JP2951620B2 - Gas turbine combustor - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、気体燃料あるいは液体
燃料により予混合燃焼を行うガスタービン燃焼器に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas turbine combustor for performing premix combustion using gaseous fuel or liquid fuel.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般的に、燃焼時に生成されるNOxに
は、燃料中の窒素化合物から生成されるフューエルNO
xと、空気中の窒素から生成されるサーマルNOxとが
ある。フューエルNOxを低減させるための技術には、
燃焼領域に還元領域を形成させてNOxをN2とO2とに
還元する方法などがあるが、基本的には燃料中の窒素分
の低減、つまり燃料の改質を行うことが最も効果的であ
る。一方、サーマルNOxを低減させる技術には、水噴
射法、排ガス再循環法、燃料稀薄燃焼法などがある。こ
れらは、主として火炎温度を低下させることにより、サ
ーマルNOxを低減させるものであるが、これらの手法
を用いると、火炎の安定性が低下しやすい。2. Description of the Related Art In general, NOx generated during combustion includes fuel NO generated from nitrogen compounds in fuel.
x and thermal NOx generated from nitrogen in the air. Technologies for reducing fuel NOx include:
Although there is a method of forming a reduction region in the combustion region to reduce NOx to N 2 and O 2 , it is basically most effective to reduce the nitrogen content in the fuel, that is, to reform the fuel. It is. On the other hand, technologies for reducing thermal NOx include a water injection method, an exhaust gas recirculation method, a lean fuel combustion method, and the like. Although these methods reduce the thermal NOx mainly by lowering the flame temperature, the use of these methods tends to reduce the flame stability.
【0003】通常、燃焼器における燃焼方法として、燃
料と空気とをそれぞれ異なるノズルから噴出する、いわ
ゆる拡散燃焼が主に用いられてきたが、最近は、燃料と
空気とを予め混合し同一のバーナから噴出する予混合燃
焼が用いられつつある。Usually, as a combustion method in a combustor, so-called diffusion combustion in which fuel and air are ejected from different nozzles has been mainly used, but recently, the same burner is prepared by mixing fuel and air in advance. Premixed combustion spouting from is being used.
【0004】予混合燃焼を用いることによる利点は、主
として次の2点である。ひとつは、予混合燃焼を用いる
と燃焼の反応領域を小さくすることができる。つまり、
バーナから噴出する気体がすでに燃料と空気との予混合
気体であるため、バーナの下流側に予混合気体を形成す
るための領域を要せず、火炎を短くすることができ、高
負荷燃焼することが可能な点である。もうひとつは、サ
ーマルNOxを低減できることである。燃焼室内に異な
るノズルから燃料と空気とを噴出する拡散燃焼では、た
とえ燃料を稀薄の条件で燃焼させても燃焼室内での燃料
と空気との混合過程において、空気比が1(理論混合
比)付近になる領域が必ず存在するため、NOxの低減
が一般に困難であるとされる。これに対して、過剰の空
気と燃料とを予め混合して燃焼する燃料稀薄予混合燃焼
法では、全ての燃焼領域で燃料が稀薄な燃焼条件のもと
で燃焼するためNOxの低減が容易である。このような
稀薄予混合燃焼法は、例えば、特公昭62-35016号公報に
記載されているガスタービンの燃焼器などで採用されつ
つある。[0004] The advantages of using premixed combustion are mainly the following two points. First, the use of premixed combustion can reduce the reaction area of combustion. That is,
Since the gas ejected from the burner is already a premixed gas of fuel and air, there is no need for an area for forming a premixed gas downstream of the burner, the flame can be shortened, and high load combustion is performed. It is possible. Another is that thermal NOx can be reduced. In diffusion combustion in which fuel and air are ejected from different nozzles into a combustion chamber, the air ratio is 1 (theoretical mixture ratio) in the process of mixing fuel and air in the combustion chamber even if the fuel is burned under lean conditions. It is generally considered that it is difficult to reduce NOx because there is always a nearby area. In contrast, in the fuel-lean premixed combustion method in which excess air and fuel are mixed in advance and burned, NOx can be easily reduced because fuel is burned under lean combustion conditions in all combustion regions. is there. Such a lean premixed combustion method is being adopted, for example, in a gas turbine combustor described in Japanese Patent Publication No. 62-35016.
【0005】稀薄予混合燃焼は、空気過剰での燃焼であ
るため火炎温度が低なって、NOxの低減は図れるが、
予混合火炎の安定性が劣るのが欠点である。予混合火炎
の安定性を向上させるためには、理論混合比近傍で火炎
を形成する必要があるが、前述のように理論混合比付近
での燃焼は、NOxの発生量が多い。[0005] The lean premixed combustion is combustion with excess air, so that the flame temperature is lowered and NOx can be reduced.
The disadvantage is that the stability of the premixed flame is poor. In order to improve the stability of the premixed flame, it is necessary to form a flame near the stoichiometric ratio, but combustion near the stoichiometric ratio produces a large amount of NOx as described above.
【0006】このように、安定な火炎を形成し易い条件
とNOxの発生を抑制できる条件とは異なるため、過剰
空気比条件でも安定に火炎を形成する保炎技術、もしく
は理論混合比付近で燃焼させてもNOxを低減できる燃
焼技術が必要になる。As described above, the conditions under which a stable flame is easily formed and the conditions under which NOx can be suppressed are different from each other. Therefore, a flame holding technique for stably forming a flame even under an excess air ratio condition, or combustion in the vicinity of a stoichiometric mixture ratio Even if this is done, a combustion technique that can reduce NOx is required.
【0007】従来、予混合火炎の安定化技術として、例
えば、米国特許4,051,670号公報や米国特許4,150,539号
公報に記載されている燃焼器がある。前者の燃焼器は、
空気と燃料との混合気体を燃焼室内で旋回させる旋回手
段と、旋回流が形成されている領域内の一部を減圧する
減圧手段とを備えており、混合気体の旋回流内に高温の
燃焼気体を導くことにより、燃料の着火性が確保され、
火炎を安定させるというものである。また、後者の燃焼
器は、空気と燃料との混合気体の噴出口に抵抗板を設
け、この抵抗板の下流側に形成される高温の燃焼気体が
着火源となり、火炎を安定させるというものである。Conventionally, as a technique for stabilizing a premixed flame, for example, there are combustors described in US Pat. No. 4,051,670 and US Pat. No. 4,150,539. The former combustor is
A swirl means for swirling a mixed gas of air and fuel in the combustion chamber, and a decompression means for decompressing a part of a region in which the swirl flow is formed, and a high-temperature combustion in the swirl flow of the mixed gas is provided. By guiding the gas, the ignitability of the fuel is secured,
It stabilizes the flame. In the latter combustor, a resistance plate is provided at the outlet of the mixed gas of air and fuel, and the high-temperature combustion gas formed downstream of the resistance plate serves as an ignition source to stabilize the flame. It is.
【0008】この他、特開昭59-74406号公報に記載され
ているもののように、パイロット火炎を用いるものや、
特開平64-54122号公報に記載されているもののように、
旋回流を形成させるものなど、火炎を安定させる多数の
技術がある。[0008] In addition, as disclosed in JP-A-59-74406, those using a pilot flame,
As described in JP-A 64-54122,
There are many techniques for stabilizing a flame, such as those that create a swirling flow.
【0009】なお、これらの技術は、いずれも、燃焼室
形状や旋回流の影響等により、燃焼気体と予混合気体と
の混合領域はほとんど形成されていない。In each of these techniques, a mixed region of the combustion gas and the premixed gas is hardly formed due to the influence of the shape of the combustion chamber and the swirling flow.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】上述のような火炎の安
定化技術を用いて、稀薄予混合燃焼を行うと、予混合火
炎は安定すると共に、ある程度のNOx低減も実現でき
る。しかしながら、近年、光化学スモッグの原因となる
NOxに対する排出規制が年々厳しくなってきており、
さらに、NOxを低減することができる技術が望まれて
いる。When lean premixed combustion is performed by using the above-described flame stabilization technique, the premixed flame is stabilized and a certain amount of NOx can be reduced. However, in recent years, emission regulations for NOx causing photochemical smog have become stricter year by year.
Further, a technique capable of reducing NOx is desired.
【0011】本発明の目的は、このような点について着
目してなされたもので、安定した火炎を得ることができ
ると共に、よりNOxを低減することができるガスター
ビン燃焼器を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a gas turbine combustor capable of obtaining a stable flame and further reducing NOx, in consideration of such points. .
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の第1のガスタービン燃焼器は、燃料と空気とが予め混
合された予混合気体を燃焼室内に噴出する予混合バーナ
を備えているガスタービン燃焼器において、前記予混合
バーナの噴出口近傍であって、該噴出口よりも下流側の
位置に、該噴出口の下流側から上流方向へ投影した場合
に該噴出口の一部に重なる部材が配置され、前記予混合
気体の流路は、前記部材の下流側端の位置よりも上流側
の位置から急激に大きくなるよう形成されていることを
特徴とするものである。また、前記目的を達成するため
の第1’のガスタービン燃焼器は、燃料と空気とが予め
混合された予混合気体を燃焼室内に噴出する予混合バー
ナを備えているガスタービン燃焼器において、前記予混
合バーナの噴出口近傍であって、該噴出口よりも下流側
の位置に、該燃焼室の下流側から上流方向へ投影した場
合に該噴出口の一部に重なる部材が配置され、前記燃焼
室は、前記部材の下流側端の位置よりも上流側の位置か
ら急激に大きくなるよう形成されていることを特徴とす
るものである。ここで、前記第1及び第1’のガスター
ビン燃焼器は、複数の前記予混合バーナが環状に配さ
れ、前記部材は、円環状に配された複数の前記予混合バ
ーナに沿って、円環状を成し、円環状に配された複数の
前記予混合バーナの円環状の中心部に、燃料と空気とを
前記燃焼室内に噴出して拡散燃焼火炎を形成する拡散燃
焼バーナが設けられているものであってもよい。A first gas turbine combustor for achieving the above object is provided with a premix burner for injecting a premix gas in which fuel and air are premixed into a combustion chamber. in the gas turbine combustor, a spout near the front Ki予mixing burner, the position of the downstream side of the該噴outlet, part of該噴outlet when projected from the downstream side of 該噴exit the upstream direction is disposed member overlapping the flow passage of the premixed gas, is characterized in that it is formed to be rapidly increased from a position upstream of the position of the downstream end of the member. Further, a first 'gas turbine combustor for achieving the above object is a gas turbine combustor including a premix burner for injecting a premix gas in which fuel and air are premixed into a combustion chamber, a spout near the front Ki予mixing burner, the position of the downstream side of the該噴outlet member that overlaps a portion of該噴outlet when projected from the downstream side of the combustion chamber to the upstream direction is located , the combustion chamber is characterized in that it is formed to be rapidly increased from a position upstream of the position of the downstream end of the member. Here, the first and the gas turbine combustor of the first 1 ', the premixed burner multiple is arranged annularly, the member along the plurality of the premixed burner arranged annularly, forms an annular, in the center of the annular plurality of the premixed burner arranged annularly, the diffusion combustion burner to form the diffusion combustion flame is provided a fuel and air is injected into the combustion chamber May be used.
【0013】また、前記目的を達成するための第2のガ
スタービン燃焼器は、燃料と空気とが予め混合された予
混合気体を燃焼室内で燃焼させるガスタービン燃焼器に
おいて、 燃料と空気とを前記燃焼室内に噴出して拡散燃
焼火炎を形成する拡散燃焼バーナを有すると共に、 前記
予混合気体を前記燃焼室内に噴出して予混合燃焼火炎を
形成する予混合バーナを有し、 前記予混合バーナは、前
記拡散燃焼バーナの周囲に円環状に複数配され、 前記燃
焼室は、円環状に配された複数の前記予混合バーナの外
周側の方向へ、前記予混合バーナの噴出口から急激に大
きくなるよう形成され、 前記予混合バーナの下流側に、
自身の内周側に前記拡散燃焼火炎が形成される環状部材
が、前記燃焼室の内壁とは独立して設置され、 前記拡散
燃焼火炎から前記予混合気体に火移りさせて、前記予混
合燃焼火炎を形成することを特徴とするものである。A second gas turbine combustor for achieving the above object has a premixed fuel and air mixture.
For gas turbine combustors that burn mixed gas in the combustion chamber
Fraud and mitigating risk fuel and air is jetted into the combustion chamber diffusion combustion
And has a diffusion combustion burner to form a baked flame, the
A premixed gas is injected into the combustion chamber to generate a premixed combustion flame.
Having a premix burner forming the premix burner,
Multiple disposed annularly around a serial diffusion combustion burner, the combustion
The firing chamber is provided outside the plurality of premixed burners arranged in an annular shape.
Abruptly increasing from the outlet of the premix burner in the circumferential direction
Formed downstream of the premix burner,
An annular member in which the diffusion combustion flame is formed on its inner peripheral side
But it is installed independently of the inner wall of the combustion chamber, the diffusion
The premixed gas is transferred from the combustion flame to the premixed gas.
It is characterized by forming a combined combustion flame .
【0014】前記目的を達成するための第3のガスター
ビン燃焼器は、燃料と空気とが予め混合された予混合気
体を燃焼室内で燃焼させるガスタービン燃焼器におい
て、 燃料と空気とを前記燃焼室内に噴出して拡散燃焼火
炎を形成する拡散燃焼バーナを有すると共に、 前記予混
合気体を前記燃焼室内に噴出して予混合燃焼火炎を形成
する予混合バーナを有し、 前記予混合バーナは、前記拡
散燃焼バーナの周囲に円環状に複数配され、 前記予混合
バーナの下流側に、自身の内周側に前記拡散燃焼火炎が
形成される環状部材が、前記燃焼室の内壁とは独立して
設置され、 前記環状部材により前記予混合気体の流れ
は、該環状部材を中心として前記燃焼室の内周側と外周
側とに分けられ、前記拡散燃焼火炎から前記予混合気体
に火移りさせて、前記予混合燃焼火炎を形成することを
特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a gas turbine combustor comprising a premixed fuel in which fuel and air are premixed.
Gas turbine combustor that burns the body in the combustion chamber
Te, diffusion combustion flame fuel and air ejected into the combustion chamber
And it has a diffusion combustion burner to form a flame, the premixing
Combined gas is injected into the combustion chamber to form a premixed combustion flame
A premixing burner, wherein the premixing burner is
Multiple arranged annularly around the diffuser combustion burner, the premixed
On the downstream side of the burner, the diffusion combustion flame is on its inner peripheral side.
The formed annular member is independent of the inner wall of the combustion chamber.
Installed and the flow of the premixed gas by the annular member
Are the inner peripheral side and the outer peripheral side of the combustion chamber around the annular member.
And the premixed gas from the diffusion combustion flame
To form the premixed combustion flame.
It is a feature.
【0015】また、前記目的を達成するための第4のガ
スタービン燃焼器は、燃料と空気とが予め混合された予
混合気体を燃焼室内で燃焼させるガスタービン燃焼器に
おいて、 燃料と空気とを前記燃焼室内に噴出して拡散燃
焼火炎を形成する拡散燃焼バーナを有すると共に、 前記
予混合気体を前記燃焼室内に噴出して予混合燃焼火炎を
形成する予混合バーナを有し、 前記予混合バーナは、前
記拡散燃焼バーナの周囲に円環状に複数配され、 前記予
混合バーナの下流側に、自身の内周側に前記拡散燃焼火
炎が形成される環状部材が、前記燃焼室の内壁とは独立
して設置され、 前記環状部材は、前記燃焼室の下流側か
ら上流側方向への該環状部材の投影形状が、前記予混合
バーナの噴出口の開口の一部に重なり、前記拡散燃焼火
炎から前記予混合気体に火移りさせて、前記予混合燃焼
火炎を形成することを特徴とするものである。A fourth gas turbine combustor for achieving the above object has a premixed fuel and air.
For gas turbine combustors that burn mixed gas in the combustion chamber
Fraud and mitigating risk fuel and air is jetted into the combustion chamber diffusion combustion
And has a diffusion combustion burner to form a baked flame, the
A premixed gas is injected into the combustion chamber to generate a premixed combustion flame.
Having a premix burner forming the premix burner,
Multiple disposed annularly around a serial diffusion combustion burner, said pre
On the downstream side of the mixing burner, on the inner peripheral side of the
The annular member where the flame is formed is independent of the inner wall of the combustion chamber
The annular member is located downstream of the combustion chamber.
The projected shape of the annular member in the upstream direction from the
The diffusion combustion fire overlaps with a part of the opening of the burner outlet.
The flame is transferred to the premixed gas and the premixed combustion is performed.
It is characterized by forming a flame .
【0016】[0016]
【0017】[0017]
【0018】[0018]
【0019】[0019]
【0020】[0020]
【0021】[0021]
【0022】[0022]
【0023】[0023]
【0024】[0024]
【0025】[0025]
【0026】[0026]
【0027】[0027]
【0028】[0028]
【0029】[0029]
【作用】予混合火炎でサーマルNOxを低減させるに
は、先に述べたように、従来、過剰空気条件下で燃焼を
行うことが主流であるが、発明者らは、鋭意検討の結
果、予混合気体噴流のほぼ中心に高温の燃焼気体を循環
させるとともに、予混合気体が燃焼する前に、燃焼気体
の一部を予混合気体に混入させることにより、予混合火
炎を安定化させることができると共に、NOxを低減す
ることができることを明らかにした。In order to reduce thermal NOx with a premixed flame, as described above, combustion has conventionally been mainly performed under excess air conditions. The premixed flame can be stabilized by circulating the high-temperature combustion gas almost at the center of the mixed gas jet and mixing a part of the combustion gas into the premixed gas before the premixed gas burns. At the same time, it was clarified that NOx can be reduced.
【0030】本発明は、この知見に基づいてなされたも
のである。内側の予混合気体は、高温の燃焼気体という
着火源を得て、確実に着火し、外側に向かって火炎が伝
播して行く。一方、外側の予混合気体には、燃焼気体の
一部が混入し、予混合気体と燃焼気体とが混合して形成
された燃焼混合気体が、内側から伝播してきた火炎によ
り、着火して燃焼する。The present invention has been made based on this finding. The inner premixed gas obtains an ignition source of high-temperature combustion gas, ignites reliably, and the flame propagates outward. On the other hand, a part of the combustion gas is mixed into the outer premixed gas, and the combustion mixed gas formed by mixing the premixed gas and the combustion gas is ignited and burned by the flame propagated from the inside. I do.
【0031】したがって、予混合気体の内側が確実に着
火するので、予混合火炎は、安定化する。また、単なる
予混合気体が燃焼する高温の燃焼領域が縮小されると共
に、酸素分圧の低い燃焼混合気体が燃焼するので、NO
xが著しく低減する。Therefore, since the inside of the premixed gas ignites reliably, the premixed flame is stabilized. Further, since the high-temperature combustion region in which the mere premixed gas burns is reduced and the combustion mixed gas having a low oxygen partial pressure is burned, NO
x is significantly reduced.
【0032】具体的に、本発明に係る燃焼器の作用につ
いて説明する。抵抗体(又は環状部材)と、予混合気体
を噴出する予混合バーナ出口から急激に広がる燃焼室
(又は抵抗体の下流側端より上流側の位置から急激に大
きくなる予混合気体の流路)とを備えているものでは、
抵抗体の下流側に気体の第1の循環流領域が形成される
と共に、燃焼室が予混合バーナ出口から急激に広がって
いるので、予混合バーナ出口の外周側つまり噴出する予
混合気体の外側にも気体の第2の循環流領域が形成され
る。Specifically, the operation of the combustor according to the present invention will be described. A resistor (or an annular member) and a combustion chamber ( or suddenly large from a position upstream of a downstream end of the resistor) which rapidly expands from a premix burner outlet for ejecting a premix gas.
Pre-mixed gas flow path) .
First circulation flow region of the gas is formed downstream of the resistor antibody
Together, combustion chamber since spread rapidly from premixed burner outlet, the second circulation flow region of the gas on the outside of the premixed gas to the outer peripheral side, that ejection of the premixed burner outlet is formed.
【0033】第1の循環流領域には、高温の燃焼気体の
一部が流入し、第1の循環流領域の周囲の予混合気体
が、高温の燃焼気体により着火し、そこに比較的急激な
燃焼領域が確実に形成される。このように、比較的急激
な燃焼領域が確実に形成されるので、予混合火炎は安定
化する。A part of the high-temperature combustion gas flows into the first circulating flow region, and the premixed gas around the first circulating flow region is ignited by the high-temperature combustion gas, where it is relatively sharp. A reliable combustion region is reliably formed. Thus, the premixed flame is stabilized because a relatively sharp combustion zone is reliably formed.
【0034】第2の循環流領域にも、燃焼気体の一部が
流入する。また、環状部材を備え、この内周側に拡散火
炎が形成されるものでは、予混合バーナから噴出した予
混合気体の内周側に、拡散火炎からの燃焼気体が至る。
この第2の循環領域中の燃焼気体又は拡散火炎からの燃
焼気体が、予混合バーナから噴出する予混合気体と混合
して燃焼混合気体を形成する。燃焼混合気体は、噴流の
内部に形成される比較的急激な燃焼領域から外部に向か
って伝播してくる火炎により、燃焼し、緩慢な燃焼領域
を形成する。緩慢な燃焼領域内では、酸素分圧の低い燃
焼混合気体が燃焼するので、NOxの発生量が極めて少
ない。また、比較的急激な燃焼領域は、緩慢な燃焼領域
が形成されるので、縮小され、ここで発生するNOxの
量も少なくなる。A part of the combustion gas also flows into the second circulation flow region. In addition, an annular member is provided, and a diffusion
If a flame is formed, the pre-
Combustion gas from the diffusion flame reaches the inner peripheral side of the mixed gas.
The fuel from the combustion gas or diffusion flame in the second circulation area
The burning gas mixes with the premixed gas ejected from the premixed burner to form a combustion mixed gas. The combustion gas mixture is burned by a flame propagating outward from a relatively steep combustion region formed inside the jet to form a slow combustion region. In the slow combustion region, the combustion gas mixture having a low oxygen partial pressure burns, so that the generation amount of NOx is extremely small. In addition, the relatively sharp combustion region is reduced because a slow combustion region is formed, and the amount of NOx generated here is also reduced.
【0035】したがって、燃焼領域で発生するNOxを
著しく低減することができる。なお、緩慢な燃焼領域を
形成するためには、このように、火炎が噴流の内部から
外部に向かって伝播してくることが必要である。これ
は、予混合気体噴流の外側から火炎が形成されると、予
混合気体が燃焼気体と混合する前に燃焼してしまい、燃
焼混合気体が形成されないからである。Therefore, NOx generated in the combustion region can be significantly reduced. In order to form a slow combustion region, it is necessary for the flame to propagate from the inside of the jet to the outside in this way. This is because if a flame is formed from the outside of the premixed gas jet, the premixed gas burns before mixing with the combustion gas, and no combustion mixed gas is formed.
【0036】予混合火炎が形成される燃焼室における、
予混合バーナ出口から急激に広がる幅をより大きくした
ものでは、燃焼気体の一部が循環する第2の循環流領域
を広げることができて、予混合気体と燃焼気体とが混合
する量が増え、NOxをより低減することができる。な
お、予混合バーナ出口から急激に広がる幅を予混合バー
ナの出口幅の約1.5倍にすると、この幅の大きさに対す
るNOx低減効果を最もよくすることができる。In the combustion chamber where the premixed flame is formed,
In the case where the width of abruptly expanding from the premix burner outlet is increased, the second circulation flow region through which a part of the combustion gas circulates can be widened, and the amount of the premix gas and the combustion gas mixed increases. , NOx can be further reduced. It should be noted that if the width that rapidly expands from the outlet of the premix burner is set to about 1.5 times the outlet width of the premix burner, the NOx reduction effect for this width can be maximized.
【0037】また、所定の火炎が形成される第1の燃焼
室と予混合火炎が形成される第2の燃焼室とを備えてい
る燃焼器では、予混合火炎は、前述したように、抵抗体
の作用により、安定して燃焼する。また、2つの燃焼室
を有するので、それぞれの燃焼室内の負荷を変えること
により、負荷変動の許容範囲を広げることができる。し
たがって、このような構成が大型の燃焼器に好適であ
る。In a combustor having a first combustion chamber in which a predetermined flame is formed and a second combustion chamber in which a premixed flame is formed, the premixed flame has a resistance as described above. By the action of the body, it burns stably. In addition, since there are two combustion chambers, by changing the load in each of the combustion chambers, the allowable range of load fluctuation can be expanded. Therefore, such a configuration is suitable for a large combustor.
【0038】燃焼器の大型化のためには、予混合気体を
噴出する予混合バーナを環状に形成し、この予混合バー
ナから予混合気体を下流側に噴出するように構成するこ
とがよい。これは、火炎相互の干渉による燃焼振動を抑
えることができるからである。また、環状に形成した予
混合バーナを周方向に複数に分割すると、逆火を防ぐこ
とができると共に、予混合バーナ内で燃焼用空気と燃料
とを効率よく混合することができる。In order to increase the size of the combustor, it is preferable that a premix burner for ejecting the premix gas is formed in a ring shape, and the premix gas is ejected downstream from the premix burner. This is because combustion oscillation due to interference between the flames can be suppressed. Further, when the annularly formed premix burner is divided into a plurality in the circumferential direction, flashback can be prevented and the combustion air and fuel can be efficiently mixed in the premix burner.
【0039】ここで、第1の燃焼室と第2の燃焼室との
いずれか一方を上流側に配し、他方を下流側に配した場
合には、上流側の燃焼室内で発生した燃焼気体を下流側
の燃焼室で形成される火炎に混入させることができるよ
う構成すると、下流側の燃焼室では、酸素分圧の低い燃
焼気体の混入により、火炎から発生するNOx量を少な
くすることができる。Here, if one of the first combustion chamber and the second combustion chamber is arranged on the upstream side and the other is arranged on the downstream side, the combustion gas generated in the upstream combustion chamber Can be mixed with the flame formed in the downstream combustion chamber, the downstream combustion chamber can reduce the amount of NOx generated from the flame by mixing the combustion gas having a low oxygen partial pressure. it can.
【0040】また、第1の燃焼室に拡散火炎を形成し、
これを第2の燃焼室より上流側に位置させることによ
り、燃焼器の起動を容易に行うことができる。起動時に
は、まず、第1の燃焼室に拡散火炎を形成する。拡散火
炎は、燃料に対する空気の量を容易に大きくすることが
できるので、簡単に形成することができる。したがっ
て、燃焼器の起動を容易に行うことができる。次に、第
2の燃焼室に予混合火炎を形成する。予混合バーナから
噴出する予混合気体は、既に形成されている拡散火炎の
熱により温められ、容易に燃焼する。拡散火炎は、NO
xの発生量が多いので、NOxの発生量を少なくするた
めに、予混合火炎が形成されると、同時に、拡散火炎を
小さくするか消火してしまうことがよい。Further, a diffusion flame is formed in the first combustion chamber,
By locating this upstream of the second combustion chamber, it is possible to easily start the combustor. At startup, a diffusion flame is first formed in the first combustion chamber. Diffusion flames can be easily formed because the amount of air to fuel can be easily increased. Therefore, it is possible to easily start the combustor. Next, a premixed flame is formed in the second combustion chamber. The pre-mixed gas ejected from the pre-mix burner is heated by the heat of the already formed diffusion flame and burns easily. Diffusion flame is NO
Since the generation amount of x is large, it is preferable that the diffusion flame be reduced or extinguished at the same time as the premixed flame is formed in order to reduce the generation amount of NOx.
【0041】また、予混合火炎を形成する燃焼室が上流
側に設けられている場合には、この燃焼室にパイロット
バーナを設けることにより、燃焼器の起動を容易に行う
ことができるようになる。When a combustion chamber for forming a premixed flame is provided on the upstream side, the combustor can be easily started by providing a pilot burner in this combustion chamber. .
【0042】第1の燃焼室および第2の燃焼室に予混合
火炎を形成するものでは、先の手段により、火炎を安定
させることができると共に、両方の燃焼室で形成される
火炎から発生するNOx量を少なくすることができるの
で、燃焼器から排出されるNOx量を極めて少なくする
ことができる。In the case of forming a premixed flame in the first combustion chamber and the second combustion chamber, the flame can be stabilized by the above-mentioned means, and the flame is generated from the flame formed in both the combustion chambers. Since the NOx amount can be reduced, the NOx amount discharged from the combustor can be extremely reduced.
【0043】本発明に係る燃焼器をコジェネレーション
システムのガスタービン燃焼器に用いると、コジェネレ
ーションシステムを構成する廃熱回収ボイラ内の脱硝装
置で使用するアンモニアの量を少なくすることができ
る。アンモニアは、ガスタービンを介して送られてくる
燃焼気体中のNOxと反応させて、燃焼気体中からNO
xを取り除くものであるが、NOxの発生量が少なくな
るので、使用するアンモニアの量も少なくすることがで
きる。また、運転形態によっては、脱硝装置が無くても
環境規制値を満足することができる。When the combustor according to the present invention is used for a gas turbine combustor of a cogeneration system, the amount of ammonia used in the denitration device in the waste heat recovery boiler constituting the cogeneration system can be reduced. Ammonia reacts with NOx in the combustion gas sent through the gas turbine to produce NO from the combustion gas.
Although x is removed, the amount of NOx generated is reduced, so that the amount of ammonia used can also be reduced. Further, depending on the operation mode, the environmental regulation value can be satisfied even without the denitration device.
【0044】[0044]
【実施例】以下、図1〜図31に基づき本発明の各種実
施例について説明する。なお、各種実施例において同一
部位には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Various embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. In the various embodiments, the same portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
【0045】ガスタービン燃焼器の第1の実施例につい
て、図1〜図6に基づき説明する。ガスタービン燃焼器
100には、図4に示すように、燃焼用空気1を加圧し
て燃焼器100に送り込む空気圧縮機301と、燃焼器
100内で発生した燃焼気体4により駆動するガスター
ビン303とが接続されている。ガスタービン303に
は発電機304が接続されている。A first embodiment of the gas turbine combustor will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 4, the gas turbine combustor 100 includes an air compressor 301 that pressurizes the combustion air 1 and sends it to the combustor 100, and a gas turbine 303 driven by the combustion gas 4 generated in the combustor 100. And are connected. A generator 304 is connected to the gas turbine 303.
【0046】ガスタービン燃焼器100は、図1〜図3
に示すように、その燃焼器ケーシング10に、空気圧縮
機301からの燃焼用空気1を取り入れる空気取入口1
1と、燃焼により発生する燃焼気体4を排出する燃焼気
体排出口12とが形成されている。燃焼器ケーシング1
0内には、1次燃焼室30を形成する1次燃焼用内筒3
1と、2次燃焼室20を形成する2次燃焼用内筒21と
が設けられている。The gas turbine combustor 100 is shown in FIGS.
As shown in FIG. 1, the air intake 1 for taking in the combustion air 1 from the air compressor 301 into the combustor casing 10.
1 and a combustion gas outlet 12 for discharging combustion gas 4 generated by combustion. Combustor casing 1
0, the primary combustion inner cylinder 3 forming the primary combustion chamber 30
1 and a secondary combustion inner cylinder 21 forming a secondary combustion chamber 20 are provided.
【0047】1次燃焼用内筒31は、燃焼器ケーシング
10内の燃焼気体排出口12と相対する面に設けられて
いる。1次燃焼用内筒内31には、第2図に示すよう
に、1次燃料2を噴出する複数のパイロットバーナ3
4,34,…が、同一円周上に等間隔で配設されてい
る。このパイロットバーナ34,34,…には、1次燃
料2を受け入れる1次燃料受入ノズル32が接続されて
いる。1次燃焼用内筒31の側周には、空気取入口11
から流入する燃焼用空気1を内筒31内に流入させるた
めの1次空気供給口33,33,…が形成されており、
そこには、流入する燃焼用空気4量を調節するための1
次空気調節弁35が設けられている。The primary combustion inner cylinder 31 is provided on the surface of the combustor casing 10 facing the combustion gas discharge port 12. As shown in FIG. 2, a plurality of pilot burners 3 for ejecting the primary fuel 2 are provided in the primary combustion inner cylinder 31.
Are arranged at regular intervals on the same circumference. A primary fuel receiving nozzle 32 for receiving the primary fuel 2 is connected to the pilot burners 34, 34,. An air inlet 11 is provided on the side circumference of the primary combustion inner cylinder 31.
Primary air supply ports 33, 33,... Are formed to allow the combustion air 1 flowing from the inside to flow into the inner cylinder 31.
There is one for regulating the amount of combustion air 4 flowing in.
A secondary air control valve 35 is provided.
【0048】2次燃焼用内筒21は、1次燃焼用内筒3
1の下流側に設けられており、その側周には内筒自身を
冷却するための冷却空気口22が形成されている。2次
燃焼用内筒21の上流端には、燃焼用空気1と2次燃料
3との予混合気体5を噴出する複数の予混合バーナ2
3,23,…が、図2に示すように、同一円周上に配さ
れ、環状の予混合バーナ群24を形成している。予混合
バーナ23,23,…の下流端には、燃焼用空気1をバ
ーナ23,23,…内に流入させる2次空気供給口2
5,25,…と、2次燃料3を噴出する2次燃料ノズル
26,26,…とが、設けられている。この2次燃料ノ
ズル26,26,…には、2次燃料3を受け入れる2次
燃料受入ノズル27,27,…が接続されている。2次
空気供給口25,25,…には、流入する燃焼用空気1
量を調節するための2次空気調節弁28,28,…が設
けられている。The inner cylinder for secondary combustion 21 is the inner cylinder for primary combustion 3
1, a cooling air port 22 for cooling the inner cylinder itself is formed on the side circumference thereof. A plurality of premix burners 2 for ejecting a premix gas 5 of the combustion air 1 and the secondary fuel 3 are provided at an upstream end of the secondary combustion inner cylinder 21.
Are arranged on the same circumference as shown in FIG. 2 to form an annular premix burner group 24. At the downstream end of the premix burners 23, 23, ..., a secondary air supply port 2 through which the combustion air 1 flows into the burners 23, 23, ....
, And secondary fuel nozzles 26, 26,... For ejecting the secondary fuel 3 are provided. The secondary fuel nozzles 26, 26,... Are connected to secondary fuel receiving nozzles 27, 27,. The combustion air 1 flowing into the secondary air supply ports 25, 25,.
There are provided secondary air control valves 28, 28,... For adjusting the amount.
【0049】環状の予混合バーナ群24の外周の径は、
2次燃焼用内筒21の内径よりも小さく、2次燃焼室2
0は、予混合バーナ23の出口で急激に大きくなるよう
形成されている。The diameter of the outer periphery of the annular premix burner group 24 is
The secondary combustion chamber 2 is smaller than the inner diameter of the secondary combustion inner cylinder 21.
0 is formed to increase rapidly at the outlet of the premix burner 23.
【0050】予混合バーナ23の出口近傍には、混合気
体5の燃焼により発生する燃焼気体4を循環させるため
の抵抗体40が設けられている。抵抗体40は、図2お
よび図3に示すように、予混合バーナ群24に沿って環
状を成し、その断面はV字状を成している。環状の抵抗
体40の半径方向の幅は予混合バーナ群24の半径方向
の幅よりも小さく形成されている。断面がV字状の抵抗
体40は、その頂点部が上流方向に向くように設けられ
ている。頂点部には、抵抗体40を支持する支持部材4
1が設けられている。この支持部材41は、複数の予混
合バーナ23,23,…間を仕切る仕切板29上に設け
られている。Near the outlet of the premix burner 23, a resistor 40 for circulating the combustion gas 4 generated by the combustion of the gas mixture 5 is provided. As shown in FIGS. 2 and 3, the resistor 40 has an annular shape along the premix burner group 24 and has a V-shaped cross section. The radial width of the annular resistor 40 is formed smaller than the radial width of the premix burner group 24. The resistor 40 having a V-shaped cross section is provided so that the apex thereof faces upstream. A support member 4 for supporting the resistor 40 is provided at the top.
1 is provided. The support member 41 is provided on a partition plate 29 that partitions the plurality of premix burners 23, 23,.
【0051】2次燃焼用内筒21の下流端には、燃焼気
体4を燃焼器ケーシング10の燃焼気体排出口12に導
くためのトランジッションピース15が接続されてい
る。A transition piece 15 for guiding the combustion gas 4 to the combustion gas outlet 12 of the combustor casing 10 is connected to a downstream end of the secondary combustion inner cylinder 21.
【0052】次に第1の実施例の燃焼器の作用について
説明する。Next, the operation of the combustor according to the first embodiment will be described.
【0053】空気圧縮機301で加圧された燃焼用空気
1は、空気取入口11から燃焼器ケーシング10内に流
入する。燃焼用空気1は、燃焼器ケーシング10とトラ
ンジッションピース15および2次燃焼用内筒21との
間を通過して、1次空気供給口33から1次燃焼用内筒
31内へ、2次空気供給口25から2次燃焼用内円筒2
1内へと流入する。燃焼用空気1の一部は、2次内円筒
21の冷却空気口22から壁面冷却のために、2次内円
筒21内へ流入する。一方、燃料2,3は、1次燃料受
入ノズル32および2次燃料受入ノズル27から燃焼器
100内に流入し、パイロットバーナ34および2次燃
料ノズル26から噴出する。The combustion air 1 pressurized by the air compressor 301 flows from the air inlet 11 into the combustor casing 10. The combustion air 1 passes between the combustor casing 10, the transition piece 15, and the secondary combustion inner cylinder 21, and flows from the primary air supply port 33 into the primary combustion inner cylinder 31. Inner cylinder 2 for secondary combustion from supply port 25
1 flows into. Part of the combustion air 1 flows into the secondary inner cylinder 21 from the cooling air port 22 of the secondary inner cylinder 21 for wall cooling. On the other hand, the fuels 2 and 3 flow into the combustor 100 from the primary fuel receiving nozzle 32 and the secondary fuel receiving nozzle 27, and are ejected from the pilot burner 34 and the secondary fuel nozzle 26.
【0054】本実施例で使用される燃料は、液化天然ガ
スである。液化天然ガスは、硫黄分や窒素化合物をほと
んど含まず、SOxやフューエルNOxの発生量が少な
く、クリーンなエネルギーとして、近年その需要が伸び
ている燃料である。The fuel used in this embodiment is liquefied natural gas. Liquefied natural gas is a fuel that contains almost no sulfur or nitrogen compounds, generates little SOx or fuel NOx, and is growing in demand in recent years as clean energy.
【0055】パイロットバーナ34から噴出した1次燃
料2は、燃焼用空気1と反応して、1次燃焼室30内に
拡散火炎を形成する。一方、2次燃料ノズル26から噴
出した2次燃料3は、複数の予混合バーナ23,23,
…内で燃焼用空気1と混合して予混合気体5を形成して
から、2次燃焼室20内に噴出する。The primary fuel 2 ejected from the pilot burner 34 reacts with the combustion air 1 to form a diffusion flame in the primary combustion chamber 30. On the other hand, the secondary fuel 3 ejected from the secondary fuel nozzle 26 is supplied to the plurality of premix burners 23, 23,
Are mixed with the combustion air 1 to form a premixed gas 5 and then jetted into the secondary combustion chamber 20.
【0056】2次燃焼室20内に噴出した予混合気体5
は、図3に示すように、抵抗体40により分流される。
抵抗体40の下流側には、気体が循環する第1の循環流
領域51が形成される。また、抵抗体40の外周側、つ
まり2次燃焼室21内の上流端の外周側にも、気体が循
環する第2の循環流領域52が形成される。この循環流
は、2次燃焼室20が予混合バーナ23の出口から急激
に大きくなっているために形成される。The premixed gas 5 injected into the secondary combustion chamber 20
Is shunted by the resistor 40 as shown in FIG.
A first circulation flow region 51 through which gas circulates is formed downstream of the resistor 40. Further, a second circulation flow region 52 in which gas circulates is also formed on the outer peripheral side of the resistor 40, that is, on the outer peripheral side of the upstream end in the secondary combustion chamber 21. This circulating flow is formed because the secondary combustion chamber 20 increases rapidly from the outlet of the premix burner 23.
【0057】第1の循環流領域51には、図3に示すよ
うに、予混合気体5の燃焼により生成した2000℃前後の
高温の燃焼気体4が流れ込む。このため、第1の循環流
領域51は、予混合気体5の着火温度である700〜800℃
を越えて、1500℃以上の高温な領域となり、第1の循環
流領域51に近接する予混合気体5は、確実に燃焼し、
比較的急激な燃焼領域53が形成される。したがって、
2次燃焼室20内で形成される予混合火炎は、高温の燃
焼気体4という着火源を得ることにより、安定化する。As shown in FIG. 3, a high-temperature combustion gas 4 of about 2000 ° C. generated by combustion of the premixed gas 5 flows into the first circulating flow region 51. For this reason, the first circulating flow region 51 has an ignition temperature of the premixed gas 5 of 700 to 800 ° C.
Beyond, and becomes a high temperature region of 1500 ° C. or more, and the premixed gas 5 adjacent to the first circulating flow region 51 reliably burns,
A relatively sharp combustion zone 53 is formed. Therefore,
The premixed flame formed in the secondary combustion chamber 20 is stabilized by obtaining an ignition source of the high-temperature combustion gas 4.
【0058】一方、円形状の抵抗体40の外周側に形成
される第2の循環流領域52には、燃焼気体4と予混合
気体5とが流れ込み、燃焼気体4と予混合気体5とが混
合して燃焼混合気体6が形成される。また、環状の抵抗
体40の内周側にも、1次燃焼室30で発生した燃焼気
体4と予混合気体5とが混合して酸素分圧の低い燃焼混
合気体6が形成される。On the other hand, the combustion gas 4 and the premixed gas 5 flow into the second circulating flow region 52 formed on the outer peripheral side of the circular resistor 40, and the combustion gas 4 and the premixed gas 5 are mixed. The mixed gas 6 is formed by mixing. Also, the combustion gas 4 generated in the primary combustion chamber 30 and the premixed gas 5 are mixed on the inner peripheral side of the annular resistor 40 to form a combustion mixed gas 6 having a low oxygen partial pressure.
【0059】この燃焼混合気体6は、比較的急激な燃焼
領域53からの火炎が伝播して、燃焼し、比較的急激な
燃焼領域53の外側に緩慢な燃焼領域54を形成する。
緩慢な燃焼領域54では、酸素分圧の低い燃焼混合気体
6が燃焼するため、燃焼温度も低く、この領域で生成さ
れるNOx量は、極めて少ない。The flame from the combustion zone 53 propagates and burns in the combustion gas mixture 6 to form a slow combustion zone 54 outside the combustion zone 53.
In the slow combustion region 54, the combustion mixture gas 6 having a low oxygen partial pressure burns, so that the combustion temperature is low, and the NOx amount generated in this region is extremely small.
【0060】燃焼混合気体6を形成するためには、火炎
が、予混合バーナ23から噴出する予混合気体5の内部
から外側へ伝播して行くことが必要である。これは、仮
りに、外側から着火して火炎が内側へ伝播して行くと、
予混合気体5が、燃焼気体4と混合する前に燃焼してし
まい、燃焼混合気体6が形成されないからである。In order to form the combustion mixture 6, it is necessary for the flame to propagate from the inside to the outside of the premix gas 5 ejected from the premix burner 23. This means that if the flame ignites from the outside and the flame spreads inside,
This is because the premixed gas 5 burns before mixing with the combustion gas 4, and the combustion mixed gas 6 is not formed.
【0061】ここで、2次燃料3、燃焼用空気1、およ
び燃焼気体4を均一に混合した後、予混合バーナ23か
ら噴出し、火炎を形成すると、緩慢な燃焼領域のみが形
成されるため、安定な火炎が形成されない。Here, if the secondary fuel 3, the combustion air 1 and the combustion gas 4 are uniformly mixed and then ejected from the premix burner 23 to form a flame, only a slow combustion region is formed. No stable flame is formed.
【0062】また、予混合バーナ23は、本実施例のよ
うに、1次燃焼室30の下流端に環状に配置することが
望ましい。このように予混合バーナ23を配置すると、
1次燃焼室30中で形成される拡散火炎から排出される
燃焼気体4の熱により、予混合バーナ23から噴出され
る予混合気体5がより速やかに着火され、予混合火炎は
より安定化する。Further, it is desirable that the premix burner 23 is annularly disposed at the downstream end of the primary combustion chamber 30 as in this embodiment. When the premix burner 23 is arranged in this manner,
The heat of the combustion gas 4 discharged from the diffusion flame formed in the primary combustion chamber 30 ignites the premix gas 5 ejected from the premix burner 23 more quickly, and the premix flame is further stabilized. .
【0063】また、抵抗体40の半径方向の幅に関して
も、本実施例のように、予混合バーナ23の出口の半径
方向の幅より小さくすることが望ましい。抵抗体40の
幅が予混合バーナ23の出口の幅より大きいと、第1の
循環流領域51が大きなものとなり、予混合火炎が抵抗
体40の近傍に保持されず、火炎の安定性が低下する。Also, it is desirable that the radial width of the resistor 40 be smaller than the radial width of the outlet of the premix burner 23 as in this embodiment. If the width of the resistor 40 is larger than the width of the outlet of the premix burner 23, the first circulating flow region 51 becomes large, and the premixed flame is not held in the vicinity of the resistor 40, and the flame stability decreases. I do.
【0064】燃焼器100で発生した燃焼気体4は、燃
焼気体排出口12から排出され、ガスタービン303に
供給される。ガスタービン303内では、高温高圧の燃
焼気体4が膨張する過程で、タービンが駆動される。ガ
スタービン303の動力は、発電機304に伝達され、
発電が行われる。The combustion gas 4 generated in the combustor 100 is discharged from the combustion gas discharge port 12 and supplied to the gas turbine 303. In the gas turbine 303, the turbine is driven while the high-temperature and high-pressure combustion gas 4 is expanding. The power of the gas turbine 303 is transmitted to the generator 304,
Power generation is performed.
【0065】一般に、近年のガスタービン発電設備で
は、ガスタービン303から排出される燃焼気体4が、
廃熱回収ボイラへ導かれ、水蒸気発生用の熱源として用
いられることが多い。廃熱回収ボイラ内には、脱硝装置
が設けられていることがある。この脱硝装置は、固体触
媒表面上でアンモニアと燃焼気体4とを反応させて、燃
焼気体4中のNOxを取り除くものである。本実施例に
係る燃焼器100を使用する場合、NOxの発生量が少
なくなるため、脱硝装置でのアンモニア使用量を低減す
ることができる、また、運転形態によっては、脱硝装置
が無くても環境規制値を満足することができる。In general, in recent gas turbine power generation equipment, the combustion gas 4 discharged from the gas turbine 303 is
It is guided to a waste heat recovery boiler and is often used as a heat source for generating steam. A denitration device may be provided in the waste heat recovery boiler. This denitration apparatus removes NOx in the combustion gas 4 by reacting ammonia with the combustion gas 4 on the surface of the solid catalyst. When the combustor 100 according to the present embodiment is used, the amount of generated NOx is reduced, so that the amount of ammonia used in the denitration device can be reduced. The regulation value can be satisfied.
【0066】なお、本実施例において、複数の予混合バ
ーナ23,23,…を形成するために、仕切板29を設
けたが、抵抗体40を他の方法で支持できる場合は、特
に仕切板29を設けて複数の予混合バーナ23,23,
…を形成する必要がない。ただし、燃焼器が大型化して
予混合バーナが大きくなるような場合には、燃料2と燃
焼用空気1との混合を十分に行うために、また、逆火を
防ぐために、仕切板29を設けて複数の予混合バーナ2
3,23,…を形成する方がよい。In this embodiment, the partition plate 29 is provided in order to form a plurality of premix burners 23, 23,.... 29, and a plurality of premix burners 23, 23,
It is not necessary to form ... However, when the size of the combustor is large and the premix burner is large, the partition plate 29 is provided to sufficiently mix the fuel 2 and the combustion air 1 and to prevent flashback. Premixed burners 2
It is better to form 3, 23,.
【0067】次に、本実施例のガスタービン燃焼器10
0の運転方法について図5および図6を用いて説明す
る。ガスタービン303の起動時には、図6に示すよう
に、燃焼器100に1次燃料2のみを投入し、1次燃焼
室30において拡散火炎を形成させる。ガスタービン3
03の負荷がある一定の負荷L0%に達した時点で、1
次燃料2の量を減少させ、これに対応して2次燃料3の
量を増加させ、2次燃焼室20において予混合火炎を形
成させる。一定の負荷L0%から最大負荷100%に達する
までは、主として2次燃料量3を増加させることにより
負荷変化に対応させる。Next, the gas turbine combustor 10 of this embodiment
The operation method of No. 0 will be described with reference to FIGS. When starting the gas turbine 303, as shown in FIG. 6, only the primary fuel 2 is charged into the combustor 100, and a diffusion flame is formed in the primary combustion chamber 30. Gas turbine 3
When the load of 03 reaches a certain load L 0 %, 1
The amount of the secondary fuel 2 is decreased, and the amount of the secondary fuel 3 is correspondingly increased to form a premixed flame in the secondary combustion chamber 20. Until the constant load L 0 % reaches the maximum load 100%, the secondary fuel amount 3 is mainly increased to cope with the load change.
【0068】また、空気供給量は、NOx発生量をある
範囲内に保つように、図5に示すように、燃料2,3の
増減に対応させて、1次空気量を減少させ、2次空気量
を増加させる。As shown in FIG. 5, the air supply amount is reduced by decreasing the primary air amount in accordance with the increase or decrease of the fuels 2 and 3 so as to keep the NOx generation amount within a certain range. Increase air volume.
【0069】抵抗体40が設けられていない燃焼器にお
いては、2次燃焼室20において形成する予混合火炎の
安定性が、1次燃焼室30において形成する拡散火炎で
の燃焼量および拡散火炎の空気比などにより影響を受け
るため、投入する1次燃料2量と2次燃料3量の比が一
定の範囲内に制限される。本実施例の燃焼器では、予混
合火炎を単独で安定化する機構を有するため、1次燃料
2の量と2次燃料3の量の比を任意に設定でき、負荷変
動に対する燃料供給の調整を容易に行うことができる。
また、負荷変動範囲を大きくすることができる。In the combustor in which the resistor 40 is not provided, the stability of the premixed flame formed in the secondary combustion chamber 20 depends on the amount of combustion in the diffusion flame formed in the primary combustion chamber 30 and the diffusion flame. Since it is affected by the air ratio or the like, the ratio between the amount of the primary fuel 2 and the amount of the secondary fuel 3 to be charged is limited to a certain range. Since the combustor of this embodiment has a mechanism for stabilizing the premixed flame independently, the ratio between the amount of the primary fuel 2 and the amount of the secondary fuel 3 can be set arbitrarily, and the fuel supply is adjusted with respect to load fluctuation. Can be easily performed.
Further, the load variation range can be increased.
【0070】なお、本実施例の燃焼器100では、燃料
切り替え後、1次燃料2の供給を停止しても良いが、1
次燃料2を常時1次燃焼室20に投入し、拡散火炎を形
成しておくことにより、負荷増減の対応を素早く行うこ
とができる。In the combustor 100 of this embodiment, after the fuel is switched, the supply of the primary fuel 2 may be stopped.
By always charging the secondary fuel 2 into the primary combustion chamber 20 and forming a diffusion flame, it is possible to quickly cope with an increase or decrease in load.
【0071】次に、種々の燃焼器に関して検証を行った
ので、予混合火炎の安定化の原理およびNOxの低減効
果について、図7から図13に基づき説明する。Next, various kinds of combustors have been verified, and the principle of stabilizing the premixed flame and the effect of reducing NOx will be described with reference to FIGS.
【0072】この検証には、5種類の検証用燃焼器を用
いている。第1の検証用燃焼器410は、図7に示すよ
うに、予混合バーナ411と、このバーナ411の出口
から急激に大きくなる燃焼室412と、予混合バーナ4
11の出口の周囲に配されているパイロットバーナ41
3,413,…とを備えているものである。なお、パイ
ロットバーナ413からの気体噴出流量は、予混合バー
ナ411からの気体噴出流量の1/1000以下に設定されて
いる。For this verification, five types of verification combustors are used. As shown in FIG. 7, the first verification combustor 410 includes a premix burner 411, a combustion chamber 412 that rapidly increases from an outlet of the burner 411, and a premix burner 4.
Pilot burner 41 arranged around the outlet of 11
, 413,... The gas ejection flow rate from the pilot burner 413 is set to 1/1000 or less of the gas ejection flow rate from the premix burner 411.
【0073】パイロットバーナ413でパイロットフレ
ーム414を形成し、これを着火源として、予混合バー
ナ411から噴出する予混合気体401を燃焼させる。
予混合火炎402は、バーナ411の出口から円錐状に
形成される。予混合火炎402の外周には、燃焼気体4
04による外部循環領域403が形成される。A pilot flame 414 is formed by the pilot burner 413, and the premix gas 401 ejected from the premix burner 411 is burned using the pilot frame 414 as an ignition source.
The premixed flame 402 is formed in a conical shape from the outlet of the burner 411. On the outer periphery of the premixed flame 402, the combustion gas 4
04 forms an external circulation region 403.
【0074】この燃焼では、パイロットフレーム414
という着火源があるので、予混合火炎402は安定化す
るが、予混合火炎402がバーナ411の出口から形成
され、先端が分離していないので、火炎402の周囲に
形成されている燃焼気体404の循環流と予混合気体4
01とのが混合することがほとんど期待できない。した
がって、予混合気体401が燃焼気体404と混合した
状態で燃焼することはほとんど無く、NOxをあまり低
減できない。In this combustion, the pilot frame 414
, The premixed flame 402 is stabilized, but since the premixed flame 402 is formed from the outlet of the burner 411 and the tip is not separated, the combustion gas formed around the flame 402 Circulating flow of 404 and premixed gas 4
It can hardly be expected that 01 and 01 are mixed. Therefore, the premixed gas 401 hardly burns in a state of being mixed with the combustion gas 404, so that NOx cannot be reduced much.
【0075】第2の検証用燃焼器420は、本発明に係
る燃焼器で、図8に示すように、予混合バーナ411
と、このバーナ411の出口から急激に大きくなる燃焼
室412と、バーナ411の出口近傍に配され平板状の
抵抗体421とを備えているものである。The second verification combustor 420 is a combustor according to the present invention, and as shown in FIG.
And a combustion chamber 412 that rapidly increases from the outlet of the burner 411, and a plate-shaped resistor 421 disposed near the outlet of the burner 411.
【0076】予混合気体401をバーナ411から噴出
する。予混合気体噴流の内部には、抵抗体421の作用
により、内部循環領域422が形成される。また、燃焼
室412がバーナ411の出口から急激に大きくなって
いることにより、外部循環流領域423が形成される。
内部循環流領域422と外部循環流領域423の形成に
関しては、燃焼室412内の温度分布、ガス組成分布、
流速分布、およびOHラジカル等の発光スペクトル分布
を測定することにより、確認している。The premixed gas 401 is ejected from the burner 411. An internal circulation area 422 is formed inside the premixed gas jet by the action of the resistor 421. Further, the external circulation flow region 423 is formed because the combustion chamber 412 is rapidly increased from the outlet of the burner 411.
Regarding the formation of the internal circulation flow region 422 and the external circulation flow region 423, the temperature distribution, the gas composition distribution,
It is confirmed by measuring the flow velocity distribution and the emission spectrum distribution of OH radicals and the like.
【0077】内部循環流領域422には、高温の燃焼気
体404が流入し、内部循環流領域422の周囲に比較
的急激な燃焼領域424が確実に形成される。このよう
に、比較的急激な燃焼領域424が確実に形成されるの
で、予混合火炎は安定化する。また、比較的急激な燃焼
領域424、つまり、ラジカル濃度の高い領域が、特定
の狭い範囲内にしか形成されないので、燃焼用空気中の
窒素の分解および酸化が促進される領域が狭く、サーマ
ルNOxの発生を抑制することができる。The high-temperature combustion gas 404 flows into the internal circulation flow region 422, and a relatively sharp combustion region 424 is reliably formed around the internal circulation flow region 422. As described above, since the relatively sharp combustion region 424 is reliably formed, the premixed flame is stabilized. Further, since the relatively rapid combustion region 424, that is, the region having a high radical concentration is formed only within a specific narrow range, the region in which the decomposition and oxidation of nitrogen in the combustion air is promoted is narrow, and the thermal NOx Can be suppressed.
【0078】比較的急激な焼領域424の周囲には、外
部循環流領域423内の燃焼気体404とバーナ411
から噴出した予混合気体401とが混ざり合い燃焼混合
気体が形成される。燃焼混合気体は、噴流の内部に形成
される比較的急激な燃焼領域424から外部に向かって
い伝播してくる火炎により、燃焼し、緩慢な燃焼領域4
25を形成する。緩慢な燃焼領域425内では、酸素分
圧の低い、つまりラジカル濃度の低い条件で燃焼が進行
するので、NOxの発生量を極めて低い値に抑えること
ができる。Around the relatively sharp burning region 424, the combustion gas 404 in the external circulation flow region 423 and the burner 411
Is mixed with the premixed gas 401 ejected from the mixture to form a combustion mixed gas. The combustion gas mixture is burned by a flame propagating outward from a relatively abrupt combustion region 424 formed inside the jet, and is burned by a slow combustion region 4.
25 are formed. In the slow combustion region 425, combustion proceeds under the condition of low oxygen partial pressure, that is, low radical concentration, so that the amount of generated NOx can be suppressed to an extremely low value.
【0079】なお、この検証用燃焼器420では、NO
xの低減のため、予混合バーナ411から噴出した予混
合気体401自身の燃焼により発生した燃焼気体404
を用いているが、他のバーナから噴出した燃料の燃焼に
より発生した燃焼気体を用いても良い。In this verification combustor 420, NO
In order to reduce x, the combustion gas 404 generated by the combustion of the premixed gas 401 ejected from the premixed burner 411 itself.
Although combustion gas is used, combustion gas generated by combustion of fuel ejected from another burner may be used.
【0080】第3の検証用燃焼器430は、図9に示す
ように、予混合バーナ411と、このバーナと同径の燃
焼室431と、平板状の抵抗体421とを備えている。
この検証用燃焼器430による燃焼では、第2の検証用
燃焼器420と同様に、抵抗体421の作用により、予
混合火炎432を安定化させることができるが、火炎4
32の外側に燃焼気体404による外部循環領域を形成
することができないので、NOxをあまり低減させるこ
とができない。As shown in FIG. 9, the third verification combustor 430 includes a premix burner 411, a combustion chamber 431 having the same diameter as the burner, and a flat resistor 421.
In the combustion by the verification combustor 430, the premixed flame 432 can be stabilized by the action of the resistor 421, as in the second verification combustor 420.
Since an external circulation region cannot be formed by the combustion gas 404 outside the NOx 32, NOx cannot be reduced much.
【0081】第4の検証用燃焼器440は、図11に示
すように、第1の予混合バーナ441と、このバーナ4
41の側周に沿った環状の噴出口を有する第2の予混合
バーナ442と、第1の予混合バーナ441の近傍に配
されている平板状の抵抗体421と、第2の予混合バー
ナ442の出口から急激に大きくなる燃焼室443とを
備えている。As shown in FIG. 11, the fourth verification combustor 440 includes a first premix burner 441 and a burner 4.
41, a second premix burner 442 having an annular ejection port along the side circumference of the first 41, a plate-shaped resistor 421 disposed near the first premix burner 441, and a second premix burner And a combustion chamber 443 that rapidly increases from the outlet of 442.
【0082】第1の予混合バーナ441から噴出する予
混合気体401は、抵抗体421の作用により、安定し
た第1の予混合火炎444を形成する。第2の予混合バ
ーナ442から噴出する予混合気体405は、第1の予
混合火炎444を着火源として第2の予混合火炎445
を形成する。第2の予混合火炎445は、第2の予混合
バーナ442の出口で第1の予混合バーナ441との境
目から、第1の予混合火炎444のほぼ先端まで形成さ
れる。この検証用燃焼器440による燃焼では、第1の
予混合バーナ441から噴出する予混合気体401が、
燃焼気体404と混合する前に燃焼してしまうので、N
Oxをあまり低減することができない。The premixed gas 401 ejected from the first premixed burner 441 forms a stable first premixed flame 444 by the action of the resistor 421. The premixed gas 405 ejected from the second premixed burner 442 is supplied to the second premixed flame 445 using the first premixed flame 444 as an ignition source.
To form The second premixed flame 445 is formed at the outlet of the second premixed burner 442 from the boundary with the first premixed burner 441 to almost the end of the first premixed flame 444. In the combustion by the verification combustor 440, the premixed gas 401 ejected from the first premixer burner 441 is
Since it burns before mixing with the combustion gas 404, N
Ox cannot be reduced much.
【0083】図10および図12に、以上の検証用燃焼
器のNOx排出特性を示す。図10に示すNOx排出特
定曲線419,429,439のうち、曲線419は第
1の検証用燃焼器410によるものを、曲線429は第
2の検証用燃焼器420によるものを、曲線439は第
3の検証用燃焼器430によるものを表している。FIGS. 10 and 12 show the NOx emission characteristics of the above-described verification combustor. Of the NOx emission specifying curves 419, 429, and 439 shown in FIG. 10, the curve 419 is obtained by the first verification combustor 410, the curve 429 is obtained by the second verification combustor 420, and the curve 439 is obtained by the second verification combustor 420. 3 shows the result of the test combustor 430.
【0084】また、図12に示すNOx排出特性曲線4
29,448,449のうち、曲線429は第2の検証
用燃焼器420によるものを、曲線449は第4の検証
用燃焼器440で2つのバーナからそれぞれ噴出する燃
料と空気との量変えたときに最もNOx発生量が少ない
条件下でのものを、曲線448は第4の燃焼器440で
最もNOx発生量が大い条件下でのものを表している。The NOx emission characteristic curve 4 shown in FIG.
Of the 29, 448, and 449, the curve 429 was changed by the second test combustor 420, and the curve 449 was changed by the fourth test combustor 440 in the amounts of fuel and air ejected from the two burners. The curve 448 represents the case where the NOx generation amount is the smallest, and the curve 448 represents the case where the NOx generation amount is the largest in the fourth combustor 440.
【0085】これらの図より、本発明に係る第2の検証
用燃焼器420を用いると、他の燃焼器を用いるより、
NOx排出量を1/3以下に低減させることができるこ
とがわかる。From these figures, it can be seen that using the second verification combustor 420 according to the present invention,
It can be seen that the NOx emission can be reduced to 1/3 or less.
【0086】サーマルNOxは、NOxが発生する領域
及びその生成速度の点から、ゼルドヴィッヒ機構による
NOxと、プロンプトNOxとの二つに分類される。Thermal NOx is classified into two types, NOx by the Zeldwig mechanism and prompt NOx, in terms of the region where NOx is generated and the generation speed.
【0087】ゼルドヴィッヒ機構によるNOxは、火炎
後流で比較的遅い速度で生成するもので、燃焼空気中の
窒素が酸素により酸化されて生成するNOxである。ゼ
ルドヴィッヒ機構によるNOxの生成は温度依存性が高
く、火炎温度が高くなると発生量が増加する。投入空気
量と燃料を完全燃焼するのに必要な空気量との比である
空気比を1付近、即ち当量比付近で燃焼すると火炎温度
は最も高くなり、NOx濃度も最大になる。The NOx generated by the Zeldwig mechanism is generated at a relatively slow speed in the wake of the flame, and is generated by oxidizing nitrogen in the combustion air with oxygen. The generation of NOx by the Zeldwig mechanism has a high temperature dependency, and the generation amount increases as the flame temperature increases. When the air ratio, which is the ratio of the amount of input air to the amount of air required to completely burn the fuel, is burned near 1, that is, near the equivalence ratio, the flame temperature becomes highest and the NOx concentration also becomes maximum.
【0088】プロンプトNOxは、炭化水素系燃料特有
のもので、火炎の反応領域中あるいはその近傍で比較的
早い速度で生成するNOxである。プロンプトNOxは、
燃料空気中の窒素が、火炎中に存在する反応活性の高い
炭化水素ラジカルなどにより分解され、さらに酸化され
て生成するNOxである。プロンプトNOxの生成は温度
依存性が比較的低く、反応活性の高いラジカルの濃度お
よび高濃度のラジカルが存在する領域の大きさにより支
配される。Prompt NOx is specific to hydrocarbon fuel and is NOx generated at a relatively high speed in or near the flame reaction region. Prompt NOx is
Nitrogen in fuel air is decomposed by highly reactive hydrocarbon radicals and the like present in the flame and is further oxidized to form NOx. The generation of the prompt NOx has a relatively low temperature dependency, and is governed by the concentration of radicals having high reaction activity and the size of the region where the radicals with high concentration exist.
【0089】一般的に、燃焼用空気に対して、燃料量が
多いほどプロンプトNOxの発生量が増し、燃料量が少
ないほどゼルドヴィッヒ機構によるNOxの発生量が増
す傾向にあるが、図10および図12より、本発明に係
る第2の検証用燃焼器を用いると、いずれのNOxも低
減できることがわかる。したがって、本発明に係る燃焼
器では、空気比が大きい条件下での燃料の燃焼でも、空
気比の小さい条件下での燃料の燃焼でも、NOxを低減
することができ、稀薄予混合燃焼を行わなくても十分に
NOxを低減することができる。また、稀薄予混合燃焼
法を採用すると、よりNOxを低減することができる。Generally, with respect to combustion air, the amount of prompt NOx tends to increase as the amount of fuel increases, and the amount of NOx generated by the Zeldwig mechanism tends to increase as the amount of fuel decreases. 12, it can be seen that the use of the second verification combustor according to the present invention can reduce any NOx. Therefore, in the combustor according to the present invention, NOx can be reduced and the lean premixed combustion is performed regardless of whether the fuel is burned under a condition with a large air ratio or the fuel under a condition with a small air ratio. NOx can be sufficiently reduced even without it. Further, when the lean premix combustion method is employed, NOx can be further reduced.
【0090】なお、第2の検証用燃焼器420におい
て、燃料をメタンとし、噴出する予混合気体の温度が約
240℃で、燃焼室中に空気比が1.0〜1.1で、燃焼用空
気と燃料の予混合気体のみを供給し完全燃焼させた際の
NOxの排出濃度は、約60ppm(0%O2換算値)以下
であった。In the second verification combustor 420, the fuel is methane, the temperature of the injected premixed gas is about 240 ° C., the air ratio is 1.0 to 1.1 in the combustion chamber, and the combustion air and fuel When only the premixed gas was supplied and completely burned, the NOx emission concentration was about 60 ppm (0% O 2 conversion value) or less.
【0091】第5の検証用燃焼器450は、図13に示
すように、環状に複数の噴出口を有する予混合バーナ4
51,451,…と、このバーナに沿って設けられてい
る平板状の抵抗体452と、予混合バーナ451の出口
から急激に大きくなる燃焼室453とを備えている。As shown in FIG. 13, the fifth verification combustor 450 includes a premix burner 4 having a plurality of annular injection ports.
, 51, 451,..., A flat resistor 452 provided along the burner, and a combustion chamber 453 that increases rapidly from the outlet of the premix burner 451.
【0092】本検証用燃焼器450は、それぞれの予混
合バーナ451,451,…に対応させて、抵抗体45
2を設けたものであるが、このように構成することで、
バーナ451,451,…から噴出する予混合気体40
1と外部循環領域454内の燃焼気体404とを混合さ
せることができ、NOxを低減することができる。The combustion chamber 450 for verification is provided with a resistor 45 corresponding to each of the premix burners 451, 451,.
2 is provided, but with this configuration,
The premixed gas 40 ejected from the burners 451, 451,...
1 and the combustion gas 404 in the external circulation region 454 can be mixed, and NOx can be reduced.
【0093】次に、ガスタービン燃焼器の第2の実施例
について図14に基づき説明する。本実施例のガスター
ビン燃焼器110は、拡散火炎を形成する1次燃焼室3
0aと、予混合火炎を形成する2次燃焼室20aとを備
え、第1の実施例の燃焼器100とその基本構成がほぼ
同じものであるが、2次燃焼室20aにおける、予混合
バーナ23の出口から急激に広がる幅Dを広げたもので
ある。Next, a second embodiment of the gas turbine combustor will be described with reference to FIG. The gas turbine combustor 110 according to the present embodiment includes a primary combustion chamber 3 that forms a diffusion flame.
0a and a secondary combustion chamber 20a for forming a premixed flame, which has substantially the same basic structure as the combustor 100 of the first embodiment, but includes a premix burner 23 in the secondary combustion chamber 20a. The width D, which rapidly expands from the exit of the vehicle, is increased.
【0094】2次燃焼用内筒21aの内径は、予混合バ
ーナ23の出口から2次燃焼室20aが急激に広がる幅
Dが、予混合バーナ23の出口幅dに対して、約1.5倍
になるよう設定されている。The inner diameter of the secondary combustion inner cylinder 21a is such that the width D where the secondary combustion chamber 20a rapidly expands from the outlet of the premix burner 23 is about 1.5 times the outlet width d of the premix burner 23. It is set to be.
【0095】本実施例では、第1の実施例と同様に、抵
抗体40の下流側に、燃焼気体4による第1の循環流領
域51が形成されるので、安定した予混合火炎を得るこ
とができる。さらに、2次燃焼室20aにおける予混合
バーナ23の出口から急激に広がる幅Dが広がったの
で、抵抗体40の外周側に形成される第2の循環流領域
52aが広がり、バーナ23から噴出する予混合気体5
と第2の循環流領域52a内の燃焼気体4との混合率が
増える。したがって、予混合気体5と燃焼気体4とが混
合して形成される酸素分圧の低い燃焼混合気体が、単な
る予混合気体5が燃焼するよりも多く、燃焼することに
なるので、NOxをより低減することができる。In this embodiment, as in the first embodiment, the first circulating flow region 51 of the combustion gas 4 is formed downstream of the resistor 40, so that a stable premixed flame can be obtained. Can be. Furthermore, since the width D that rapidly expands from the outlet of the premix burner 23 in the secondary combustion chamber 20a is widened, the second circulating flow region 52a formed on the outer peripheral side of the resistor 40 is widened and ejected from the burner 23. Premixed gas 5
And the mixing ratio of the fuel gas and the combustion gas 4 in the second circulation flow region 52a increases. Therefore, since the combustion mixture gas having a low oxygen partial pressure formed by mixing the premix gas 5 and the combustion gas 4 burns more than the simple premix gas 5 burns, the NOx is reduced. Can be reduced.
【0096】また、予混合バーナ23の出口から急激に
広がる幅Dを広げることにより、2次燃焼用内筒22a
の冷却空気口22から流入する燃焼用空気1が直接燃焼
領域内に流入して燃焼温度を下げることがないので、C
Oおよび未燃炭化水素の発生を抑制することができる。Also, by increasing the width D that rapidly expands from the outlet of the premix burner 23, the secondary combustion inner cylinder 22a
Since the combustion air 1 flowing from the cooling air port 22 does not flow directly into the combustion region and lowers the combustion temperature, C
Generation of O and unburned hydrocarbons can be suppressed.
【0097】予混合火炎を形成する燃焼室において、予
混合バーナの出口から燃焼室が急激に広がる幅を変えた
場合における、NOxの低減効果について検証したの
で、これについて説明する。検証には、図15に示すよ
うに、予混合バーナ462と、予混合火炎が形成される
燃焼室461と、抵抗体463とを備えている燃焼室4
60を用いて行った。The effect of reducing NOx in the case where the width of the rapid expansion of the combustion chamber from the outlet of the premix burner in the combustion chamber forming the premixed flame was verified, will be described. In the verification, as shown in FIG. 15, a combustion chamber 4 including a premix burner 462, a combustion chamber 461 in which a premix flame is formed, and a resistor 463.
60.
【0098】図16に示すように、予混合バーナ462
の口径D1と予混合バーナの出口から燃焼室461が急
激に広がる幅D2との比(D2/D1)が、大きくなるに
つれて、NOx発生量は小さくなる。これは、D2が大
きくなると、予混合火炎の外側に形成される循環流46
4が形成され易くなり、火炎中の酸素分圧が低くなるた
めである。As shown in FIG. 16, the premix burner 462
As the ratio (D 2 / D 1 ) between the diameter D 1 and the width D 2 of the combustion chamber 461 rapidly expanding from the outlet of the premix burner increases, the NOx generation amount decreases. This is because, if D 2 is increased, the circulation flow 46 which is formed on the outside of the premixed flame
4 is easily formed, and the oxygen partial pressure in the flame is reduced.
【0099】なお、この検証結果によれば、D2/D1が
1.5以上になると、NOxの低減効果率が小さくなるの
で、実器の場合には、燃焼器の小型化を図るためにも、
D2/D1が1.5前後になるよう設計することが好ましい
と思われる。According to the verification result, D 2 / D 1 is
When it is 1.5 or more, the reduction effect rate of NOx becomes small. Therefore, in the case of an actual device, in order to reduce the size of the combustor,
It seems that it is preferable to design so that D 2 / D 1 is around 1.5.
【0100】次に、図17および図18に基づき、ガス
タービン燃焼器の第3の実施例について説明する。この
燃焼器120は、予混合火炎を形成する燃焼器ケーシン
グ121と、環状に配されている複数の予混合バーナ1
22,122,…と、複数の予混合バーナ122,12
2,…へ予混合気体5を供給する予混合気体供給管12
3と、複数の予混合バーナ122,122,…に沿って
設けられている抵抗体124とを備えている。Next, a third embodiment of the gas turbine combustor will be described with reference to FIG. 17 and FIG. The combustor 120 includes a combustor casing 121 for forming a premixed flame, and a plurality of premixed burners 1 arranged in an annular shape.
, And a plurality of premix burners 122, 12
A premixed gas supply pipe 12 for supplying a premixed gas 5 to 2,.
3 and a resistor 124 provided along the plurality of premix burners 122, 122,.
【0101】予混合気体供給管123の下流には、燃料
2を取り入れる燃料ノズル125,125と、燃焼用空
気1を取り入れる空気ノズル126とが設けられてい
る。抵抗体124は、平板状を成しており、複数の予混
合バーナ122,122相互間を仕切る仕切板127,
127,の上に、支持部材128,128,を介して、
設けられている。Downstream of the premixed gas supply pipe 123, there are provided fuel nozzles 125, 125 for taking in fuel 2 and air nozzles 126 for taking in combustion air 1. The resistor 124 is formed in a flat plate shape, and a plurality of premixing burners 122, 122, a partition plate 127, which partitions between the burners 122, 122.
127, via support members 128, 128,
Is provided.
【0102】本実施例は、先に説明した第5の検証用燃
焼器450を実機レベルにしたもので、第1の実施例お
よび第2の実施例と同様に、安定した予混合火炎を得る
ことができると共に、NOxの発生を抑制することがで
きる。なお、本実施例では、2つの燃焼室が設けられて
いないので、先の実施例と比べて、小型化の点では優れ
ているが、負荷変動に対する許容範囲が狭い点で劣って
いる。In the present embodiment, the fifth verification combustor 450 described above is an actual machine level, and a stable premixed flame is obtained as in the first and second embodiments. And generation of NOx can be suppressed. In this embodiment, since two combustion chambers are not provided, the embodiment is excellent in miniaturization as compared with the previous embodiment, but is inferior in that the allowable range for load fluctuation is narrow.
【0103】抵抗体は、第1の実施例および第2の実施
例のように断面がV字形状である必要は無く、その下流
側に循環流を形成することができるものであれば、どの
ような形状のものでも良く、本実施例のように、平板状
のものでも良い。なお、実験によると、平板状の抵抗体
の場合、予混合気体の流れ方向に対して、抵抗体が約45
°以内の傾斜角で設けられていれば、火炎の安定性には
ほとんど影響がないことがわかっている。The resistor does not need to have a V-shaped cross section as in the first and second embodiments, but may be any one that can form a circulating flow downstream thereof. Such a shape may be used, and a flat plate shape may be used as in this embodiment. According to experiments, in the case of a plate-shaped resistor, the resistor was approximately 45
It has been found that if provided at an angle of inclination within °, the stability of the flame is hardly affected.
【0104】また、抵抗体は、高温になるので、少なく
とも500℃以上の耐熱性を備えている材料で形成する必
要があるが、抵抗体を中空構造にしてその内に冷却用の
空気または水を供給することにより、耐熱性を確保する
ようにしてもよい。Further, since the resistor is heated to a high temperature, it is necessary to form the resistor from a material having heat resistance of at least 500.degree. C. May be supplied to ensure heat resistance.
【0105】次に、ガスタービン燃焼器の第4の実施例
について図19および図20に基づき説明する。本実施
例のガスタービン燃焼器130は、予混合火炎を形成す
る2つの燃焼室、1次燃焼室131と2次燃焼室141
とを備えている。Next, a fourth embodiment of the gas turbine combustor will be described with reference to FIGS. 19 and 20. The gas turbine combustor 130 of this embodiment includes two combustion chambers forming a premixed flame, a primary combustion chamber 131, and a secondary combustion chamber 141.
And
【0106】1次燃焼室131は、1次燃焼室用内筒1
32により構成されており、その上流端には、環状に配
されている複数の1次予混合バーナ133,133,…
が設けられている。予混合バーナ133,133,…の
上流側には、1次燃料2を噴出する複数の1次燃料ノズ
ル134,134,…と、燃焼用空気1を内筒132内
に流入させるための1次空気供給口135,135,…
とが設けられている。1次燃焼室131は、1次予混合
バーナ133の出口で急激に大きくなるよう形成されて
いる。The primary combustion chamber 131 is an inner cylinder 1 for the primary combustion chamber.
, And at its upstream end, a plurality of primary premix burners 133, 133,.
Is provided. Are arranged upstream of the premix burners 133, 133,..., And a plurality of primary fuel nozzles 134, 134,. Air supply ports 135, 135, ...
Are provided. The primary combustion chamber 131 is formed to increase rapidly at the outlet of the primary premix burner 133.
【0107】1次予混合バーナ133の出口近傍には、
予混合気体5の燃焼により発生する燃焼気体4を循環さ
せるための抵抗体136が設けられている。抵抗体13
6は、複数の予混合バーナ133,133,…間を仕切
る仕切板137,137…上に、支持部材を介して設け
られている。2次燃焼室141は、2次燃焼用内筒14
2により構成されており、1次燃焼用内筒132の下流
側に設けられている。2次燃焼用内筒142の上流端に
は、環状に配されている複数の2次予混合バーナ14
3,143,…が設けられている。バーナ143,14
3,…の上流側には、燃焼用空気1をバーナ143,1
43,…内に流入させる2次空気供給口145,14
5,…と、2次燃料3を噴出する2次燃料ノズル14
6,146,…とが、設けられている。Near the outlet of the primary premix burner 133,
A resistor 136 for circulating the combustion gas 4 generated by the combustion of the premixed gas 5 is provided. Resistor 13
6 are provided on the partition plates 137, 137,... That partition between a plurality of premix burners 133, 133,. The secondary combustion chamber 141 includes the secondary combustion inner cylinder 14.
2 and is provided downstream of the primary combustion inner cylinder 132. At the upstream end of the secondary combustion inner cylinder 142, a plurality of annular premixing burners 14
3, 143,... Are provided. Burners 143, 14
On the upstream side of the burners 143,1
43, secondary air supply ports 145, 14 flowing into
5, secondary fuel nozzles 14 for ejecting secondary fuel 3
, 6,146,... Are provided.
【0108】1次燃焼用内筒132および2次燃焼用内
筒142の側周には、内筒132,142自身を冷却す
るための冷却空気口138,148が形成されている。
燃焼用空気1は、空気圧縮器301により圧縮された
後、燃焼器130内に流入し、1次予混合バーナ133
および2次予混合バーナ143の混合部139,149
において燃料2,3と混合する。このよう形成された予
混合気体5は、1次燃焼室131および2次燃焼室14
1内に噴出する。燃焼用空気1の一部は、内筒132,
142の冷却用として冷却空気口138,148から燃
焼室131,141内に流入する。[0108] Cooling air ports 138, 148 for cooling the inner cylinders 132, 142 themselves are formed on the side circumference of the inner cylinder 132 for primary combustion and the inner cylinder 142 for secondary combustion.
After being compressed by the air compressor 301, the combustion air 1 flows into the combustor 130, and flows into the primary premix burner 133.
And mixing sections 139 and 149 of the secondary premix burner 143
And the fuel 2 and 3 are mixed. The pre-mixed gas 5 formed in this manner is supplied to the primary combustion chamber 131 and the secondary combustion chamber 14.
Spout into 1. Part of the combustion air 1 is supplied to the inner cylinder 132,
The cooling air 142 flows into the combustion chambers 131 and 141 from the cooling air ports 138 and 148 for cooling.
【0109】1次予混合バーナ133から噴出する予混
合気体5は、抵抗体136の作用により分割される。抵
抗体136の下流側には第1の循環流領域151が形成
され、第1の循環流領域151の周囲に予混合火炎が形
成される。予混合火炎の周囲には、燃焼気体4による第
2の循環流領域152が形成される。予混合火炎では、
予混合気体5と燃焼気体4とが混合して形成される燃焼
混合気体が燃焼することになるので、NOxが低減され
る。The premixed gas 5 ejected from the primary premix burner 133 is divided by the action of the resistor 136. A first circulation flow region 151 is formed downstream of the resistor 136, and a premixed flame is formed around the first circulation flow region 151. A second circulating flow region 152 of the combustion gas 4 is formed around the premixed flame. In a premixed flame,
Since the combustion mixed gas formed by mixing the premixed gas 5 and the combustion gas 4 is burned, NOx is reduced.
【0110】1次燃焼室131で形成された燃焼気体4
は、ほぼ直進して、2次燃焼室141の中心部に流入す
る。この燃焼気体4の外周側に2次予混合バーナ143
からの予混合気体5が噴出される。2次予混合バーナ1
43から噴出される予混合気体5は、1次燃焼室131
で形成された燃焼気体4により着火されて、予混合火炎
が形成される。The combustion gas 4 formed in the primary combustion chamber 131
Goes substantially straight and flows into the center of the secondary combustion chamber 141. A secondary premix burner 143 is provided on the outer peripheral side of the combustion gas 4.
Premixed gas 5 is ejected from the nozzle. Secondary premix burner 1
The premixed gas 5 ejected from 43 is in the primary combustion chamber 131
Is ignited by the combustion gas 4 formed in the step (1) to form a premixed flame.
【0111】本実施例のように、2つの燃焼室を設ける
ことにより、負荷変動に対する許容範囲を大きくするこ
とができる。By providing two combustion chambers as in this embodiment, it is possible to increase the allowable range for load fluctuation.
【0112】次に、ガスタービン燃焼器の第5の実施例
について図21および図22に基づき説明する。本実施
例のガスタービン燃焼器160は、予混合火炎を形成す
る2つの燃焼室、1次燃焼室131と2次燃焼室141
とを備えており、それぞれの予混合バーナ133a,1
43の出口に抵抗体161,163を設けたもので、そ
の他の構成に関しては、第4の実施例のガスタービン燃
焼器130と基本的な構成は同じである。なお、1次燃
焼用抵抗体161には、その下流側にパイロットフレー
ムを形成するパイロットバーナ162が設けられてい
る。Next, a fifth embodiment of the gas turbine combustor will be described with reference to FIGS. 21 and 22. The gas turbine combustor 160 of this embodiment includes two combustion chambers forming a premixed flame, a primary combustion chamber 131, and a secondary combustion chamber 141.
And each premix burner 133a, 1
43, resistors 161 and 163 are provided at the outlet, and the other configuration is basically the same as that of the gas turbine combustor 130 of the fourth embodiment. The primary combustion resistor 161 is provided with a pilot burner 162 that forms a pilot frame on the downstream side.
【0113】燃焼器160の起動時には、パイロットバ
ーナ162のみに燃料を供給し、1次燃焼用抵抗体16
1の下流側にパイロットフレームを形成させる。When the combustor 160 is started, fuel is supplied only to the pilot burner 162 and the primary combustion resistor 16
1 to form a pilot frame downstream.
【0114】パイロットフレームが形成された後に、1
次予混合バーナ133aから1次燃料2の供給を開始
し、予混合火炎を形成させる。この予混合火炎が安定に
形成された後、パイロットバーナ162への燃料供給を
停止する。このように運転することにより、燃焼器16
0の起動を容易に行うことができる。また、本実施例で
は、いずれの予混合バーナ133a,143にも抵抗体
161,163が設けられているので、いずれの予混合
火炎も燃料の供給量等にあまり影響されること無く、常
に安定した予混合火炎を得ることができる。After the pilot frame is formed, 1
The supply of the primary fuel 2 is started from the next premix burner 133a to form a premix flame. After the premixed flame is formed stably, the fuel supply to the pilot burner 162 is stopped. By operating in this manner, the combustor 16
0 can be easily started. Further, in this embodiment, since the resistors 161 and 163 are provided in each of the premix burners 133a and 143, any of the premix flames is always stable without being greatly affected by the fuel supply amount or the like. A premixed flame can be obtained.
【0115】次に、ガスタービン燃焼器の第6の実施例
について図23に基づき説明する。本実施例の燃焼器1
70は、第4の実施例の燃焼器130の1次燃焼室13
1内に、予混合火炎を形成する予混合バーナ133を設
けると共に、拡散火炎172を形成するパイロットバー
ナ(拡散火炎形成バーナ)171を設けたものであり、
その他の基本的な構成は、第4の実施例とほぼ同じであ
る。Next, a sixth embodiment of the gas turbine combustor will be described with reference to FIG. Combustor 1 of the present embodiment
70 is the primary combustion chamber 13 of the combustor 130 of the fourth embodiment.
1, a premix burner 133 for forming a premixed flame is provided, and a pilot burner (diffusion flame forming burner) 171 for forming a diffusion flame 172 is provided.
Other basic configurations are almost the same as those of the fourth embodiment.
【0116】燃焼器170の起動時には、まず、パイロ
ットバーナ171から燃料2を噴出し、1次燃焼室13
1内に拡散火炎172を形成させる。拡散火炎172が
形成されると、1次予混合バーナ133に1次燃料2を
供給し、1次予混合火炎を形成させる。1次燃焼室13
1での負荷が所定の負荷になると、2次予混合バーナ1
43に2次燃料3を供給し、2次予混合火炎を形成させ
ると共に、拡散火炎172を消化させる。このとき、2
次予混合火炎は、1次予混合火炎で発生する燃焼気体4
により着火する。これ以降は、1次予混合火炎と2次予
混合火炎の負荷を調節して、燃焼器170の負荷変動に
対応させる。When the combustor 170 is started, first, the fuel 2 is injected from the pilot burner 171 and the primary combustion chamber 13
1. A diffusion flame 172 is formed in 1. When the diffusion flame 172 is formed, the primary fuel 2 is supplied to the primary premix burner 133 to form a primary premix flame. Primary combustion chamber 13
When the load at 1 becomes a predetermined load, the secondary premix burner 1
The secondary fuel 3 is supplied to 43 and a secondary premixed flame is formed, and the diffusion flame 172 is digested. At this time, 2
The secondary premixed flame is the combustion gas 4 generated by the primary premixed flame.
To ignite. Thereafter, the loads of the primary premixed flame and the secondary premixed flame are adjusted to correspond to the load fluctuation of the combustor 170.
【0117】本実施例では、燃焼器170の起動を容易
に行うことができる。なお、拡散火炎172を形成させ
るための燃焼用空気1は、パイロットバーナ171の周
囲から供給されが、この燃焼用空気1は、1次予混合火
炎から排出される燃焼気体と混合するため、拡散火炎1
72から排出されるNOxは少ない。In the present embodiment, the combustor 170 can be easily started. The combustion air 1 for forming the diffusion flame 172 is supplied from around the pilot burner 171. Since the combustion air 1 mixes with the combustion gas discharged from the primary premixed flame, the combustion air 1 is diffused. Flame 1
NOx exhausted from 72 is small.
【0118】次に、ガスタービン燃焼器の第7の実施例
について図24および図25に基づき説明する。本実施
例の燃焼器180は、1次燃焼室181の上流側に、予
混合火炎を形成する複数の予混合バーナ183,18
3,…と、複数の予混合バーナ183,183,…の出
口近傍に配されている抵抗体184と、1次燃焼室18
1の上流端の中央にパイロットフレームを形成するパイ
ロットバーナ185とを設け、2次燃焼室20、その他
の基本的な構成を第1の実施例の燃焼器100とほぼ同
じに構成したものである。Next, a seventh embodiment of the gas turbine combustor will be described with reference to FIGS. 24 and 25. The combustor 180 of this embodiment includes a plurality of premix burners 183 and 18 that form a premix flame upstream of the primary combustion chamber 181.
, A plurality of premix burners 183, 183, a resistor 184 disposed in the vicinity of an outlet of the burner, and a primary combustion chamber 18
A pilot burner 185 for forming a pilot frame is provided at the center of the upstream end of the first combustion chamber 1, and the secondary combustion chamber 20 and other basic configurations are substantially the same as those of the combustor 100 of the first embodiment. .
【0119】複数の1次予混合バーナ183,183,
…は、相互間が仕切板186,186,…により仕切ら
れ、環状に配されている。抵抗体184は、断面がV字
形を成し、複数の1次予混合バーナ183,183,…
に沿って、その下流側に設けられている。1次燃焼室1
81は、1次燃焼用内筒182により構成されており、
1次予混合バーナ183の出口から急激に広がるよう形
成されている。A plurality of primary premix burners 183, 183,
Are partitioned by partition plates 186, 186,... And are arranged in an annular shape. The resistor 184 has a V-shaped cross section and includes a plurality of primary premix burners 183, 183,.
Along the downstream side. Primary combustion chamber 1
81 is constituted by a primary combustion inner cylinder 182,
The primary premix burner 183 is formed so as to rapidly expand from the outlet thereof.
【0120】起動時には、1次燃焼室181内にパイロ
ットバーナ185によりパイロットフレームを形成させ
る。次に1次燃焼室181内に予混合火炎を形成させ、
所定の負荷になった時点で、2次燃焼室20内に予混合
火炎を形成させる。したがって、パイロットバーナ18
5により燃焼器180を起動させるので、容易に起動を
行うことができる。At the time of startup, a pilot flame is formed in the primary combustion chamber 181 by the pilot burner 185. Next, a premixed flame is formed in the primary combustion chamber 181.
When the load reaches a predetermined value, a premixed flame is formed in the secondary combustion chamber 20. Therefore, the pilot burner 18
Since the combustor 180 is started by 5, the start can be easily performed.
【0121】また、本実施例では、いずれの燃焼室18
1,20にも、予混合バーナ183,23の出口に抵抗
体40が設けられているので、安定した予混合火炎を得
ることができる。さらに、いずれの燃焼室181,20
も、予混合バーナ183,23の出口から急激に広がる
ように形成されているので、予混合火炎の周囲に燃焼気
体4による循環流領域187,52が形成され、NOx
の発生を抑制することができる。In this embodiment, any of the combustion chambers 18
Since the resistors 40 are provided at the outlets of the premixing burners 183 and 23 also in 1 and 20, a stable premixed flame can be obtained. Further, any of the combustion chambers 181, 20
Are also formed so as to rapidly expand from the outlets of the premix burners 183 and 23, so that circulating flow regions 187 and 52 of the combustion gas 4 are formed around the premix flame and NOx
Can be suppressed.
【0122】以上の各種実施例において、複数の予混合
バーナを設ける場合、これを環状に連続的に配したもの
を示してきたが、複数の予混合バーナの配列は、これに
限定されるものではなく、例えば、図26に示すよう
に、複数の予混合バーナ191,191,…を断続的に
放射状に配列してもよい。この際、火炎を安定させる抵
抗体192,192,…は、各予混合バーナ191,1
91,…に対応させて、放射状に設けることが好まし
い。なお、同図に示す燃焼器190は、第7の実施例の
変形例である。In the various embodiments described above, when a plurality of premix burners are provided, the premix burners are arranged continuously in a ring shape. However, the arrangement of the plurality of premix burners is not limited to this. Instead, for example, as shown in FIG. 26, a plurality of premix burners 191, 191,... May be intermittently arranged radially. At this time, the resistors 192, 192,... For stabilizing the flame are connected to the respective premix burners 191, 1.
It is preferable to provide radially corresponding to 91,. Note that a combustor 190 shown in the figure is a modified example of the seventh embodiment.
【0123】また、以上の各種実施例において、環状に
複数の予混合バーナが配されている場合、これに対し
て、環状の抵抗体を1つ設けたものを示してきたが、環
状の複数の予混合バーナに対する抵抗体は、これに限定
されるものではなく、例えば、図27に示すように、複
数の予混合バーナ183,183,…相互間を仕切るそ
れぞれの仕切板186,186,…上に複数の抵抗体2
01,201,…を設けるようにしてもよい。なお、同
図に示す燃焼器200は、第7の実施例の変形例であ
る。Further, in the above-described various embodiments, in the case where a plurality of pre-mixing burners are disposed in a ring shape, one in which one ring-shaped resistor is provided has been shown. Are not limited to this, and, for example, as shown in FIG. 27, each of the partition plates 186, 186,... Partitioning a plurality of premix burners 183, 183,. Multiple resistors 2 on top
01, 201,... May be provided. Note that the combustor 200 shown in the figure is a modification of the seventh embodiment.
【0124】次に、ガスタービン燃焼器の第8の実施例
について図28に基づき説明する。本実施例の燃焼器2
10は、燃焼室211の上流端に、複数の1次予混合バ
ーナ212,212,…が環状に配されている1次予混
合バーナ群と、その外周に沿って、複数の2次予混合バ
ーナ23,23,…が環状に配されている2次予混合バ
ーナ群と、燃焼室211の上流端の中央にパイロットフ
レームを形成するパイロットバーナ185とが設けられ
ているものである。1次予混合バーナ212および2次
予混合バーナ23の出口近傍には、抵抗体213,40
が設けられている。Next, an eighth embodiment of the gas turbine combustor will be described with reference to FIG. Combustor 2 of the present embodiment
Reference numeral 10 denotes a primary premix burner group in which a plurality of primary premix burners 212, 212,... Are annularly arranged at an upstream end of the combustion chamber 211, and a plurality of secondary premix burners along the outer periphery thereof. A secondary premix burner group in which burners 23, 23,... Are arranged in a ring, and a pilot burner 185 forming a pilot frame at the center of the upstream end of the combustion chamber 211 are provided. Near the outlets of the primary premix burner 212 and the secondary premix burner 23, resistors 213 and 40 are provided.
Is provided.
【0125】本実施例では、第7の実施例と同様に、安
定した予混合火炎を得ることができると共に、NOxを
低減することができる。なお、本実施例の場合、同一の
燃焼室211中に1次予混合火炎と2次予混合火炎とを
形成するので、第4の検証用燃焼器440のように、火
炎相互が重なることによるNOxの低減効果の低下や振
動燃焼を防ぐために、1次予混合バーナ212と2次予
混合バーナ23との配置関係に十分な考慮をはらって設
計する必要がある。In this embodiment, similarly to the seventh embodiment, a stable premixed flame can be obtained and NOx can be reduced. In the case of the present embodiment, the primary premixed flame and the secondary premixed flame are formed in the same combustion chamber 211, so that the flames overlap each other as in the fourth verification combustor 440. In order to prevent the reduction effect of the NOx reduction and the oscillating combustion, it is necessary to design the primary premix burner 212 and the secondary premix burner 23 with sufficient consideration given to the positional relationship.
【0126】次に、ガスタービン燃焼器の第9の実施例
について図29に基づき説明する。本実施例の燃焼器2
20は、1次燃焼室221で拡散火炎を2次燃焼室22
2で予混合火炎を形成する燃焼器において、複数の予混
合バーナ223,223,…を2次燃焼用内筒24の壁
面に設置したものである。Next, a ninth embodiment of the gas turbine combustor will be described with reference to FIG. Combustor 2 of the present embodiment
Reference numeral 20 denotes a primary combustion chamber 221 which diffuses a diffusion flame into the secondary combustion chamber 22.
In the combustor that forms a premixed flame in 2, a plurality of premixed burners 223, 223,... Are installed on the wall surface of the inner cylinder 24 for secondary combustion.
【0127】複数の予混合バーナ223,223,…
は、2次燃焼用内筒24の中心軸に向かって、予混合気
体が噴出されるよう設けられている。これら複数の予混
合バーナ223,223,…の出口近傍には、抵抗体2
24,224,…がそれぞれ設けられている。A plurality of premix burners 223, 223,...
Is provided so that the premixed gas is ejected toward the central axis of the secondary combustion inner cylinder 24. .. Near the outlets of the plurality of premix burners 223, 223,.
, 224,... Are provided respectively.
【0128】このような燃焼器220においても、抵抗
体224に対して内筒24の中心軸側に燃焼気体4の循
環流領域が形成されると共に、予混合火炎の周囲にも燃
焼気体4による循環流領域が形成されるので、安定した
予混合火炎を得ることができると共にNOxを低減する
ことができる。Also in such a combustor 220, a circulation flow region of the combustion gas 4 is formed on the center axis side of the inner cylinder 24 with respect to the resistor 224, and the combustion gas 4 also surrounds the premixed flame. Since a circulation flow region is formed, a stable premixed flame can be obtained and NOx can be reduced.
【0129】ガスタービンに接続される以上の各種実施
例のガスタービン燃焼器100,110,…は、図30
に示すように、ガスタービン303と共に、ガスタービ
ン303からの燃焼気体4の熱により蒸気を発生させる
廃熱回収ボイラ312を設けることにより、いわゆるコ
ジェネレーションシステムを構築することができる。The gas turbine combustors 100, 110,... Of the above various embodiments connected to the gas turbine are shown in FIG.
As shown in the figure, by providing a waste heat recovery boiler 312 that generates steam by the heat of the combustion gas 4 from the gas turbine 303 together with the gas turbine 303, a so-called cogeneration system can be constructed.
【0130】このコジェネレーションシステムは、空気
圧縮機301とガスタービン燃焼器100,110,…
とガスタービン303と発電機304とから構成される
ガスタービン発電設備310と、メインボイラ設備31
3と、ガスタービン燃焼器100,110,…とメイン
ボイラ313とに燃料2を供給する燃料供給設備315
と、廃熱回収ボイラ312と、ターボ冷却機314とを
備えている。This cogeneration system comprises an air compressor 301 and gas turbine combustors 100, 110,.
Turbine power generation equipment 310 composed of a gas turbine 303 and a power generator 304, and a main boiler equipment 31
, And a fuel supply facility 315 that supplies fuel 2 to the gas turbine combustors 100, 110,.
, A waste heat recovery boiler 312 and a turbo cooler 314.
【0131】燃料2は、燃料供給設備315からガスタ
ービン燃焼器100,110,…とメインボイラ313
とに供給される。ガスタービン燃焼器100,110,
…に供給された燃料2は、燃焼器100,110,…内
で燃焼した後、燃焼により発生した燃焼気体4がガスタ
ービン303に送られる。そして、燃焼気体2は、ター
ビンを駆動して発電が行われる。ガスタービン303か
らの燃焼気体4は、廃熱回収ボイラ312に送られて、
そこで、蒸気を発生させる。この蒸気は、夏季にはター
ボ冷却機314の駆動用に用いられ、冬期には暖房用に
用いられる。この蒸気が不足しているときは、メインボ
イラ313で発生した蒸気が用いられる。The fuel 2 is supplied from the fuel supply facility 315 to the gas turbine combustors 100, 110,.
And supplied to. Gas turbine combustors 100, 110,
Are burned in the combustors 100, 110, and then the combustion gas 4 generated by the combustion is sent to the gas turbine 303. Then, the combustion gas 2 drives the turbine to generate power. The combustion gas 4 from the gas turbine 303 is sent to the waste heat recovery boiler 312,
Then, steam is generated. This steam is used to drive the turbo cooler 314 in summer and used for heating in winter. When the steam is insufficient, the steam generated in the main boiler 313 is used.
【0132】このようなコジェネレーションシステム
は、NOx排出規制の厳しい都市や都市近郊に設置され
ている場合が多いが、このような場合でも、ガスタービ
ン燃焼器内でのNOx排出量が少ないので、既に述べた
ように、廃熱回収ボイラ312内に脱硝装置を設けなく
ても、厳しい規制値を満足することができる場合があ
る。Such a cogeneration system is often installed in a city or a suburb where NOx emission regulations are strict, but even in such a case, the amount of NOx emission in the gas turbine combustor is small. As described above, strict regulation values may be satisfied without providing a denitration device in the waste heat recovery boiler 312 in some cases.
【0133】なお、廃熱回収ボイラに蒸気タービンを接
続することにより、廃熱回収型のコンバインドサイクル
を構成することができる。By connecting the steam turbine to the waste heat recovery boiler, a waste heat recovery type combined cycle can be configured.
【0134】以上、ガスタービン燃焼器に関する実施例
を説明したが、本発明は、ガスタービン用に限るもので
はなく、燃料の燃焼によりサーマルNOxが発生するも
のであれば、例えば、ボイラ、焼却器や化学プラント等
で反応器と呼ばれるものなど、あらゆる燃焼器に適用し
てもよい。Although the embodiments related to the gas turbine combustor have been described above, the present invention is not limited to the gas turbine combustor, but may be applied to a boiler, an incinerator, and the like as long as thermal NOx is generated by fuel combustion. It may be applied to any combustor, such as a reactor called in a chemical plant or a chemical plant.
【0135】次に、バーナの一実施例について図31に
基づき説明する。バーナ80は、外筒81と内筒85と
を備えて構成されている。外筒81の下流端側は、途中
から急激に拡径されている。外筒81の上流端側には、
燃料2を受入る燃料ノズル82と、燃焼用空気1を受入
る空気ノズル83とが設けられている。内筒85の下流
端には、下流側に循環流が形成されるよう抵抗体86が
形成されている。内筒85は、中空構造になっており、
中に冷却水9を供給する冷却水供給管87が設けられて
いる。Next, an embodiment of the burner will be described with reference to FIG. The burner 80 includes an outer cylinder 81 and an inner cylinder 85. The downstream end side of the outer cylinder 81 is rapidly expanded from the middle. On the upstream end side of the outer cylinder 81,
A fuel nozzle 82 for receiving the fuel 2 and an air nozzle 83 for receiving the combustion air 1 are provided. A resistor 86 is formed at the downstream end of the inner cylinder 85 so that a circulating flow is formed on the downstream side. The inner cylinder 85 has a hollow structure,
A cooling water supply pipe 87 for supplying the cooling water 9 is provided therein.
【0136】このようなバーナ80を燃焼器88に取り
付け、予混合火炎89を形成させると、先に述べたガス
タービン燃焼器と同様に、抵抗体86の下流側に燃焼気
体4による第1の循環流領域90が形成されると共に、
予混合火炎89の周囲に燃焼気体4による第2の循環流
領域91が形成されるので、安定した予混合火炎89を
得ることができると共に、NOxを低減させることがで
きる。When such a burner 80 is attached to the combustor 88 and a premixed flame 89 is formed, the first combustion of the combustion gas 4 is performed downstream of the resistor 86 in the same manner as in the gas turbine combustor described above. While the circulation flow area 90 is formed,
Since the second circulation flow region 91 of the combustion gas 4 is formed around the premixed flame 89, a stable premixed flame 89 can be obtained and NOx can be reduced.
【0137】[0137]
【発明の効果】本発明によれば、予混合気体噴流内であ
って、抵抗体又は環状部材の下流側に、高温の燃焼気体
が循環し(第1の循環流)、これを着火源として予混合
火炎が確実に形成されるので、火炎を安定させることが
できる。According to the present invention , high-temperature combustion gas circulates in the premixed gas jet and downstream of the resistor or the annular member (first circulating flow) , and is ignited by an ignition source. As the premixed flame is reliably formed, the flame can be stabilized.
【0138】また、予混合気体噴流の外側にも、燃焼気
体が循環し(第2の循環流)、この循環流から予混合気
体内に燃焼気体が混入し、または、環状部材の内周側の
拡散火炎から予混合気体内に燃焼気体が混入し、これに
より形成された酸素分圧の低い気体が燃焼するので、N
Oxを著しく低減することができる。Further , the combustion gas is also provided outside the premixed gas jet.
The body circulates (second circulation flow), from which the combustion gas is mixed into the premixed gas , or
The combustion gas is mixed into the premixed gas from the diffusion flame, and the gas having a low oxygen partial pressure formed thereby burns.
Ox can be significantly reduced.
【図1】本発明に係る第1の実施例のガスタービン燃焼
器の全体断面図である。FIG. 1 is an overall sectional view of a gas turbine combustor according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1におけるII−II線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.
【図3】本発明に係る第1の実施例のガスタービン燃焼
器の要部断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a main part of the gas turbine combustor according to the first embodiment of the present invention.
【図4】本発明に係る第1の実施例のガスタービン発電
設備の系統図である。FIG. 4 is a system diagram of the gas turbine power generation equipment according to the first embodiment of the present invention.
【図5】本発明に係る第1の実施例のガスタービン燃焼
器を運転する際のガスタービン負荷と空気供給量との関
係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing a relationship between a gas turbine load and an air supply amount when operating the gas turbine combustor according to the first embodiment of the present invention.
【図6】本発明に係る第1の実施例のガスタービン燃焼
器を運転する際のガスタービン負荷と燃料供給量との関
係を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing a relationship between a gas turbine load and a fuel supply amount when operating the gas turbine combustor according to the first embodiment of the present invention.
【図7】第1の検証用燃焼器の断面図である。FIG. 7 is a sectional view of a first verification combustor.
【図8】第2の検証用燃焼器の断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of a second verification combustor.
【図9】第3の検証用燃焼器の断面図である。FIG. 9 is a sectional view of a third verification combustor.
【図10】第1、第2及び第3の検証用燃焼器のNOx
排出特性を示すグラフである。FIG. 10 NOx of first, second and third verification combustors
It is a graph which shows discharge characteristics.
【図11】第4の検証用燃焼器の断面図である。FIG. 11 is a sectional view of a fourth verification combustor.
【図12】第2及び第4の検証用燃焼器のNOx排出特
性を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing NOx emission characteristics of second and fourth verification combustors.
【図13】第5の検証用燃焼器の断面図である。FIG. 13 is a sectional view of a fifth verification combustor.
【図14】本発明に係る第2の実施例のガスタービン燃
焼器の全体断面図である。FIG. 14 is an overall sectional view of a gas turbine combustor according to a second embodiment of the present invention.
【図15】検証用燃焼器の断面図である。FIG. 15 is a sectional view of a test combustor.
【図16】検証用燃焼器のNOx排出特性を示すグラフ
である。FIG. 16 is a graph showing NOx emission characteristics of the test combustor.
【図17】本発明に係る第3の実施例のガスタービン燃
焼器の要部断面図である。FIG. 17 is a sectional view of a main part of a gas turbine combustor according to a third embodiment of the present invention.
【図18】図17におけるXVIII−XVIII線断面図であ
る。18 is a sectional view taken along line XVIII-XVIII in FIG.
【図19】本発明に係る第4の実施例のガスタービン燃
焼器の要部断面図である。FIG. 19 is a sectional view of a main part of a gas turbine combustor according to a fourth embodiment of the present invention.
【図20】図19におけるXX−XX線断面図である。20 is a sectional view taken along line XX-XX in FIG.
【図21】本発明に係る第5の実施例のガスタービン燃
焼器の要部断面図である。FIG. 21 is a sectional view of a main part of a gas turbine combustor according to a fifth embodiment of the present invention.
【図22】図21におけるXXII−XXII線断面図である。FIG. 22 is a sectional view taken along line XXII-XXII in FIG. 21.
【図23】本発明に係る第6の実施例のガスタービン燃
焼器の要部断面図である。FIG. 23 is a sectional view of a main part of a gas turbine combustor according to a sixth embodiment of the present invention.
【図24】本発明に係る第7の実施例のガスタービン燃
焼器の全体断面図である。FIG. 24 is an overall sectional view of a gas turbine combustor according to a seventh embodiment of the present invention.
【図25】図24におけるXXV−XXV線断面図である。FIG. 25 is a sectional view taken along line XXV-XXV in FIG. 24;
【図26】第7の実施例の変形例のガスタービン燃焼器
の要部断面図である。FIG. 26 is a sectional view of a main part of a gas turbine combustor according to a modification of the seventh embodiment.
【図27】第7の実施例のさらに他の変形例のガスター
ビン燃焼器の要部断面図である。FIG. 27 is a cross-sectional view of a main part of a gas turbine combustor according to still another modification of the seventh embodiment.
【図28】本発明に係る第8の実施例のガスタービン燃
焼器の全体断面図である。FIG. 28 is an overall sectional view of a gas turbine combustor according to an eighth embodiment of the present invention.
【図29】本発明に係る第9の実施例のガスタービン燃
焼器の全体断面図である。FIG. 29 is an overall sectional view of a gas turbine combustor according to a ninth embodiment of the present invention.
【図30】本発明に係る一実施例のコジェネレーション
システムの系統図である。FIG. 30 is a system diagram of a cogeneration system according to an embodiment of the present invention.
【図31】本発明に係る一実施例のバーナの全体断面図
である。FIG. 31 is an overall sectional view of a burner according to an embodiment of the present invention.
1…燃焼用空気、2…1次燃料、3…2次燃料、4…燃
焼気体、5…予混合気体、6…燃焼混合気体、10…燃
焼器ケーシング、20,20a,141,222…2次
燃焼室、21,21a,132,142…2次燃焼用内
筒、23,133,133a,136,143,18
3,191,212,223…予混合バーナ、30,3
0a,131,181,221…1次燃焼室、31,1
32,182…1次燃焼用内筒、34,34a,16
2,171,185…パイロットバーナ、40,86,
124,136,161,163,184,192,2
01,213,224…抵抗体、51…第1の循環流領
域、52,52a…第2の循環流領域、53…比較的急
激な燃焼領域、54…緩慢な燃焼領域、80…バーナ、
100,110,120,130,160,170,1
80,190,200,210,220…ガスタービン
燃焼器、301…空気圧縮器、303…ガスタービン、
312…廃熱ボイラ。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Combustion air, 2 ... Primary fuel, 3 ... Secondary fuel, 4 ... Combustion gas, 5 ... Premixed gas, 6 ... Combustion mixed gas, 10 ... Combustor casing, 20, 20a, 141, 222 ... 2 Secondary combustion chamber, 21, 21a, 132, 142 ... Secondary combustion inner cylinder, 23, 133, 133a, 136, 143, 18
3,191,212,223 ... Premix burner, 30,3
0a, 131, 181, 221: primary combustion chamber, 31, 1
32,182... Primary combustion inner cylinder, 34,34a, 16
2,171,185 ... pilot burner, 40,86,
124,136,161,163,184,192,2
01, 213, 224: resistor, 51: first circulation flow region, 52, 52a: second circulation flow region, 53: relatively rapid combustion region, 54: slow combustion region, 80: burner,
100, 110, 120, 130, 160, 170, 1
80, 190, 200, 210, 220 ... gas turbine combustor, 301 ... air compressor, 303 ... gas turbine,
312 ... Waste heat boiler.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F23R 3/28 F23R 3/28 D 3/34 3/34 (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 吉井 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 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 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 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 茨城県日立市幸町一丁目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 平1−107015(JP,A) 特開 昭63−150517(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F23R 3/18 F23R 3/20 F23R 3/28 F23R 3/30 F23R 3/32 F23R 3/34 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI F23R 3/28 F23R 3/28 D 3/34 3/34 (72) Inventor Tadataka Murakami 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture, Ltd. Hitachi, Ltd.Hitachi Laboratory (72) Inventor Yasuo Yoshii 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd.Hitachi Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Kenichi Soma 4026, Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd.Hitachi Laboratory ( 72) Inventor Hironobu Kobayashi 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Pref.Hitachi, Ltd.Hitachi Laboratory (72) Inventor Yoji Ishibashi 502, Kandachicho, Tsuchiura, Ibaraki Pref. Norio 1-1-1 Sachimachi, Hitachi City, Ibaraki Pref.Hitachi, Ltd.Hitachi Plant (56) References 5 (JP, A) JP-A-63-150517 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) F23R 3/18 F23R 3/20 F23R 3/28 F23R 3/30 F23R 3/32 F23R 3/34
Claims (5)
を燃焼室内に噴出する予混合バーナを備えているガスタ
ービン燃焼器において、前 記予混合バーナの噴出口近傍であって、該噴出口より
も下流側の位置に、該噴出口の下流側から上流方向へ投
影した場合に該噴出口の一部に重なる部材が配置され、 前記予混合気体の流路は、前記部材の下流側端の位置よ
りも上流側の位置から急激に大きくなるよう形成されて
いることを特徴とするガスタービン燃焼器。1. A fuel and air and the gas turbine combustor includes a premixing burner for injecting premixed premixed gas to the combustion chamber, a spout near the front Ki予mixing burner, the a position downstream of the spout member which overlaps a portion of該噴outlet disposed when projected from the downstream side of 該噴exit the upstream direction, the flow path of the premixed gas, downstream of said member gas turbine combustor, characterized in that it is formed to be rapidly increased from a position upstream of the position of the side edge.
を燃焼室内に噴出する予混合バーナを備えているガスタ
ービン燃焼器において、前 記予混合バーナの噴出口近傍であって、該噴出口より
も下流側の位置に、該燃焼室の下流側から上流方向へ投
影した場合に該噴出口の一部に重なる部材が配置され、 前記燃焼室は、前記部材の下流側端の位置よりも上流側
の位置から急激に大きくなるよう形成されていることを
特徴とするガスタービン燃焼器。2. A fuel and air and the gas turbine combustor includes a premixing burner for injecting premixed premixed gas to the combustion chamber, a spout near the front Ki予mixing burner, the a position downstream of the spout member which overlaps a portion of該噴outlet when projected from the downstream side of the combustion chamber to the upstream direction is arranged, the combustion chamber, the position of the downstream end of the member gas turbine combustor, characterized in that it is formed to be rapidly increased from a position upstream of.
スタービン燃焼器において、複 数の前記予混合バーナが環状に配され、 前記部材は、円環状に配された複数の前記予混合バーナ
に沿って、円環状を成し、円 環状に配された複数の前記予混合バーナの円環状の中
心部に、燃料と空気とを前記燃焼室内に噴出して拡散燃
焼火炎を形成する拡散燃焼バーナが設けられていること
を特徴とするガスタービン燃焼器。3. A gas turbine combustor according to any one of claims 1 and 2, wherein the premix burner of the multiple is arranged annularly, the member has a plurality of the arranged annularly along the premixing burner, an annular shape, forming the center of the annular plurality of the premixed burner arranged annularly, fuel and diffusion combustion flame ejected into the combustion chamber and an air A gas turbine combustor provided with a diffusion combustion burner.
を燃焼室内で燃焼させるガスタービン燃焼器において、 燃料と空気とを前記燃焼室内に噴出して拡散燃焼火炎を
形成する拡散燃焼バーナを有すると共に、 前記予混合気体を前記燃焼室内に噴出して予混合燃焼火
炎を形成する予混合バーナを有し、 前記予混合バーナは、前記拡散燃焼バーナの周囲に円環
状に複数配され、 前記燃焼室は、円環状に配された複数の前記予混合バー
ナの外周側の方向へ、前記予混合バーナの噴出口から急
激に大きくなるよう形成され、 前記予混合バーナの下流側に、自身の内周側に前記拡散
燃焼火炎が形成される環状部材が、前記燃焼室の内壁と
は独立して設置され、 前記拡散燃焼火炎から前記予混合気体に火移りさせて、
前記予混合燃焼火炎を形成することを特徴とするガスタ
ービン燃焼器。4. A gas turbine combustor for combusting a premixed gas in which fuel and air are previously mixed in a combustion chamber, wherein a diffusion combustion burner for injecting fuel and air into the combustion chamber to form a diffusion combustion flame. Having a premix burner that blows out the premixed gas into the combustion chamber to form a premixed combustion flame, wherein a plurality of the premixed burners are arranged in an annular shape around the diffusion combustion burner, The combustion chamber is formed so as to increase sharply from the ejection port of the premix burner in a direction toward the outer peripheral side of the plurality of premix burners arranged in an annular shape. An annular member in which the diffusion combustion flame is formed on the inner peripheral side of the combustion chamber is installed independently of the inner wall of the combustion chamber, and the flame is transferred from the diffusion combustion flame to the premixed gas,
A gas turbine combustor forming the premixed combustion flame.
を燃焼室内で燃焼させるガスタービン燃焼器において、 燃料と空気とを前記燃焼室内に噴出して拡散燃焼火炎を
形成する拡散燃焼バーナを有すると共に、 前記予混合気体を前記燃焼室内に噴出して予混合燃焼火
炎を形成する予混合バーナを有し、 前記予混合バーナは、前記拡散燃焼バーナの周囲に円環
状に複数配され、 前記予混合バーナの下流側に、自身の内周側に前記拡散
燃焼火炎が形成される環状部材が、前記燃焼室の内壁と
は独立して設置され、 前記環状部材により前記予混合気体の流れは、該環状部
材を中心として前記燃焼室の内周側と外周側とに分けら
れ、前記拡散燃焼火炎から前記予混合気体に火移りさせ
て、前予混合燃焼火炎を形成することを特徴とするガス
タービン燃焼器。5. A gas turbine combustor for combusting a premixed gas in which fuel and air are premixed in a combustion chamber, wherein a diffusion combustion burner for injecting fuel and air into the combustion chamber to form a diffusion combustion flame. Having a premix burner that blows out the premixed gas into the combustion chamber to form a premixed combustion flame, wherein a plurality of the premixed burners are arranged in an annular shape around the diffusion combustion burner, On the downstream side of the premix burner, an annular member in which the diffusion combustion flame is formed on its inner peripheral side is installed independently of the inner wall of the combustion chamber, and the flow of the premixed gas is caused by the annular member. Is divided into an inner peripheral side and an outer peripheral side of the combustion chamber with the annular member as a center, and the flame is transferred from the diffusion combustion flame to the premixed gas to form a premixed combustion flame. Gas Turbi Combustor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9115705A JP2951620B2 (en) | 1989-03-20 | 1997-05-06 | Gas turbine combustor |
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6623289 | 1989-03-20 | ||
JP1-66232 | 1989-09-21 | ||
JP24553489 | 1989-09-21 | ||
JP1-245534 | 1989-09-21 | ||
JP9115705A JP2951620B2 (en) | 1989-03-20 | 1997-05-06 | Gas turbine combustor |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2065149A Division JP2713627B2 (en) | 1989-03-20 | 1990-03-15 | Gas turbine combustor, gas turbine equipment including the same, and combustion method |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH1054559A JPH1054559A (en) | 1998-02-24 |
JP2951620B2 true JP2951620B2 (en) | 1999-09-20 |
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JP9115705A Expired - Lifetime JP2951620B2 (en) | 1989-03-20 | 1997-05-06 | Gas turbine combustor |
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JP (1) | JP2951620B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11118512B2 (en) | 2016-03-30 | 2021-09-14 | Mitsubishi Power, Ltd. | Gas turbine |
-
1997
- 1997-05-06 JP JP9115705A patent/JP2951620B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11118512B2 (en) | 2016-03-30 | 2021-09-14 | Mitsubishi Power, Ltd. | Gas turbine |
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JPH1054559A (en) | 1998-02-24 |
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