JP2011058775A - Gas turbine combustor - Google Patents

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Keisuke Miura
圭祐 三浦
Satoshi Momo
聡 百々
Kazuhito Koyama
一仁 小山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas turbine combustor which reduces a pressure loss in coaxial nozzles and reduces NOx emission by promoting the mixure of fuel and air. <P>SOLUTION: The gas turbine combustor includes burners in which the plurality of rows of coaxial nozzles comprising a plurality of fuel nozzles and a plurality of air holes formed on an air hole plate and coaxial with the fuel nozzles are arranged annularly. A member for generating a turbulence of an air current is provided either at a tip of the fuel nozzle constituting the coaxial nozzle or within a flow passage of the air hole formed on the air hole plate where the tip of the fuel nozzle is positioned, so as to define the minimum flow passage cross sectional area of the air hole of the coaxial nozzle. The minimum flow passage cross sectional area of the air hole of the coaxial nozzle positioned in the burner arranged on the outer peripheral side out of the plurality of rows of burners is formed wider than the minimum flow passage cross sectional area of the air hole of the coaxial nozzle positioned in the burner arranged on the central side. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

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によって更なる低NOx化を実現するガスタービン燃焼器が求められている。   There is a need for a gas turbine combustor that achieves further reduction in NOx due to environmental regulations and social demands.

ガスタービン燃焼器で更なる低NOx燃焼を実現しようとする場合には、低NOx燃焼と同時に逆火現象を回避することが重要となる。   In order to realize further low NOx combustion in the gas turbine combustor, it is important to avoid the flashback phenomenon simultaneously with the low NOx combustion.

特開2007−232234号公報に記載されたガスタービン燃焼器(以下、同軸燃焼器という)は、低NOx燃焼と逆火の防止を実現する技術が開示されている。   A gas turbine combustor (hereinafter referred to as a coaxial combustor) described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-232234 discloses a technology that realizes low NOx combustion and prevention of backfire.

このガスタービン燃焼器に関する技術では、燃焼用空気を燃焼室に供給する空気孔と燃料を燃焼室に供給する燃料ノズルとを同軸、または同軸に近い近接した位置に配置した同軸ノズルを多数配置した構造のガスタービン燃焼器が開示されている。   In the technology related to the gas turbine combustor, a large number of coaxial nozzles in which air holes for supplying combustion air to the combustion chamber and fuel nozzles for supplying fuel to the combustion chamber are arranged coaxially or close to the same axis are arranged. A gas turbine combustor having a structure is disclosed.

同軸燃焼器は、燃料と空気を均等に分散させて燃焼室に供給し、短い距離で燃料と空気を混合することによって、逆火を防ぐとともに低NOx燃焼の実現を図っている。   In the coaxial combustor, fuel and air are evenly distributed and supplied to the combustion chamber, and the fuel and air are mixed at a short distance to prevent backfire and achieve low NOx combustion.

そして、同軸ノズルを構成する燃料ノズルの外周側又は内周側に燃料と空気の流れを乱す突起物を複数個設けて燃焼室に供給する前の燃料と空気との混合を促進してNOxを更に低減するようにしている。   A plurality of protrusions that disturb the flow of fuel and air are provided on the outer peripheral side or inner peripheral side of the fuel nozzle constituting the coaxial nozzle to promote the mixing of the fuel and air before being supplied to the combustion chamber, thereby reducing NOx. Further reduction is made.

特開2007−232234号公報JP 2007-232234 A

特開2007−232234号公報に記載された同軸燃焼器は、NOx排出量を低減させるために燃料ノズルの外周側又は内周側に燃料と空気の流れを乱す突起物を複数設けて燃料と空気の混合促進を図っているが、しかしながら、これらの突起物によって圧力損失が増加するので圧縮機からガスタービン燃焼器に流入してきた空気のうち、ライナの冷却空気孔に流れる空気量が増加し、燃焼の燃焼に用いる空気が減少して燃焼室内で形成される火炎の局所温度の上昇によってNOx濃度が増加するので、燃料と空気の混合促進によるNOx排出量の低減効果が弱められるといった課題がある。   The coaxial combustor described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-232234 is provided with a plurality of protrusions that disturb the flow of fuel and air on the outer peripheral side or inner peripheral side of the fuel nozzle in order to reduce the NOx emission amount. However, since the pressure loss is increased by these protrusions, the amount of air flowing from the compressor to the gas turbine combustor increases in the cooling air hole of the liner. Since the air used for combustion decreases and the NOx concentration increases due to an increase in the local temperature of the flame formed in the combustion chamber, there is a problem that the effect of reducing NOx emissions by facilitating the mixing of fuel and air is weakened .

本発明の目的は、同軸ノズルの燃料ノズルに燃料と空気の流れを乱す突起物を設けた場合でも、同軸ノズルでの圧力損失を低減して燃焼器に供給する燃焼用空気の空気量を増加させると共に燃焼室内に円錐状の火炎を形成させ、燃料と空気の混合を促進させてNOx排出量の低減を可能にしたガスタービン燃焼器を提供することにある。   The object of the present invention is to reduce the pressure loss at the coaxial nozzle and increase the amount of combustion air supplied to the combustor even when the fuel nozzle of the coaxial nozzle is provided with projections that disturb the flow of fuel and air. Another object of the present invention is to provide a gas turbine combustor in which a conical flame is formed in a combustion chamber and the mixing of fuel and air is promoted to reduce NOx emissions.

本発明のガスタービン燃焼器は、燃料を噴出する複数の燃料ノズルと、燃料ノズルの下流側に位置する空気孔プレートに形成され前記燃料ノズルと同軸の複数の空気孔とから同軸ノズルを構成し、燃料と空気とを噴出する前記同軸ノズルを環状に複数列配設したバーナと、前記バーナの同軸ノズルを構成する燃料ノズル及び空気孔から噴出された燃料と空気を燃焼する燃焼室とを備えたガスタービン燃焼器において、前記同軸ノズルを構成する燃料ノズルの先端部、またはこの燃料ノズルの先端部が位置する空気孔プレートに形成した空気孔の流路のいずれかに空気流に乱れを発生させる部材を設けて同軸ノズルの空気孔の最小流路断面積を規定し、前記複数列配設したバーナのうち、外周側に配列されたバーナに位置する同軸ノズルの空気孔の最小流路断面積が、中心側に配列されたバーナに位置する同軸ノズルの空気孔の最小流路断面積よりも広くなるように形成したことを特徴とする。   A gas turbine combustor according to the present invention includes a plurality of fuel nozzles for ejecting fuel, and a plurality of air holes formed on an air hole plate located on the downstream side of the fuel nozzle and coaxial with the fuel nozzle. A burner in which a plurality of the coaxial nozzles for ejecting fuel and air are annularly arranged; a fuel nozzle constituting the coaxial nozzle of the burner; and a combustion chamber for combusting the fuel and air ejected from the air holes. In the gas turbine combustor, the air flow is disturbed either at the tip of the fuel nozzle constituting the coaxial nozzle or at the air hole passage formed in the air hole plate where the tip of the fuel nozzle is located. The air of the coaxial nozzle located in the burner arranged on the outer peripheral side among the burners arranged in the plurality of rows is defined by providing a member to be defined to define the minimum flow path cross-sectional area of the air hole of the coaxial nozzle Minimum flow path cross-sectional area of, characterized in that formed to be wider than the minimum flow path cross-sectional area of the air holes of the coaxial nozzle located in the burner arranged on the center side.

本発明によれば、同軸ノズルの燃料ノズルに燃料と空気の流れを乱す突起物を設けた場合でも、同軸ノズルでの圧力損失を低減して燃焼器に供給する燃焼用空気の空気量を増加させると共に燃焼室内に円錐状の火炎を形成させ、燃料と空気の混合を促進させてNOx排出量の低減を可能にしたガスタービン燃焼器を実現することができる。   According to the present invention, even when the fuel nozzle of the coaxial nozzle is provided with a protrusion that disturbs the flow of fuel and air, the pressure loss at the coaxial nozzle is reduced and the amount of combustion air supplied to the combustor is increased. In addition, a gas turbine combustor can be realized in which a conical flame is formed in the combustion chamber and the mixing of fuel and air is promoted to reduce NOx emissions.

本発明の実施例のガスタービン装置の全体構成を示す概略図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Schematic which shows the whole structure of the gas turbine apparatus of the Example of this invention. 図1のガスタービン装置に採用されたガスタービン燃焼器の一実施例を示す軸方向断面図。FIG. 2 is an axial sectional view showing an embodiment of a gas turbine combustor employed in the gas turbine apparatus of FIG. 1. 図2に示す実施例のガスタービン燃焼器におけるバーナを示す正面図。The front view which shows the burner in the gas turbine combustor of the Example shown in FIG. 図2に示す実施例のガスタービン燃焼器におけるバーナの空気孔を示す断面図。Sectional drawing which shows the air hole of the burner in the gas turbine combustor of the Example shown in FIG. 図2に示す実施例のガスタービン燃焼器におけるバーナの1列目空気孔を示す正面図。The front view which shows the 1st row | line air hole of the burner in the gas turbine combustor of the Example shown in FIG. 図5に示したガスタービン燃焼器における1列目空気孔からの空気噴流流線の包絡線図。FIG. 6 is an envelope diagram of air jet streamlines from the first row air holes in the gas turbine combustor shown in FIG. 5. 図2に示す実施例のガスタービン燃焼器におけるバーナの1列目空気孔の他の例の場合を示した正面図。The front view which showed the case of the other example of the 1st row | line air hole of the burner in the gas turbine combustor of the Example shown in FIG. 図7に示した実施例のガスタービン燃焼器におけるバーナの1列目空気孔からの空気噴流流線の包絡線図。FIG. 8 is an envelope diagram of air jet streamlines from the first row air holes of the burner in the gas turbine combustor of the embodiment shown in FIG. 7. 図2に示した実施例のガスタービン燃焼器における変形例を示す軸方向断面図。The axial direction sectional view which shows the modification in the gas turbine combustor of the Example shown in FIG. 図2に示した実施例のガスタービン燃焼器における1列目の同軸ノズルの詳細構造を示す部分拡大図。The elements on larger scale which show the detailed structure of the coaxial nozzle of the 1st row in the gas turbine combustor of the Example shown in FIG. 図10に示した1列目の同軸ノズルの燃料ノズルを空気孔から見た図。The figure which looked at the fuel nozzle of the coaxial nozzle of the 1st line shown in FIG. 10 from the air hole. 図2に示した実施例のガスタービン燃焼器における2列目及び3列目の同軸ノズルの詳細構造を示す部分拡大図。The elements on larger scale which show the detailed structure of the coaxial nozzle of the 2nd row and the 3rd row in the gas turbine combustor of the Example shown in FIG. 図12に示した1列目の同軸ノズルの燃料ノズルを空気孔から見た図。The figure which looked at the fuel nozzle of the coaxial nozzle of the 1st line shown in FIG. 12 from the air hole. 図2に示した実施例のガスタービン燃焼器における2列目及び3列目の同軸ノズルの変形例の詳細構造を示す部分拡大図。The elements on larger scale which show the detailed structure of the modification of the coaxial nozzle of the 2nd row and the 3rd row in the gas turbine combustor of the Example shown in FIG. 図14に示した2列目及び3列目の同軸ノズルの燃料ノズルを空気孔から見た図。The figure which looked at the fuel nozzle of the coaxial nozzle of the 2nd row and 3rd row shown in FIG. 14 from the air hole. 図2に示した実施例のガスタービン燃焼器における2列目及び3列目の同軸ノズルの別の変形例の詳細構造を示す部分拡大図。The elements on larger scale which show the detailed structure of another modification of the coaxial nozzle of the 2nd row and the 3rd row in the gas turbine combustor of the Example shown in FIG. 図16に示した2列目及び3列目の同軸ノズルの燃料ノズルを空気孔から見た図。The figure which looked at the fuel nozzle of the coaxial nozzle of the 2nd row and 3rd row shown in FIG. 16 from the air hole. 図2に示した実施例のガスタービン燃焼器における2列目及び3列目の同軸ノズルの更に他の変形例の詳細構造を示す部分拡大図。The elements on larger scale which show the detailed structure of the other modification of the coaxial nozzle of the 2nd row and the 3rd row in the gas turbine combustor of the Example shown in FIG. 図2に示した実施例のガスタービン燃焼器における2列目及び3列目の同軸ノズルの更に別の変形例の詳細構造を示す部分拡大図。The elements on larger scale which show the detailed structure of another modification of the coaxial nozzle of the 2nd row and the 3rd row in the gas turbine combustor of the Example shown in FIG. 図1のガスタービン装置に採用されたガスタービン燃焼器の他の実施例を示す軸方向断面図。The axial direction sectional view which shows the other Example of the gas turbine combustor employ | adopted as the gas turbine apparatus of FIG. 図20に示した実施例のガスタービン燃焼器における同軸ノズルを構成する燃料ノズルを示す部分拡大図。The elements on larger scale which show the fuel nozzle which comprises the coaxial nozzle in the gas turbine combustor of the Example shown in FIG. 図1のガスタービン装置に採用されたガスタービン燃焼器の更に他の実施例を示す軸方向断面図。The axial direction sectional view which shows other Example of the gas turbine combustor employ | adopted as the gas turbine apparatus of FIG. 図22に示した実施例のガスタービン燃焼器における同軸ノズルを構成する燃料ノズルと空気孔の部分拡大図。The elements on larger scale of the fuel nozzle and air hole which comprise the coaxial nozzle in the gas turbine combustor of the Example shown in FIG. 図1のガスタービン装置に採用されたガスタービン燃焼器の別の実施例を示す軸方向断面図。The axial direction sectional view which shows another Example of the gas turbine combustor employ | adopted as the gas turbine apparatus of FIG. 図24に示した実施例のガスタービン燃焼器における同軸ノズルを構成する燃料ノズルと空気孔の部分拡大図。The elements on larger scale of the fuel nozzle and air hole which comprise the coaxial nozzle in the gas turbine combustor of the Example shown in FIG. 図1のガスタービン装置に採用されたガスタービン燃焼器の更に別の実施例を示すバーナ正面図。The burner front view which shows another Example of the gas turbine combustor employ | adopted as the gas turbine apparatus of FIG.

次に本発明の実施例であるガスタービン燃焼器について図面を引用して以下に説明する。   Next, a gas turbine combustor which is an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施例であるガスタービン装置の全体構成を示す概略図である。   FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a gas turbine apparatus that is an embodiment of the present invention.

図1において、このガスタービン装置は、空気を圧縮する圧縮機5と、圧縮機5で圧縮された空気10と外部から導かれた燃料とを供給して燃焼して高温の燃焼ガスを生成するガスタービン燃焼器1aと、ガスタービン燃焼器1aで生成した燃焼ガスによって駆動されるタービン6と、このタービン6によって駆動されて発電する発電機9を備えている。   In FIG. 1, this gas turbine apparatus supplies a compressor 5 for compressing air, air 10 compressed by the compressor 5 and fuel introduced from the outside, and burns to generate a high-temperature combustion gas. A gas turbine combustor 1a, a turbine 6 driven by combustion gas generated by the gas turbine combustor 1a, and a generator 9 driven by the turbine 6 to generate electric power are provided.

詳細に説明すると、圧縮機5によって圧縮された空気10は、ディフューザ7を通過してガスタービン燃焼器1aを構成する外筒2と、この外筒2の内部に設置した燃焼器ライナ3との間に形成した空気流路に流入する。   More specifically, the air 10 compressed by the compressor 5 passes between the diffuser 7 and the outer cylinder 2 constituting the gas turbine combustor 1a, and the combustor liner 3 installed inside the outer cylinder 2. It flows into the air flow path formed between them.

空気流路に流入した空気10の一部は、燃焼器ライナ3の冷却空気20としてガスタービン燃焼器1aの内部に形成した燃焼室1に流入する。   A part of the air 10 flowing into the air flow path flows into the combustion chamber 1 formed inside the gas turbine combustor 1 a as the cooling air 20 of the combustor liner 3.

また、空気流路に流入した空気10の残りは燃焼空気21として燃焼器ライナ3の頭部に設置した空気孔プレート40に形成した空気孔41を通り燃焼器ライナ3の内部に形成した燃焼室1に流入する。   The remainder of the air 10 flowing into the air flow path passes through the air holes 41 formed in the air hole plate 40 installed in the head of the combustor liner 3 as the combustion air 21 and is formed in the combustor liner 3. Flows into 1.

本実施例のガスタービン燃焼器1aでは、ガスタービン燃焼器1aに燃料供給系統12および燃料供給系統13を通じて燃料が供給されるが、燃料供給系統12および燃料供給系統13は制御弁14aを備えた燃料供給系統14から分岐して配設されている。   In the gas turbine combustor 1a of the present embodiment, fuel is supplied to the gas turbine combustor 1a through the fuel supply system 12 and the fuel supply system 13, and the fuel supply system 12 and the fuel supply system 13 include a control valve 14a. It is branched from the fuel supply system 14.

また、燃料供給系統12には制御弁12a、燃料供給系統13は制御弁13aが備えられており、個別に供給する燃料の流量を制御することができる。これらの燃料供給系統12の制御弁12a、及び燃料供給系統13の制御弁13aの下流には遮断弁12b、13bがそれぞれ備えられている。   Further, the fuel supply system 12 is provided with a control valve 12a, and the fuel supply system 13 is provided with a control valve 13a, so that the flow rate of the fuel supplied individually can be controlled. Shutoff valves 12b and 13b are provided downstream of the control valve 12a of the fuel supply system 12 and the control valve 13a of the fuel supply system 13, respectively.

図2に図1に示した本発明の実施例であるガスタービン装置に採用されたガスタービン燃焼器1aの実施例の軸方向断面図を、図3に本実施例のガスタービン燃焼器1aの内部に形成した燃焼室1から空気孔プレート40を見た正面図をそれぞれ示す。   FIG. 2 shows an axial sectional view of an embodiment of the gas turbine combustor 1a employed in the gas turbine apparatus according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, and FIG. 3 shows the gas turbine combustor 1a of the present embodiment. The front view which looked at the air hole plate 40 from the combustion chamber 1 formed in the inside is each shown.

図2及び図3に示した本実施例のガスタービン燃焼器1aにおいて、ガスタービン燃焼器1aの頭部に設置されるバーナは、複数本の燃料ノズル31及び32と、これらの燃料ノズル31及び32と同軸に配列されて空気孔プレート40に形成された複数個の空気孔41とからそれぞれ同軸ノズルを構成している。   In the gas turbine combustor 1a of the present embodiment shown in FIGS. 2 and 3, the burner installed at the head of the gas turbine combustor 1a includes a plurality of fuel nozzles 31 and 32, and these fuel nozzles 31 and Each of the plurality of air holes 41 formed in the air hole plate 40 is arranged coaxially with the air hole plate 40 to form a coaxial nozzle.

これらの複数本の燃料ノズル31及び32と、空気孔プレート40に形成された複数個の空気孔41とからなる同軸ノズルは、同心円状の1列目から3列目に至るように環状に3列に配置しており、バーナ中心側に位置する1列目には複数の燃料ノズル31が環状に配置され、バーナ中心側の1列目の燃料ノズル31よりもバーナ外周側となる2列目及び3列目には複数の燃料ノズル32がそれぞれ環状に配置されている。   The coaxial nozzles composed of the plurality of fuel nozzles 31 and 32 and the plurality of air holes 41 formed in the air hole plate 40 are arranged in a ring shape so as to reach the third to the concentric first row. A plurality of fuel nozzles 31 are annularly arranged in the first row located on the burner center side, and the second row is located on the outer periphery side of the burner relative to the first fuel nozzle 31 on the burner center side. In the third row, a plurality of fuel nozzles 32 are annularly arranged.

バーナ中心側の1列目に配置された複数の燃料ノズル31に燃料を分配するために、エンドカバー30の内部に形成された燃料ヘッダー15に燃料ノズル31が接続されており、また、バーナ外周側の2列目及び3列目に配置された複数の燃料ノズル32に燃料を分配するために、同じくエンドカバー30の内部で、燃料ヘッダー15の外周側に配設された燃料ヘッダー16に燃料ノズル32が接続されている。   In order to distribute fuel to the plurality of fuel nozzles 31 arranged in the first row on the burner center side, the fuel nozzle 31 is connected to the fuel header 15 formed inside the end cover 30, and the burner outer periphery In order to distribute the fuel to the plurality of fuel nozzles 32 arranged in the second and third rows on the side, the fuel is also applied to the fuel header 16 disposed on the outer peripheral side of the fuel header 15 inside the end cover 30. A nozzle 32 is connected.

燃料ヘッダー15には燃料供給系統12を通じて燃料が供給され、燃料ヘッダー16は燃料供給系統13を通じて燃料が供給される。各燃料供給系統12、13には制御弁12a、13aが備えられているため、複数本備えられた燃料ノズル31及び燃料ノズル32を一纏めにして前記燃料ノズル31及び燃料ノズル32にそれぞれ供給される燃料の供給量を制御することが可能である。   Fuel is supplied to the fuel header 15 through the fuel supply system 12, and fuel is supplied to the fuel header 16 through the fuel supply system 13. Since each fuel supply system 12, 13 is provided with control valves 12 a, 13 a, a plurality of fuel nozzles 31 and fuel nozzles 32 provided together are supplied to the fuel nozzle 31 and fuel nozzle 32, respectively. It is possible to control the amount of fuel supplied.

燃料ノズル31及び燃料ノズル32は空気孔プレート40に形成された空気孔41と対になって複数の同軸ノズルをそれぞれ構成している。   The fuel nozzle 31 and the fuel nozzle 32 constitute a plurality of coaxial nozzles in pairs with the air holes 41 formed in the air hole plate 40.

燃料ヘッダー15、16に供給された燃料は、燃料ノズル31、32から空気孔プレート40の空気孔41に噴出される。この空気孔41には燃焼空気21も流入しているので、空気孔41に噴出された燃料と空気は燃焼器ライナ3の内部に形成した燃焼室1に流入して燃焼し火炎82を形成する。   The fuel supplied to the fuel headers 15 and 16 is ejected from the fuel nozzles 31 and 32 to the air holes 41 of the air hole plate 40. Since the combustion air 21 also flows into the air hole 41, the fuel and air injected into the air hole 41 flow into the combustion chamber 1 formed inside the combustor liner 3 and burn to form a flame 82. .

この燃焼室1の内部で発生した高温の燃焼ガスは燃焼器ライナ3に接続されたトランジションピース4を流下してタービン6に供給され、このタービン6によって発電機9を駆動して発電した後に排ガスとして該タービン6から排出される。   The high-temperature combustion gas generated in the combustion chamber 1 flows down the transition piece 4 connected to the combustor liner 3 and is supplied to the turbine 6. After the generator 9 is driven by the turbine 6 to generate power, the exhaust gas is discharged. As shown in FIG.

図4は空気孔プレート40に形成した同軸ノズルを構成する一方の空気孔41を拡大した断面図である。空気孔41は、空気孔入口部45と、空気孔入口部45の下流側の燃料ノズル31の軸線であるバーナ中心軸と平行な直管部46と、直管部46の下流側で空気孔プレート40の出口側となるバーナ中心軸に平行な軸63に対し流路中心軸64が傾いている旋回部47とに分けられる。   FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of one air hole 41 constituting the coaxial nozzle formed in the air hole plate 40. The air hole 41 includes an air hole inlet portion 45, a straight pipe portion 46 parallel to the burner central axis that is the axis of the fuel nozzle 31 downstream of the air hole inlet portion 45, and an air hole downstream of the straight pipe portion 46. The flow path center axis 64 is divided with respect to an axis 63 parallel to the burner center axis on the outlet side of the plate 40 and a swivel part 47 in which the channel center axis 64 is inclined.

空気孔41を構成する空気孔入口部45は、流路の中に進むに従って流路面積が縮小する縮小流路を形成しており、圧力損失の低減に寄与する。この縮小流路は、入口角部を面取り加工したものや、丸みを付けたものでもよい。   The air hole inlet 45 constituting the air hole 41 forms a reduced flow path whose flow area decreases as it goes into the flow path, and contributes to a reduction in pressure loss. This reduced flow path may be a chamfered or rounded entrance corner.

空気孔41を構成する旋回部47では、空気孔41から噴出される燃料と空気の混合気の噴流がバーナ中心軸に平行な軸63に対して空気孔41の流路中心軸64が円周方向速度成分を持つように前記空気孔41が角度θだけ傾いた傾斜角θが施されている。 In the swivel unit 47 constituting the air hole 41, the flow path center axis 64 of the air hole 41 is circumferential with respect to the axis 63 parallel to the burner center axis. inclination angle theta 2 which the air hole 41 so as to have a directional velocity component is inclined by an angle theta 2 is applied.

旋回部47の空気孔41にこのような円周方向速度成分を持つように傾いた旋回角θを施すことで、図2に示したように、ガスタービン燃焼器1aの燃焼室1の内部に旋回流80を形成させ、この旋回流80の内部に循環流81を発生させることによって、燃焼室1の内部の下流側に発生する高温の燃焼ガスが火炎の基部にまで戻ってくることが可能となる。 By applying the swirl angle θ 2 inclined so as to have such a circumferential velocity component to the air hole 41 of the swirl unit 47, as shown in FIG. 2, the inside of the combustion chamber 1 of the gas turbine combustor 1 a The swirl flow 80 is formed in the swirl flow 80, and the circulation flow 81 is generated inside the swirl flow 80, so that the high-temperature combustion gas generated downstream in the combustion chamber 1 may return to the flame base. It becomes possible.

この火炎の基部にまで戻ってくる高温の燃焼ガスが空気孔41から噴出される燃料と空気の混合気に熱や活性化学種を伝えることで燃焼室1の内部で火炎を安定に保炎することができる。   The high-temperature combustion gas returning to the base of the flame conveys heat and active chemical species to the fuel / air mixture ejected from the air hole 41 to stably hold the flame inside the combustion chamber 1. be able to.

次に空気孔プレート40に形成した空気孔41の内傾角θについて、その詳細を図5及び図6に示して説明する。 Next, the inner inclination angle θ 1 of the air hole 41 formed in the air hole plate 40 will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6.

図5は空気孔プレート40の中心側となる1列目の空気孔41を燃焼室1から見た正面図である。また、空気孔41を構成する旋回部47の流路中心軸64をバーナ中心軸100に垂直な面(バーナ端面)に投影して示す。   FIG. 5 is a front view of the air holes 41 in the first row on the center side of the air hole plate 40 as viewed from the combustion chamber 1. Further, the flow path center axis 64 of the swivel part 47 constituting the air hole 41 is shown projected on a plane (burner end face) perpendicular to the burner center axis 100.

ここで空気孔プレート40に形成した空気孔41の角度θを定義する。角度θとはバーナ中心軸100と空気孔41の出口の中心点101を最短で結ぶ線65と、空気孔41の流路中心軸64の空気孔41の出口の中心点101から噴流噴出方向に伸びる側がなす角度であり、この角度θを内傾角θと称する。 Here, the angle θ 1 of the air hole 41 formed in the air hole plate 40 is defined. The angle θ 1 is a line 65 connecting the burner central axis 100 and the center point 101 of the outlet of the air hole 41 in the shortest direction, and the jet direction from the center point 101 of the outlet of the air hole 41 of the flow path central axis 64 of the air hole 41 is the angle that the side is formed extending, referred to as the inner inclination theta 1 of the angle theta 1.

本実施例のガスタービン燃焼器のバーナでは、空気孔プレート40に形成した空気孔41の内傾角θの角度θは90°より小さくなるように、θ<90に設定されている。ここで図6に1列目の空気孔41から噴出した燃料と空気の混合気の噴流が燃焼室1に噴出されたときの混合気の噴流の軌跡が描く包絡線102を示す。 The burner of the gas turbine combustor of present embodiment, the angle theta 1 of the inner inclination theta 1 of the air hole 41 formed in the air hole plate 40 is to be less than 90 °, is set to θ 1 <90. Here, FIG. 6 shows an envelope 102 drawn by the trajectory of the mixture jet when the jet of the mixture of fuel and air jetted from the air holes 41 in the first row is jetted into the combustion chamber 1.

図6の縦軸はバーナ端面を基点にしたバーナ軸方向距離であり、横軸はバーナ中心軸100からの半径方向距離である。   The vertical axis in FIG. 6 is the burner axial distance from the burner end face, and the horizontal axis is the radial distance from the burner central axis 100.

空気孔41の内傾角θを90°よりも小さく形成した場合には、空気孔41から燃焼室1に噴出された噴流は一度バーナ中心軸100に近づきながら下流に流れていく。 When the internal inclination angle θ 1 of the air hole 41 is smaller than 90 °, the jet flow ejected from the air hole 41 into the combustion chamber 1 once flows downstream while approaching the burner central axis 100.

そのため、バーナ近傍領域では複数の噴流がお互いの距離を縮めながら流れ、バーナ中心に形成される循環流81を噴流で取り囲むことができる。   Therefore, a plurality of jets flow in the vicinity of the burner while reducing the distance between them, and the circulation flow 81 formed at the center of the burner can be surrounded by the jets.

この結果、図2に示されるように、燃焼室1の内部のバーナ中心に形成される循環流81によって燃焼室1内の下流側から戻ってきた燃焼ガスが空気孔41から燃焼室1に噴出された噴流の間をすり抜けてバーナ外周部へ漏れることを防ぎ、バーナ外周部の上流側での燃焼反応を防止することができる。   As a result, as shown in FIG. 2, the combustion gas returned from the downstream side in the combustion chamber 1 by the circulating flow 81 formed at the center of the burner inside the combustion chamber 1 is ejected from the air hole 41 to the combustion chamber 1. It is possible to prevent the gas from passing through the jets and leaking to the outer periphery of the burner, and to prevent the combustion reaction on the upstream side of the outer periphery of the burner.

一方、図7に示す空気孔プレート40の空気孔41の場合のように、内傾角θを90°よりも大きくなるように、内傾角θ>90に設定した場合には、空気孔41から噴出した燃料と空気の混合気の噴流の軌跡が描く包絡線102は図8に示したようになり、バーナ端面から離れるに従い噴流はバーナ外側に広がっていく。 On the other hand, as in the case of air holes 41 of the air hole plate 40 shown in FIG. 7, the inner inclination theta 1 to be greater than 90 °, in the case of setting the inner inclination theta 1> 90 has an air hole 41 The envelope 102 drawn by the trajectory of the jet of the fuel / air mixture jetted from is as shown in FIG. 8, and the jet spreads outward from the burner as the distance from the burner end surface increases.

そのため、噴流が下流に流れるに従い空気孔41から燃焼室1に噴出された噴流と噴流の距離が広がり、その結果、循環流81によって燃焼室1内の下流側から戻ってきた燃焼ガスの一部が噴流間の間をすり抜けてバーナ外周部に流れてしまうことになる。   Therefore, the distance between the jet flow jetted from the air hole 41 to the combustion chamber 1 increases as the jet flows downstream, and as a result, part of the combustion gas returned from the downstream side in the combustion chamber 1 by the circulating flow 81 Will pass between the jets and flow to the outer periphery of the burner.

バーナ外周部では高温の燃焼ガスが供給されているため、2列目の空気孔41や3列目の空気孔41から噴出される燃料と空気の混合気はバーナ端面近傍ですぐに燃焼反応してしまうことになる。   Since high-temperature combustion gas is supplied to the outer periphery of the burner, the fuel / air mixture injected from the second row of air holes 41 and the third row of air holes 41 immediately undergoes a combustion reaction in the vicinity of the burner end face. It will end up.

そこで、本実施例のガスタービン燃焼器のバーナにおいては、空気孔プレート40に形成する空気孔41のうち、少なくとも1列目の空気孔41に旋回角θを設ける場合でも、ガスタービン燃焼器1aの燃焼室1の内部に旋回流80を形成できるのでこの旋回流80の内部に火炎を安定に保炎できる循環流81を形成することが可能となる。 Therefore, in the burner of the gas turbine combustor of the present embodiment, the gas turbine combustor is provided even when the turning angle θ 2 is provided in at least the first row of air holes 41 among the air holes 41 formed in the air hole plate 40. Since the swirl flow 80 can be formed inside the combustion chamber 1a, it is possible to form a circulation flow 81 capable of stably holding the flame inside the swirl flow 80.

さらに内傾角θの角度を、0°<θ<90°の範囲となるように設定することで、高温の燃焼ガスが外周部に流れ出ることを防ぐことができる。 Furthermore, by setting the angle of the internal inclination angle θ 1 to be in the range of 0 ° <θ 1 <90 °, it is possible to prevent high-temperature combustion gas from flowing out to the outer peripheral portion.

また、本実施例のガスタービン燃焼器1aのバーナのように、空気孔プレート40に形成する2列目および3列目の同軸バーナを構成する空気孔41にも旋回角θを設けることで、バーナ中心部にバーナ外周側の循環流よりも強い循環流を形成することができ、燃焼室1の内部に形成される火炎82の安定性を強化することができる。 Also, as in the burners of the gas turbine combustor 1a of the present embodiment, also be provided the turning angle theta 2 to the air hole 41 constituting the coaxial burner in the second column is formed on the air hole plate 40 and the third column A stronger circulation flow than the circulation flow on the outer periphery side of the burner can be formed in the center of the burner, and the stability of the flame 82 formed inside the combustion chamber 1 can be enhanced.

さらに2列目の空気孔41に形成する内傾角θの角度を、0°<θ<90°の範囲となるように設定することで、確実に中央循還流の高温燃焼ガスを3列目の空気孔41まで伝わらないようにすることができる。 Further, by setting the angle of the inclining angle θ 1 formed in the second row of air holes 41 so as to be in the range of 0 ° <θ 1 <90 °, three rows of high-temperature combustion gas in the central circulation recirculation are surely formed. It is possible to prevent the air holes 41 from reaching the eyes.

ただし、前記空気孔41に内傾角θ及び旋回角θを施すと空気孔41の形状が複雑となって加工費が増加するため、図9に示したガスタービン燃焼器1aの実施例の変形例に示すように、構造を簡素化するために3列目の空気孔41には内傾角θ又は旋回角θを設けずに真直ぐな貫通孔として形成してもよい。また、さらにコスト低減のため1列目の空気孔41のみに内傾角θ及び旋回角θを設けるようにしても良い。即ち、少なくとも1列目の空気孔41に内傾角θ及び旋回角θを設けるようにしても良い。 However, since the shape of the air hole 41 becomes complicated and the processing cost increases when the inner inclination angle θ 1 and the turning angle θ 2 are applied to the air hole 41, the embodiment of the gas turbine combustor 1a shown in FIG. As shown in the modified example, in order to simplify the structure, the air holes 41 in the third row may be formed as straight through holes without providing the inner inclination angle θ 1 or the turning angle θ 2 . Further, in order to further reduce the cost, the inclining angle θ 1 and the turning angle θ 2 may be provided only in the first row of air holes 41. That is, the inner inclination angle θ 1 and the turning angle θ 2 may be provided in at least the first row of air holes 41.

次に図2に示した本実施例のガスタービン燃焼器1aにおいて、1列目の同軸ノズルを構成する空気孔41と燃料ノズル31との組合せ構造の詳細を図10及び図11に示す。   Next, in the gas turbine combustor 1a of the present embodiment shown in FIG. 2, details of the combined structure of the air holes 41 and the fuel nozzles 31 constituting the first row of coaxial nozzles are shown in FIGS.

図10及び図11に示したように、1列目の同軸ノズルを構成する燃料ノズル31の先端は、空気孔41を構成する空気孔入口部45の内部に挿入されており、燃料ノズル31の外周側から空気孔41の内部に流入した空気21は空気孔入口部45の流路断面積が減少することで流速が早くなる。   As shown in FIGS. 10 and 11, the tip of the fuel nozzle 31 that constitutes the coaxial nozzle in the first row is inserted into the air hole inlet 45 that constitutes the air hole 41. The air 21 that has flowed into the air hole 41 from the outer peripheral side has a higher flow velocity due to a reduction in the cross-sectional area of the air hole inlet 45.

さらに燃料ノズル31の先端部にはリブ35が設けられているため、燃料ノズル31の外周側を流れる空気流に強い渦61を発生させることができ、この強い渦61によって燃料ノズル31から噴射される燃料噴流62を短い距離で周囲に分散させることができる。   Further, since the rib 35 is provided at the tip of the fuel nozzle 31, a strong vortex 61 can be generated in the air flow flowing on the outer peripheral side of the fuel nozzle 31, and the strong vortex 61 is injected from the fuel nozzle 31. It is possible to disperse the fuel jet 62 around it at a short distance.

その結果、燃料噴流62が広く分散し、かつ流れ自体が強い乱れ成分を有することから、空気孔41の出口に到達するまでに燃料と空気の混合が十分に進ませることができる。   As a result, the fuel jet 62 is widely dispersed and the flow itself has a strong turbulence component, so that the fuel and air can be sufficiently mixed before reaching the outlet of the air hole 41.

また、本実施例のガスタービン燃焼器1aでは空気孔41を構成する旋回部47の上流側に空気孔41を構成する直管部46を設けることで、燃料噴流が空気孔41の壁面に偏って噴出されて燃料と空気の混合が阻害されることを防いでいる。   Further, in the gas turbine combustor 1 a of the present embodiment, the fuel jet flow is biased to the wall surface of the air hole 41 by providing the straight pipe portion 46 constituting the air hole 41 on the upstream side of the swirl portion 47 constituting the air hole 41. This prevents the mixing of fuel and air from being disturbed.

その結果、図10の空気孔41出口の右側に示した空気孔41の出口における燃料濃度分布は、ほぼフラットな曲線を描くように燃料と空気を均一化させることができる。   As a result, the fuel concentration distribution at the outlet of the air hole 41 shown on the right side of the outlet of the air hole 41 in FIG. 10 can make the fuel and air uniform so as to draw a substantially flat curve.

本実施例のガスタービン燃焼器1aのバーナでは、図2に示したように燃焼室1の内部に形成する旋回流80によって円錐状の火炎82を形成しているので、1列目の燃料ノズル31から燃焼室1の内部に噴出される燃料と空気の混合気はすぐに燃焼室1で燃焼するが、空気孔41の出口においてすでに十分に燃料と空気の混合が進んでいるため、NOxの排出量を低く抑えることができる。   In the burner of the gas turbine combustor 1a of the present embodiment, the conical flame 82 is formed by the swirl flow 80 formed inside the combustion chamber 1 as shown in FIG. The fuel / air mixture jetted into the combustion chamber 1 from 31 immediately burns in the combustion chamber 1, but since the mixing of fuel and air has already progressed sufficiently at the outlet of the air hole 41, Emissions can be kept low.

本実施例のガスタービン燃焼器1aのバーナにおいて、2列目及び3列目の同軸ノズルを構成する燃料ノズル32と空気孔41との組合せの例を図12及び図13に示す。   In the burner of the gas turbine combustor 1a of the present embodiment, examples of combinations of the fuel nozzles 32 and the air holes 41 constituting the second row and third row coaxial nozzles are shown in FIGS.

図12及び図13に示したように、2列目及び3列目の同軸ノズルを構成する燃料ノズル32は1列目の同軸ノズルを構成する燃料ノズル31と同様に前記燃料ノズル32の先端にリブ35が設けられている。   As shown in FIGS. 12 and 13, the fuel nozzles 32 constituting the coaxial nozzles in the second and third rows are arranged at the tip of the fuel nozzle 32 in the same manner as the fuel nozzle 31 constituting the coaxial nozzle in the first row. Ribs 35 are provided.

この結果、燃料ノズル32では、この燃料ノズル32の外周側から空気孔41の内部に流入した空気流21に渦61を発生させることができ、この渦61によって燃料ノズル32から噴射される燃料噴流62を短い距離で周囲に分散させることができる。   As a result, in the fuel nozzle 32, a vortex 61 can be generated in the air flow 21 flowing into the air hole 41 from the outer peripheral side of the fuel nozzle 32, and the fuel jet injected from the fuel nozzle 32 by the vortex 61. 62 can be distributed to the surroundings over a short distance.

ところで、2列目及び3列目の前記燃料ノズル32は、図10に示した1列目の燃料ノズル31の最大外径Dに比べて燃料ノズル32の最大外径D’が小さく形成されている(D>D’)。 Incidentally, the fuel nozzles 32 in the second row and the third row are formed so that the maximum outer diameter D ′ F of the fuel nozzle 32 is smaller than the maximum outer diameter DF of the fuel nozzle 31 in the first row shown in FIG. (D F > D ′ F ).

図12及び図13に示す2列目及び3列目の燃料ノズル32と空気孔41の組合せ構造における空気孔41の最小流路断面50の面積Sminが、図10に示した1列目の燃料ノズル31と空気孔41の組合せ構造における空気孔41の最小流路断面50の面積Sminに比べて広くなっていることから、燃料ノズル32の外周側から空気孔41の内部に流入する燃焼空気21の流量を増やすことができる。 The area S min of the minimum flow path cross section 50 of the air holes 41 in the combined structure of the fuel nozzles 32 and the air holes 41 in the second and third rows shown in FIGS. 12 and 13 is the first row shown in FIG. Combustion that flows into the air hole 41 from the outer peripheral side of the fuel nozzle 32 because it is larger than the area S min of the minimum flow path cross section 50 of the air hole 41 in the combined structure of the fuel nozzle 31 and the air hole 41. The flow rate of the air 21 can be increased.

図12及び図13に示す2列目及び3列目の燃料ノズル32と空気孔41の組合せ構造においては、燃料ノズル32の先端部に形成された空気流に乱れを発生させるリブ35が小さくなることで燃料ノズル32の外周側を流れる空気流に発生させる渦61が小さくなり、渦61の発生領域と空気孔41の壁面までの距離が伸びるため、渦61による燃料と空気との混合効果は弱まり、図12の空気孔41出口の右側に示した空気孔41の出口における燃料濃度分布は図10に示す1列目の燃料ノズル31を用いる場合に比べれて山形の曲線を描くように燃料と空気とが混合することになる。。   In the combination structure of the fuel nozzles 32 and the air holes 41 in the second and third rows shown in FIGS. 12 and 13, the rib 35 that generates turbulence in the air flow formed at the tip of the fuel nozzle 32 becomes small. As a result, the vortex 61 generated in the air flow flowing on the outer peripheral side of the fuel nozzle 32 is reduced, and the distance from the generation area of the vortex 61 to the wall surface of the air hole 41 is increased. The fuel concentration distribution at the outlet of the air hole 41 shown on the right side of the outlet of the air hole 41 in FIG. 12 is less than that of the fuel nozzle 31 in the first row shown in FIG. Air will mix. .

本実施例のガスタービン燃焼器1aのバーナにおいては、空気孔41に旋回角θを設けて、図5及び図6で定義した内傾角θを90°より小さくなるように設定することで、燃焼室1の内部に形成する旋回流80によって円錐状の火炎82を形成しているため、2列目及び3列目の燃料ノズル32と空気孔41とで形成される同軸噴流が、2列目及び3列目の空気孔41の出口から火炎82に到達するまでに一定の距離を有することになる。 In the burner of the gas turbine combustor 1a of the present embodiment, by providing the turning angle theta 2 to the air holes 41, set 5 and the inclination angle theta 1 among defined in FIG 6 so as to be smaller than 90 ° Since the conical flame 82 is formed by the swirl flow 80 formed inside the combustion chamber 1, the coaxial jet formed by the fuel nozzles 32 and the air holes 41 in the second and third rows is 2 There is a certain distance from the outlets of the air holes 41 in the third and third rows to the flame 82.

この結果、空気孔41の出口から火炎82に到達するまでに空気孔41の出口における急拡大による乱れによって燃料と空気とが混合して均一化されて燃焼することから、NOxの排出量を低く抑えることができる。   As a result, fuel and air are mixed and uniformed and combusted by the turbulence due to sudden expansion at the outlet of the air hole 41 before reaching the flame 82 from the outlet of the air hole 41, so that the amount of NOx emission is reduced. Can be suppressed.

また、内傾角θが90°より大きくなる場合には、燃焼室1に形成される火炎がバーナ端面に広く付着する恐れがあり、燃料と空気の混合が不十分のまま燃焼するため、火炎温度が下がってもNOxの排出量が増加する可能性がある。 Further, when the inclining angle θ 1 is larger than 90 °, the flame formed in the combustion chamber 1 may adhere widely to the burner end face and burns with insufficient mixing of fuel and air. There is a possibility that the amount of NOx emissions increases even when the temperature falls.

そこで本実施例のガスタービン燃焼器1aのバーナにおいては、燃料ノズル31、32の先端部に乱れを発生させるリブ35を設けて燃料と空気を混合してNOx排出量の低減を図るようにしたので、燃焼室1の内部に円錐状の火炎82を形成して乱れを発生させる部材の大きさが必要最小限となり、燃料と空気の均一予混合燃焼を実現しながら空気孔41内の最小流路断面積を広く取って燃焼空気21の流量を多くして火炎の温度を低下させることが可能となる。   Therefore, in the burner of the gas turbine combustor 1a of the present embodiment, a rib 35 that generates turbulence is provided at the tip of the fuel nozzles 31 and 32 so that fuel and air are mixed to reduce the NOx emission amount. Therefore, the size of the member that forms the conical flame 82 in the combustion chamber 1 to generate turbulence is minimized, and the minimum flow in the air hole 41 is achieved while realizing uniform premixed combustion of fuel and air. It is possible to reduce the flame temperature by increasing the flow rate of the combustion air 21 by increasing the road cross-sectional area.

その結果、ガスタービン燃焼器の燃焼によって生成するNOx排出量を低減することができる。また、ガスタービン燃焼器のノズル部分を流れる空気流路の開口面積を広くすることができるため、ガスタービン燃焼器及び燃焼ライナにおける圧力損失を必要最小限とすることができ、ガスタービンの効率低下を抑えることができる。   As a result, it is possible to reduce the NOx emission generated by the combustion of the gas turbine combustor. Moreover, since the opening area of the air flow path flowing through the nozzle portion of the gas turbine combustor can be widened, the pressure loss in the gas turbine combustor and the combustion liner can be minimized, and the efficiency of the gas turbine is reduced. Can be suppressed.

本実施例のガスタービン燃焼器1aのバーナにおいては、1列目の燃料ノズル31に対し、2列目及び3列目の燃料ノズル32の先端部に設けるリブ35の外径を小さくなるように形成して、空気孔41内の最小流路断面積を大きくしているが、1列目の燃料ノズル31に対し、3列目の燃料ノズル32の先端部に設けるリブ35の外径のみ小さくし、3列目の空気孔41の内部の最小流路断面積を大きくなるように形成しても良い。   In the burner of the gas turbine combustor 1a of the present embodiment, the outer diameter of the rib 35 provided at the tip of the fuel nozzle 32 in the second row and the third row is made smaller with respect to the fuel nozzle 31 in the first row. Although the minimum flow passage cross-sectional area in the air hole 41 is increased, only the outer diameter of the rib 35 provided at the tip of the fuel nozzle 32 in the third row is smaller than the fuel nozzle 31 in the first row. In addition, the minimum flow path cross-sectional area inside the third row of air holes 41 may be increased.

本実施例のガスタービン燃焼器のバーナにおいては、3列目の燃料ノズル32と空気孔41とから構成される同軸ノズルの個数はバーナ全体の半分を占めるため、十分なNOx排出量の低減効果を得ることができる。   In the burner of the gas turbine combustor of the present embodiment, the number of coaxial nozzles composed of the fuel nozzles 32 and the air holes 41 in the third row occupies half of the entire burner, so that a sufficient NOx emission reduction effect is achieved. Can be obtained.

本実施例のガスタービン燃焼器のバーナ1aにおいては、燃料と空気を混合させるために2列目及び3列目の燃料ノズル32の先端部にリブ35を設けているが、図14に示した燃料ノズル32aのようにこの燃料ノズル32aの先端部にリブ35を設けずに該燃料ノズル32aの先端まで一様な円筒形状に形成してもよい。   In the gas turbine combustor burner 1a of the present embodiment, the ribs 35 are provided at the tip ends of the fuel nozzles 32 in the second and third rows in order to mix the fuel and air, as shown in FIG. Like the fuel nozzle 32a, it may be formed in a uniform cylindrical shape up to the tip of the fuel nozzle 32a without providing the rib 35 at the tip of the fuel nozzle 32a.

図14に示した燃料ノズル32aでは燃料ノズル32aの外周側から空気孔41に流入した空気21は燃料ノズル32aに沿って流れるが、燃料ノズル32aの先端部の縁で剥離が生じて渦61が発生する。この渦61によって燃料と空気の混合促進を図ることができる。   In the fuel nozzle 32a shown in FIG. 14, the air 21 flowing into the air hole 41 from the outer peripheral side of the fuel nozzle 32a flows along the fuel nozzle 32a, but peeling occurs at the edge of the tip of the fuel nozzle 32a, and the vortex 61 is generated. appear. This vortex 61 can promote the mixing of fuel and air.

ただし、1列目の燃料ノズル31のリブ径と2列目又は3列目の燃料ノズル32aの外径が同一の場合、燃料ノズル32aの方が発生する渦61は弱くなり、混合促進効果も小さくなる。   However, when the rib diameter of the fuel nozzle 31 in the first row and the outer diameter of the fuel nozzle 32a in the second or third row are the same, the vortex 61 generated by the fuel nozzle 32a becomes weaker, and the mixing promotion effect is also achieved. Get smaller.

燃料ノズル32aによって発生する渦が小さくなると圧力損失も小さくなるので、空気孔41に流入する空気量を増やすことができる。   When the vortex generated by the fuel nozzle 32a is reduced, the pressure loss is also reduced, so that the amount of air flowing into the air hole 41 can be increased.

そのため、燃料ノズル32aを2列目や3列目の燃料ノズルとして用いることは有効である。また、形状が単純であるため燃料ノズル32aの加工コストを低減することができる。   Therefore, it is effective to use the fuel nozzle 32a as the fuel nozzle in the second row or the third row. Further, since the shape is simple, the processing cost of the fuel nozzle 32a can be reduced.

この他に、3列目の燃料ノズルとして1列目の燃料ノズル31と同一の形状の燃料ノズルを用い、2列目と3列目の空気孔41の直径Dを1列目の空気孔41の直径Dに比べて大きくすることで第1の実施例と同様の効果を得ることができる。 In addition, the third column of using the fuel nozzle of the same shape as the fuel nozzles 31 of the first row as the fuel nozzle, the second and third columns of the first row of air holes the diameter D A of the air hole 41 by greater than 41 with a diameter D a can be obtained the same effect as the first embodiment.

2列目と3列目の空気孔41の直径Dを大きく形成して孔径を拡大した空気孔41と、1列目の燃料ノズル31と同一形状の燃料ノズルを2列目と3列目の燃料ノズル32bとして設置した燃料ノズル32bと組合せた構成を図16及び図17に示す。 And second and third columns of air holes 41 of the enlarged pore size diameter D A larger to the air hole 41, the second row of fuel nozzles of the first column of the fuel nozzle 31 of the same shape as the third column A configuration combined with a fuel nozzle 32b installed as a fuel nozzle 32b is shown in FIGS.

この図16及び図17に示したように、燃料ノズル32bの先端部に設けたリブ35の大きさが同じで、リブ35をすり抜ける空気流速がほぼ同一程度であれば、リブ35によって発生する渦62は同程度の強さとなる。   As shown in FIGS. 16 and 17, if the size of the rib 35 provided at the tip of the fuel nozzle 32b is the same and the air flow rate through the rib 35 is approximately the same, the vortex generated by the rib 35 62 has the same strength.

空気孔41の孔径を拡大した場合には、発生した渦62が空気孔41の壁面まで到達する距離が伸びるため、空気孔41の壁面近傍を流れる空気と十分に混合を図るには、より長い空気孔41の長さが必要となり、空気孔41の出口における燃料濃度の不均一度が増す結果となる。   When the hole diameter of the air hole 41 is increased, the distance that the generated vortex 62 reaches the wall surface of the air hole 41 is increased, so that it is longer to sufficiently mix with the air flowing in the vicinity of the wall surface of the air hole 41. The length of the air hole 41 is required, resulting in an increase in the non-uniformity of the fuel concentration at the outlet of the air hole 41.

これに対して、空気孔41における最小流路断面における面積が増加して流入空気量が増えるため、より低い燃空比で燃焼させることが可能となる。   On the other hand, since the area in the minimum flow path cross section in the air hole 41 increases and the amount of inflow air increases, it becomes possible to burn with a lower fuel-air ratio.

また、空気孔41の出口における燃料濃度の不均一度が増したとしても、燃焼室1の内部に円錐状の火炎82を形成することで空気孔41の出口から火炎82に到達するまでの距離を長く取ることができる。   Even if the non-uniformity of the fuel concentration at the outlet of the air hole 41 increases, the distance from the outlet of the air hole 41 to the flame 82 by forming the conical flame 82 inside the combustion chamber 1. Can take longer.

その結果、低い燃空比で希薄予混合燃焼させることができるため、NOxの排出量を低減することができる。また、1列目の空気孔41に対し3列目の空気孔41の直径のみ大きくし、最小流路断面積を拡大するようにしても良い。   As a result, lean premixed combustion can be performed at a low fuel-air ratio, so that NOx emissions can be reduced. In addition, the diameter of the air holes 41 in the third row may be increased with respect to the air holes 41 in the first row to enlarge the minimum flow path cross-sectional area.

また、前記燃料ノズル32bの代わりに図18に示す燃料ノズル32cを用いることは、ガスタービン燃焼器1aのNOx排出量低減に有効である。   Further, using the fuel nozzle 32c shown in FIG. 18 in place of the fuel nozzle 32b is effective in reducing the NOx emission amount of the gas turbine combustor 1a.

図18に示した燃料ノズル32cは、図16に示した燃料ノズル32bの構成に加えて燃料噴孔62をリブ35上流の側面に複数個設けた構成を採用したことである。   The fuel nozzle 32c shown in FIG. 18 employs a configuration in which a plurality of fuel injection holes 62 are provided on the side surface upstream of the rib 35 in addition to the configuration of the fuel nozzle 32b shown in FIG.

本構造の燃料ノズル32cでは燃料噴流62を噴出する時点で多数に分散させ、さらに燃料噴流62を空気流の乱れが発生する起点に供給することによって、渦61に燃料62が取り込まれ、燃料と空気を効果的に混合させることができる。   In the fuel nozzle 32c of this structure, the fuel jet 62 is dispersed in a large number at the time of jetting, and the fuel jet 62 is supplied to the starting point where the turbulence of the air flow occurs, so that the fuel 62 is taken into the vortex 61, and the fuel Air can be mixed effectively.

そのため、図18に示したこの燃料ノズル32cは、図16に示した燃料ノズル32bよりも燃料と空気の均一化を図ることができる。   Therefore, the fuel nozzle 32c shown in FIG. 18 can achieve more uniform fuel and air than the fuel nozzle 32b shown in FIG.

また、ノズルの外形に違いがなければ空気孔41の前後の圧力損失は同一であるため、圧力損失を増加させることなく混合促進できる。   Further, if there is no difference in the outer shape of the nozzle, the pressure loss before and after the air hole 41 is the same, so that mixing can be promoted without increasing the pressure loss.

前記燃料ノズル32cは燃料ノズル32bの代わりに用いても良い。その場合は、1列目に配置した燃料ノズル31に対し、2、3列目の前記燃料ノズル32cの最大径Dを小さくし、空気孔41の最小流路断面積Sminを大きくすれば良い。 The fuel nozzle 32c may be used instead of the fuel nozzle 32b. In that case, the maximum diameter DF of the fuel nozzles 32c in the second and third rows may be reduced and the minimum flow path cross-sectional area Smin of the air holes 41 may be increased with respect to the fuel nozzles 31 arranged in the first row. .

燃料ノズル32cは燃料ノズル32bよりも混合性能が良いため、燃料ノズル32bに比べて燃料ノズル32cの最大径Dを小さくすることができる。 Since the fuel nozzle 32c has better mixing performance than the fuel nozzle 32b, the maximum diameter DF of the fuel nozzle 32c can be made smaller than that of the fuel nozzle 32b.

また、前記燃料ノズル32bの代わりに、図19に示した燃料ノズル32dのように、空気孔41の内部に障害物50を配置するようにしても良い。本構成の燃料ノズル32dでは燃料噴流62を障害物50に衝突し、空気孔41の周方向に分散させることができる。   Further, instead of the fuel nozzle 32b, an obstacle 50 may be arranged inside the air hole 41 as in the fuel nozzle 32d shown in FIG. In the fuel nozzle 32 d of this configuration, the fuel jet 62 can collide with the obstacle 50 and can be dispersed in the circumferential direction of the air hole 41.

また、この燃料ノズル32dから分散した燃料噴流62は障害物50の下流で発生する空気流の渦61に取り込まれ、燃料と空気の混合が効果的におこなわれる。   Further, the fuel jet 62 dispersed from the fuel nozzle 32d is taken into the vortex 61 of the air flow generated downstream of the obstacle 50, so that the fuel and air are mixed effectively.

また、本構成の燃料ノズル32dは一度燃料噴流62を障害物50に衝突させるため、燃料流量に影響せず燃料と空気の混合を図ることができる。   In addition, since the fuel nozzle 32d of this configuration once causes the fuel jet 62 to collide with the obstacle 50, the fuel and air can be mixed without affecting the fuel flow rate.

そのため、水素を多分に含むような発熱密度の低い低カロリー燃料を用いる場合は燃料流量が増えるため、本構成の燃料ノズル33を備えたガスタービン燃焼器1aが有効である。   Therefore, when using a low calorie fuel with a low heat generation density that contains a large amount of hydrogen, the fuel flow rate increases, so the gas turbine combustor 1a having the fuel nozzle 33 of this configuration is effective.

本実施例によれば、同軸ノズルの燃料ノズルに燃料と空気の流れを乱す突起物を設けた場合でも、同軸ノズルでの圧力損失を低減して燃焼器に供給する燃焼用空気の空気量を増加させると共に燃焼室内に円錐状の火炎を形成させ、燃料と空気の混合を促進させてNOx排出量の低減を可能にしたガスタービン燃焼器を実現することができる。   According to the present embodiment, even when the fuel nozzle of the coaxial nozzle is provided with a protrusion that disturbs the flow of fuel and air, the amount of combustion air supplied to the combustor is reduced by reducing the pressure loss at the coaxial nozzle. It is possible to realize a gas turbine combustor in which a conical flame is formed in the combustion chamber and the mixing of fuel and air is promoted to reduce NOx emissions.

次に図1に示したガスタービン装置に適用されるガスタービン燃焼器1aの他の実施例について、図20を用いて説明する。   Next, another embodiment of the gas turbine combustor 1a applied to the gas turbine apparatus shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.

図20に示した本実施例のガスタービン燃焼器1aは、図2及び図3に示した先の実施例のガスタービン燃焼器1aと基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成についての説明は省略し、相違する構成についてのみ以下に説明する。   The basic configuration of the gas turbine combustor 1a of this embodiment shown in FIG. 20 is the same as that of the gas turbine combustor 1a of the previous embodiment shown in FIGS. The description about is omitted, and only a different configuration will be described below.

図20に示した本実施例のガスタービン燃焼器1aにおいて、燃料ノズル32は空気孔41の各空気孔列の出口から燃焼室1の内部に形成される円錐状の火炎82までの距離が長くなるのに合わせて、1列目の燃料ノズル31、2列目の燃料ノズル31、3列目の燃料ノズル32の最大直径を徐々に小さくなるように構成されており、1列目の燃料ノズル31、2列目の燃料ノズル31、3列目の燃料ノズル32の最大直径をそれぞれDF1、DF2、DF3とすると、DF1>DF2>DF3の関係となるように形成されている。 In the gas turbine combustor 1a of this embodiment shown in FIG. 20, the fuel nozzle 32 has a long distance from the outlet of each air hole row of the air holes 41 to the conical flame 82 formed in the combustion chamber 1. Accordingly, the maximum diameter of the first row of fuel nozzles 31, the second row of fuel nozzles 31, and the third row of fuel nozzles 32 is configured to be gradually reduced. When the maximum diameters of the fuel nozzles 31 in the 31st and 2nd rows and the fuel nozzle 32 in the 3rd row are D F1 , D F2 , and D F3 , respectively, they are formed so as to have a relationship of D F1 > D F2 > D F3. Yes.

このとき前記燃料ノズル31、32の各列の同軸ノズルの空気孔41の流路最小断面積をそれぞれSm1、Sm2、Sm3とすると、Sm1<Sm2<Sm3の関係となるように形成されている。 At this time, assuming that the minimum cross-sectional areas of the air holes 41 of the coaxial nozzles in each row of the fuel nozzles 31 and 32 are S m1 , S m2 , and S m3 , respectively, the relationship is S m1 <S m2 <S m3. Is formed.

1列目の燃料ノズル31から2列目の燃料ノズル31、3列目の燃料ノズル32となるに従い、空気孔41の出口における燃料濃度分布は不均一になっていくが、空気孔41の出口から燃焼室1の内部に形成される円錐状火炎82までの距離は長くなるため火炎面では一様に均一予混合燃焼させることができ、かつ燃焼空気量の割合を最大限に増加させることで、火炎温度を下げNOxの排出量を低減させることができる。   As the fuel nozzle 31 in the first row changes from the fuel nozzle 31 in the second row to the fuel nozzle 32 in the third row, the fuel concentration distribution at the outlet of the air hole 41 becomes non-uniform. Since the distance to the conical flame 82 formed inside the combustion chamber 1 becomes long, the uniform and premixed combustion can be performed on the flame surface, and the ratio of the combustion air amount can be increased to the maximum. The flame temperature can be lowered to reduce NOx emissions.

また、燃料ノズル31、燃料ノズル32としては、リブ付の燃料ノズルに限らず、図14に示したように燃料ノズルの先端まで一様な円筒形の燃料ノズル32aの形状を組合せた構成や、図19に示したように空気孔41の内部に障害物50を配置した構成の燃料ノズル32dを用いても良い。   Further, the fuel nozzle 31 and the fuel nozzle 32 are not limited to the fuel nozzles with ribs, and a configuration in which the shapes of the uniform cylindrical fuel nozzles 32a are combined up to the tip of the fuel nozzle as shown in FIG. As shown in FIG. 19, a fuel nozzle 32d having a configuration in which an obstacle 50 is disposed inside the air hole 41 may be used.

同様に、燃料ノズル31、燃料ノズル32側を調整するのではなく、空気孔41の空気孔径の直径を列ごとに調整しても良い。このとき、1列目、2列目、3列目の空気孔41の空気孔径をそれぞれDA1、DA2、DA3とすると、DA1<DA2<DA3の関係となるように形成し、空気孔41の空気孔最小流路断面積を、Sm1<Sm2<Sm3の関係となるように形成すれば良い。 Similarly, instead of adjusting the fuel nozzle 31 and the fuel nozzle 32 side, the diameter of the air hole diameter of the air hole 41 may be adjusted for each column. At this time, if the air hole diameters of the air holes 41 in the first row, the second row, and the third row are D A1 , D A2 , and D A3 , respectively, they are formed to have a relationship of D A1 <D A2 <D A3. , an air hole minimum flow path cross-sectional area of the air hole 41 may be formed such that the relationship S m1 <S m2 <S m3 .

本実施例のガスタービン燃焼器1aでは、2列目と3列目の空気孔41の空気孔最小流路断面積を大きくすることで空気量を増やしているが、2列目の空気孔41よりも3列目の空気孔41への流入空気量が多い。   In the gas turbine combustor 1a of the present embodiment, the air volume is increased by increasing the air hole minimum flow path cross-sectional area of the air holes 41 in the second row and the third row, but the air holes 41 in the second row. More air flows into the air holes 41 in the third row.

そのため、2列目の燃料ノズル31、3列目の燃料ノズル32のそれぞれに均一に燃料を供給した場合、各空気孔41を通過する燃料と空気の比である局所の燃空比は2列目のほうが大きくなる。   Therefore, when fuel is supplied uniformly to each of the second row of fuel nozzles 31 and the third row of fuel nozzles 32, the local fuel-air ratio, which is the ratio of fuel to air passing through each air hole 41, is two rows. Eyes get bigger.

2列目の燃料ノズル31と3列目の燃料ノズル32を均一燃空比とした方が全体のNOx排出量を低く抑えることができることから、2列目の燃料ノズル31よりも3列目の燃料ノズル32を通過する燃料流量を多くして、2列目の燃料ノズル31と3列目の燃料ノズル32を同一燃空比条件にすると良い。   Since the total NOx emission amount can be suppressed lower when the fuel nozzles 31 in the second row and the fuel nozzles 32 in the third row have a uniform fuel-air ratio, the third row of fuel nozzles 31 than in the second row of fuel nozzles 31 can be suppressed. It is preferable to increase the fuel flow rate through the fuel nozzle 32 so that the fuel nozzles 31 in the second row and the fuel nozzles 32 in the third row have the same fuel-air ratio condition.

本実施例のガスタービン燃焼器1aでは、同一の燃料ヘッダー16から2列目の燃料ノズル31と3列目の燃料ノズル32に燃料を供給しているため、3列目の燃料ノズル32に供給する燃料流量を増やすためには図21に示すように燃料ヘッダー16から燃料ノズル31の出口、燃料ノズル32の出口までの間に絞り流路37をそれぞれ設け、絞り流路37における流路径dを2列目の燃料ノズル31よりも3列目の燃料ノズル32が大きくなるように形成すると良い。   In the gas turbine combustor 1a of the present embodiment, the fuel is supplied from the same fuel header 16 to the fuel nozzle 31 in the second row and the fuel nozzle 32 in the third row, so that the fuel is supplied to the fuel nozzle 32 in the third row. In order to increase the fuel flow rate, the throttle channel 37 is provided between the fuel header 16 and the outlet of the fuel nozzle 31 and the outlet of the fuel nozzle 32 as shown in FIG. It is preferable to form the fuel nozzles 32 in the third row larger than the fuel nozzles 31 in the second row.

また、絞り流路37の位置は図21に示す位置に限らず、燃料ノズル31、32の出口や燃料ノズル31、32内の流路の途中でもかまわない。   Further, the position of the throttle channel 37 is not limited to the position shown in FIG. 21, and may be in the middle of the outlets of the fuel nozzles 31, 32 and the channels in the fuel nozzles 31, 32.

本実施例によれば、同軸ノズルの燃料ノズルに燃料と空気の流れを乱す突起物を設けた場合でも、同軸ノズルでの圧力損失を低減して燃焼器に供給する燃焼用空気の空気量を増加させると共に燃焼室内に円錐状の火炎を形成させ、燃料と空気の混合を促進させてNOx排出量の低減を可能にしたガスタービン燃焼器を実現することができる。   According to the present embodiment, even when the fuel nozzle of the coaxial nozzle is provided with a protrusion that disturbs the flow of fuel and air, the amount of combustion air supplied to the combustor is reduced by reducing the pressure loss at the coaxial nozzle. It is possible to realize a gas turbine combustor in which a conical flame is formed in the combustion chamber and the mixing of fuel and air is promoted to reduce NOx emissions.

次に図1に示したガスタービン装置に適用されるガスタービン燃焼器の他の実施例について、図22を用いて説明する。   Next, another embodiment of the gas turbine combustor applied to the gas turbine apparatus shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.

図22の本実施例のガスタービン燃焼器1aは、図2に示した先の実施例のガスタービン装置と基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成についての説明は省略し、相違する構成についてのみ以下に説明する。   Since the basic configuration of the gas turbine combustor 1a of the present embodiment of FIG. 22 is the same as that of the gas turbine apparatus of the previous embodiment shown in FIG. 2, the description of the configuration common to both is omitted. Only different configurations will be described below.

図22に示した本実施例のガスタービン燃焼器1aでは、空気孔および燃料ノズルが4列の同心円周上に配置されている。   In the gas turbine combustor 1a of the present embodiment shown in FIG. 22, the air holes and the fuel nozzles are arranged on four rows of concentric circles.

1列目、2列目の燃料ノズル31は燃料ヘッダー15に接続され、3列目、4列目の燃料ノズル32は燃料ヘッダー15の外周側に形成された燃料ヘッダー16に接続されている。   The first and second fuel nozzles 31 are connected to the fuel header 15, and the third and fourth fuel nozzles 32 are connected to the fuel header 16 formed on the outer peripheral side of the fuel header 15.

また、1、2列目の燃料ノズル31に対し、3、4列目の燃料ノズル32の最大直径Dは小さくなっており、空気孔最小流路断面積を大きくすることで、燃焼空気量を増加させている。 Further, the maximum diameter DF of the third and fourth rows of fuel nozzles 32 is smaller than that of the first and second rows of fuel nozzles 31, and the amount of combustion air is increased by increasing the minimum air hole channel cross-sectional area. Is increasing.

本実施例のガスタービン燃焼器1aは、大きな火炎を形成するときに有効である。本実施例ガスタービン燃焼器1aにおける空気孔41および燃料ノズル31、32の配置は1列目から4列目に至る4列であるが、火炎の大きさに合わせて5列、6列と増やしても良い。このとき、燃料系統は2系統よりも増やしても良い。   The gas turbine combustor 1a of the present embodiment is effective when forming a large flame. The arrangement of the air holes 41 and the fuel nozzles 31 and 32 in the gas turbine combustor 1a of this embodiment is four rows from the first row to the fourth row, but it is increased to 5 rows and 6 rows according to the size of the flame. May be. At this time, the fuel system may be increased from two systems.

また、火炎が大きくなり列数が増えると、外周列ほど空気孔41の出口から火炎82までに到達する距離が長くなるため、例えば図23に示すように燃料ノズル31、32が空気孔41内部に挿入されていない場合で空気孔41の出口において燃料と空気があまり混合していなくとも、火炎に到達するまでに混合し、希薄予混合燃焼させることができる。   Further, when the flame becomes larger and the number of rows increases, the distance from the outlet of the air hole 41 to the flame 82 becomes longer in the outer circumferential row. Therefore, for example, as shown in FIG. Even if the fuel and air are not so mixed at the outlet of the air hole 41 when they are not inserted into the air hole 41, they can be mixed before reaching the flame and can be subjected to lean premixed combustion.

図23に示した燃料ノズル31、32と空気孔41との配置構成では、空気孔41の最小流路断面積を広くできるため、圧力損失を低減し燃焼空気を増やすことによってNOxを低減することができる。   In the arrangement configuration of the fuel nozzles 31 and 32 and the air holes 41 shown in FIG. 23, the minimum flow path cross-sectional area of the air holes 41 can be widened, so that NOx is reduced by reducing pressure loss and increasing combustion air. Can do.

本実施例のガスタービン燃焼器1aでは4列すべての空気孔41に旋回角θを施しているが、加工費の低減のため第1の実施例と同様に3列目や4列目空気孔41は旋回角θを施さず真直ぐとしてもよい。   In the gas turbine combustor 1a of the present embodiment, the swivel angle θ is applied to all four rows of air holes 41, but the third row and fourth row air holes are the same as in the first embodiment in order to reduce the processing cost. 41 may be straight without applying the turning angle θ.

本実施例によれば、同軸ノズルの燃料ノズルに燃料と空気の流れを乱す突起物を設けた場合でも、同軸ノズルでの圧力損失を低減して燃焼器に供給する燃焼用空気の空気量を増加させると共に燃焼室内に円錐状の火炎を形成させ、燃料と空気の混合を促進させてNOx排出量の低減を可能にしたガスタービン燃焼器を実現することができる。   According to the present embodiment, even when the fuel nozzle of the coaxial nozzle is provided with a protrusion that disturbs the flow of fuel and air, the amount of combustion air supplied to the combustor is reduced by reducing the pressure loss at the coaxial nozzle. It is possible to realize a gas turbine combustor in which a conical flame is formed in the combustion chamber and the mixing of fuel and air is promoted to reduce NOx emissions.

次に図1に示したガスタービン装置に適用されるガスタービン燃焼器1aの更に他の実施例について、図24を用いて説明する。   Next, still another embodiment of the gas turbine combustor 1a applied to the gas turbine apparatus shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.

図24の本実施例のガスタービン燃焼器1aは、図2及び図3に示した先の実施例のガスタービン燃焼器1aと基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成についての説明は省略し、相違する構成についてのみ以下に説明する。   The gas turbine combustor 1a of this embodiment shown in FIG. 24 has the same basic configuration as the gas turbine combustor 1a of the previous embodiment shown in FIG. 2 and FIG. The description is omitted, and only different configurations will be described below.

図2に示した先の実施例のガスタービン燃焼器1aでは、燃焼器1内のバーナ中央に生じる循環流81によって燃焼器1内の下流から戻ってきた高温燃焼ガスがバーナ外周部へ伝わることを防ぐことで、燃焼器1内に円錐状の火炎82を形成している。   In the gas turbine combustor 1a of the previous embodiment shown in FIG. 2, the high-temperature combustion gas returned from the downstream in the combustor 1 is transmitted to the outer periphery of the burner by the circulating flow 81 generated in the center of the burner in the combustor 1. By preventing this, a conical flame 82 is formed in the combustor 1.

ところで、バーナの端面は多数の空気孔41から構成されるため、空気孔と空気孔の間にはデッドスペースがあり、このため1列目及び2列目の空気孔41の下流側となる燃焼器1内に小さいながらも循環流84が形成され、空気孔41から噴出される噴流と噴流の間に低流速域が存在する。   By the way, since the end surface of the burner is composed of a large number of air holes 41, there is a dead space between the air holes, and therefore, combustion on the downstream side of the air holes 41 in the first and second rows. A small circulating flow 84 is formed in the vessel 1, and a low flow velocity region exists between the jets ejected from the air holes 41.

また、3列目の空気孔41とライナ3の間にもスペースがあり、このため3列目の空気孔41の下流側となる燃焼器1内にも循環流84が形成される。   Further, there is a space between the third row of air holes 41 and the liner 3, and therefore, a circulation flow 84 is also formed in the combustor 1 on the downstream side of the third row of air holes 41.

図2に示した第1の実施例のガスタービン燃焼器1aでは燃料ノズル31、32の先端に設けたリブ35によって燃料と空気の混合を図っており、空気孔41の出口において空気孔41の壁面近傍に燃料が存在することから、空気孔41の間のデッドスペース下流に形成される循環流領域や噴流間の低流速域にも燃料が存在する。   In the gas turbine combustor 1 a of the first embodiment shown in FIG. 2, the fuel and air are mixed by the rib 35 provided at the tip of the fuel nozzles 31, 32. Since the fuel is present near the wall surface, the fuel is also present in the circulating flow region formed in the downstream of the dead space between the air holes 41 and the low flow velocity region between the jets.

そのため、水素を多分に含む燃料を燃焼させる場合やガスタービンが高温化して火炎の温度が上昇した場合に、火炎の燃焼速度が速くなり前記低流速域を火炎が伝播してバーナ端面の温度上昇をまねく可能性がある。   Therefore, when burning fuel that contains a large amount of hydrogen, or when the temperature of the gas turbine rises and the temperature of the flame rises, the flame burning speed increases, and the flame propagates through the low flow rate region, causing the temperature of the burner end surface to rise. There is a possibility that

そこで火炎の燃焼速度が早くなる場合の対策として図24に示した本実施例のガスタービン燃焼器1aにおいては、ガスタービン燃焼器1aの2列目と3列目の燃料ノズル先端に先細りテーパ38を施した燃料ノズル32eを用いている。   Therefore, in the gas turbine combustor 1a of the present embodiment shown in FIG. 24 as a countermeasure when the flame burning speed is increased, the taper 38 is tapered at the tip of the second and third fuel nozzles of the gas turbine combustor 1a. The fuel nozzle 32e which gave is used.

本実施例のガスタービン燃焼器1aにおける空気孔41と2列目と3列目の燃料ノズル32eの詳細を図25に示す。図25に示したように、2列目と3列目の燃料ノズル32eの先端に先細りテーパ38を施すことで、この燃料ノズル32eの周囲を流れる空気21に乱れを発生させない形状としている。   FIG. 25 shows details of the air holes 41 and the second and third rows of fuel nozzles 32e in the gas turbine combustor 1a of the present embodiment. As shown in FIG. 25, the tip of the fuel nozzles 32e in the second and third rows is tapered to provide a shape that does not cause turbulence in the air 21 flowing around the fuel nozzles 32e.

また、空気孔41については、空気孔41における旋回部47の上流側に直管部46を設けることで、燃料ノズル32eから空気孔41に噴出される燃料噴流62が空気孔41の壁面に偏って噴出されることを防止している。   Further, with respect to the air hole 41, by providing the straight pipe portion 46 upstream of the swivel portion 47 in the air hole 41, the fuel jet flow 62 ejected from the fuel nozzle 32 e to the air hole 41 is biased to the wall surface of the air hole 41. To prevent them from being ejected.

これにより、燃料ノズル32eから空気孔41に噴出される燃料噴流62は燃料ノズル32eの周囲を流れる空気流21に取り囲まれながら空気孔41の内部を流れる。空気孔41の内部は流路が狭く、乱れを発生させる部材もないため、燃料を半径方向に輸送する大きな乱れ(渦)が発生せず燃料と空気の混合は進まない。   Thus, the fuel jet 62 ejected from the fuel nozzle 32e to the air hole 41 flows inside the air hole 41 while being surrounded by the air flow 21 flowing around the fuel nozzle 32e. Since the flow path is narrow inside the air hole 41 and there is no member that generates turbulence, there is no large turbulence (vortex) that transports the fuel in the radial direction, and the mixing of fuel and air does not proceed.

そのため、図25に記載した空気孔41の出口の右側に示した空気孔41の出口における燃料濃度分布は、空気孔41の出口断面において空気孔41の壁面近傍の燃料濃度が可燃範囲以下となる。   Therefore, the fuel concentration distribution at the outlet of the air hole 41 shown on the right side of the outlet of the air hole 41 shown in FIG. 25 is such that the fuel concentration in the vicinity of the wall surface of the air hole 41 in the outlet cross section of the air hole 41 is below the combustible range. .

その結果、空気孔41の出口周囲の低流速域には反応が進行するほどの十分な燃料は存在せず、空気孔41の周囲への火炎の付着を防止できる。   As a result, there is no sufficient fuel for the reaction to proceed in the low flow velocity region around the outlet of the air hole 41, and the flame can be prevented from adhering around the air hole 41.

また、バーナ外周部端面への火炎付着にともなうフリッカの発生も防止できる。   Further, it is possible to prevent the occurrence of flicker due to the attachment of flame to the burner outer peripheral end face.

また、図25に示す燃料ノズル32eと空気孔41の組合せの代わりに、図23に示すように燃料ノズル33を空気孔41の入口上流側に配置した同軸ノズルでも同様の効果を得ることができる。   Further, in place of the combination of the fuel nozzle 32e and the air hole 41 shown in FIG. 25, the same effect can be obtained with a coaxial nozzle in which the fuel nozzle 33 is arranged on the upstream side of the inlet of the air hole 41 as shown in FIG. .

本実施例によれば、同軸ノズルの燃料ノズルに燃料と空気の流れを乱す突起物を設けた場合でも、同軸ノズルでの圧力損失を低減して燃焼器に供給する燃焼用空気の空気量を増加させると共に燃焼室内に円錐状の火炎を形成させ、燃料と空気の混合を促進させてNOx排出量の低減を可能にしたガスタービン燃焼器を実現することができる。   According to the present embodiment, even when the fuel nozzle of the coaxial nozzle is provided with a protrusion that disturbs the flow of fuel and air, the amount of combustion air supplied to the combustor is reduced by reducing the pressure loss at the coaxial nozzle. It is possible to realize a gas turbine combustor in which a conical flame is formed in the combustion chamber and the mixing of fuel and air is promoted to reduce NOx emissions.

次に図1に示したガスタービン装置に適用されるガスタービン燃焼器の別の実施例について、図26を用いて説明する。   Next, another embodiment of the gas turbine combustor applied to the gas turbine apparatus shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.

図26の本実施例のガスタービン燃焼器1aは、図2及び図3に示した先の実施例のガスタービン燃焼器1aと基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成についての説明は省略し、相違する構成についてのみ以下に説明する。   The basic configuration of the gas turbine combustor 1a of the present embodiment in FIG. 26 is the same as that of the gas turbine combustor 1a of the previous embodiment shown in FIGS. The description is omitted, and only different configurations will be described below.

ガスタービン装置では起動から定格負荷条件まで幅広い燃空比条件を運転する必要がある。このガスタービン装置に用いられるガスタービン燃焼器においては、予混合火炎は拡散火炎に比べてNOx排出量は低いが安定燃焼できる燃空比条件の範囲が狭い。   In gas turbine equipment, it is necessary to operate a wide range of fuel-air ratio conditions from startup to rated load conditions. In the gas turbine combustor used in this gas turbine apparatus, the premixed flame has a lower NOx emission amount than the diffusion flame, but has a narrow range of fuel-air ratio conditions for stable combustion.

そこで本実施例のガスタービン燃焼器1aとして図26にバーナ正面図を示す。本実施例のガスタービン燃焼器1aでは、図3に示した先の実施例のバーナを一つのセクターバーナ90とし、このセクターバーナ90をマルチ状に配置して一つのマルチバーナを構成したものである。   Therefore, FIG. 26 shows a front view of the burner as the gas turbine combustor 1a of the present embodiment. In the gas turbine combustor 1a of this embodiment, the burner of the previous embodiment shown in FIG. 3 is used as one sector burner 90, and this sector burner 90 is arranged in a multi-shape to constitute one multi burner. is there.

本実施例のガスタービン燃焼器1aではマルチバーナを構成する個々のセクターバーナ90に円錐状の火炎がそれぞれ形成される。そしてセクターバーナ90が形成する火炎の個数を変えることにより、燃焼負荷に応じた制御を行うことが容易となる。   In the gas turbine combustor 1a of the present embodiment, conical flames are respectively formed on the individual sector burners 90 constituting the multi-burner. By changing the number of flames formed by the sector burner 90, it becomes easy to perform control according to the combustion load.

また、中央のバーナとしてはセクターバーナの変わりに拡散バーナを配置しても良い。この場合、NOx排出量は増加するが、中央の拡散バーナが火種となって周囲のセクターバーナ90に形成される火炎の安定性は向上するので、幅広い負荷範囲を安定して運用できる。   Further, as the central burner, a diffusion burner may be arranged instead of the sector burner. In this case, although the NOx emission amount increases, the stability of the flame formed in the surrounding sector burner 90 is improved by using the central diffusion burner as a fire type, so that a wide load range can be stably operated.

本実施例によれば、同軸ノズルの燃料ノズルに燃料と空気の流れを乱す突起物を設けた場合でも、同軸ノズルでの圧力損失を低減して燃焼器に供給する燃焼用空気の空気量を増加させると共に燃焼室内に円錐状の火炎を形成させ、燃料と空気の混合を促進させてNOx排出量の低減を可能にしたガスタービン燃焼器を実現することができる。   According to the present embodiment, even when the fuel nozzle of the coaxial nozzle is provided with a protrusion that disturbs the flow of fuel and air, the amount of combustion air supplied to the combustor is reduced by reducing the pressure loss at the coaxial nozzle. It is possible to realize a gas turbine combustor in which a conical flame is formed in the combustion chamber and the mixing of fuel and air is promoted to reduce NOx emissions.

本発明は、ガスタービン装置に使用されるガスタービン燃焼器に適用可能である。   The present invention is applicable to a gas turbine combustor used in a gas turbine apparatus.

1a:ガスタービン燃焼器、1:燃焼室、2:外筒、3:燃焼器ライナ、4:トランジションピース、5:圧縮機、6:タービン、7:ディフューザ、9:発電機、10:圧縮空気、12、13、14:燃料供給系統、15、16:燃料ヘッダー、20:冷却空気、21:燃焼空気、22:旋回流、30:エンドカバー、31、32、33、34、39:燃料ノズル、35:リブ、36:燃料ノズル先端縁、37:絞り流路、38:燃料ノズル先端テーパ、40:空気孔プレート、41:空気孔、45:空気孔入口部、46:空気孔直管部、47:空気孔旋回部、50:障害物、61:渦、62:燃料噴流、63:バーナ中心軸平行線、64:空気孔中心軸、65:バーナ中心軸と空気孔出口中心点を最短で結ぶ線、80:旋回流、81、84:循環流、82:火炎、83:燃焼ガス、85:空気孔出口から火炎までの距離、90:セクターバーナ、100:バーナ中心軸、101:空気孔出口中心点、102:包絡線。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a: Gas turbine combustor, 1: Combustion chamber, 2: Outer cylinder, 3: Combustor liner, 4: Transition piece, 5: Compressor, 6: Turbine, 7: Diffuser, 9: Generator, 10: Compressed air 12, 13, 14: Fuel supply system, 15, 16: Fuel header, 20: Cooling air, 21: Combustion air, 22: Swirl, 30: End cover, 31, 32, 33, 34, 39: Fuel nozzle 35: rib, 36: fuel nozzle tip edge, 37: throttle flow path, 38: fuel nozzle tip taper, 40: air hole plate, 41: air hole, 45: air hole inlet part, 46: air hole straight pipe part 47: Air hole swirl part, 50: Obstacle, 61: Vortex, 62: Fuel jet, 63: Parallel axis of burner axis, 64: Central axis of air hole, 65: Center axis of burner and air hole outlet center point Line connected by 80, swirl flow, 81, 8 : Circulating flow, 82: Flame, 83: combustion gas 85: a distance from the air hole outlet to the flame, 90: Sector burner 100: burner central axis, 101: air hole outlet center point, 102: envelope.

Claims (7)

燃料を噴出する複数の燃料ノズルと、燃料ノズルの下流側に位置する空気孔プレートに形成され前記燃料ノズルと同軸の複数の空気孔とから同軸ノズルを構成し、燃料と空気とを噴出する前記同軸ノズルを環状に複数列配設したバーナと、前記バーナの同軸ノズルを構成する燃料ノズル及び空気孔から噴出された燃料と空気を燃焼する燃焼室とを備えたガスタービン燃焼器において、
前記同軸ノズルを構成する燃料ノズルの先端部、またはこの燃料ノズルの先端部が位置する空気孔プレートに形成した空気孔の流路のいずれかに空気流に乱れを発生させる部材を設けて同軸ノズルの空気孔の最小流路断面積を規定し、
前記複数列配設したバーナのうち、外周側に配列されたバーナに位置する同軸ノズルの空気孔の最小流路断面積が、中心側に配列されたバーナに位置する同軸ノズルの空気孔の最小流路断面積よりも広くなるように形成したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
A plurality of fuel nozzles that eject fuel and an air hole plate that is formed in an air hole plate located on the downstream side of the fuel nozzle, and a plurality of air holes that are coaxial with the fuel nozzle constitute a coaxial nozzle, and the fuel and air are ejected. In a gas turbine combustor comprising a burner in which a plurality of coaxial nozzles are annularly arranged, a fuel nozzle that constitutes the coaxial nozzle of the burner, and a combustion chamber that burns fuel and air ejected from an air hole,
A coaxial nozzle is provided by providing a member for generating a turbulence in the air flow in either the tip of the fuel nozzle constituting the coaxial nozzle or the air hole passage formed in the air hole plate where the tip of the fuel nozzle is located. Defines the minimum cross-sectional area of the air hole of
Among the burners arranged in a plurality of rows, the minimum flow path cross-sectional area of the air holes of the coaxial nozzle located in the burner arranged on the outer peripheral side is the minimum of the air holes of the coaxial nozzle located in the burner arranged on the center side. A gas turbine combustor formed so as to be wider than a cross-sectional area of a flow path.
請求項1に記載のガスタービン燃焼器において、
前記バーナを構成する同軸ノズルの空気孔に旋回角θを形成し、
同軸ノズルの軸線となるバーナ中心軸に対して垂直な面に投影した空気孔の旋回部分の中心軸において空気孔の出口中心点から空気噴出方向側が空気孔の出口中心点とバーナ中心軸を最短で結ぶ線とがなす内傾角θは、
0°<θ<90°
に設定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.
A swivel angle θ 2 is formed in the air hole of the coaxial nozzle constituting the burner,
In the central axis of the swirling part of the air hole projected on a plane perpendicular to the burner central axis that is the axis of the coaxial nozzle, the air ejection direction side from the air hole outlet central point is the shortest between the air hole outlet central point and the burner central axis The inclining angle θ 1 formed by the line connected by
0 ° <θ 1 <90 °
A gas turbine combustor characterized by being set to.
請求項2に記載のガスタービン燃焼器において、
複数列配設したバーナのうち、前記内傾角θは、中心側に配列された同軸ノズルの空気孔だけでなく、外周側に配列された同軸ノズルの空気孔にも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 2.
Among the burners arranged in a plurality of rows, the inner inclination angle θ 1 is formed not only in the air holes of the coaxial nozzles arranged on the center side but also in the air holes of the coaxial nozzles arranged on the outer peripheral side. Characteristic gas turbine combustor.
請求項2に記載のガスタービン燃焼器において、
複数列配設したバーナのうち、前記内傾角θは、少なくとも中心側に配列された同軸ノズルの空気孔に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 2.
Among the burners arranged in a plurality of rows, the internal inclination angle θ 1 is formed in the air holes of the coaxial nozzle arranged at least on the center side.
請求項2乃至請求項4のいずれか1項に記載のガスタービン燃焼器において、
前記バーナの中心側に位置する燃料ノズルの外径は、バーナの外周側に位置する燃料ノズルの外径よりも大きくなるように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 any one of claims 2 to 4,
The gas turbine combustor, wherein an outer diameter of the fuel nozzle located on the center side of the burner is formed to be larger than an outer diameter of the fuel nozzle located on the outer periphery side of the burner.
請求項2乃至請求項4のいずれか1項に記載のガスタービン燃焼器において、
前記バーナの中心側に位置する空気孔の直径は、バーナの外周側に位置する空気孔の直径よりも小さくなるように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 any one of claims 2 to 4,
A gas turbine combustor, wherein a diameter of an air hole located on a center side of the burner is formed to be smaller than a diameter of an air hole located on an outer peripheral side of the burner.
請求項2乃至請求項6のいずれか1項に記載のガスタービン燃焼器において、
前記バーナを複数個配置してマルチバーナを構成したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
The gas turbine combustor according to any one of claims 2 to 6,
A gas turbine combustor comprising a plurality of burners to constitute a multi-burner.
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