JP3034859B1 - Gas turbine combustor - Google Patents
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Abstract
【要約】
【課題】 ガスタービンの燃焼器における予混合室の壁
面にカーボンが堆積するのを防止し、かつ、燃焼ガス中
のＮＯX およびＣＯの量を低減する。
【解決手段】 ガスタービンの燃焼器５は、圧縮機から
供給される圧縮空気に燃料を混合して予混合気を作る予
混合室２８と、予混合室２８からの予混合気を燃焼させ
る燃焼室Ｃとを備える。予混合室２８は予混合管２９に
より形成する。予混合管２９は、加熱コイルを絶縁部材
で覆った加熱体により形成する。加熱体は、加熱コイル
をシート状の絶縁部材に取り付けてなるヒータフィルム
を多重に巻回して形成する。An object of the present invention is to prevent carbon from being deposited on a wall of a premixing chamber in a combustor of a gas turbine, and to reduce the amount of NO X and CO in combustion gas. SOLUTION: A gas turbine combustor 5 mixes fuel with compressed air supplied from a compressor to form a premixed gas, and combustion for burning the premixed gas from the premixed chamber 28. And a room C. The premixing chamber 28 is formed by a premixing tube 29. The premixing pipe 29 is formed by a heating body in which a heating coil is covered with an insulating member. The heating element is formed by winding a heater film in which a heating coil is attached to a sheet-shaped insulating member in multiple layers.
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料と空気を予混
合室で予め混合したのち燃焼室へ導入して燃焼させるガ
スタービンの燃焼器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas turbine combustor in which fuel and air are premixed in a premixing chamber and then introduced into a combustion chamber for combustion.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、地球環境保全への関心の高まりか
ら、排気ガス中に含まれるＮＯX ，ＣＯ，ＳＯX 等の大
気汚染物質に対して厳しい規制が行われるようになって
いる。ガスタービンの排気についても、世界各国におい
てＮＯX の排出量が厳しく規制されるようになってお
り、低ＮＯX 性能が市場競争での有力な武器となってい
る。このため、各ガスタービンメーカーにおいて、低エ
ミッション（低ＮＯX ，低ＣＯ）燃焼器の開発が競って
行われている。2. Description of the Related Art In recent years, strict regulations have been imposed on air pollutants such as NO X , CO, and SO X contained in exhaust gas due to increasing interest in global environmental protection. For even the exhaust of the gas turbine, in countries around the world have become so that the amount of emissions of NO X is strictly regulated, and low-NO X performance becomes a powerful weapon in the market competition. Therefore, in the gas turbine manufacturers, low emissions (low NO X, low CO) development of the combustor being performed competing.
【０００３】このような低エミッションの燃焼器とし
て、圧縮機から供給される圧縮空気に燃料を混合して予
混合気を作る環状の予混合室を設け、この予混合気を燃
焼室において燃焼させる予混合型燃焼器がある。この予
混合型燃焼器では、液体燃料が予混合室の壁面（内面）
に衝突して付着する。この壁面は、通常、燃焼室内の燃
焼炎から離れているので高温とはならず、壁面の温度が
カーボンの付着する温度範囲であるときは、付着した液
体燃料が炭化して壁面にカーボンが堆積する。このため
混合気の流路が狭まり、燃焼条件が変化してＮＯX およ
びＣＯが増加する。また、壁面に付着しているカーボン
が剥がれると、燃焼ガスとともにタービン内に流入して
ブレードを傷付けるため、定期的にカーボン除去作業を
行う必要がある。[0003] As such a low-emission combustor, an annular premixing chamber for mixing fuel with compressed air supplied from a compressor to form a premixed gas is provided, and the premixed gas is burned in the combustion chamber. There is a premixed combustor. In this premixed combustor, liquid fuel is applied to the wall (inner surface) of the premix chamber.
Collides with and adheres to. Since this wall is usually away from the combustion flame in the combustion chamber, it does not reach a high temperature, and when the temperature of the wall is within the temperature range where carbon adheres, the attached liquid fuel is carbonized and carbon is deposited on the wall. I do. Thus narrowing the flow path of the mixture gas, NO X and CO combustion conditions are changed is increased. Further, if the carbon adhering to the wall surface is peeled off, it flows into the turbine together with the combustion gas and damages the blade, so that it is necessary to periodically perform a carbon removing operation.
【０００４】他方、壁面の温度が液体燃料が炭化する温
度以下であるときは、液化した液体燃料が壁面を伝わっ
て燃焼室内に流入して燃焼するが、大きな液滴の状態で
燃焼するために予混合燃焼とならず、燃焼ガス中のＮＯ
X の量が増加するとともに、空気との十分な混合が行わ
れないためにＣＯの量も増加する。そこで、パイロット
ノズルによる拡散燃焼領域の外周部分を予混合室の内周
壁で覆って、内周壁の内面をカーボン付着温度以上に保
持させるようにした予混合型燃焼器が提案されている
（特開平１０−３０００９０号公報参照）。On the other hand, when the temperature of the wall surface is equal to or lower than the temperature at which the liquid fuel is carbonized, the liquefied liquid fuel travels along the wall surface and flows into the combustion chamber, where it burns. Premixed combustion does not occur and NO in the combustion gas
As the amount of X increases, the amount of CO also increases due to insufficient mixing with air. Therefore, the outer peripheral portion of the diffusion combustion region due to the pilot nozzle is covered with the inner peripheral wall of the premixing chamber, premixed combustor that the inner surface of the inner peripheral walls so as to be held above the carbon deposition temperature has been proposed (Japanese Patent See JP-A-10-300990).
【０００５】この燃焼器によれば、環状の予混合室の内
周壁の内面がカーボン付着温度以上に加熱されるので、
予混合室の内周壁の内面に付着した液体燃料が炭化する
ことなく蒸発し、内周壁の内面にカーボンが堆積せず、
かつ、燃焼ガス中のＮＯX およびＣＯの量を低減でき
る。[0005] According to the combustor, the inner surface of the inner peripheral wall of the annular premixing chamber is heated above the carbon deposition temperature,
Evaporated without liquid fuel adhering to the inner surface of the inner peripheral wall of the premixing chamber is carbonized, without carbon on the inner surface of the inner peripheral wall deposition,
In addition, the amounts of NO X and CO in the combustion gas can be reduced.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来例で
は、予混合室の外周壁の内面にカーボンが堆積するのを
防止できず、燃焼ガス中のＮＯX 量およびＣＯ量の低減
が十分でない。また、パイロットノズルを中心にして、
環状の予混合室を配置した型式以外の燃焼器には通用で
きない。[SUMMARY OF THE INVENTION However, in the conventional example, can not prevent the carbon on the inner surface of the outer peripheral wall of the premixing chamber is deposited, sufficiently reduce the amount of NO X and CO content in the combustion gases Not. Also, focusing on the pilot nozzle,
It cannot be applied to combustors other than the type having an annular premixing chamber.
【０００７】本発明は、前記課題を解決して、予混合室
の壁面にカーボンが堆積するのを防止し、燃焼ガス中の
ＮＯX およびＣＯの量を低減できるガスタービンの燃焼
器を提供することを目的とする。The present invention solves the above problems and provides a gas turbine combustor that can prevent carbon from being deposited on the wall surface of a premixing chamber and reduce the amount of NO X and CO in combustion gas. The purpose is to:
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の請求項１に係るガスタービンの燃焼器は、
圧縮機から供給される圧縮空気に燃料を混合して予混合
気を作る予混合室と、予混合室からの予混合気を燃焼さ
せる燃焼室とを備え、前記予混合室を形成する予混合管
が、加熱コイルを絶縁部材で覆った加熱体により形成さ
れている。In order to achieve the above object, a gas turbine combustor according to claim 1 of the present invention comprises:
A premixing chamber that mixes fuel with compressed air supplied from the compressor to form a premixed air; and a combustion chamber that burns the premixed air from the premixing chamber, and forms a premixed chamber that forms the premixed chamber. A tube is formed by a heating element in which a heating coil is covered with an insulating member.
【０００９】前記ガスタービンの燃焼器によれば、前記
予混合管を形成する加熱体の加熱コイルへの通電によ
り、予混合室の壁面を、カーボン付着温度以上に加熱で
きるので、その壁面に付着した液体燃料は炭化すること
なく蒸発し、これにより、カーボンの付着を防止し、か
つ、燃焼ガス中のＮＯX およびＣＯの量を低減できる。According to the gas turbine combustor, the wall of the premixing chamber can be heated to a temperature higher than the carbon adhesion temperature by energizing the heating coil of the heating element forming the premixing pipe. The liquid fuel thus evaporated evaporates without being carbonized, thereby preventing the adhesion of carbon and reducing the amounts of NO X and CO in the combustion gas.
【００１０】また、本発明の請求項２に係るガスタービ
ンの燃焼器は、請求項１の構成において、前記加熱体
が、加熱コイルをシート状の絶縁部材上に形成してなる
ヒータフィルムが多重に巻回されて形成されている。According to a second aspect of the present invention, in the gas turbine combustor according to the first aspect of the present invention, the heating element includes a heater film formed by forming a heating coil on a sheet-shaped insulating member. It is formed by being wound around.
【００１１】前記ガスタービンの燃焼器によれば、予混
合室となる予混合管を、加熱体により容易に形成でき
る。[0011] According to the gas turbine combustor, the premix pipe serving as the premix chamber can be easily formed by the heating element.
【００１２】また、本発明の請求項３に係るガスタービ
ンの燃焼器は、圧縮機から供給される圧縮空気に燃料を
混合して予混合気を作る予混合室と、予混合室からの予
混合気を燃焼させる燃焼室とを備え、前記予混合室を形
成する予混合管の外周面に、加熱コイルを絶縁部材で覆
ってなり、管の内面をカーボン付着温度以上に加熱する
加熱体が取り付けられている。According to a third aspect of the present invention, there is provided a gas turbine combustor including a premixing chamber for mixing fuel into compressed air supplied from a compressor to form a premixed air, and a premixing chamber from the premixing chamber. A combustion chamber for burning the air-fuel mixture, wherein a heating coil is covered with an insulating member on an outer peripheral surface of a premixing tube forming the premixing chamber, and a heating element for heating the inner surface of the tube to a carbon adhesion temperature or higher. Installed.
【００１３】前記ガスタービンの燃焼器によれば、予混
合管の外周面に取り付けられた加熱体の加熱コイルへの
通電により、予混合室の壁面を、カーボン付着温度以上
に加熱できるので、その壁面に付着した液体燃料は炭化
することなく蒸発し、これにより、カーボン付着の防止
と、燃焼ガス中のＮＯX およびＣＯの量の低減とを実現
できる。According to the gas turbine combustor, the wall surface of the premixing chamber can be heated to a temperature equal to or higher than the carbon deposition temperature by energizing the heating coil of the heating body attached to the outer peripheral surface of the premixing pipe. The liquid fuel adhering to the wall surfaces evaporates without being carbonized, thereby preventing the adhesion of carbon and reducing the amounts of NO X and CO in the combustion gas.
【００１４】また、本発明の請求項４に係るガスタービ
ンの燃焼器は、請求項４の構成において、前記加熱体
が、板状または棒状に形成されて、その複数が予混合管
の外周面に周方向に並べて配置されている。According to a fourth aspect of the present invention, in the gas turbine combustor according to the fourth aspect, the heating element is formed in a plate shape or a rod shape, and a plurality of the heating members are formed on an outer peripheral surface of the premix pipe. Are arranged side by side in the circumferential direction.
【００１５】前記ガスタービンの燃焼器によれば、予混
合管の形状を問わず、容易に予混合管に加熱体を取り付
けることができる。According to the gas turbine combustor, the heating element can be easily attached to the premixing pipe regardless of the shape of the premixing pipe.
【００１６】また、本発明の請求項５に係るガスタービ
ンの燃焼器は、請求項１から４のいずれかの構成におい
て、前記加熱体の絶縁部材がセラミックスからなる。According to a fifth aspect of the present invention, in the gas turbine combustor according to any one of the first to fourth aspects, the insulating member of the heating element is made of ceramics.
【００１７】前記ガスタービンの燃焼器によれば、予混
合管を形成する、または予混合管に取り付けられる加熱
体の絶縁部材がセラミックスからなるので、加熱体に十
分な耐熱性を付与することができる。According to the gas turbine combustor, since the insulating member of the heating element forming the premixing pipe or attached to the premixing pipe is made of ceramics, it is possible to impart sufficient heat resistance to the heating element. it can.
【００１８】[0018]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第
１の実施形態に係る燃焼器を備えたガスタービンの概略
構成を示す縦断面図である。このガスタービン１は、空
気吸入口ＩＮから空気Ａを吸入して圧縮する遠心形の２
段圧縮機３，４と、圧縮された空気に燃料を供給して燃
焼させる燃焼器５と、燃焼ガスＧで駆動されるタービン
６とを有している。前記燃焼器５は燃焼室Ｃを形成する
内筒２１を備えており、燃焼室Ｃ内で発生した燃焼ガス
Ｇをスクロール９でタービン６に導いて回転させ、この
タービン６に回転軸１０で連結されている２段圧縮機
３，４と、発電機のような負荷Ｌとを駆動する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a gas turbine provided with a combustor according to the first embodiment of the present invention. The gas turbine 1 has a centrifugal type 2 that sucks air A from an air inlet IN and compresses the air.
The compressor includes stage compressors 3 and 4, a combustor 5 for supplying fuel to compressed air for combustion, and a turbine 6 driven by combustion gas G. The combustor 5 includes an inner cylinder 21 forming a combustion chamber C. The combustion gas G generated in the combustion chamber C is guided to a turbine 6 by a scroll 9 and rotated, and connected to the turbine 6 by a rotating shaft 10. , And a load L such as a generator.
【００１９】図２は燃焼器５の頭部の構成を示す縦断面
図である。図２において、燃焼器５は、燃焼室Ｃを形成
する内筒２１とその外周を覆うハウジング２２とを有
し、内筒２１とハウジング２２の間に空気通路２３が形
成されている。この燃焼器５は単缶型であって、図１の
タービン６の径方向に突出して設けられており、遠心形
の２段圧縮機３，４から供給された圧縮空気ＣＡが前記
空気通路２３を燃焼器５の先端側に向かって流れ、内筒
２１内で燃焼ガスＧとなって燃焼器５の基端側に向かっ
て流れる。FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the structure of the head of the combustor 5. In FIG. 2, the combustor 5 has an inner cylinder 21 that forms a combustion chamber C and a housing 22 that covers the outer periphery thereof. An air passage 23 is formed between the inner cylinder 21 and the housing 22. The combustor 5 is of a single-can type and is provided so as to protrude in the radial direction of the turbine 6 in FIG. 1. The compressed air CA supplied from the centrifugal two-stage compressors 3 and 4 is supplied to the air passage 23. Flows toward the distal end side of the combustor 5 and becomes the combustion gas G in the inner cylinder 21 and flows toward the base end side of the combustor 5.
【００２０】燃焼器５の頂部には、その中心にパイロッ
ト燃料を噴射するパイロットノズル２４が設けられ、こ
のパイロットノイズ２４の外方には、メイン燃料を噴射
する複数のメインノズル２５が設けられている。パイロ
ットノズル２４の前記燃焼室Ｃに臨む吐出位置の外周に
は、パイロット空気通路２６が設けられている。また、
パイロット空気通路２６には、このパイロット空気通路
２６から燃焼室Ｃ内に流入する圧縮空気ＣＡを旋回させ
る第１のスワーラ２７が配置されている。At the top of the combustor 5, a pilot nozzle 24 for injecting pilot fuel is provided at the center thereof, and a plurality of main nozzles 25 for injecting main fuel are provided outside the pilot noise 24. I have. A pilot air passage 26 is provided on the outer periphery of the discharge position of the pilot nozzle 24 facing the combustion chamber C. Also,
A first swirler 27 that swirls the compressed air CA flowing into the combustion chamber C from the pilot air passage 26 is arranged in the pilot air passage 26.
【００２１】前記各メインノズル２５の吐出位置には、
２段圧縮機３，４から供給された圧縮空気ＣＡにメイン
ノズル２５から噴射される燃料を混合して予混合気を作
る予混合室２８がそれぞれ配置されている。この予混合
室２８は予混合管２９により形成されている。また、こ
の予混合管２９の前記メインノズル２５と対向する上流
側開口の周囲には、径方向に開口する環状の空気流入口
３０が設けられている。この環状の空気流入口３０に
は、流入空気を旋回させる第２のスワーラ３１が配置さ
れている。燃焼器５の側壁には始動時のみ作動する点火
プラグ３２が装着されている。At the discharge position of each of the main nozzles 25,
Premixing chambers 28 for mixing the fuel injected from the main nozzle 25 with the compressed air CA supplied from the two-stage compressors 3 and 4 to form a premixed air are arranged respectively. This premixing chamber 28 is formed by a premixing tube 29. Around the upstream opening of the premixing pipe 29 facing the main nozzle 25, there is provided an annular air inlet 30 which opens in the radial direction. A second swirler 31 for swirling the inflow air is disposed at the annular air inlet 30. On the side wall of the combustor 5, a spark plug 32 that operates only at the time of starting is mounted.
【００２２】前記パイロットノイズ２４からは始動時お
よび通常運転時のすべてにわたって液体燃料が噴射さ
れ、前記メインノズル２５からは通常運転時のみ液体燃
料が噴射される。Liquid fuel is injected from the pilot noise 24 during both start-up and normal operation, and liquid fuel is injected from the main nozzle 25 only during normal operation.
【００２３】前記予混合管２９は、図３（Ａ）に示すよ
うに、加熱コイル３５をシート状の絶縁部材３４上に蒸
着形成してなるヒータフィルム３３を多重に巻回したの
ち焼結して形成された加熱体２０からなり、加熱コイル
３５に接続された一対のリード線３６，３６が、加熱体
２０から図３（Ｂ）に示すように引き出される。このよ
うな加熱体の製法は既に実用化されている。シート状の
絶縁部材３４としてはセラミックスが適しており、例え
ばアルミナが好適である。前記加熱体２０の一端開口部
に第２のスワーラ３１を介してカバー１９を取り付ける
ことにより、予混合管２９が完成する。このように構成
することにより、加熱体２０自身で予混合管２９を容易
に形成でき、予混合管２９に加熱体を取り付ける作業も
省略できる。また、シート状の絶縁部材３４として、ア
ルミナ等のセラミックスを使用すれば、予混合管２９に
十分な耐熱性を持たせることができる。As shown in FIG. 3A, the pre-mixing tube 29 is formed by winding a heater film 33 formed by vapor-depositing a heating coil 35 on a sheet-like insulating member 34 and then sintering the same. A pair of lead wires 36, 36 composed of the heating element 20 formed as described above and connected to the heating coil 35 are drawn out from the heating element 20, as shown in FIG. Such a method for producing a heating element has already been put to practical use. Ceramics are suitable for the sheet-shaped insulating member 34, and for example, alumina is preferable. The premix tube 29 is completed by attaching the cover 19 to the one end opening of the heating body 20 via the second swirler 31. With this configuration, the premix tube 29 can be easily formed by the heating element 20 itself, and the operation of attaching the heating element to the premix tube 29 can be omitted. If ceramic such as alumina is used as the sheet-shaped insulating member 34, the premix tube 29 can have sufficient heat resistance.
【００２４】予混合管２９に接続されたリード線３６
は、図２に示すように、燃焼器５の内筒２１およびハウ
ジング２２に形成されたリード線挿通孔３７，３８を経
て燃焼器５外に引き出されて電源に接続される。ハウジ
ング２２のリード線挿通孔３８では、ブッシング３９を
介してリード線３６が挿通され、そのリード線挿通孔３
８の口縁からハウジング２２の外径側に突出させた筒部
２２ａに、リード線挿通孔４０ａを有するキャップ４０
が螺着される。キャップ４０とブッシング３９との間に
はＯリング４１が介在される。これにより、ハウジング
２２におけるリード線３６の挿通部が気密に封止されて
いる。Lead wire 36 connected to premix tube 29
2 is drawn out of the combustor 5 through lead wire insertion holes 37 and 38 formed in the inner cylinder 21 and the housing 22 of the combustor 5 and connected to a power source. In the lead wire insertion hole 38 of the housing 22, the lead wire 36 is inserted through a bushing 39, and the lead wire insertion hole 3
A cap 40 having a lead wire insertion hole 40a is provided on a cylindrical portion 22a protruding from the rim of the housing 8 toward the outer diameter side of the housing 22.
Is screwed. An O-ring 41 is interposed between the cap 40 and the bushing 39. Thereby, the insertion portion of the lead wire 36 in the housing 22 is hermetically sealed.
【００２５】次に、この実施形態の動作を説明する。図
１の２段圧縮機３，４からの圧縮空気ＣＡは、空気通路
２３を経てその一部が内筒２１の希釈用空気孔４２から
燃焼室Ｃ内へ流入し、他の一部が空気通路２３から、図
２に示すパイロット空気通路２６および第１のスワーラ
２７を経て燃焼室Ｃ内へ入り、残りが第２のスワーラ３
１を経て予混合室２８へ流入する。始動時には、第１の
スワーラ２７によって旋回しながら内筒２１内に吹き込
まれる空気流中に、パイロットノズル２４から噴射され
て微粒化した液体パイロット燃料ＰＦが混入されて霧化
し、これに点火プラグ３２の火が着火して拡散燃焼領域
Ｓ１が形成される。Next, the operation of this embodiment will be described. A part of the compressed air CA from the two-stage compressors 3 and 4 in FIG. 1 flows into the combustion chamber C through the dilution air hole 42 of the inner cylinder 21 through the air passage 23, and the other part is air. From the passage 23, the gas enters the combustion chamber C via the pilot air passage 26 and the first swirler 27 shown in FIG.
1 and flows into the premixing chamber 28. At the time of starting, the liquid pilot fuel PF sprayed and atomized from the pilot nozzle 24 is mixed into the air flow blown into the inner cylinder 21 while being swirled by the first swirler 27, and atomized. Is ignited to form the diffusion combustion region S1.
【００２６】始動後の通常運転では、メインノズル２５
から予混合室２８内に微粒化した液体メイン燃料ＭＦが
噴射される。予混合室２８内には圧縮空気ＣＡが空気流
入口３０から第２のスワーラ３１を経て旋回しながら流
入し、メインノズル２５から噴射されたメイン燃料ＭＦ
と混合して、一定の空燃比の混合気となり、予混合室２
８の内壁面（内面）により軸線方向に案内されて燃焼室
Ｃに送られ、拡散燃料領域Ｓ１の燃焼炎によって着火さ
れて燃焼し、拡散燃焼領域Ｓ１の外周から下流側へかけ
て広がる予混合燃焼領域Ｓ２を形成する。In normal operation after starting, the main nozzle 25
, The atomized liquid main fuel MF is injected into the premixing chamber 28. The compressed air CA flows into the premixing chamber 28 while swirling from the air inlet 30 through the second swirler 31, and the main fuel MF injected from the main nozzle 25
And the mixture becomes a mixture having a constant air-fuel ratio.
The inner wall surface 8 (the inner surface) sent guided axially into the combustion chamber C, and is ignited to burn by the combustion flame of the diffusion fuel region S1, it extends over the outer periphery of the diffusion combustion region S1 to the downstream pre A mixed combustion region S2 is formed.
【００２７】また、通常運転では、予混合管２９を形成
する加熱体２０の加熱コイル３５に通電が行われ、予混
合室２８の内壁面はカーボンが生成されない最低温度で
ある約６００℃以上に加熱される。その結果、予混合室
２８の内壁面への混合気の衝突によって例え燃料液滴が
粗大化しても、粗大化した燃料液滴は内壁面上で炭化し
て付着することなく蒸発し、内壁面へのカーボンの堆積
が防止される。また、燃料の蒸発によって燃料と空気の
混合が促進される結果、燃焼ガスＧ中のＮＯXおよびＣ
Ｏの量を低減できる。In the normal operation, the heating coil 35 of the heating element 20 forming the premixing tube 29 is energized, and the inner wall surface of the premixing chamber 28 is heated to about 600 ° C. or more, which is the lowest temperature at which carbon is not generated. Heated. As a result, even if the fuel droplets become coarse due to the collision of the air-fuel mixture on the inner wall surface of the premixing chamber 28, the coarser fuel droplets evaporate without carbonizing and adhering on the inner wall surface. The deposition of carbon on the surface is prevented. As a result of mixing of fuel and air by evaporation of the fuel is promoted, NO X and C in the combustion gas G
The amount of O can be reduced.
【００２８】図４は、本発明の第２の実施形態に係るガ
スタービンの単缶型燃焼器の要部の概略構成を示す正面
図である。この燃焼器では、燃焼室を構成する燃焼筒４
７の頂部中央に図示しないパイロットノズルが設けられ
るとともに、パイロットノズルを中心として、その周囲
に複数の予混合管４９が配置されている。FIG. 4 is a front view showing a schematic configuration of a main part of a single-can combustor of a gas turbine according to a second embodiment of the present invention. In this combustor, a combustion cylinder 4 constituting a combustion chamber
A pilot nozzle (not shown) is provided at the center of the top of 7, and a plurality of premixing tubes 49 are arranged around the pilot nozzle.
【００２９】前記予混合管４９は、図５に断面図で示す
ように、圧縮機３，４（図１）から供給される圧縮空気
ＣＡに液体メイン燃料ＭＦを混合して予混合気を作る予
混合室４８を構成するものであって、管内にはメインノ
ズル５０が配置されている。このメインノズル５０は、
予混合管４９の軸心上に位置する燃料供給管５１と、こ
の燃料供給管５１の下流端部から外径方向に放射状に突
出する複数の燃料インジェクタ５２とからなり、燃料供
給管５１から供給される液体メイン燃料ＭＦが燃料イン
ジェクタ５２に形成された複数の噴出孔５２ａから噴射
され、予混合管４９内に供給される圧縮空気ＣＡと混合
されて予混合気が形成される。The premixing pipe 49 mixes the compressed air CA supplied from the compressors 3 and 4 (FIG. 1) with the liquid main fuel MF to produce a premixed gas, as shown in a sectional view in FIG. It constitutes a premixing chamber 48, in which a main nozzle 50 is arranged in the tube. This main nozzle 50 is
The fuel supply pipe 51 includes a fuel supply pipe 51 positioned on the axis of the premixing pipe 49 and a plurality of fuel injectors 52 radially projecting from the downstream end of the fuel supply pipe 51 in the radial direction. The liquid main fuel MF to be injected is injected from a plurality of injection holes 52 a formed in the fuel injector 52 and mixed with the compressed air CA supplied into the premixing pipe 49 to form a premixed air.
【００３０】また、前記各予混合管４９は、燃焼筒４７
の頂部において、燃焼筒４７に対して所定の傾斜角度と
なるように配置されている。これにより、予混合管４９
から噴出する予混合気の噴流は、燃焼室の内壁に衝突し
ながら旋回して、大きく強い循環流れが形成される。こ
のようにして形成される予混合燃焼領域が、始動時にパ
イロットノズルからの燃料によって形成される一次燃焼
領域の燃焼炎によって着火し燃焼するのは、先の実施形
態の場合と同様である。Each of the premixing pipes 49 is provided with a combustion cylinder 47.
Are arranged at a predetermined inclination angle with respect to the combustion cylinder 47. Thereby, the premix tube 49
The jet of the premixed gas ejected from the nozzle whirls while colliding with the inner wall of the combustion chamber, and a large and strong circulating flow is formed. The premixed combustion region thus formed is ignited and burned by the combustion flame of the primary combustion region formed by the fuel from the pilot nozzle at the time of start-up, as in the case of the previous embodiment.
【００３１】さらに、前記各予混合管４９も、先の実施
形態の場合と同様に、図３に示すように、加熱コイル３
５をシート状の絶縁部材３４に蒸着形成してなるヒータ
フィルム３３を多重に巻回して形成された加熱体２０か
らなる。これにより、通常運転では、図５の予混合管４
９を形成する加熱体２０の加熱コイル３５に通電が行わ
れ、予混合室４８の内壁面はカーボンが生成されない最
低温度である約６００℃以上に加熱される。その結果、
予混合室４８の内壁面へのカーボンの堆積が防止され、
さらに、燃焼ガスＧ中のＮＯX およびＣＯの量を低減で
きる。Further, as shown in FIG. 3, the pre-mixing pipes 49 are also provided with heating coils 3 as shown in FIG.
The heating element 20 is formed by winding a heater film 33 formed by vapor-depositing the heater film 5 on a sheet-shaped insulating member 34. Thus, in normal operation, the premixing pipe 4 shown in FIG.
Electricity is supplied to the heating coil 35 of the heating element 20 forming the heating element 9, and the inner wall surface of the premixing chamber 48 is heated to about 600 ° C. or more, which is the lowest temperature at which carbon is not generated. as a result,
Accumulation of carbon on the inner wall surface of the premixing chamber 48 is prevented,
Further, the amounts of NO X and CO in the combustion gas G can be reduced.
【００３２】図６は、本発明の第３の実施形態に係るガ
スタービンの単缶型燃焼器の要部を示す縦断面図であ
る。この燃焼器５５では、その頂部にパイロットノズル
６４が設けられ、その外周にパイロット空気通路６６が
設けられている。このパイロット空気通路６６は、導入
口７３を介して空気通路６３に連通しており、出口に
は、空気通路６３から送給される圧縮空気ＣＡを旋回さ
せながら、燃焼器５５の内筒６１内へ流入させる環状の
第１のスワーラ６５が配置されている。前記空気通路６
３は、燃焼室Ｃを形成する内筒６１と、この外周を覆う
ハウジング６２との間に形成され、圧縮機３，４（図
１）から供給される圧縮空気ＣＡが、空気通路６３を経
て燃焼器５５の基端側に向かって流れる。[0032] Figure 6, Ru Oh <br/> longitudinal sectional view showing an essential part of the single can combustor of a gas turbine according to a third embodiment of the present invention. In the combustor 55, a pilot nozzle 64 is provided on the top, and a pilot air passage 66 is provided on the outer periphery. The pilot air passage 66 communicates with the air passage 63 through an inlet 73, and has an outlet inside the inner cylinder 61 of the combustor 55 while swirling the compressed air CA supplied from the air passage 63. An annular first swirler 65 is arranged to flow into the first swirler 65. The air passage 6
Numeral 3 is formed between an inner cylinder 61 forming the combustion chamber C and a housing 62 covering the outer periphery thereof, and compressed air CA supplied from the compressors 3 and 4 (FIG. 1) passes through an air passage 63. It flows toward the base end of the combustor 55.
【００３３】前記パイロット空気通路６５の外周には、
環状の予混合室６７を構成する予混合管５９が配置され
ている。この予混合室６７は、前記内筒６１の径方向外
方に向いて前記空気通路６３に臨む環状の空気流入口６
７ａを有している。この環状の空気流入口６７ａには、
流入空気を旋回させる第２のスワーラ６８が装着され、
このスワーラ６８の下流側に、予混合用の燃料を供給す
る複数のメインノズル６９が周方向に等間隔に配置され
ている。前記パイロットノズル６４からは始動時および
通常運転時のすべてにわたって液体燃料が噴射される。On the outer periphery of the pilot air passage 65,
A premixing pipe 59 constituting an annular premixing chamber 67 is arranged. The premixing chamber 67 has an annular air inlet 6 facing the air passage 63 facing radially outward of the inner cylinder 61.
7a. In this annular air inlet 67a,
A second swirler 68 for swirling the inflow air is attached,
Downstream of the swirler 68, a plurality of main nozzles 69 for supplying fuel for premixing are arranged at equal intervals in the circumferential direction. Liquid fuel is injected from the pilot nozzle 64 throughout the start-up and the normal operation.
【００３４】前記予混合管５９の内周壁５９ｂの下流端
部は、前記パイロットノズル６４から噴射された燃料に
よる拡散燃焼領域Ｓ１の外周の一部を覆っており、この
拡散燃焼領域Ｓ１内の拡散燃焼炎によって、液体燃料の
炭化温度である約６００℃よりも高温に加熱されるよう
に設定されている。燃焼器５５の側壁には始動時のみ作
動する点火プラグ７０が装着され、第２のスワーラ６８
の外周、つまり空気流入口６７ａの上流側には、複数の
ガス燃料ノズル７１が周方向に等間隔で配置されてい
る。The downstream end of the inner peripheral wall 59b of the premixing pipe 59 covers a part of the outer periphery of the diffusion combustion region S1 by the fuel injected from the pilot nozzle 64, and the diffusion in the diffusion combustion region S1. The combustion flame is set to be heated to a temperature higher than about 600 ° C., which is the carbonization temperature of the liquid fuel. On the side wall of the combustor 55, a spark plug 70 that operates only at the time of starting is mounted, and a second swirler 68 is provided.
A plurality of gas fuel nozzles 71 are arranged at regular intervals in the circumferential direction on the outer periphery of the air fuel inlet 67a, that is, on the upstream side of the air inlet 67a.
【００３５】前記パイロットノズル６４にはパイロット
燃料通路７４を介して液体パイロット燃料ＰＦが、メイ
ンノズル６９にはメイン燃料通路７９を介してメイン燃
料ＭＦが、ガス燃料ノズル７１にはガス燃料通路８１を
介してガス燃料ＧＦが、それぞれ供給される。これら燃
料ＰＦ，ＭＦ，ＧＦは図示しない燃料制御手段によって
制御される。前記メインノズル６９の噴射口６９ａと反
対側の端部６９ｂの開口からは、パイロット空気通路６
６の空気の一部が流入して燃料の微粒化を促進する。The pilot nozzle 64 is provided with a liquid pilot fuel PF via a pilot fuel passage 74, the main nozzle 69 is provided with a main fuel MF via a main fuel passage 79, and the gas fuel nozzle 71 is provided with a gas fuel passage 81. The gaseous fuel GF is supplied via each. These fuels PF, MF, GF are controlled by fuel control means (not shown). From the opening at the end 69b opposite to the injection port 69a of the main nozzle 69, the pilot air passage 6
Part of the air of No. 6 flows in and promotes atomization of the fuel.
【００３６】前記予混合管５９の外周壁５９ａの外面す
なわち外周面には、図７に示すように、予混合管５９の
内面をカーボン付着温度（約６００℃以下）以上に加熱
する複数の加熱体８０が周方向に並べて取り付けられて
いる。このような加熱体８０を使用することにより、予
混合管５９の形状を問わず、予混合管５９に加熱体８０
を容易に取り付けることができる。この加熱体８０は、
図８に示すように、窒化珪素等のセラミックスからなる
絶縁部材８２で加熱コイル８３を覆ったものであり、板
状または棒状に形成されている。窒化珪素は、アルミナ
とは異なり、シート状にして巻回することは難しい。こ
のように、加熱体８０の絶縁部材８２として窒化珪素等
のセラミックスを採用することにより、加熱体８０に十
分な耐熱性を付与することができる。加熱体８０の一対
のリード線８４，８４は、加熱体８０，８０同志の間で
並列接続され、端部が図２に示す第１の実施形態の場合
と同様の構成により、燃焼器５５の外側に引き出されて
電源に接続される。[0036] to the outer surface of the outer peripheral wall 59a of the premixer tubes 59
That is, as shown in FIG. 7, a plurality of heating elements 80 for heating the inner surface of the premixing tube 59 to a carbon deposition temperature (about 600 ° C. or lower) or more are attached to the outer peripheral surface in a circumferential direction. By using such a heating element 80, regardless of the shape of the premixing pipe 59, the heating element 80
Can be easily attached. This heating element 80
As shown in FIG. 8, the heating coil 83 is covered with an insulating member 82 made of ceramics such as silicon nitride, and is formed in a plate shape or a rod shape. Unlike alumina, silicon nitride is difficult to wind in a sheet shape. As described above, by using ceramics such as silicon nitride as the insulating member 82 of the heating element 80, sufficient heat resistance can be imparted to the heating element 80. The pair of lead wires 84, 84 of the heating element 80 are connected in parallel between the heating elements 80, 80, and the ends of the heating element 80 are configured in the same manner as in the first embodiment shown in FIG. It is pulled out and connected to the power supply.
【００３７】この実施形態の場合でも、通常運転におい
て、予混合管５９の外周壁５９ａに取り付けられる加熱
体８０の加熱コイル８３に通電が行われ、予混合管５９
の外周壁５９ａの内壁面はカーボンが生成されない最低
温度である約６００℃以上に加熱される。その結果、予
混合管５９の外周壁５９ａ内面へのカーボンの堆積が防
止され、さらに、燃焼ガスＧ中のＮＯX およびＣＯの量
を低減できる。Also in this embodiment, in the normal operation, the heating coil 83 of the heating element 80 attached to the outer peripheral wall 59a of the premix pipe 59 is energized, and the premix pipe 59 is energized.
The inner wall surface of the outer peripheral wall 59a is heated to about 600 ° C. or higher, which is the lowest temperature at which carbon is not generated. As a result, carbon is prevented from being deposited on the inner surface of the outer peripheral wall 59a of the premixing pipe 59, and the amounts of NO X and CO in the combustion gas G can be reduced.
【００３８】また、予混合管５９の内周壁５９ｂも拡散
燃焼領域Ｓ１の燃焼炎によってカーボンが生成されない
最低温度である約６００℃以上に加熱されるので、やは
り、カーボンの堆積が防止され、かつ、ＮＯX およびＣ
Ｏの量が低減される。さらに、メインノズル６９の燃料
噴出口６９ａが予混合管５９の外周壁５９ａと内周壁５
９ｂの中間部、つまり両周壁５９ａ，５９ｂから離れた
位置に配置されているから、噴出された燃料がこれら両
周壁５９ａ，５９ｂに付着しにくくなり、この点からも
壁面へのカーボン付着が抑制される。Further, the inner peripheral wall 59b of the premixing pipe 59 is also heated to about 600 ° C. or higher, which is the minimum temperature at which carbon is not generated by the combustion flame in the diffusion combustion region S1, so that carbon deposition is also prevented, and , NO X and C
The amount of O is reduced. Further, the fuel injection port 69a of the main nozzle 69 is connected to the outer peripheral wall 59a and the inner peripheral wall 5 of the premix pipe 59.
9b, that is, at a position distant from both peripheral walls 59a, 59b, it becomes difficult for the injected fuel to adhere to these peripheral walls 59a, 59b, and also from this point, carbon adhesion to the wall surfaces is suppressed. Is done.
【００３９】なお、前記各実施形態では、単缶型の燃焼
器について説明したが、多缶型であってもよく、また、
ガスタービンの径方向に突出するタイプでなく、軸方向
に向いたタイプであってもよい。In the above embodiments, a single-can type combustor has been described, but a multi-can type combustor may be used.
Instead of a type that projects in the radial direction of the gas turbine, a type that faces in the axial direction may be used.
【００４０】[0040]
【発明の効果】以上のように、本発明のガスタービンの
燃焼器によれば、加熱コイルへの通電により、予混合室
の壁面を、カーボン付着温度以上に加熱できるので、そ
の壁面へのカーボンの付着を防止でき、かつ、燃焼ガス
中のＮＯX およびＣＯの量を低減できる。As it is evident from the foregoing description, according to the combustor of the gas turbine of the present invention, by energizing the heating coil, the wall of the premixing chamber, so can be heated above the carbon deposition temperature, carbon to the wall surface Can be prevented, and the amounts of NO X and CO in the combustion gas can be reduced.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃焼器を備えた
ガスタービンの概略構成を示す縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view illustrating a schematic configuration of a gas turbine including a combustor according to a first embodiment of the present invention.
【図２】同燃焼器の頭部の構成を示す縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a head of the combustor.
【図３】（Ａ）は同燃焼器の予混合管を構成する加熱体
の組立方法を示す斜視図、（Ｂ）は同加熱体の斜視図で
ある。FIG. 3A is a perspective view showing a method of assembling a heating element constituting a premixing tube of the combustor, and FIG. 3B is a perspective view of the heating element.
【図４】本発明の第２の実施形態に係るガスタービンの
燃焼器の概略構成を示す側面図である。FIG. 4 is a side view showing a schematic configuration of a combustor of a gas turbine according to a second embodiment of the present invention.
【図５】同燃焼器における予混合管の縦断面図である。FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a premix tube in the combustor.
【図６】本発明の第３の実施形態に係るガスタービンの
燃焼器の頭部の構成を示す縦断面図である。FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a head of a combustor of a gas turbine according to a third embodiment of the present invention.
【図７】同燃焼器における予燃焼管への加熱体の取付状
態を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing a state in which a heating element is attached to a pre-combustion pipe in the combustor.
【図８】同加熱体の斜視図である。FIG. 8 is a perspective view of the heating body.
１…ガスタービン、３，４…２段圧縮機、５…燃焼器、
２０…加熱体、２８…予混合室、２９…予混合管、３３
…ヒータフィルム、３４…絶縁部材、３５…加熱コイ
ル、４８…予混合室、４９…予混合管、５５…燃焼器、
５９…予混合管、６７…予混合室、８０…加熱体、８２
…絶縁部材、８３…加熱コイル、Ｃ…燃焼室、ＣＡ…圧
縮空気、ＰＦ…液体パイロット燃料、ＭＦ…液体メイン
燃料1: gas turbine, 3, 4: two-stage compressor, 5: combustor,
20: heating element, 28: premixing chamber, 29: premixing pipe, 33
... heater film, 34 ... insulating member, 35 ... heating coil, 48 ... premixing chamber, 49 ... premixing tube, 55 ... combustor,
59: Premix tube, 67: Premix chamber, 80: Heating body, 82
... Insulating member, 83 ... Heating coil, C ... Combustion chamber, CA ... Compressed air, PF ... Liquid pilot fuel, MF ... Liquid main fuel
Claims (5)
混合して予混合気を作る予混合室と、予混合室からの予
混合気を燃焼させる燃焼室とを備え、 前記予混合室を形成する予混合管が、加熱コイルを絶縁
部材で覆った加熱体により形成されているガスタービン
の燃焼器。1. A premixing chamber for mixing a fuel with compressed air supplied from a compressor to form a premixed gas, and a combustion chamber for burning the premixed gas from the premixing chamber, wherein the premixing chamber is provided. The combustor of the gas turbine, wherein the premixing pipe forming the above is formed by a heating body in which a heating coil is covered with an insulating member.
コイルをシート状の絶縁部材上に形成してなるヒータフ
ィルムが多重に巻回されて形成されているガスタービン
の燃焼器。2. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein the heating element is formed by winding a heater film having a heating coil formed on a sheet-shaped insulating member in multiple layers.
混合して予混合気を作る予混合室と、予混合室からの予
混合気を燃焼させる燃焼室とを備え、 前記予混合室を形成する予混合管の外周面に、管の内面
をカーボン付着温度以上に加熱する加熱体が取り付けら
れており、 前記加熱体は、加熱コイルを絶縁部材で覆ってなるもの
であるガスタービンの燃焼器。3. A premixing chamber which mixes fuel with compressed air supplied from a compressor to produce a premixed gas, and a combustion chamber which burns the premixed gas from the premixing chamber, wherein the premixing chamber is provided. A heating element that heats the inner surface of the pipe to a temperature equal to or higher than the carbon deposition temperature is attached to the outer peripheral surface of the premixing pipe that forms Combustor.
または棒状に形成されて、その複数が予混合管の外周面
に周方向に並べて配置されているガスタービンの燃焼
器。4. The gas turbine combustor according to claim 3, wherein the heating element is formed in a plate shape or a rod shape, and a plurality of the heating members are arranged in a circumferential direction on an outer peripheral surface of the premixing pipe.
記加熱体の絶縁部材はセラミックスからなるガスタービ
ンの燃焼器。5. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein the insulating member of the heating body is made of ceramics.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP11016466A JP3034859B1 (en) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | Gas turbine combustor |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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| JP2000213748A JP2000213748A (en) | 2000-08-02 |
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1999
- 1999-01-26 JP JP11016466A patent/JP3034859B1/en not_active Expired - Lifetime
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