JP2015218946A - Gas turbine combustor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はガスタービン燃焼器に関する。 The present invention relates to a gas turbine combustor.
近年、さまざまな環境問題がクローズアップされており、ガスタービン燃焼器においても環境保護の観点から環境負荷となる窒素酸化物(以下、NOxという)の排出量の低減を図ることが重要な課題となっている。また、燃料多様化の観点から、液体燃料と気体燃料のいずれも燃焼可能なデュアル燃料対応のガスタービン燃焼器への注目が高まっている。 In recent years, various environmental problems have been highlighted, and it is important to reduce the emission of nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx), which is an environmental burden, from the viewpoint of environmental protection in gas turbine combustors as well. It has become. Further, from the viewpoint of fuel diversification, attention has been focused on a dual-fuel compatible gas turbine combustor capable of burning both liquid fuel and gaseous fuel.
デュアル燃料対応のガスタービン燃焼器において、NOx排出量の低減のために予混合燃焼方式が提案されている。予混合燃焼方式は、燃料と空気を予め均一に混合してから燃焼させることで、燃焼室内での局所的な高温領域の発生を抑えると共にサーマルNOxの発生量を低減できる。予混合燃焼方式を採用したデュアル燃料対応のガスタービン燃焼器であって、拡散燃焼バーナと複数の予混合燃焼バーナを組み合わせたガスタービン燃焼器がある(例えば、特許文献1参照)。 In a dual-fuel compatible gas turbine combustor, a premixed combustion system has been proposed to reduce NOx emissions. In the premix combustion method, fuel and air are mixed in advance and then burned, thereby suppressing the generation of a local high temperature region in the combustion chamber and reducing the amount of thermal NOx generated. There is a gas turbine combustor that is a dual-fuel compatible gas turbine combustor that employs a premixed combustion system and combines a diffusion combustion burner and a plurality of premixed combustion burners (see, for example, Patent Document 1).
上述した従来技術のガスタービン燃焼器の場合、燃焼器頭部の軸中心位置に燃料と圧縮空気とを混合する混合室を有する拡散燃焼バーナを設け、この拡散燃焼バーナの周囲に燃料と圧縮空気とを混合する混合室を有する予混合燃焼バーナを複数個、同心円状に設置している。このため、圧縮空気をこれら複数個のバーナに導入するための流路形状は複雑化する傾向がある。 In the conventional gas turbine combustor described above, a diffusion combustion burner having a mixing chamber for mixing fuel and compressed air is provided at the axial center position of the combustor head, and the fuel and compressed air are provided around the diffusion combustion burner. A plurality of premixed combustion burners having mixing chambers are mixed and arranged concentrically. For this reason, the flow path shape for introducing compressed air into the plurality of burners tends to be complicated.
具体的には、各バーナの混合室は、圧縮空気が導入される流路となる空気孔が周方向に複数個設けられている。軸中心位置に拡散燃焼バーナを設け、拡散燃焼バーナの外周に複数個の予混合燃焼バーナを配置したので、圧縮空気の流路はこれらのバーナの間隙を通り複雑化し、バーナの空気孔の周方向の位置によっては、空気孔に流入する圧縮空気の流入角度がばらつく虞がある。また、空気孔に流入する圧縮空気の流入角度が増大すると、空気孔の流路の壁面から圧縮空気の流れが剥離し、燃料と圧縮空気の混合や保炎に寄与しない渦が形成されて、圧力損失が増加する可能性が生じる。圧力損失が増加するとガスタービンの熱効率が低下するという課題が生じる。 Specifically, the mixing chamber of each burner is provided with a plurality of air holes in the circumferential direction that serve as flow paths into which compressed air is introduced. Since a diffusion combustion burner is provided at the axial center position and a plurality of premixed combustion burners are arranged on the outer periphery of the diffusion combustion burner, the flow path of the compressed air is complicated through the gaps between these burners, and the periphery of the air holes of the burner is Depending on the position in the direction, the inflow angle of the compressed air flowing into the air holes may vary. In addition, when the inflow angle of the compressed air flowing into the air hole increases, the flow of the compressed air peels from the wall surface of the air hole flow path, and a vortex that does not contribute to the mixing and flame holding of the fuel and the compressed air is formed. The possibility of increased pressure loss arises. When the pressure loss increases, there arises a problem that the thermal efficiency of the gas turbine decreases.
本発明は上述した事柄に基づいてなされたものであって、その目的は、拡散燃焼バーナと予混合燃焼バーナとを組み合わせたガスタービン燃焼器において、圧縮空気の圧力損失を低減したガスタービン燃焼器を提供することにある。 The present invention has been made based on the above-described matters, and an object of the present invention is to provide a gas turbine combustor that combines a diffusion combustion burner and a premixed combustion burner, in which the pressure loss of compressed air is reduced. Is to provide.
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、燃焼器の軸中心に配置された拡散燃焼バーナと、前記拡散燃焼バーナの外周に配置された複数の予混合燃焼バーナと、前記予混合燃焼バーナの内部にあって燃料と空気を混合するための混合室と、前記混合室に流入する空気に旋回成分を付与するための空気流路と、前記拡散燃焼バーナおよび前記複数の予混合燃焼バーナを内包し、前記拡散燃焼バーナおよび前記複数の予混合燃焼バーナに空気を導入するための複数の空気導入口を有するバーナカバーとを備えたガスタービン燃焼器において、前記バーナカバーに設けた前記空気導入口の周方向位置を隣接する2個の前記予混合燃焼バーナの中間に対向するように構成したことを特徴とする。 In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted. The present application includes a plurality of means for solving the above-mentioned problems. For example, a diffusion combustion burner disposed at the center of the combustor and a plurality of pre-arrangements disposed on the outer periphery of the diffusion combustion burner. A mixed combustion burner, a mixing chamber inside the premixed combustion burner for mixing fuel and air, an air flow path for imparting a swirl component to the air flowing into the mixing chamber, and the diffusion combustion A gas turbine combustor including a burner and a plurality of premixed combustion burners, and a burner cover having a plurality of air inlets for introducing air into the diffusion combustion burners and the plurality of premixed combustion burners The circumferential position of the air inlet provided in the burner cover is configured to face the middle of two adjacent premixed combustion burners.
本発明によれば、拡散燃焼バーナと予混合燃焼バーナとを組み合わせたガスタービン燃焼器において、圧縮空気の圧力損失を低減した高効率なガスタービン燃焼器を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the gas turbine combustor which combined the diffusion combustion burner and the premixed combustion burner, the highly efficient gas turbine combustor which reduced the pressure loss of compressed air can be provided.
以下、本発明のガスタービン燃焼器の実施の形態を図面を用いて説明する。 Embodiments of a gas turbine combustor according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明のガスタービン燃焼器の第1の実施の形態の要部の側断面図をガスタービンプラント全体の模式図と併せて表した概略構成図である。
図1に示すガスタービンプラントは、主として、大気より吸込んだ空気を圧縮して高圧の圧縮空気100を生成する圧縮機1と、この圧縮機1から導入される圧縮空気100と液体燃料201または気体燃料202とを混合して燃焼させて燃焼ガス50を生成する燃焼器2と、燃焼器2で生成した燃焼ガス50が導入されるタービン3と、タービン3の駆動により回転され電力を発生する発電機4とを備えている。なお、圧縮機1とタービン3と発電機4とは回転軸で連結されている。圧縮機1に伝えられた回転動力は圧縮動力に用いられ、発電機4に伝えられた回転動力は電気エネルギに変換される。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a side sectional view of an essential part of a first embodiment of a gas turbine combustor of the present invention together with a schematic diagram of an entire gas turbine plant.
The gas turbine plant shown in FIG. 1 mainly includes a compressor 1 that compresses air sucked from the atmosphere to generate high-pressure compressed
燃焼器2は、圧力容器である外筒10と、外筒10の内側でその内部に燃焼室11を形成する円筒状のライナ12と、ライナ12の下流側に接続するトランジッションピース13とを備えている。ライナ12の上流側となる燃焼器頭部には、その軸中心位置に燃焼安定性の優れている拡散燃焼バーナ20が設けられ、この拡散燃焼バーナ20の周囲には、低NOx化に有効な予混合燃焼を行う予混合燃焼バーナ30が複数個、同心円状に配置されている。
The combustor 2 includes an
次に、燃焼器頭部の構造について図2乃至図3Bを用いて説明する。図2は本発明のガスタービン燃焼器の第1の実施の形態のガスタービン燃焼器頭部の拡大側断面図、図3Aは図2のIII−III線におけるガスタービン燃焼器頭部の径方向の横断面図、図3Bは図3AのA部及びA’部を拡大した横断面図である。図2乃至図3Bにおいて、図1に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。 Next, the structure of the combustor head will be described with reference to FIGS. 2 to 3B. 2 is an enlarged side sectional view of the gas turbine combustor head according to the first embodiment of the gas turbine combustor of the present invention. FIG. 3A is a radial direction of the gas turbine combustor head taken along line III-III in FIG. FIG. 3B is an enlarged cross-sectional view of part A and part A ′ of FIG. 3A. 2 to 3B, the same reference numerals as those shown in FIG. 1 are the same parts, and thus detailed description thereof is omitted.
図2に示す拡散燃焼バーナ20は、拡散燃焼バーナ用液体燃料ノズル21と、拡散燃焼バーナ用液体燃料ノズル21の下流側に中空円錐形状に形成された拡散燃焼バーナ混合室22とを備えている。中空円錐形状の拡散燃焼バーナ混合室22の壁面には拡散燃焼バーナ混合室22の内部に導入する空気に旋回成分を付与する複数の拡散燃焼バーナ空気孔23が形成されている。拡散燃焼バーナ用液体燃料ノズル21の外周には、拡散燃焼バーナ空気孔23と同数の気体燃料ノズル24が、各拡散燃焼バーナ空気孔23の上流側の相対する位置にそれぞれ配置されている。
A
一方、拡散燃焼バーナ20の周囲に同心円状に配置した複数個の予混合燃焼バーナ30は、燃料と空気との混合を促進するため、混合室31を設けている。混合室31は、上流側の軸中心に縮径部を下流側に拡径部を配置した中空円錐形状部と、この中空円錐形状部の下流端の縁から下流側に形成された中空円筒形状部とを備えている。換言すると、混合室31は、中空円錐形状部と中空円筒形状部とからなる内周部と、この内周部を覆う壁面部と、壁面部の外周である外周部とを有している。
On the other hand, the plurality of
予混合燃焼バーナ30の混合室31の壁面部には、燃焼用空気を導入するための空気孔32が軸方向、および周方向に複数形成され、これらの空気孔32には、気体燃料202を噴出するための気体燃料噴孔33が設けられている。
A plurality of
予混合燃焼バーナ30の軸中心位置には、液体燃料201を混合室31内に噴射する液体燃料ノズル34が配置されている。さらに、予混合燃焼バーナ30の外周側には、拡散燃焼バーナ20と予混合燃焼バーナ30を囲むバーナカバー40が配置され、バーナカバー40の下流端には拡散燃焼バーナ20と予混合燃焼バーナ30を支持するためのバーナプレート41がバーナカバー40と一体となって配置されている。
A
バーナカバー40には、バーナカバー40内部に圧縮空気100を導入するための空気導入口42が周方向に複数個、形成されている。
A plurality of
図2におけるIII−III線断面の拡散燃焼バーナ20、予混合燃焼バーナ30、バーナカバー40および空気導入口42の構造を図3Aに示す。本実施の形態では、バーナカバー40に設けた空気導入口42の周方向位置を、隣接する2個の予混合燃焼バーナ30の中間に対向するように構成している。また、本実施の形態では、6個の予混合燃焼バーナ30に対し、3箇所の空気導入口42を配置しており、隣接する2個の予混合燃焼バーナ30間に空気導入口42が配置された箇所(X部)と、配置されていない箇所(Y部)とを交互に設けている。換言すると、隣接する2個の予混合燃焼バーナ30で1つの群を構成し、この1つの群の周方向の中間に対向するバーナカバー40の位置に空気導入口42を設けている。
FIG. 3A shows the structure of the
また、予混合燃焼バーナ30の空気孔32は、その孔中心を混合室31の内周部を示す円の接線方向にずらして形成している。このことにより、混合室31の内部に流入する空気に旋回を付与し、空気の旋回流35が形成される。
The
さらに、本実施の形態では、予混合燃焼バーナ30に設けた空気孔32を通過する圧縮空気100の旋回方向は、予混合燃焼バーナ30に近接する空気導入口42が燃焼器軸中心に対して時計回りに位置する場合には時計回りの旋回方向とし、反時計回りに位置する場合には反時計回りの旋回方向としたことを特徴とする。
Furthermore, in the present embodiment, the swirling direction of the
具体的には、図3Aにおいて、最上部の空気導入口42が、燃焼器軸中心に対して時計回りに位置する予混合燃焼バーナ30をA’として、反時計周りに位置する予混合燃焼バーナ30をAとすると、A’の予混合燃焼バーナ30は、空気孔32を通過する圧縮空気100が時計回りに旋回するように、空気孔32の孔中心を混合室31の内周部を示す円に対し、燃焼器軸中心に対して時計回りに位置する接線方向にずらして形成している。また、Aの予混合燃焼バーナ30は、空気孔32を通過する圧縮空気100が反時計回りに旋回するように、空気孔32の孔中心を混合室31の内周部を示す円に対し、燃焼器軸中心に対して反時計回りに位置する接線方向にずらして形成している。
Specifically, in FIG. 3A, the premixed combustion burner in which the
次に、図1及び図2を用いて、上記構成におけるガスタービン燃焼器2の燃料と空気との流動状態を説明する。圧縮機1で圧縮された空気100は、ディフューザ5を通って燃焼器2に流入し、外筒10とライナ12の間を通過する。圧縮空気100の一部はライナ12の冷却空気101として燃焼室11に流入する。冷却空気101以外の圧縮空気100は、バーナカバー40に設けた空気導入口42を通じてバーナカバー40内部に流入し、拡散燃焼バーナ20および予混合燃焼バーナ30の内部に流入する。
Next, the flow state of the fuel and air in the gas turbine combustor 2 in the above configuration will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The
拡散燃焼バーナ20の内部に流入した圧縮空気100は拡散燃焼空気102として拡散燃焼バーナ混合室22に流入し、拡散燃焼バーナ用液体燃料ノズル21から噴出する液体燃料201または気体燃料ノズル24から噴出する気体燃料202と反応し、拡散火炎103を形成する。
The
予混合燃焼バーナ30の内部に流入した圧縮空気100は予混合燃焼空気104として混合室31に流入し、液体燃料ノズル34から噴射された液体燃料201または気体燃料噴孔33から噴出される気体燃料202と混合した後、予混合火炎105を形成する。拡散火炎103および予混合火炎105により発生した高温の燃焼ガス50は燃焼器2の下流に設置されたトランジションピース13を通過してタービン3に流入する。燃焼ガス50はタービン3および発電機4により仕事を取り出した後、排気ダクトを通じて排出される。
The
上記構成のガスタービン燃焼器2において、ガスタービン装置の起動から昇速、低負荷条件までは、拡散燃焼バーナ20を単独で用いて液体燃料201または気体燃料202を拡散燃焼させた運転をする。次に、燃料流量がさらに増加する高負荷条件では、拡散燃焼バーナ20に加えて予混合燃焼バーナ30に液体燃料201または気体燃料202を供給して予混合燃焼させ、拡散燃焼と予混合燃焼とを組み合わせた運転を実施する。この時、拡散燃焼と予混合燃焼の燃焼負荷の割合を制御することで、低NOxと安定燃焼の両立した運転が可能となる。拡散燃焼と予混合燃焼による燃焼負荷の割合は、拡散燃焼は主に部分負荷運転での割合を高くし、予混合燃焼は主に定格負荷近傍での割合を高くしている。
In the gas turbine combustor 2 having the above-described configuration, from the start of the gas turbine device to the ascending speed and low load conditions, the operation is performed by diffusing and burning the
次に、図3A及び図3Bを用いて、本実施の形態におけるバーナカバー40及び予混合燃焼バーナ近傍の圧縮空気及び燃料の流動状態を説明する。圧縮空気100は空気導入口42からバーナカバー40内部に流入し、一部は予混合燃焼バーナ30に設けた空気孔32を通じて予混合燃焼空気104として混合室31に流入し、残りは予混合燃焼バーナ30の間(X部)を通過して拡散燃焼バーナ20の側面に衝突する。
Next, the flow state of the compressed air and fuel near the
拡散燃焼バーナ20の側面に衝突した圧縮空気100は、別の空気導入口42から流入した圧縮空気100と合流し、一部は拡散燃焼バーナ空気孔23を通じて拡散燃焼空気102として拡散燃焼バーナ混合室22に流入する。残りの圧縮空気100は予混合燃焼バーナ30の間(Y部)を通過し、空気孔32を通じて混合室31に流入する。このため、予混合燃焼バーナ30の周囲には、圧縮空気100が予混合燃焼バーナ30外周を旋回する流れ場が形成される。
The
例えば、記号Aで図示した予混合燃焼バーナ30の外周には、最上部の空気導入口42から流入した圧縮空気100が反時計周りに旋回する流れ場が形成され、記号A’で示した予混合燃焼バーナ30の外周には圧縮空気100が時計回りに旋回する流れ場が形成されている。また、各混合室31に流入する圧縮空気100は、その孔中心を混合室31の内周部を示す円の接線方向にずらして形成した空気孔32により旋回成分が与えられ、混合室31で旋回流35を形成する。
For example, a flow field in which the
本実施の形態においては、予混合燃焼バーナ30に設けた空気孔32を通過する圧縮空気100の旋回方向は、予混合燃焼バーナ30に近接する空気導入口42が燃焼器軸中心に対して時計回りに位置する場合には時計回りの旋回方向とし、反時計回りに位置する場合には反時計回りの旋回方向となるように構成している。
In the present embodiment, the swirling direction of the
例えば、記号Aで図示した予混合燃焼バーナ30は、近接する空気導入口42が燃焼器軸中心に対して反時計回りに位置するため、空気孔32により混合室31内に形成される旋回流35の旋回方向は反時計回りとなる。一方、記号A’で図示した予混合燃焼バーナ30は、近接する空気導入口42が燃焼器軸中心に対して時計回りに位置するため、空気孔32により混合室31内に形成される旋回流35の旋回方向は時計回りとなる。
For example, the premixed
すなわち、ガスタービン燃焼器を本実施の形態のように構成することで、図3Bに示すように、予混合燃焼バーナ30の外周を流れる圧縮空気100の旋回方向と、予混合燃焼バーナ30内部の旋回流35の旋回方向とを同一方向にすることができる。このことにより、予混合燃焼バーナ30外周を旋回する流れ場における圧縮空気100の進行方向に対する空気孔32に流入する角度である流入角αを、空気孔32の周方向位置によらずほぼ一定とすることができる。また、流入角αを90度以下に抑えることができるので、圧縮空気100が空気孔32の流路の壁面から剥離することを抑制できる。この結果、ガスタービン燃焼器の圧力損失の増加を防止できる。
That is, by configuring the gas turbine combustor as in the present embodiment, as shown in FIG. 3B, the swirling direction of the
次に、本実施の形態と比較するために、従来のガスタービン燃焼器におけるバーナカバー40及び予混合燃焼バーナ近傍の圧縮空気及び燃料の流動状態について図4A及び図4Bを用いて説明する。図4Aは従来のガスタービン燃焼器頭部の径方向の横断面図、図4Bは図4AのB部を拡大した横断面図である。図4A及び図4Bにおいて、図1乃至図3Bに示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
Next, for comparison with the present embodiment, the flow state of compressed air and fuel near the
従来のガスタービン燃焼器においては、図4Aに示すように、バーナカバー40に設けた空気導入部43をバーナカバー全周に多孔形状とした点と、予混合バーナ30の混合室31内に形成される旋回流35の旋回方向を空気導入部43に対して規定しない点とが異なり、それ以外は同じ構成である。空気導入部43を多孔形状とすることで、バーナカバー40内部に流入する圧縮空気100を整流していた。
In the conventional gas turbine combustor, as shown in FIG. 4A, the
この様な構成において、バーナカバー40の空気導入部43から流入した圧縮空気100は、予混合燃焼バーナ30に衝突し、予混合燃焼バーナ30の両脇を通過して燃焼器軸中心部に向かい、一部は空気孔32を通じて混合室31に流入し、残りは拡散燃焼バーナ空気孔23を通じて拡散燃焼バーナ混合室22に流入していた。このため、予混合燃焼バーナ30の空気孔32の周方向位置によっては、予混合燃焼バーナ30外周を旋回する流れ場における圧縮空気100の進行方向に対する空気孔32に流入する角度である流入角αが増大する場合がある。
In such a configuration, the
図4Bに示すように、流入角αが90度以上まで増大した場合には、空気孔32の流路の壁面から予混合燃焼空気104としての圧縮空気100が剥離し、空気孔32の流路内に循環流36を形成する。循環流36は圧縮空気100が混合室31に流入する時に不要な流れでありエネルギの損失となるため、予混合燃焼バーナ30において圧力損失が増大する要因となっていた。
As shown in FIG. 4B, when the inflow angle α increases to 90 ° or more, the
また、従来の構造においては、空気孔32の流路内に循環流36が形成されると圧縮空気100が流れにくくなって、圧縮空気100の流量に周方向の偏差が生じていた。予混合燃焼バーナ30に流入する圧縮空気100に空気流量偏差が生じると、混合室31における燃料濃度が高くなり、予混合火炎105の局所火炎温度が上昇し、NOx排出量が増大する可能性が生じるという問題があった。
Further, in the conventional structure, when the
本実施の形態においては、予混合燃焼バーナ30の外周を流れる圧縮空気100の旋回方向と、予混合燃焼バーナ30内部の旋回流35の旋回方向とを同一方向にすることができるので、圧縮空気100が空気孔32の流路の壁面から剥離することを抑制でき、予混合バーナ30で生じる圧力損失を低減できる。
In the present embodiment, the swirling direction of the
上述した本発明のガスタービン燃焼器の第1の実施の形態によれば、拡散燃焼バーナ20と予混合燃焼バーナ30とを組み合わせたガスタービン燃焼器において、圧縮空気の圧力損失を低減した高効率なガスタービン燃焼器を提供できる。
According to the first embodiment of the gas turbine combustor of the present invention described above, in the gas turbine combustor in which the
また、述した本発明のガスタービン燃焼器の第1の実施の形態によれば、予混合燃焼バーナ30の空気孔32の流路内に循環流36が形成されることを抑制できるので、予混合バーナ30に流入する圧縮空気100の流量偏差を低減でき、予混合火炎105の局所火炎温度の上昇を抑制し、低NOx燃焼が可能となる。
Further, according to the first embodiment of the gas turbine combustor of the present invention described above, the formation of the
以下、本発明のガスタービン燃焼器の第2の実施の形態を図面を用いて説明する。図5は本発明のガスタービン燃焼器の第2の実施の形態のガスタービン燃焼器頭部の径方向の横断面図である。図5において、図1乃至図4に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。 Hereinafter, a second embodiment of the gas turbine combustor of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a radial cross-sectional view of the gas turbine combustor head according to the second embodiment of the gas turbine combustor of the present invention. In FIG. 5, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 4 are the same parts, and detailed description thereof is omitted.
図5に示す本発明のガスタービン燃焼器の第2の実施の形態は、大略第1の実施の形態と同様の機器で構成されるが、以下の構成が異なる。本実施の形態においては、各空気導入口42の縁にバーナカバー40内側に突出する案内板44を設けている点と、拡散燃焼バーナ20の側面であって、外周に配置された隣接する2個の予混合燃焼バーナ30の中間に対向する複数の位置のそれぞれに、燃焼器外周側に向かって突出した分配板45を設けた点が異なっている。また、分配板45によって区切られた拡散燃焼バーナ20の側面の各領域には、拡散燃焼バーナ空気孔23がそれぞれ設けられているが、これらは、拡散燃焼バーナ空気孔23の総開口面積が各領域において均等になるように形成されている。
The second embodiment of the gas turbine combustor according to the present invention shown in FIG. 5 is configured with almost the same equipment as the first embodiment, but the following configuration is different. In the present embodiment, a
本実施の形態におけるガスタービン燃焼器では、空気導入口42からバーナカバー40の内部に圧縮空気100が流入する際に、案内板44により拡散燃焼バーナ20に向かう方向に整流される。案内板44により整流された圧縮空気100は、拡散燃焼バーナ20の側面に配置された分配板45に衝突して分配板45の両脇に分配された後に拡散燃焼バーナ20の側面に衝突する。
In the gas turbine combustor in the present embodiment, when the
拡散燃焼バーナ20の側面に衝突した圧縮空気100の一部は、拡散燃焼バーナ空気孔23を通じて拡散燃焼バーナ混合室22に流入し、残りは予混合燃焼バーナ30の間(Z部)を通過し、燃焼器2の外周側に向かう。予混合燃焼バーナ30の間を通過した圧縮空気100は、一部が空気孔32を通じて混合室31に流入し、残りはバーナカバー40、案内板44に沿って流れ、新たに空気導入口42から流入する圧縮空気100と合流して再び拡散燃焼バーナ20に向かって流れる。
A part of the
本実施の形態のように、各空気導入口42の縁にバーナカバー40内側に突出する案内板44を設けることで、圧縮空気100がバーナカバー40に流入する際に、空気導入口42近傍に循環流が形成されることを抑制し、圧力損失を低減することができる。
As in the present embodiment, by providing a
また、本実施の形態のように、拡散燃焼バーナ20の側面に複数の分配板45を配置した場合、分配板45は空気導入口42と周方向同位相に位置するため、拡散燃焼バーナ20に衝突する圧縮空気100を分配板45の両脇に均等に分配することができる。このため、予混合燃焼バーナ30の外周を流れる圧縮空気100の周方向の流量偏差が低減し、予混合燃焼バーナ30に流入する空気流量が均等になる。この結果、予混合燃焼バーナ30に流入する空気流量偏差により生じる混合室31における燃料濃度の上昇と予混合火炎105の局所火炎温度の上昇が抑制でき、NOx排出量の増大を抑制できる。
In addition, when a plurality of
上述した本発明のガスタービン燃焼器の第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 According to the second embodiment of the gas turbine combustor of the present invention described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
また、上述した本発明のガスタービン燃焼器の第2の実施の形態によれば、拡散燃焼バーナ20の側面であって、外周に配置された隣接する2個の予混合燃焼バーナ30の中間に対向する複数の位置のそれぞれに燃焼器外周側に向かって突出した分配板45を設けたので、拡散燃焼バーナ20に衝突した圧縮空気100を分配板45に沿って燃焼器の外周側に流れ方向を転回することができる。このことにより、拡散燃焼バーナ20近傍の流れを整流でき、圧力損失の発生を抑制できる。
Further, according to the above-described second embodiment of the gas turbine combustor of the present invention, it is a side surface of the
また、上述した本発明のガスタービン燃焼器の第2の実施の形態によれば、分配板45によって区切られた拡散燃焼バーナ20の側面の各領域では、圧縮空気100の流量はほぼ均一となる。また、拡散燃焼バーナ20の側面の各領域における拡散燃焼バーナ空気孔23の開口面積を均等になるように構成したので、各拡散燃焼バーナ空気孔23に流入する圧縮空気100の流量および流速の周方向偏差を低減できる。このことにより、燃焼室11の軸方向に対して偏った拡散火炎103の形成を防止できる。この結果、拡散火炎103と予混合火炎105の燃焼安定性が確保できると共にライナ12の温度上昇を抑制できる。
Further, according to the above-described second embodiment of the gas turbine combustor of the present invention, the flow rate of the
以下、本発明のガスタービン燃焼器の第3の実施の形態を図面を用いて説明する。図6は本発明のガスタービン燃焼器の第3の実施の形態のガスタービン燃焼器頭部の径方向の横断面図である。図6において、図1乃至図5に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。 Hereinafter, a third embodiment of the gas turbine combustor of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a radial cross-sectional view of the gas turbine combustor head portion of the third embodiment of the gas turbine combustor of the present invention. In FIG. 6, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 5 are the same parts, and detailed description thereof is omitted.
図6に示す本発明のガスタービン燃焼器の第3の実施の形態は、大略第1の実施の形態と同様の機器で構成されるが、以下の構成が異なる。本実施の形態においては、隣接する予混合燃焼バーナ30の間を区切るようにバーナカバー40の内壁と拡散燃焼バーナ20の側面とを接続する仕切板46を複数個設け、バーナカバー40と仕切板46と拡散燃焼バーナ20の側面とで区切られた空間に1個の予混合燃焼バーナ30を配置した点と、区切られた空間を形成するバーナカバー40において、1個の仕切板に接する周方向位置に空気導入口42を設けた点が異なる。
The third embodiment of the gas turbine combustor according to the present invention shown in FIG. 6 is configured with the same devices as the first embodiment, but the following configuration is different. In the present embodiment, a plurality of
このような構成により、空気導入口42は、予混合燃焼バーナ30の軸中心に対して周方向の位相がずれた位置に配置される。また、仕切板46によって区切られた拡散燃焼バーナ20の側面の各領域には、拡散燃焼バーナ空気孔23がそれぞれ設けられているが、これらは、拡散燃焼バーナ空気孔23の総開口面積が各領域において均等になるように形成されている。
With such a configuration, the
本実施の形態におけるガスタービン燃焼器では、空気導入口42からバーナカバー40の内部に流入する圧縮空気100は、仕切板46に沿って流れて拡散燃焼バーナ20の側面に衝突する。
In the gas turbine combustor according to the present embodiment, the
拡散燃焼バーナ20の側面に衝突した圧縮空気100の一部は、拡散燃焼バーナ空気孔23を通じて拡散燃焼バーナ混合室22に流入し、残りは仕切板46に沿って燃焼器2の外周側に向かう。このため、予混合燃焼バーナ30の周囲には、予混合燃焼バーナ30外周を旋回する圧縮空気100の流れ場が形成される。
A part of the
本実施の形態のように燃焼器2を構成することで、空気導入口42から流入した圧縮空気100は、仕切板46により流れが制約されるため、仕切板46内の予混合燃焼バーナ30および拡散燃焼バーナ20から燃焼室11に流出する。このとき、バーナカバー40と外筒10との間の断面積は空気導入口42の断面積よりも大きいので、空気導入口42がオリフィスとなる。このため、各空気導入口42には圧縮空気100が均等に分配され、各予混合燃焼バーナ30に流入する圧縮空気100の流量を均一にできる。
By configuring the combustor 2 as in the present embodiment, the flow of the
このため、予混合燃焼バーナ30の外周を流れる圧縮空気100の周方向の流量偏差が低減し、予混合燃焼バーナ30に流入する空気流量が均等になる。この結果、予混合燃焼バーナ30に流入する空気流量偏差により生じる混合室31における燃料濃度の上昇と予混合火炎105の局所火炎温度の上昇が抑制でき、NOx排出量の増大を抑制できる。
For this reason, the flow rate deviation in the circumferential direction of the
上述した本発明のガスタービン燃焼器の第3の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。 According to the third embodiment of the gas turbine combustor of the present invention described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
また、上述した本発明のガスタービン燃焼器の第3の実施の形態によれば、空気導入口42と予混合燃焼バーナ30の位置関係は、仕切板46で区切られた空間において全て回転対称となっている。例えば本実施の形態においては、いずれの予混合燃焼バーナ30においても、対応する空気導入口42は燃焼器軸中心に対して反時計回りに位置している。このため、予混合燃焼バーナ30に設けた空気孔32の旋回方向は全て反時計回りとなり、使用する予混合燃焼バーナ30の構造を統一することができる。この結果、予混合燃焼バーナ30を組み立てるときに旋回方向を間違えるリスクを低減できる。また、予混合燃焼バーナ30を1種類に統一できるため、部品の管理コストを低減できる。
Further, according to the third embodiment of the gas turbine combustor of the present invention described above, the positional relationship between the
また、本発明は上述した第1乃至第3の実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。 The present invention is not limited to the above-described first to third embodiments, and includes various modifications. The above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to the one having all the configurations described.
1 圧縮機
2 燃焼器
3 タービン
4 発電機
5 ディフューザ
10 外筒
11 燃焼室
12 ライナ
13 トランジッションピース
20 拡散燃焼バーナ
21 拡散燃焼バーナ用ノズル
22 拡散燃焼バーナ混合室
23 拡散燃焼バーナ空気孔
24 気体燃料ノズル
30 予混合燃焼バーナ
31 混合室
32 空気孔
33 気体燃料噴孔
34 液体燃料ノズル
35 旋回流
36 循環流
40 バーナカバー
41 バーナプレート
42 空気導入口
43 空気導入部
44 案内板
45 分配板
46 仕切板
50 燃焼ガス
100 圧縮空気
101 冷却空気
102 拡散燃焼空気
103 拡散火炎
104 予混合燃焼空気
105 予混合火炎
201 液体燃料
202 気体燃料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Compressor 2
Claims (6)
前記拡散燃焼バーナの外周に配置された複数の予混合燃焼バーナと、
前記予混合燃焼バーナの内部にあって燃料と空気を混合するための混合室と、
前記混合室に流入する空気に旋回成分を付与するための空気流路と、
前記拡散燃焼バーナおよび前記複数の予混合燃焼バーナを内包し、前記拡散燃焼バーナおよび前記複数の予混合燃焼バーナに空気を導入するための複数の空気導入口を有するバーナカバーとを備えたガスタービン燃焼器において、
前記バーナカバーに設けた前記空気導入口の周方向位置を隣接する2個の前記予混合燃焼バーナの中間に対向するように構成した
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。 A diffusion combustion burner located in the axial center of the combustor;
A plurality of premixed combustion burners disposed on the outer periphery of the diffusion combustion burner;
A mixing chamber inside the premixed combustion burner for mixing fuel and air;
An air flow path for imparting a swirl component to the air flowing into the mixing chamber;
A gas turbine comprising the diffusion combustion burner and the plurality of premixed combustion burners, and a burner cover having a plurality of air inlets for introducing air into the diffusion combustion burner and the plurality of premixed combustion burners In the combustor,
A gas turbine combustor characterized in that the circumferential position of the air inlet provided in the burner cover is opposed to the middle of two adjacent premixed combustion burners.
前記空気流路により前記混合室に流入する空気に付与する旋回成分を前記予混合燃焼バーナと前記空気導入口との位置関係で決定する
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to claim 1.
A gas turbine combustor, wherein a swirl component to be given to air flowing into the mixing chamber by the air flow path is determined by a positional relationship between the premixed combustion burner and the air inlet.
前記空気導入口が前記燃焼器の軸中心に対して時計回りに位置する前記予混合燃焼バーナにおいては、前記旋回成分を前記燃焼器の軸中心に対して時計回りとし、
前記空気導入口が前記燃焼器の軸中心に対して反時計回りに位置する前記予混合燃焼バーナにおいては、前記旋回成分を前記燃焼器の軸中心に対して反時計回りとした
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to claim 2.
In the premixed combustion burner in which the air inlet is positioned clockwise with respect to the axial center of the combustor, the swirl component is clockwise with respect to the axial center of the combustor,
In the premixed combustion burner in which the air inlet is positioned counterclockwise with respect to the axial center of the combustor, the swirl component is counterclockwise with respect to the axial center of the combustor. Gas turbine combustor.
前記空気導入口の縁に前記バーナカバーの内側に突出するように形成した案内板と、
前記拡散燃焼バーナの側面であって、隣接する2個の前記予混合燃焼バーナの中間に対向する位置に、前記燃焼器の外周側に向かって突出するように形成した分配板とを更に備えた
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to claim 1.
A guide plate formed to protrude to the inside of the burner cover at the edge of the air inlet;
A distribution plate formed on the side surface of the diffusion combustion burner so as to protrude toward the outer peripheral side of the combustor at a position facing the middle of the two adjacent premixed combustion burners. A gas turbine combustor.
隣接する前記予混合燃焼バーナの間を区切るように前記バーナカバーの内壁と前記拡散燃焼バーナの側面とを接続する仕切板を更に備え、
前記空気導入口を前記バーナカバーにおける前記仕切板に接する周方向の位置に配置した
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to claim 1.
A partition plate for connecting an inner wall of the burner cover and a side surface of the diffusion combustion burner so as to separate the adjacent premixed combustion burners;
The gas turbine combustor, wherein the air inlet is disposed at a circumferential position in contact with the partition plate in the burner cover.
前記拡散燃焼バーナの内部にあって燃料と空気を混合するための拡散燃焼バーナ混合室と、
前記分配板又は前記仕切板によって区切られて前記拡散燃焼バーナの側面部に形成された複数の領域と、
前記複数の領域のそれぞれに設けられて前記拡散燃焼バーナ混合室に流入する空気に旋回成分を付与するための空気流路とを備え、
前記拡散燃焼バーナの側面の前記各領域における空気流路の開口面積を均等になるように形成した
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to claim 4 or 5,
A diffusion combustion burner mixing chamber for mixing fuel and air inside the diffusion combustion burner;
A plurality of regions formed on a side surface portion of the diffusion combustion burner divided by the distribution plate or the partition plate;
An air flow path for providing a swirl component to the air that is provided in each of the plurality of regions and flows into the diffusion combustion burner mixing chamber,
A gas turbine combustor characterized in that the opening area of the air flow path in each region of the side surface of the diffusion combustion burner is formed to be uniform.
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