JP3077763B2 - ガスタービンの燃焼室 - Google Patents
ガスタービンの燃焼室Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/30—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply comprising fuel prevapourising devices
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
- F23C7/002—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
- F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
- F23D11/40—Mixing tubes or chambers; Burner heads
- F23D11/402—Mixing chambers downstream of the nozzle
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- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/34—Feeding into different combustion zones
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- F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
- F23R3/50—Combustion chambers comprising an annular flame tube within an annular casing
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
- F23C2900/07002—Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ガスタービンの燃焼室に関する。
［従来の技術］ ガスタービンの運転時に規定された極度に低いNOxエ
ミッションを考慮して多くのガスタービンメーカーは前
混合燃焼器を使用する方向に進んでいる。前混合燃焼器
の欠点の１つは、該前混合燃焼器が、きわめて低い空気
過剰率λで、例えば、λ＝２においても、ガスタービン
の圧縮機の後方温度に応じて消火することである。この
理由からこのような前混合燃焼器はガスタービンの部分
負荷運転時には単数又は複数のパイロット燃焼器によっ
て助成されねばならない。おおむねこのパイロット燃焼
器のために拡散型燃焼器が使用される。この技術は全負
荷範囲においてきわめて低いNOxエミッションを可能に
するが、これに対して部分負荷運転ではこの補助燃焼器
システムは著しく高いNOxエミッションを惹起する。拡
散型補助燃焼器を比較的希薄の燃料で稼働させたり、或
いはより小型の補助燃焼器を使用しようとする試みが種
々公知にはなっているが、燃焼不良でCO/UHCエミッショ
ンが著しく上昇するために成功するには至っていない。
この状態はCO/UHC−NOx Schereという名称で知られてい
る。
ミッションを考慮して多くのガスタービンメーカーは前
混合燃焼器を使用する方向に進んでいる。前混合燃焼器
の欠点の１つは、該前混合燃焼器が、きわめて低い空気
過剰率λで、例えば、λ＝２においても、ガスタービン
の圧縮機の後方温度に応じて消火することである。この
理由からこのような前混合燃焼器はガスタービンの部分
負荷運転時には単数又は複数のパイロット燃焼器によっ
て助成されねばならない。おおむねこのパイロット燃焼
器のために拡散型燃焼器が使用される。この技術は全負
荷範囲においてきわめて低いNOxエミッションを可能に
するが、これに対して部分負荷運転ではこの補助燃焼器
システムは著しく高いNOxエミッションを惹起する。拡
散型補助燃焼器を比較的希薄の燃料で稼働させたり、或
いはより小型の補助燃焼器を使用しようとする試みが種
々公知にはなっているが、燃焼不良でCO/UHCエミッショ
ンが著しく上昇するために成功するには至っていない。
この状態はCO/UHC−NOx Schereという名称で知られてい
る。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、ガスタービンの燃焼室においてNOxエミッ
ションを最小限に抑えることである。
ションを最小限に抑えることである。
［課題を解決するための手段］ 前記課題を解決する本発明の構成手段は、燃焼室が流
入側に所定数の２種の前混合燃焼器を装備し、両種の前
混合燃焼器が互いに並列されて同一方向の旋回流を発生
させるように方向づけられておりかつ異なった燃焼空気
量を流過させるように互いに異なった大きさに構成され
ており、しかも２つの大型の前混合燃焼器の中間には夫
々１つの小型の前混合燃焼器が位置しており、前混合燃
焼器が、少なくとも２つの互いにオーバーラップして配
置されていて流動方向に末広がりになる円錐勾配を有す
る中空の部分円錐体から成り、両部分円錐体の中心軸線
が互いにずれて部分円錐体の縦方向に延びており、かつ
両部分円錐体によって形成された円錐中空形の内室内の
流入側に少なくとも１つの燃料ノズルが配置されてお
り、該燃料ノズルの燃料噴射口が、両部分円錐体の互い
にずれた中心軸線の真中に位置し、前記の両部分円錐体
が接線方向空気取入れスロットを有している点にある。
入側に所定数の２種の前混合燃焼器を装備し、両種の前
混合燃焼器が互いに並列されて同一方向の旋回流を発生
させるように方向づけられておりかつ異なった燃焼空気
量を流過させるように互いに異なった大きさに構成され
ており、しかも２つの大型の前混合燃焼器の中間には夫
々１つの小型の前混合燃焼器が位置しており、前混合燃
焼器が、少なくとも２つの互いにオーバーラップして配
置されていて流動方向に末広がりになる円錐勾配を有す
る中空の部分円錐体から成り、両部分円錐体の中心軸線
が互いにずれて部分円錐体の縦方向に延びており、かつ
両部分円錐体によって形成された円錐中空形の内室内の
流入側に少なくとも１つの燃料ノズルが配置されてお
り、該燃料ノズルの燃料噴射口が、両部分円錐体の互い
にずれた中心軸線の真中に位置し、前記の両部分円錐体
が接線方向空気取入れスロットを有している点にある。
［作用］ 以下主燃焼器と呼ばれる大型の前混合燃焼器は、以下
パイロット燃焼器と呼ばれる小型の前混合燃焼器に対し
て、両種の燃焼器を通流する燃焼空気に関して或る量比
関係にあり、該量比関係は使用例に応じて規定される。
燃焼室のすべての負荷範囲においてパイロット燃焼器は
独立した前混合燃焼器として働き、その場合の空気過剰
率はほぼ一定である。本発明によってパイロット燃焼器
が負荷の全範囲において前混合燃焼器の理想的な混合気
で稼働することができるので、NOxエミッションは部分
負荷運転時においてもきわめて僅少である。
パイロット燃焼器と呼ばれる小型の前混合燃焼器に対し
て、両種の燃焼器を通流する燃焼空気に関して或る量比
関係にあり、該量比関係は使用例に応じて規定される。
燃焼室のすべての負荷範囲においてパイロット燃焼器は
独立した前混合燃焼器として働き、その場合の空気過剰
率はほぼ一定である。本発明によってパイロット燃焼器
が負荷の全範囲において前混合燃焼器の理想的な混合気
で稼働することができるので、NOxエミッションは部分
負荷運転時においてもきわめて僅少である。
主燃焼器とパイロット燃焼器とが、互いに異なった大
きさの所謂二重円錐体燃焼器から成り、かつこれらが１
つの環状燃焼室に組込まれているのが有利である。この
ような状況では環状燃焼室において循環流線はパイロッ
ト燃焼器の渦中心にきわめて近く接近するので、着火は
このパイロット燃焼器でのみ可能である。回転数アップ
時には、パイロット燃焼器を介して供給される燃料量
は、パイロット燃焼器が制御されるまで、すなわち燃料
量がフルに使用されるまで高められる。構成は、この時
点がガスタービンの負荷ドロップ条件に相当するように
選ばれる。次いでその後の出力上昇は主燃焼器を介して
行われる。装置のピーク負荷時には主燃焼器もフル制御
されている。パイロット燃焼器の「小さな」高温の渦中
心は主燃焼器の大きな、比較的低温の渦中心の中間で極
度に不安定であるので、希薄な燃料で主燃焼器が稼働す
る場合でも部分負荷運転範囲においてCO/UHCエミッショ
ンの低い極めて良好な燃焼が得られる。すなわちパイロ
ット燃焼器の高温渦流が主燃焼器の冷い渦流内へ即座に
侵入する訳である。
きさの所謂二重円錐体燃焼器から成り、かつこれらが１
つの環状燃焼室に組込まれているのが有利である。この
ような状況では環状燃焼室において循環流線はパイロッ
ト燃焼器の渦中心にきわめて近く接近するので、着火は
このパイロット燃焼器でのみ可能である。回転数アップ
時には、パイロット燃焼器を介して供給される燃料量
は、パイロット燃焼器が制御されるまで、すなわち燃料
量がフルに使用されるまで高められる。構成は、この時
点がガスタービンの負荷ドロップ条件に相当するように
選ばれる。次いでその後の出力上昇は主燃焼器を介して
行われる。装置のピーク負荷時には主燃焼器もフル制御
されている。パイロット燃焼器の「小さな」高温の渦中
心は主燃焼器の大きな、比較的低温の渦中心の中間で極
度に不安定であるので、希薄な燃料で主燃焼器が稼働す
る場合でも部分負荷運転範囲においてCO/UHCエミッショ
ンの低い極めて良好な燃焼が得られる。すなわちパイロ
ット燃焼器の高温渦流が主燃焼器の冷い渦流内へ即座に
侵入する訳である。
［実施例］ 次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。
但し、本発明を理解するために直接必要としないエレ
メントは、すべてその説明を省いた。なお第1a図〜第７
図のすべての図面において同一のエレメントには同じ符
号を付し、また媒体の流動方向は矢印で示した。
メントは、すべてその説明を省いた。なお第1a図〜第７
図のすべての図面において同一のエレメントには同じ符
号を付し、また媒体の流動方向は矢印で示した。
第1a図及び第1b図は夫々主燃焼器Ｂの平面もしくはパ
イロット燃焼器Ｃの平面で切った環状燃焼室Ａの概略断
面図である。図示の環状燃焼室Ａは、該環状燃焼室Ａの
中心軸線Ｅを示す一点鎖線から判るようにタービン入口
Ｄの方向に円錐状に延びている。主燃焼器Ｂ及びパイロ
ット燃焼器Ｃには夫々独自のノズル３が配設されてい
る。この概略図から判るように前記の両燃焼器B,Cは同
時に前混合燃焼器を成しており、要するに慣用の前混合
ゾーンを有していない訳である。勿論これらの前混合燃
焼器B,Cは、独自の構想とは関わりなく、前壁10を介し
て前混合ゾーンへバックファィヤが生じる虞れがないよ
うに設計されていなければならない。この条件を有利に
満たす前混合燃焼器は第２図〜第５図に示され後述の通
りである、その場合両混合器種（主燃焼器Ｂとパイロッ
ト燃焼器Ｃ）の構成は等しくてもよく、ただそのサイズ
が異なっているにすぎない。環状燃焼室Ａが平均サイズ
の場合、主燃焼器Ｂとパイロット燃焼器Ｃとのサイズ比
は、燃焼空気の約23％がパイロット燃焼器Ｃを、また約
77％が主燃焼器Ｂを通流するように選ばれる。
イロット燃焼器Ｃの平面で切った環状燃焼室Ａの概略断
面図である。図示の環状燃焼室Ａは、該環状燃焼室Ａの
中心軸線Ｅを示す一点鎖線から判るようにタービン入口
Ｄの方向に円錐状に延びている。主燃焼器Ｂ及びパイロ
ット燃焼器Ｃには夫々独自のノズル３が配設されてい
る。この概略図から判るように前記の両燃焼器B,Cは同
時に前混合燃焼器を成しており、要するに慣用の前混合
ゾーンを有していない訳である。勿論これらの前混合燃
焼器B,Cは、独自の構想とは関わりなく、前壁10を介し
て前混合ゾーンへバックファィヤが生じる虞れがないよ
うに設計されていなければならない。この条件を有利に
満たす前混合燃焼器は第２図〜第５図に示され後述の通
りである、その場合両混合器種（主燃焼器Ｂとパイロッ
ト燃焼器Ｃ）の構成は等しくてもよく、ただそのサイズ
が異なっているにすぎない。環状燃焼室Ａが平均サイズ
の場合、主燃焼器Ｂとパイロット燃焼器Ｃとのサイズ比
は、燃焼空気の約23％がパイロット燃焼器Ｃを、また約
77％が主燃焼器Ｂを通流するように選ばれる。
主燃焼器Ｂ及びパイロット燃焼器Ｃの構成を一層良く
理解するためには、第２図に、第３図〜第５図の個々の
断面図を同時にオーバラップさせて見れば有利である。
また第２図を必要以上に作図して、却って不得要領にな
らないようにするために、第２図では、第３図〜第５図
に示した案内プレート21a,21bはただ示唆するにとどめ
た。また以下の第２図の説明においても第３図〜第５図
を必要に応じて選択的に参照することにする。
理解するためには、第２図に、第３図〜第５図の個々の
断面図を同時にオーバラップさせて見れば有利である。
また第２図を必要以上に作図して、却って不得要領にな
らないようにするために、第２図では、第３図〜第５図
に示した案内プレート21a,21bはただ示唆するにとどめ
た。また以下の第２図の説明においても第３図〜第５図
を必要に応じて選択的に参照することにする。
第２図に示した燃焼器B/C（これは構成の点から見れ
ばパイロット燃焼器Ｃであっても主燃焼器Ｂであっても
よい）は、互いにずらして配置された２つの半割中空の
部分円錐体1,2から成っている。両方の部分円錐体1,2の
各中心軸線1b,2b相互のずれによってノズル３の両側で
鏡面対称的に夫々１つの接線方向空気取入れスロット1
9,20が解放され（第３図〜第５図）、該接線方向空気取
入れスロットを通って燃焼空気15は燃焼器B/Cの内室す
なわち円錐中空室14へ流入する。両方の部分円錐体1,2
は、該部分円錐体1,2に相応して互いにずれて延びる円
筒始端部分1a,2aを夫々有しているので、接線方向空気
取入れスロット19,20は始端から存在している。前記円
筒始端部分1a,2a内にノズル３が内蔵されており、該ノ
ズルの燃料噴射口４は、２つの部分円錐体1,2によって
形成された円錐中空室14の最狭横断面と合致する。該ノ
ズル３の大きさは、燃焼器種に基づいて、すなわちパイ
ロット燃焼器Ｃであるか、それとも主燃焼器Ｂであるか
に基づいて決まる。燃焼器を純然たる円錐形に、要する
に円筒始端部分1a,2aなしに、構成することも勿論可能
である。両部分円錐体1,2は夫々燃料導管8,9を有し、該
燃料導管は複数のポート17を有し、該ポートを通って気
相燃料13が噴出し、かつ接線方向空気取入れスロット1
9,20を通って流れる燃料空気15に混合される。前記燃料
導管8,9の位置は接線方向空気取入れスロット19,20の端
部に設けられているので、そこでも気相燃料13と流入す
る燃焼空気15との混合部16が生じる。燃焼器B/Cは燃焼
室22寄りに前壁10を形成するプレートを有している。ノ
ズル３を通って流れる液相燃料12は、燃焼器出口平面に
おいてできるだけ均質な円錐形燃料スプーレを生じめる
ように鋭角を成して円錐中空室14内へ噴入される。燃料
噴射口４は、空気で助成されるノズル又は圧力噴霧器で
あってもよい。勿論、燃焼室の或る種の稼働形式では、
例えばヨーロッパ特許出願公開第210462号明細書に開示
されているような、気相燃料と液相燃料の供給される二
重燃焼器であってもよい。ノズル３からの液相燃料の円
錐形噴射体５は、接線方向に流入して旋回する燃焼空気
15の流れによって取囲まれる。液相燃料12の濃度は、混
入される燃焼空気15によって軸方向で連続的に低減され
る。気相燃料13/16が燃焼される場合、燃焼空気15の混
合気形成は接線方向空気取入れスロット19,20の端部で
直接行われる。液相燃料が噴入されると、渦流破壊部域
において、要するに逆流ゾーン６において全横断面にわ
たって最適の均質の燃料濃度が得られる。点火は逆流ゾ
ーン６の先端で行われる。この部位で初めて安定した火
炎フロント７が生じることができる。公知の前混合ゾー
ンでは燃焼器内部へ火炎が逆行する虞れが潜在してお
り、複雑な火炎保持手段を講じる必要があったのに対し
て、本発明では、このような火炎逆行の虞れはない。燃
焼空気15が予熱されていれば、混合気の着火点が燃焼器
の出口に達する前に液相燃料12の自然気化が生じる。気
化の度合が、燃焼器のサイズ、液相燃料12における霧滴
サイズの分布状態及び燃焼空気15の温度に関連している
のは勿論である。低温の燃焼空気15による液相燃料霧滴
の混和以外に、予熱された燃焼空気15によって付加的に
液相燃料霧滴が部分気化されるか完全気化されるかには
係わりなく、酸化窒素又は一酸化炭素の放出ガス（エミ
ッション）は、空気過剰率が少なくとも60％であれば低
く抑えられる。従ってNOxエミッションを最小限にする
ための付加的な手段が効果的になる。燃焼ゾーンへ液相
燃料が入る前に完全気化が行われる場合には有毒物質の
放出値は最低になる。同等のことは、過剰空気に代えて
排ガスを再利用するような近似化学量的運用についても
当て嵌まる。部分円錐体1,2の円錐勾配及び接線方向空
気取入れスロット19,20の幅を設計する場合、火炎を安
定化させるために燃焼器開口域における空気の逆流ゾー
ン６と共に所望の空気流動フイールドが生じるように狭
い許容誤差範囲が維持されねばならない。概括的に云え
ることは、接線方向空気取入れスロット19,20の縮小化
は逆流ゾーン６を更に上流寄りにシフトし、ひいては混
合気の早期点火を生ぜしめることである。更にここで確
認しておくべきことは、ひとたび幾何学的に固定された
逆流ゾーン６はそれ自体位置安定的であることである。
それというのは燃焼空気の旋回数が燃焼器の円錐形域で
は流動方向に増加するからである。本発明の燃焼器の構
造は、燃焼器の長さが予め規定されている場合は、部分
円錐体1,2を着脱可能な継手によって前壁10のプレート
に固定したことによって、接線方向空気取入れスロット
19,20の大きさを変化するのに殊に適している。両方の
部分円錐体1,2を互いに接近又は離間する半径方向でシ
フトすることによって両方の中心軸線1bと2bの間隔は縮
小又は拡大され、ひいては接線方向空気取入れスロット
19,20のギャップ寸法が、第３図〜第５図から特に良く
判るように変化される。勿論、両方の部分円錐体1,2を
別の平面内で互いにシフトすることもでき、これによっ
て両者のオーバラップを制御することも可能である。ま
た両方の部分円錐体1,2を逆向きの回動によってスパイ
ラル状に互いにシフトすることも可能である。従って接
線方向空気取入れスロット19,20の形状と大きさを任意
に変化できるのは明らかであり、これによって構造長さ
を変じることなく燃焼器を個々に適合させることが可能
になる。
ばパイロット燃焼器Ｃであっても主燃焼器Ｂであっても
よい）は、互いにずらして配置された２つの半割中空の
部分円錐体1,2から成っている。両方の部分円錐体1,2の
各中心軸線1b,2b相互のずれによってノズル３の両側で
鏡面対称的に夫々１つの接線方向空気取入れスロット1
9,20が解放され（第３図〜第５図）、該接線方向空気取
入れスロットを通って燃焼空気15は燃焼器B/Cの内室す
なわち円錐中空室14へ流入する。両方の部分円錐体1,2
は、該部分円錐体1,2に相応して互いにずれて延びる円
筒始端部分1a,2aを夫々有しているので、接線方向空気
取入れスロット19,20は始端から存在している。前記円
筒始端部分1a,2a内にノズル３が内蔵されており、該ノ
ズルの燃料噴射口４は、２つの部分円錐体1,2によって
形成された円錐中空室14の最狭横断面と合致する。該ノ
ズル３の大きさは、燃焼器種に基づいて、すなわちパイ
ロット燃焼器Ｃであるか、それとも主燃焼器Ｂであるか
に基づいて決まる。燃焼器を純然たる円錐形に、要する
に円筒始端部分1a,2aなしに、構成することも勿論可能
である。両部分円錐体1,2は夫々燃料導管8,9を有し、該
燃料導管は複数のポート17を有し、該ポートを通って気
相燃料13が噴出し、かつ接線方向空気取入れスロット1
9,20を通って流れる燃料空気15に混合される。前記燃料
導管8,9の位置は接線方向空気取入れスロット19,20の端
部に設けられているので、そこでも気相燃料13と流入す
る燃焼空気15との混合部16が生じる。燃焼器B/Cは燃焼
室22寄りに前壁10を形成するプレートを有している。ノ
ズル３を通って流れる液相燃料12は、燃焼器出口平面に
おいてできるだけ均質な円錐形燃料スプーレを生じめる
ように鋭角を成して円錐中空室14内へ噴入される。燃料
噴射口４は、空気で助成されるノズル又は圧力噴霧器で
あってもよい。勿論、燃焼室の或る種の稼働形式では、
例えばヨーロッパ特許出願公開第210462号明細書に開示
されているような、気相燃料と液相燃料の供給される二
重燃焼器であってもよい。ノズル３からの液相燃料の円
錐形噴射体５は、接線方向に流入して旋回する燃焼空気
15の流れによって取囲まれる。液相燃料12の濃度は、混
入される燃焼空気15によって軸方向で連続的に低減され
る。気相燃料13/16が燃焼される場合、燃焼空気15の混
合気形成は接線方向空気取入れスロット19,20の端部で
直接行われる。液相燃料が噴入されると、渦流破壊部域
において、要するに逆流ゾーン６において全横断面にわ
たって最適の均質の燃料濃度が得られる。点火は逆流ゾ
ーン６の先端で行われる。この部位で初めて安定した火
炎フロント７が生じることができる。公知の前混合ゾー
ンでは燃焼器内部へ火炎が逆行する虞れが潜在してお
り、複雑な火炎保持手段を講じる必要があったのに対し
て、本発明では、このような火炎逆行の虞れはない。燃
焼空気15が予熱されていれば、混合気の着火点が燃焼器
の出口に達する前に液相燃料12の自然気化が生じる。気
化の度合が、燃焼器のサイズ、液相燃料12における霧滴
サイズの分布状態及び燃焼空気15の温度に関連している
のは勿論である。低温の燃焼空気15による液相燃料霧滴
の混和以外に、予熱された燃焼空気15によって付加的に
液相燃料霧滴が部分気化されるか完全気化されるかには
係わりなく、酸化窒素又は一酸化炭素の放出ガス（エミ
ッション）は、空気過剰率が少なくとも60％であれば低
く抑えられる。従ってNOxエミッションを最小限にする
ための付加的な手段が効果的になる。燃焼ゾーンへ液相
燃料が入る前に完全気化が行われる場合には有毒物質の
放出値は最低になる。同等のことは、過剰空気に代えて
排ガスを再利用するような近似化学量的運用についても
当て嵌まる。部分円錐体1,2の円錐勾配及び接線方向空
気取入れスロット19,20の幅を設計する場合、火炎を安
定化させるために燃焼器開口域における空気の逆流ゾー
ン６と共に所望の空気流動フイールドが生じるように狭
い許容誤差範囲が維持されねばならない。概括的に云え
ることは、接線方向空気取入れスロット19,20の縮小化
は逆流ゾーン６を更に上流寄りにシフトし、ひいては混
合気の早期点火を生ぜしめることである。更にここで確
認しておくべきことは、ひとたび幾何学的に固定された
逆流ゾーン６はそれ自体位置安定的であることである。
それというのは燃焼空気の旋回数が燃焼器の円錐形域で
は流動方向に増加するからである。本発明の燃焼器の構
造は、燃焼器の長さが予め規定されている場合は、部分
円錐体1,2を着脱可能な継手によって前壁10のプレート
に固定したことによって、接線方向空気取入れスロット
19,20の大きさを変化するのに殊に適している。両方の
部分円錐体1,2を互いに接近又は離間する半径方向でシ
フトすることによって両方の中心軸線1bと2bの間隔は縮
小又は拡大され、ひいては接線方向空気取入れスロット
19,20のギャップ寸法が、第３図〜第５図から特に良く
判るように変化される。勿論、両方の部分円錐体1,2を
別の平面内で互いにシフトすることもでき、これによっ
て両者のオーバラップを制御することも可能である。ま
た両方の部分円錐体1,2を逆向きの回動によってスパイ
ラル状に互いにシフトすることも可能である。従って接
線方向空気取入れスロット19,20の形状と大きさを任意
に変化できるのは明らかであり、これによって構造長さ
を変じることなく燃焼器を個々に適合させることが可能
になる。
第３図〜第５図に基づいて又、案内プレート21a,21b
の位置も明らかである。該案内プレート21b,21aは流れ
導入機能を有し、しかもその長さに応じて部分円錐体1,
2の各端部を燃焼空気15の流動方向で延長する。円錐中
空室14内へ燃焼空気を通路状に最適に連絡するために案
内プレート21a,21bは旋回支点23を中心として開閉され
る。これが特に必要になるのは、接線方向空気取入れス
ロット19,20の最初のギャップサイズを変化する場合で
ある。しかし燃焼器を案内プレートなしにも稼働させう
るのは勿論である。
の位置も明らかである。該案内プレート21b,21aは流れ
導入機能を有し、しかもその長さに応じて部分円錐体1,
2の各端部を燃焼空気15の流動方向で延長する。円錐中
空室14内へ燃焼空気を通路状に最適に連絡するために案
内プレート21a,21bは旋回支点23を中心として開閉され
る。これが特に必要になるのは、接線方向空気取入れス
ロット19,20の最初のギャップサイズを変化する場合で
ある。しかし燃焼器を案内プレートなしにも稼働させう
るのは勿論である。
第６図には前壁10のセクタ部分が示されている。この
図面から個々の主燃焼器Ｂとパイロット燃焼器Ｃの配置
形式が明らかである。主燃焼器Ｂとパイロット燃焼器Ｃ
は環状燃焼室Ａの全周にわたって均等にかつ交互に配分
されている。主燃焼器Ｂとパイロット燃焼器Ｃとの図示
のサイズ差は質的なものでしかない。個々の燃焼器の有
効サイズ並びに環状燃焼室Ａの前壁10の全周にわたって
の燃焼器の配分と数は、すでに前述した通り、燃焼室自
体の出力とサイズに基づいて決まる。交互に配置された
主燃焼器Ｂとパイロット燃焼器Ｃはすべて、環状燃焼室
Ａの入口面を形成する単一のリング状前壁10に同じ高さ
で開口している。
図面から個々の主燃焼器Ｂとパイロット燃焼器Ｃの配置
形式が明らかである。主燃焼器Ｂとパイロット燃焼器Ｃ
は環状燃焼室Ａの全周にわたって均等にかつ交互に配分
されている。主燃焼器Ｂとパイロット燃焼器Ｃとの図示
のサイズ差は質的なものでしかない。個々の燃焼器の有
効サイズ並びに環状燃焼室Ａの前壁10の全周にわたって
の燃焼器の配分と数は、すでに前述した通り、燃焼室自
体の出力とサイズに基づいて決まる。交互に配置された
主燃焼器Ｂとパイロット燃焼器Ｃはすべて、環状燃焼室
Ａの入口面を形成する単一のリング状前壁10に同じ高さ
で開口している。
第７図には第６図と同じセクタ部分が示されている
が、ここでは各燃焼器によって発生される個々の渦中心
が示されている。パイロット燃焼器Ｃに起因する小さな
高温の渦中心Ｃ′は、主燃焼器Ｂに起因した大きな低温
の渦中心Ｂ′間で作用しかつ著しく不安定なので、作動
すると直ちに低温の渦中心Ｂ′内へ侵入する傾向があ
る。これにより、主燃焼器Ｂが、部分負荷運転時のよう
に、希薄燃料で稼働する場合でさえも、きわめて良好な
燃焼が生じ、CO/UHCエミッションも低くなる。
が、ここでは各燃焼器によって発生される個々の渦中心
が示されている。パイロット燃焼器Ｃに起因する小さな
高温の渦中心Ｃ′は、主燃焼器Ｂに起因した大きな低温
の渦中心Ｂ′間で作用しかつ著しく不安定なので、作動
すると直ちに低温の渦中心Ｂ′内へ侵入する傾向があ
る。これにより、主燃焼器Ｂが、部分負荷運転時のよう
に、希薄燃料で稼働する場合でさえも、きわめて良好な
燃焼が生じ、CO/UHCエミッションも低くなる。
主燃焼器Ｂとパイロット燃焼器Ｃが等方向の渦を発生
するので、該渦の上下で、主燃焼器Ｂ及びパイロット燃
焼器Ｃを囲んで循環する流れが、流線Ｆ′,F″で示すよ
うに生じる。この状態は、同一方向に回転するローラに
よって動かされるエンドレスコンベヤに対比してみれば
判る。この場合、ローラの役割は、等方向に噴射する燃
焼器によって引受けられる。
するので、該渦の上下で、主燃焼器Ｂ及びパイロット燃
焼器Ｃを囲んで循環する流れが、流線Ｆ′,F″で示すよ
うに生じる。この状態は、同一方向に回転するローラに
よって動かされるエンドレスコンベヤに対比してみれば
判る。この場合、ローラの役割は、等方向に噴射する燃
焼器によって引受けられる。
第1a図は主燃焼器の平面で環状燃焼室を断面して示した
概略断面図、第1b図はパイロット燃焼器の平面で環状燃
焼室を断面して示した概略断面図、第２図は一部破断し
て示した２重円錐型燃焼器の斜視図、第３図、第４図及
び第５図は第２図に示した２重円錐型燃焼器を第２図の
III−III線、IV−IV線、及びＶ−Ｖ線に沿って断面した
略示図、第６図は複数の２重円錐型燃焼器の配置関係を
略示した前壁正面図、第７図は前壁に投影された流線経
過図である。 Ａ……環状燃焼室、Ｂ……主燃焼器、Ｂ′……主燃焼器
の渦中心、Ｃ……パイロット燃焼器、Ｃ′……パイロッ
ト燃焼器の渦中心、Ｄ……タービン入口、Ｅ……中心軸
線、Ｆ′,F″……循環流線、1,2……部分円錐体、1a,2a
……円筒始端部分、1b,2b……中心軸線、３……ノズ
ル、４……燃料噴射口、５……液相燃料の円錐形噴射
体、６……逆流ゾーン（渦流破壊部）、７……火炎フロ
ント、8,9……気相燃料用導管、10……前壁、12……液
相燃料、13……気相燃料、14……円錐中空室、15……燃
焼空気、16……混合部、17……ポート、19,20……接線
方向空気取入れスロット、21a,21b……案内プレート、2
2……燃焼室、23……旋回支点
概略断面図、第1b図はパイロット燃焼器の平面で環状燃
焼室を断面して示した概略断面図、第２図は一部破断し
て示した２重円錐型燃焼器の斜視図、第３図、第４図及
び第５図は第２図に示した２重円錐型燃焼器を第２図の
III−III線、IV−IV線、及びＶ−Ｖ線に沿って断面した
略示図、第６図は複数の２重円錐型燃焼器の配置関係を
略示した前壁正面図、第７図は前壁に投影された流線経
過図である。 Ａ……環状燃焼室、Ｂ……主燃焼器、Ｂ′……主燃焼器
の渦中心、Ｃ……パイロット燃焼器、Ｃ′……パイロッ
ト燃焼器の渦中心、Ｄ……タービン入口、Ｅ……中心軸
線、Ｆ′,F″……循環流線、1,2……部分円錐体、1a,2a
……円筒始端部分、1b,2b……中心軸線、３……ノズ
ル、４……燃料噴射口、５……液相燃料の円錐形噴射
体、６……逆流ゾーン（渦流破壊部）、７……火炎フロ
ント、8,9……気相燃料用導管、10……前壁、12……液
相燃料、13……気相燃料、14……円錐中空室、15……燃
焼空気、16……混合部、17……ポート、19,20……接線
方向空気取入れスロット、21a,21b……案内プレート、2
2……燃焼室、23……旋回支点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 英国特許出願公開914906（ＧＢ，Ａ) 仏国特許出願公開944310（ＦＲ，Ａ １) 仏国特許出願公開1130091（ＦＲ，Ａ １)
Claims (5)
- 【請求項１】燃焼室（Ａ）が流入側に所定数の２種の前
混合燃焼器（B,C）を装備し、両種の前混合燃焼器が互
いに並列配列されて同一方向の旋回流を発生させるよう
に方向づけられておりかつ異なった燃焼空気量を流過さ
せるように互いに異なった大きさに構成されており、し
かも２つの大型の前混合燃焼器（Ｂ）の中間には夫々１
つの小型の前混合燃焼器（Ｃ）が位置しており、前混合
燃焼器（B,C）が、少なくとも２つの互いにオーバーラ
ップして配置されていて流動方向に末広がりになる円錐
勾配を有する中空の部分円錐体（1,2）から成り、両部
分円錐体の中心軸線（1b,2b）が互いにずれて部分円錐
体（1,2）の縦方向に延びており、かつ両部分円錐体
（1,2）によって形成された円錐中空形の内室（14）内
の流入側に少なくとも１つの燃料ノズル（３）が配置さ
れており、該燃料ノズルの燃料噴射口（４）が、両部分
円錐体（1,2）の互いにずれた中心軸線（1b,2b）の真中
に位置し、前記の両部分円錐体（1,2）が接線方向空気
取入れスロット（19,20）を有していることを特徴とす
る、ガスタービンの燃焼室。 - 【請求項２】大型の前混合燃焼器（Ｂ）を燃焼空気の77
％が、また小型の前混合燃焼器（Ｃ）を燃焼空気の23％
が通流する。請求項１記載の燃焼室。 - 【請求項３】大型の前混合燃焼器（Ｂ）が燃焼室の主燃
焼器であって、小型の前混合燃焼器（Ｃ）が燃焼室のパ
イロット燃焼器である、請求項１又は２記載の燃焼室。 - 【請求項４】接線方向空気取入れスロット（19,20）の
区域に別の複数の燃料ノズル（16,17）が設けられてい
る、請求項１から３のいずれか１項記載の燃焼室。 - 【請求項５】燃焼室（Ａ）が環状燃焼室であり、該環状
燃焼室の全周にわたって流入側に大型の前混合燃焼器
（Ｂ）と小型の前混合燃焼器（Ｃ）が交互にかつ統一し
た相互間隔をおいて配置されており、しかも大型の前混
合燃焼器（Ｂ）と小型の前混合燃焼器（Ｃ）が単一のリ
ング状の前壁（10）内に開口している、請求項１から４
までのいずれか１項記載の燃焼室。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH945/89-5 | 1989-03-15 | ||
| CH945/89A CH678757A5 (ja) | 1989-03-15 | 1989-03-15 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02275221A JPH02275221A (ja) | 1990-11-09 |
| JP3077763B2 true JP3077763B2 (ja) | 2000-08-14 |
Family
ID=4198824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02060146A Expired - Lifetime JP3077763B2 (ja) | 1989-03-15 | 1990-03-13 | ガスタービンの燃焼室 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5081844A (ja) |
| EP (1) | EP0387532B1 (ja) |
| JP (1) | JP3077763B2 (ja) |
| AT (1) | ATE114803T1 (ja) |
| CA (1) | CA2011545A1 (ja) |
| CH (1) | CH678757A5 (ja) |
| DE (1) | DE59007789D1 (ja) |
| RU (1) | RU1835031C (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5193995A (en) * | 1987-12-21 | 1993-03-16 | Asea Brown Boveri Ltd. | Apparatus for premixing-type combustion of liquid fuel |
| EP0481111B1 (de) * | 1990-10-17 | 1995-06-28 | Asea Brown Boveri Ag | Brennkammer einer Gasturbine |
| AU2923792A (en) * | 1991-10-28 | 1993-06-07 | Irvin Glassman | Asymmetric whirl combustion |
| CH684963A5 (de) * | 1991-11-13 | 1995-02-15 | Asea Brown Boveri | Ringbrennkammer. |
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| DE4223828A1 (de) * | 1992-05-27 | 1993-12-02 | Asea Brown Boveri | Verfahren zum Betrieb einer Brennkammer einer Gasturbine |
| EP0576697B1 (de) * | 1992-06-29 | 1997-08-27 | Abb Research Ltd. | Brennkammer einer Gasturbine |
| FR2695460B1 (fr) * | 1992-09-09 | 1994-10-21 | Snecma | Chambre de combustion de turbomachine à plusieurs injecteurs. |
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| DE4411624A1 (de) * | 1994-04-02 | 1995-10-05 | Abb Management Ag | Brennkammer mit Vormischbrennern |
| DE4412315B4 (de) * | 1994-04-11 | 2005-12-15 | Alstom | Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben der Brennkammer einer Gasturbine |
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| DE10345566A1 (de) | 2003-09-29 | 2005-04-28 | Alstom Technology Ltd Baden | Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine sowie Gasturbinenanlage zur Durchführung des Verfahrens |
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| FR1130091A (fr) * | 1954-05-06 | 1957-01-30 | Nat Res Dev | Perfectionnements apportés aux dispositifs de combustion |
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1989
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-
1990
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- 1990-02-13 DE DE59007789T patent/DE59007789D1/de not_active Expired - Lifetime
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