JP2014118845A - Fuel nozzle, combustion burner, gas turbine combustor, and gas turbine - Google Patents
Fuel nozzle, combustion burner, gas turbine combustor, and gas turbine Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014118845A JP2014118845A JP2012272855A JP2012272855A JP2014118845A JP 2014118845 A JP2014118845 A JP 2014118845A JP 2012272855 A JP2012272855 A JP 2012272855A JP 2012272855 A JP2012272855 A JP 2012272855A JP 2014118845 A JP2014118845 A JP 2014118845A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- pressure
- passage
- nozzle
- low
- 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
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、燃料を噴射する燃料ノズル、燃焼バーナ、ガスタービン燃焼器及びガスタービンに関するものである。 The present invention relates to a fuel nozzle for injecting fuel, a combustion burner, a gas turbine combustor, and a gas turbine.
従来、燃料ノズルとして、燃料圧力(燃圧)に応じて、燃料が通過する面積の大きさを変化させる可変面積燃料ノズルが知られている(例えば、特許文献1参照)。この燃料ノズルは、ガスタービンエンジンの部品として用いられる場合、タービンの負荷等に応じて、燃料が通過する面積の大きさを変化させており、これにより、燃料の噴射量を変化させている。 Conventionally, as a fuel nozzle, a variable area fuel nozzle that changes the size of the area through which the fuel passes according to the fuel pressure (fuel pressure) is known (see, for example, Patent Document 1). When this fuel nozzle is used as a component of a gas turbine engine, the size of the area through which the fuel passes is changed according to the load of the turbine and the like, thereby changing the fuel injection amount.
ところで、ガスタービン燃焼器には、燃料ノズルと、燃料ノズルから噴射された燃料と燃焼用空気とを予め混合させた予混合気が流通する予混合気流通通路と、が設けられている。この燃料ノズルは、内部を流通する燃料の圧力(燃圧)が、発電機負荷に応じて変化する。つまり、ガスタービン燃焼器における燃料の噴射量は、所定の割合となるように調整されることから、発電機負荷を上げれば、燃料の噴射量を多くすべく燃圧を高くする一方で、発電機負荷を下げれば、燃料の噴射量を少なくすべく燃圧を低くする。ガスタービンの発電機負荷が低い場合としては、例えば、ガスタービンが着火(起動)してから定格運転に到達するまでの運転である部分負荷運転を行う場合である。 By the way, the gas turbine combustor is provided with a fuel nozzle and a premixed gas flow passage through which a premixed gas in which fuel injected from the fuel nozzle and combustion air are mixed in advance flows. In the fuel nozzle, the pressure (fuel pressure) of the fuel flowing through the fuel nozzle changes according to the generator load. That is, since the fuel injection amount in the gas turbine combustor is adjusted to a predetermined ratio, if the generator load is increased, the fuel pressure is increased to increase the fuel injection amount, while the generator If the load is lowered, the fuel pressure is lowered to reduce the fuel injection amount. The case where the generator load of the gas turbine is low is, for example, a case where a partial load operation that is an operation from when the gas turbine is ignited (started) until reaching the rated operation is performed.
ここで、ガスタービン燃焼器は、ガスタービンが全負荷運転を行う場合、燃料ノズルの燃圧と予混合気流通通路内の圧力との燃料差圧が高くなる一方で、ガスタービンが部分負荷運転を行う場合、燃料ノズルの燃圧と予混合気流通通路内の圧力との燃料差圧が低くなる。予混合気流通通路内の燃料の濃度分布を一定にし、薄くなると燃料の燃焼が好適に行われない場合がある。この場合、予混合気の燃料成分の全てを燃焼させることが困難となることから、未燃成分が発生し、燃焼を保つことが難しくなる。 Here, in the gas turbine combustor, when the gas turbine performs full load operation, while the fuel differential pressure between the fuel pressure of the fuel nozzle and the pressure in the premixed gas passage increases, the gas turbine performs partial load operation. When performing, the fuel differential pressure of the fuel pressure of a fuel nozzle and the pressure in a premixed gas distribution channel becomes low. If the fuel concentration distribution in the premixed gas passage is made constant and becomes thinner, the fuel may not be burned suitably. In this case, since it becomes difficult to burn all the fuel components of the premixed gas, unburned components are generated, and it is difficult to maintain combustion.
ここで、特許文献1に示す燃料ノズルは、タービンの負荷等に応じて、燃料が通過する面積の大きさを変化させているものの、燃料差圧に応じて、予混合気流通通路内の燃料の濃度分布を最適に形成する構成とはなっておらず、燃料差圧に適した燃料の濃度分布にすることは依然として困難である。 Here, although the fuel nozzle shown in Patent Document 1 changes the size of the area through which the fuel passes according to the load of the turbine and the like, the fuel in the premixed gas distribution passage depends on the fuel differential pressure. However, it is still difficult to obtain a fuel concentration distribution suitable for the fuel differential pressure.
そこで、本発明は、燃料差圧に適した燃料の濃度分布とすることで、燃料を好適に燃焼させることができる燃料ノズル、燃焼バーナ、ガスタービン燃焼器及びガスタービンを提供することを課題とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a fuel nozzle, a combustion burner, a gas turbine combustor, and a gas turbine that can suitably burn fuel by setting the fuel concentration distribution suitable for the fuel differential pressure. To do.
本発明の燃料ノズルは、燃料と燃焼用空気とを予め混合させた予混合気が流通する予混合気流通通路の内部に、燃料を噴射する燃料ノズルにおいて、燃料が流通する燃料通路と、燃料通路に連通し、燃料が噴射される低圧噴射孔と、燃料通路に連通し、燃料が噴射される高圧噴射孔と、燃料通路内の燃圧に応じて、高圧噴射孔からの燃料の噴射を切り替え可能な噴射切替機構と、を備え、噴射切替機構は、燃料通路内の燃圧が低い場合に、高圧噴射孔から燃料を噴射させずに、低圧噴射孔から燃料を噴射させる一方で、燃料通路内の燃圧が高い場合に、少なくとも高圧噴射孔から燃料を噴射させることを特徴とする。 The fuel nozzle of the present invention is a fuel nozzle that injects fuel into a premixed gas distribution passage through which a premixed gas in which fuel and combustion air are premixed flows, The injection of fuel from the high-pressure injection hole is switched according to the fuel pressure in the fuel passage, the low-pressure injection hole that communicates with the passage, the fuel is injected, the high-pressure injection hole that communicates with the fuel passage, and the fuel passage. An injection switching mechanism capable of injecting fuel from the low pressure injection hole without injecting fuel from the high pressure injection hole when the fuel pressure in the fuel passage is low. When the fuel pressure is high, the fuel is injected at least from the high-pressure injection hole.
この構成によれば、燃料通路内の燃圧が低い場合、低圧噴射孔から燃料を噴射することができる。このため、予混合気流通通路を流通する予混合気の燃料の濃度分布は、低圧噴射孔から噴射された燃料によって形成することができる。つまり、低圧噴射孔を所定の位置に設け、低圧噴射孔から燃料を噴射することで、低い燃圧となる運転時(例えば、燃料差圧の低い部分負荷運転時)に最適な燃料の濃度分布とすることができる。一方で、燃料通路内の燃圧が高い場合、少なくとも高圧噴射孔から燃料を噴射することができる。このため、予混合気流通通路を流通する予混合気の燃料の濃度分布は、高圧噴射孔から噴射された燃料によって形成することができる。つまり、高圧噴射孔を所定の位置に設け、高圧噴射孔から燃料を噴射することで、高い燃圧となる運転時(例えば、燃料差圧の高い全負荷運転時)に最適な燃料の濃度分布とすることができる。なお、燃料通路内の燃圧が高い場合、高圧噴射孔と低圧噴射孔とから燃料を噴射する構成であることが好ましい。以上から、予混合気流通通路内の燃料の濃度分布を、燃料差圧に応じた最適な分布にすることができる。このため、予混合気を好適に燃焼させることができ、未燃成分の発生を抑制することができるため、燃焼安定性が向上する。 According to this configuration, when the fuel pressure in the fuel passage is low, fuel can be injected from the low pressure injection hole. For this reason, the concentration distribution of the fuel in the premixed gas flowing through the premixed gas distribution passage can be formed by the fuel injected from the low pressure injection holes. In other words, by providing a low-pressure injection hole at a predetermined position and injecting fuel from the low-pressure injection hole, it is possible to obtain an optimum fuel concentration distribution during operation at a low fuel pressure (for example, during partial load operation with a low fuel differential pressure). can do. On the other hand, when the fuel pressure in the fuel passage is high, fuel can be injected at least from the high-pressure injection hole. For this reason, the fuel concentration distribution of the premixed gas flowing through the premixed gas distribution passage can be formed by the fuel injected from the high-pressure injection holes. That is, by providing a high-pressure injection hole at a predetermined position and injecting fuel from the high-pressure injection hole, it is possible to obtain an optimum fuel concentration distribution during operation at a high fuel pressure (for example, at full load operation with a high fuel differential pressure). can do. When the fuel pressure in the fuel passage is high, it is preferable that the fuel is injected from the high-pressure injection hole and the low-pressure injection hole. As described above, the concentration distribution of the fuel in the premixed gas circulation passage can be made an optimum distribution according to the fuel differential pressure. For this reason, premixed gas can be combusted suitably and generation | occurrence | production of an unburned component can be suppressed, Therefore Combustion stability improves.
この場合、予混合気流通通路は、パイロットバーナの外側に設けられ、低圧噴射孔は、予混合気流通通路の内部において、パイロットバーナ側における燃料の濃度が、パイロットバーナの反対側における燃料の濃度に比して濃くなるような位置に設けられていることが好ましい。 In this case, the premixed gas circulation passage is provided outside the pilot burner, and the low-pressure injection hole has a fuel concentration on the pilot burner side and a fuel concentration on the opposite side of the pilot burner inside the premixed gas circulation passage. It is preferable to be provided at a position where it is darker than.
この構成によれば、予混合気流通通路内において、パイロットバーナ側の燃料の濃度を濃くすることができる。このため、予混合気流通通路を流通する予混合気の燃料成分を、パイロットバーナの燃焼によって燃焼させることができるため、未燃成分の発生をさらに抑制することができる。 According to this configuration, the fuel concentration on the pilot burner side can be increased in the premixed gas distribution passage. For this reason, since the fuel component of the premixed gas flowing through the premixed gas distribution passage can be burned by the combustion of the pilot burner, the generation of unburned components can be further suppressed.
この場合、予混合気の流れ方向に沿って延在するノズル棒と、ノズル棒の周囲に、所定の間隔を空けて設けられた複数の旋回翼と、を有し、燃料通路は、ノズル棒の内部から各旋回翼の内部に亘って形成され、低圧噴射孔は、複数の旋回翼のうち、一部の旋回翼に形成され、高圧噴射孔は、複数の旋回翼のうち、他の一部の旋回翼に形成されていることが好ましい。 In this case, it has a nozzle rod extending along the flow direction of the premixed gas, and a plurality of swirl vanes provided around the nozzle rod at predetermined intervals, and the fuel passage is a nozzle rod The low-pressure injection holes are formed in some of the plurality of swirling blades, and the high-pressure injection holes are the other of the plurality of swirling blades. It is preferable to be formed on the swirl vane of the part.
この構成によれば、燃料通路内の燃圧が低い場合、低圧噴射孔が形成された旋回翼から燃料を噴射することができる。一方で、燃料通路内の燃圧が高い場合、少なくとも高圧噴射孔が形成された旋回翼から燃料を噴射することができる。なお、燃料通路内の燃圧が高い場合、高圧噴射孔が形成された旋回翼と低圧噴射孔が形成された旋回翼とから燃料を噴射する構成であることが好ましい。このため、複数の旋回翼のうち、燃圧に応じて、旋回翼を選択することができることから、予混合気流通通路内の燃料の濃度分布を、最適な分布にすることができる。 According to this configuration, when the fuel pressure in the fuel passage is low, the fuel can be injected from the swirl vanes in which the low pressure injection holes are formed. On the other hand, when the fuel pressure in the fuel passage is high, the fuel can be injected from the swirl vanes in which at least the high-pressure injection holes are formed. When the fuel pressure in the fuel passage is high, it is preferable that the fuel is injected from the swirl vane formed with the high pressure injection hole and the swirl vane formed with the low pressure injection hole. For this reason, since a swirl | wing blade can be selected according to a fuel pressure among several swirl | wing blades, the density | concentration distribution of the fuel in a premixed gas distribution channel can be made into optimal distribution.
この場合、予混合気流通通路は、パイロットバーナの外側に設けられ、低圧噴射孔は、複数の旋回翼のうち、パイロットバーナの反対側に設けられる旋回翼に形成され、高圧噴射孔は、複数の旋回翼のうち、パイロットバーナ側に設けられる旋回翼に形成されていることが好ましい。 In this case, the premixed gas circulation passage is provided outside the pilot burner, the low pressure injection hole is formed in the swirl blade provided on the opposite side of the pilot burner among the plurality of swirl blades, and the plurality of high pressure injection holes are provided. Of these swirl vanes, the swirl blades provided on the pilot burner side are preferably formed.
この構成によれば、燃料通路内の燃圧が低い場合、パイロットバーナの反対側に位置する旋回翼の低圧噴射孔から燃料を噴射する。このとき、噴射された燃料と燃焼用空気との予混合気は、予混合気流通通路内を旋回することで、予混合気の燃料成分がパイロットバーナ側に移動する。このため、予混合気流通通路内の燃料の濃度分布は、パイロットバーナ側における燃料の濃度が、パイロットバーナの反対側における燃料の濃度に比して濃くすることができ、適切な分布を形成することができる。 According to this configuration, when the fuel pressure in the fuel passage is low, fuel is injected from the low pressure injection hole of the swirl vane located on the opposite side of the pilot burner. At this time, the fuel component of the premixed gas moves to the pilot burner side as the premixed gas of the injected fuel and combustion air swirls in the premixed gas distribution passage. For this reason, the concentration distribution of the fuel in the premixed gas distribution passage is such that the concentration of the fuel on the pilot burner side can be made higher than the concentration of the fuel on the opposite side of the pilot burner, thereby forming an appropriate distribution. be able to.
この場合、予混合気の流れ方向に沿って延在するノズル棒と、ノズル棒の周囲に、所定の間隔を空けて設けられた複数の旋回翼と、を有し、燃料通路は、ノズル棒の内部から各旋回翼の内部に亘って形成され、低圧噴射孔は、各旋回翼の低圧噴射位置に形成され、高圧噴射孔は、各旋回翼の低圧噴射位置とは異なる高圧噴射位置に形成されていることが好ましい。 In this case, it has a nozzle rod extending along the flow direction of the premixed gas, and a plurality of swirl vanes provided around the nozzle rod at predetermined intervals, and the fuel passage is a nozzle rod The low pressure injection hole is formed at the low pressure injection position of each swirl blade, and the high pressure injection hole is formed at a high pressure injection position different from the low pressure injection position of each swirl blade. It is preferable that
この構成によれば、燃料通路内の燃圧が低い場合、各旋回翼において、低圧噴射位置に形成された低圧噴射孔から燃料を噴射することができる。一方で、燃料通路内の燃圧が高い場合、各旋回翼において、少なくとも高圧噴射位置に形成された高圧噴射孔から燃料を噴射することができる。なお、燃料通路内の燃圧が高い場合、各旋回翼の低圧噴射孔と高圧噴射孔とから燃料を噴射する構成であることが好ましい。このため、燃圧に応じて、各旋回翼における燃料の噴射位置を選択することができることから、予混合気流通通路内の燃料の濃度分布を、最適な分布にすることができる。 According to this configuration, when the fuel pressure in the fuel passage is low, fuel can be injected from the low pressure injection hole formed at the low pressure injection position in each swirl blade. On the other hand, when the fuel pressure in the fuel passage is high, the fuel can be injected from the high-pressure injection holes formed at least at the high-pressure injection position in each swirl blade. In addition, when the fuel pressure in a fuel passage is high, it is preferable that it is the structure which injects a fuel from the low-pressure injection hole of each swirl blade, and a high-pressure injection hole. For this reason, since the injection position of the fuel in each swirl blade can be selected according to the fuel pressure, the concentration distribution of the fuel in the premixed gas passage can be made an optimum distribution.
本発明の燃焼バーナは、上記の燃料ノズルと、燃料ノズルが内部に配置され、燃料ノズルから噴射された燃料と、燃焼用空気とを予め混合させた予混合気が流通する予混合気流通通路と、を備えることを特徴とする。 A combustion burner according to the present invention is a premixed gas distribution passage in which a premixed gas in which the fuel nozzle, the fuel nozzle is disposed inside, and the fuel injected from the fuel nozzle and the combustion air are mixed is distributed. And.
この構成によれば、予混合気流通通路内において、燃料ノズルから噴射された燃料の濃度分布、つまり、予混合気中の燃料成分の分布を、燃料差圧に応じた最適な分布にすることができる。 According to this configuration, the concentration distribution of the fuel injected from the fuel nozzle in the premixed gas passage, that is, the distribution of the fuel component in the premixed gas is set to an optimum distribution according to the fuel differential pressure. Can do.
本発明のガスタービン燃焼器は、中央に設けられるパイロットバーナと、パイロットバーナの周囲に複数配置される、上記の燃焼バーナと、を備えることを特徴とする。 A gas turbine combustor according to the present invention includes a pilot burner provided in the center and a plurality of the above-described combustion burners arranged around the pilot burner.
この構成によれば、パイロットバーナの燃焼により、燃焼バーナの予混合気流通通路からの予混合気を好適に燃焼させることができる。 According to this configuration, the premixed gas from the premixed gas distribution passage of the combustion burner can be suitably burned by the combustion of the pilot burner.
本発明の他のガスタービン燃焼器は、中央に設けられるパイロットバーナと、パイロットバーナの周囲に配置される複数の燃焼バーナと、を備え、各燃焼バーナは、燃料を噴射する燃料ノズルと、燃料ノズルが内部に配置され、燃料ノズルから噴射された燃料と、燃焼用空気とを予め混合させた予混合気が流通する予混合気流通通路と、を有し、複数の燃料ノズルは、燃料が噴射される低圧燃料ノズルと、燃料が噴射される高圧燃料ノズルと、を含み、燃料の圧力に応じて、高圧燃料ノズルからの燃料の噴射を切り替え可能な噴射切替機構と、を備え、噴射切替機構は、燃料ノズル内の燃圧が低い場合に、高圧燃料ノズルから燃料を噴射させずに、低圧燃料ノズルから燃料を噴射させる一方で、燃料ノズル内の燃圧が高い場合に、少なくとも高圧燃料ノズルから燃料を噴射させることを特徴とする。 Another gas turbine combustor of the present invention includes a pilot burner provided in the center and a plurality of combustion burners arranged around the pilot burner, each combustion burner including a fuel nozzle for injecting fuel, a fuel The nozzle is disposed inside, and has a premixed gas distribution passage through which a premixed gas in which fuel injected from the fuel nozzle and combustion air are mixed in advance flows. An injection switching mechanism including a low-pressure fuel nozzle to be injected and a high-pressure fuel nozzle to which fuel is injected, and capable of switching injection of fuel from the high-pressure fuel nozzle according to the pressure of the fuel. The mechanism does not inject fuel from the high pressure fuel nozzle when the fuel pressure in the fuel nozzle is low, but injects fuel from the low pressure fuel nozzle while at least when the fuel pressure in the fuel nozzle is high. Characterized in that to inject fuel from the fuel nozzle.
この構成によれば、燃料ノズル内の燃圧が低い場合、低圧燃料ノズルから燃料を噴射することができる。一方で、燃料ノズル内の燃圧が高い場合、少なくとも高圧燃料ノズルから燃料を噴射することができる。なお、燃料ノズル内の燃圧が高い場合、低圧燃料ノズルと高圧燃料ノズルとから燃料を噴射する構成であることが好ましい。このため、燃圧に応じて、燃料ノズルを選択することができることから、燃料の濃度分布を、最適な分布にすることができる。 According to this configuration, when the fuel pressure in the fuel nozzle is low, fuel can be injected from the low pressure fuel nozzle. On the other hand, when the fuel pressure in the fuel nozzle is high, fuel can be injected at least from the high-pressure fuel nozzle. In addition, when the fuel pressure in a fuel nozzle is high, it is preferable that it is the structure which injects a fuel from a low pressure fuel nozzle and a high pressure fuel nozzle. For this reason, since a fuel nozzle can be selected according to the fuel pressure, the fuel concentration distribution can be made an optimal distribution.
この場合、低圧燃料ノズルは、複数の燃料ノズルの個数の半分以下の個数となっていることが好ましい。 In this case, the number of low-pressure fuel nozzles is preferably less than half the number of the plurality of fuel nozzles.
この構成によれば、燃圧が低い場合には、少ない燃料ノズルで燃料を噴射する分、燃圧を高めて、燃料差圧を高くすることができるため、燃料を好適に噴射することができる。 According to this configuration, when the fuel pressure is low, the fuel pressure can be increased and the fuel differential pressure can be increased by the amount of fuel injected by a small number of fuel nozzles, so that the fuel can be suitably injected.
本発明のガスタービンは、上記のガスタービン燃焼器と、ガスタービン燃焼器において、予混合気を燃焼させることで発生する燃焼ガスにより回転するタービンと、を備えることを特徴とする。 A gas turbine according to the present invention includes the gas turbine combustor described above, and a turbine rotated by combustion gas generated by burning the premixed gas in the gas turbine combustor.
この構成によれば、燃料を好適に燃焼できるため、低NOxとなる燃焼によって、タービンを回転させることができる。 According to this configuration, since the fuel can be combusted suitably, the turbine can be rotated by the combustion with low NOx.
以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art or those that are substantially the same.
図1は、実施例1に係るガスタービンの概略構成図である。図1に示すように、ガスタービン1は、圧縮機11とガスタービン燃焼器(以下、燃焼器という)12とタービン13と排気室14とを備えており、タービン13に図示しない発電機が連結されている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a gas turbine according to a first embodiment. As shown in FIG. 1, the gas turbine 1 includes a
圧縮機11は、空気を取り込む空気取入口15を有し、圧縮機車室16内に複数の静翼17と複数の動翼18とが交互に配設されている。燃焼器12は、圧縮機11で圧縮された圧縮空気(燃焼用空気)に対して燃料を供給し、バーナで点火することで燃焼可能となっている。タービン13は、タービン車室20内に複数の静翼21と複数の動翼22とが交互に配設されている。排気室14は、タービン13に連続する排気ディフューザ23を有している。また、圧縮機11、燃焼器12、タービン13、排気室14の中心部を貫通するようにロータ(タービン軸)24が位置しており、圧縮機11側の端部が軸受部25により回転自在に支持される一方、排気室14側の端部が軸受部26により回転自在に支持されている。そして、このロータ24に複数のディスクプレートが固定され、各動翼18,22が連結されると共に、排気室14側の端部に図示しない発電機の駆動軸が連結されている。
The
従って、圧縮機11の空気取入口15から取り込まれた空気が、複数の静翼17と複数の動翼18とを通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器12にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給されることで燃焼する。そして、この燃焼器12で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスが、タービン13を構成する複数の静翼21と複数の動翼22とを通過することでロータ24を駆動回転させて、このロータ24に連結された発電機を駆動する。一方、ロータ24を駆動回転させた後の燃焼ガスである排気ガスは、排気室14の排気ディフューザ23で静圧に変換されてから大気に放出される。
Therefore, the air taken in from the
図2は、図1のガスタービン燃焼器における拡大図である。図3は、ガスタービン燃焼器の内部構成を概略的に示す図である。図4は、ガスタービン燃焼器の各種バーナの配置を示す図である。燃焼器12は、燃焼器ケーシング30を有する。燃焼器ケーシング30は、外筒31の内部に配置された内筒32と、内筒32の先端部に連結された尾筒33とを有し、ロータ24の回転軸Iに対して傾斜した中心軸Sに沿って延在する。
FIG. 2 is an enlarged view of the gas turbine combustor of FIG. FIG. 3 is a diagram schematically showing the internal configuration of the gas turbine combustor. FIG. 4 is a diagram showing the arrangement of various burners of the gas turbine combustor. The
図2に示すように、外筒31は、圧縮機11からの圧縮空気が流入する車室34を形成する車室ハウジング27に締結されている。内筒32は、その基端部が外筒31に支持され、外筒31の内側に、外筒31から所定間隔をあけて配置されている。内筒32の中心部には、中心軸Sに沿ってパイロットバーナ40が配設されている。パイロットバーナ40の周囲には、パイロットバーナ40を取り囲むように等間隔にかつパイロットバーナ40と平行に複数のメインバーナ(燃焼バーナ)50が配設されている(図4参照)。尾筒33は、その基端が円筒状に形成されて内筒32の先端に連結されている。尾筒33は、先端側にかけて断面積が小さくかつ湾曲して形成され、タービン13の1段目の静翼21に向けて開口している。尾筒33は、内部に燃焼室を形成する。
As shown in FIG. 2, the
図3に示すように、パイロットバーナ40は、パイロットコーン41と、パイロットコーン41の内部に、かつ、中心軸Sに沿って配置されたパイロットノズル42と、パイロットノズル42の外周部に設けられるパイロットスワラ43とを有する。メインバーナ50は、バーナ筒51と、バーナ筒51の内部に、かつ、中心軸Sと平行に配置されたメインノズル(燃料ノズル)52とを有する。パイロットノズル42には、燃料ポート44(図2)を介して不図示のパイロット燃料ラインから燃料が供給される。メインノズル52には、燃料ポート54(図2及び図5)を介して不図示のメイン燃料ラインから燃料が供給される。
As shown in FIG. 3, the
図2において、圧縮機11からの高温高圧の圧縮空気は、燃焼器12の周囲の車室34に流入する。この圧縮空気は、尾筒33及び内筒32の外側を、尾筒33側から内筒32側へと流れ、内筒32の基端側から内筒32の内部に流入する。内筒32内に流入した圧縮空気は、パイロットバーナ40およびメインバーナ50で燃料と混合すると共に燃焼し、燃焼ガスとなる。
In FIG. 2, the high-temperature and high-pressure compressed air from the
すなわち、内筒32に流入した圧縮空気は、メインノズル52から噴射された燃料と混合し、予混合気の旋回流となってバーナ筒51から尾筒33内に流れ込む。このため、バーナ筒51は、予混合気を尾筒33へ向かって供給する予混合気流通通路として機能する。これとは別に、内筒32に流入した圧縮空気は、パイロットスワラ43で旋回され、パイロットノズル42から噴射された燃料と混合し、予混合気となって尾筒33内に流れ込む。パイロットノズル42からの予混合気は、図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスとなって尾筒33内に噴出する。このとき、燃焼ガスの一部が尾筒33内に火炎を伴って周囲に拡散するように噴出する。これにより、各メインバーナ50のバーナ筒51から尾筒33内に流れ込んだ予混合気が着火され、燃焼する。
That is, the compressed air that has flowed into the
このように、パイロットノズル42から噴射した燃料で拡散火炎させることにより、メインノズル52からの希薄予混合燃料の安定燃焼を行うための保炎を行うことができる。また、メインバーナ50でメインノズル52からの燃料と圧縮空気とを予混合させることにより、燃料濃度が均一化され、NOxを低減可能となっている。
In this way, flame diffusion for stable combustion of the lean premixed fuel from the
図5は、ガスタービン燃焼器の燃料通路を概略的に示す図である。図5に示すように、ガスタービン燃焼器12には、燃料ポート54から複数のメインノズル52の内部に亘って、燃料通路Lが形成されている。つまり、燃料通路Lは、燃料ポート54が設けられる第1部材61と、第1部材61に隣接して設けられる第2部材62と、第2部材62に取り付けられる複数のメインノズル52とにより形成されている。このため、燃料通路Lは、第1部材61に形成されるポート側燃料通路L1と、メインノズル52に形成されるノズル側燃料通路L2とを含んで構成される。
FIG. 5 is a view schematically showing a fuel passage of the gas turbine combustor. As shown in FIG. 5, a fuel passage L is formed in the
第1部材61は、中心軸Sを中心とする円柱状に形成されており、第2部材62が隣接する面とは反対側の面に、燃料ポート54が突出して設けられている。燃料ポート54には、図示しない燃料供給装置が接続されており、燃料供給装置から燃料が供給される。第1部材61は、その内部に円環状のポート側燃料通路L1が形成されている。このポート側燃料通路L1は、燃料ポート54に連通すると共に、複数のメインノズル52のノズル側燃料通路L2に連通する。第2部材62は、複数のメインノズル52を保持している。
The
各メインノズル52は、ノズル棒65と、ノズル棒65の周囲に所定の間隔を空けて配置される複数の旋回翼(いわゆる、スワラ)66とを有する。ノズル棒65は、中心軸Sと同方向に延在して形成され、中心軸Sと平行に配置されている。ノズル棒65は、その中心に、ノズル側燃料通路L2の一部が、つまり、ノズル側燃料通路L2の燃料の流れ方向の上流側の部分が形成されている。このノズル棒65は、燃料の流れ方向の上流側となる基端部が、第2部材62に取り付けられている。また、ノズル棒65は、燃料の流れ方向の下流側となる先端部に、複数の旋回翼66が設けられている。
Each
複数の旋回翼66は、バーナ筒51を流通する空気が通過することで、空気と燃料とを混合させて予混合気とし、この予混合気を尾筒33へ向けて旋回させる。各旋回翼66は、その内部に、ノズル側燃料通路L2の他の一部が、つまり、ノズル側燃料通路L2の燃料の流れ方向の下流側の部分が形成されている。また、各旋回翼66は、燃料が噴射される噴射孔71が複数形成されている。この噴射孔71は、ノズル側燃料通路L2に連通している。なお、複数の噴射孔71は、例えば、4つ形成されている。4つの噴射孔71のうち、2つの噴射孔71は、燃料の流れ方向の下流側に形成されると共にノズル棒65側に寄せた位置に形成されている。残りの2つの噴射孔71は、燃料の流れ方向の上流側に形成されると共にノズル棒65から離れた位置に形成されている。
The plurality of
従って、燃料ポート54から燃料が供給されると、燃料は、ポート側燃料通路L1を流通することで、複数のメインノズル52へ向けて供給される。各メインノズル52にポート側燃料通路L1から燃料が供給されると、燃料は、ノズル側燃料通路L2を流通する。ノズル側燃料通路L2を流通する燃料は、ノズル棒65の基端側から先端側へ向かって流れ、この後、ノズル棒65から旋回翼66へ向かって流れる。旋回翼66に流入した燃料は、噴射孔71からバーナ筒51内に噴射されることで、バーナ筒51内を流通する空気と混合される。
Accordingly, when fuel is supplied from the
このように構成されたガスタービン燃焼器12は、燃料通路L内の燃圧が、ガスタービン1の発電機負荷に応じて変化する。つまり、ガスタービン燃焼器12において、噴射孔71から噴射される燃料の噴射量は、所定の割合となるように調整される。このため、発電機負荷を上げれば、燃料の噴射量を多くすべく、燃料供給装置によって燃料通路L内の燃圧を高くする。一方で、発電機負荷を下げれば、燃料の噴射量を少なくすべく、燃料供給装置によって燃料通路L内の燃圧を低くする。
In the
このとき、ガスタービン1の発電機負荷が低い場合としては、ガスタービン1が起動し、ガスタービン燃焼器12が着火してから定格運転に到達するまでの運転である部分負荷運転を行う場合である。
At this time, when the generator load of the gas turbine 1 is low, the gas turbine 1 is started and the partial load operation is performed until the
ここで、ガスタービン1が定格運転を行う場合、ガスタービン燃焼器12において、メインノズル52(燃料通路L)の燃圧と、バーナ筒51内の圧力との差である燃料差圧は高くなっている。つまり、燃料通路Lの燃圧が高くなれば、燃料差圧も高くなる。燃料差圧が高い場合、バーナ筒51内における燃料の濃度分布、すなわち、予混合気の燃料成分の分布は、均一の濃度分布に形成されることが好ましい。
Here, when the gas turbine 1 performs rated operation, in the
一方で、ガスタービン1が部分負荷運転を行う場合、ガスタービン燃焼器12において、燃料差圧は低くなっている。つまり、燃料通路Lの燃圧が低くなれば、燃料差圧も低くなる。ここで、図6は、燃圧が低いときの理想となる燃料の濃度分布を示す図である。燃料差圧が低い場合、バーナ筒51の流出側における燃料の濃度分布は、図6に示すように形成されることが好ましい。つまり、バーナ筒51の流出側における燃料の濃度分布は、パイロットバーナ40側における燃料の濃度が、パイロットバーナ40の反対側における燃料の濃度に比して濃くなる分布に形成されることが好ましい。
On the other hand, when the gas turbine 1 performs the partial load operation, the fuel differential pressure is low in the
そこで、実施例1では、燃料差圧に適した燃料の濃度分布を形成するために、メインノズル52に、燃圧に応じて作動する噴射切替機構75を設けている。以下、図7及び図8を参照して、噴射切替機構75について説明する。図7は、実施例1の燃圧が低いときのメインノズルの状態を示す断面図である。図8は、実施例1の燃圧が高いときのメインノズルの状態を示す断面図である。
Therefore, in the first embodiment, in order to form a fuel concentration distribution suitable for the fuel differential pressure, the
噴射切替機構75は、燃料通路Lの燃圧が低い場合、複数の旋回翼66のうち、一部の旋回翼66の噴射孔71から燃料を噴射させる一方で、燃料通路Lの燃圧が高い場合、複数の旋回翼66の全ての噴射孔71から燃料を噴射させている。噴射切替機構75の説明に先立ち、複数の旋回翼66について具体的に説明する。
When the fuel pressure in the fuel passage L is low, the
複数の旋回翼66は、燃圧が低い場合に、燃料を噴射する旋回翼66aと、燃料を噴射しない旋回翼66bとに分けられる。このとき、旋回翼66aに形成された噴射孔71が、低圧噴射孔71aとして機能する。また、旋回翼66bに形成された噴射孔71が、高圧噴射孔71bとして機能する。そして、複数の旋回翼66のうち、パイロットバーナ40とは反対側に位置する一部の旋回翼66が、旋回翼66aとなっており、パイロットバーナ40側に位置する他の旋回翼66が、旋回翼66bとなっている。
When the fuel pressure is low, the plurality of
このため、燃料通路Lの燃圧が低い場合、パイロットバーナ40とは反対側に位置する旋回翼66aは、その低圧噴射孔71aから燃料を噴射する。このとき、噴射された燃料と圧縮空気との予混合気は、バーナ筒51内を旋回することで、予混合気の燃料成分がパイロットバーナ40側に移動する。このため、バーナ筒51から尾筒33へ流出する燃料の濃度分布は、パイロットバーナ40側における燃料の濃度が、パイロットバーナ40の反対側における燃料の濃度に比して濃くなる分布に形成される。
For this reason, when the fuel pressure in the fuel passage L is low, the
一方で、燃料通路Lの燃圧が高い場合、旋回翼66aの低圧噴射孔71a、及び旋回翼66bの高圧噴射孔71bから燃料が噴射される。このとき、噴射された燃料と圧縮空気との予混合気は、その燃料成分が均等に分布している。このため、予混合気がバーナ筒51内を旋回しても、バーナ筒51から尾筒33へ流出する燃料の濃度分布は、均一の濃度分布に形成される。
On the other hand, when the fuel pressure in the fuel passage L is high, fuel is injected from the low
ノズル側燃料通路L2は、ノズル棒65の内部のノズル側燃料通路L2である棒燃料通路Laと、旋回翼66aの内部のノズル側燃料通路L2である低圧側翼燃料通路Lbと、棒燃料通路Laと低圧側翼燃料通路Lbとを連通する低圧側連通通路Lcとを有する。また、ノズル側燃料通路L2は、旋回翼66bの内部のノズル側燃料通路L2である高圧側翼燃料通路Ldと、棒燃料通路Laと高圧側翼燃料通路Ldとを連通する高圧側連通通路Leとを有する。そして、低圧側連通通路Lcは、高圧側連通通路Leに比して、燃料の流れ方向の上流側に位置している。
The nozzle side fuel passage L2 includes a rod fuel passage La which is a nozzle side fuel passage L2 inside the
続いて、噴射切替機構75について説明する。噴射切替機構75は、仕切り板76と、弾性部材77と、パージ孔78とを有する。パージ孔78は、棒燃料通路Laとノズル棒65の外部とを連通しており、高圧側連通通路Leに比して、燃料の流れ方向の下流側に位置している。
Next, the
仕切り板76は、ノズル棒65の棒燃料通路Laに設けられる。仕切り板76は、棒燃料通路Laを閉止する形状に形成されており、棒燃料通路Laの燃料の流れ方向に沿って移動可能となっている。このとき、仕切り板76は、低圧側連通通路Lcの下流側と、パージ孔78の上流側との間で往復移動する。つまり、仕切り板76は、高圧側連通通路Leを挟んで上流側及び下流側に向けて往復移動する。
The
弾性部材77は、仕切り板76と棒燃料通路Laの先端部との間に設けられる。つまり、弾性部材77は、パージ孔78と連通する空間に設けられる。弾性部材77は、例えば、圧縮バネであり、その一端が仕切り板76に連結され、その他端が棒燃料通路Laの先端部に連結されている。このため、弾性部材77は、仕切り板76を棒燃料通路Laの上流側へ向けて付勢している。弾性部材77は、燃圧が低い場合、棒燃料通路Laにおいて、仕切り板76が低圧側連通通路Lcと高圧側連通通路Leとの間に位置するような付勢力となっている。一方で、弾性部材77は、燃圧が高い場合、棒燃料通路Laにおいて、仕切り板76が高圧側連通通路Leとパージ孔78との間に位置するような付勢力となっている。なお、パージ孔78は、仕切り板76によって仕切られた弾性部材77が設けられる空間の変位を許容すべく、この空間とバーナ筒51の内部とで空気を流通させる。
The
図7に示すように、上記のメインノズル52において、ガスタービン1が部分負荷運転を行うと、燃料通路Lの燃圧は、全負荷運転に比して低いものとなる。燃料通路Lの燃圧が低いと、噴射切替機構75の弾性部材77は、仕切り板76を低圧側連通通路Lcと高圧側連通通路Leとの間に位置させる。これにより、棒燃料通路Laと低圧側連通通路Lcとが連通する一方で、棒燃料通路Laと高圧側連通通路Leとが閉止される。このため、棒燃料通路Laを流通する燃料は、棒燃料通路Laから低圧側連通通路Lcを介して低圧側翼燃料通路Lbに流通する。よって、複数の旋回翼66のうち、旋回翼66aの低圧噴射孔71aからのみ燃料が噴射される。
As shown in FIG. 7, in the
一方で、図8に示すように、上記のメインノズル52において、ガスタービン1が全負荷運転を行うと、燃料通路Lの燃圧は、部分負荷運転に比して高いものとなる。燃料通路Lの燃圧が高いと、噴射切替機構75の弾性部材77は、仕切り板76を高圧側連通通路Leとパージ孔78との間に位置させる。これにより、棒燃料通路Laと低圧側連通通路Lcとが連通し、また、棒燃料通路Laと高圧側連通通路Leとが連通する。このため、棒燃料通路Laを流通する燃料は、棒燃料通路Laから低圧側連通通路Lcを介して低圧側翼燃料通路Lbに流通すると共に、棒燃料通路Laから高圧側連通通路Leを介して高圧側翼燃料通路Ldに流通する。よって、旋回翼66aの低圧噴射孔71a及び旋回翼66bの高圧噴射孔71bから、つまり、全ての旋回翼66の噴射孔71から燃料が噴射される。
On the other hand, as shown in FIG. 8, in the
以上のように、実施例1の構成によれば、燃料通路L内の燃圧が低い場合、低圧噴射孔71aから燃料を噴射することができる。このため、バーナ筒51内を流通する予混合気の燃料の濃度分布は、低圧噴射孔71aから噴射された燃料によって形成することができる。つまり、低圧噴射孔71aから燃料を噴射することで、低い燃圧となる運転時(例えば、燃料差圧の低い部分負荷運転時)に最適な燃料の濃度分布とすることができる。一方で、燃料通路L内の燃圧が高い場合、低圧噴射孔71a及び高圧噴射孔71bから燃料を噴射することができる。このため、バーナ筒51内を流通する予混合気の燃料の濃度分布は、低圧噴射孔71a及び高圧噴射孔71bから噴射された燃料によって形成することができる。つまり、低圧噴射孔71a及び高圧噴射孔71bから燃料を噴射することで、高い燃圧となる運転時(例えば、燃料差圧の高い全負荷運転時)に最適な燃料の濃度分布とすることができる。以上から、バーナ筒51内の燃料の濃度分布を、燃料差圧に応じた最適な分布にすることができる。このため、予混合気を好適に燃焼させることができ、未燃成分の発生を抑制することができるため、燃焼安定性が向上する。
As described above, according to the configuration of the first embodiment, when the fuel pressure in the fuel passage L is low, the fuel can be injected from the low
また、実施例1の構成によれば、バーナ筒51の流出側の内部において、パイロットバーナ40側の燃料の濃度を濃くすることができる。このため、バーナ筒51を流通した予混合気の燃料成分を、パイロットバーナ40の燃焼によって燃焼させることができるため、未燃成分の発生をさらに抑制することができる。
Further, according to the configuration of the first embodiment, the fuel concentration on the
また、実施例1の構成によれば、燃料通路L内の燃圧が低い場合、低圧噴射孔71aが形成された旋回翼66aから燃料を噴射することができる。一方で、燃料通路L内の燃圧が高い場合、低圧噴射孔71aが形成された旋回翼66a、及び高圧噴射孔71bが形成された旋回翼66bから燃料を噴射することができる。このため、複数の旋回翼66のうち、燃圧に応じて、旋回翼66を選択することができることから、バーナ筒51の流出側の内部の燃料の濃度分布を、最適な分布にすることができる。
Further, according to the configuration of the first embodiment, when the fuel pressure in the fuel passage L is low, fuel can be injected from the
なお、実施例1では、燃料通路L内の燃圧が高い場合、低圧噴射孔71aが形成された旋回翼66a、及び高圧噴射孔71bが形成された旋回翼66bから燃料を噴射したが、高圧噴射孔71bが形成された旋回翼66bからのみ燃料を噴射してもよい。このとき、噴射切替機構75は、燃圧が高い場合に、棒燃料通路Laと低圧側連通通路Lcとを閉止し、また、棒燃料通路Laと高圧側連通通路Leとを連通させる構成とすることが好ましい。
In the first embodiment, when the fuel pressure in the fuel passage L is high, fuel is injected from the
次に、図9及び図10を参照して、実施例2に係るメインノズル100について説明する。図9は、実施例2の燃圧が低いときのメインノズルの状態を示す断面図である。図10は、実施例2の燃圧が高いときのメインノズルの状態を示す断面図である。なお、実施例2では、実施例1と重複する記載を避けるべく、実施例1と異なる部分についてのみ説明する。実施例1のメインノズル52では、噴射切替機構75により、燃圧に応じて、旋回翼66の燃料の噴射を切り替えていた。実施例2のメインノズル100では、噴射切替機構101により、燃圧に応じて、各旋回翼66における燃料の噴射位置を切り替えている。噴射切替機構101の説明に先立ち、複数の旋回翼66について具体的に説明する。
Next, the
図9及び図10に示すように、実施例2に係るメインノズル100において、各旋回翼66には、燃料が噴射される複数の噴射孔71が形成されている。この噴射孔71は、燃料通路Lの燃圧が低い場合に、燃料を噴射する低圧噴射孔71aと、燃料を噴射しない高圧噴射孔71bとに分けられる。低圧噴射孔71aは、高圧噴射孔71bに比して、燃料の流れ方向の上流側に形成されている。つまり、低圧噴射孔71aは、各旋回翼66の上流側となる低圧噴射位置に形成され、高圧噴射孔71bは、各旋回翼66の下流側となる高圧噴射位置に形成されている。このため、低圧噴射孔71aと高圧噴射孔71bとは、異なる位置となっている。
As shown in FIGS. 9 and 10, in the
旋回翼66の内部のノズル側燃料通路L2は、低圧側翼燃料通路Lbと、高圧側翼燃料通路Ldとに区分けされている。旋回翼66の内部において、低圧側翼燃料通路Lbは、高圧側翼燃料通路Ldに比して、燃料の流れ方向の上流側に形成されている。このため、低圧噴射孔71aは、低圧側翼燃料通路Lbに連通し、高圧噴射孔71bは、高圧側翼燃料通路Ldに連通する。そして、低圧側連通通路Lcは、棒燃料通路Laと旋回翼66の低圧側翼燃料通路Lbとを連通する。また、高圧側連通通路Leは、棒燃料通路Laと旋回翼66の高圧側翼燃料通路Ldとを連通する。なお、低圧側連通通路Lcは、実施例1と同様に、高圧側連通通路Leに比して、燃料の流れ方向の上流側に位置している。
The nozzle side fuel passage L2 inside the
続いて、実施例2に係る噴射切替機構101について説明する。噴射切替機構101は、仕切り板76と、弾性部材77と、パージ孔78とを有する。なお、仕切り板76、弾性部材77、及びパージ孔78は、実施例1とほぼ同様であるため、説明を省略する。
Next, the
図9に示すように、上記のメインノズル100において、ガスタービン1が部分負荷運転を行うと、燃料通路Lの燃圧は、全負荷運転に比して低いものとなる。燃料通路Lの燃圧が低いと、噴射切替機構101の弾性部材77は、仕切り板76を低圧側連通通路Lcと高圧側連通通路Leとの間に位置させる。これにより、棒燃料通路Laと低圧側連通通路Lcとが連通する一方で、棒燃料通路Laと高圧側連通通路Leとが閉止される。このため、棒燃料通路Laを流通する燃料は、棒燃料通路Laから低圧側連通通路Lcを介して低圧側翼燃料通路Lbに流通する。よって、複数の旋回翼66の低圧噴射孔71aからのみ燃料が噴射される。
As shown in FIG. 9, in the
一方で、図10に示すように、上記のメインノズル100において、ガスタービン1が全負荷運転を行うと、燃料通路Lの燃圧は、部分負荷運転に比して高いものとなる。燃料通路Lの燃圧が高いと、噴射切替機構101の弾性部材77は、仕切り板76を高圧側連通通路Leとパージ孔78との間に位置させる。これにより、棒燃料通路Laと低圧側連通通路Lcとが連通し、また、棒燃料通路Laと高圧側連通通路Leとが連通する。このため、棒燃料通路Laを流通する燃料は、棒燃料通路Laから低圧側連通通路Lcを介して低圧側翼燃料通路Lbに流通すると共に、棒燃料通路Laから高圧側連通通路Leを介して高圧側翼燃料通路Ldに流通する。よって、複数の旋回翼66の低圧噴射孔71a及び高圧噴射孔71bから、つまり、全ての旋回翼66の噴射孔71から燃料が噴射される。
On the other hand, as shown in FIG. 10, in the
以上のように、実施例2の構成においても、燃料通路L内の燃圧が低い場合、低圧噴射孔71aから燃料を噴射することができる。一方で、燃料通路L内の燃圧が高い場合、低圧噴射孔71a及び高圧噴射孔71bから燃料を噴射することができる。このため、バーナ筒51内の燃料の濃度分布を、燃料差圧に応じた最適な分布にすることができる。このため、予混合気を好適に燃焼させることができ、未燃成分の発生を抑制することができるため、燃焼安定性が向上する。
As described above, also in the configuration of the second embodiment, when the fuel pressure in the fuel passage L is low, fuel can be injected from the low
また、実施例2の構成によれば、燃料通路L内の燃圧が低い場合、各旋回翼66の低圧噴射孔71aから燃料を噴射することができる。一方で、燃料通路L内の燃圧が高い場合、各旋回翼66の低圧噴射孔71a及び高圧噴射孔71bから燃料を噴射することができる。このため、燃圧に応じて、各旋回翼66における燃料の噴射位置を選択することができることから、バーナ筒51内の燃料の濃度分布を、最適な分布にすることができる。
Further, according to the configuration of the second embodiment, when the fuel pressure in the fuel passage L is low, the fuel can be injected from the low
なお、実施例2では、噴射切替機構101は、燃料通路L内の燃圧が高い場合、各旋回翼66の低圧噴射孔71a及び高圧噴射孔71bから燃料を噴射したが、各旋回翼66の高圧噴射孔71bからのみ燃料を噴射してもよい。このとき、噴射切替機構101は、燃圧が高い場合に、棒燃料通路Laと低圧側連通通路Lcとを閉止し、また、棒燃料通路Laと高圧側連通通路Leとを連通させる構成とすることが好ましい。
In the second embodiment, the
次に、図11及び図12を参照して、実施例3に係るガスタービン燃焼器110について説明する。図11は、実施例3の燃圧が低いときのガスタービン燃焼器の燃料通路の状態を示す断面図である。図12は、実施例3の燃圧が高いときのガスタービン燃焼器の燃料通路の状態を示す断面図である。なお、実施例3では、実施例1と重複する記載を避けるべく、実施例1と異なる部分についてのみ説明する。実施例1及び2では、噴射切替機構75,101をメインノズル52,100に設けた。実施例3では、噴射切替機構111を、ガスタービン燃焼器110の燃料通路Lのポート側燃料通路L1とノズル側燃料通路L2との間に設けている。
Next, with reference to FIG.11 and FIG.12, the
図11及び図12に示すように、実施例3に係るガスタービン燃焼器110において、噴射切替機構111は、燃料通路Lの燃圧が低い場合、複数のメインバーナ50における複数のメインノズル52のうち、一部のメインノズル52から燃料を噴射させる一方で、燃料通路Lの燃圧が高い場合、複数のメインノズル52の全てから燃料を噴射させている。噴射切替機構111の説明に先立ち、複数のメインノズル52について具体的に説明する。
As shown in FIGS. 11 and 12, in the
複数のメインノズル52は、燃圧が低い場合に、燃料を噴射する低圧メインノズル(低圧燃料ノズル)52aと、燃料を噴射しない高圧メインノズル(高圧燃料ノズル)52bとに分けられる。このとき、低圧メインノズル52aの旋回翼66に形成された噴射孔71が、低圧噴射孔71aとして機能する。また、高圧メインノズル52bの旋回翼66に形成された噴射孔71が、高圧噴射孔71bとして機能する。低圧メインノズル52aは、複数のメインノズル52の個数の半分以下の個数となっている。このため、複数のメインノズル52が、例えば8個である場合、低圧メインノズル52aは、1〜4個のいずれかの個数となっており、また、高圧メインノズル52bは、7〜4個のいずれかの個数となっている。ここで、低圧メインノズル52aが複数である場合、複数の低圧メインノズル52aは、相互に隣接して設けられている。
The plurality of
続いて、実施例3に係る噴射切替機構111について説明する。噴射切替機構111は、第1部材61のポート側燃料通路L1と高圧メインノズル52bのノズル側燃料通路L2との間の第2部材62に形成される切替用燃料通路L3に設けられている。切替用燃料通路L3は、ポート側燃料通路L1に連通すると共に、ノズル側燃料通路L2に連通している。
Subsequently, the
噴射切替機構111は、仕切り板116と、弾性部材117と、パージ孔118とを有する。パージ孔118は、切替用燃料通路L3と外部とを連通している。このとき、切替用燃料通路L3は、その上流側にノズル側燃料通路L2が連通され、その下流側にパージ孔118が連通している。
The
仕切り板116は、第2部材62の切替用燃料通路L3に設けられる。仕切り板116は、切替用燃料通路L3を閉止する形状に形成されており、切替用燃料通路L3の燃料の流れ方向に沿って移動可能となっている。このとき、仕切り板116は、ノズル側燃料通路L2を閉止する閉位置と、ノズル側燃料通路L2を切替用燃料通路L3と連通させる開位置との間で往復移動する。
The
弾性部材117は、仕切り板116と切替用燃料通路L3の下流側の端部との間に設けられる。弾性部材117は、例えば、圧縮バネであり、その一端が仕切り板116に連結され、その他端が切替用燃料通路L3の下流側の端部に連結されている。このため、弾性部材117は、仕切り板116を切替用燃料通路L3の上流側へ向けて付勢している。弾性部材117は、燃圧が低い場合、切替用燃料通路L3において、仕切り板116が閉位置となるような付勢力となっている。一方で、弾性部材117は、燃圧が高い場合、切替用燃料通路L3において、仕切り板116が開位置となるような付勢力となっている。
The
図11に示すように、上記のガスタービン燃焼器110において、ガスタービン1が部分負荷運転を行うと、燃料通路Lの燃圧は、全負荷運転に比して低いものとなる。燃料通路Lの燃圧が低いと、噴射切替機構111の弾性部材117は、仕切り板116を閉位置に位置させる。このため、高圧メインノズル52bのノズル側燃料通路L2と切替用燃料通路L3とが、仕切り板116により閉止される。これにより、ポート側燃料通路L1を流通する燃料は、ポート側燃料通路L1から低圧メインノズル52aのノズル側燃料通路L2に流通する。よって、複数のメインノズル52のうち、低圧メインノズル52aからのみ燃料が噴射される。
As shown in FIG. 11, in the
一方で、図12に示すように、上記のガスタービン燃焼器110において、ガスタービン1が全負荷運転を行うと、燃料通路Lの燃圧は、部分負荷運転に比して高いものとなる。燃料通路Lの燃圧が高いと、噴射切替機構111の弾性部材117は、仕切り板116を開位置に位置させる。このため、高圧メインノズル52bのノズル側燃料通路L2と、切替用燃料通路L3とが、仕切り板116により連通される。これにより、ポート側燃料通路L1を流通する燃料は、ポート側燃料通路L1から、低圧メインノズル52aのノズル側燃料通路L2と、高圧メインノズル52bのノズル側燃料通路L2とに流通する。よって、低圧メインノズル52a及び高圧メインノズル52bから、つまり、全てのメインノズル52から燃料が噴射される。
On the other hand, as shown in FIG. 12, in the
以上のように、実施例3の構成に係るガスタービン燃焼器110によれば、燃料通路L内の燃圧が低い場合、低圧メインノズル52aから燃料を噴射することができる。一方で、燃料通路L内の燃圧が高い場合、低圧メインノズル52a及び高圧メインノズル52bから燃料を噴射することができる。このため、燃圧に応じて、メインノズル52を選択することができることから、尾筒33内の燃料の濃度分布を、最適な分布にすることができる。
As described above, according to the
なお、実施例3では、噴射切替機構111は、燃料通路L内の燃圧が高い場合、低圧メインノズル52a及び高圧メインノズル52bから燃料を噴射したが、高圧メインノズル52bからのみ燃料を噴射してもよい。このとき、噴射切替機構111は、燃圧が高い場合に、仕切り板116によって低圧メインノズル52aのノズル側燃料通路L2を閉止し、また、仕切り板116によって高圧メインノズル52bのノズル側燃料通路L2を切替用燃料通路L3と連通させる構成とすることが好ましい。
In the third embodiment, the
また、実施例1から3では、燃料通路Lの燃圧が低い場合として、ガスタービン1が部分負荷運転を行っている場合とし、燃料通路Lの燃圧が高い場合として、ガスタービン1が全負荷運転を行っている場合としたが、この構成に限定されない。例えば、燃料通路Lの燃圧が低い場合として、ガスタービン1が着火(起動)から全負荷の25%程度となる部分負荷に到達するまでの運転を行っている場合とし、燃料通路Lの燃圧が高い場合として、ガスタービン1が全負荷の25%程度となる部分負荷から全負荷までの運転を行っている場合としてもよい。つまり、燃料差圧に適した燃料の濃度分布が形成可能であれば、燃圧の高低は、ガスタービン1の運転状態がいずれの場合であってもよい。 In the first to third embodiments, the gas turbine 1 is in a partial load operation when the fuel pressure in the fuel passage L is low, and the gas turbine 1 is in full load operation when the fuel pressure in the fuel passage L is high. However, the present invention is not limited to this configuration. For example, when the fuel pressure in the fuel passage L is low, it is assumed that the gas turbine 1 is operating from ignition (startup) until reaching a partial load that is about 25% of the full load. As a high case, it is good also as a case where the gas turbine 1 is driving | running from the partial load used as about 25% of full load to full load. That is, as long as the fuel concentration distribution suitable for the fuel differential pressure can be formed, the fuel pressure may be high or low in any operation state of the gas turbine 1.
また、実施例1から3では、噴射切替機構75,111は、仕切り板76,116、弾性部材77,117及びパージ孔78,118を含む構成としたが、燃圧に応じて、燃料の噴射を切替可能な機構であれば、特に限定されない。
In the first to third embodiments, the
1 ガスタービン
11 圧縮機
12 ガスタービン燃焼器
13 タービン
14 排気室
16 圧縮機車室
20 タービン車室
23 排気ディフューザ
24 ロータ
27 車室ハウジング
31 外筒
32 内筒
33 尾筒
34 車室
40 パイロットバーナ
41 パイロットコーン
42 パイロットノズル
43 パイロットスワラ
50 メインバーナ
51 バーナ筒
52 メインノズル
54 燃料ポート
61 第1部材
62 第2部材
65 ノズル棒
66 旋回翼
71 噴射孔
71a 低圧噴射孔
71b 高圧噴射孔
75 噴射切替機構
76 仕切り板
77 弾性部材
78 パージ孔
100 メインノズル(実施例2)
101 噴射切替機構(実施例2)
110 ガスタービン燃焼器
111 噴射切替機構
116 仕切り板
117 弾性部材
118 パージ孔
S 中心軸
L 燃料通路
L1 ポート側燃料通路
L2 ノズル側燃料通路
L3 切替用燃料通路
La 棒燃料通路
Lb 低圧側翼燃料通路
Lc 低圧側連通通路
Ld 高圧側翼燃料通路
Le 高圧側連通通路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
101 Injection switching mechanism (Example 2)
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記燃料が流通する燃料通路と、
前記燃料通路に連通し、前記燃料が噴射される低圧噴射孔と、
前記燃料通路に連通し、前記燃料が噴射される高圧噴射孔と、
前記燃料通路内の燃圧に応じて、前記高圧噴射孔からの前記燃料の噴射を切り替え可能な噴射切替機構と、を備え、
前記噴射切替機構は、前記燃料通路内の前記燃圧が低い場合に、前記高圧噴射孔から前記燃料を噴射させずに、前記低圧噴射孔から前記燃料を噴射させる一方で、前記燃料通路内の前記燃圧が高い場合に、少なくとも前記高圧噴射孔から前記燃料を噴射させることを特徴とする燃料ノズル。 In a fuel nozzle that injects the fuel into a premixed gas distribution passage through which a premixed gas in which fuel and combustion air are mixed in advance flows.
A fuel passage through which the fuel flows;
A low-pressure injection hole that communicates with the fuel passage and injects the fuel;
A high-pressure injection hole communicating with the fuel passage and through which the fuel is injected;
An injection switching mechanism capable of switching the injection of the fuel from the high-pressure injection hole according to the fuel pressure in the fuel passage,
When the fuel pressure in the fuel passage is low, the injection switching mechanism injects the fuel from the low pressure injection hole without injecting the fuel from the high pressure injection hole, A fuel nozzle that injects the fuel from at least the high-pressure injection hole when the fuel pressure is high.
前記低圧噴射孔は、前記予混合気流通通路の内部において、前記パイロットバーナ側における前記燃料の濃度が、前記パイロットバーナの反対側における前記燃料の濃度に比して濃くなるような位置に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の燃料ノズル。 The premixed gas flow passage is provided outside the pilot burner,
The low-pressure injection hole is provided in the premixed gas passage so that the concentration of the fuel on the pilot burner side is higher than the concentration of the fuel on the opposite side of the pilot burner. The fuel nozzle according to claim 1, wherein
前記ノズル棒の周囲に、所定の間隔を空けて設けられた複数の旋回翼と、を有し、
前記燃料通路は、前記ノズル棒の内部から前記各旋回翼の内部に亘って形成され、
前記低圧噴射孔は、複数の前記旋回翼のうち、一部の前記旋回翼に形成され、
前記高圧噴射孔は、複数の前記旋回翼のうち、他の一部の前記旋回翼に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料ノズル。 A nozzle rod extending along the flow direction of the premixed gas;
A plurality of swirl vanes provided at predetermined intervals around the nozzle rod;
The fuel passage is formed from the inside of the nozzle rod to the inside of each swirl blade,
The low-pressure injection hole is formed in some of the swirl blades among the swirl blades,
The fuel nozzle according to claim 1, wherein the high-pressure injection hole is formed in another part of the swirl blades among the plurality of swirl blades.
前記低圧噴射孔は、複数の前記旋回翼のうち、前記パイロットバーナの反対側に設けられる前記旋回翼に形成され、
前記高圧噴射孔は、複数の前記旋回翼のうち、前記パイロットバーナ側に設けられる前記旋回翼に形成されていることを特徴とする請求項3に記載の燃料ノズル。 The premixed gas flow passage is provided outside the pilot burner,
The low pressure injection hole is formed in the swirl blade provided on the opposite side of the pilot burner among the swirl blades,
The fuel nozzle according to claim 3, wherein the high-pressure injection hole is formed in the swirl blade provided on the pilot burner side among the plurality of swirl blades.
前記ノズル棒の周囲に、所定の間隔を空けて設けられた複数の旋回翼と、を有し、
前記燃料通路は、前記ノズル棒の内部から前記各旋回翼の内部に亘って形成され、
前記低圧噴射孔は、前記各旋回翼の低圧噴射位置に形成され、
前記高圧噴射孔は、前記各旋回翼の前記低圧噴射位置とは異なる高圧噴射位置に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料ノズル。 A nozzle rod extending along the flow direction of the premixed gas;
A plurality of swirl vanes provided at predetermined intervals around the nozzle rod;
The fuel passage is formed from the inside of the nozzle rod to the inside of each swirl blade,
The low pressure injection hole is formed at a low pressure injection position of each swirl vane,
The fuel nozzle according to claim 1, wherein the high-pressure injection hole is formed at a high-pressure injection position different from the low-pressure injection position of each swirl vane.
前記燃料ノズルが内部に配置され、前記燃料ノズルから噴射された前記燃料と、前記燃焼用空気とを予め混合させた前記予混合気が流通する前記予混合気流通通路と、を備えることを特徴とする燃焼バーナ。 A fuel nozzle according to any one of claims 1 to 5,
The fuel nozzle is disposed inside, and includes the premixed gas flow passage through which the premixed gas in which the fuel injected from the fuel nozzle and the combustion air are mixed in advance flows. And burning burner.
前記パイロットバーナの周囲に複数配置される、請求項6に記載の燃焼バーナと、を備えることを特徴とするガスタービン燃焼器。 A pilot burner provided in the center;
A gas turbine combustor comprising: a plurality of combustion burners according to claim 6 arranged around the pilot burner.
前記パイロットバーナの周囲に配置される複数の燃焼バーナと、を備え、
前記各燃焼バーナは、
燃料を噴射する燃料ノズルと、
前記燃料ノズルが内部に配置され、前記燃料ノズルから噴射された前記燃料と、燃焼用空気とを予め混合させた予混合気が流通する予混合気流通通路と、を有し、
複数の前記燃料ノズルは、前記燃料が噴射される低圧燃料ノズルと、前記燃料が噴射される高圧燃料ノズルと、を含み、
前記燃圧に応じて、前記高圧燃料ノズルからの前記燃料の噴射を切り替え可能な噴射切替機構と、を備え、
前記噴射切替機構は、前記燃料ノズル内の前記燃圧が低い場合に、前記高圧燃料ノズルから前記燃料を噴射させずに、前記低圧燃料ノズルから前記燃料を噴射させる一方で、前記燃料ノズル内の前記燃圧が高い場合に、少なくとも前記高圧燃料ノズルから前記燃料を噴射させることを特徴とするガスタービン燃焼器。 A pilot burner provided in the center;
A plurality of combustion burners disposed around the pilot burner,
Each combustion burner is
A fuel nozzle for injecting fuel;
The fuel nozzle is disposed inside, and has a premixed gas distribution passage through which a premixed gas in which the fuel injected from the fuel nozzle and the combustion air are mixed in advance flows.
The plurality of fuel nozzles include a low pressure fuel nozzle through which the fuel is injected, and a high pressure fuel nozzle through which the fuel is injected,
An injection switching mechanism capable of switching the injection of the fuel from the high-pressure fuel nozzle according to the fuel pressure,
The injection switching mechanism injects the fuel from the low-pressure fuel nozzle without injecting the fuel from the high-pressure fuel nozzle when the fuel pressure in the fuel nozzle is low, while the fuel in the fuel nozzle A gas turbine combustor that injects the fuel from at least the high-pressure fuel nozzle when the fuel pressure is high.
前記ガスタービン燃焼器において、前記予混合気を燃焼させることで発生する燃焼ガスにより回転するタービンと、を備えることを特徴とするガスタービン。 A gas turbine combustor according to any one of claims 7 to 9,
A gas turbine comprising: the gas turbine combustor comprising: a turbine that is rotated by combustion gas generated by burning the premixed gas.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012272855A JP6037812B2 (en) | 2012-12-13 | 2012-12-13 | Fuel nozzle, combustion burner, gas turbine combustor and gas turbine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012272855A JP6037812B2 (en) | 2012-12-13 | 2012-12-13 | Fuel nozzle, combustion burner, gas turbine combustor and gas turbine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014118845A true JP2014118845A (en) | 2014-06-30 |
JP6037812B2 JP6037812B2 (en) | 2016-12-07 |
Family
ID=51173899
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012272855A Active JP6037812B2 (en) | 2012-12-13 | 2012-12-13 | Fuel nozzle, combustion burner, gas turbine combustor and gas turbine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6037812B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101872801B1 (en) | 2017-04-18 | 2018-06-29 | 두산중공업 주식회사 | Combustor Fuel Nozzle Assembly And Gas Turbine Having The Same |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2963862A (en) * | 1960-03-21 | 1960-12-13 | Orenda Engines Ltd | Fuel systems |
US4337616A (en) * | 1980-04-14 | 1982-07-06 | General Motors Corporation | Fuel air ratio controlled fuel splitter |
JPS61140712A (en) * | 1984-12-11 | 1986-06-27 | Toshiba Corp | Gas fuel nozzle |
US5983642A (en) * | 1997-10-13 | 1999-11-16 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Combustor with two stage primary fuel tube with concentric members and flow regulating |
US20030106320A1 (en) * | 2001-12-06 | 2003-06-12 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Gas turbine pilot burner and method |
JP2006336995A (en) * | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Combustor for gas turbine |
JP2008170059A (en) * | 2007-01-11 | 2008-07-24 | Hitachi Ltd | Gas turbine combustor and its modifying method |
JP2008255897A (en) * | 2007-04-05 | 2008-10-23 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Combustion device for gas turbine engine |
US20080256954A1 (en) * | 2007-04-19 | 2008-10-23 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Start flow measurement |
-
2012
- 2012-12-13 JP JP2012272855A patent/JP6037812B2/en active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2963862A (en) * | 1960-03-21 | 1960-12-13 | Orenda Engines Ltd | Fuel systems |
US4337616A (en) * | 1980-04-14 | 1982-07-06 | General Motors Corporation | Fuel air ratio controlled fuel splitter |
JPS61140712A (en) * | 1984-12-11 | 1986-06-27 | Toshiba Corp | Gas fuel nozzle |
US5983642A (en) * | 1997-10-13 | 1999-11-16 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Combustor with two stage primary fuel tube with concentric members and flow regulating |
US20030106320A1 (en) * | 2001-12-06 | 2003-06-12 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Gas turbine pilot burner and method |
JP2006336995A (en) * | 2005-06-06 | 2006-12-14 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Combustor for gas turbine |
JP2008170059A (en) * | 2007-01-11 | 2008-07-24 | Hitachi Ltd | Gas turbine combustor and its modifying method |
JP2008255897A (en) * | 2007-04-05 | 2008-10-23 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Combustion device for gas turbine engine |
US20080256954A1 (en) * | 2007-04-19 | 2008-10-23 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Start flow measurement |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6037812B2 (en) | 2016-12-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6177187B2 (en) | Gas turbine combustor, gas turbine, control apparatus and control method | |
JP5611450B2 (en) | Nozzle and gas turbine combustor, gas turbine | |
CN103438480B (en) | The nozzle of gas-turbine unit, combustor and corresponding method | |
JP5185757B2 (en) | Gas turbine fuel control method, fuel control apparatus, and gas turbine | |
JP2010159957A (en) | Method and apparatus for injecting fuel in turbine engine | |
JP6012407B2 (en) | Gas turbine combustor and gas turbine | |
US10094565B2 (en) | Gas turbine combustor and gas turbine | |
EP3102877B1 (en) | Combustor | |
JP6647924B2 (en) | Gas turbine combustor and gas turbine | |
CA2844693A1 (en) | Combustor | |
JP2014092286A5 (en) | ||
JP5922450B2 (en) | Pilot combustion burner, gas turbine combustor and gas turbine | |
CN115398152A (en) | Burner assembly, gas turbine combustor, and gas turbine | |
JP2005265232A (en) | Gas turbine combustor | |
JP6037812B2 (en) | Fuel nozzle, combustion burner, gas turbine combustor and gas turbine | |
US20170074520A1 (en) | Combustor | |
JP7165545B2 (en) | Combustor for gas turbine | |
WO2020067231A1 (en) | Combustor and gas turbine equipped with same | |
JP6832137B2 (en) | gas turbine | |
CN117212788A (en) | Full premix burner |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20150206 |
|
A625 | Written request for application examination (by other person) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A625 Effective date: 20150903 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160628 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160629 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160826 |
|
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: 20161004 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20161101 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6037812 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |