JP2544515B2 - Gas combustor - Google Patents

Gas combustor

Info

Publication number
JP2544515B2
JP2544515B2 JP2247477A JP24747790A JP2544515B2 JP 2544515 B2 JP2544515 B2 JP 2544515B2 JP 2247477 A JP2247477 A JP 2247477A JP 24747790 A JP24747790 A JP 24747790A JP 2544515 B2 JP2544515 B2 JP 2544515B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flame
air
auxiliary
nozzle
fuel
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 - Fee Related
Application number
JP2247477A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH03144215A (en
Inventor
泰雄 岩井
茂 小豆畑
憲一 相馬
清 楢戸
啓信 小林
徹 稲田
忠孝 村上
紀夫 嵐
洋二 石橋
倫夫 黒田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2247477A priority Critical patent/JP2544515B2/en
Publication of JPH03144215A publication Critical patent/JPH03144215A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2544515B2 publication Critical patent/JP2544515B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガス燃焼器に係り、特に燃料と空気とを予め
混合して燃焼させる予混合燃焼方式のガス燃焼器に関す
る。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a gas combustor, and more particularly to a premixed combustion type gas combustor in which fuel and air are premixed and burned.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

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℃を超えると、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、極端に多く
したり、反対に少なくした状態で燃焼させる方法が提案
されている。
Nitrogen oxides (NOx) generated during the combustion of gas fuel with low nitrogen content such as liquefied natural gas (LNG) are mostly thermal NOx produced by the oxidation of nitrogen in combustion air in a high temperature atmosphere. Occupy It is known that the production of thermal NOx has a large temperature dependency, and the production amount increases as the flame temperature rises, especially when the temperature exceeds 1500 ° C, the production amount rapidly increases. The flame temperature changes depending on the mixing ratio of the fuel and air, and becomes the highest when the fuel is burned in the vicinity of the stoichiometric amount of air, that is, the stoichiometric amount of air for complete combustion of the fuel. To suppress the NOx generation amount, it is necessary to lower the flame temperature. To lower the flame temperature, blow water or steam into the fuel chamber to forcibly lower the temperature, or make the mixing ratio of fuel and air extremely higher or lower than the theoretical air amount. The method of burning with is proposed.

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。
The method of injecting water or steam has a new problem of lowering turbine efficiency.

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、いわゆる、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。
In a normal combustion device, a so-called diffusion flame is used as a flame stability and a flashback prevention measure, in which fuel and air are ejected from separate nozzles, and both are mixed and burned in a combustor. However, in the process of mixing fuel and air, the air ratio (the ratio of the air flow rate to the theoretical air quantity) is 1
There is a nearby area where the flame temperature locally rises. Therefore, a region where the amount of NOx generated is large is formed, and the amount of NOx emitted increases.

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,ガス燃焼器では、通常50m/s程度の高い噴出速
度で燃料と空気の予混合をする必要があり、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、あるいは、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、従来の拡散火炎を使用
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速を低減
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排出又、特開昭57−192728号公報には、内面4
と外筒16を形成し、抽気路7から分流され圧縮機18によ
り昇圧されて燃料ノズル3に導き、一次スワーラ面積の
みによって所定の流量に定まるように構成する一方、一
次燃料管からの一次燃料は燃料ノズル3内で空気と混合
されて予混合空気として予燃焼室1に流入させ、二次空
気は、内面4と外筒16との間に空気流通路を設けられた
通路面積可変の制御装置14によって負荷に応じた流量制
御をされ、二次燃料管9からの二次燃料と二次スワーラ
11の近傍で予混合又はスワーラ11出口で拡散混合されつ
つ燃料希薄の混合気を主燃焼室2に導かれるようにした
ガスタービン予混合燃焼装置が開示されている。
In addition to such a combustion device that uses a diffusion flame, there is a combustion device that uses a premixed flame that premixes air and fuel in excess of the theoretical air amount and ejects them into the combustor. In a premixed flame with a high air ratio, it is possible to prevent the formation of a region where the temperature locally rises, so it is possible to reduce NOx emissions, but a premixed flame is the most stable when the air ratio is around 1. In addition, when the ejection speed is increased, it is easy to blow out, and at low ejection speed, the flame easily enters the nozzle and backfires easily. In a gas combustor, fuel and air are usually ejected at a high ejection speed of about 50 m / s. However, it is difficult to form a flame under such a high ejection velocity condition. Therefore,
Fuel is divided and supplied, part of it is used for diffusion flame formation, and the rest is used for premixed flame formation.A relatively stable diffusion flame or high-temperature combustion gas generated by the diffusion flame is used for premixed flame formation. There is a combustor used for ignition (JP-A-61-
No. 22127) In such a combustor, NOx emission amount can be reduced as compared with a combustor using a conventional diffusion flame.
However, if the flow rate of the fuel used for the diffusion flame is reduced and the fuel flow rate of the premixed flame is increased, NOx can be reduced, but if the proportion of premixing increases, the flame becomes unstable and NOx emission or In Japanese Patent Publication No. Sho 57-192728, the inner surface 4
The outer cylinder 16 is formed, the flow is branched from the extraction passage 7, the pressure is increased by the compressor 18 and is guided to the fuel nozzle 3, and the predetermined flow rate is determined only by the primary swirler area. Is mixed with air in the fuel nozzle 3 and flows into the pre-combustion chamber 1 as premixed air, and the secondary air is provided with an air flow passage between the inner surface 4 and the outer cylinder 16 so as to control the passage area variable. The flow rate is controlled according to the load by the device 14, and the secondary fuel from the secondary fuel pipe 9 and the secondary swirler
A gas turbine premix combustion apparatus is disclosed in which a fuel-lean mixture is introduced into the main combustion chamber 2 while being premixed in the vicinity of 11 or diffusively mixed at the outlet of the swirler 11.

又、特公昭58−57656号公報には、燃料バーナが上流
側に第1の旋回流手段を備え空気流を貫流させる中空ダ
クトと、中空ダクトを少なくとも部分的に包囲して上流
側に第2の旋回流手段を備え空気流を貫流させる環状の
外側ダクトと、第1旋回流手段の下流で中空ダクトに適
量の燃料を噴射するための第1の燃料噴射手段と、第2
旋回流手段の下流で外側ダクトに適量の燃料を噴射する
ための第2の噴射手段を備えたガスタービンエンジン用
燃焼装置が開示されている。
Further, in Japanese Patent Publication No. 58-57656, a fuel burner is provided with a first swirl flow means on the upstream side and a hollow duct through which an air flow flows, and a second duct on the upstream side which at least partially surrounds the hollow duct. An annular outer duct having a swirl flow means for allowing an air flow therethrough, a first fuel injection means for injecting an appropriate amount of fuel into a hollow duct downstream of the first swirl flow means, and a second
A combustion device for a gas turbine engine is disclosed, which comprises a second injection means for injecting an appropriate amount of fuel into the outer duct downstream of the swirling flow means.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

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、ガス燃焼器
から発生するNOxを低減するのには限界があつた。
In the above-mentioned conventional technique, a diffusion flame is partially formed in order to stabilize an unstable premixed flame, so that there is a limit in reducing NOx generated from the gas combustor.

それゆえ、不安定な予混合火炎を安定化し、ガス燃焼
方式を完全予混合燃焼にすれば、ガス燃焼器から発生す
るNOxを低減することができる。
Therefore, if the unstable premixed flame is stabilized and the gas combustion system is the complete premixed combustion, the NOx generated from the gas combustor can be reduced.

ガス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、着火しなくい
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があった。
The problem when the gas combustion system is completely premixed combustion,
In order to flow a large amount of combustion air as compared to the fuel flow rate during low load operation, the fuel becomes lean and does not ignite, and in order to increase the supplied fuel and air flow rate during high load operation, There is a problem that the flow velocity of the premixed air becomes higher and the premixed flame is easily blown out.

又、特開昭57−192728号公報は、二次スワーラ出口か
らは希薄混合気を供給することのみを開示するものであ
り、特公昭58−27656号公報は、エンジン出力が低い時
は、燃料の大部分又は全部を本願発明でいうところの補
助ノズルへ送り、エンジン出力が増すと燃料の半分以上
を主ノズルに配分することのみを開示するものであり、
高空気比が高速燃焼する主火炎を補助火炎により安定に
保炎して環境汚染物質の低減を行うことについては、配
慮されていないものであった。
Further, JP-A-57-192728 discloses only supplying a lean air-fuel mixture from the outlet of the secondary swirler, and JP-B-58-27656 discloses that when the engine output is low, the fuel consumption is low. It is disclosed that most or all of the above is sent to the auxiliary nozzle referred to in the present invention, and more than half of the fuel is distributed to the main nozzle when the engine output increases,
No consideration was given to stabilizing the main flame that burns at a high air ratio at high speed with the auxiliary flame to reduce environmental pollutants.

本発明の目的は、空気比1.5以上の希薄な予混合気を
安定的に燃焼させるガス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燃焼器を供
給することにある。
An object of the present invention is to provide a gas combustor that stably burns a lean premixed gas having an air ratio of 1.5 or more.
Further, it is to provide a gas combustor capable of stably burning a lean premixed gas from a low load to a high load of the gas turbine.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的を達成するために、本発明のガス燃焼器は、
主ノズルと、該主ノズルに隣接されるように配置された
補助ノズルを有するガス燃焼器において、前記主ノズル
に理論空気量より過剰の空気を含む空気比が1.5以上の
希薄燃料の主混合気を供給する手段と、前記補助ノズル
が前記主ノズルの外周部に配置されるものであって、か
つ補助ノズルに予混合気の噴出速度が1.0〜2.0m/s、空
気比が0.8〜1.5の範囲の補助予混合気を供給する手段を
設けるとともに、前記主ノズルが複数個設けられたもの
であって、前記主ノズルの着火を前記補助ノズルにより
行うことを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the gas combustor of the present invention,
In a gas combustor having a main nozzle and an auxiliary nozzle arranged so as to be adjacent to the main nozzle, a main mixture of a lean fuel having an air ratio of 1.5 or more containing air in excess of the theoretical air amount in the main nozzle. And a means for supplying the auxiliary nozzle is arranged on the outer peripheral portion of the main nozzle, and the injection speed of the premixed gas to the auxiliary nozzle is 1.0 to 2.0 m / s, the air ratio is 0.8 to 1.5. A means for supplying an auxiliary premixed gas in a range is provided, and a plurality of main nozzles are provided, and the main nozzle is ignited by the auxiliary nozzle.

〔作用〕[Action]

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)の着火及び保炎用の補助火
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以下とする
ことにより、NOxの発生を抑えて、かつ、補助火炎の保
炎性能を向上して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、主火炎用良混合気と補助火炎
用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明らかである。それゆえ、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できるた
め、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。
In the present invention, an auxiliary flame having a low ejection speed is used as an auxiliary flame for igniting and holding a premixed flame (main flame) having a high ejection speed. Therefore, the jet speed of the premixed gas to form the pilot flame for flame holding is set to 2 m / s or less to suppress the generation of NOx and improve the flame holding performance of the auxiliary flame for blowing. Prevent disappearance. Further, by enclosing the entire outer periphery of the premixed gas ejected at a high ejection speed with an auxiliary flame for flame holding, the heat generated by the flame for flame holding can be efficiently generated,
Can tell the main flame. Furthermore, between the main flame burner and the auxiliary flame burner, and between the burners ejecting the main flame good mixture and the auxiliary flame mixture, the vortex flow formed by the difference in the jet speeds of both is stable. A spacer that can be formed on the main flame is provided.
It promotes mixing with the combustion gases from the hot auxiliary flame, which can enhance the ignitability of the main flame. Further, for example, when the main flame and the auxiliary flame are separated by a thin partition wall such as a knife edge without providing a spacer, the flow of the auxiliary flame is greatly affected by the jet flow of the main flame,
It is clear from the experiments by the inventors that the auxiliary flame also extinguishes under the condition that the main flame is blown out. Therefore, by providing the spacer, the main flame and the auxiliary flame do not mix directly in the vicinity of the burner outlet, but a part of both mix in the vortex flow formed by the spacer section, and the auxiliary flame is the main flame. Since it can be stably formed without being affected by, the range of the flow velocity or the air ratio at which the flame is stably formed is increased.

又、前記主ノズルが複数個設けられ、前記主ノズルの
着火を前記補助ノズルにより行うことにより、確実な着
火が行え、着火後も安定して燃焼する。又、負荷に応じ
た燃焼を行うことができる。
Further, a plurality of the main nozzles are provided, and the main nozzle is ignited by the auxiliary nozzle, so that reliable ignition can be performed and stable combustion is achieved even after the ignition. Further, it is possible to perform combustion according to the load.

〔実施例〕〔Example〕

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密く
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、そのほぼ全面に主ノズル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。
FIG. 1 is a sectional view of a gas turbine combustor embodying the present invention. Inside the cylindrical outer cylinder 10, the inner cylinder 20 is concentrically arranged, and the annular space formed between the outer cylinder 10 and the inner cylinder 20 allows the discharge air from the compressor (not shown) to flow from the inner cylinder. An air passage 12 is densely formed on the head. Double end walls 11 and 12 are provided on the head of the inner cylinder 20, and as shown in FIG. 2, the inner end wall 11 is assisted so that the main nozzle 14 and its surroundings are almost entirely covered. The nozzle 15 is open. Main nozzle 14
Is formed at the right end of a cylindrical premixing cylinder 16 extending through the end wall 12 toward the outer end wall 12 side, and the pressure end of the premixing cylinder 16 is the end wall.
Air is taken in from an air chamber 17 formed on the left side of 12. A fuel supply pipe 18 is inserted into each premixing cylinder 16 and
The fuel ejected from the end of 18 mixes with the air when flowing in the cylinder 16 to generate a premixed gas. The auxiliary nozzle 15 is an end wall
It communicates with an auxiliary premixing chamber 30 formed between 11 and 12, and this chamber 18 is supplied with auxiliary fuel via an auxiliary fuel adjusting valve 40 and is opened on the peripheral wall surface of the inner cylinder. It mixes with the air from the air holes 26 to produce a premixed air. Fuel supply pipe 18
Are communicated with the main fuel regulating valve 60 via a stop valve 50 provided in each pipe. The valves 50 and 60 are controlled by a command from the controller 70. The load and rotation speed signal of the gas turbine are taken into the controller 70.

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、
タービン負荷にほぼ比例的に増大する。調整弁40はター
ビン負荷にかかわらず、ほぼ一定の開度(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、常にほぼ一定量の燃料が供給され空気孔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。
The stop valve 50 is fully opened when an open signal is given from the controller 70, and is kept fully closed otherwise. In FIG. 1, only four stop valves are shown, but all fuel supply pipes 18 are provided, and in this embodiment there are 19 stop valves, as shown in FIG. As the load increases,
The number of open stop valves increases. On the other hand, the opening degree of the adjusting valve 60 is
It increases almost proportionally to the turbine load. Regulating valve 40 maintains a substantially constant opening (about 10%) regardless of the turbine load. Then, the auxiliary premixing chamber 30 is always supplied with an almost constant amount of fuel via the adjusting valve 40 and premixed with the air from the air hole 26, but the mixing ratio with the air from the air hole 26 is large. Is set so that the air ratio is in the range of 0.8 to 1.5, and the ejection speed from the auxiliary nozzle 15 is in the range of 1.0 to 2.0 m / s, which is higher than the combustion speed (0.5 m / s). Then, the opening area of the nozzle 15 is adjusted.

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。
When operating the gas turbine, first, the auxiliary regulating valve 40
Is opened, and the auxiliary premixed gas is generated in the auxiliary premixing chamber 30. Next, the premixed gas ejected from the auxiliary nozzle 15 is ignited by an ignition plug (not shown). The air ratio of the auxiliary premixed air is set to around 1, preferably 1.3, and the ejection speed is also set.
Ignition is certain because it is less than 2.0 m / s, and combustion is stable even after ignition.

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。
At this time, most of the stop valve 50 is closed, so only the air is ejected from the main nozzle 14. The opening signal of the adjusting valve 60 gradually increases due to the turbine load signal, and the stop valve 50
Also, the valves are opened in a predetermined order. Then, the premixed gas is generated in the premixing cylinder 16, and the premixed gas is ejected from the main nozzle 14 at high speed. The premixed gas ejected from the main nozzle 14 is ignited by the auxiliary flame 80 (FIG. 3) formed around the premixed gas,
The main flame becomes 90.

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ぼ一定
である。したがつて空気室17より、予混合筒16に流入す
る空気量はほぼ一定である。
As the stop valve 50 is sequentially opened, the number of flames formed in the main nozzles 14 is also sequentially increased, and at the rated load, flames are formed in all the main nozzles 14. Generally, in a gas turbine for power generation, the rotation speed of the turbine is constant from 0% to 100% of the load, so that the air supplied to the combustor is almost constant. Therefore, the amount of air flowing into the premixing cylinder 16 from the air chamber 17 is substantially constant.

一方、調整弁60を通る燃料量はタービン負荷にほぼ比
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、ほぼ一定であり、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。
On the other hand, the amount of fuel passing through the adjusting valve 60 changes substantially in proportion to the turbine load, but the number of open stop valves 50 changes according to the amount of fuel, so that there is a premix cylinder for each open stop valve. The amount of fuel supplied is almost constant, and the air ratio of the air-fuel mixture produced in the premixing cylinder 16 does not change significantly. Therefore, in this embodiment, the air ratio is set to 1.5 or more, preferably about 2.0.

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。
In this embodiment, the premixed gas of the auxiliary nozzle 15 has an air ratio of 1
Since it is set in the vicinity with a good flame holding property, even if the premixed gas is ejected from the main nozzle 14 at high speed, there is no fear of blowout.

更に、主ノズル14からの予混合比は、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。
Further, even if the premixing ratio from the main nozzle 14 is a lean one having an air ratio of 1.5 or more, stable combustion is achieved by the auxiliary flame.

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
る、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、ほぼ零となる。尚、当然のこと
ながらO2は、211のような特性を示す。
Fig. 5 shows the relationship between the amount of NOx produced and the amount of H 2 and CO produced when the air-fuel ratio of the premixed gas is changed and burned. The main flame has an air ratio of 1.5 or more. Therefore, the amount of NOx generated is significantly reduced as shown in 181, and CO and H 2 are 19
As seen in 1,201, it becomes almost zero. Obviously, O 2 exhibits a characteristic like 211.

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。
From this characteristic, the air ratio of the premixed gas in the auxiliary nozzle is close to 1, so the amount of NOx generated is large, but the fuel ratio of the auxiliary flame is about 10% at the rated load, so the overall NOx Is reduced.

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。
Fig. 6 shows sampling at 5 mm downstream from the main nozzle in the radial direction from the center of the nozzle, moving the probe, collecting and analyzing the fuel gas, and examining the combustion state inside the main flame and near the auxiliary flame. It is a thing. As you can see from the figure, almost no CH 4 is burned inside the main flame,
CH 4 burns as it approaches the auxiliary flame, and 100% of the CH 4 burns above the auxiliary flame nozzle. That is, it can be seen that the flame transfer from the auxiliary flame of the auxiliary nozzle to the premixed air of the main nozzle is reliably performed.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、補助ノズルに予混合気の噴出速度が
1.0〜2.0m/s、空気比が0.8〜1.5の範囲の補助予混合気
を供給する手段を設け、前記主ノズルの着火を前記補助
ノズルにより行うので、高速である主火炎の着実な着火
が行え、高空気比の主ノズルの燃焼火炎の根元に、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−空気混合気体の空気比を1.5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。又、主ノズルが複数個設けているので、負荷に対応
した運転ができる。
According to the present invention, the injection speed of the premixed gas is reduced to the auxiliary nozzle.
A means for supplying an auxiliary pre-mixture in the range of 1.0 to 2.0 m / s and an air ratio of 0.8 to 1.5 is provided, and since the main nozzle is ignited by the auxiliary nozzle, steady ignition of the main flame at high speed can be achieved. Therefore, by constantly forming a stable auxiliary flame at the root of the combustion flame of the high air ratio main nozzle, the main flame that burns at high speed can be retained. As a result, the gas turbine combustion system can be a complete premixed combustion type, so if the air ratio of the fuel-air mixture gas for the main flame is set from 1.5 to the high air ratio side and lean combustion is performed, the gas turbine combustor It is possible to reduce NOx and CO, which are environmental pollutants emitted from the environment. Further, since a plurality of main nozzles are provided, it is possible to operate according to the load.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

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図は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,H
2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。
FIG. 1 is a sectional view of a gas turbine combustor embodying the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG. 1, FIG. 3 is a detailed sectional view of a nozzle portion, and FIG. Turbine load and opening characteristics of each valve, Fig. 5 shows the air ratio of premixed gas and NOx, CO, H
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship of 2 , and FIG. 6 is a characteristic diagram showing the results of combustion gas analysis in the flame radial direction. 10 …… Outer cylinder, 11,12 …… End wall, 14 …… Main nozzle, 15 ……
Auxiliary nozzle, 16 ... premixing cylinder, 18 ... fuel supply pipe, 20 ...
… Inner cylinder, 30 …… Auxiliary premixing chamber, 40 …… Auxiliary control valve, 50…
… Stop valve, 60… Main regulator valve.

───────────────────────────────────────────────────── 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 特開 昭57−192728(JP,A) 実開 昭62−24274(JP,U) 特公 昭58−57656(JP,B2) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kiyoshi Narato 4026 Kuji Town, Hitachi City, Hitachi, Ibaraki Prefecture Hitachi Research Laboratory, Ltd. (72) Keinobu Kobayashi 4026 Kuji Town, Hitachi City, Ibaraki Hitachi Ltd. In-house (72) Inventor Toru Inada 4026 Kuji-machi, Hitachi, Hitachi, Ibaraki 4026 Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Tadataka Murakami 4026, Kuji-cho, Hitachi, Ibaraki Hitachi, Ltd. (72) Invention Noriyoshi Arashi 4026 Kujimachi, Hitachi, Hitachi, Ibaraki Prefecture, Hitachi Research Laboratory, Hitachi Ltd. (72) Inventor, Yoji Ishibashi 502, Kamimachi, Tsuchiura City, Ibaraki Prefecture Machinery Research Laboratory, Hitachi Ltd. (72) Inventor, Tomio Kuroda Hitachi, Ibaraki Prefecture 3-1-1, Saiwaicho, Ichi, Hitachi, Ltd., Hitachi Works (56) References Akira 57-192728 (JP, A) JitsuHiraku Akira 62-24274 (JP, U) Tokuoyake Akira 58-57656 (JP, B2)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】主ノズルと、該主ノズルに隣接されるよう
に配置された補助ノズルを有するガス燃焼器において、
前記主ノズルに理論空気量より過剰の空気を含む空気比
が1.5以上の希薄燃料の主混合気を供給する手段と、前
記補助ノズルが前記主ノズルの外周部に配置されるもの
であって、かつ補助ノズルに予混合気の噴出速度が1.0
〜2.0m/s、空気比が0.8〜1.5の範囲の補助予混合気を供
給する手段を設けるとともに、前記主ノズルが複数個設
けられたものであって、前記主ノズルの着火を前記補助
ノズルにより行うことを特徴とするガス燃焼器。
1. A gas combustor having a main nozzle and an auxiliary nozzle arranged so as to be adjacent to the main nozzle,
A means for supplying a main air-fuel mixture having an air ratio of 1.5 or more with excess air to the main nozzle to the main nozzle, and the auxiliary nozzle being arranged on an outer peripheral portion of the main nozzle, Moreover, the injection speed of the premixed gas is 1.0 at the auxiliary nozzle.
~ 2.0m / s, the air ratio is provided with a means for supplying an auxiliary pre-mixture in the range of 0.8-1.5, the main nozzle is provided in a plurality, the auxiliary nozzle for ignition of the main nozzle A gas combustor characterized by being performed by.
JP2247477A 1990-09-19 1990-09-19 Gas combustor Expired - Fee Related JP2544515B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2247477A JP2544515B2 (en) 1990-09-19 1990-09-19 Gas combustor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2247477A JP2544515B2 (en) 1990-09-19 1990-09-19 Gas combustor

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62220206A Division JP2528894B2 (en) 1987-09-04 1987-09-04 Gas turbine combustor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH03144215A JPH03144215A (en) 1991-06-19
JP2544515B2 true JP2544515B2 (en) 1996-10-16

Family

ID=17164041

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2247477A Expired - Fee Related JP2544515B2 (en) 1990-09-19 1990-09-19 Gas combustor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2544515B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE59810344D1 (en) * 1998-07-27 2004-01-15 Alstom Switzerland Ltd Process for operating a gas turbine combustor with gaseous fuel
JP4894295B2 (en) * 2006-02-28 2012-03-14 株式会社日立製作所 Combustion device, combustion method of combustion device, and modification method of combustion device
CN109556927A (en) * 2018-12-26 2019-04-02 南京理工大学 The sampler and method of mercury in a kind of high-temperature flue gas

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57192728A (en) * 1981-05-20 1982-11-26 Hitachi Ltd Fremixing combustion method of gas turbine and device thereof
JPS5857656A (en) * 1981-09-30 1983-04-05 Toshiba Corp Switching device of control loop
JPS6224274A (en) * 1985-07-25 1987-02-02 Fuji Xerox Co Ltd Multi-colored recording method

Also Published As

Publication number Publication date
JPH03144215A (en) 1991-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2528894B2 (en) Gas turbine combustor
US5339635A (en) Gas turbine combustor of the completely premixed combustion type
EP0381079B1 (en) Gas turbine combustor and method of operating the same
JP2644745B2 (en) Gas turbine combustor
US5201181A (en) Combustor and method of operating same
US5836164A (en) Gas turbine combustor
CA1258379A (en) Gas turbine combustor
JP3183053B2 (en) Gas turbine combustor and gas turbine
JP2713627B2 (en) Gas turbine combustor, gas turbine equipment including the same, and combustion method
JP2868515B2 (en) Combustion chamber system for gas turbine
US4587809A (en) Premixing swirling burner
US5323614A (en) Combustor for gas turbine
JP2597793B2 (en) Fuel stage premixed low NOx combustor
EP2251605A2 (en) Dry low nox combustion system with pre-mixed direct-injection secondary fuel-nozzle
JP4086767B2 (en) Method and apparatus for reducing combustor emissions
JPH0814565A (en) Gas turbine combustor
JP2544515B2 (en) Gas combustor
JPS5913822A (en) Combustion of low calorie gas and burner therefor
JP3873119B2 (en) In-cylinder swirl combustor
JP3817625B2 (en) Burner equipment
JP2528136B2 (en) Gas turbine combustor
JP3179871B2 (en) Gas turbine combustor and method of operating the same
JP2565980B2 (en) Gas turbine combustor for low-calorie gas
JP2003279043A (en) LOW NOx COMBUSTOR FOR GAS TURBINE
JPH07260149A (en) Combustion apparatus for gas turbine

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees