JP3132941B2 - Gas turbine premixed combustor - Google Patents

Gas turbine premixed combustor

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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンの予混型
燃焼器に関し、より詳細には、燃料と空気との混合を均
一化してNOxの低減を有効に図るようにした予混型燃
焼器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a premixed combustor for a gas turbine, and more particularly, to a premixed combustor in which the mixing of fuel and air is made uniform to effectively reduce NOx. About the vessel.

【0002】[0002]

【従来の技術】図2は、従来のガスタービンの予混型燃
焼器を示す断面図である。図2において、ガスタービン
の予混型燃焼器01の中心にはパイロットノズル02が
配置されている。そして、複数の円筒状の予混ノズル
(メインノズル)03がこのパイロットノズル02のま
わりの同一円上に配置されている。この場合、各予混ノ
ズル03の先端はパイロットノズル02の先端とほぼ同
一面となるようにされている。なお、04は燃焼室、0
5は旋回羽根である。
2. Description of the Related Art FIG. 2 is a sectional view showing a conventional premixed combustor of a gas turbine. In FIG. 2, a pilot nozzle 02 is disposed at the center of a premixed combustor 01 of a gas turbine. A plurality of cylindrical premix nozzles (main nozzles) 03 are arranged on the same circle around the pilot nozzle 02. In this case, the tip of each premix nozzle 03 is made substantially flush with the tip of the pilot nozzle 02. In addition, 04 is a combustion chamber, 0
Reference numeral 5 denotes a turning blade.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近は、ガ
スタービン入口温度の高温化に伴い、大気中へ排出され
るNOx量も増加している。そして、環境規制の厳しい
日本では低NOxを達成することは不可欠となってい
る。このため、排ガス中のNOx低減に対する要求は大
きく、種々の検討がなされている。この場合、ガス温度
の上昇は燃焼用空気の比率が高くなってくるので、燃料
と空気との混合は重要な因子となる。
Recently, the amount of NOx discharged into the atmosphere has been increasing with the rise of the gas turbine inlet temperature. In Japan, where environmental regulations are strict, achieving low NOx is indispensable. Therefore, there is a great demand for reducing NOx in exhaust gas, and various studies have been made. In this case, the mixture of fuel and air is an important factor because the rise in gas temperature increases the proportion of combustion air.

【0004】しかしながら、図2に示した従来のガスタ
ービンの予混型燃焼器にあっては、構造をコンパクトに
する必要性から円筒状の予混ノズルのみで構成されてい
るため、燃料と空気との混合が必ずしも良好でなく、N
Oxの低減にも限界があった。
[0004] However, the conventional premixed combustor of the gas turbine shown in FIG. 2 is composed of only cylindrical premixed nozzles because of the necessity of making the structure compact. Is not always good, and N
There was a limit to the reduction of Ox.

【0005】本発明は、このような従来技術の課題を解
決するためになされたもので、燃料と空気との混合を均
一化してNOxの低減を有効に図るようにしたガスター
ビンの予混燃焼器を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such problems of the prior art, and premixed combustion of a gas turbine in which mixing of fuel and air is made uniform to effectively reduce NOx. The purpose is to provide a vessel.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、ガスタービンの予混型燃焼器におい
て、旋回羽根を有する複数の円筒状の予混ノズルを同一
円周上に配置して、これらの各予混ノズル内を第1混合
室とし、またこれら第1混合室の下流側に隣接して環状
の予混ノズルを設けて、この予混ノズル内を第2混合室
とし、更にこの第2混合室の内周側を限定する内筒の出
口端を下流側の燃焼室へ向って半径方向外側に拡大し
て、予混合気流路を絞る形状にしたものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a premixed combustor for a gas turbine, in which a plurality of cylindrical premixed nozzles having swirling blades are arranged on the same circumference. The first premixing nozzle is disposed inside the premixing nozzle, and an annular premixing nozzle is provided adjacent to the downstream side of the first mixing chamber. Further, the outlet end of the inner cylinder defining the inner peripheral side of the second mixing chamber is expanded radially outward toward the downstream combustion chamber so as to narrow the premixed gas flow path.

【0007】[0007]

【作用】上記の手段によれば、旋回羽根を有する複数の
円筒状の各予混ノズル内でそれぞれ燃料と空気との第1
段階の混合が行われ、その後合流して環状の予混ノズル
内で第2段階の混合が行われることにより、燃料と空気
とは均一な混合気となり、燃焼室での燃焼が良好となっ
て、NOxの発生量を低減することができる。
According to the above-mentioned means, the first fuel and air first flow in each of a plurality of cylindrical premix nozzles having swirling vanes.
The mixing of the stages is performed, and then the fuel is mixed with the air in the second premixing nozzle in the annular premixing nozzle, so that the fuel and the air become a uniform mixture, and the combustion in the combustion chamber is improved. , NOx can be reduced.

【0008】また、この混合気は絞られた予混合気流路
を通して燃焼器へ流れることにより流速が高まるので、
フラッシュバックが防止されると共に保炎性も向上す
る。
Further, the flow rate of the air-fuel mixture is increased by flowing to the combustor through the narrowed pre-air-fuel gas flow path.
Flashback is prevented and flame holding is improved.

【0009】[0009]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て詳細に説明する。図1は、本発明に係るガスタービン
の予混型燃焼器の一実施例を示す断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a premixed combustor for a gas turbine according to the present invention.

【0010】図1において、ガスタービンの予混型燃焼
器1の中心にはパイロットノズル2が配置されている。
そして、複数の円筒状の予混ノズル3がこのパイロット
ノズル2のまわりの同一円上に配置されている。これら
の各予混ノズル3は、図2に示した従来の予混ノズル0
3よりも長さが短くされて、その内部に旋回羽根5を有
している。また、これら円筒状の予混ノズル3の下流側
には隣接して環状の予混ノズル6が設けられている。し
たがって、円筒状の各予混ノズル3の内部は燃料と空気
との第1混合室とされ、また環状の予混ノズル6の内部
は第2混合室とされる。更に、この第2混合室の内周側
を限定する内筒7の出口端8は、下流側の燃焼室4へ向
って半径方向外側に拡大されてコーン形状とされ、これ
により予混合気流路が絞られた形状とされている。
In FIG. 1, a pilot nozzle 2 is disposed at the center of a premixed combustor 1 of a gas turbine.
A plurality of cylindrical premix nozzles 3 are arranged on the same circle around the pilot nozzle 2. Each of these premix nozzles 3 is a conventional premix nozzle 0 shown in FIG.
3, and has a swirling blade 5 therein. An annular premix nozzle 6 is provided adjacent to the downstream side of the cylindrical premix nozzle 3. Therefore, the inside of each cylindrical premixing nozzle 3 is a first mixing chamber for fuel and air, and the inside of the annular premixing nozzle 6 is a second mixing chamber. Further, the outlet end 8 of the inner cylinder 7 defining the inner peripheral side of the second mixing chamber is expanded radially outward toward the downstream combustion chamber 4 to have a cone shape. Is narrowed.

【0011】次に、その作用について説明する。旋回羽
根5を有する円筒状の各予混ノズル3内でそれぞれ燃料
と空気との第1段階の混合が行なわれ、その後合流して
環状の予混ノズル6内で第2段階の混合が行なわれて、
燃料と空気とは均一な混合気となり、燃焼室4での燃焼
が良好となって、NOxの発生量を低減することができ
る。
Next, the operation will be described. The first-stage mixing of fuel and air is performed in each of the cylindrical pre-mixing nozzles 3 having the swirling blades 5, and thereafter, the fuel and air are merged and the second-stage mixing is performed in the annular pre-mixing nozzle 6. hand,
The fuel and the air become a uniform mixture, the combustion in the combustion chamber 4 becomes good, and the generation amount of NOx can be reduced.

【0012】また、この混合気は、環状の予混ノズル
(第2混合室)6の内周側を限定する内筒7のコーン状
出口端8により絞られた予混合気通路を通して燃焼室4
へ流れることにより流速が高まるので、フラッシュバッ
クが防止され、かつ前記内筒7のコーン状出口端8の内
方に確実な循環流を形成できて、保炎性も向上する。
The air-fuel mixture passes through the combustion chamber 4 through a pre-air mixture passage narrowed by a cone-shaped outlet end 8 of an inner cylinder 7 defining an inner peripheral side of an annular premix nozzle (second mixing chamber) 6.
As a result, the flashback is prevented, and a reliable circulating flow can be formed inside the cone-shaped outlet end 8 of the inner cylinder 7, thereby improving the flame holding property.

【0013】図3は図1に示した本発明に係る予混型燃
焼器のノズル出口における燃料濃度分布を、また図4は
図2に示した従来の予混型燃焼器のノズル出口における
燃料濃度分布をそれぞれ示す。そして、図3,図4にお
いて、xはパイロットノズルからの混合ガスとメインノ
ズルからの混合ガスとが合流する所からの距離を示す。
これらの図を比較すればわかるように、従来の予混型燃
焼器ではノズル出口で燃料濃度分布にばらつきが見られ
るのに対し、本発明に係る予混型燃焼器ではメインノズ
ルからの混合ガスは合流点においてほぼ均一な燃料濃度
分布となっている。
FIG. 3 shows the fuel concentration distribution at the nozzle outlet of the premixed combustor according to the present invention shown in FIG. 1, and FIG. 4 shows the fuel concentration at the nozzle outlet of the conventional premixed combustor shown in FIG. The respective concentration distributions are shown. 3 and 4, x indicates the distance from the point where the mixed gas from the pilot nozzle and the mixed gas from the main nozzle merge.
As can be seen by comparing these figures, in the conventional premixed combustor, the fuel concentration distribution varies at the nozzle outlet, whereas in the premixed combustor according to the present invention, the mixed gas from the main nozzle is observed. Has a substantially uniform fuel concentration distribution at the junction.

【0014】また、図5は本発明に係る予混型燃焼器の
燃焼試験結果によるNOx濃度を、また図6は従来の予
混型燃焼器の燃焼試験結果によるNOx濃度をそれぞれ
示す。そして、図5,図6中の実線はCO濃度等のその
他の結果も含めて最も良いと判断される点を結んだもの
である。これらの図を比較すればわかるように、A点で
示す実機の定格負荷条件において、本発明は従来例に比
べNOx濃度を1/2に低減することができる。
FIG. 5 shows the NOx concentration based on the combustion test result of the premixed combustor according to the present invention, and FIG. 6 shows the NOx concentration based on the combustion test result of the conventional premixed combustor. The solid lines in FIGS. 5 and 6 connect the points judged to be the best, including other results such as the CO concentration. As can be seen by comparing these figures, under the rated load condition of the actual machine indicated by point A, the present invention can reduce the NOx concentration to half compared with the conventional example.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ガ
スタービンの予混型燃焼器において、燃料と空気との混
合を2段階の混合で行うことによって燃料と空気との混
合をより均一化し、燃焼を良好にして、NOxの発生量
を低減することができ、したがってガスタービンの品質
向上に寄与すると共に環境規制に対し十分に対処し得る
予混型燃焼器を提供することができる。
As described above, according to the present invention, in a premixed combustor for a gas turbine, mixing of fuel and air is performed by performing mixing of fuel and air in two stages. It is possible to provide a premixed combustor that can make uniform and improve combustion, reduce the amount of generated NOx, and thus contribute to improving the quality of a gas turbine and sufficiently cope with environmental regulations. .

【0016】また、本発明によれば、均一に混合された
燃料と空気との混合気を絞られた予混合流路を通して燃
焼室へ流し、流速を高めることによって、フラッシュバ
ックを防止できると共に保炎性も向上させることができ
る。
Further, according to the present invention, the mixture of the fuel and the air, which are uniformly mixed, is caused to flow into the combustion chamber through the throttled premixing flow path, and the flow velocity is increased, thereby preventing and maintaining flashback. Flammability can also be improved.

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

【図1】本発明に係るガスタービンの予混型燃焼器の一
実施例を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a premixed combustor for a gas turbine according to the present invention.

【図2】従来のガスタービンの予混型燃焼器を示す断面
図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a conventional premixed combustor of a gas turbine.

【図3】本発明に係る予混型燃焼器のノズル出口におけ
る燃料濃度分布を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a fuel concentration distribution at a nozzle outlet of a premixed combustor according to the present invention.

【図4】従来の予混型燃焼器のノズル出口における燃料
濃度分布を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a fuel concentration distribution at a nozzle outlet of a conventional premixed combustor.

【図5】本発明に係る予混型燃焼器の燃焼試験結果によ
るNOx濃度を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing NOx concentration based on a combustion test result of a premixed combustor according to the present invention.

【図6】従来の予混型燃焼器の燃焼試験結果によるNO
x濃度を示す図である。
FIG. 6 shows NO based on a combustion test result of a conventional premixed combustor.
It is a figure which shows x density.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 予混型燃焼器 2 パイロットノズル 3 円筒状の予混ノズル(第1混合室) 4 燃焼室 5 旋回羽根 6 環状の予混ノズル(第2混合室) 7 内筒 8 内筒の出口端 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Premixed combustor 2 Pilot nozzle 3 Cylindrical premixed nozzle (first mixing chamber) 4 Combustion chamber 5 Swirling blade 6 Annular premixed nozzle (second mixing chamber) 7 Inner cylinder 8 Exit end of inner cylinder

フロントページの続き (72)発明者 五良 哲雄 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目1番1号 三菱重工業株式会社 高砂研究所内 (56)参考文献 特開 平4−227414(JP,A) 特開 平1−137117(JP,A) 特開 昭59−101551(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23R 3/30 F23R 3/34 Continuation of the front page (72) Inventor Tetsuo Gora 2-1-1, Shinhama, Araimachi, Takasago-shi, Hyogo Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Inside Takasago Research Laboratory (56) References JP-A-4-227414 (JP, A) JP-A Heihei 1-137117 (JP, A) JP-A-59-101551 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) F23R 3/30 F23R 3/34

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ガスタービンの予混型燃焼器において、旋
回羽根を有する複数の円筒状の予混ノズルを同一円周上
に配置して、これらの各予混ノズル内を第1混合室と
し、またこれら第1混合室の下流側に隣接して環状の予
混ノズルを設けて、この予混ノズル内を第2混合室と
し、更にこの第2混合室の内周側を限定する内筒の出口
端を下流側の燃焼室へ向って半径方向外側に拡大して、
予混合気流路を絞る形状にしたことを特徴とする予混型
燃焼器。
In a premixed combustor for a gas turbine, a plurality of cylindrical premix nozzles having swirling blades are arranged on the same circumference, and each of these premix nozzles serves as a first mixing chamber. Further, an annular premix nozzle is provided adjacent to the downstream side of the first mixing chamber, an inside of the premix nozzle serves as a second mixing chamber, and an inner cylinder defining an inner peripheral side of the second mixing chamber. Of the outlet end of the radially outward toward the downstream combustion chamber,
A premixed combustor characterized in that the premixed gas flow path is narrowed.
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