JP2013155981A - Gas turbine combustor and gas turbine - Google Patents

Gas turbine combustor and gas turbine Download PDF

Info

Publication number
JP2013155981A
JP2013155981A JP2012018507A JP2012018507A JP2013155981A JP 2013155981 A JP2013155981 A JP 2013155981A JP 2012018507 A JP2012018507 A JP 2012018507A JP 2012018507 A JP2012018507 A JP 2012018507A JP 2013155981 A JP2013155981 A JP 2013155981A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel injection
gas turbine
width
main fuel
combustor
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.)
Granted
Application number
JP2012018507A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5677335B2 (en
Inventor
Yasunori Iwai
保憲 岩井
Masao Ito
正雄 伊東
Nobuhisa Suzuki
伸寿 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2012018507A priority Critical patent/JP5677335B2/en
Publication of JP2013155981A publication Critical patent/JP2013155981A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5677335B2 publication Critical patent/JP5677335B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas turbine combustor that can reduce NOemission and prevent combustion loss in a premixture duct for forming a premixed gas, and to provide a gus turbine.SOLUTION: A gas turbine combustor 10 includes: a combustor liner 22 that forms a cylindrical combustion chamber 23; a pilot combustion injector 30 provided at the top of the combustor liner 22 coaxially with a center axis of the combustor liner 22; a premixture duct 40 extended along an axial direction of the combustor liner 22 on an outer circumference of the combustor liner 22 and supplying premixed air comprising fuel and air to the combustion chamber 23; and a main fuel injection part 50 provided so that a fuel injection port 51 faces an inlet opening 41 of the premixture duct 40. An end surface 52 of the main fuel injection part 50 having the fuel injection port 51 is extended to have a width T1 in one direction. The width T1 is twice a width T2 of the fuel injection port 51 or smaller, and is equal to and larger than the width T2 of the fuel injection port 51.

Description

本発明の実施形態は、ガスタービン燃焼器およびガスタービンに関する。   Embodiments described herein relate generally to a gas turbine combustor and a gas turbine.

ガスタービンプラントやコンバインドサイクルプラントなどで使用されるガスタービンでは、高効率化のため、作動条件が高温高圧となり、NOxの排出量が増大する傾向にある。NOxの生成の要因としては、火炎温度が支配的である。そのため、NOxの生成を抑制するためには、火炎温度を低下させることが効果的である。   In a gas turbine used in a gas turbine plant, a combined cycle plant, or the like, the operating conditions are high temperature and high pressure to increase efficiency, and NOx emissions tend to increase. As a factor of NOx generation, flame temperature is dominant. Therefore, in order to suppress the generation of NOx, it is effective to lower the flame temperature.

火炎温度の局所的な高温化を抑制し、NOxの排出量を抑制する燃焼方法として、予混合希薄燃焼が利用されている。この予混合希薄燃焼では、燃料と空気とを燃料希薄条件で予め混合した予混合気を燃焼させる。   Premixed lean combustion is used as a combustion method that suppresses local increase in flame temperature and suppresses NOx emissions. In this premixed lean combustion, a premixed gas in which fuel and air are premixed under fuel lean conditions is burned.

予混合希薄燃焼では、燃焼範囲が狭いという欠点を有しており、この欠点を補うために種々の工夫がなされている。ガスタービン燃焼器において、上記した予混合希薄燃焼に、例えば、広い燃焼範囲を有し、安定した燃焼が可能な拡散燃焼を併用することも行われている。また、予混合希薄燃焼における火炎の安定化を図るために、燃焼領域の温度を常に所定温度以上としたり、保炎機構を設けたりしている。   Premixed lean combustion has a drawback that the combustion range is narrow, and various devices have been made to compensate for this drawback. In the gas turbine combustor, for example, the above-described premixed lean combustion is used in combination with diffusion combustion having a wide combustion range and capable of stable combustion. Further, in order to stabilize the flame in the premixed lean combustion, the temperature in the combustion region is always set to a predetermined temperature or more, or a flame holding mechanism is provided.

図10は、従来のガスタービン燃焼器200の断面を示した図である。図11および図12は、従来のガスタービン燃焼器200の予混合ダクト214の断面の一部を示した図である。なお、図11および図12において、メイン燃料ノズル217に燃料を供給する燃料供給系統の図示を省略している。   FIG. 10 is a view showing a cross section of a conventional gas turbine combustor 200. FIGS. 11 and 12 are views showing a part of a cross section of the premixing duct 214 of the conventional gas turbine combustor 200. 11 and 12, the illustration of the fuel supply system that supplies fuel to the main fuel nozzle 217 is omitted.

図10に示すように、ガスタービン燃焼器200は、頭部側の中央にパイロットノズル210を備えた燃焼器ライナ211を備えている。   As shown in FIG. 10, the gas turbine combustor 200 includes a combustor liner 211 having a pilot nozzle 210 in the center on the head side.

燃焼器ライナ211の周囲は、ガスタービン外筒213で覆われ、燃焼器ライナ211とガスタービン外筒213との間には、燃料と空気からなる予混合気を形成する予混合ダクト214が備えられている。この予混合ダクト214は、燃焼器ライナ211の周囲に周方向に複数備えられている。   The periphery of the combustor liner 211 is covered with a gas turbine outer cylinder 213, and a premixing duct 214 is provided between the combustor liner 211 and the gas turbine outer cylinder 213 to form a premixed gas composed of fuel and air. It has been. A plurality of premixing ducts 214 are provided in the circumferential direction around the combustor liner 211.

予混合ダクト214の出口214aは、複数形成され、各出口214aが燃焼器ライナ211内の燃焼室215に連通している。そして、各出口214aを介して燃焼室215に予混合気が供給される。また、燃焼器ライナ211とガスタービン外筒213との間は、圧縮機(図示しない)からの高温高圧の燃焼用の空気216が、予混合ダクト214の頭部側に向かって流れる流路として機能している。   A plurality of outlets 214 a of the premixing duct 214 are formed, and each outlet 214 a communicates with the combustion chamber 215 in the combustor liner 211. Then, the premixed gas is supplied to the combustion chamber 215 via each outlet 214a. Further, between the combustor liner 211 and the gas turbine outer cylinder 213, a high-temperature and high-pressure combustion air 216 from a compressor (not shown) flows as a flow path toward the head side of the premixing duct 214. It is functioning.

図11および図12に示すように、予混合ダクト214の入口開口部(上流側端部)に対向するように、メイン燃料ノズル217の燃料噴射孔217aが備えられている。予混合ダクト214には、この燃料噴射孔217aから噴射された燃料218と、燃焼用の空気216の一部とが流れ込む。そして、予混合ダクト214内において予混合気が形成される。   As shown in FIGS. 11 and 12, a fuel injection hole 217a of the main fuel nozzle 217 is provided so as to face the inlet opening (upstream end) of the premixing duct 214. The fuel 218 injected from the fuel injection hole 217a and a part of the combustion air 216 flow into the premixing duct 214. A premixed gas is formed in the premixing duct 214.

メイン燃料ノズル217は、図11および図12に示すように、単孔からなる燃料噴射孔217aまたは多孔からなる燃料噴射孔217aを有する円筒体で構成されている。一つの予混合ダクト214には、例えば、2本のメイン燃料ノズル217が所定の間隔をあけて配置されている。   As shown in FIGS. 11 and 12, the main fuel nozzle 217 is formed of a cylindrical body having a single fuel injection hole 217a or a porous fuel injection hole 217a. In one premixing duct 214, for example, two main fuel nozzles 217 are arranged at a predetermined interval.

特開2007−232234号公報JP 2007-232234 A

上記した従来の、単孔からなる燃料噴射孔217aを有するメイン燃料ノズル217を備えた予混合ダクト214においては、燃料218と空気216の混合が促進されず、燃料濃度が不均一な予混合気が形成されることがある。そのため、予混合気において、例えば、化学量論比付近の燃料濃度となる部分含む場合には、NOxの排出量が増大する。   In the above-described conventional premixing duct 214 having the main fuel nozzle 217 having the single-hole fuel injection hole 217a, the mixing of the fuel 218 and the air 216 is not promoted, and the premixed gas having a nonuniform fuel concentration is used. May be formed. Therefore, when the premixed gas includes, for example, a portion having a fuel concentration near the stoichiometric ratio, the NOx emission amount increases.

また、上記した従来の、多孔からなる燃料噴射孔217aを有するメイン燃料ノズル217を備えた予混合ダクト214においては、燃料218と空気216の混合は促進される。しかしながら、予混合気形成の際に、燃焼室215の火炎が予混合ダクト214内に進入した場合、図12に示すような、メイン燃料ノズル217の下流側に形成される渦流219によって、メイン燃料ノズル217の下流側に保炎することがある。予混合ダクト214内でこのような燃焼が継続すると、予混合ダクト214が焼損する。   Further, in the above-described conventional premixing duct 214 having the main fuel nozzle 217 having the porous fuel injection hole 217a, the mixing of the fuel 218 and the air 216 is promoted. However, if the flame of the combustion chamber 215 enters the premixing duct 214 during the formation of the premixed gas, the main fuel is generated by the vortex 219 formed on the downstream side of the main fuel nozzle 217 as shown in FIG. The flame may be held downstream of the nozzle 217. If such combustion continues in the premixing duct 214, the premixing duct 214 will burn out.

本発明が解決しようとする課題は、NOxの排出量を低減することができるとともに、予混合気を形成する予混合ダクトの焼損を防止することができるガスタービン燃焼器およびガスタービンを提供するものである。   A problem to be solved by the present invention is to provide a gas turbine combustor and a gas turbine capable of reducing NOx emission and preventing the premixing duct forming the premixed gas from being burned out. It is.

実施形態のガスタービン燃焼器は、筒状の燃焼室を形成する燃焼器ライナと、前記燃焼器ライナの頭部の中央に設けられたパイロット燃料噴射部と、前記燃焼器ライナの外周に前記燃焼器ライナの軸方向に沿って延設され、前記燃焼室に、燃料と空気からなる予混合気を供給する予混合ダクトと、燃料噴射口が前記予混合ダクトの入口開口に対向するように設けられたメイン燃料噴射部とを備える。   The gas turbine combustor of the embodiment includes a combustor liner that forms a cylindrical combustion chamber, a pilot fuel injection unit provided in the center of the head of the combustor liner, and the combustion on the outer periphery of the combustor liner. A premixing duct that extends along the axial direction of the liner and supplies a premixed gas comprising fuel and air to the combustion chamber, and a fuel injection port is provided to face the inlet opening of the premixing duct. A main fuel injection unit.

そして、前記燃料噴射口を有する前記メイン燃料噴射部の端面は、幅T1を有して一方の方向に延設され、前記幅T1が、前記幅T1方向の前記燃料噴射口の幅T2の2倍以下、かつ前記幅T2以上である。   An end surface of the main fuel injection portion having the fuel injection port has a width T1 and extends in one direction, and the width T1 is 2 of the width T2 of the fuel injection port in the width T1 direction. It is not more than twice and is not less than the width T2.

第1の実施の形態のガスタービン燃焼器を備えるガスタービンの子午断面を示す図である。It is a figure showing a meridional section of a gas turbine provided with a gas turbine combustor of a 1st embodiment. 第1の実施の形態のガスタービン燃焼器の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the gas turbine combustor of 1st Embodiment. 第1の実施の形態のガスタービン燃焼器におけるメイン燃料噴射部の断面を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the cross section of the main fuel injection part in the gas turbine combustor of 1st Embodiment. 第1の実施の形態のガスタービン燃焼器におけるメイン燃料噴射部を、予混合ダクトの入口開口側から見たときの平面図である。It is a top view when the main fuel injection part in the gas turbine combustor of a 1st embodiment is seen from the entrance opening side of a premixing duct. 第1の実施の形態のガスタービン燃焼器において、幅T1が幅T2と等しくなるときのメイン燃料噴射部の断面を模式的に示した図である。In the gas turbine combustor of 1st Embodiment, it is the figure which showed typically the cross section of the main fuel injection part when width T1 becomes equal to width T2. 第1の実施の形態のガスタービン燃焼器における、他の形状のメイン燃料噴射部を、予混合ダクトの入口開口側から見たときの平面図である。It is a top view when the main fuel injection part of another shape in the gas turbine combustor of a 1st embodiment is seen from the entrance opening side of a premixing duct. 第2の実施の形態のガスタービン燃焼器におけるメイン燃料噴射部を、予混合ダクトの入口開口側から見たときの平面図である。It is a top view when the main fuel injection part in the gas turbine combustor of a 2nd embodiment is seen from the entrance opening side of a premixing duct. 幅T1が保炎に及ぼす影響を調べた試験結果を示す図である。It is a figure which shows the test result which investigated the influence which width | variety T1 has on flame holding. 距離LがNOx排出量に及ぼす影響を調べた試験結果を示す図である。It is a figure which shows the test result which investigated the influence which the distance L has on NOx discharge | emission amount. 従来のガスタービン燃焼器の断面を示した図である。It is the figure which showed the cross section of the conventional gas turbine combustor. 従来のガスタービン燃焼器の予混合ダクトの断面の一部を示した図である。It is the figure which showed a part of cross section of the premixing duct of the conventional gas turbine combustor. 従来のガスタービン燃焼器の予混合ダクトの断面の一部を示した図である。It is the figure which showed a part of cross section of the premixing duct of the conventional gas turbine combustor.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態のガスタービン燃焼器10を備えるガスタービン150の子午断面を示す図である。図2は、第1の実施の形態のガスタービン燃焼器10の断面を示す図である。なお、図1では、ガスタービン燃焼器10は断面で示していない。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a meridional section of a gas turbine 150 including the gas turbine combustor 10 according to the first embodiment. FIG. 2 is a diagram illustrating a cross section of the gas turbine combustor 10 according to the first embodiment. In FIG. 1, the gas turbine combustor 10 is not shown in cross section.

図1に示すように、ガスタービン150は、圧縮機151と、ガスタービン燃焼器10と、タービン152とを主に備える。圧縮機151では、大気から空気を吸い込み、高温高圧の燃焼用の空気とする。ガスタービン燃焼器10では、圧縮機151からの燃焼用の空気に燃料を混合し、燃焼させ、高温高圧の燃焼ガスを発生させる。タービン152では、ガスタービン燃焼器10によって生成された燃焼ガスを通過させることで仕事がなされ、回転力を得る。なお、ガスタービン燃焼器10から排出された燃焼ガスは、トランジションピース153を通りタービン152内に流入する。   As shown in FIG. 1, the gas turbine 150 mainly includes a compressor 151, a gas turbine combustor 10, and a turbine 152. In the compressor 151, air is sucked from the atmosphere and used as high-temperature and high-pressure combustion air. In the gas turbine combustor 10, fuel is mixed with combustion air from the compressor 151 and burned to generate high-temperature and high-pressure combustion gas. In the turbine 152, work is performed by passing the combustion gas generated by the gas turbine combustor 10, and rotational force is obtained. The combustion gas discharged from the gas turbine combustor 10 flows into the turbine 152 through the transition piece 153.

タービン152で得られた回転力は、圧縮機151に伝えられ、圧縮機151を駆動する。また、この回転力は、図示しない発電機にも伝えられ、軸出力として取り出される。タービン152で仕事をした燃焼ガスは、ガスタービン150から外部に排気される。   The rotational force obtained by the turbine 152 is transmitted to the compressor 151 and drives the compressor 151. Further, this rotational force is transmitted to a generator (not shown) and is taken out as a shaft output. Combustion gas that has worked in the turbine 152 is exhausted from the gas turbine 150 to the outside.

次に、第1の実施の形態のガスタービン燃焼器10の構成について説明する。   Next, the structure of the gas turbine combustor 10 of 1st Embodiment is demonstrated.

図2に示すように、ガスタービン燃焼器10は、ガスタービンケーシング20に収容され、外筒21内に同心的に二重筒として形成された内筒である燃焼器ライナ22を備えている。また、燃焼器ライナ22の頭部の中央には、パイロット燃料噴射部30が設けられている。パイロット燃料噴射部30は、例えば、燃焼器ライナ22の頭部における、燃焼器ライナ22の中心軸と同軸上に設けられる。また、燃焼器ライナ22の下流側には、燃焼ガスをタービン152に導く、トランジションピース153が設けられている。   As shown in FIG. 2, the gas turbine combustor 10 includes a combustor liner 22 that is housed in a gas turbine casing 20 and is an inner cylinder that is concentrically formed as a double cylinder in an outer cylinder 21. A pilot fuel injection unit 30 is provided at the center of the head of the combustor liner 22. The pilot fuel injection unit 30 is provided coaxially with the central axis of the combustor liner 22 at the head of the combustor liner 22, for example. Further, a transition piece 153 that guides the combustion gas to the turbine 152 is provided on the downstream side of the combustor liner 22.

燃焼器ライナ22は、ガスタービン150を駆動する燃焼ガスを生成する筒状の燃焼室23を形成するとともに、外筒21との間に空気通路24を形成している。この空気通路24には、トランジションピース153の噴出孔(図示せず)から導入された、圧縮機151からの高圧の空気ARが、パイロット燃料噴射部30側へ向かって流れる。なお、この際、高圧の空気ARは、トランジションピース153や燃焼器ライナ22を冷却しながら流れる。   The combustor liner 22 forms a cylindrical combustion chamber 23 that generates combustion gas that drives the gas turbine 150, and forms an air passage 24 between the outer cylinder 21. The high-pressure air AR from the compressor 151 introduced from the ejection hole (not shown) of the transition piece 153 flows into the air passage 24 toward the pilot fuel injection unit 30 side. At this time, the high-pressure air AR flows while cooling the transition piece 153 and the combustor liner 22.

空気通路24には、燃焼器ライナ22の軸方向に沿って延設された予混合ダクト40が備えられている。また、予混合ダクト40は、燃焼器ライナ22の外周の周方向に複数備えられている。各予混合ダクト40は、燃焼室23に、燃料Fと空気ARからなる予混合気を供給する複数の出口42を有している。   The air passage 24 is provided with a premixing duct 40 extending along the axial direction of the combustor liner 22. A plurality of premixing ducts 40 are provided in the circumferential direction of the outer periphery of the combustor liner 22. Each premixing duct 40 has a plurality of outlets 42 for supplying a premixed gas composed of fuel F and air AR to the combustion chamber 23.

パイロット燃料噴射部30の外周には、予混合ダクト40内に燃料Fを供給するメイン燃料噴射部50が備えられている。メイン燃料噴射部50の予混合ダクト40側の端面に形成された燃料噴射口51は、予混合ダクト40の入口開口41に対向するように設けられている。   A main fuel injection unit 50 that supplies fuel F into the premixing duct 40 is provided on the outer periphery of the pilot fuel injection unit 30. A fuel injection port 51 formed on an end surface of the main fuel injection unit 50 on the premixing duct 40 side is provided so as to face the inlet opening 41 of the premixing duct 40.

メイン燃料噴射部50およびパイロット燃料噴射部30は、外筒21内に収容されている。メイン燃料噴射部50は、ヘッドプレート25から予混合ダクト40側に、パイロット燃料噴射部30は、ヘッドプレート25から燃焼器ライナ22の頭部側まで延びている。   The main fuel injection unit 50 and the pilot fuel injection unit 30 are accommodated in the outer cylinder 21. The main fuel injection part 50 extends from the head plate 25 to the premixing duct 40 side, and the pilot fuel injection part 30 extends from the head plate 25 to the head side of the combustor liner 22.

パイロット燃料噴射部30は、例えば、図2に示すように、中央に、燃焼室23内における保炎を確保するための拡散燃焼用燃料噴射部31を備えている。そして、拡散燃焼用燃料噴射部31の外周に、燃料Fと空気ARを予め混合した予混合気を燃焼室23内に噴射する予混燃焼用燃料噴射部32を備えている。空気通路24を介してパイロット燃料噴射部30側に導かれた燃焼用の空気ARの一部を予混燃焼用燃料噴射部32内に導入し、燃料Fと混合して予混合気を形成している。   For example, as shown in FIG. 2, the pilot fuel injection unit 30 includes a diffusion combustion fuel injection unit 31 for securing flame holding in the combustion chamber 23 in the center. A premixed combustion fuel injection unit 32 that injects a premixed gas in which the fuel F and the air AR are premixed into the combustion chamber 23 is provided on the outer periphery of the diffusion combustion fuel injection unit 31. A part of the combustion air AR guided to the pilot fuel injection unit 30 through the air passage 24 is introduced into the premixed combustion fuel injection unit 32 and mixed with the fuel F to form a premixed gas. ing.

一方、空気通路24を介してパイロット燃料噴射部30側に導かれた燃焼用の空気ARの残りは、メイン燃料噴射部50の燃料噴射口51から噴射された燃料Fとともに、予混合ダクト40の入口開口41から予混合ダクト40内に導かれる。そして、予混合気は、予混合ダクト40の複数の出口42から燃焼室23内に導かれ、燃焼する。   On the other hand, the remainder of the combustion air AR guided to the pilot fuel injection unit 30 side through the air passage 24 is combined with the fuel F injected from the fuel injection port 51 of the main fuel injection unit 50 and the premixing duct 40. It is led into the premixing duct 40 from the inlet opening 41. The premixed gas is introduced into the combustion chamber 23 from the plurality of outlets 42 of the premixing duct 40 and burned.

なお、パイロット燃料噴射部30およびメイン燃料噴射部50には、図示しない燃料供給機構から所定の流量の燃料Fが供給される。   The pilot fuel injection unit 30 and the main fuel injection unit 50 are supplied with fuel F having a predetermined flow rate from a fuel supply mechanism (not shown).

ここで、メイン燃料噴射部50の構成についてさらに詳しく説明する。   Here, the configuration of the main fuel injection unit 50 will be described in more detail.

図3は、第1の実施の形態のガスタービン燃焼器10におけるメイン燃料噴射部50の断面を模式的に示した図である。図4は、第1の実施の形態のガスタービン燃焼器10におけるメイン燃料噴射部50を、予混合ダクト40の入口開口41側から見たときの平面図である。なお、図4では、メイン燃料噴射部50と予混合ダクト40の入口開口41との位置関係を説明するために、予混合ダクト40の入口開口41の形状を破線で示している。   FIG. 3 is a diagram schematically showing a cross section of the main fuel injection unit 50 in the gas turbine combustor 10 according to the first embodiment. FIG. 4 is a plan view of the main fuel injection unit 50 in the gas turbine combustor 10 according to the first embodiment when viewed from the inlet opening 41 side of the premixing duct 40. In FIG. 4, the shape of the inlet opening 41 of the premixing duct 40 is indicated by a broken line in order to explain the positional relationship between the main fuel injection unit 50 and the inlet opening 41 of the premixing duct 40.

図3および図4に示すように、メイン燃料噴射部50は、一方の方向に延設されたブロック体で構成され、端面52に複数の燃料噴射口51を備えている。また、少なくとも、メイン燃料噴射部50における端面52は、幅T1を有して一方の方向に延設されている。   As shown in FIGS. 3 and 4, the main fuel injection portion 50 is configured by a block body extending in one direction, and includes a plurality of fuel injection ports 51 on the end surface 52. At least the end surface 52 of the main fuel injection unit 50 has a width T1 and extends in one direction.

予混合ダクト40は、上記したように、燃焼器ライナ22の周方向に、燃焼器ライナ22と同心円的に配置される。そのため、予混合ダクト40は、燃焼器ライナ22の周方向に沿う方向に曲率を有して形成されている。予混合ダクト40の入口開口41に対向配置される、メイン燃料噴射部50も、予混合ダクト40と同様に、燃焼器ライナ22と同心円的に配置される。そのため、メイン燃料噴射部50の端面52は、燃焼器ライナ22の周方向に沿う方向に曲率を有して延設される。   As described above, the premixing duct 40 is disposed concentrically with the combustor liner 22 in the circumferential direction of the combustor liner 22. Therefore, the premixing duct 40 is formed with a curvature in a direction along the circumferential direction of the combustor liner 22. Similarly to the premixing duct 40, the main fuel injection unit 50 disposed to face the inlet opening 41 of the premixing duct 40 is also arranged concentrically with the combustor liner 22. Therefore, the end surface 52 of the main fuel injection unit 50 is extended with a curvature in a direction along the circumferential direction of the combustor liner 22.

ここで、幅T1は、幅T1方向の燃料噴射口51の幅T2の2倍以下、かつ幅T2以上であることが好ましい。幅T1が幅T2の2倍を超える場合には、燃料噴射口51の下流に渦流が形成される。なお、幅T2は、燃料噴射口51の孔径に相当するものである。また、メイン燃料噴射部50の端面52は、上記したように曲率を有して延設されているため、幅T1方向は、曲率半径方向となる。   Here, the width T1 is preferably not more than twice the width T2 of the fuel injection port 51 in the width T1 direction and not less than the width T2. When the width T1 exceeds twice the width T2, a vortex is formed downstream of the fuel injection port 51. The width T2 corresponds to the hole diameter of the fuel injection port 51. Moreover, since the end surface 52 of the main fuel injection part 50 is extended with a curvature as described above, the width T1 direction is a curvature radius direction.

図5は、第1の実施の形態のガスタービン燃焼器10において、幅T1が幅T2と等しくなるときのメイン燃料噴射部50の断面を模式的に示した図である。図5に示すように、幅T1が幅T2と等しくなるときには、燃料噴射口51の上流側(図5では左側)から燃料噴射口51側に流路断面積が徐々に広がり、端面52において幅T1と幅T2とが等しくなっている。   FIG. 5 is a diagram schematically showing a cross section of the main fuel injection section 50 when the width T1 is equal to the width T2 in the gas turbine combustor 10 of the first embodiment. As shown in FIG. 5, when the width T1 is equal to the width T2, the cross-sectional area of the flow path gradually increases from the upstream side (left side in FIG. 5) of the fuel injection port 51 to the fuel injection port 51 side. T1 and width T2 are equal.

燃料噴射口51の孔径、すなわち幅T2は、1mm〜5mm程度に設定することが好ましい。また、1つのメイン燃料噴射部50に形成される燃料噴射口51の個数は、5個以上備えられているが好ましい。なお、燃料噴射口51の個数の上限は特に限定されるものではなく、例えば、製造上の観点から、制限を受ける場合がある。   The hole diameter of the fuel injection port 51, that is, the width T2, is preferably set to about 1 mm to 5 mm. The number of fuel injection ports 51 formed in one main fuel injection unit 50 is preferably five or more. In addition, the upper limit of the number of the fuel injection ports 51 is not particularly limited, and may be restricted from the viewpoint of manufacturing, for example.

ここで、燃料噴射口51を上記した範囲に設定することが好ましい理由を次に述べる。燃料噴射口51の面積は、燃料噴射口51の上流側と下流側における差圧に基づいて設定される。例えば、燃料噴射口51の面積が大きい場合、燃料流量が少ない条件(ガスタービン150の負荷が小さい条件)では、上記した差圧が小さくなる。そのため、不安定燃焼の原因となる。   Here, the reason why it is preferable to set the fuel injection port 51 in the above-described range will be described below. The area of the fuel injection port 51 is set based on the differential pressure between the upstream side and the downstream side of the fuel injection port 51. For example, when the area of the fuel injection port 51 is large, the above-described differential pressure is small under a condition where the fuel flow rate is small (a condition where the load of the gas turbine 150 is small). Therefore, it causes unstable combustion.

一方、上記した燃料噴射口51の面積が大きいときと同じ個数の燃料噴射口51を備え、各燃料噴射口51の面積を小さくした場合、ガスタービン150の最大負荷運転時に、燃料噴射口51の上流側における圧力が増加し、燃料Fの供給圧力を大きくすることが必要となる。そのため、燃料Fを供給する燃料供給機構の能力を増大しなければならず、装置のコストが増加する。なお、燃料Fの供給圧力が、燃料噴射口51の上流側における圧力よりも小さい場合には、必要な燃料流量が得られない。   On the other hand, when the same number of fuel injection ports 51 are provided as when the area of the fuel injection ports 51 is large, and the area of each fuel injection port 51 is reduced, the fuel injection port 51 of the gas injection port 51 is operated at the maximum load operation. The pressure on the upstream side increases and the supply pressure of the fuel F needs to be increased. Therefore, the capacity of the fuel supply mechanism that supplies the fuel F must be increased, and the cost of the apparatus increases. If the supply pressure of the fuel F is smaller than the pressure on the upstream side of the fuel injection port 51, the required fuel flow rate cannot be obtained.

このように、最適な燃料噴射口51を得るためには、燃料噴射口51の孔径と個数を適正な範囲で構成することが必要となる。そこで、ガスタービンの作動条件に基づいて、上記した範囲内で、燃料噴射口51の孔径および個数を設定することとした。   Thus, in order to obtain the optimum fuel injection port 51, it is necessary to configure the hole diameter and the number of the fuel injection ports 51 within an appropriate range. Therefore, the hole diameter and the number of the fuel injection ports 51 are set within the above-described range based on the operating conditions of the gas turbine.

ここで、図4に示す、両端側に位置する燃料噴射口51と、端面52の端縁54との間の距離Uは、0以上幅T2以下であることが好ましい。距離Uが幅T2を超える場合には、端縁54側の端面52の下流に、大きな逆流域が形成される。ここで、距離Uが0の場合とは、燃料噴射口51の上流側から燃料噴射口51側に流路断面積が徐々に広がり、端面52において燃料噴射口51の一部が端縁54に接する場合である。   Here, it is preferable that the distance U between the fuel injection ports 51 located on both ends and the end edge 54 of the end face 52 shown in FIG. 4 is not less than 0 and not more than the width T2. When the distance U exceeds the width T2, a large reverse flow region is formed downstream of the end face 52 on the end edge 54 side. Here, when the distance U is 0, the cross-sectional area of the flow path gradually increases from the upstream side of the fuel injection port 51 toward the fuel injection port 51, and a part of the fuel injection port 51 at the end face 52 extends to the edge 54. This is the case.

メイン燃料噴射部50は、図3および図4に示すように、燃料噴射口51を有する端面52の中心53(断面中心)と、予混合ダクト40の入口開口41の中心43(断面中心)とが対向するように配置されている。さらに、メイン燃料噴射部50の延設方向と入口開口41の長手方向とを対応させて、メイン燃料噴射部50が配置されている。   As shown in FIGS. 3 and 4, the main fuel injection unit 50 includes a center 53 (cross-sectional center) of the end surface 52 having the fuel injection ports 51, and a center 43 (cross-sectional center) of the inlet opening 41 of the premixing duct 40. Are arranged to face each other. Further, the main fuel injection unit 50 is arranged so that the extending direction of the main fuel injection unit 50 corresponds to the longitudinal direction of the inlet opening 41.

ここで、メイン燃料噴射部50の端面52は、予混合ダクト40の入口開口41よりも予混合ダクト40の外側(図3では左側)に0〜5mmに位置することが好ましい。メイン燃料噴射部50の端面52を上記した位置となるように構成することで、予混合ダクト40の入口開口41における流れを乱さず、かつ燃料Fが予混合ダクト40の外に漏れ出ることもない。   Here, it is preferable that the end surface 52 of the main fuel injection unit 50 is positioned at 0 to 5 mm outside the premixing duct 40 (on the left side in FIG. 3) rather than the inlet opening 41 of the premixing duct 40. By configuring the end face 52 of the main fuel injection unit 50 to be in the above-described position, the flow at the inlet opening 41 of the premixing duct 40 is not disturbed, and the fuel F leaks out of the premixing duct 40. Absent.

なお、メイン燃料噴射部50の端面52が、予混合ダクト40の入口開口41よりも予混合ダクト40の外側に0mmに位置する場合とは、端面52と入口開口41が同一平面上にある場合である。この場合、端面52の中心53と入口開口41の中心43とが一致する。一方、メイン燃料噴射部50の端面52は、予混合ダクト40の入口開口41よりも予混合ダクト40の外側にある場合(上記0mmの位置の場合を含まない)には、端面52の中心53は、入口開口41の中心43と距離をあけた対向する位置となる。   The case where the end face 52 of the main fuel injection section 50 is located at 0 mm outside the premixing duct 40 than the inlet opening 41 of the premixing duct 40 is when the end face 52 and the inlet opening 41 are on the same plane. It is. In this case, the center 53 of the end face 52 and the center 43 of the inlet opening 41 coincide. On the other hand, when the end face 52 of the main fuel injection section 50 is located outside the premixing duct 40 with respect to the inlet opening 41 of the premixing duct 40 (not including the case of the 0 mm position), the center 53 of the end face 52 is provided. Is a position facing the center 43 of the inlet opening 41 at a distance.

メイン燃料噴射部50の端面52における、幅T1方向の中心を通る中心線Mが、端面52の両端縁54とそれぞれ交わる2点(P、Q)間の距離Lは、中心線Mの延長線が予混合ダクト40の入口開口41の両端縁44とそれぞれ交わる2点(R、S)間の距離Wの1/2倍以上に設定されることが好ましい。   The distance L between two points (P, Q) at which the center line M passing through the center in the width T1 direction on the end surface 52 of the main fuel injection unit 50 intersects with both end edges 54 of the end surface 52 is an extension of the center line M. Is preferably set to be 1/2 or more times the distance W between the two points (R, S) intersecting the both end edges 44 of the inlet opening 41 of the premixing duct 40.

距離Lをこの範囲とすることが好ましいのは、距離Lが距離Wの1/2倍未満の場合には、予混合ダクト40内における燃料Fと空気ARの混合が促進されず、NOxの排出量が増加するからである。なお、距離Lの上限は、距離Wとなる。   It is preferable to set the distance L within this range. When the distance L is less than ½ times the distance W, the mixing of the fuel F and the air AR in the premixing duct 40 is not promoted, and NOx is discharged. This is because the amount increases. The upper limit of the distance L is the distance W.

ここでは、図4に示すように、メイン燃料噴射部50の端面52が、燃焼器ライナ22の周方向に沿う方向に曲率を有して延設されている一例を示したが、この形状に限られるものではない。図6は、第1の実施の形態のガスタービン燃焼器10における、他の形状のメイン燃料噴射部50を、予混合ダクト40の入口開口41側から見たときの平面図である。なお、図6では、メイン燃料噴射部50と予混合ダクト40の入口開口41との位置関係を説明するために、予混合ダクト40の入口開口41の形状を破線で示している。   Here, as shown in FIG. 4, an example is shown in which the end surface 52 of the main fuel injection unit 50 is extended with a curvature in a direction along the circumferential direction of the combustor liner 22. It is not limited. FIG. 6 is a plan view of the main fuel injection unit 50 having another shape in the gas turbine combustor 10 according to the first embodiment when viewed from the inlet opening 41 side of the premixing duct 40. In FIG. 6, the shape of the inlet opening 41 of the premixing duct 40 is indicated by a broken line in order to explain the positional relationship between the main fuel injection unit 50 and the inlet opening 41 of the premixing duct 40.

図6に示すように、メイン燃料噴射部50の端面52が一方の方向に直線的に延設されるようにメイン燃料噴射部50を構成してもよい。この場合、幅T1方向の中心を通る中心線Mは直線となる。   As shown in FIG. 6, the main fuel injection unit 50 may be configured such that the end surface 52 of the main fuel injection unit 50 extends linearly in one direction. In this case, the center line M passing through the center in the width T1 direction is a straight line.

なお、この場合においても、燃料噴射口51を有する端面52の中心53と、予混合ダクト40の入口開口41の中心43とが対向または一致するように配置されている。また、メイン燃料噴射部50の延設方向と入口開口41の長手方向とを対応させて、メイン燃料噴射部50が配置されている。メイン燃料噴射部50の端面52が直線的に延設されているため、この場合における幅T1方向は、端面52の延設方向に対して垂直な方向となる。   In this case as well, the center 53 of the end face 52 having the fuel injection port 51 and the center 43 of the inlet opening 41 of the premixing duct 40 are arranged so as to face each other or coincide with each other. Further, the main fuel injection unit 50 is arranged so that the extending direction of the main fuel injection unit 50 corresponds to the longitudinal direction of the inlet opening 41. Since the end surface 52 of the main fuel injection unit 50 extends linearly, the width T1 direction in this case is a direction perpendicular to the extending direction of the end surface 52.

上記した第1の実施の形態のガスタービン燃焼器10によれば、メイン燃料噴射部50の下流側には、渦流は形成されない。そのため、燃焼室23の火炎が予混合ダクト40内に進入した場合においても、メイン燃料噴射部50の下流側に保炎せず、予混合ダクト40の焼損を防止することができる。また、予混合ダクト40内における燃料Fと空気ARの混合が促進され、NOxの排出量を低減することができる。   According to the gas turbine combustor 10 of the first embodiment described above, no vortex is formed on the downstream side of the main fuel injection unit 50. Therefore, even when the flame of the combustion chamber 23 enters the premixing duct 40, the premixing duct 40 can be prevented from being burned without holding the flame downstream of the main fuel injection unit 50. Further, the mixing of the fuel F and the air AR in the premixing duct 40 is promoted, and the NOx emission amount can be reduced.

(第2の実施の形態)
図7は、第2の実施の形態のガスタービン燃焼器10におけるメイン燃料噴射部50を、予混合ダクト40の入口開口41側から見たときの平面図である。なお、図7では、メイン燃料噴射部50と予混合ダクト40の入口開口41との位置関係を説明するために、予混合ダクト40の入口開口41の形状を破線で示している。また、第1の実施の形態のガスタービン燃焼器10の構成と同一の構成部分には、同一の符号を付して重複する説明を省略または簡略する。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a plan view of the main fuel injection unit 50 in the gas turbine combustor 10 according to the second embodiment when viewed from the inlet opening 41 side of the premixing duct 40. In FIG. 7, the shape of the inlet opening 41 of the premixing duct 40 is indicated by a broken line in order to explain the positional relationship between the main fuel injection unit 50 and the inlet opening 41 of the premixing duct 40. Further, the same components as those of the gas turbine combustor 10 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted or simplified.

第2の実施の形態のガスタービン燃焼器10におけるメイン燃料噴射部50においては、燃料噴射口51の構成が、第1の施の形態のメイン燃料噴射部50の燃料噴射口51の構成と異なるため、この異なる構成について主に説明する。   In the main fuel injection unit 50 in the gas turbine combustor 10 of the second embodiment, the configuration of the fuel injection port 51 is different from the configuration of the fuel injection port 51 of the main fuel injection unit 50 of the first embodiment. Therefore, this different configuration will be mainly described.

図7に示すように、メイン燃料噴射部50の燃料噴射口51は、幅T2を有して端面52の延設方向に連続して形成されたスリットで構成されている。メイン燃料噴射部50の端面52は、第1の実施の形態と同様に、燃焼器ライナ22の周方向に沿う方向に曲率を有して延設される。また、前述した理由と同様の理由から、幅T1は、幅T1方向の燃料噴射口51の幅T2の2倍以下、かつ幅T2以上であることが好ましい。   As shown in FIG. 7, the fuel injection port 51 of the main fuel injection unit 50 is configured by a slit having a width T <b> 2 and continuously formed in the extending direction of the end surface 52. The end surface 52 of the main fuel injection unit 50 is extended with a curvature in a direction along the circumferential direction of the combustor liner 22, as in the first embodiment. For the same reason as described above, the width T1 is preferably not more than twice the width T2 of the fuel injection port 51 in the width T1 direction and not less than the width T2.

ここで、燃料噴射口51をスリットとした場合においても、幅T1が幅T2と等しくなるときのメイン燃料噴射部50の断面は、図5に示したように、燃料噴射口51の上流側(図5では左側)から流路断面積が徐々に広がり、端面52において幅T1と幅T2とが等しくなっている。   Here, even when the fuel injection port 51 is a slit, the cross section of the main fuel injection unit 50 when the width T1 is equal to the width T2 is the upstream side of the fuel injection port 51 as shown in FIG. The channel cross-sectional area gradually increases from the left side in FIG. 5, and the width T1 and the width T2 are equal at the end face 52.

第1の実施の形態において燃料噴射口51の孔径を所定の範囲(1mm〜5mm)に設定したのと同様の理由から、燃料噴射口51のスリットの幅T2は、1mm〜1.5mm程度に設定することが好ましい。また、距離Lと距離Wの関係、および距離Uの範囲は、第1の実施の形態におけるそれらと同じである。   For the same reason that the hole diameter of the fuel injection port 51 is set within a predetermined range (1 mm to 5 mm) in the first embodiment, the width T2 of the slit of the fuel injection port 51 is about 1 mm to 1.5 mm. It is preferable to set. Further, the relationship between the distance L and the distance W and the range of the distance U are the same as those in the first embodiment.

最適な燃料噴射口51を得るためには、スリットの幅T2と距離Lを適正な範囲で構成することが必要となる。そこで、ガスタービンの作動条件に基づいて、上記した範囲内で、スリットの幅T2と距離Lを設定することとした。   In order to obtain the optimum fuel injection port 51, it is necessary to configure the slit width T2 and the distance L within an appropriate range. Therefore, the slit width T2 and the distance L are set within the above-described range based on the operating conditions of the gas turbine.

ここでは、図7に示すように、メイン燃料噴射部50の端面52が、燃焼器ライナ22の周方向に沿う方向に曲率を有して延設されている一例を示したが、この形状に限られるものではない。第1の実施の形態において図6を参照して説明したように、メイン燃料噴射部50の端面52が一方の方向に直線的に延設されるようにメイン燃料噴射部50を構成してもよい。   Here, as shown in FIG. 7, an example is shown in which the end surface 52 of the main fuel injection unit 50 is extended with a curvature in a direction along the circumferential direction of the combustor liner 22. It is not limited. As described with reference to FIG. 6 in the first embodiment, the main fuel injection unit 50 may be configured such that the end surface 52 of the main fuel injection unit 50 extends linearly in one direction. Good.

上記した第2の実施の形態のガスタービン燃焼器10によれば、メイン燃料噴射部50の下流側には、渦流は形成されない。そのため、燃焼室23の火炎が予混合ダクト40内に進入した場合においても、メイン燃料噴射部50の下流側に保炎せず、予混合ダクト40の焼損を防止することができる。また、予混合ダクト40内における燃料Fと空気ARの混合が促進され、NOxの排出量を低減することができる。   According to the gas turbine combustor 10 of the second embodiment described above, no vortex is formed on the downstream side of the main fuel injection unit 50. Therefore, even when the flame of the combustion chamber 23 enters the premixing duct 40, the premixing duct 40 can be prevented from being burned without holding the flame downstream of the main fuel injection unit 50. Further, the mixing of the fuel F and the air AR in the premixing duct 40 is promoted, and the NOx emission amount can be reduced.

(メイン燃料噴射部50の幅T1が保炎に及ぼす影響)
ここでは、図4に示されたメイン燃料噴射部50を使用して、幅T1が保炎に及ぼす影響を調べた。
(Effect of width T1 of main fuel injection unit 50 on flame holding)
Here, the main fuel injection unit 50 shown in FIG. 4 was used to examine the influence of the width T1 on the flame holding.

ここでは、7個の燃料噴射口51を端面52の延設方向に均等に形成した。また、距離Lを距離Wの0.7倍、距離Uを幅T2の0.95倍とした。メイン燃料噴射部50の端面52が、予混合ダクト40の入口開口41から予混合ダクト40の外側に0mmの位置となるように設定した。すなわち、端面52と入口開口41とが同一平面上に位置するように設定した。そして、幅T1を変化させて、メイン燃料噴射部50の下流側に保炎するか否かを調べた。   Here, the seven fuel injection ports 51 are formed uniformly in the extending direction of the end surface 52. The distance L is 0.7 times the distance W, and the distance U is 0.95 times the width T2. The end face 52 of the main fuel injection unit 50 was set to be 0 mm from the inlet opening 41 of the premixing duct 40 to the outside of the premixing duct 40. That is, the end face 52 and the inlet opening 41 are set so as to be located on the same plane. Then, the width T1 was changed to check whether or not the flame was held downstream of the main fuel injection unit 50.

なお、メイン燃料噴射部50から予混合ダクト40内に噴射される燃料(天然ガス)の流量、予混合ダクト40に流入する空気の流量を全負荷運転時の条件の流量とした。また、保炎の有無は、目視により観察した。   The flow rate of fuel (natural gas) injected into the premixing duct 40 from the main fuel injection unit 50 and the flow rate of air flowing into the premixing duct 40 were set as the flow rates under the conditions of full load operation. The presence or absence of flame holding was observed visually.

図8は、幅T1が保炎に及ぼす影響を調べた試験結果を示す図である。ここで、横軸は、幅T1を幅T2で示したものであり、例えば、2×T2とは、幅T1が幅T2の2倍であることを示す。縦軸は、保炎範囲の割合を示している。   FIG. 8 is a diagram showing test results for examining the influence of the width T1 on flame holding. Here, the horizontal axis indicates the width T1 as the width T2. For example, 2 × T2 indicates that the width T1 is twice the width T2. The vertical axis represents the ratio of the flame holding range.

この保炎範囲の割合は、数値流体力学(CFD)によって数値解析された結果に基づいて、メイン燃料噴射部50の下流側に保炎する火炎の軸方向に垂直な断面において火炎の断面積が最大となる断面における火炎の最大断面積を算出し、その最大断面積を、その最大断面積が得られる断面と同じ断面における予混合ダクト40内の通路断面積で除すことで得られる。   The ratio of the flame holding range is based on the result of the numerical analysis by computational fluid dynamics (CFD), and the cross sectional area of the flame in the cross section perpendicular to the axial direction of the flame that holds the flame downstream of the main fuel injection unit 50. The maximum cross-sectional area of the flame in the maximum cross section is calculated, and the maximum cross-sectional area is obtained by dividing the maximum cross-sectional area by the passage cross-sectional area in the premixing duct 40 in the same cross section from which the maximum cross-sectional area is obtained.

試験において、保炎範囲の割合が、図8に破線で示した保炎限界線以下である場合には、メイン燃料噴射部50の下流側に保炎しないことが確認された。図8に示すように、幅T1が幅T2の2倍の設定(2×T2)では、保炎限界線を下回っていることがわかる。すなわち、幅T1が幅T2の2倍以下、かつ幅T2以上の範囲では、メイン燃料噴射部50の下流側に保炎しないことがわかる。   In the test, when the ratio of the flame holding range is equal to or less than the flame holding limit line indicated by the broken line in FIG. 8, it was confirmed that no flame holding was performed downstream of the main fuel injection unit 50. As shown in FIG. 8, it can be seen that when the width T1 is set to twice the width T2 (2 × T2), it is below the flame holding limit line. That is, it is understood that the flame is not held downstream of the main fuel injection unit 50 when the width T1 is not more than twice the width T2 and not less than the width T2.

なお、ここでは図示していないが、第2の実施の形態のように、燃料噴射口51をスリットで構成した場合においても、図8に示した結果と同様の結果が得られた。   Although not shown here, a result similar to the result shown in FIG. 8 was obtained even when the fuel injection port 51 was formed of a slit as in the second embodiment.

(メイン燃料噴射部50の距離LがNOx排出量に及ぼす影響)
ここでは、距離LがNOx排出量に及ぼす影響を調べた。
(Effect of distance L of main fuel injection unit 50 on NOx emission amount)
Here, the influence of the distance L on the NOx emission amount was examined.

メイン燃料噴射部50として、図4に示されたメイン燃料噴射部50を使用し、燃料噴射口51が2個、3個、7個の仕様を構成した。メイン燃料噴射部50の幅T1を幅T2の2倍とした。メイン燃料噴射部50において、距離Uを幅T2の0.95倍とし、燃料噴射口51を端面52の延設方向に均等に形成した。   The main fuel injection unit 50 shown in FIG. 4 was used as the main fuel injection unit 50, and the specifications of the fuel injection ports 51 were 2, 3, and 7. The width T1 of the main fuel injection unit 50 is set to twice the width T2. In the main fuel injection section 50, the distance U is 0.95 times the width T2, and the fuel injection ports 51 are formed uniformly in the extending direction of the end face 52.

また、メイン燃料噴射部50として、図7に示されたメイン燃料噴射部50を使用し、燃料噴射口51がスリットの仕様を構成した。この仕様においても、メイン燃料噴射部50の幅T1を幅T2の2倍とし、距離Uを幅T2の0.95倍とした。   Moreover, the main fuel injection part 50 shown by FIG. 7 was used as the main fuel injection part 50, and the fuel injection port 51 comprised the specification of the slit. Also in this specification, the width T1 of the main fuel injection unit 50 is set to twice the width T2, and the distance U is set to 0.95 times the width T2.

上記した4種類のメイン燃料噴射部50において、距離Lを変化させて、NOx排出量に及ぼす影響を調べた。図9は、距離LがNOx排出量に及ぼす影響を調べた試験結果を示す図である。   In the four types of main fuel injection units 50 described above, the influence on the NOx emission amount was examined by changing the distance L. FIG. 9 is a diagram illustrating test results obtained by examining the influence of the distance L on the NOx emission amount.

ここで、横軸は、距離Lを距離Wで示したものであり、例えば、0.5Wとは、距離Lが距離Wの1/2倍であることを示す。縦軸は、予混合ダクト40の3箇所の出口における燃料濃度の標準偏差を示す。この標準偏差が小さいほど、燃料と空気の混合が促進され、予混合気における燃料濃度が均一となり、NOx排出量は減少する。また、図9に示された結果は、流体混合解析によって得られたものである。   Here, the horizontal axis indicates the distance L as the distance W. For example, 0.5 W indicates that the distance L is ½ times the distance W. The vertical axis indicates the standard deviation of the fuel concentration at the three outlets of the premixing duct 40. The smaller the standard deviation is, the more the fuel and air are mixed, the fuel concentration in the premixed gas becomes uniform, and the NOx emission amount decreases. Further, the result shown in FIG. 9 is obtained by fluid mixing analysis.

図9には、燃焼器出口温度が、1100℃(低)、1300℃(中)、1500℃(高)における、NOx排出量に影響を与えない標準偏差を破線で示している。例えば、燃焼器出口温度が1100℃(低)の場合、この破線以下の標準偏差では、NOx排出量に影響を及ぼさない。   In FIG. 9, standard deviations that do not affect the NOx emission amount when the combustor outlet temperature is 1100 ° C. (low), 1300 ° C. (medium), and 1500 ° C. (high) are indicated by broken lines. For example, when the combustor outlet temperature is 1100 ° C. (low), the standard deviation below this broken line does not affect the NOx emission amount.

なお、燃焼器出口温度が1100℃(低)の場合において破線以下の標準偏差となっていても、燃焼器出口温度が1300℃(中)の場合において破線を超える標準偏差となるときには、燃焼器出口温度が1300℃(中)の運転条件では、NOx排出量に影響を及ぼすこととなる。すなわち、すべての温度条件における破線以下の標準偏差となる場合に、燃焼器出口温度によらず、NOx排出量に影響を及ぼさないこととなる。   When the combustor outlet temperature is 1100 ° C. (low), the standard deviation is less than the broken line, but when the combustor outlet temperature is 1300 ° C. (medium), the standard deviation exceeds the broken line. Under the operating condition where the outlet temperature is 1300 ° C. (medium), the NOx emission amount is affected. That is, when the standard deviation is below the broken line in all temperature conditions, the NOx emission amount is not affected regardless of the combustor outlet temperature.

図9に示すように、燃料噴射口51が7個の場合、および燃料噴射口51がスリットの場合、距離Lが、0.5W以上、すなわち、距離Wの1/2倍以上では、すべての燃焼器出口温度条件の破線以下の標準偏差が得られることがわかる。すなわち、これらの燃料噴射口51を備えるメイン燃料噴射部50において、距離Lを距離Wの1/2倍以上とすることで、燃料と空気の混合が促進され、NOx排出量を減少できることがわかる。   As shown in FIG. 9, when there are seven fuel injection ports 51 and when the fuel injection ports 51 are slits, when the distance L is 0.5 W or more, that is, at least 1/2 times the distance W, all It can be seen that a standard deviation below the broken line of the combustor outlet temperature condition is obtained. That is, in the main fuel injection part 50 having these fuel injection ports 51, it can be understood that mixing the fuel and air can be promoted and the NOx emission amount can be reduced by setting the distance L to be 1/2 or more times the distance W. .

以上説明した実施形態によれば、NOxの排出量を低減することができるとともに、予混合気を形成する予混合ダクトの焼損を防止することが可能となる。   According to the embodiment described above, it is possible to reduce the NOx emission amount and to prevent the premixing duct forming the premixed gas from being burned out.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10…ガスタービン燃焼器、20…ガスタービンケーシング、21…外筒、22…燃焼器ライナ、23…燃焼室、24…空気通路、25…ヘッドプレート、30…パイロット燃料噴射部、31…拡散燃焼用燃料噴射部、32…予混燃焼用燃料噴射部、40…予混合ダクト、41…入口開口、42…出口、43,53…中心、44,54…端縁、50…メイン燃料噴射部、51…燃料噴射口、52…端面、150…ガスタービン、151…圧縮機、152…タービン、153…トランジションピース、F…燃料、AR…空気。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Gas turbine combustor, 20 ... Gas turbine casing, 21 ... Outer cylinder, 22 ... Combustor liner, 23 ... Combustion chamber, 24 ... Air passage, 25 ... Head plate, 30 ... Pilot fuel injection part, 31 ... Diffusion combustion Fuel injection part, 32 ... Premixed combustion fuel injection part, 40 ... Premixing duct, 41 ... Inlet opening, 42 ... Outlet, 43, 53 ... Center, 44, 54 ... Edge, 50 ... Main fuel injection part, DESCRIPTION OF SYMBOLS 51 ... Fuel injection port, 52 ... End surface, 150 ... Gas turbine, 151 ... Compressor, 152 ... Turbine, 153 ... Transition piece, F ... Fuel, AR ... Air.

Claims (7)

筒状の燃焼室を形成する燃焼器ライナと、
前記燃焼器ライナの頭部の中央に設けられたパイロット燃料噴射部と、
前記燃焼器ライナの外周に前記燃焼器ライナの軸方向に沿って延設され、前記燃焼室に、燃料と空気からなる予混合気を供給する予混合ダクトと、
燃料噴射口が前記予混合ダクトの入口開口に対向するように設けられたメイン燃料噴射部と
を備えるガスタービン燃焼器であって、
前記燃料噴射口を有する前記メイン燃料噴射部の端面が、幅T1を有して一方の方向に延設され、前記幅T1が、前記幅T1方向の前記燃料噴射口の幅T2の2倍以下、かつ前記幅T2以上であることを特徴とするガスタービン燃焼器。
A combustor liner that forms a cylindrical combustion chamber;
A pilot fuel injection section provided in the center of the head of the combustor liner;
A premixing duct that extends along the axial direction of the combustor liner on the outer periphery of the combustor liner, and supplies a premixed gas composed of fuel and air to the combustion chamber;
A gas turbine combustor comprising a main fuel injection portion provided so that a fuel injection port faces an inlet opening of the premixing duct,
An end face of the main fuel injection portion having the fuel injection port has a width T1 and extends in one direction, and the width T1 is not more than twice the width T2 of the fuel injection port in the width T1 direction. And a gas turbine combustor having the width T2 or more.
前記予混合ダクトの入口開口の中心と、前記燃料噴射口を有する端面の中心とが対向または一致し、かつ前記メイン燃料噴射部の延設方向と前記入口開口の長手方向とを対応させて、前記メイン燃料噴射部が配置され、
前記メイン燃料噴射部の端面における、前記幅T1方向の中心を通る中心線が端面の両端縁と交わる2点間の距離Lが、前記中心線の延長線が前記入口開口の両端縁と交わる2点間の距離Wの1/2倍以上であることを特徴とする請求項1記載のガスタービン燃焼器。
The center of the inlet opening of the premixing duct and the center of the end face having the fuel injection port face or coincide with each other, and the extending direction of the main fuel injection portion and the longitudinal direction of the inlet opening correspond to each other, The main fuel injection part is disposed;
The distance L between two points where the center line passing through the center in the width T1 direction on the end face of the main fuel injection portion intersects with both end edges of the end face is 2 and the extension line of the center line intersects with both end edges of the inlet opening The gas turbine combustor according to claim 1, wherein the distance is more than ½ times the distance W between the points.
前記メイン燃料噴射部の燃料噴射口が、前記延設方向に均等に形成され、前記幅T2に相当する孔径を有する5個以上の孔で構成されていることを特徴とする請求項1または2記載のガスタービン燃焼器。   3. The fuel injection port of the main fuel injection unit is formed of five or more holes that are formed uniformly in the extending direction and have a hole diameter corresponding to the width T2. The gas turbine combustor as described. 前記メイン燃料噴射部の燃料噴射口が、前記幅T2を有して前記延設方向に形成されたスリットで構成されていることを特徴とする請求項1または2記載のガスタービン燃焼器。   3. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein a fuel injection port of the main fuel injection unit is configured by a slit having the width T <b> 2 and formed in the extending direction. 4. 前記メイン燃料噴射部の端面が、前記燃焼器ライナの周方向に沿う方向に延設されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のガスタービン燃焼器。   The gas turbine combustor according to any one of claims 1 to 4, wherein an end surface of the main fuel injection portion is extended in a direction along a circumferential direction of the combustor liner. 前記メイン燃料噴射部の端面が、一方の方向に直線的に延設されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のガスタービン燃焼器。   The gas turbine combustor according to any one of claims 1 to 4, wherein an end face of the main fuel injection portion extends linearly in one direction. 請求項1乃至6のいずれか1項記載のガスタービン燃焼器を備えることを特徴とするガスタービン。   A gas turbine comprising the gas turbine combustor according to any one of claims 1 to 6.
JP2012018507A 2012-01-31 2012-01-31 Gas turbine combustor and gas turbine Active JP5677335B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012018507A JP5677335B2 (en) 2012-01-31 2012-01-31 Gas turbine combustor and gas turbine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012018507A JP5677335B2 (en) 2012-01-31 2012-01-31 Gas turbine combustor and gas turbine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013155981A true JP2013155981A (en) 2013-08-15
JP5677335B2 JP5677335B2 (en) 2015-02-25

Family

ID=49051343

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012018507A Active JP5677335B2 (en) 2012-01-31 2012-01-31 Gas turbine combustor and gas turbine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5677335B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015114096A (en) * 2013-12-06 2015-06-22 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Late lean injection manifold mixing system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06272826A (en) * 1993-03-16 1994-09-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Burner for gas fuel
JP2006017381A (en) * 2004-07-01 2006-01-19 Hitachi Ltd Coaxial jet flow type combustor
JP2007232234A (en) * 2006-02-28 2007-09-13 Hitachi Ltd Combustion device, combustion method of combustion device, and remodeling method of combustion device
US20100089066A1 (en) * 2007-05-15 2010-04-15 Alstom Technology Ltd Cool flame combustion

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06272826A (en) * 1993-03-16 1994-09-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Burner for gas fuel
JP2006017381A (en) * 2004-07-01 2006-01-19 Hitachi Ltd Coaxial jet flow type combustor
JP2007232234A (en) * 2006-02-28 2007-09-13 Hitachi Ltd Combustion device, combustion method of combustion device, and remodeling method of combustion device
US20100089066A1 (en) * 2007-05-15 2010-04-15 Alstom Technology Ltd Cool flame combustion

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015114096A (en) * 2013-12-06 2015-06-22 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ Late lean injection manifold mixing system

Also Published As

Publication number Publication date
JP5677335B2 (en) 2015-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10072848B2 (en) Fuel injector with premix pilot nozzle
JP6285022B2 (en) Combustion device for gas turbine engine
JP6285081B2 (en) Combustion device for gas turbine engine
US9719419B2 (en) Gas turbine combustor with top hat nozzle arrangements
JP5057821B2 (en) Equipment for injecting a mixture of air and fuel, both combustion chambers and turbomachines equipped with such equipment
US20120031102A1 (en) Turbine combustor with fuel nozzles having inner and outer fuel circuits
JP6228434B2 (en) Gas turbine combustor
US20160377290A1 (en) Gas turbine combustor
JP2015513063A (en) Turbomachine combustor assembly
JP2006112776A (en) Low-cost dual-fuel combustor and related method
JP2011196681A (en) Combustor with pre-mixing primary fuel-nozzle assembly
TWI576509B (en) Nozzle, combustor, and gas turbine
US10240795B2 (en) Pilot burner having burner face with radially offset recess
JP2009281689A (en) Combustion device and control method of the combustion device
JP2021175925A (en) Gas turbine combustor
JP2013140007A (en) Flowsleeve of turbomachine component
JP2019215138A (en) Multi-nozzle burner and combustor
JP5677335B2 (en) Gas turbine combustor and gas turbine
JP2011111964A (en) Gas turbine combustor
JP2014178107A (en) Diffusion combustor fuel nozzle for limiting NOx emissions
US11015810B2 (en) Combustor nozzle assembly and gas turbine having the same
JP2016186387A (en) Gas turbine combustor and gas turbine
US20170198913A1 (en) Fuel injection system for a turbine engine
JP2008082590A (en) Gas turbine combustor
JP6038674B2 (en) Gas turbine combustor and gas turbine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140115

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140918

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140924

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20141107

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20141202

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20141226

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5677335

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151