JP2528894B2 - ガスタ―ビン燃焼器 - Google Patents
ガスタ―ビン燃焼器Info
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- JP2528894B2 JP2528894B2 JP62220206A JP22020687A JP2528894B2 JP 2528894 B2 JP2528894 B2 JP 2528894B2 JP 62220206 A JP62220206 A JP 62220206A JP 22020687 A JP22020687 A JP 22020687A JP 2528894 B2 JP2528894 B2 JP 2528894B2
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- flame
- fuel
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D23/00—Assemblies of two or more burners
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/26—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid with provision for a retention flame
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/286—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
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燃焼器に係り、特に燃料と空気
とを予め混合して燃料させる予混合燃焼方式のガスター
ビン燃焼器に関する。
とを予め混合して燃料させる予混合燃焼方式のガスター
ビン燃焼器に関する。
液化天然ガス（LNG）等の窒素含有量の少ない気体燃
料の燃焼時に発生する窒素酸化物（NOx）は、燃焼用空
気中の窒素が高温雰囲気中で酸化されて生成するサーマ
ルNOxがその大部分を占めている。サーマルNOxの生成は
温度依存性が大きく、火炎温度が高くなるにつれて生成
量が増大し、特に1500℃を越えると、生成量が急激に増
加することが知られている。火炎温度は燃料と空気との
混合比により変化し、燃料を完全燃焼させるのに過不足
のない空気量すなわち理論空気量付近で燃焼する時最も
高くなる。NOx発生量の抑制には、火炎温度を低くする
必要がある。火炎温度を下げるには、燃料室内に水ある
いは蒸気を吹き込んで強制的に温度を下げる方法や、燃
料と空気との混合割合を理論空気量よりは、極端多くし
たり、反対に少くした状態で燃焼させる方法が提案され
ている。
料の燃焼時に発生する窒素酸化物（NOx）は、燃焼用空
気中の窒素が高温雰囲気中で酸化されて生成するサーマ
ルNOxがその大部分を占めている。サーマルNOxの生成は
温度依存性が大きく、火炎温度が高くなるにつれて生成
量が増大し、特に1500℃を越えると、生成量が急激に増
加することが知られている。火炎温度は燃料と空気との
混合比により変化し、燃料を完全燃焼させるのに過不足
のない空気量すなわち理論空気量付近で燃焼する時最も
高くなる。NOx発生量の抑制には、火炎温度を低くする
必要がある。火炎温度を下げるには、燃料室内に水ある
いは蒸気を吹き込んで強制的に温度を下げる方法や、燃
料と空気との混合割合を理論空気量よりは、極端多くし
たり、反対に少くした状態で燃焼させる方法が提案され
ている。
水あるいは、蒸気を吹き込む方法は、タービンの効率
低下という新たな問題が生ずる。
低下という新たな問題が生ずる。
通常の燃焼装置では、火炎の安定性や逆火防止対策と
して、燃料と空気と別個のノズルより噴出し、燃焼器内
で両者を混合して燃焼する。所謂，拡散火炎が使用され
る。しかしながら、燃料と空気とが混合する過程におい
ては、空気比（空気流量と理論空気量との比）が１付近
になる領域が存在し、ここで火炎温度は局所的に高くな
る。従つて、NOx発生量の多い領域が形成されることに
なり、NOxの排出量は多くなる。
して、燃料と空気と別個のノズルより噴出し、燃焼器内
で両者を混合して燃焼する。所謂，拡散火炎が使用され
る。しかしながら、燃料と空気とが混合する過程におい
ては、空気比（空気流量と理論空気量との比）が１付近
になる領域が存在し、ここで火炎温度は局所的に高くな
る。従つて、NOx発生量の多い領域が形成されることに
なり、NOxの排出量は多くなる。
このような拡散火炎を利用する燃焼装置に対して、理
論空気量より過剰な空気と燃料とを予め混合して燃焼器
内に噴出する予混合火炎を使用する燃焼装置がある。空
気比の高い予混合火炎では、局所的に温度の高くなる領
域の形成を防止できるため、NOx排出量の低減を図るこ
とが可能であるが、予混合火炎は空気比が１付近で最も
安定であり、また、噴出速度を高くすると吹き消え易
く、また低噴出速度では、火炎がノズル内に入り、逆火
し易い。ガスタービンの燃焼器では、通常50m/s程度の
高い噴出速度で燃料と空気との予混合を噴出する必要が
あり、このような噴出速度の高い条件では火炎は形成さ
れ難い。従つて、燃料を分割して供給し、一部を拡散火
炎形成用，残りを予混合火炎形成用として利用し、比較
的安定な拡散火炎、或いは、拡散火炎で生成する高温の
燃焼ガスを予混合火炎の着火用に使用する燃焼器がある
（特開昭61−22127号）この様な燃焼器では、従来の拡
散火炎を利用する燃焼器よりNOxの排出量を低減するこ
とができる。しかしながら、拡散火炎に使用する燃料の
流量を低減し、予混合火炎の燃料流量を増加するとNOx
の低減を図れるが、予混合の割合が増加すると火炎が不
安定になり、NOx排出量の低減には限界がある。
論空気量より過剰な空気と燃料とを予め混合して燃焼器
内に噴出する予混合火炎を使用する燃焼装置がある。空
気比の高い予混合火炎では、局所的に温度の高くなる領
域の形成を防止できるため、NOx排出量の低減を図るこ
とが可能であるが、予混合火炎は空気比が１付近で最も
安定であり、また、噴出速度を高くすると吹き消え易
く、また低噴出速度では、火炎がノズル内に入り、逆火
し易い。ガスタービンの燃焼器では、通常50m/s程度の
高い噴出速度で燃料と空気との予混合を噴出する必要が
あり、このような噴出速度の高い条件では火炎は形成さ
れ難い。従つて、燃料を分割して供給し、一部を拡散火
炎形成用，残りを予混合火炎形成用として利用し、比較
的安定な拡散火炎、或いは、拡散火炎で生成する高温の
燃焼ガスを予混合火炎の着火用に使用する燃焼器がある
（特開昭61−22127号）この様な燃焼器では、従来の拡
散火炎を利用する燃焼器よりNOxの排出量を低減するこ
とができる。しかしながら、拡散火炎に使用する燃料の
流量を低減し、予混合火炎の燃料流量を増加するとNOx
の低減を図れるが、予混合の割合が増加すると火炎が不
安定になり、NOx排出量の低減には限界がある。
上記従来技術は、不安定な予混合火炎を安定化するた
めに、一部、拡散火炎を形成していたため、ガスタービ
ン燃焼器から発生するNOxを低減するのには限界があつ
た。
めに、一部、拡散火炎を形成していたため、ガスタービ
ン燃焼器から発生するNOxを低減するのには限界があつ
た。
それ故、不安定な予混合火炎を安定化し、ガスタービ
ン燃焼方式を完全予混合混燃にすればガスタービン燃焼
器から発生するNOxを低減することが可能となる。
ン燃焼方式を完全予混合混燃にすればガスタービン燃焼
器から発生するNOxを低減することが可能となる。
ガスタービン燃焼方式を完全予混合燃焼にした時の問
題点は、低負荷運転時に燃料流量に、比べて大量の燃焼
用空気を流すことになるので、燃料希薄状態になり、着
火しにくいこと、及び、高負荷運転時には供給燃料及び
空気流量を増大するために、予混合気の流速は更に高く
なり、予混合火炎が吹き消えやすいという問題点があつ
た。
題点は、低負荷運転時に燃料流量に、比べて大量の燃焼
用空気を流すことになるので、燃料希薄状態になり、着
火しにくいこと、及び、高負荷運転時には供給燃料及び
空気流量を増大するために、予混合気の流速は更に高く
なり、予混合火炎が吹き消えやすいという問題点があつ
た。
本発明の目的は、空気比１以上の希薄な予混合気を安
定的に燃焼させるガスタービン燃焼器を提供することに
ある。更に、ガスタービンの低負荷から高負荷まで安定
して希薄な予混合気を燃焼させることが可能なガスター
ビン燃焼器を提供することにある。
定的に燃焼させるガスタービン燃焼器を提供することに
ある。更に、ガスタービンの低負荷から高負荷まで安定
して希薄な予混合気を燃焼させることが可能なガスター
ビン燃焼器を提供することにある。
上記問題点は、空気比が１以上の希薄な予混合気を噴
出する主ノズルの周囲に、主ノズルの噴出予混合気より
も濃い予混合気を噴出する補助ノズルを配置し、補助ノ
ズルの予混合気により補助火炎を形成し、この補助火炎
により主ノズルからの噴出する予混合気を燃焼させるこ
とにより解決される。
出する主ノズルの周囲に、主ノズルの噴出予混合気より
も濃い予混合気を噴出する補助ノズルを配置し、補助ノ
ズルの予混合気により補助火炎を形成し、この補助火炎
により主ノズルからの噴出する予混合気を燃焼させるこ
とにより解決される。
また、補助ノズルからの予混合気の空気比を0.8〜1.5
にして主ノズルからの火炎温度よりも高い火炎温度を有
する補助火炎を形成させる。
にして主ノズルからの火炎温度よりも高い火炎温度を有
する補助火炎を形成させる。
更に、補助ノズルからの予混合気の噴出速度を燃焼速
度より高く、かつ2.0m/sよりも小さく設定することによ
り、補助火炎の保炎性能は更に向上する。
度より高く、かつ2.0m/sよりも小さく設定することによ
り、補助火炎の保炎性能は更に向上する。
更にまた、前記補助ノズルに略一定の燃料量を供給す
る手段と、前記主ノズルに前記ガスタービンの負荷に応
じた燃料量を供給する手段とを設け、前記予混合ノズル
及び予混合補助ノズルの各々を、略一定の空気流量が供
給されるように構成しても良い。
る手段と、前記主ノズルに前記ガスタービンの負荷に応
じた燃料量を供給する手段とを設け、前記予混合ノズル
及び予混合補助ノズルの各々を、略一定の空気流量が供
給されるように構成しても良い。
また、主ノズルと補助ノズルとの間に両方のノズルか
ら噴出する予混合気の速度差により渦流が発生するスペ
ースを設けることにより、補助火炎の安定性が増大す
る。
ら噴出する予混合気の速度差により渦流が発生するスペ
ースを設けることにより、補助火炎の安定性が増大す
る。
本発明において、噴出速度の低い、補助火炎は高噴出
速度の予混合火炎（主火炎）の着火及び保炎用と補助火
炎として使用される。従つて保炎用のパイロツト火炎を
形成するための予混合気の噴出速度は、2m/s以下とし、
空気比を0.8〜1.5好ましくは1.3〜1.5の範囲とすること
により、NOxの発生を抑えて、かつ、吹き消えを防止す
る。また、高噴出速度で噴出する予混合気の外周全体を
保炎用の補助火炎で囲むことにより、保炎用火炎で発生
する熱を効率良く、主火炎に伝えることができる。更に
は、主火炎用バーナと補助火炎用バーナ間を、主火炎用
予混合気と補助火炎用予混合気とを噴出するバーナ間
に、両者の噴流の速度差によつて形成される渦流が安定
に形成できるだけのスペーサを設け、ここで主火炎用の
高空気比の予混合気と、高温の補助火炎からの燃焼ガス
との混合を促進し、これにより主火炎の着火性を促進で
きる。また、スペーサを設けずに、たとえば、ナイフエ
ツジのような薄肉の隔壁により、主火炎と補助火炎の分
離を図る場合には、主火炎の噴流により、補助火炎の流
れが大きな影響を受け、主火炎が吹き消える条件では、
補助火炎も消炎することが発明者らの実験では明らかで
ある。それ故、スペーサを設けることにより、主火炎と
補助火炎とが、バーナ出口近傍で直接混合せず、スペー
サ部で形成される渦流内で両者の一部が混合する構成と
なり、補助火炎は主火炎の影響を受けずに、常時安定に
形成することが出来るため、至火炎が安定に形成される
流速あるいは空気比の範囲が増加する。
速度の予混合火炎（主火炎）の着火及び保炎用と補助火
炎として使用される。従つて保炎用のパイロツト火炎を
形成するための予混合気の噴出速度は、2m/s以下とし、
空気比を0.8〜1.5好ましくは1.3〜1.5の範囲とすること
により、NOxの発生を抑えて、かつ、吹き消えを防止す
る。また、高噴出速度で噴出する予混合気の外周全体を
保炎用の補助火炎で囲むことにより、保炎用火炎で発生
する熱を効率良く、主火炎に伝えることができる。更に
は、主火炎用バーナと補助火炎用バーナ間を、主火炎用
予混合気と補助火炎用予混合気とを噴出するバーナ間
に、両者の噴流の速度差によつて形成される渦流が安定
に形成できるだけのスペーサを設け、ここで主火炎用の
高空気比の予混合気と、高温の補助火炎からの燃焼ガス
との混合を促進し、これにより主火炎の着火性を促進で
きる。また、スペーサを設けずに、たとえば、ナイフエ
ツジのような薄肉の隔壁により、主火炎と補助火炎の分
離を図る場合には、主火炎の噴流により、補助火炎の流
れが大きな影響を受け、主火炎が吹き消える条件では、
補助火炎も消炎することが発明者らの実験では明らかで
ある。それ故、スペーサを設けることにより、主火炎と
補助火炎とが、バーナ出口近傍で直接混合せず、スペー
サ部で形成される渦流内で両者の一部が混合する構成と
なり、補助火炎は主火炎の影響を受けずに、常時安定に
形成することが出来るため、至火炎が安定に形成される
流速あるいは空気比の範囲が増加する。
第１図は、本発明を実施したガスタービン燃焼器の断
面図である。円筒状の外筒10内に、同芯状に内筒20が配
置され、外筒10と内筒20との間に形成された環状の空間
は図示しない圧縮機からの吐出空気を内筒の頭部に導く
空気通路12を構成している。内筒20の頭部に、二重の端
壁11,12が設けられ、内側の端壁11には、第２図に示す
如く、そのほヾ全面に主ノズル14とその周囲をとりかこ
むように補助ノズル15とが開口している。主ノズル14
は、外側の端壁12側に端壁12を貫通して延びた筒状の予
混合筒16の右端に形成され、予混合筒16の圧端は、端壁
12の左側に形成した空気室17から空気を取り入れる。各
予混合筒16には、燃料供給管18が挿入され、燃料供給管
18の端部から噴出した燃料は、筒16内を流れる際、空気
と混合して予混合気を生成する。補助ノズル15は、端壁
11と12の間に形成された補助予混合室30に連通してお
り、この室18には、補助燃料調整弁40を介して、補助燃
料が供給され、内筒の周壁面にあけられた空気孔26から
の空気と混合して予混合気を生成する。燃料供給管18
は、それぞれの管に設けた止弁50を介して、主燃料調整
弁60に連通される。弁50,60は、制御器70からの指令に
より制御される。制御器70にはガスタービンの負荷，回
転速度信号が取り込まれる。
面図である。円筒状の外筒10内に、同芯状に内筒20が配
置され、外筒10と内筒20との間に形成された環状の空間
は図示しない圧縮機からの吐出空気を内筒の頭部に導く
空気通路12を構成している。内筒20の頭部に、二重の端
壁11,12が設けられ、内側の端壁11には、第２図に示す
如く、そのほヾ全面に主ノズル14とその周囲をとりかこ
むように補助ノズル15とが開口している。主ノズル14
は、外側の端壁12側に端壁12を貫通して延びた筒状の予
混合筒16の右端に形成され、予混合筒16の圧端は、端壁
12の左側に形成した空気室17から空気を取り入れる。各
予混合筒16には、燃料供給管18が挿入され、燃料供給管
18の端部から噴出した燃料は、筒16内を流れる際、空気
と混合して予混合気を生成する。補助ノズル15は、端壁
11と12の間に形成された補助予混合室30に連通してお
り、この室18には、補助燃料調整弁40を介して、補助燃
料が供給され、内筒の周壁面にあけられた空気孔26から
の空気と混合して予混合気を生成する。燃料供給管18
は、それぞれの管に設けた止弁50を介して、主燃料調整
弁60に連通される。弁50,60は、制御器70からの指令に
より制御される。制御器70にはガスタービンの負荷，回
転速度信号が取り込まれる。
止弁50は、制御器70から開信号が与えられると、全開
し、それ以外では全閉を保つている。第１図では、止弁
は４個しか示されていないが、すべての燃料供給管18に
設けられており、この実施例では19個の止弁があり、第
４図に示すようにタービンの負荷が増大するにつれて、
止弁の開く個数が増大する。一方、調整弁60の開度は、
タービン負荷にほヾ比例的に増大する。調整弁40はター
ビン負荷にかかわらず、ほヾ一定の開度（約10％）を保
つている。しかして、補助予混合室30には、調整弁40を
介して、常にほヾ一定量の燃料が供給され室気孔26から
の空気と予混合されるが、空気孔26からの空気との混合
割合は、空気比で0.8〜1.5の範囲にあるように設定さ
れ、かつ、補助ノズル15からの噴出速度が、燃焼速度
（0.5m/s）よりも大きい1.0〜2.0m/sの範囲になるよう
に、ノズル15の開口面積を調整する。
し、それ以外では全閉を保つている。第１図では、止弁
は４個しか示されていないが、すべての燃料供給管18に
設けられており、この実施例では19個の止弁があり、第
４図に示すようにタービンの負荷が増大するにつれて、
止弁の開く個数が増大する。一方、調整弁60の開度は、
タービン負荷にほヾ比例的に増大する。調整弁40はター
ビン負荷にかかわらず、ほヾ一定の開度（約10％）を保
つている。しかして、補助予混合室30には、調整弁40を
介して、常にほヾ一定量の燃料が供給され室気孔26から
の空気と予混合されるが、空気孔26からの空気との混合
割合は、空気比で0.8〜1.5の範囲にあるように設定さ
れ、かつ、補助ノズル15からの噴出速度が、燃焼速度
（0.5m/s）よりも大きい1.0〜2.0m/sの範囲になるよう
に、ノズル15の開口面積を調整する。
ガスタービンの運転に際しては、まず、補助調整弁40
を開いて、補助予混合室30で、補助予混合気を生成す
る。次に、図示しない点火栓により、補助ノズル15から
噴出する予混合気に点火する。補助予混合気の空気比は
１近傍、好ましくは、1.3に設定されており噴出速度も
2.0m/s以下となつているために着火は確実であり、着火
後も安定して燃焼する。
を開いて、補助予混合室30で、補助予混合気を生成す
る。次に、図示しない点火栓により、補助ノズル15から
噴出する予混合気に点火する。補助予混合気の空気比は
１近傍、好ましくは、1.3に設定されており噴出速度も
2.0m/s以下となつているために着火は確実であり、着火
後も安定して燃焼する。
このとき、ほとんどの止弁50は閉じているため主ノズ
ル14からは、空気のみが噴出している。タービンの負荷
信号により調整弁60の開度が徐徐に大きくなり、止弁50
も予め定められた順序で開弁する。すると予混合筒16内
で予混合気が生成し、主ノズル14より、予混合気が高速
で噴出する。主ノズル14から噴出する予混合気は、その
周囲に形成した補助火炎80（第３図）により着火され、
主火炎90となる。
ル14からは、空気のみが噴出している。タービンの負荷
信号により調整弁60の開度が徐徐に大きくなり、止弁50
も予め定められた順序で開弁する。すると予混合筒16内
で予混合気が生成し、主ノズル14より、予混合気が高速
で噴出する。主ノズル14から噴出する予混合気は、その
周囲に形成した補助火炎80（第３図）により着火され、
主火炎90となる。
止弁50が順次開くにつれて、主ノズル14に形成される
火炎の数も順次増大して、定格負荷では、すべての主ノ
ズル14に火炎が形成される。一般に発電用のガスタービ
ンでは、負荷０％から100％まで、タービンの回転速度
は一定であるため、燃焼器に供給される空気はほヾ一定
である。したがつて空気室17より、予混合筒16に流入す
る空気量はほヾ一定である。
火炎の数も順次増大して、定格負荷では、すべての主ノ
ズル14に火炎が形成される。一般に発電用のガスタービ
ンでは、負荷０％から100％まで、タービンの回転速度
は一定であるため、燃焼器に供給される空気はほヾ一定
である。したがつて空気室17より、予混合筒16に流入す
る空気量はほヾ一定である。
一方、調整弁60を通る燃料量はタービン負荷にほヾ比
例して変るが、止弁50の開弁個数が、燃料量に応じて変
るので、開いている止め弁１個当りの予混合筒に供給す
る燃料量は、ほヾ一定であり、予混合筒16で生成される
混合気の空気比は、大きく変化しない。そこで、本実施
例では、空気比が1.5以上好ましくは2.0程度に設定して
ある。
例して変るが、止弁50の開弁個数が、燃料量に応じて変
るので、開いている止め弁１個当りの予混合筒に供給す
る燃料量は、ほヾ一定であり、予混合筒16で生成される
混合気の空気比は、大きく変化しない。そこで、本実施
例では、空気比が1.5以上好ましくは2.0程度に設定して
ある。
本実施例では、補助ノズル15の予混合気は空気比が１
近傍の保炎性の良い範囲に設定されているため、主ノズ
ル14から予混合気が高速で噴出しても、吹き消えの恐れ
がない。
近傍の保炎性の良い範囲に設定されているため、主ノズ
ル14から予混合気が高速で噴出しても、吹き消えの恐れ
がない。
更に、主ノズル14からの予混合気は、空気比が1.5以
上の希薄なものであつても、補助火炎により、安定に燃
焼する。
上の希薄なものであつても、補助火炎により、安定に燃
焼する。
第５図は、予混合気の空気比を変えて燃焼させたとき
のNOx発生量とH2,COの発生量との関係を示したものであ
り、主火炎は、空気比が1.5以上であるためNOxの発生量
は181に示す如く著しく少なくなり、CO,H2はそれぞれ19
1,201に見られる如く、ほヾ零となる。尚、当然のこと
ながらO2は、211のような特性を示す。
のNOx発生量とH2,COの発生量との関係を示したものであ
り、主火炎は、空気比が1.5以上であるためNOxの発生量
は181に示す如く著しく少なくなり、CO,H2はそれぞれ19
1,201に見られる如く、ほヾ零となる。尚、当然のこと
ながらO2は、211のような特性を示す。
この特性から見ると補助ノズルの予混合気の空気比は
１に近いため、NOxの発生量は多くなるが補助火炎の燃
料比率は、定格負荷において、10％程度であるため全体
としては、NOxの発生量は少なくなる。
１に近いため、NOxの発生量は多くなるが補助火炎の燃
料比率は、定格負荷において、10％程度であるため全体
としては、NOxの発生量は少なくなる。
第６図は、主ノズルから下流方向に5mmの地点を、ノ
ズル中心から半径方向にサンプリング，プローブを移動
し、燃料ガスを採取・分析し、主火炎内部、及び補助火
炎近辺の燃焼状態を調べたものである。図からわかるよ
うに、主火炎内部はほとんどCH4は燃焼していないが、
補助火炎に近づくにつれてCH4は燃焼していき、補助火
炎ノズルの上方では、CH4は100％燃焼している。つま
り、補助ノズルの補助火炎から主ノズルの予混合気への
火移りが確実に行われていることが判る。
ズル中心から半径方向にサンプリング，プローブを移動
し、燃料ガスを採取・分析し、主火炎内部、及び補助火
炎近辺の燃焼状態を調べたものである。図からわかるよ
うに、主火炎内部はほとんどCH4は燃焼していないが、
補助火炎に近づくにつれてCH4は燃焼していき、補助火
炎ノズルの上方では、CH4は100％燃焼している。つま
り、補助ノズルの補助火炎から主ノズルの予混合気への
火移りが確実に行われていることが判る。
本発明によれば、高空気比燃焼火炎の根元に、絶えず
安定した補助火炎を形成することにより、高速燃焼する
主火炎を保炎することができる。その結果、ガスタービ
ン燃焼方式を完全予混合燃焼型にできるので、主火炎用
の燃料一空気混合気体の空気比を1.0から高空気比側に
設定して希薄燃焼をおこなえば、ガスタービン燃焼器か
ら発生する環境汚染物質であるNOx及びCOを低減できる
効果がある。
安定した補助火炎を形成することにより、高速燃焼する
主火炎を保炎することができる。その結果、ガスタービ
ン燃焼方式を完全予混合燃焼型にできるので、主火炎用
の燃料一空気混合気体の空気比を1.0から高空気比側に
設定して希薄燃焼をおこなえば、ガスタービン燃焼器か
ら発生する環境汚染物質であるNOx及びCOを低減できる
効果がある。
第１図は、本発明を実施したガスタービン燃焼器の断面
図、第２図は第１図のII−II線に沿う断面図、第３図は
ノズル部分の詳細断面図、第４図タービン負荷と各弁の
開度特性図、第５図は、予混合気の空気比とNOx,CO,H2
の関係を示す特性図、第６図は、火炎の半径方向の燃焼
ガス分析結果を示す特性図である。 10……外筒、11,12……端壁、14……主ノズル、15……
補助ノズル、16……予混合筒、18……燃料供給管、20…
…内筒、30……補助予混合室、40……補助調整弁、50…
…止弁、60……主調整弁。
図、第２図は第１図のII−II線に沿う断面図、第３図は
ノズル部分の詳細断面図、第４図タービン負荷と各弁の
開度特性図、第５図は、予混合気の空気比とNOx,CO,H2
の関係を示す特性図、第６図は、火炎の半径方向の燃焼
ガス分析結果を示す特性図である。 10……外筒、11,12……端壁、14……主ノズル、15……
補助ノズル、16……予混合筒、18……燃料供給管、20…
…内筒、30……補助予混合室、40……補助調整弁、50…
…止弁、60……主調整弁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 楢戸 清 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 小林 啓信 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 村上 忠孝 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 石橋 洋二 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (72)発明者 黒田 倫夫 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特公 昭58−57656（ＪＰ，Ｂ２) 米国特許3919840（ＵＳ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】燃料と空気との混合気を噴出する予混合ノ
ズルを備えたガスタービン燃焼器において、前記予混合
ノズルの外周部に、該予混合ノズルから噴出される混合
気の空気比よりも小さく、且つ0.8〜1.5の空気比の前記
混合気を噴出する補助ノズルを設けたことを特徴とする
ガスタービン燃焼器。 - 【請求項２】燃料と空気との混合気を噴出する予混合ノ
ズルを備えたガスタービン燃焼器において、前記予混合
ノズルの外周部に、該予混合ノズルから噴出される混合
気の噴出速度もりも小さく、且つ1.0〜2.0m/sの噴出速
度を有する前記混合気を噴出する補助ノズルを設けたこ
とを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 【請求項３】燃料と空気との混合気を噴出する予混合ノ
ズルを備えたガスタービン燃焼器において、前記予混合
ノズルの外周部に燃料と空気の混合気を噴出する予混合
補助ノズルと、該補助ノズルに略一定の燃料量を供給す
る第１の燃料供給手段と、前記予混合ノズルに前記ガス
タービンの負荷に応じた燃料量を供給する第２の燃料供
給手段とを設けると共に、前記予混合ノズル及び予混合
補助ノズルの各々を、略一定の空気流量が供給されるよ
うに構成したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8763359B2 (en) | 2007-08-15 | 2014-07-01 | General Electric Company | Apparatus for combusting fuel within a gas turbine engine |
| JP6074090B1 (ja) * | 2016-02-02 | 2017-02-01 | 大口 元気 | ポンプディスペンサー付き液体容器 |
| KR20220099724A (ko) * | 2021-01-07 | 2022-07-14 | 두산에너빌리티 주식회사 | 노즐 어셈블리, 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈 |
| KR20220102840A (ko) * | 2021-01-14 | 2022-07-21 | 두산에너빌리티 주식회사 | 노즐 어셈블리, 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈 |
Families Citing this family (38)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2518986Y2 (ja) * | 1989-01-20 | 1996-12-04 | 川崎重工業株式会社 | ガスタービンの燃焼器 |
| US5097666A (en) * | 1989-12-11 | 1992-03-24 | Sundstrand Corporation | Combustor fuel injection system |
| JPH03260518A (ja) * | 1990-03-08 | 1991-11-20 | Advance Koojienereeshiyon Syst Gijutsu Kenkyu Kumiai | ガスタービン触媒燃焼システム |
| JP2564022B2 (ja) * | 1990-06-07 | 1996-12-18 | 川崎重工業株式会社 | ガスタービンの燃焼器 |
| JPH05196232A (ja) * | 1991-08-01 | 1993-08-06 | General Electric Co <Ge> | 耐逆火性燃料ステージング式予混合燃焼器 |
| US5318436A (en) * | 1991-11-14 | 1994-06-07 | United Technologies Corporation | Low NOx combustion piloted by low NOx pilots |
| US5361586A (en) * | 1993-04-15 | 1994-11-08 | Westinghouse Electric Corporation | Gas turbine ultra low NOx combustor |
| US5359847B1 (en) * | 1993-06-01 | 1996-04-09 | Westinghouse Electric Corp | Dual fuel ultra-flow nox combustor |
| US5636510A (en) * | 1994-05-25 | 1997-06-10 | Westinghouse Electric Corporation | Gas turbine topping combustor |
| US5491970A (en) * | 1994-06-10 | 1996-02-20 | General Electric Co. | Method for staging fuel in a turbine between diffusion and premixed operations |
| US6298667B1 (en) * | 2000-06-22 | 2001-10-09 | General Electric Company | Modular combustor dome |
| US6755024B1 (en) * | 2001-08-23 | 2004-06-29 | Delavan Inc. | Multiplex injector |
| US6813889B2 (en) * | 2001-08-29 | 2004-11-09 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine combustor and operating method thereof |
| US6962055B2 (en) | 2002-09-27 | 2005-11-08 | United Technologies Corporation | Multi-point staging strategy for low emission and stable combustion |
| EP1531305A1 (en) * | 2003-11-12 | 2005-05-18 | United Technologies Corporation | Multi-point fuel injector |
| JP4015656B2 (ja) | 2004-11-17 | 2007-11-28 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービン燃焼器 |
| JP4418442B2 (ja) * | 2006-03-30 | 2010-02-17 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービンの燃焼器及び燃焼制御方法 |
| US20090223227A1 (en) * | 2008-03-05 | 2009-09-10 | General Electric Company | Combustion cap with crown mixing holes |
| DE102008032265B4 (de) * | 2008-07-09 | 2010-06-10 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Verbrennungsvorrichtung |
| US8327642B2 (en) * | 2008-10-21 | 2012-12-11 | General Electric Company | Multiple tube premixing device |
| US20110048022A1 (en) * | 2009-08-29 | 2011-03-03 | General Electric Company | System and method for combustion dynamics control of gas turbine |
| US8613197B2 (en) * | 2010-08-05 | 2013-12-24 | General Electric Company | Turbine combustor with fuel nozzles having inner and outer fuel circuits |
| US20120055163A1 (en) * | 2010-09-08 | 2012-03-08 | Jong Ho Uhm | Fuel injection assembly for use in turbine engines and method of assembling same |
| US8707672B2 (en) * | 2010-09-10 | 2014-04-29 | General Electric Company | Apparatus and method for cooling a combustor cap |
| US8991187B2 (en) * | 2010-10-11 | 2015-03-31 | General Electric Company | Combustor with a lean pre-nozzle fuel injection system |
| US20130036743A1 (en) * | 2011-08-08 | 2013-02-14 | General Electric Company | Turbomachine combustor assembly |
| US8966906B2 (en) * | 2011-09-28 | 2015-03-03 | General Electric Company | System for supplying pressurized fluid to a cap assembly of a gas turbine combustor |
| US8966907B2 (en) * | 2012-04-16 | 2015-03-03 | General Electric Company | Turbine combustor system having aerodynamic feed cap |
| US20130283802A1 (en) * | 2012-04-27 | 2013-10-31 | General Electric Company | Combustor |
| DE102013204307A1 (de) | 2013-03-13 | 2014-09-18 | Siemens Aktiengesellschaft | Strahlbrenner mit Kühlkanal in der Grundplatte |
| US10101032B2 (en) * | 2015-04-01 | 2018-10-16 | General Electric Company | Micromixer system for a turbine system and an associated method thereof |
| JP6423760B2 (ja) | 2015-06-24 | 2018-11-14 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | ガスタービン燃焼器の燃料ノズル構造 |
| CN106016362B (zh) * | 2016-05-16 | 2018-10-09 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种燃气轮机柔和燃烧室及其控制方法 |
| CN109424976B (zh) * | 2017-09-05 | 2021-07-02 | 深圳意动航空科技有限公司 | 扁形航改燃机燃气喷嘴 |
| JP2019128125A (ja) * | 2018-01-26 | 2019-08-01 | 川崎重工業株式会社 | バーナ装置 |
| JP2020085284A (ja) * | 2018-11-20 | 2020-06-04 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 燃焼器及びガスタービン |
| JP2021055971A (ja) * | 2019-10-01 | 2021-04-08 | 三菱パワー株式会社 | ガスタービン燃焼器 |
| FR3135114A1 (fr) * | 2022-05-02 | 2023-11-03 | Safran | Procede d’injection de melange hydrogene-air pour bruleur de turbomachine |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3919840A (en) | 1973-04-18 | 1975-11-18 | United Technologies Corp | Combustion chamber for dissimilar fluids in swirling flow relationship |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1074920B (de) * | 1955-07-07 | 1960-02-04 | Ing habil Fritz A F Schmidt Murnau Dr (Obb) | Verfahren und \ orrichtung zur Regelung von Gas turbmenbrennkammern mit unterteilter Verbrennung und mehreren Druckstufen |
| CH407653A (de) * | 1962-07-24 | 1966-02-15 | Prvni Brnenska Strojirna | Brenner für gasförmigen und flüssigen Brennstoff, insbesondere für Gasturbinen |
| US4100733A (en) * | 1976-10-04 | 1978-07-18 | United Technologies Corporation | Premix combustor |
| JPS5857656A (ja) * | 1981-09-30 | 1983-04-05 | Toshiba Corp | 制御ル−プの切換え装置 |
| EP0095788B1 (de) * | 1982-05-28 | 1985-12-18 | BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie. | Brennkammer einer Gasturbine und Verfahren zu deren Betrieb |
| JPS6057131A (ja) * | 1983-09-08 | 1985-04-02 | Hitachi Ltd | ガスタ−ビン燃焼器の燃料供給方法 |
| EP0169431B1 (en) * | 1984-07-10 | 1990-04-11 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine combustor |
| JPH0630589Y2 (ja) * | 1989-04-19 | 1994-08-17 | 石川島播磨重工業株式会社 | 走行台車に於ける吊りフレームの支持装置 |
-
1987
- 1987-09-04 JP JP62220206A patent/JP2528894B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1988
- 1988-08-31 WO PCT/JP1988/000870 patent/WO1989002052A1/ja active IP Right Grant
- 1988-08-31 DE DE3854666T patent/DE3854666T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1988-08-31 EP EP88907798A patent/EP0335978B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-09-03 CN CN 88106413 patent/CN1011064B/zh not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3919840A (en) | 1973-04-18 | 1975-11-18 | United Technologies Corp | Combustion chamber for dissimilar fluids in swirling flow relationship |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8763359B2 (en) | 2007-08-15 | 2014-07-01 | General Electric Company | Apparatus for combusting fuel within a gas turbine engine |
| US8839628B2 (en) | 2007-08-15 | 2014-09-23 | General Electric Company | Methods for operating a gas turbine engine apparatus and assembling same |
| CN102748776B (zh) * | 2007-08-15 | 2015-01-28 | 通用电气公司 | 燃气涡轮发动机内的燃料的燃烧方法和装置 |
| JP6074090B1 (ja) * | 2016-02-02 | 2017-02-01 | 大口 元気 | ポンプディスペンサー付き液体容器 |
| KR20220099724A (ko) * | 2021-01-07 | 2022-07-14 | 두산에너빌리티 주식회사 | 노즐 어셈블리, 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈 |
| KR102433706B1 (ko) * | 2021-01-07 | 2022-08-19 | 두산에너빌리티 주식회사 | 노즐 어셈블리, 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈 |
| KR20220102840A (ko) * | 2021-01-14 | 2022-07-21 | 두산에너빌리티 주식회사 | 노즐 어셈블리, 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈 |
| KR102437976B1 (ko) * | 2021-01-14 | 2022-08-30 | 두산에너빌리티 주식회사 | 노즐 어셈블리, 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| DE3854666T2 (de) | 1996-04-25 |
| EP0335978A1 (en) | 1989-10-11 |
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| EP0335978B1 (en) | 1995-11-08 |
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