JP2528136B2 - ガスタ−ビン燃焼器 - Google Patents
ガスタ−ビン燃焼器Info
- Publication number
- JP2528136B2 JP2528136B2 JP62191206A JP19120687A JP2528136B2 JP 2528136 B2 JP2528136 B2 JP 2528136B2 JP 62191206 A JP62191206 A JP 62191206A JP 19120687 A JP19120687 A JP 19120687A JP 2528136 B2 JP2528136 B2 JP 2528136B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- combustor
- speed
- fuel
- gas turbine
- flow
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガスタービン用燃焼器に係り、特にNox低
減効果の大なるタービン用燃焼器に関する。
減効果の大なるタービン用燃焼器に関する。
化石燃料を燃料とする燃焼装置から発生する大気汚染
物質の主要な成分は、燃料の未燃焼排出物である炭化水
素，すすおよび不完全酸化物の一酸化炭素と、燃料中の
窒素分，燃焼空気中の窒素の酸化により生成される窒素
酸化物（以下、NOxと称す）である。
物質の主要な成分は、燃料の未燃焼排出物である炭化水
素，すすおよび不完全酸化物の一酸化炭素と、燃料中の
窒素分，燃焼空気中の窒素の酸化により生成される窒素
酸化物（以下、NOxと称す）である。
ガスタービン燃焼器は、燃焼空気量が理論燃焼空気量
よりもはるかに大きく、かつ連続燃焼であるので未燃炭
化水素の排出指数（グラム／キログラム燃料）は0.1以
下、一酸化炭素は１以下、すすは10mg/Nm3以下であり、
ピストンエンジンおよびボイラに比較し、これら未燃焼
汚染物質の発生は少ないが、NOxの排出指数は６〜12倍
程度であり、NOxに関しては必ずしも低排量となつてお
らず、ガスタービン燃焼器ではNOxの低減化が大きな課
題である。
よりもはるかに大きく、かつ連続燃焼であるので未燃炭
化水素の排出指数（グラム／キログラム燃料）は0.1以
下、一酸化炭素は１以下、すすは10mg/Nm3以下であり、
ピストンエンジンおよびボイラに比較し、これら未燃焼
汚染物質の発生は少ないが、NOxの排出指数は６〜12倍
程度であり、NOxに関しては必ずしも低排量となつてお
らず、ガスタービン燃焼器ではNOxの低減化が大きな課
題である。
ガスタービン燃焼器におけるNOxの生成は、軽質油お
よび天然ガスを燃料とする場合には、燃料中の窒素分の
含有量が非常に小さいので、大部分が燃焼空気中の窒素
の固定によるものである。
よび天然ガスを燃料とする場合には、燃料中の窒素分の
含有量が非常に小さいので、大部分が燃焼空気中の窒素
の固定によるものである。
一方、ガスタービン燃焼器内の燃焼形態は、ほぼ断熱
燃焼に近いものであり、局部的には2200℃程度の高温領
域が存在し、この領域では千分の一秒当り数十ppmのNOx
が生成される。このNOx生成速度は、燃焼ガス温度によ
り支配的な影響を受けるものである。ガスタービン燃焼
器の場合のNOxの制御は、まず燃焼温度の制御すなわち
低温燃焼化である1500℃程度の燃焼を実現できるなら
ば、NOxの排出濃度は、約十分の一に低減させることが
可能である。
燃焼に近いものであり、局部的には2200℃程度の高温領
域が存在し、この領域では千分の一秒当り数十ppmのNOx
が生成される。このNOx生成速度は、燃焼ガス温度によ
り支配的な影響を受けるものである。ガスタービン燃焼
器の場合のNOxの制御は、まず燃焼温度の制御すなわち
低温燃焼化である1500℃程度の燃焼を実現できるなら
ば、NOxの排出濃度は、約十分の一に低減させることが
可能である。
上述の2200℃程度の局部的な高温領域をなくする燃焼
方法は、（１）燃焼炉内に水または水蒸気を搬出して燃
焼ガスを低減す方法、（２）燃料を燃焼するに必要な空
気量に対する実際の空気量の割合（以下、当比量と称
す）を高くして、燃料が希薄な条件で燃焼する方法の２
方式が実用化されている。
方法は、（１）燃焼炉内に水または水蒸気を搬出して燃
焼ガスを低減す方法、（２）燃料を燃焼するに必要な空
気量に対する実際の空気量の割合（以下、当比量と称
す）を高くして、燃料が希薄な条件で燃焼する方法の２
方式が実用化されている。
方法（１）では、60〜80％のNOxの低減を図れるが、
この方法では水噴射量の増加とともに、NOxの低減率は
次第に飽和する傾向が現われる。また、ガスタービンの
効率を高くするため、燃焼器出力のガス温度を高くする
と、水および水蒸気の噴射量が少なくなり、低NOx燃焼
は困難になる。
この方法では水噴射量の増加とともに、NOxの低減率は
次第に飽和する傾向が現われる。また、ガスタービンの
効率を高くするため、燃焼器出力のガス温度を高くする
と、水および水蒸気の噴射量が少なくなり、低NOx燃焼
は困難になる。
したがつて、方法（２）によりNOxの生成量を抑えよ
うとする試みが数多くなされている。一般に、希薄燃焼
を実現しようとすると、燃料の発熱量に対する全ガス量
の割合が大きくなり、安定に火炎を形成しえなくなる。
また、ガスタービンの負荷変動幅は火力発電用のボイラ
に比べ大きく、低負荷の燃焼時に火炎安定性が悪くな
る。
うとする試みが数多くなされている。一般に、希薄燃焼
を実現しようとすると、燃料の発熱量に対する全ガス量
の割合が大きくなり、安定に火炎を形成しえなくなる。
また、ガスタービンの負荷変動幅は火力発電用のボイラ
に比べ大きく、低負荷の燃焼時に火炎安定性が悪くな
る。
かかる問題に対し、燃焼器内に燃焼用空気の旋回流を
形成させ、その中へ燃料を噴出させることにより、燃料
を均一に分散させ希薄燃焼を実現させようとする試み
が、特開昭56−124834等に記されている。確かに、この
公知の方法は、従来の拡散燃焼火炎の比べてNOxの排出
量を低減できる。しかし、Combustion and Flame23,143
−201（1974）の文献によれば、燃料が空気と接触する
までに要する時間は、燃焼用空気の旋回強度の増加とと
もに長くなると記されている。このため、旋回流の空気
中に噴出された直後の燃料の混合は、拡散燃焼火炎に比
べて逆に悪くなり、着火する雰囲気の当量比を高くでき
ず、NOx濃度を良好に低減できない。
形成させ、その中へ燃料を噴出させることにより、燃料
を均一に分散させ希薄燃焼を実現させようとする試み
が、特開昭56−124834等に記されている。確かに、この
公知の方法は、従来の拡散燃焼火炎の比べてNOxの排出
量を低減できる。しかし、Combustion and Flame23,143
−201（1974）の文献によれば、燃料が空気と接触する
までに要する時間は、燃焼用空気の旋回強度の増加とと
もに長くなると記されている。このため、旋回流の空気
中に噴出された直後の燃料の混合は、拡散燃焼火炎に比
べて逆に悪くなり、着火する雰囲気の当量比を高くでき
ず、NOx濃度を良好に低減できない。
このため、旋回流発生器の上流側へ燃料を噴出し、燃
料と空気を混合せしめた後に、旋回流発生器から燃焼器
内へ旋回流で供給させようとする試みが、特開昭61−22
127等に記されている。この公知例では、前述のような
燃流噴射直後の混合不良を解決でき、定常運転時にはNO
x濃度を低減できる。しかしながら、低負荷運転させる
ため、燃料供給量を減少していくと、旋回流が弱くなる
ため、旋回流発生器の近傍に火炎を安定に形成させ得な
くなり、火炎の吹き飛び等が生じて、排ガス中のCO濃度
が高くなる問題が生ずる。また、負荷量に応じて旋回流
発生器へ供給する空気流量を減少させると、旋回流発生
器内の流速の不均一さから、火炎が旋回流発生器内部へ
逆火する問題が生ずる。
料と空気を混合せしめた後に、旋回流発生器から燃焼器
内へ旋回流で供給させようとする試みが、特開昭61−22
127等に記されている。この公知例では、前述のような
燃流噴射直後の混合不良を解決でき、定常運転時にはNO
x濃度を低減できる。しかしながら、低負荷運転させる
ため、燃料供給量を減少していくと、旋回流が弱くなる
ため、旋回流発生器の近傍に火炎を安定に形成させ得な
くなり、火炎の吹き飛び等が生じて、排ガス中のCO濃度
が高くなる問題が生ずる。また、負荷量に応じて旋回流
発生器へ供給する空気流量を減少させると、旋回流発生
器内の流速の不均一さから、火炎が旋回流発生器内部へ
逆火する問題が生ずる。
上記従来技術は、燃料と空気の混合を促進することに
より、火炎内部の局所的な高温をなくし、比較的低い温
度の火炎を形成し、NOxの低減を図ろうとしている。し
かしながら、燃料と空気の混合を促進することによつて
もたらされる火炎の不安定性、すなわち火炎を安定に燃
焼器内部に保持する点は配慮されておらず、またガスタ
ービンを低負荷で運転する際に、火炎が吹き飛んで排ガ
ス中の一酸化炭素等の未燃成分が増加する問題、さらに
は火炎が逆火する問題があつた。
より、火炎内部の局所的な高温をなくし、比較的低い温
度の火炎を形成し、NOxの低減を図ろうとしている。し
かしながら、燃料と空気の混合を促進することによつて
もたらされる火炎の不安定性、すなわち火炎を安定に燃
焼器内部に保持する点は配慮されておらず、またガスタ
ービンを低負荷で運転する際に、火炎が吹き飛んで排ガ
ス中の一酸化炭素等の未燃成分が増加する問題、さらに
は火炎が逆火する問題があつた。
本発明は、上記問題を満足させるガスタービン用燃焼
器を提供することを目的とするもので、負荷条件の変動
に対しても、安定に希薄燃焼を達成させ、燃焼器出口の
NOx濃度を低減させることである。
器を提供することを目的とするもので、負荷条件の変動
に対しても、安定に希薄燃焼を達成させ、燃焼器出口の
NOx濃度を低減させることである。
上記問題点は、ガスタービンの圧縮器、このガスター
ビン圧縮器で加圧された圧縮空気が供給される燃焼器外
筒、及びこの燃焼器外筒内に保持された円筒状の燃焼器
を有するガスタービン燃焼器において、前記燃焼器の上
流側に順次設けられ、燃焼ノズルを有し、該燃焼ノズル
より噴出した燃料と空気との混合体を供給する第１と第
２のウインドボックスと、この第１と第２のウインドボ
ックスから供給される該混合体に旋回流を与え所定の噴
出速度で旋回流体を前記燃焼器に噴出する複数の噴出口
を有する旋回流体発生器と、少なくとも１つの前記複数
の噴出口が噴出する旋回流体の第１噴出速度ともう１つ
の前記複数の噴出口が噴出する旋回流体の第２噴出速度
とを異なるよう制御する制御手段と、を備えたガスター
ビン燃焼器により解決される。
ビン圧縮器で加圧された圧縮空気が供給される燃焼器外
筒、及びこの燃焼器外筒内に保持された円筒状の燃焼器
を有するガスタービン燃焼器において、前記燃焼器の上
流側に順次設けられ、燃焼ノズルを有し、該燃焼ノズル
より噴出した燃料と空気との混合体を供給する第１と第
２のウインドボックスと、この第１と第２のウインドボ
ックスから供給される該混合体に旋回流を与え所定の噴
出速度で旋回流体を前記燃焼器に噴出する複数の噴出口
を有する旋回流体発生器と、少なくとも１つの前記複数
の噴出口が噴出する旋回流体の第１噴出速度ともう１つ
の前記複数の噴出口が噴出する旋回流体の第２噴出速度
とを異なるよう制御する制御手段と、を備えたガスター
ビン燃焼器により解決される。
ウインドボツクスより供給される燃料と空気との混合
比はNOxの発生を防止するため燃料の燃焼に必要な空気
量より多い希薄な混合比としており、このような希薄混
合比のガスは燃焼が不安定となる。
比はNOxの発生を防止するため燃料の燃焼に必要な空気
量より多い希薄な混合比としており、このような希薄混
合比のガスは燃焼が不安定となる。
ウインドボツクスより供給された希薄混合体は旋回流
体発生器により旋回流となり混合が促進され、少なくと
も１つの噴出口から噴出される速度は他の噴出口から噴
出される速度よりも遅い速度に制御手段によつて調節さ
れる。速度の異る２つの流体が並んで流れると境界面に
発生するせん断力によつて生じるうずにより両流体は混
り合い、速度の遅い流体が速度の速い流体内へ拡がつて
ゆく。速度の遅い混合体は速度の速い混合体に比べ着火
しやすので着火して高温となつた速度の遅い混合体は速
度の速い混合体内へ広がつてゆき速度の速い混合体を着
火させる。
体発生器により旋回流となり混合が促進され、少なくと
も１つの噴出口から噴出される速度は他の噴出口から噴
出される速度よりも遅い速度に制御手段によつて調節さ
れる。速度の異る２つの流体が並んで流れると境界面に
発生するせん断力によつて生じるうずにより両流体は混
り合い、速度の遅い流体が速度の速い流体内へ拡がつて
ゆく。速度の遅い混合体は速度の速い混合体に比べ着火
しやすので着火して高温となつた速度の遅い混合体は速
度の速い混合体内へ広がつてゆき速度の速い混合体を着
火させる。
以下、本発明の一実施例を第１図〜第４図により説明
する。第１図は、本発明のガスタービン燃焼器の構造図
である。本実施例は、図に記載されていないガスタービ
ンの圧縮器で加圧された空気が供給される燃焼器外筒10
1と、燃焼器外筒101内に保持された円筒状の燃焼器102
と、燃焼器102へ前記圧縮空気を供給するために燃焼器1
02の上流側に順次設けられた第１のウインドボツクス10
6と第２のウインドボツクス107と、第１のウインドボツ
クス106の燃焼用空気を燃焼器102内部へ供給する低速ス
ワラ104と、低速スワラ104の上流側の第１ウインドボツ
クス106内に設置された第１燃料ノズル108と、第１ウイ
ンドボツクス106へ供給する空気流量を調節する流量調
節弁113と、第２ウインドボツクス107の燃焼用空気の燃
焼器102の内部へ供給し、かつその噴出速度が低速スワ
ラ104よりも高い高速スワラ105と、高速スワラ105の上
流側の第２ウインドボツクス107内に設置された第２燃
料ノズル109と、第１燃料ノズル108と第２燃料ノズル10
9へ、独立に燃料を供給するための第１燃料ボツクス110
および第２燃料ボツクス111と、流量調節弁113を調節す
る流量調節器114と、第１燃料ノズル108の流量を調節す
る第１流量調節器115と、第２燃料ノズル109の流量を調
節する第２流量調節器116と、火炎の安定性および燃焼
器102出口のNOx濃度が最適となるように流量調節弁113
および燃料流量調節器115および116の動作を制御する制
御器117と、からなる。
する。第１図は、本発明のガスタービン燃焼器の構造図
である。本実施例は、図に記載されていないガスタービ
ンの圧縮器で加圧された空気が供給される燃焼器外筒10
1と、燃焼器外筒101内に保持された円筒状の燃焼器102
と、燃焼器102へ前記圧縮空気を供給するために燃焼器1
02の上流側に順次設けられた第１のウインドボツクス10
6と第２のウインドボツクス107と、第１のウインドボツ
クス106の燃焼用空気を燃焼器102内部へ供給する低速ス
ワラ104と、低速スワラ104の上流側の第１ウインドボツ
クス106内に設置された第１燃料ノズル108と、第１ウイ
ンドボツクス106へ供給する空気流量を調節する流量調
節弁113と、第２ウインドボツクス107の燃焼用空気の燃
焼器102の内部へ供給し、かつその噴出速度が低速スワ
ラ104よりも高い高速スワラ105と、高速スワラ105の上
流側の第２ウインドボツクス107内に設置された第２燃
料ノズル109と、第１燃料ノズル108と第２燃料ノズル10
9へ、独立に燃料を供給するための第１燃料ボツクス110
および第２燃料ボツクス111と、流量調節弁113を調節す
る流量調節器114と、第１燃料ノズル108の流量を調節す
る第１流量調節器115と、第２燃料ノズル109の流量を調
節する第２流量調節器116と、火炎の安定性および燃焼
器102出口のNOx濃度が最適となるように流量調節弁113
および燃料流量調節器115および116の動作を制御する制
御器117と、からなる。
図に記載されていないガスタービンの圧縮器で圧縮さ
れた空気は、燃焼器外筒101と燃焼器102で形成される円
環状の流路に供給される。圧縮空気の一部は燃焼器102
に設けられたルーバ112から燃焼器102内へ直接供給さ
れ、燃焼器102を冷却して焼損を防止する。残りの圧縮
空気は、第１ウインドボツクス106および第２ウインド
ボツクス107へ燃焼用空気として供給される。このと
き、第２ウインドボツクス107へ供給される燃焼用空気
の流量は、流量調節弁113で調節される。第１ウインド
ボツクスへ供給された燃焼用空気は、第１燃料ノズル10
8から供給された燃料と完全に混合し、予混合状態にな
つたのち、低速スワラ104に供給され、燃焼器102内へ旋
回流で供給される。一方、第２ウインドボツクス107へ
供給された燃焼用空気は、第２燃料ノズル109から供給
された燃料と予混合状態となつたのち、高速スワラ105
に供給され、燃焼器102内へ旋回流で供給される。この
とき、低速スワラ104からの噴出速度は、高速スワラ105
よりも低くなるように設定されている。
れた空気は、燃焼器外筒101と燃焼器102で形成される円
環状の流路に供給される。圧縮空気の一部は燃焼器102
に設けられたルーバ112から燃焼器102内へ直接供給さ
れ、燃焼器102を冷却して焼損を防止する。残りの圧縮
空気は、第１ウインドボツクス106および第２ウインド
ボツクス107へ燃焼用空気として供給される。このと
き、第２ウインドボツクス107へ供給される燃焼用空気
の流量は、流量調節弁113で調節される。第１ウインド
ボツクスへ供給された燃焼用空気は、第１燃料ノズル10
8から供給された燃料と完全に混合し、予混合状態にな
つたのち、低速スワラ104に供給され、燃焼器102内へ旋
回流で供給される。一方、第２ウインドボツクス107へ
供給された燃焼用空気は、第２燃料ノズル109から供給
された燃料と予混合状態となつたのち、高速スワラ105
に供給され、燃焼器102内へ旋回流で供給される。この
とき、低速スワラ104からの噴出速度は、高速スワラ105
よりも低くなるように設定されている。
第１ウインドボツクス106へ供給する燃焼用空気の流
量を調節する流量調節弁113は、第１および第２燃料流
量調節器115,116の流量信号を入力した制御器117からの
出力信号によつた火炎が低速スワラ104もしくは高速ス
ワラ105の近傍に存在し、かつ燃焼器102の出口のNOx濃
度が最適の状態になるように制御される。
量を調節する流量調節弁113は、第１および第２燃料流
量調節器115,116の流量信号を入力した制御器117からの
出力信号によつた火炎が低速スワラ104もしくは高速ス
ワラ105の近傍に存在し、かつ燃焼器102の出口のNOx濃
度が最適の状態になるように制御される。
第２図は、第１図に示した低速スワラ104,高速スワラ
105,第１燃料ノズル108,第２燃料ノズル109の位置関係
を立体的に示した図である。第２図の場合には、低速ス
ワラ104の噴出口の間に高速スワラ105の噴出口が位置す
るように取り付けられている。すなわち、一つの軸流型
のスワラに低速スワラ104と高速スワラ105が取り付けら
れており、低速スワラ104の噴出口と高速スワラ105の噴
出口が交互になるように配置されている。
105,第１燃料ノズル108,第２燃料ノズル109の位置関係
を立体的に示した図である。第２図の場合には、低速ス
ワラ104の噴出口の間に高速スワラ105の噴出口が位置す
るように取り付けられている。すなわち、一つの軸流型
のスワラに低速スワラ104と高速スワラ105が取り付けら
れており、低速スワラ104の噴出口と高速スワラ105の噴
出口が交互になるように配置されている。
第３図は、第２図に示した高速スワラ105と低速スワ
ラ104の一部を拡大して示し、それらを平面的に記した
図である。第１ウインドボツクス106へ供給された燃焼
用空気は、紙面の上部から低速スワラ104へ供給され、
第１燃料ノズル108から供給された燃料と混合したの
ち、旋回流で燃焼器102内へ供給される。一方、第２ウ
インドボツクス107へ供給された燃焼用空気は、第２燃
料ノズル109から供給された燃料と当量比が低速スワラ1
04よりも高く、かつ当量比が１以上になるように混合し
たのち、旋回流で燃焼器102内へ供給される。
ラ104の一部を拡大して示し、それらを平面的に記した
図である。第１ウインドボツクス106へ供給された燃焼
用空気は、紙面の上部から低速スワラ104へ供給され、
第１燃料ノズル108から供給された燃料と混合したの
ち、旋回流で燃焼器102内へ供給される。一方、第２ウ
インドボツクス107へ供給された燃焼用空気は、第２燃
料ノズル109から供給された燃料と当量比が低速スワラ1
04よりも高く、かつ当量比が１以上になるように混合し
たのち、旋回流で燃焼器102内へ供給される。
低速スワラ104の噴出口からの噴出速度u1と、高速ス
ワラ105の噴出口からの噴出速度u2が等しい場合には、
噴流境界にせん断力は生じない。ところが、噴出速度u1
と噴出速度u2が異なると、噴流の境界にせん断力が生
じ、特に噴出速度u1と噴出速度u2の比、u1/u2が小さく
なるにつれてせん断力は大きくなる。ここで、低速スワ
ラから噴出された噴流を低速側噴流、高速スワラから噴
出された噴流を高速側噴流と称する。せん断力によるう
ずの発生は、低速側噴流から高速側噴流へ向う流れと、
高速側噴流から低速側噴流へ向う流れを誘発し、第３図
に示したような混合うず303を形成する。混合うず303は
噴流の流れ方向へ進むにつれて成長し、混合うず303の
径が大きくなる。また、前記u1/u2が小さくなると、混
合うず303の発達は速くなるが、特にu1/u2が約0.6以下
になると、混合うず303の発達を顕著に速める。低速側
噴流の速度は、燃料と燃焼用空気の混合気が容易に着火
できる条件に設定されているので、低速側噴流は低速ス
ワラ104の極く近傍で着火し、そのガス温度は上昇す
る。高温になつた低速側噴流は、上記せん断力によるう
ずの発生により、混合うず303内へ供給され、混合うず3
03内へ供給された高速側噴流を加熱させ、着火に至らせ
る。高速側噴流の当量比は高いので、局所的な高温域を
形成することなく燃焼し、NOx濃度を良好に低減できる
のである。
ワラ105の噴出口からの噴出速度u2が等しい場合には、
噴流境界にせん断力は生じない。ところが、噴出速度u1
と噴出速度u2が異なると、噴流の境界にせん断力が生
じ、特に噴出速度u1と噴出速度u2の比、u1/u2が小さく
なるにつれてせん断力は大きくなる。ここで、低速スワ
ラから噴出された噴流を低速側噴流、高速スワラから噴
出された噴流を高速側噴流と称する。せん断力によるう
ずの発生は、低速側噴流から高速側噴流へ向う流れと、
高速側噴流から低速側噴流へ向う流れを誘発し、第３図
に示したような混合うず303を形成する。混合うず303は
噴流の流れ方向へ進むにつれて成長し、混合うず303の
径が大きくなる。また、前記u1/u2が小さくなると、混
合うず303の発達は速くなるが、特にu1/u2が約0.6以下
になると、混合うず303の発達を顕著に速める。低速側
噴流の速度は、燃料と燃焼用空気の混合気が容易に着火
できる条件に設定されているので、低速側噴流は低速ス
ワラ104の極く近傍で着火し、そのガス温度は上昇す
る。高温になつた低速側噴流は、上記せん断力によるう
ずの発生により、混合うず303内へ供給され、混合うず3
03内へ供給された高速側噴流を加熱させ、着火に至らせ
る。高速側噴流の当量比は高いので、局所的な高温域を
形成することなく燃焼し、NOx濃度を良好に低減できる
のである。
ガスタービンの負荷の低い条件では、流量調節弁113
を調節して、低速スワラ104の出口近傍に安定な火炎が
形成されるように、燃焼空気流量を調節する。一方、高
速スワラ105から噴出される混合気の当量比は、低速ス
ワラ104よりも高くなるように、燃料流量調節器116を制
御する。低速スワラ104の出口の近傍には、安定な火炎
が保持されているので、高速スワラ105から噴出された
混合気は、この火炎により加熱され、燃焼を開始するこ
とができる。
を調節して、低速スワラ104の出口近傍に安定な火炎が
形成されるように、燃焼空気流量を調節する。一方、高
速スワラ105から噴出される混合気の当量比は、低速ス
ワラ104よりも高くなるように、燃料流量調節器116を制
御する。低速スワラ104の出口の近傍には、安定な火炎
が保持されているので、高速スワラ105から噴出された
混合気は、この火炎により加熱され、燃焼を開始するこ
とができる。
すなわち、低速スワラ104と高速スワラ105の噴出速度
を変えて、噴流の境界にせん断力を発生させ、うずを生
じさせる方法は、低速スワラ104から噴出される混合気
の火炎を低速スワラ104近傍に安定に保持させる結果、
高速スワラ105からの混合気の当量比を従来技術よりも
高く設定しても、安定した燃焼ができるので、局所的な
高温領域で生成されるNOxを大幅に低減できるのであ
る。
を変えて、噴流の境界にせん断力を発生させ、うずを生
じさせる方法は、低速スワラ104から噴出される混合気
の火炎を低速スワラ104近傍に安定に保持させる結果、
高速スワラ105からの混合気の当量比を従来技術よりも
高く設定しても、安定した燃焼ができるので、局所的な
高温領域で生成されるNOxを大幅に低減できるのであ
る。
上記のNOx領域および火炎の安定化は、第３図に示し
た低速スワラ104と高速スワラ105の境界の後端面で定義
される混合遅延部301の寸法を大きくすると、一層促進
される。混合遅延部301の寸法効果に関して種々検討し
た結果、混合遅延部301の幅ｌが3mm以上になると、混合
遅延部301の下流側に循環流302が明瞭に形成され、火炎
の安定に効果のあることを実験的に明らかにした。この
混合遅延部301で火炎が安定に保持できる分、高速スワ
ラ105の混合気の当量比は高くすることができるので、N
Ox濃度をより一層低減できる。
た低速スワラ104と高速スワラ105の境界の後端面で定義
される混合遅延部301の寸法を大きくすると、一層促進
される。混合遅延部301の寸法効果に関して種々検討し
た結果、混合遅延部301の幅ｌが3mm以上になると、混合
遅延部301の下流側に循環流302が明瞭に形成され、火炎
の安定に効果のあることを実験的に明らかにした。この
混合遅延部301で火炎が安定に保持できる分、高速スワ
ラ105の混合気の当量比は高くすることができるので、N
Ox濃度をより一層低減できる。
第３図に示した混合遅延部301の効果を高める方法と
して、低速スワラ104および高速スワラ105の出口部もし
くはいずれか一方の出口部に保炎板を取り付ける方法が
ある。保炎板の形状は種々考えられるが、その中の一例
を示したが、第４図に示した保炎板401である。保炎板4
01は、混合気の流れ方向と直角方向の低速スワラ104の
流路幅が流れ方向とともに、順次大きくなるような形状
をしている。これは、隣接する高速スワラ105の流れ方
向と直角の流路幅にとつては、流れ方向とともに流路幅
が小さくなることと同等である。高速スワラ105から噴
出する混合気は、保炎板401で加速されるので、保炎板4
01の低速側噴流の面近傍の静圧は下がり、保炎板401の
下流側には大きな循環流302が形成されるのである。こ
の循環流302は、スワラの下流側で生成された高温ガス
を保炎板401の近くまで運ぶため、低速スワラ104から噴
出される混合気の加熱が早くなり、迅速に着火できる。
この結果、当量比の高い高速側噴流も今まで以上に熱分
解が速くなり、良好に燃焼することができる。
して、低速スワラ104および高速スワラ105の出口部もし
くはいずれか一方の出口部に保炎板を取り付ける方法が
ある。保炎板の形状は種々考えられるが、その中の一例
を示したが、第４図に示した保炎板401である。保炎板4
01は、混合気の流れ方向と直角方向の低速スワラ104の
流路幅が流れ方向とともに、順次大きくなるような形状
をしている。これは、隣接する高速スワラ105の流れ方
向と直角の流路幅にとつては、流れ方向とともに流路幅
が小さくなることと同等である。高速スワラ105から噴
出する混合気は、保炎板401で加速されるので、保炎板4
01の低速側噴流の面近傍の静圧は下がり、保炎板401の
下流側には大きな循環流302が形成されるのである。こ
の循環流302は、スワラの下流側で生成された高温ガス
を保炎板401の近くまで運ぶため、低速スワラ104から噴
出される混合気の加熱が早くなり、迅速に着火できる。
この結果、当量比の高い高速側噴流も今まで以上に熱分
解が速くなり、良好に燃焼することができる。
低速スワラ104の混合気の当量比が高速スワラ105の混
合気よりも低い場合について、第１の実施例を説明した
が、逆に低速スワラ104の混合気の当量比が、高速スワ
ラ105を混合気よりも高い場合でも同等の効果を示すこ
とができる。
合気よりも低い場合について、第１の実施例を説明した
が、逆に低速スワラ104の混合気の当量比が、高速スワ
ラ105を混合気よりも高い場合でも同等の効果を示すこ
とができる。
低速スワラ104の当量比が１以下になるように設定す
ると、低速側噴流はNOxを還元可能な物質を生成するの
で、混合うず303内のNOx還元反応が生じ、燃焼器出口の
NOx濃度を低減することもできる。還元可能な物質の生
成につき、燃料としてプロパンC3H8を燃焼する場合を説
明すると、C3H8の燃焼により、燃焼中間生成物CO,CH4,H
2等が発生し、これらがO2と反応して還元可能な物質CH
＊ラジカルを生ずる。
ると、低速側噴流はNOxを還元可能な物質を生成するの
で、混合うず303内のNOx還元反応が生じ、燃焼器出口の
NOx濃度を低減することもできる。還元可能な物質の生
成につき、燃料としてプロパンC3H8を燃焼する場合を説
明すると、C3H8の燃焼により、燃焼中間生成物CO,CH4,H
2等が発生し、これらがO2と反応して還元可能な物質CH
＊ラジカルを生ずる。
本発明によれば、燃料に対し空気の割合の多い希薄混
合体に旋回流が与えられ、かつ少なくとも１つの噴出口
から噴出する希薄混合体は他の噴出口から噴出する希薄
混合体よりも遅い流速であるので着火しやすく、着火し
て加熱された遅い流速の希薄混合体は前記旋回流と速度
の遅い流体と速度の速い流体間に発生するせん断力によ
り生じるうずにより速度の速い希薄混合体に広がつてゆ
き速度の速い希薄混合体を加熱し着火させるのですべて
の希薄混合体がNOx量の発生の少ない状態で燃焼すると
いう優れた効果がある。
合体に旋回流が与えられ、かつ少なくとも１つの噴出口
から噴出する希薄混合体は他の噴出口から噴出する希薄
混合体よりも遅い流速であるので着火しやすく、着火し
て加熱された遅い流速の希薄混合体は前記旋回流と速度
の遅い流体と速度の速い流体間に発生するせん断力によ
り生じるうずにより速度の速い希薄混合体に広がつてゆ
き速度の速い希薄混合体を加熱し着火させるのですべて
の希薄混合体がNOx量の発生の少ない状態で燃焼すると
いう優れた効果がある。
第１図は本発明の一実施例のガスタービン燃焼器の縦断
面図、第２図は第１図のガスタービン燃焼器の燃料ノズ
ルとスワラの関係を示した立体図、第３図は第２図の一
部を拡大して記した断面図、第４図は第３図の変形例を
示した断面図である。 102……燃焼器、103……燃焼室、104……低速スワラ、1
05……高速スワラ、106,107……ウインドボツクス、10
8,109……燃料ノズル、110,111……燃流ボツクス、113
……流量調節弁、114……流量調節器、115,116……燃料
流量調節器、117……制御器、401……保炎板。
面図、第２図は第１図のガスタービン燃焼器の燃料ノズ
ルとスワラの関係を示した立体図、第３図は第２図の一
部を拡大して記した断面図、第４図は第３図の変形例を
示した断面図である。 102……燃焼器、103……燃焼室、104……低速スワラ、1
05……高速スワラ、106,107……ウインドボツクス、10
8,109……燃料ノズル、110,111……燃流ボツクス、113
……流量調節弁、114……流量調節器、115,116……燃料
流量調節器、117……制御器、401……保炎板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 相馬 憲一 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 稲田 徹 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 嵐 紀夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 岩井 泰雄 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 桝谷 正男 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−119919（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】ガスタービンの圧縮器、このガスタービン
圧縮器で加圧された圧縮空気が供給される燃焼器外筒、
及びこの燃焼器外筒内に保持された円筒状の燃焼器を有
するガスタービン燃焼器において、前記燃焼器の上流側
に順次設けられ、燃料ノズルを有し、該燃料ノズルより
噴出した燃料と空気との混合体を供給する第１と第２の
ウインドボックスと、この第１と第２のウインドボック
スから供給される該混合体に旋回流を与え所定の噴出速
度で旋回流体を前記燃焼器に噴出する複数の噴出口を有
する旋回流体発生器と、少なくとも１つの前記複数の噴
出口が噴出する旋回流体の第１噴出速度ともう１つの前
記複数の噴出口が噴出する旋回流体の第２噴出速度とを
異なるよう制御する制御手段と、を備えたことを特徴と
するガスタービン燃焼器。 - 【請求項２】旋回流体発生器の前記噴出口の流路面積が
可変であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のガスタービン燃焼器。 - 【請求項３】前記第１のウインドボックスの供給する混
合体の燃料と空気との混合比が前記第２のウインドボッ
クスの供給する混合体の混合比と異なることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項または第２項記載のガスタービ
ン燃焼器。 - 【請求項４】前記第１噴出速度が前記第２噴出速度の60
％以下であることを特徴とする特許請求の範囲第４項記
載のガスタービン燃焼器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62191206A JP2528136B2 (ja) | 1987-07-30 | 1987-07-30 | ガスタ−ビン燃焼器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62191206A JP2528136B2 (ja) | 1987-07-30 | 1987-07-30 | ガスタ−ビン燃焼器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6438522A JPS6438522A (en) | 1989-02-08 |
| JP2528136B2 true JP2528136B2 (ja) | 1996-08-28 |
Family
ID=16270667
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62191206A Expired - Lifetime JP2528136B2 (ja) | 1987-07-30 | 1987-07-30 | ガスタ−ビン燃焼器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2528136B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5733603A (en) * | 1996-06-05 | 1998-03-31 | Kimberly-Clark Corporation | Surface modification of hydrophobic polymer substrate |
| JP4959620B2 (ja) | 2007-04-26 | 2012-06-27 | 株式会社日立製作所 | 燃焼器及び燃焼器の燃料供給方法 |
| JP4906689B2 (ja) * | 2007-11-29 | 2012-03-28 | 株式会社日立製作所 | バーナ，燃焼装置及び燃焼装置の改造方法 |
| JP5241906B2 (ja) * | 2011-11-18 | 2013-07-17 | 株式会社日立製作所 | バーナ及びバーナの運転方法 |
| JP6772840B2 (ja) | 2015-07-31 | 2020-10-21 | 東レ株式会社 | 分離膜、分離膜エレメント、浄水器および分離膜の製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2572463B1 (fr) * | 1984-10-30 | 1989-01-20 | Snecma | Systeme d'injection a geometrie variable. |
-
1987
- 1987-07-30 JP JP62191206A patent/JP2528136B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6438522A (en) | 1989-02-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2713627B2 (ja) | ガスタービン燃焼器、これを備えているガスタービン設備、及びこの燃焼方法 | |
| JP2528894B2 (ja) | ガスタ―ビン燃焼器 | |
| EP1985927B1 (en) | Gas turbine combustor system with lean-direct injection for reducing NOx emissions | |
| US4928481A (en) | Staged low NOx premix gas turbine combustor | |
| US4054028A (en) | Fuel combustion apparatus | |
| JP2954480B2 (ja) | ガスタービン燃焼器 | |
| US5339635A (en) | Gas turbine combustor of the completely premixed combustion type | |
| US5201181A (en) | Combustor and method of operating same | |
| JPH0140246B2 (ja) | ||
| AU2003237815A1 (en) | Low nox combustion | |
| US6102687A (en) | Simplified configuration for the combustor of an oil burner using a low pressure, high flow air-atomizing nozzle | |
| JPH09166326A (ja) | ガスタービン燃焼器 | |
| JP2528136B2 (ja) | ガスタ−ビン燃焼器 | |
| JPH049511A (ja) | 微粉炭燃焼法および微粉炭ボイラ | |
| RU2242674C2 (ru) | Горелка с многоэтапным сгоранием топлива в воздухе, обеспечивающая низкий выброс nox (варианты), и способ уменьшения выбросов nox из горелки | |
| JP3873119B2 (ja) | 円筒内旋回燃焼器 | |
| JPH07310903A (ja) | 微粉炭燃焼方法及び微粉炭バーナー | |
| JP2544515B2 (ja) | ガス燃焼器 | |
| JP2003279043A (ja) | ガスタービン用低ＮＯｘ燃焼器 | |
| JP2526272B2 (ja) | 微粉炭の低ＮＯｘ燃焼用バ―ナ | |
| JPS59173633A (ja) | ガスタ−ビン燃焼器 | |
| KR20010027983A (ko) | 질소산화물 저감형 미분탄 버너 | |
| JP2761962B2 (ja) | 低ＮＯ▲下ｘ▼ボイラ用バーナ並びに低ＮＯ▲下ｘ▼ボイラ及びその運転方法 | |
| JPH01107015A (ja) | ガスタービン用燃焼器 | |
| KR100253991B1 (ko) | 보일러 화로의 질소산화물 저감 방법 |