JP2729748B2 - Gas turbine combustion method and apparatus - Google Patents

Gas turbine combustion method and apparatus

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JP2729748B2 JP16640893A JP16640893A JP2729748B2 JP 2729748 B2 JP2729748 B2 JP 2729748B2 JP 16640893 A JP16640893 A JP 16640893A JP 16640893 A JP16640893 A JP 16640893A JP 2729748 B2 JP2729748 B2 JP 2729748B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、航空機用や船舶用、
陸用のガスタービンエンジンにおける燃焼器として好適
に利用される燃焼方法およびその装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
The present invention relates to a combustion method and a device suitably used as a combustor in a land-based gas turbine engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から一般的に行なわれているガスタ
ービン用燃焼方法の一つとして、図6に示すように、燃
焼室50の入口部に、その周方向に所定間隔を隔てて複
数の燃料噴射ノズル51を円周状に配置する一方、上記
燃焼室50を構成する燃焼筒52の周壁部で軸線方向に
所定間隔を隔てた数箇所に、燃焼用空気孔53および希
釈用空気孔54を設けてなる燃焼装置を用いて、上記円
筒状に配置された複数の燃料噴射ノズル51より燃焼室
50内に向けて燃料Fを噴射させるとともに、上記燃焼
用空気孔53より燃焼用空気A1を燃焼室50内に供給
して両者を混合燃焼させ、かつ、希釈用空気孔54より
燃焼室50内に吹き込み供給される希釈用空気により燃
焼室50の出口部の温度分布を調整するようにしたもの
が知られている。
2. Description of the Related Art As one of conventional combustion methods for a gas turbine, as shown in FIG. 6, a plurality of combustion chambers 50 are provided at an inlet portion of a combustion chamber 50 at predetermined intervals in a circumferential direction thereof. While the fuel injection nozzles 51 are arranged circumferentially, a combustion air hole 53 and a dilution air hole 54 are provided at predetermined positions in the peripheral wall of a combustion cylinder 52 constituting the combustion chamber 50 at predetermined intervals in the axial direction. The fuel F is injected from the plurality of cylindrically arranged fuel injection nozzles 51 into the combustion chamber 50 using the combustion device provided with the combustion air, and the combustion air A1 is discharged from the combustion air holes 53. The two are mixed and burned by being supplied into the combustion chamber 50, and the temperature distribution at the outlet of the combustion chamber 50 is adjusted by the dilution air blown into the combustion chamber 50 through the dilution air hole 54. Things are known.

【0003】また、ガスタービン用燃焼方法の他の例と
して、特に低NOx燃焼方法の例として図8に示すよう
に、燃焼室50内に燃料Fを噴射するための燃料噴射ノ
ズル51の個数を多くして、これら燃料噴射ノズル51
を着火用ノズル51aと定格燃焼用ノズル51bに分類
し、さらに、低NOx化を高めるために燃焼筒52の周
壁部で軸線方向に所定間隔を隔てた数箇所に設けた燃焼
用空気孔53および希釈用空気孔54のうち、希釈用空
気孔54の開度を変更可能とする可変弁55を設けてな
る燃焼装置を用いて、着火時には上記可変弁55の開度
を大きくして、燃焼用空気孔53から燃焼室50内への
空気供給量を少なくし、かつ、定格燃焼時には上記可変
弁55の開度を小さくして、燃焼用空気孔53から燃焼
室50内への空気供給量を多くすることにより、着火性
を良好にしつつ、定格時の必要燃焼量を確保するように
なしたものも提案されている。この提案は、技術文献A
SME(THE AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGI-NE
ERS),81-GT-40,第1頁〜第3頁において、P.B.Roberts
等によって1981年に発表されている。
As another example of a gas turbine combustion method, particularly as an example of a low NOx combustion method, as shown in FIG. 8, the number of fuel injection nozzles 51 for injecting fuel F into a combustion chamber 50 is reduced. In many cases, these fuel injection nozzles 51
Are classified into ignition nozzles 51a and rated combustion nozzles 51b. Further, in order to enhance the reduction of NOx, combustion air holes 53 provided at several places at predetermined intervals in the axial direction on the peripheral wall of the combustion cylinder 52 and By using a combustion device provided with a variable valve 55 capable of changing the opening degree of the dilution air hole 54 among the dilution air holes 54, the opening degree of the variable valve 55 is increased at the time of ignition, and The amount of air supplied from the air holes 53 into the combustion chamber 50 is reduced by reducing the amount of air supplied from the air holes 53 into the combustion chamber 50 and reducing the opening of the variable valve 55 during rated combustion. By increasing the number, there has been proposed a method in which the required combustion amount at the time of rating is ensured while improving the ignitability. This proposal is based on Technical Document A
SME (THE AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGI-NE
ERS), 81-GT-40, pp. 1-3, PBRoberts
It was announced in 1981.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
のガスタービン用燃焼方法のうち、図6で示すような燃
焼装置を用いる前者の燃焼方法の場合は、低NOx化や
高温化を実現させるためには、燃焼用空気孔53から燃
焼室50内への空気供給量を多く必要とするために、希
釈用空気孔54からの空気供給量が不足し、図7(A)
で示すように、各燃料噴射ノズル51に対応する箇所と
そうでない箇所とで周方向に大きな燃料分布が生じ、そ
れが原因で燃焼室50内に図7(B)に示すような大き
な温度分布が発生し、出口温度分布も大きくなる。ま
た、燃焼室50内の大きな温度分布にともない、図7
(B)の斜線挿入部分は局所的な高温域となり、NOx
量が多くなる。
However, among the above-mentioned conventional combustion methods for gas turbines, the former combustion method using a combustion device as shown in FIG. 6 realizes a reduction in NOx and an increase in temperature. For this purpose, a large amount of air is required to be supplied from the combustion air holes 53 into the combustion chamber 50, so that the amount of air supplied from the dilution air holes 54 is insufficient.
As shown in FIG. 7B, a large fuel distribution occurs in the circumferential direction between a portion corresponding to each fuel injection nozzle 51 and a portion other than the fuel injection nozzle 51, and as a result, a large temperature distribution as shown in FIG. Occurs and the outlet temperature distribution also increases. Further, due to the large temperature distribution in the combustion chamber 50, FIG.
The hatched portion in (B) becomes a local high temperature region, and NOx
The amount increases.

【0005】また、図8で示すような燃焼装置を用いる
後者の燃焼方法の場合は、着火時に燃焼用空気孔53か
ら燃焼室50内への空気供給量が少なくなることによっ
て、着火性が良くなる反面、空気流速が低くなるため
に、燃料の微粒化が悪くて燃焼効率が悪化する。また、
定格燃焼時に燃焼用空気孔53から燃焼室50内への空
気供給量が多くなることにともなって、希釈用空気孔5
4からの空気供給量が減少し、燃焼室50の出口温度の
分布が悪化する。その上、希釈用空気孔54は高温域に
存在し、熱伸縮にともなって可変弁55と希釈用空気孔
54の相対位置が変化するために、着火時と定格燃焼時
とにおける可変弁55の開度制御による空気供給量の調
整が非常に難しく、安定燃焼範囲が狭いという難点があ
った。
In the case of the latter combustion method using a combustion device as shown in FIG. 8, the amount of air supplied from the combustion air holes 53 into the combustion chamber 50 at the time of ignition is reduced, so that ignitability is improved. On the other hand, since the air velocity is low, the atomization of the fuel is poor and the combustion efficiency is deteriorated. Also,
As the amount of air supplied from the combustion air holes 53 into the combustion chamber 50 increases during rated combustion, the dilution air holes 5
4 decreases, and the distribution of the outlet temperature of the combustion chamber 50 deteriorates. In addition, the dilution air hole 54 exists in a high temperature range, and the relative position between the variable valve 55 and the dilution air hole 54 changes with thermal expansion and contraction. Adjustment of the air supply amount by opening control is very difficult, and there is a disadvantage that the stable combustion range is narrow.

【0006】この発明は上記のような実情に鑑みてなさ
れたもので、着火から定格燃焼までの広い範囲にわたっ
て安定燃焼を行なうことができるとともに、燃料分布や
出口温度分布の均一化と、希薄燃焼によるNOxの発生
量を抑制し、NOx排出量を大幅に低減することができ
るガスタービン用燃焼方法およびその装置を提供するこ
とを主目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and enables stable combustion to be performed over a wide range from ignition to rated combustion, uniform fuel distribution and outlet temperature distribution, and lean combustion. It is an object of the present invention to provide a gas turbine combustion method and an apparatus thereof that can suppress the amount of NOx generated due to NOx and greatly reduce NOx emissions.

【0007】また、この発明の他の目的は、ガスタービ
ンの全長の短縮化および構造の簡素化を図ることができ
るガスタービン用燃焼装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a combustion device for a gas turbine which can shorten the overall length of the gas turbine and simplify the structure.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記主目的を達成するた
め、請求項1の発明に係るガスタービン用燃焼方法は、
燃焼用空気および燃料のそれぞれを、燃焼室の入口部に
周方向に所定の間隔を隔てて配置した複数の旋回羽根の
各隣接間に形成される周方向で複数の区画通路を経て上
記燃焼室内に供給して燃焼させる方法であって、着火時
には、上記複数の区画通路のうち、周方向で所定個数置
きに位置する区画通路からのみ燃焼用空気および燃料を
燃焼室内に供給させて着火させ、かつ、定格燃焼時に
は、上記複数の区画通路の全てから燃焼用空気および燃
料を燃焼室内に供給させて燃焼を行なうことを特徴とす
るものである。
In order to achieve the above-mentioned main object, a combustion method for a gas turbine according to the invention of claim 1 is provided.
Each of the combustion air and the fuel is passed through a plurality of circumferentially defined passages formed between adjacent ones of a plurality of swirling vanes arranged at predetermined intervals in a circumferential direction at an inlet portion of the combustion chamber. A method of supplying and combusting, at the time of ignition, of the plurality of partitioned passages, the combustion air and fuel are supplied to the combustion chamber only from the partitioned passages located at predetermined intervals in the circumferential direction and ignited, At the time of rated combustion, combustion air and fuel are supplied into the combustion chamber from all of the plurality of partitioned passages to perform combustion.

【0009】また、請求項2に係るガスタービン用燃焼
装置は、燃焼室の入口部に、その周方向に所定の間隔を
隔てて複数の旋回羽根を固定配置して、相隣接する固定
旋回羽根間に周方向で複数の区画通路を形成し、この区
画通路に向けて燃焼用空気を供給する空気流路を設ける
とともに、上記各区画通路内にそれぞれ燃料噴射ノズル
を配置し、上記複数の区画通路のうち、周方向で所定個
数置きに位置する区画通路の入口部に、それら各区画通
路の開度を着火時には閉に、定格燃焼時には開に可変す
る可変弁を設けたものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a combustion apparatus for a gas turbine, wherein a plurality of swirling blades are fixedly arranged at a predetermined interval in a circumferential direction at an inlet of the combustion chamber, and the adjacent fixed swirling blades are arranged adjacent to each other. A plurality of partition passages are formed in a circumferential direction between the plurality of partition passages, and an air flow path for supplying combustion air toward the partition passages is provided, and a fuel injection nozzle is disposed in each of the partition passages. A variable valve is provided at the entrance of each of a plurality of passages located in the circumferential direction at predetermined intervals in the passage so that the degree of opening of each of the passages is closed during ignition and opened during rated combustion.

【0010】さらに、上記他の目的を達成するため、請
求項3の発明に係るガスタービン用燃焼装置は、請求項
2のガスタービン用燃焼装置において、上記燃焼室を構
成する燃焼筒が耐熱性材から構成され、この燃焼筒の外
周には冷却用空気通路が形成されているとともに、上記
燃焼室の上流側に配設したガスタービンの圧縮機出口と
上記燃焼筒とが、該圧縮機からの空気を上記区画通路と
上記冷却用空気通路とに分流させるように上記固定旋回
羽根部を介して直結されたものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a combustion apparatus for a gas turbine according to the third aspect of the present invention, wherein the combustion tube constituting the combustion chamber has heat resistance. A cooling air passage is formed on the outer periphery of the combustion cylinder, and a compressor outlet of the gas turbine disposed upstream of the combustion chamber and the combustion cylinder are separated from the compressor. The air is directly connected to the partition passage and the cooling air passage via the fixed swirling vane portion.

【0011】[0011]

【作用】請求項1および請求項2の発明によれば、燃焼
室の入口部に周方向に所定の間隔を隔てて配置された複
数の旋回羽根の各隣接間に形成された複数の区画通路を
経て燃焼用空気および燃料が燃焼室内に周方向で均一に
分散されて供給されるために、周方向における燃料分布
が均一になるとともに、燃焼室の出口温度も周方向で均
一に調整される。また、燃焼室内の周方向均一化燃焼に
より温度分布もほぼ平坦にして、局所的な高温域を形成
しないので、燃料の希薄均一燃焼と相俟って、NOxの
排出量が著しく低減される。加えて、着火時には周方向
で所定個数置きに位置する区画通路からのみ燃焼用空気
および燃料を燃焼室内に供給させることにより、空気流
速は一定に保ちつつ、空気量を少なくすることが可能
で、着火性が良好であり、かつ、定格燃焼時には全ての
区画通路から燃焼用空気および燃料を燃焼室内に供給さ
せることにより、流速は一定に保ったままで、空気量を
多くすることが可能で、温度分布を良好にして希薄燃焼
による低NOx化が図れる。
According to the first and second aspects of the present invention, a plurality of partitioned passages are formed between adjacent ones of a plurality of swirling vanes arranged at predetermined intervals in a circumferential direction at an inlet of the combustion chamber. Since the combustion air and the fuel are uniformly distributed in the circumferential direction and supplied through the combustion chamber, the fuel distribution in the circumferential direction becomes uniform, and the outlet temperature of the combustion chamber is also adjusted uniformly in the circumferential direction. . Further, since the temperature distribution is made substantially flat by the circumferential uniform combustion in the combustion chamber and a local high temperature region is not formed, the emission of NOx is remarkably reduced in combination with the lean and uniform combustion of the fuel. In addition, at the time of ignition, by supplying combustion air and fuel to the combustion chamber only from the partition passages located at predetermined intervals in the circumferential direction, it is possible to reduce the amount of air while keeping the air flow rate constant, Good ignitability, and by supplying combustion air and fuel from all compartment passages into the combustion chamber during rated combustion, it is possible to increase the amount of air while maintaining a constant flow velocity, By improving the distribution, NOx can be reduced by lean combustion.

【0012】また、請求項3の発明によれば、燃焼室を
構成する燃焼筒を耐熱性材から構成しているので、この
燃焼筒を冷却するために必要な空気量が少なくてよい。
したがって、上記燃焼室の上流側に配設した圧縮機出口
を燃焼筒に直結して、その圧縮機からの空気を燃焼用空
気として使用して燃焼を行なう際、ガスタービンのレー
ティングの変動にともなって圧縮機からの空気量分布が
変化しても、直結した固定旋回羽根部による整流効果に
より、燃焼室内に供給される空気量の割合が保持され、
燃焼の不安定さを解消することが可能である。それ故
に、固定旋回羽根部をディフューザに兼用させて、全長
の短縮化および構造の簡素化を図ることができる。
Further, according to the third aspect of the present invention, since the combustion cylinder constituting the combustion chamber is made of a heat-resistant material, the amount of air required for cooling the combustion cylinder may be small.
Therefore, when a compressor outlet disposed upstream of the combustion chamber is directly connected to a combustion cylinder and combustion is performed using air from the compressor as combustion air, the gas turbine rating may fluctuate. Therefore, even if the distribution of the amount of air from the compressor changes, the ratio of the amount of air supplied to the combustion chamber is maintained due to the rectification effect of the directly connected fixed swirling vanes,
It is possible to eliminate combustion instability. Therefore, the fixed swirling vane portion can be used also as a diffuser, and the overall length can be reduced and the structure can be simplified.

【0013】[0013]

【実施例】以下、この発明の実施例を図面にもとづいて
説明する。図1はこの発明の一実施例によるガスタービ
ン用燃焼方法を実現するための燃焼装置を示す概略断面
図であり、同図において、1は環状の燃焼筒であり、そ
の内部に燃焼室1Aが形成されている。この燃焼筒1の
外周壁部には、希釈用空気A2の供給孔3が複数個設け
られているとともに、上記燃焼室1Aの入口部4には、
図2および図3に示すように、円周方向に所定の間隔を
隔てて複数枚の板状の旋回羽根5が固定配置されてお
り、これら旋回羽根5の各隣接間にそれぞれ燃焼用空気
A1を旋回案内して上記燃焼室1A内に供給する複数の
区画通路6が形成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view showing a combustion apparatus for realizing a gas turbine combustion method according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an annular combustion cylinder, in which a combustion chamber 1A is provided. Is formed. A plurality of supply holes 3 for dilution air A2 are provided on the outer peripheral wall of the combustion cylinder 1 and an inlet 4 of the combustion chamber 1A is
As shown in FIGS. 2 and 3, a plurality of plate-shaped swirling blades 5 are fixedly arranged at predetermined intervals in a circumferential direction, and a combustion air A1 is provided between each adjacent swirling blade 5. A plurality of partition passages 6 are formed to guide the swirl and supply it into the combustion chamber 1A.

【0014】7は上記区画通路6に向けて空気Aを供給
する空気流路であり、この流路7に供給された空気A
は、その一部が燃焼用空気A1として上記複数の区画通
路6を経て燃焼室1A内に周方向で分散されて供給され
る一方、残りが希釈用空気A2として上記供給孔3から
燃焼室1A内に吹き込み供給される。8は上記各区画通
路6内のほぼ中央部に外方から放射状に挿設した燃料供
給管であり、これら燃料供給管8の基端部側には開閉弁
11が介装されているとともに、先端部にはそれぞれ各
区画通路6を経て燃焼室1A内に燃料Fを噴射する燃料
噴射ノズル9が形成されている。
Reference numeral 7 denotes an air flow path for supplying air A to the partition passage 6, and the air A supplied to the flow path 7
Is supplied in a circumferential direction to the combustion chamber 1A through the plurality of partition passages 6 as the combustion air A1 while being supplied to the combustion chamber 1A through the supply holes 3 as the dilution air A2. It is blown and supplied. Numeral 8 denotes fuel supply pipes radially inserted from the outside in a substantially central portion of each of the partition passages 6. On / off valves 11 are interposed at the base end sides of these fuel supply pipes 8, and A fuel injection nozzle 9 for injecting the fuel F into the combustion chamber 1A through each of the partition passages 6 is formed at the distal end.

【0015】上記複数の区画通路6のうち、周方向で1
つ置きに位置する区画通路6Aの入口部には、それら各
区画通路6Aの横幅の中央部を支点として回動開閉可能
な可変弁10が設けられており、これら可変弁10によ
り上記各区画通路6Aの開度を調整可能になしている。
Of the plurality of partitioned passages 6, one in the circumferential direction.
At the entrances of the partition passages 6A positioned every other, variable valves 10 that can be opened and closed with the center of the width of each of the partition passages 6A as a fulcrum are provided. The opening of 6A is adjustable.

【0016】つぎに、上記構成のガスタービン用燃焼装
置の燃焼動作について説明する。まず、着火時には、周
方向で1つ置きに位置する区画通路6A内に挿設された
燃料供給管8の基端部側の開閉弁11を閉止して、対応
する燃料噴射ノズル9からの燃料噴射を停止させるとと
もに、可変弁10を閉じて上記各区画通路6Aからの燃
焼用空気の供給も停止させる。この状態で、燃料噴射ノ
ズル9から噴射された燃料Fは区画通路6を経て燃焼室
1A内に供給される一方、空気流路7を流動してくる空
気Aの一部が開放状態にある区画通路6のみを経て燃焼
用空気A1として燃焼室1A内に供給されることにな
る。これによって、燃焼用空気A1の供給量は少なく、
かつ、その流速は高速に保たれるので、燃料Fは良好に
微粒化されて確実な着火が行なえる。
Next, a description will be given of the combustion operation of the gas turbine combustion apparatus having the above-described configuration. First, at the time of ignition, the on-off valve 11 on the base end side of the fuel supply pipe 8 inserted in the partition passage 6A positioned every other in the circumferential direction is closed, and the fuel from the corresponding fuel injection nozzle 9 is closed. While stopping the injection, the variable valve 10 is closed to stop the supply of the combustion air from each of the partition passages 6A. In this state, the fuel F injected from the fuel injection nozzle 9 is supplied into the combustion chamber 1A through the partition passage 6, while the fuel A flowing through the air flow path 7 is partially open. The air is supplied to the combustion chamber 1A as combustion air A1 only through the passage 6. Thereby, the supply amount of the combustion air A1 is small,
In addition, since the flow velocity is maintained at a high speed, the fuel F is finely atomized and reliable ignition can be performed.

【0017】そして、上記のような着火後には、上記区
画通路6Aに対応する開閉弁11を開放して、全ての燃
料噴射ノズル9から燃料Fを噴射させるとともに、上記
可変弁10を開いて空気流路7を流動してくる空気Aの
一部を燃焼用空気A1として全ての区画通路6,6Aを
経て燃焼室1A内に供給させる。これによって、燃焼用
空気A1の供給量は多く、かつ、その流速は高速に保た
れるので、燃料Fの微粒化を良好に保ちつつ、旋回にと
もなう混合性の向上によって定格燃焼の安定化を図るこ
とが可能である。
After the ignition as described above, the on-off valves 11 corresponding to the partition passages 6A are opened to inject the fuel F from all the fuel injection nozzles 9, and the variable valves 10 are opened to open the air. A part of the air A flowing through the flow path 7 is supplied as combustion air A1 into the combustion chamber 1A through all the partition passages 6 and 6A. As a result, the supply amount of the combustion air A1 is large, and the flow velocity thereof is maintained at a high speed. Therefore, while the atomization of the fuel F is favorably maintained, the stability of the rated combustion is improved by the improvement of the mixing property accompanying the swirl. It is possible to plan.

【0018】また、上記定格燃焼時においては、図4
(A)で示すように、複数の区画通路6,6Aの全てか
ら、燃料Fおよび燃焼用空気A1が周方向で万遍なく燃
焼室1A内に供給されるために、燃料分布を均一にして
周方向均一化燃焼によって有効な体積利用が図れるとと
もに、図4(B)で示すように、周方向で均一な温度分
布が得られることになり、したがって、局所的な高温域
を発生せず、高い燃焼効率を維持しながら、出口温度分
布の均一化や燃料の希薄均一燃焼と相俟って低NOx化
ができる。
At the time of the rated combustion, FIG.
As shown in (A), the fuel F and the combustion air A1 are uniformly supplied in the circumferential direction into the combustion chamber 1A from all of the plurality of partition passages 6 and 6A. The effective uniform volume utilization can be achieved by the circumferential uniform combustion, and a uniform temperature distribution in the circumferential direction can be obtained as shown in FIG. 4 (B). While maintaining high combustion efficiency, NOx reduction can be achieved in combination with uniform outlet temperature distribution and lean and uniform combustion of fuel.

【0019】図5は、この発明の他の実施例によるガス
タービン用燃焼装置を示す概略断面図であり、上記燃焼
室1Aを構成する燃焼筒1を、例えばFRC(繊維強化
セラミックス)などの耐熱性材から構成し、この燃焼筒
1Aの外周に冷却用空気通路12を形成するとともに、
圧縮機出口と上記燃焼筒1とを、上記固定旋回羽根5を
含む空気供給部5Aを介して直結させたものであり、こ
の実施例による場合は、上記圧縮機から排出される圧縮
空気Aを上記区画通路6,6Aと上記冷却用空気通路1
2とに分流させて、ガスタービン用燃焼装置として機能
させるようになしたものである。
FIG. 5 is a schematic sectional view showing a combustion apparatus for a gas turbine according to another embodiment of the present invention, in which the combustion tube 1 constituting the combustion chamber 1A is heat-resistant such as FRC (fiber reinforced ceramics). And a cooling air passage 12 formed on the outer periphery of the combustion cylinder 1A.
The compressor outlet and the combustion cylinder 1 are directly connected via an air supply unit 5A including the fixed swirl vanes 5, and in this embodiment, compressed air A discharged from the compressor is discharged. The partition passages 6, 6A and the cooling air passage 1
2 and functions as a gas turbine combustion device.

【0020】上記図5に示すような構成のガスタービン
用燃焼装置では、燃焼筒1が耐熱性材から構成されてお
り、この燃焼筒1を冷却するために冷却用空気通路12
に分流させる空気量が少なくてよいから、上記空気供給
部5Aをディフューザに兼用することが容易である。即
ち、ガスタービンのレーティング(出力割合)の変動に
ともなって圧縮機からの空気量分布が変化することが多
い。そのため、燃焼筒1を冷却するための冷却用空気量
を多く必要とするような構成の燃焼装置であると、ガス
タービンのレーティング(出力割合)の変動にともなっ
て燃焼用空気量も変動して、燃焼自体が不安定になりや
すい。したがって、圧縮機からの空気量が変動しても、
冷却用空気量および燃焼用空気量の割合を十分に保持す
るためには、上記空気供給部5Aとディフューザの間に
十分な距離が必要であり、全長が長いものになってしま
う。これに対し、上記図5の実施例によれば、冷却用空
気量は少なくてよいから、圧縮機からの空気量分布が変
化しても、直結した固定旋回羽根部による整流効果によ
り、燃焼室1A内への空気供給量割合を保持して、燃焼
の不安定さを解消することが可能である。それ故に、固
定旋回羽根部である上記空気供給部5Aをディフューザ
に兼用させて、全長の短縮化および構造の簡素化を図る
ことができる。
In the combustion apparatus for a gas turbine having the structure shown in FIG. 5, the combustion tube 1 is made of a heat-resistant material, and the cooling air passage 12 is used to cool the combustion tube 1.
Since the amount of air to be diverted into the air supply unit may be small, it is easy to use the air supply unit 5A also as a diffuser. That is, the distribution of the amount of air from the compressor often changes with a change in the rating (output ratio) of the gas turbine. Therefore, if the combustion apparatus has a configuration that requires a large amount of cooling air for cooling the combustion cylinder 1, the amount of combustion air also fluctuates with the fluctuation of the rating (output ratio) of the gas turbine. , The combustion itself tends to be unstable. Therefore, even if the amount of air from the compressor fluctuates,
In order to maintain a sufficient ratio of the cooling air amount and the combustion air amount, a sufficient distance is required between the air supply unit 5A and the diffuser, and the overall length becomes long. On the other hand, according to the embodiment of FIG. 5, since the amount of cooling air may be small, even if the distribution of the amount of air from the compressor changes, the combustion chamber is rectified by the directly connected fixed swirl vanes. It is possible to eliminate the instability of combustion by maintaining the air supply rate within 1A. Therefore, the air supply portion 5A, which is a fixed swirling blade portion, can also be used as a diffuser, thereby shortening the overall length and simplifying the structure.

【0021】なお、上記可変弁10としては、上記実施
例に示したような構成のものに限らず、区画通路6Aの
開度を調整可能な構成で有れば、どのようなものであっ
てもよい。
The variable valve 10 is not limited to the one shown in the above embodiment, but may be any other variable as long as it can adjust the opening of the partition passage 6A. Is also good.

【0022】[0022]

【発明の効果】以上のように、請求項1および請求項2
の発明によれば、燃焼室の入口部に周方向に所定の間隔
を隔てて配置された複数の旋回羽根の各隣接間に形成し
た複数の区画通路を経て燃焼用空気および燃料を燃焼室
内に周方向で均一に分散供給させるために、周方向にお
ける燃料分布はもとより、燃焼室の出口温度も周方向で
均一に調整することができる。しかも、燃焼室で周方向
均一化燃焼により温度分布もほぼ平坦にして、局所的な
高温域を形成しないので、燃料の希薄均一燃焼と相俟っ
て、NOxの排出量を著しく低減することができる。さ
らに、着火時には周方向で所定個数置きに位置する区画
通路からのみ燃焼用空気および燃料を燃焼室内に供給さ
せることにより、空気流速は高速に保って、燃料の微粒
化を良好に維持しつつ、空気量を少なくすることが可能
であるから、着火性に優れており、かつ、定格燃焼時に
は全ての区画通路から燃焼用空気および燃料を燃焼室内
に供給させることにより、流速は高速に保って、着火時
と同様に燃料の微粒化を良好に維持しつつ、空気量を多
くすることが可能であるから、希薄燃焼による低NOx
化を安定よく行なうことができ、また、温度分布の均一
化も達成できるという効果を奏する。
As described above, claims 1 and 2 are as described above.
According to the invention, combustion air and fuel are introduced into the combustion chamber through a plurality of partition passages formed between adjacent ones of the plurality of swirling vanes arranged at predetermined intervals in the circumferential direction at the inlet of the combustion chamber. In order to distribute and supply the fuel uniformly in the circumferential direction, not only the fuel distribution in the circumferential direction but also the outlet temperature of the combustion chamber can be uniformly adjusted in the circumferential direction. In addition, since the temperature distribution is made substantially flat by uniform circumferential combustion in the combustion chamber and no local high-temperature region is formed, it is possible to significantly reduce NOx emissions in combination with the lean and uniform combustion of fuel. it can. Furthermore, at the time of ignition, by supplying combustion air and fuel into the combustion chamber only from the partition passages located at predetermined intervals in the circumferential direction, the air flow rate is maintained at a high speed, and the atomization of the fuel is maintained satisfactorily. Since it is possible to reduce the amount of air, it is excellent in ignitability, and at the time of rated combustion, by supplying combustion air and fuel from all the compartment passages into the combustion chamber, the flow velocity is kept high, Since it is possible to increase the amount of air while maintaining good fuel atomization as in the case of ignition, low NOx due to lean combustion
This makes it possible to stabilize the temperature and to achieve a uniform temperature distribution.

【0023】また、請求項3の発明によれば、燃焼室を
構成する燃焼筒を耐熱性材から構成して、この燃焼筒を
冷却するために必要な空気量を少なくしているから、上
記燃焼室の上流側に配設した圧縮機出口を燃焼筒に直結
して、その圧縮機からの空気を燃焼用空気として使用し
て燃焼を行なう際、ガスタービンのレーティングの変動
にともなって上記圧縮機からの空気量分布が変化して
も、燃焼室内への空気供給量割合を保持して、燃焼の不
安定さを解消することができる。これによって、固定旋
回羽根部をディフューザに兼用させて、全長の短縮化お
よび構造の簡素化を図ることができる。
Further, according to the third aspect of the present invention, the combustion cylinder constituting the combustion chamber is made of a heat-resistant material to reduce the amount of air necessary for cooling the combustion cylinder. When a compressor outlet arranged upstream of the combustion chamber is directly connected to a combustion cylinder and combustion is performed using air from the compressor as combustion air, the compression is performed in accordance with fluctuations in the gas turbine rating. Even if the distribution of the amount of air from the machine changes, the ratio of the amount of air supplied to the combustion chamber can be maintained, and the instability of combustion can be eliminated. As a result, the fixed swirl vane portion can also be used as a diffuser, and the overall length can be reduced and the structure can be simplified.

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

【図1】この発明の一実施例によるガスタービン用燃焼
方法を実現するためのガスタービン用燃焼装置を示す概
略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a gas turbine combustion device for realizing a gas turbine combustion method according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の矢印X方向から視た要部の拡大正面図で
ある。
FIG. 2 is an enlarged front view of a main part viewed from an arrow X direction in FIG.

【図3】図1の矢印Y方向から視た要部の拡大平面図で
ある。
FIG. 3 is an enlarged plan view of a main part viewed from an arrow Y direction in FIG. 1;

【図4】(A)は燃料および燃焼用空気の分布状況を説
明する要部の平面図、(B)は温度分布状況を説明する
要部の平面図である。
FIG. 4A is a plan view of a main part explaining a distribution state of fuel and combustion air, and FIG. 4B is a plan view of a main part explaining a temperature distribution state.

【図5】この発明の他の実施例によるガスタービン用燃
焼装置を示す概略断面図である。
FIG. 5 is a schematic sectional view showing a gas turbine combustion apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図6】従来のガスタービン用燃焼方法の一つを実施す
るために用いられる燃焼装置の概略断面図である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a combustion device used to carry out one of the conventional gas turbine combustion methods.

【図7】図6の燃焼装置による燃焼状態を示し、(A)
は燃料および燃焼用空気の分布状況を説明する要部の平
面図、(B)は温度分布状況を説明する要部の平面図で
ある。
FIG. 7 shows a combustion state by the combustion device of FIG. 6, and (A)
FIG. 2 is a plan view of a main part illustrating a distribution state of fuel and combustion air, and FIG. 2B is a plan view of a main part illustrating a temperature distribution state.

【図8】従来のガスタービン用燃焼方法の他の一つを実
施するために用いられる燃焼装置の概略断面図である。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a combustion device used to carry out another conventional combustion method for a gas turbine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃焼筒 1A 燃焼室 5 旋回羽根 5A 空気供給部(固定旋回羽根部) 6,6A 区画通路 7 空気流路 9 燃料噴射ノズル 10 可変弁 12 冷却用空気通路 A1 燃焼用空気 F 燃料 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Combustion cylinder 1A Combustion chamber 5 Swirling blade 5A Air supply part (fixed swirling blade part) 6, 6A Partition passage 7 Air flow path 9 Fuel injection nozzle 10 Variable valve 12 Cooling air passage A1 Combustion air F Fuel

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭48−73607(JP,A) 特開 平4−203710(JP,A) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-48-73607 (JP, A) JP-A-4-203710 (JP, A)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 燃焼用空気および燃料のそれぞれを、燃
焼室の入口部に周方向に所定の間隔を隔てて配置した複
数の旋回羽根の各隣接間に形成される周方向で複数の区
画通路を経て上記燃焼室内に供給して燃焼させる方法で
あって、着火時には、上記複数の区画通路のうち、周方
向で所定個数置きに位置する区画通路からのみ燃焼用空
気および燃料を燃焼室内に供給させて着火させ、かつ、
定格燃焼時には、上記複数の区画通路の全てから燃焼用
空気および燃料を燃焼室内に供給させて燃焼を行なうこ
とを特徴とするガスタービン用燃焼方法。
1. A plurality of circumferentially divided passages formed between adjacent ones of a plurality of swirling vanes which are arranged at predetermined intervals in a circumferential direction at an inlet portion of a combustion chamber, respectively, for combustion air and fuel. And supplying the combustion air and fuel into the combustion chamber only from the plurality of the divided passages which are located at predetermined intervals in the circumferential direction at the time of ignition. Let it ignite, and
A combustion method for a gas turbine, wherein combustion is performed by supplying combustion air and fuel from all of the plurality of partitioned passages into a combustion chamber during rated combustion.
【請求項2】 燃焼室の入口部に、その周方向に所定の
間隔を隔てて複数の旋回羽根を固定配置して、相隣接す
る固定旋回羽根間に周方向で複数の区画通路を形成し、
この区画通路に向けて燃焼用空気を供給する空気流路を
設けるとともに、上記各区画通路内にそれぞれ燃料噴射
ノズルを配置し、上記複数の区画通路のうち、周方向で
所定個数置きに位置する区画通路の入口部に、それら各
区画通路の開度を着火時には閉に、定格燃焼時には開に
可変する可変弁を設けていることを特徴とするガスター
ビン用燃焼装置。
2. A plurality of swirling vanes are fixedly arranged at a predetermined interval in a circumferential direction at an inlet portion of a combustion chamber, and a plurality of partitioned passages are formed in a circumferential direction between adjacent fixed swirling blades. ,
In addition to providing an air flow path for supplying combustion air toward the partition passage, a fuel injection nozzle is disposed in each of the partition passages, and a predetermined number of the plurality of partition passages are located in the circumferential direction. A combustion device for a gas turbine, characterized in that a variable valve is provided at an inlet of a partition passage to change the opening of each of the partition passages to closed at the time of ignition and to open at the time of rated combustion.
【請求項3】 上記燃焼室を構成する燃焼筒が耐熱性材
から構成され、この燃焼筒の外周には冷却用空気通路が
形成されているとともに、上記燃焼室の上流側に配設し
たガスタービンの圧縮機出口と上記燃焼筒とが、該圧縮
機からの空気を上記区画通路と上記冷却用空気通路とに
分流させるように上記固定旋回羽根部を介して直結され
ていることを特徴とする請求項2のガスタービン用燃焼
装置。
3. A combustion tube constituting the combustion chamber is made of a heat-resistant material, a cooling air passage is formed on an outer periphery of the combustion tube, and a gas disposed upstream of the combustion chamber. The compressor outlet of the turbine and the combustion cylinder are directly connected via the fixed swirl vanes so as to divert air from the compressor to the partition passage and the cooling air passage. The combustion device for a gas turbine according to claim 2, wherein
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