JP3069347B1 - ガスタ―ビンの燃焼器用バ―ナ装置 - Google Patents

ガスタ―ビンの燃焼器用バ―ナ装置

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JP3069347B1
JP3069347B1 JP11165143A JP16514399A JP3069347B1 JP 3069347 B1 JP3069347 B1 JP 3069347B1 JP 11165143 A JP11165143 A JP 11165143A JP 16514399 A JP16514399 A JP 16514399A JP 3069347 B1 JP3069347 B1 JP 3069347B1
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Abstract

【要約】 【課題】 パイロットバーナの燃料噴射孔への燃焼ガス
の逆流を防止し、噴射孔の焼損や閉塞を回避できるガス
タービンの燃焼器用バーナ装置を提供する。 【解決手段】 ガスタービン1の圧縮機2からの高圧空
気に燃料を混合して燃焼させる燃焼器用のバーナ装置に
おいて、前記高圧空気を燃料と予混合して燃焼器3内に
導入する予混合バーナ26と、燃料を燃焼器3内に供給
して拡散燃焼させるパイロットバーナ25とを設ける。
パイロットバーナ25の先端の燃料噴射孔33aには、
前記高圧空気を噴射する空気噴射孔33bを連通させ
る。これにより、パイロットバーナ25からの燃料噴射
を小流量とする低NOX 運転時でも、パイロットバーナ
25の先端の燃料噴射孔33a内には、空気噴射孔33
bから高圧空気が噴射されるので、パイロットバーナ2
5の燃料噴射孔33aに燃焼ガスが逆流するのを防止で
き、その燃料噴射孔33aが焼損したり閉塞されるのを
回避できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービンの予
混合式燃焼器に用いられるバーナ装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】ガスター
ビンにおいては、排ガス組成に関して厳しい環境基準が
設けられており、特に窒素酸化物(NOX )の排出量の
低減が望まれている。この低NOX 燃焼化を図ったガス
タービンの燃焼器として、燃焼室内の中央部に燃料を直
接噴射する拡散燃焼式のパイロットバーナを設けるとと
もに、このパイロットバーナの周囲に複数個の予混合燃
焼式のメインバーナを配置し、これらメインバーナの燃
焼作動数を負荷に応じて可変制御するようにしたマルチ
バーナ燃焼器が知られている。このマルチバーナ燃焼器
では、それ以前から行われていた低NOX 化の手段の一
つで、燃焼室内に水や蒸気を噴射して燃焼火炎温度を低
下させる方法が有していた種々の欠点、すなわち、エン
ジン熱効率の低下(水噴射の場合)、悪い水質によるタ
ービンなどの腐食に伴うエンジンの寿命低下、さらには
水質を良くするための前処理に要する設備および維持管
理費の高騰などの種々の欠点を解消することができると
ともに、性能の低下を抑えながら大幅な低NOX 化を達
成できるといった優れた効果が得られる。
【0003】ところで、前記マルチバーナ燃焼器では、
最適作動範囲が狭く不安定燃焼が発生しやすいという欠
点がある。これをカバーするために、低負荷時は拡散燃
焼を行うパイロットバーナのみで運転し、予混合燃焼に
よる低NOX 運転を行う中・高負荷時は、予混合バーナ
からの燃料噴射に加えて、ごく少量の燃料をパイロット
バーナから噴射して予混合火炎を安定化させる方法が採
用されている。しかしながら、この方法では、低NOX
運転範囲でのパイロット燃料の噴射流量が少ないので、
このときのパイロット燃料の噴射差圧が低くなり、一部
のパイロット燃料噴射孔から燃焼ガスが逆流し、噴射孔
の焼損や閉塞を招くおそれがある。また、同じ理由によ
り、多缶式の燃焼器の場合には、各燃焼器間のパイロッ
ト燃料配分にばらつきが生じる等の問題がある。
【0004】このような問題を解決するために、パイロ
ットノズルを孔径の異なる大流量用と小流量用の2系統
に分割し、低NOX 運転範囲では、孔径の小さい小流量
用パイロットバーナからのみ燃料を噴射することによ
り、噴射差圧を高く維持することを狙ったガスタービン
の燃焼器が提案されている(特開平9−210362号
公報)。
【0005】しかし、このような方式の場合、低NOX
運転範囲では大流量用パイロットバーナから燃料が噴射
されないため、この大流量用パイロットバーナの燃料噴
射孔を通じて燃焼ガスがパイロットノズル内へ逆流し、
噴射孔の焼損や閉塞を招くおそれがある。
【0006】本発明は、以上の事情に鑑みてなされたも
ので、燃焼器に用いられる予混合燃焼式のバーナ装置に
おいて、パイロットバーナの噴射孔への燃焼ガスの逆流
を防止し、噴射孔の焼損や閉塞を回避できるガスタービ
ンの燃焼器用バーナ装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記した目的を達成する
ために、本発明の請求項1に係るガスタービンの燃焼器
用バーナ装置は、ガスタービンの圧縮機からの高圧空気
に燃料を混合して燃焼させる燃焼器に用いられるバーナ
装置であって、前記高圧空気を燃料と予混合して燃焼器
内に導入する予混合バーナと、燃料を燃焼器内に供給し
て拡散燃焼させるパイロットバーナとを有し、前記パイ
ロットバーナの先端に形成した燃料噴射孔に、前記高
圧空気を噴射する空気噴射孔が連通されている。
【0008】前記ガスタービンの燃焼器用バーナ装置に
よれば、パイロットバーナからの燃料噴射流量を少量と
する低NOX 運転時でも、パイロットバーナの先端の燃
料噴射孔内には、空気噴射孔から高圧空気が噴射される
ので、パイロットバーナの燃料噴射孔に燃焼室内の燃焼
ガスが逆流するのを防止でき、燃料噴射孔の周辺部を冷
却することもできる。その結果、燃料噴射孔が焼損した
り閉塞するのを回避できる。また、パイロットバーナか
らの燃料噴射流量が多い低負荷運転時には、大流量の燃
料噴射によるエジェクタ効果で、空気噴射孔を経て高圧
空気が燃料噴射孔内に吸入されるため、パイロットバー
ナの燃料が空気噴射孔から燃焼室外部に漏れることはな
い。さらに、パイロットバーナの燃料経路を1系統とし
たままで、前記逆流現象を解消できるので、燃料経路を
簡素化できる。
【0009】また、本発明の請求項2に係るガスタービ
ンの燃焼器用バーナ装置は、請求項1の構成において、
前記パイロットバーナは、燃料供給通路が形成されたバ
ーナ本体の先端に、前記燃料供給通路に連通する前記燃
料噴射孔を有するノズルキャップが装着され、このノズ
ルキャップの外周に、取付けリングおよびスワーラを介
して、バーナ本体の外周に環状の空気流入路を形成する
空気流入管が装着されて、この空気流入管が燃焼器の隔
壁に固定され、前記ノズルキャップに前記空気噴射孔が
形成され、前記取付けリングに前記空気噴射孔に高圧空
気を導入する空気導入路が形成されている。
【0010】この構成によれば、バーナ本体の外周に環
状の空気流入路を設けたタイプのパイロットバーナに、
空気噴射孔を容易に設けることができる。また、燃料噴
射孔および空気噴射孔がノズルキャップに形成されてい
るので、万一、燃料噴射孔または空気噴射孔が傷んで
も、ノズルキャップを交換するだけで済む。
【0011】また、本発明の請求項3に係るガスタービ
ンの燃焼器用バーナ装置は、ガスタービンの圧縮機から
の高圧空気に燃料を混合して燃焼させる燃焼器に用いら
れるバーナ装置であって、前記高圧空気を燃料と予混合
して燃焼器内に導入する予混合バーナと、燃料を燃焼器
内に供給して拡散燃焼させるパイロットバーナとを有
し、前記パイロットバーナに、燃料を燃焼器内へ噴射す
る大流量用の第1の燃料噴射孔と、燃料を前記第1の燃
料噴射孔内に噴射する小流量用の第2の燃料噴射孔とが
設けられている。
【0012】この構成によれば、低NOX 運転時に、パ
イロットバーナにおける第1の燃料噴射孔からの大流量
の燃料を遮断しても、第2の燃料噴射孔から第1の燃料
噴射孔を経て小流量の燃料が噴射されるので、第1の燃
料噴射孔内に燃焼ガスが逆流するのを防止でき、第1の
燃料噴射孔の焼損や閉塞を回避できる。また、パイロッ
ト燃料の供給ラインが2系統であるため、燃料噴射流量
を小流量とする低NO X 運転時でも、第2の燃料噴射孔
から第1の燃料噴射孔内に噴射されるパイロット燃料の
噴射差圧を高く維持できるので、多缶式の燃焼器の場合
でも、各々の燃焼器にパイロット燃料を均等に配分でき
る。
【0013】また、本発明の請求項4に係るガスタービ
ンの燃焼器用バーナ装置は、ガスタービンの圧縮機から
の高圧空気に燃料を混合して燃焼させる燃焼器に用いら
れるバーナ装置であって、前記高圧空気を燃料と予混合
して燃焼器内に導入する予混合バーナと、燃料を燃焼器
内に供給して拡散燃焼させるパイロットバーナとを有
し、前記パイロットバーナの外周に単一の前記予混合バ
ーナが同心状に設けられ、前記パイロットバーナに、燃
料を予混合バーナの予混合気通路内へ噴射する大流量用
の第1の燃料噴射孔と、この第1の燃料噴射孔へ燃料を
供給する燃料供給通路と、この燃料供給通路に連通する
連通路と、この連通路内へ燃料を噴射する小流量用の第
2の燃料噴射孔とが設けられている。
【0014】この構成によれば、低NOX 運転時に、パ
イロットバーナにおける第1の燃料噴射孔からの大流量
の燃料を遮断しても、第2の燃料噴射孔から連通路、燃
料供給通路および第1の燃料噴射孔を経て小流量の燃料
が噴射されるので、第1の燃料噴射孔に燃焼ガスが逆流
するのを極力防止できる。しかも、第1の燃料噴射孔は
予混合気通路内に開口するから、例え逆流が生じても、
燃料ガスではなく、低温の予混合気が第1の燃料噴射孔
内に侵入するだけである。したがって、第1の燃料噴射
孔の焼損や閉塞を回避できる。また、パイロット燃料の
供給ラインが2系統であるため、パイロット燃料の噴射
流量を小流量とする低NOX 運転時でも、パイロット燃
料の噴射差圧を高く維持できるので、多缶式の燃焼器の
場合でも、各々の燃焼器にパイロット燃料を均等に配分
できる。
【0015】また、本発明の請求項5に係るガスタービ
ンの燃焼器用バーナ装置は、請求項4の構成において、
前記連通路が筒形の前記パイロットバーナの先端面に近
接して径方向に広がった形状を有し、燃料が前記第2の
燃料噴射孔から連通路に前記先端面に向かう方向に噴射
されるものとしている。
【0016】この構成によれば、小流量用の第2の燃料
噴射孔から噴射されるパイロット燃料でパイロットバー
ナの先端部を冷却できるので、パイロットバーナの長寿
命化が達成される。
【0017】
【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用バーナ装置を備えたガスタ
ービン1を含むガスタービン設備の一部を示す概略構成
図である。同図において、ガスタービン1は、圧縮機2
で空気を圧縮して燃焼器3に導くとともに、都市ガスの
ようなガス燃料または液体燃料を、燃焼器3内に噴射し
て燃焼させ、その高温高圧の燃焼ガスのエネルギにより
タービン4を駆動する構成になっている。このタービン
4は圧縮機2を駆動するとともに、カップリング5を介
して発電機のような負荷6を駆動する。
【0018】図2は本発明の第1実施形態のバーナ装置
を適用したガスタービン1における燃焼器3の縦断面図
である。この燃焼器3には、前記圧縮機2から高圧空気
が送り込まれ、燃料と混合されて燃焼し、その燃焼ガス
が前記タービン4に導入されて、これを回転させる。
【0019】図2において、円筒状のハウジング7内に
は、ほぼ円筒状となった燃焼筒8が同心状に収納されて
おり、この燃焼筒8内に燃焼室9が形成されている。燃
焼室9の軸心方向Aは、この例では、ガスタービン1の
回転軸と直交する方向に設定されている。ハウジング7
は、その基端部(図の右端)に設けられたフランジ7a
を介して、圧縮機2およびタービン4を含むエンジン本
体部の外壁10に設けられたフランジ10aに、ボルト
(図示せず)により結合されている。ハウジング7の先
端部(図の左端)にはエンドカバー11がボルト12に
より固定されている。
【0020】前記燃焼筒8の先端側である上流部には、
燃焼室9の前壁(頭部)を形成する隔壁17が装着され
ている。ハウジング7の頭部には、ボルト18により支
持筒19が連結され、この支持筒19の後端部に前記隔
壁17が、ボルト・ナット20で固定されており、これ
により燃焼筒8の頭部が支持筒19を介してハウジング
7に支持されている。燃焼筒8の基端側である下流部に
は、タービンへの燃焼ガス導入路であるスクロールの入
口部21が挿入されている。ハウジング7と燃焼筒8と
の間には、圧縮機2(図1)からの圧縮空気を矢印P0
で示すように燃焼筒8に対して上流方向に導く空気通路
22が形成されている。また、支持筒19内には、エン
ドカバー11と燃焼筒9との間に位置する空気導入室2
3が形成されており、支持筒19の周壁に、空気通路2
2を通って送られてきた圧縮空気P0を空気導入室23
に導く空気導入孔24が設けられている。
【0021】燃焼筒8の上流側の中心部には、燃料を燃
焼室9内に直接噴射して拡散燃焼させる単一のパイロッ
トバーナ25が、隔壁17を貫通してその先端が燃焼室
9内に突出するように設けられている。このパイロット
バーナ25の周囲には、予混合バーナ26が、前記パイ
ロットバーナ25と同心状で、かつ周方向に等間隔で複
数個配置されている。この予混合バーナ26は、燃料と
空気とを予混合させたのちにその混合気を燃焼室9内に
拡散させて噴出し、燃焼室9内の上流側に第1の燃焼領
域9aを形成させるバーナであり、前記隔壁17を貫通
してそれらの先端部27が燃焼室9内に突出するように
設けられている。
【0022】前記中心部のパイロットバーナ25は、図
3に拡大して示すように、内部に燃料供給通路32が形
成されたバーナ本体31と、このバーナ本体31の先端
に装着されたノズルキャップ33と、このノズルキャッ
プ33の外周に、取付けリング34およびスワーラ35
を介してノズルキャップ33と同心状に装着された空気
流入管36とを備えている。前記ノズルキャップ33
は、その開口端部に係合片38が固定されており、この
係合片38をバーナ本体31の先端部31aに設けた係
合孔39に係合・離脱可能に連結することにより、バー
ナ本体31に対して着脱可能に取り付けられている。前
記ノズルキャップ33には、斜め外方に向け開口した燃
料噴射孔33aが円周方向に等間隔で複数個形成される
とともに、これらの燃料噴射孔33aに連通し、圧縮空
気を燃料噴射孔33aに噴射する空気噴射孔33bが各
燃料噴射孔33aに対応させて周方向に等間隔で複数個
形成されている。
【0023】前記空気流入管36は、圧縮空気を燃焼室
9内に供給するための空気流入路37を前記バーナ本体
31の外周に形成する部材であって、燃焼室9の隔壁1
7に固定されている。前記スワーラ35は、前記空気流
入路37を経て燃焼室9内に供給される圧縮空気を旋回
させるための固定羽根である。前記取付けリング34に
は、前記空気流入路37に流入する圧縮空気の一部を前
記ノズルキャップ33の空気噴射孔33bに導入する環
状の空気導入路34aが形成されている。
【0024】図2に示すように、各予混合バーナ26
は、圧縮空気を燃焼室9内に供給するための空気導入管
38と、この空気導入管38内に嵌め込み固定されたス
ワーラ39と、空気導入管38内に同心状に挿入されス
ワーラ39を介して空気導入管38に固定された外側燃
料導入管40と、この外側燃料導入管40に嵌合された
内側燃料導入管41と、スワーラ39の下流側に位置
し、基部を外側燃料導入管40に挿通させて固定された
前後2列の燃料ノズル42とを備えている。空気導入管
38は、その先端側(下流側)開口部が燃焼室9内に挿
入された状態で隔壁17に固定されており、この空気導
入管38と外側燃料導入管40との間には空気導入路4
6が形成されている。
【0025】燃焼筒8における前記第1の燃焼領域9a
よりも下流側には、短いパイプを貫通させて形成された
4個の第1の希釈用空気孔47が周方向に等間隔に配置
されており、この第1の希釈用空気孔47よりも下流側
の燃焼筒8の壁面に、4個の第2の希釈用空気孔48が
周方向に等間隔で形成されている。ハウジング7におけ
る第1の希釈用空気孔47に対向する部分には、4個の
追焚バーナ49が各々の先端部を第1の希釈用空気孔4
7に臨ませて取り付けられており、この4個の追焚バー
ナ49は、燃料を第1の希釈用空気孔47を通じて燃焼
室9内に噴射して、燃焼室9内に第2の燃焼領域9bを
形成させる。
【0026】つぎに、前記実施形態の動作について説明
する。図1のガスタービン1の運転スタート時に、図2
のパイロットバーナ25においては、圧縮機2から供給
された圧縮空気が、空気流入管36内に矢印P1で示す
ように流入し、スワーラ35を通って旋回流となって燃
焼室9内に供給される。一方、図3に示すバーナ本体3
1の燃料供給通路32には、中・高負荷に対応する低N
X 運転時よりも大流量のパイロット燃料Fが供給さ
れ、その燃料Fは、ノズルキャップ33の燃料噴射孔3
3aから燃焼室9内に噴出されて、前記した旋回した空
気により瞬間的に拡散され、かつ点火プラグ50により
着火される。このとき、旋回流の中心部には安定した保
炎部が形成される。パイロットバーナ25での大流量の
燃料噴射は低負荷運転時にも維持される。
【0027】このように、運転スタート時および低負荷
運転時にパイロットバーナ25では大流量のパイロット
燃料が噴射されるので、そのエジェクタ効果により、圧
縮空気P1が取付けリング34の空気導入路34aを経
て空気噴射孔33bから燃料噴射孔33aに吸入され、
燃料Fとともに燃焼室9内へ導入される。したがって、
このとき、燃料供給通路32に供給された燃料Fが、燃
料噴射孔33a、空気噴射孔33bおよび空気導入路3
4aを経て燃焼室9外に漏れることはない。
【0028】図2に示す予混合バーナ26では、空気導
入管38に流入した圧縮空気が、スワーラ39を通って
旋回して燃焼室9内に送られる。一方、低NOX 運転時
に内側燃料導入管41内に供給される燃料F0は、内側
燃料導入管41の先端から予混合バーナ先端部27の内
面に衝突したのちに、両燃料導入管40,41の基端側
へ折り返すように導かれて、放射状に延びた燃料ノズル
42から空気導入路46に噴射される。
【0029】このようにして、空気導入路46内の全域
において燃料と空気が均一な割合で十分に予混合され、
そのガスが燃焼室9内に供給され、パイロットバーナ2
5により形成された保炎部で着火されて、第1の燃焼領
域9aを形成し、高圧の燃焼ガスを発生する。ここで、
第1の燃焼領域9aでは空気と燃料が十分に混合されて
いるので、薄い混合気でも十分に燃焼する結果、燃焼温
度が低下して、NOXの発生量が抑制される。
【0030】中・高負荷の低NOX 運転時には、図3の
パイロットバーナ25の燃料供給通路32に供給するパ
イロット燃料Fを少量として、予混合火炎の安定化が図
られる。このとき、ノズルキャップ33の燃料噴射孔3
3aにおける燃料の噴射差圧は、燃料流量の2乗に比例
するので、先述した運転スタート時や低負荷運転時に比
べて極めて低くなる。これに伴い、燃料噴射孔33a内
の圧力が低くなり、空気流入路37の圧縮空気P1の一
部が、取付けリング34の空気導入路34aおよび空気
噴射孔33bを経て燃料噴射孔33a内に噴射されるの
で、燃焼室9内の燃焼ガスが燃料噴射孔33a内に逆流
することはなく、逆流に起因する燃料噴射孔33aの焼
損や閉塞を防止できる。
【0031】また、燃料噴射孔33aに流入する圧縮空
気により燃料噴射孔33aの周辺部を冷却することがで
きるので、パイロットバーナ25の長寿命化が可能とな
る。さらに、パイロットバーナ25の燃料経路を1系統
としたままで、前記逆流現象を解消できるので、燃料経
路を簡素化できる。また、燃料噴射孔33aおよび空気
噴射孔33bがノズルキャップ33に形成されているの
で、万一、燃料噴射孔33aまたは空気噴射孔33bが
傷んでも、ノズルキャップ33を交換するだけで済む。
【0032】図4は本発明の第2実施形態のバーナ装置
を適用したガスタービンにおける燃焼器3の縦断面図で
ある。この燃焼器3では、拡散燃焼式の単一のパイロッ
トバーナ55の外周に単一の予混合バーナ56が同心状
に設けられている。ハウジング7、燃焼筒8等の構成は
先の実施形態の場合と同様であり、同等部分には同一符
号を付して、ここではそれらの説明を省略する。
【0033】図5(A)に拡大して示すように、パイロ
ットバーナ55を構成するバーナ本体61内の中心部に
は、パイロット燃料Fを供給する燃料供給通路62が形
成され、バーナ本体61の先端部には前記燃料供給通路
62に連通し、斜め外方に向け開口した燃料噴射孔63
が円周方向に等間隔で複数個形成されるとともに、これ
らの燃料噴射孔63に連通して、圧縮空気P1を燃料噴
射孔63に噴射する空気噴射孔64が各燃料噴射孔63
に対応させて複数個形成されている。
【0034】また、バーナ本体61内における前記燃料
供給通路62の外周には、これと同心状に、圧縮空気P
1の一部を前記空気噴射孔64に流入させる環状の空気
流入路65が形成され、この空気流入路65には、バー
ナ本体61における前記予混合バーナ56よりも上流側
の位置で、周方向に間隔をあけて複数個設けられて径方
向外方に向け開口する複数個の空気吸入口66から、圧
縮空気P1が吸入される。
【0035】前記予混合バーナ56は、圧縮空気P1を
燃焼室9内に供給するための空気導入管68と、この空
気導入管68内に嵌め込み固定されたスワーラ69と、
前記バーナ本体61における前記スワーラ69よりも下
流側の位置に径方向外方に向けて放射状に設けられた複
数個の燃料ノズル72と、前記バーナ本体61内の最外
周部に形成され前記燃焼ノズル72に燃料F0を導入す
る燃料導入路73とを備えている。前記空気導入管68
は、燃焼室9の前壁(頭部)を形成する隔壁17に固定
されている。
【0036】この実施形態の場合にも、パイロットバー
ナ55の燃料供給通路62から大流量の燃料Fが供給さ
れる運転スタート時および低負荷運転時において、燃料
噴射孔63では、エジェクタ効果により、燃焼室9外の
圧縮空気P1が、空気吸入口66、空気流入路65およ
び空気噴射孔64を経て燃料噴射孔63内に噴射される
ので、パイロット燃料Fが空気噴射孔64、空気流入路
65および空気吸入口66を経て燃焼室9外に漏れるこ
とはない。
【0037】また、中・高負荷の低NOX 運転時には、
パイロットバーナ55の燃料供給通路62から供給され
るパイロット燃料Fは運転スタート時や低負荷運転時よ
りも小流量とされるので、これに応じて燃料噴射孔63
での燃料の噴射差圧が低くなるが、このとき、空気噴射
孔64から、圧力が低くなった燃料噴射孔63内に圧縮
空気P1が流入するので、燃料噴射孔63に燃焼ガスが
逆流するのを防止でき、逆流に起因する燃料噴射孔63
の焼損や閉塞を回避できるとともに、燃料噴射孔63へ
の圧縮空気の流入により燃料噴射孔63の周辺部を冷却
して、パイロットバーナ55の長寿命化が可能となる。
【0038】図6は本発明の第3実施形態のバーナ装置
の縦断面図であり、例えば図4に示す燃焼器3に適用さ
れる。このバーナ装置も、第2実施形態の場合と同様
に、拡散燃焼式の単一のパイロットバーナ75の外周に
単一の予混合バーナ56が同心状に設けられている。予
混合バーナ56の構成は第2実施形態の場合とほぼ同様
であり、同等部分には同一符号を付して、ここではそれ
らの説明を省略する。
【0039】この場合のパイロットバーナ75では、そ
のバーナ本体76の中心部に低NO X 運転時に小流量の
パイロット燃料F2を供給する小流量用燃料供給通路7
7が形成されるとともに、この小流量用燃料供給通路7
7の外周に、運転スタート時および低負荷運転時に大流
量のパイロット燃料F1を供給する環状の大流量用燃料
供給通路78が、小流量用燃料供給通路77と同心状に
形成されている。また、バーナ本体76の先端部には、
大流量用燃料供給通路78に連通し、斜め外方に向かっ
て開口した大流量用の第1の燃料噴射孔79が、円周方
向に等間隔で複数個形成されるとともに、前記小流量用
燃料供給通路77から供給される燃料F2を前記第1の
燃料噴射孔79内に噴射する小流量用の第2の燃料噴射
孔80が、第1の燃料噴射孔79に対応させて複数個形
成されている。第1および第2の燃料噴射孔79,80
の内径は、後者80の方が前者79よりも小さく設定さ
れている。
【0040】この実施形態の場合、例えば中・高負荷の
低NOX 運転時に大流量用の燃料供給通路77を遮断す
ると、その供給通路の圧力が低下するが、このとき、小
流量用の第2の燃料噴射孔80から第1の燃料噴射孔7
9内にパイロット燃料F2が噴射されて燃焼室9に吐出
するので、第1の燃料噴射孔79内に燃焼ガスが逆流す
るのを防止でき、逆流に起因する第1の燃料噴射孔79
の焼損や閉塞を回避できる。また、この実施形態では、
パイロットバーナ55の燃料経路を2系統としているの
で、小流量のパイロット燃料F2を噴射する場合でも、
第1の燃料噴射孔79よりも小径としておくことによ
り、燃料の噴射差圧を大きく維持でき、燃料の流量制御
が容易となる。したがって、多缶式の燃焼器の場合であ
っても、各々の燃焼器にパイロット燃料を均等に配分で
きる。
【0041】図7は本発明の第4実施形態のバーナ装置
の縦断面図であり、例えば図4に示す燃焼器3に適用さ
れる。このバーナ装置も、第2実施形態の場合と同様
に、拡散燃焼式の単一のパイロットバーナ85の外周に
単一の予混合バーナ56が同心状に設けられている。予
混合バーナ56の構成は第2実施形態の場合と同様であ
り、同等部分には同一符号を付して、ここではそれらの
説明を省略する。
【0042】この場合のパイロットバーナ75では、そ
のバーナ本体86の中心部に中・高負荷の低NOX 運転
時に小流量のパイロット燃料F2を供給する小流量用燃
料供給通路87が形成されるとともに、この小流量用燃
料供給通路87の外周に、運転スタート時および低負荷
運転時に大流量のパイロット燃料F1を供給する環状の
大流量用燃料供給路88が、小流量用燃料供給通路87
と同心状に形成されている。また、バーナ本体86の先
端部には、大流量用燃料供給通路88に連通し、予混合
バーナ56によって構成される予混合気通路57に向け
斜め外方に開口した大流量用の第1の燃料噴射孔89が
円周方向に等間隔で複数個形成されるとともに、前記大
流量用燃料供給通路88に連通する連通路91と、前記
小流量用燃料供給通路87から供給される燃料F2を前
記連通路91内へ噴射する小流量用の第2の燃料噴射孔
90とが形成されている。第2の燃料噴射孔90は、そ
の内径が第1の燃料噴射孔89よりも小さく設定されて
おり、例えば、小流量用燃料通路87の軸心に対して同
心円状に複数個形成される。
【0043】前記小流量用燃料供給通路87を形成する
導管93の先端部内側に閉止部材94が固定され、この
閉止部材94に前記燃料噴射孔90が形成され、さら
に、閉止部材94とバーナ本体86の内面との間に、前
記バーナ本体86の先端面に近接して径方向に広がった
形状の前記連通路91が形成されている。したがって、
この例では、連通路91は、導管93および閉止部材9
4とバーナ本体86の内端面との間に形成される円盤状
の空間91aと、導管93の外周面とバーナ本体86の
内周面との間に形成されて前記空間91aの外周部に連
通する環状の空間91bとで形成されている。環状の空
間91bには、導管93の先端部をバーナ本体86の内
周面に支持するステー95が、周方向に等間隔で複数個
配置されている。また、第2の燃料噴射孔90は、この
噴射孔90から噴射される燃料F2が前記バーナ本体8
6の先端面86aに向かうように軸方向下流側に向けて
形成されている。
【0044】この実施形態の場合、例えば中・高負荷の
低NOX 運転時に大流量用の燃料供給通路88を遮断す
ると、その供給通路88の圧力が低下するが、このとき
にも小流量用の第2の燃料噴射孔90から連通路91を
経て第1の燃料噴射孔89に燃料F2が噴射されて燃焼
室9に吐出するので、第1の燃料噴射孔89内に燃焼ガ
スが逆流するのを極力防止でき、逆流に起因する燃料噴
射孔89の焼損や閉塞を回避できる。また、第1の燃料
噴射孔89は予混合気通路57内に開口するから、例え
逆流が生じても、燃料ガスではなく、低温の予混合気が
第1の燃料噴射孔89内に侵入するだけである。したが
って、第1の燃料噴射孔89の焼損や閉塞は生じない。
【0045】さらに、第2の燃料噴射孔90から噴射し
た燃料F2が連通路91の壁面に垂直に当たるので、高
温にさらされるバーナ本体86の先端部をインピンジ冷
却でき、パイロットバーナ85の長寿命化が可能とな
る。また、この実施形態も、パイロットバーナ85の燃
料経路を2系統としているので、小流量のパイロット燃
料F2を噴射する場合でも、第2の燃料噴射孔90を小
径としておくことにより、燃料の噴射差圧を大きくでき
るので、燃料の流量制御が容易となる。したがって、多
缶式の燃焼器の場合であっても、各々の燃焼器にパイロ
ット燃料を均等に配分できる。
【0046】
【発明の効果】以上のように、本発明の請求項1のガス
タービンの燃焼器用バーナ装置によれば、パイロットバ
ーナの先端に形成した燃料噴射孔に、前記高圧空気を
噴射する空気噴射孔が連通されているため、パイロット
バーナからの燃料噴射流量を小流量とする低NOX 運転
時でも、パイロットバーナの先端の燃料噴射孔内には、
空気噴射孔から高圧空気が噴射されるので、パイロット
バーナの燃料噴射孔に燃焼ガスが逆流するのを防止で
き、その燃料噴射孔が焼損したり閉塞するのを回避でき
る。
【0047】また、本発明の請求項3のガスタービンの
燃焼器用バーナ装置によれば、パイロットバーナに、燃
料を燃焼器内へ噴射する大流量用の第1の燃料噴射孔
と、燃料を前記第1の燃料噴射孔内に噴射する小流量用
の第2の燃料噴射孔とが設けられているため、低NOX
運転時に、パイロットバーナにおける第1の燃料噴射孔
からの大流量の燃料を遮断しても、第2の燃料噴射孔か
ら第1の燃料噴射孔を経て小流量の燃料が噴射されるの
で、燃料噴射孔に燃焼ガスが逆流するのを防止でき、燃
料噴射孔の焼損や閉塞を回避できる。また、パイロット
燃料の供給ラインが2系統であるため、燃料噴射流量を
小流量とする低NOX 運転時でも、パイロット燃料の噴
射差圧を高く維持でき、多缶式の燃焼器の場合でも、各
々の燃焼器にパイロット燃料を均等に配分できる。
【0048】また、本発明の請求項4のガスタービンの
燃焼器用バーナ装置によれば、パイロットバーナの外周
に単一の前記予混合バーナが同心状に設けられ、 前記
パイロットバーナに、燃料を予混合バーナの予混合気通
路内へ噴射する大流量用の第1の燃料噴射孔と、この第
1の燃料噴射孔へ燃料を供給する燃料供給通路と、この
燃料供給通路に連通する連通路と、この連通路内へ燃料
を噴射する小流量用の第2の燃料噴射孔とが設けられて
いるため、低NOX 運転時に、パイロットバーナにおけ
る第1の燃料噴射孔からの大流量の燃料を遮断しても、
第2の燃料噴射孔から連通路、燃料供給通路および第1
の燃料噴射孔を経て小流量の燃料が噴射されて、第1の
燃料噴射孔に燃焼ガスが逆流するのを防止でき、燃料噴
射孔の焼損や閉塞を回避できる。また、パイロット燃料
の供給ラインが2系統であるため、パイロット燃料の噴
射流量を少量とする低NOX 運転時でも、パイロット燃
料の噴射差圧を高く維持でき、多缶式の燃焼器の場合で
も、各々の燃焼器にパイロット燃料を均等に配分でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係るバーナ装置を適用
したガスタービン設備の要部を示す概略構成図である。
【図2】同ガスタービン設備における燃焼器を示す縦断
面図である。
【図3】同燃焼器におけるバーナ装置を拡大して示す縦
断面図である。
【図4】本発明の第2の実施形態に係るバーナ装置を適
用した燃焼器を示す縦断面図である。
【図5】(A)は同燃焼器におけるバーナ装置を拡大し
て示す縦断面図、(B)は(A)におけるV−V矢視断
面図である。
【図6】本発明の第3実施形態に係るバーナ装置を示す
縦断面図である。
【図7】本発明の第4実施形態に係るバーナ装置を示す
縦断面図である。
【符号の説明】
1…ガスタービン、2…圧縮機、3…燃焼器、17…隔
壁、25,55,75,85…パイロットバーナ、2
6,56…予混合バーナ、31,61,76,86…バ
ーナ本体、32…燃料供給通路、33…ノズルキャッ
プ、33a…燃料噴射孔、33b…空気噴射孔、34…
取付けリング、35…スワーラ、36…空気流入管、3
7…空気流入路、46…空気導入路、79,89…第1
の燃料噴射孔、80,90…第2の燃料噴射孔、88…
大流量用燃料供給通路、91…連通路,F,F0,F
1,F2…燃料、P1…圧縮空気
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23R 3/28

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガスタービンの圧縮機からの高圧空気に
    燃料を混合して燃焼させる燃焼器に用いられるバーナ装
    置であって、 前記高圧空気を燃料と予混合して燃焼器内に導入する予
    混合バーナと、燃料を燃焼器内に供給して拡散燃焼させ
    るパイロットバーナとを有し、 前記パイロットバーナの先端に形成した燃料噴射孔
    に、前記高圧空気を噴射する空気噴射孔が連通されてい
    るガスタービンの燃焼器用バーナ装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記パイロットバー
    ナは、燃料供給通路が形成されたバーナ本体の先端に、
    前記燃料供給通路に連通する前記燃料噴射孔を有するノ
    ズルキャップが装着され、 このノズルキャップの外周に、取付けリングおよびスワ
    ーラを介して、ノズル本体の外周に空気流入路を形成す
    る空気流入管が装着されて、この空気流入管が燃焼器の
    隔壁に固定され、 前記ノズルキャップに前記空気噴射孔が形成され、 前記取付けリングに前記空気噴射孔に高圧空気を導入す
    る空気導入路が形成されているガスタービンの燃焼器用
    バーナ装置。
  3. 【請求項3】 ガスタービンの圧縮機からの高圧空気に
    燃料を混合して燃焼させる燃焼器に用いられるバーナ装
    置であって、 前記高圧空気を燃料と予混合して燃焼器内に導入する予
    混合バーナと、燃料を燃焼器内に供給して拡散燃焼させ
    るパイロットバーナとを有し、 前記パイロットバーナに、燃料を燃焼器内へ噴射する大
    流量用の第1の燃料噴射孔と、燃料を前記第1の燃料噴
    射孔内に噴射する小流量用の第2の燃料噴射孔とが設け
    られたガスタービンの燃焼器用バーナ装置。
  4. 【請求項4】 ガスタービンの圧縮機からの高圧空気に
    燃料を混合して燃焼させる燃焼器に用いられるバーナ装
    置であって、 前記高圧空気を燃料と予混合して燃焼器内に導入する予
    混合バーナと、燃料を燃焼器内に供給して拡散燃焼させ
    るパイロットバーナとを有し、 前記パイロットバーナの外周に単一の前記予混合バーナ
    が同心状に設けられ、 前記パイロットバーナに、燃料を予混合バーナの予混合
    気通路内へ噴射する大流量用の第1の燃料噴射孔と、こ
    の第1の燃料噴射孔へ燃料を供給する燃料供給通路と、
    この燃料供給通路に連通する連通路と、この連通路内へ
    燃料を噴射する小流量用の第2の燃料噴射孔とが設けら
    れたガスタービンの燃焼器用バーナ装置。
  5. 【請求項5】 請求項4において、前記連通路が筒形の
    前記パイロットバーナの先端面に近接して径方向に広が
    った形状を有し、燃料が前記第2の燃料噴射孔から連通
    路に前記先端面に向かう方向に噴射されるガスタービン
    の燃焼器用バーナ装置。
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