良好に混合した後に燃焼するため、全体に火炎温度は均一化して局所的に火炎温度が上昇することはなく、低NOx燃焼が実現される。
In the
また、上記した実施例のガスタービン燃焼器2では燃焼室で生じる火炎がバーナに逆流する逆火現象も回避できる。
Further, in the
本実施例のガスタービン燃焼器2では、ベースプレート33に配設したスリーブ37の側面に設けた燃料噴孔31はスリーブ37の側面に一対、対向配置させている。ただし、燃料噴孔31から噴出する燃料噴流35が空気孔32Aの中心軸上で互いに衝突するように構成すれば、スリーブ37の側面に燃料噴孔31を3孔以上設けても同様の効果が得られる。
In the
図5は、図1のガスタービンプラント1000における、ガスタービン燃焼器2のバーナ6の周辺部分を拡大した正面図であり、図6はバーナ6を燃焼器ライナ10の内側に形成した燃焼室50から見た側面図である。
5 is an enlarged front view of the peripheral portion of the
本実施例のガスタービン燃焼器2では、図5及び図6に示すように空気孔32A及び空気孔32Bから形成される空気孔32は、同心円状に中心側から外周側に向かって第1列の空気孔32a、第2列の空気孔32b、第3列の空気孔32cとからなる3列で構成されており、バーナ6の内周側から第1列に4個、第2列に4個、第3列に8個の合計16個が配設されている。
In the
図7は図5のB−B方向断面であるガスタービン燃焼器2の断面図を示す。
FIG. 7 shows a cross-sectional view of the
図7に示したガスタービン燃焼器2において、F1燃料系統201を通じてバーナ6に供給されるF1燃料は、ベースプレート33に配設したスリーブ37の側面に設けた燃料噴孔31に対応する第1列の空気孔32aの内部側面に配設された燃料噴孔31aに供給され、F2燃料系統202を通じてバーナ6に供給されるF2燃料は、前記燃料噴孔31に対応する第2列の空気孔32b及び第3列の空気孔32cの内部側面に配設された燃料噴孔31b及び燃料噴孔31cに供給される。
In the
このように、F1燃料とF2燃料をガスタービン燃焼器のバーナに供給する燃料系統を、F1燃料系統201とF2燃料系統202との二つに分けて配設することによって、ガスタービンの負荷変動に追従させてF1燃料とF2燃料との流量を調節して供給することが容易となる。
As described above, the fuel system for supplying the F1 fuel and the F2 fuel to the burner of the gas turbine combustor is divided into two parts, the
さらに、図7に示したガスタービン燃焼器2においては、F1燃料系統201とF2燃料系統202をそれぞれ流れるF1燃料とF2燃料の流量の総和を変化させずに、F1燃料の流量を上げると同時にF2燃料の流量を下げることで、1列目空気孔32aから燃焼器ライナ10の内側に形成した燃焼器50に供給される燃料と空気の混合気中の燃料濃度が高まる。
Further, in the
よって、1列目空気孔32aの下流では燃焼安定性が高まり、ガスタービン燃焼器2の全体の燃焼負荷を一定に保持した状態で燃焼安定性を確保することができる。
Therefore, the combustion stability is increased downstream of the first
F1燃料系統201を通じて供給されるF1燃料は、ベースプレート33の外周部に設けられた燃料ポート42aからベースプレート33の内部に配設された燃料流路44aを介して燃料ヘッダ40aへと流入し、第1列の空気孔32aの内部に設けられた燃料噴孔31aに供給される。
The F1 fuel supplied through the
燃料ポート42aは、第1列の空気孔32aの孔数分、ベースプレート33の外周部に設けられている。
The
F2燃料系統202を通じて供給されるF2燃料は、二つの系統に分岐した後に、ベースプレート33の外周部に設けられた燃料ポート42b及び42cから、ベースプレート33の内部に配設された燃料流路44b及び44cを介して燃料ヘッダ40b及び40cへと流入する。
After the F2 fuel supplied through the
燃料ポート42bから燃料流路44bを介して燃料ヘッダ40bに流入したF2燃料は、第2列の空気孔32bの内部側面に設けられた燃料噴孔31bに供給される。
The F2 fuel that has flowed into the
燃料ポート42bは、第2列の空気孔32bの孔数分、ベースプレート33の外周部に設けられている。
The
一方で、燃料流路44cを介して燃料ヘッダ40cに流入したF2燃料は、第3列の空気孔32cの内部に設けられた燃料噴孔31cに供給される。
On the other hand, the F2 fuel that has flowed into the
燃料ポート42cは、第3列の空気孔32cの孔数分、ベースプレート33の外周部に設けられている。
The
かくして、F1燃料系統201を通じて供給されるF1燃料を第1列の空気孔32aの内部に配設した燃料噴孔31aに、F2燃料系統202を通じて供給されるF2燃料を第2列の空気孔32bの内部に配設した燃料噴孔31bと第3列の空気孔32cの内部に配設した燃料噴孔31cに供給することができる。
Thus, the F1 fuel supplied through the
本実施例によれば、ガスタービン燃焼器を大型化した場合に、燃料と空気とを急速混合させて低NOx化を実現すると共に、逆火を回避した構成のバーナを備えたガスタービン燃焼器が実現できる。 According to the present embodiment, when the gas turbine combustor is enlarged, the fuel and air are rapidly mixed to achieve low NOx, and the gas turbine combustor including a burner having a configuration that avoids backfire. Can be realized.
次に、本発明の第2実施例であるガスタービン燃焼器について図8乃至図12を用いて説明する。 Next, a gas turbine combustor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施例のガスタービン燃焼器の構成は、図1乃至図7に示した第1実施例のガスタービン燃焼器の構成と基本的な部分が共通しているので、両者に共通した構成の説明は省略して相違した構成についてのみ以下に説明する。 The configuration of the gas turbine combustor of the present embodiment is the same as the configuration of the gas turbine combustor of the first embodiment shown in FIGS. Only the different configurations will be described below.
図8は、図1のガスタービンプラント1000における本実施例のガスタービン燃焼器に備えたバーナの長手方向断面図であり、図9は図8に示した本実施例のガスタービン燃焼器に備えたバーナの縦断面図である。
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a burner provided in the gas turbine combustor of this embodiment in the
本実施例のガスタービン燃焼器2においては、バーナ6を構成するベースプレート33及び旋回プレート38には、図8及び図9に示すように空気孔32A及び空気孔32Bから形成される空気孔32は、同心円状に中心側から外周側に向かって第1列の空気孔32a、第2列の空気孔32b、第3列の空気孔32cとからなる3列で構成されており、バーナ6の内周側から第1列に6個、第2列に12個、第3列に18個の合計36個が配設されている。
In the
図10は図8のC−C方向断面であるガスタービン燃焼器2の断面図を示す。
FIG. 10 shows a cross-sectional view of the
本実施例のガスタービン燃焼器2においてはでは、先の第1実施例のガスタービン燃焼器と同様に、F1燃料とF2燃料を供給する燃料系統は二つに分かれており、それぞれをF1燃料系統201、F2燃料系統202が配設されている。
In the
F1燃料はF1燃料系統201を通じて第1列の空気孔32aの内部側面に配設した一対の燃料噴孔31aに供給され、F2燃料はF2燃料系統202を通じて第2列の空気孔32b及び第3列の空気孔32cの内部側面に配設した一対の燃料噴孔31b及び31cに供給される。
The F1 fuel is supplied to the pair of
F1燃料系統201を通じて供給されたF1燃料は、ベースプレート33の上流側の面に設けた図中点線で示した燃料ポート42aからベースプレートの内部に配設された環状の燃料流路44aに供給される。
The F1 fuel supplied through the
燃料流路44aに供給されたF1燃料は、第1列の空気孔32aの内部側面に互いの軸線が同一線上に位置するように配設した一対の燃料噴孔31aから、空気孔32aの中心軸に向けて供給される。
The F1 fuel supplied to the
F2燃料系統202を通じて供給されたF2燃料は、ベースプレート33の外周に設けた燃料ポート42bと42cからベースプレート33の内部に配設された環状の燃料流路44bと44cにそれぞれ供給される。
F2 fuel supplied through the
燃料流路44bに供給されたF2燃料は、第2列の空気孔32bの内部側面に互いの軸線が同一線上に位置するように配設した一対の燃料噴孔31bから、空気孔32bの中心軸に向けて供給される。
The F2 fuel supplied to the
また、燃料流路44cに供給されたF2燃料は、第3列の空気孔32cの内部側面に互いの軸線が同一線上に位置するように配設した一対の燃料噴孔31cから、空気孔32cの中心軸に向けて供給される。
Further, the F2 fuel supplied to the
このように、各列の空気孔32の内部に設けられた一対の燃料噴孔31に、燃料200を供給するための燃料ポート42が、各空気孔32に対して1つ設けられているのではなく、各列に対して1つ設けられている点が第1実施例と異なっている。
Thus, one
また、第1実施例に示した燃料流路44と燃料ヘッダ40が一体化している点でも前記第1実施例と異なっている。
The fuel flow path 44 and the
次に、本実施例のガスタービン燃焼器2における燃料供給構造の詳細を説明する。
Next, the details of the fuel supply structure in the
図8に示すように、本実施例のガスタービン燃焼器2におけるバーナ6を構成するベースプレート33は、上流側からベースプレート第1層33A、ベースプレート第2層33Bの2層から構成される。
As shown in FIG. 8, the
ここで、図11にベースプレート第1層33Aの概略図、図12にベースプレート第2層33Bの概略図をそれぞれ示す。
Here, FIG. 11 shows a schematic diagram of the base plate
図11に示すように、ベースプレート第1層33Aには、ベースプレート33に配設される空気孔32の位相でスリーブ37の外径に等しい孔径のスリーブ設置孔45Aが配設されており、ベースプレート33の中心には、F1燃料201をベースプレート33の内部に流通させるための燃料ポート42aが配設されている。
As shown in FIG. 11, the base plate
ベースプレート第2層33Bには、ベースプレート第1層33Aと同様に、ベースプレート33に配設される空気孔32の位相でスリーブ37の外径に等しい直径のスリーブ設置孔45Bが配設されており、さらに図12に示すように、外周には燃料ポート42b〜42cが、内部には燃料流路44a〜44cが配設されている。
In the base plate
そして、スリーブ設置孔45Aと45Bにスリーブ37を冷やし嵌め、焼き嵌め等で配設し、さらにベースプレート第1層33Aとベースプレート第2層33Bを溶接し、図4(c)に示す断面を保持する構造のベースプレート33を提供できる。
Then, the
ここで、本実施例のガスタービン燃焼器2においては、スリーブ37の形状は本発明の第1実施例と同様に両端で肉厚な概略円筒形状としたが、外径をベースプレート第1層33A及びベースプレート第2層33Bに配設した空気孔32aの孔径と等しい、肉厚が全体に均一な単純円筒形状であっても本実施例のガスタービン燃焼器2の構造は実現できる。
Here, in the
かくして、F1燃料系統201を通じて供給されたF1燃料を第1列の空気孔32aの内部に配設した燃料噴孔31aに、F2燃料系統202を通じて供給されたF2燃料を第2列の空気孔32bの内部に配設した燃料噴孔31bと第3列の空気孔32cの内部に配設した燃料噴孔31cに供給することができる。
Thus, the F1 fuel supplied through the
また、本本実施例のガスタービン燃焼器2では、バーナ6を構成するベースプレート33の内部をF1燃料及びF2燃料が流通するため、F1燃料及びF2燃料の冷熱によってベースプレート33と旋回プレート38は冷却される。
Further, in the
したがって、バーナ6のベースプレート33及び旋回プレート38の過熱が防止され、ベースプレート33及び旋回プレート38に生じる熱応力を低下させるので、ガスタービン燃焼器2に備えられたバーナ6のベースプレート33及び旋回プレート38の構造信頼性を高めることができる。
Accordingly, overheating of the
本実施例によれば、ガスタービン燃焼器を大型化した場合に、燃料と空気とを急速混合させて低NOx化を実現すると共に、逆火を回避した構成のバーナを備えたガスタービン燃焼器が実現できる。 According to the present embodiment, when the gas turbine combustor is enlarged, the fuel and air are rapidly mixed to achieve low NOx, and the gas turbine combustor including a burner having a configuration that avoids backfire. Can be realized.
次に、本発明の第3の実施例であるガスタービン燃焼器について図13及び図14を用いて説明する。 Next, the gas turbine combustor which is the 3rd Example of this invention is demonstrated using FIG.13 and FIG.14.
本実施例のガスタービン燃焼器の構成は、図1乃至図7に示した第1実施例のガスタービン燃焼器の構成と基本的な部分が共通しているので、両者に共通した構成の説明は省略して相違した構成についてのみ以下に説明する。 The configuration of the gas turbine combustor of the present embodiment is the same as the configuration of the gas turbine combustor of the first embodiment shown in FIGS. Only the different configurations will be described below.
図13は本実施例のガスタービン燃焼器2に備えたバーナ6を構成するベースプレート33及び旋回プレート38に形成した空気孔32A及び空気孔32Bの周辺部位を拡大した概略断面図である。
FIG. 13 is an enlarged schematic cross-sectional view of
図13及び図14において、本実施例のガスタービン燃焼器2に備えたバーナ6を構成するベースプレート33及び旋回プレート38は、第1実施例のスタービン燃焼器と同様に、空気孔32A及び空気孔32Bにはその上流側から空気噴流36が供給されて流下する。
13 and 14, the
そして、ベースプレート33に形成した空気孔32Aの外周側に配設したスリーブ37の側面に設けられた複数の燃料噴孔31は、これらの燃料噴孔31の軸線が同一線上に位置するように、2個の燃料噴孔31を対向させて配設している。この対向して配設された2個の燃料噴孔31から供給された燃料噴流35は空気孔32Aの中心軸上で衝突する。
The plurality of fuel injection holes 31 provided on the side surface of the
そして、本実施例のガスタービン燃焼器2におけるバーナ6では、ベースプレート33の空気孔32Aに供給される空気噴流36の持つ乱れによって、空気孔32Aの内部において前記複数の燃料噴孔31から空気孔32Aに供給される燃料と空気噴流36の空気とがより均一に混合して、燃焼室50に供給するように構成している。
And in the
更に、本実施例のガスタービン燃焼器2におけるバーナ6では、図13に示すように、図3及び図4に示した第1実施例のガスタービン燃焼器2におけるバーナ6の構造に加えて、空気孔32Aと面するスリーブ37の側壁であって、前記燃料噴孔31の配設位置よりも上流側となる側壁に渦発生体39を配設している。
Furthermore, in the
上記構成の本実施例のガスタービン燃焼器2におけるバーナ6においては、図13に示すように、空気孔32Aと面するスリーブ37の側壁で、燃料噴孔31よりも上流側の位置に設置した前記渦発生体39によって、この渦発生体39の下流となるスリーブ37の側壁近傍の空気孔32Aに渦43が生成する。
In the
このため、空気孔32Aに供給される空気噴流36が持つ乱れだけでなく、前記渦発生体39によって積極的に乱れを発生させることで、前記複数の燃料噴孔31から空気孔32Aに供給される燃料と空気噴流36の空気とがより均一に混合して燃焼室50に供給されるので、燃料と空気の混合が第1実施例のガスタービン燃焼器のバーナに比して更に促進される。
For this reason, not only the turbulence of the
ここで、図14に本実施例の変形例であるガスタービン燃焼器2のバーナ6を示すように、空気孔32Aと面するスリーブ37の側壁で、燃料噴孔31よりも下流側の位置に渦発生体39を設置する構成にしても、渦発生体39の下流で生成する渦43によって流れが乱されるので、前記複数の燃料噴孔31から空気孔32Aに供給される燃料と空気噴流36の空気とがより均一に混合して燃焼室50に供給され、燃料と空気の混合が促進される。
Here, as shown in FIG. 14 in the
また、本実施例のガスタービン燃焼器2におけるバーナ6では、加工の容易さから渦発生体39の形状を周方向に厚みが均一で、半径方向に高さが均一なリブ状構造としているが、例えば渦発生体39の一部に切り欠きを持つ構造でも、その下流において流れが乱れるため、燃料と空気の混合を促進できる。
Moreover, in the
かくして、本実施例のガスタービン燃焼器2におけるバーナ6のように燃料と空気をさらに均一に混合することで、さらなる低NOx燃焼を実現するガスタービン燃焼器2のバーナ6構造を得ることができる。
Thus, the
本実施例によれば、ガスタービン燃焼器を大型化した場合に、燃料と空気とを急速混合させて低NOx化を実現すると共に、逆火を回避した構成のバーナを備えたガスタービン燃焼器が実現できる。 According to the present embodiment, when the gas turbine combustor is enlarged, the fuel and air are rapidly mixed to achieve low NOx, and the gas turbine combustor including a burner having a configuration that avoids backfire. Can be realized.
本発明はガスタービン燃焼器に適用可能である。 The present invention is applicable to gas turbine combustors.
1:圧縮機、2:ガスタービン燃焼器、3:タービン、4:ケーシング、6:バーナ、10:燃焼器ライナ、11:フロースリーブ、12:燃焼器尾筒内筒、13:尾筒外筒、20:発電機、21:シャフト、31:燃料噴孔、32:空気孔、33:ベースプレート、34:スプリングシール、35:燃料噴流、36:空気噴流、37:スリーブ、38:旋回プレート、39:渦発生体、40:燃料ヘッダ、42:燃料ポート、43:渦、44:燃料流路、45:スリーブ設置孔、50:燃焼室、100:吸い込み空気、101:高圧空気、102:高温燃焼ガス、103:排ガス、200:燃料、201:F1燃料、202:F2燃料、210:燃料遮断弁、211:F1燃料流調弁、212:F2燃料流調弁、1000:ガスタービンプラント。 1: compressor, 2: gas turbine combustor, 3: turbine, 4: casing, 6: burner, 10: combustor liner, 11: flow sleeve, 12: combustor tail cylinder, 13: tail cylinder outer cylinder 20: generator, 21: shaft, 31: fuel injection hole, 32: air injection hole, 33: base plate, 34: spring seal, 35: fuel injection, 36: air injection, 37: sleeve, 38: swirl plate, 39 : Vortex generator, 40: fuel header, 42: fuel port, 43: vortex, 44: fuel flow path, 45: sleeve installation hole, 50: combustion chamber, 100: suction air, 101: high pressure air, 102: high temperature combustion Gas: 103: exhaust gas, 200: fuel, 201: F1 fuel, 202: F2 fuel, 210: fuel cutoff valve, 211: F1 fuel flow control valve, 212: F2 fuel flow control valve, 1000: gas turbine Cement.
Claims (6)
前記バーナは、燃料と空気とを混合して燃料と空気との混合気を流下する複数の第1空気孔を形成したベースプレートと、前記ベースプレートに固定されており該ベースプレートの第1空気孔を流下した燃料と空気との混合気を燃焼室に噴出する複数の第2空気孔を形成した旋回プレートを備え、
前記ベースプレートの第1空気孔に燃料を噴出する燃料噴孔をこの第1空気孔に面した該ベースプレートの壁面に複数固設置し、前記複数個の燃料噴孔は該燃料噴孔から噴出した燃料が第1空気孔の内部で相互に衝突するように対向して配置させたことを特徴とするガスタービン燃焼器。 In a gas turbine combustor having a burner that mixes fuel and air and jets and burns them into a combustion chamber.
The burner mixes fuel and air to form a plurality of first air holes for flowing down the mixture of fuel and air, and is fixed to the base plate and flows down the first air holes of the base plate. A swirl plate having a plurality of second air holes for ejecting a fuel / air mixture into the combustion chamber,
A plurality of fuel injection holes for injecting fuel into the first air holes of the base plate are installed on the wall surface of the base plate facing the first air holes, and the plurality of fuel injection holes are fuel injected from the fuel injection holes. The gas turbine combustor is arranged so as to face each other so as to collide with each other inside the first air hole.
第1空気孔に面した前記ベースプレートの壁面に、燃料を第1空気孔に噴孔する前記燃料噴孔の上流側、或いは下流側に空気の渦流を発生させる渦発生部材を配設していることを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to claim 1.
On the wall surface of the base plate facing the first air hole, a vortex generating member for generating an air vortex upstream or downstream of the fuel injection hole for injecting fuel into the first air hole is disposed. A gas turbine combustor.
前記ベースプレートは第1空気孔に面した壁面は、内部に燃料ヘッダを有する環状のスリーブ部材によって構成されており、このスリーブ部材に該燃料ヘッダから供給した燃料を第1空気孔に噴出する前記燃料噴孔が設けられていることを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to claim 1 or 2,
The wall surface of the base plate facing the first air hole is formed by an annular sleeve member having a fuel header inside, and the fuel supplied from the fuel header to the sleeve member is jetted into the first air hole. A gas turbine combustor having an injection hole.
前記旋回プレートの第2空気孔は、該第2空気孔を流下する燃料と空気との混合気に旋回をかける旋回角が形成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to claim 1.
The gas turbine combustor, wherein the second air hole of the swirl plate is formed with a swirl angle that swirls the mixture of fuel and air flowing down the second air hole.
前記ベースプレートの第1空気孔及び前記旋回プレートの第2空気孔は相互に連通して形成され、
前記第1空気孔及び第2空気孔は前記ベースプレート及び旋回プレートにそれぞれ環状に複数列配設されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to claim 1.
The first air hole of the base plate and the second air hole of the swivel plate are formed in communication with each other,
The gas turbine combustor, wherein the first air holes and the second air holes are arranged in a plurality of rows in the base plate and the swirl plate, respectively.
前記ベースプレートに環状に複数列配設された前記第1空気孔のうち、中心側の列に位置する第1空気孔に燃料を噴出する燃料噴孔に燃料を供給する第1の燃料系統と、外周側の列に位置する第1空気孔に燃料を噴出する燃料噴孔に燃料を供給する第2の燃料系統とを分けて配設していることを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor of claim 5.
A first fuel system for supplying fuel to a fuel injection hole for injecting fuel to a first air hole located in a central row of the first air holes arranged in a plurality of rows in an annular manner on the base plate; A gas turbine combustor characterized in that a second fuel system for supplying fuel to a fuel injection hole for injecting fuel to a first air hole located in a row on the outer peripheral side is separately provided.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009211182A JP2011058758A (en) | 2009-09-14 | 2009-09-14 | Gas turbine combustor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009211182A JP2011058758A (en) | 2009-09-14 | 2009-09-14 | Gas turbine combustor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011058758A true JP2011058758A (en) | 2011-03-24 |
Family
ID=43946595
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009211182A Pending JP2011058758A (en) | 2009-09-14 | 2009-09-14 | Gas turbine combustor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011058758A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021096016A (en) * | 2019-12-16 | 2021-06-24 | 三菱パワー株式会社 | Gas turbine combustor |
-
2009
- 2009-09-14 JP JP2009211182A patent/JP2011058758A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021096016A (en) * | 2019-12-16 | 2021-06-24 | 三菱パワー株式会社 | Gas turbine combustor |
JP7245150B2 (en) | 2019-12-16 | 2023-03-23 | 三菱重工業株式会社 | gas turbine combustor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5103454B2 (en) | Combustor | |
US9027349B2 (en) | Gas turbine gaseous fuel injection system | |
JP5948489B2 (en) | Gas turbine combustor | |
US8127549B2 (en) | Burner and gas turbine combustor | |
JP5528756B2 (en) | Tubular fuel injector for secondary fuel nozzle | |
JP5985191B2 (en) | Gas turbine engine mixer assembly | |
JP5544141B2 (en) | Integrated combustor in a gas turbine-first stage nozzle and related methods | |
JP5458121B2 (en) | Gas turbine combustor and method of operating gas turbine combustor | |
JP4922878B2 (en) | Gas turbine combustor | |
US20140182294A1 (en) | Gas turbine combustor | |
JP2008111651A (en) | Gas turbine combustor and method for supplying fuel to gas turbine combustor | |
KR102473612B1 (en) | System and method having fuel nozzle | |
JP6196868B2 (en) | Fuel nozzle and its assembly method | |
WO2015068212A1 (en) | Gas turbine combustor | |
CN112594735B (en) | Gas turbine combustor | |
JP4961415B2 (en) | Gas turbine combustor | |
JP5911387B2 (en) | Gas turbine combustor and gas turbine combustor operating method | |
JP2014105886A (en) | Combustor | |
JP5718796B2 (en) | Gas turbine combustor with sealing member | |
JP4854613B2 (en) | Combustion apparatus and gas turbine combustor | |
JP5331909B2 (en) | Combustor | |
JP2014178107A (en) | Diffusion combustor fuel nozzle for limiting NOx emissions | |
JP2011058758A (en) | Gas turbine combustor | |
JP2008082590A (en) | Gas turbine combustor | |
JP2010236739A (en) | Gas turbine combustor |