JP2518986Y2 - ガスタービンの燃焼器 - Google Patents

ガスタービンの燃焼器

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JP2518986Y2 JP1989005663U JP566389U JP2518986Y2 JP 2518986 Y2 JP2518986 Y2 JP 2518986Y2 JP 1989005663 U JP1989005663 U JP 1989005663U JP 566389 U JP566389 U JP 566389U JP 2518986 Y2 JP2518986 Y2 JP 2518986Y2
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眞市 梶田
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Kawasaki Jukogyo KK
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【考案の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この考案は、予め混合室で燃料と空気とを混合させて
混合気をつくり、この混合気を燃焼させることにより、
低温燃焼を可能にして、ガスタービンの排ガス中に含ま
れている窒素酸化物(以下、NOxと称す)を低減するよ
うになした予混合型のガスタービンの燃焼器に関するも
のである。
[従来の技術] 発電機のような負荷を駆動する一軸式のガスタービン
では、負荷の変動に対応して燃料の供給量が調節される
一方で、回転数がガバナにより一定に制御されているこ
とから、負荷の変動にかかわらず、空気の供給量はほぼ
一定である。そのため、負荷の変動があると、空燃比が
大きく変化する。
ところで、NOx低減の方法として多段燃焼(特開昭58
−210413号公報参照)や予混合燃焼(特開昭59−173632
号公報参照)があるが、そのうち、予混合燃焼による低
NOx作動範囲は、第4図のMLで示すように狭く、ガスタ
ービンの作動範囲TLの全域にわたつて低NOx燃焼を行な
わせるためには、負荷の変動に対応して空気の供給量を
調節し、空燃比を低NOx作動範囲に制御することが必要
となる。
かかる要求に応えるものとして、いわゆるマルチバー
ナ方式がある。この方式は、第5図(平面図)に示すよ
うに、燃焼器1の頂壁に、1つの燃料供給ノズル5とス
ワーラ(固定羽根)6とを同心状に備えた予混合バーナ
を多数配置し、各ノズル5からの燃料供給量とスワーラ
6からの空気供給量との比、つまり空燃比(予混合比)
を、低NOx燃焼が可能な範囲に設定しておき、負荷の変
動に応じて、ノズル5を開閉することにより作動するバ
ーナの数を制御している。
他方、本件出願人は、実願昭63−97487号により単一
バーナ型で予混合室へ供給される空気量を負荷に応じて
調節する手段を備えた予混合型ガスタービン燃焼器を提
案した。この燃焼器は、燃焼器内の空気通路に臨んで制
御弁を配置し、この制御弁の開度を負荷に応じて調節す
ることにより、予混合室へ入る空気量を調節して、予混
合室内の空燃比を、低NOx燃焼が可能な範囲に制御して
いる。
[考案が解決しようとする課題] 上記先行技術のうち、マルチバーナ方式の燃焼器で
は、燃料供給ノズルとスワーラを同心状に備えた予備混
合バーナを多数設けているために、燃焼器全体が大型で
構造も複雑化し易い。
これに対し、本出願人が提案している予混合型のガス
タービンの燃焼器は、大型にはならないが、制御弁など
を高温の条件下に設置して作動させる必要があるため、
耐久性に問題があり、また熱的な影響も考慮しなければ
ならないので、コントロール系統も複雑になり易い。
この考案は上記実情に鑑みてなされたもので、全体構
造を簡単で小型にできながら、ガスタービンの全作動範
囲にわたつて低NOx燃焼を安定良く行なわせることがで
きるガスタービンの燃焼器を提供することを目的とす
る。
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するために、この考案に係るガスター
ビンの燃焼器は、内部に燃焼室を形成する内筒の頂部に
該内筒の軸心と同心円状に分割して複数の環状予混合室
を形成し、これら各予混合室の入口に空気通路内の高圧
空気を旋回させながら導入するスワーラとこれらスワー
ラにそれぞれ対向して配設され上記各予混合室へ主燃料
を供給する主燃料供給ノズルとを設けるとともに、主燃
料供給ノズルを先端に備えた複数の主燃料通路に介装さ
れた遮断弁をガスタービンの負荷の増減に応じて開閉制
御して、上記複数の主燃料供給ノズルから予混合室への
主燃料の供給本数を増減するコントローラを備えたもの
である。
〔作用〕
この考案によれば、燃焼室を形成する内筒の頂部に該
内筒の軸心と同心円状に分割して複数の環状予混合室を
形成し、これら各予混合室内にスワーラを介して高圧空
気を旋回させながら導入することで、各予混合室個々に
おいて予め均質に混合された混合気を作ることを可能と
し、このような混合条件下において、ガスタービンの負
荷の変動(増減)に応じて上記複数の予混合室への主燃
料の供給本数を遮断弁の単なる開閉によって増減制御す
るようにしたので、燃焼器全体はコンパクトで、構造の
簡単なものとしながら、ガスタービンのほぼ全作動範囲
にわたり、予混合燃焼による低Nox燃焼を安定よく行わ
せることが可能となる。
[実施例] 以下、この考案の一実施例を図面に基づいて説明す
る。
第1図は、この考案に係る予混合型ガスタービンの燃
焼器の概略構成を示す断面図である。同図において、1
は燃焼器で、この燃焼器1は内部に燃焼室9を形成する
内筒2と外筒3との間に空気通路4を形成しており、圧
縮機(図示せず)からの高圧空気Cがその空気通路4に
導入される。27A、27B、27Cは燃焼器1の内筒2の頂部
において、その軸心と同心円状に配置された環状の仕切
り壁で、断面L字形に屈曲しており、内筒2の径方向で
隣接する仕切り壁27Aと27Bとの間、27Bと27Cとの間、お
よび27Cと内筒2との間に、それぞれ断面で逆L字状に
屈曲した環状の予混合室7A、7B、7Cが形成されている。
6A、6B、6Cは上記各予混合室7A、7B、7Cの入口部に設け
られたスワーラで、たとえば固定羽根からなる。5A、5
B、5Cは上記各予混合室7A、7B、7Cへ主燃料Fmを供給す
る主燃料供給ノズルで、上記各スワーラ6A、6B、6Cの外
周にそれぞれ対向して配設されており、これら主燃料供
給ノズル5A、5B、5Cから上記各予備混合室7A、7B、7Cに
向かつて主燃料Fmを噴出させると、空気通路4からの予
混合空気Caに混入されて予混合室7A〜7Cに導入され、そ
の際、上記スワーラ6A〜6Cによつて主燃料Fmおよび予混
合空気Caに旋回力を与えて、両者FmおよびCaを予め均質
に混合した混合気Mをつくる。
11は複数の希釈空気孔で、上記燃焼室9内の燃焼領域
9Aで生成された燃焼ガスGに希釈空気Cbを混入させて、
燃焼ガスの温度を下げる。この温度の下がつた燃焼ガス
Gがタービン(図示せず)に供給される。
16は主燃料調節手段で、主燃料通路17に設けられた主
燃料制御弁18とそれを駆動するガバナアクチユエータ19
とから構成されている。20は着火燃料調節手段で、着火
燃料通路21に設けられた着火燃料制御弁22とそれを駆動
するアクチユエータ23とから構成されている。
17A、17B、17Cは主燃料通路17から分岐された3つの
主燃料分岐通路で、その先端に上記主燃料供給ノズル5
A、5B、5Cが接続されている。28A、28B、28Cは上記各主
燃料分岐通路17A、17B、17Cの途中に介装した遮断弁と
しての電磁弁で、これら電磁弁28A、28B、28Cの開閉制
御により上記主燃料供給ノズル5A、5B、5Cの作動本数を
増減するように構成している。
コントローラ24は、発電機のような負荷25からの負荷
信号aの入力に基づいて、主燃料Fmの総量および着火燃
料Fsの量を調節するように、制御信号f1およびf2を各々
のアクチユエータ19および23に出力する一方、負荷25か
らの負荷信号aの増大に応じて電磁弁28A、28B、28Cの
開数、つまり主燃料供給ノズル5A、5B、5Cの作動本数を
増加するような制御信号f3をリレー回路29を介して電磁
弁28A、28B、28Cに出力する。
つぎに、上記構成のガスタービンの燃焼器における燃
焼制御動作について説明する。
まず、タービンの低負荷運転時には、負荷信号aの入
力に基づいてコントローラ24から各アクチユエータ19、
23に制御信号f1、f2が出力されて、主燃料Fmの総量およ
び着火燃料Fsの量が絞られると同時に、リレー回路29を
経て電磁弁28A、28B、28Cに制御信号f3が出力されて、
1つの電磁弁28Aのみが開で、残る2つの電磁弁28B、28
Cは閉となる。つまり、1つの主燃料供給ノズル5Aのみ
から、それに対応する予信号室7A内に主燃料Fmが供給さ
れる。これにより、予混合空気Caと燃料Fm+Fsの比が第
2図のA1で示すように、低NOx燃料範囲に制御される。
一方、負荷25の値が増大すると、コントローラ24から
各アクチユエータ19、23に出力される制御信号f1、f2に
より、燃料Fm、Fsの量が増加すると同時に、リレー回路
29を経て出力される制御信号f3により電磁弁28A、28B、
28Cの開数、つまり主燃料供給ノズル5A、5B、5Cの作動
本数が2つ、3つと順次増加する。これにより、予混合
室7A、7B、7Cにおける予備混合燃料の数が増加して、負
荷の増大にもかかわらず、第2図のA2やA3で示すよう
に、低NOx燃料範囲の空燃比を保つことができる。
なお、第2図の2点鎖線Bは、予混合室を1つとし
て、この予混合室に入る空気量を特に制御しない場合の
NOx量を示す。
第3図はこの考案の別の実施例を示すガスタービンの
概略構成の断面図である。同図において、第1図と相違
するのは、各仕切り壁27A、27B、27Cが円筒形状で、各
予混合室7A、7B、7Cをストレートな環状形にし、これに
合わせてスワーラ6A、6B、6Cおよび主燃料供給ノズル5
A、5B、5Cを内筒2の真上部に配置したことである。そ
の他の構成は第1図と同一であるため、該当部分に同一
符号を付して、それらの説明を省略する。
また、各予混合室7A、7B、7C内での主燃料Fmおよび予
混合空気Caの旋回方向は全てが同一であつても、少なく
とも1つが反対であつても良い。
さらに、主燃料供給ノズル5A、5B、5Cを各予混合室7
A、7B、7Cに対して、それぞれ複数本づつ設けてもよ
い。
[考案の効果] 以上のように、この考案によれば、ガスタービンの全
作動範囲にわたり、空燃比をほぼ一定に保ったままで、
低温燃焼による低Nox燃焼を実現することができる。し
かも、燃焼器の内筒の頂部に同心円状の環状予混合室を
形成してこれら各予混合室での混合性をスワーラを介し
て良好にしつつ、ガスタービンの負荷の増減に応じて遮
断弁を開閉制御して、複数の主燃料供給ノズルから予混
合室への主燃料の供給本数を増減するようにしたので、
高温部に可動制御弁を設置する必要がなくて、弁の耐久
性の向上を図り得るのはもちろん、予混合方式の低温燃
焼による低Nox燃焼を安定よく行なうことができる。ま
た、従来のマルチバーナ方式のものに比べて、燃焼器全
体の構造を簡単で、かつ、小型に構成しやすいという効
果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの考案の一実施例の概略構成を示す断面図、
第2図は動作を説明するための特性図、第3図はこの考
案の別の実施例の概略構成を示す断面図、第4図は空燃
比とNOxの発生量との相関特性図、第5図は従来例の概
略構成を示す平面図である。 1……燃焼器、2……内筒、3……外筒、4……空気通
路、5A、5B、5C……主燃料供給ノズル、6A、6B、6C……
スワーラ、7A、7B、7C……予混合室、24……コントロー
ラ、28A、28B、28C……電磁弁。

Claims (1)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】内部に燃焼室を形成する内筒と外筒との間
    に圧縮機からの高圧空気を導入する空気通路が形成され
    たガスタービンの燃焼器において、上記内筒の頂部に上
    記内筒の軸心と同心円状に分割して形成された複数の環
    状予混合室と、これら各予混合室の入口に設けられて上
    記空気通路内の高圧空気を上記各予混合室へ旋回させな
    がら導入するスワーラと、これらスワーラにそれぞれ対
    向して配設され上記各予混合室へ主燃料を供給する主燃
    料供給ノズルを先端に備えた複数の主燃料通路と、これ
    ら主燃料通路に介装された遮断弁と、ガスタービンの負
    荷の増減に応じて上記遮断弁を開閉制御して上記複数の
    主燃料供給ノズルから予混合室への主燃料の供給本数を
    増減するコントローラとを備えたことを特徴とするガス
    タービンの燃焼器。
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