JP3139978B2 - Gas turbine combustor - Google Patents

Gas turbine combustor

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JP3139978B2
JP3139978B2 JP09115706A JP11570697A JP3139978B2 JP 3139978 B2 JP3139978 B2 JP 3139978B2 JP 09115706 A JP09115706 A JP 09115706A JP 11570697 A JP11570697 A JP 11570697A JP 3139978 B2 JP3139978 B2 JP 3139978B2
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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、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。
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:
There is a method in which a reduction region is formed in the combustion region to reduce NOx to N2 and O2, but basically, it is most effective to reduce the nitrogen content in the fuel, that is, to reform the fuel. .

【0003】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。
On the other hand, techniques 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.

【0004】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.

【0005】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。
[0005] The advantages of using premixed combustion are mainly the following two points.

【0006】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。
On the one hand, the use of premixed combustion makes it possible to reduce the reaction zone of combustion. In other words, 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 the premixed gas downstream of the burner, the flame can be shortened, and the high load It is possible to burn.

【0007】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。
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.

【0008】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。
[0008] Such a lean premixed combustion method, for example,
It is being adopted in a gas turbine combustor described in Japanese Patent Publication No. 62-35016.

【0009】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。
Although lean premixed combustion is combustion with excess air, the flame temperature is lowered and NOx can be reduced.
The disadvantage is that the stability of the premixed flame is poor.

【0010】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。
[0010] In order to improve the stability of the premixed flame, it is necessary to form a flame near the stoichiometric mixture ratio, but combustion near the stoichiometric mixture produces a large amount of NOx as described above.

【0011】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 the generation of NOx can be suppressed are different from each other. Even if this is done, a combustion technique that can reduce NOx is required.

【0012】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。
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.

【0013】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。
The former combustor includes a swirling means for swirling a gas mixture of air and fuel in the combustion chamber, and a pressure reducing means for reducing the pressure in a part of the area where the swirling flow is formed. By guiding the high-temperature combustion gas into the swirling flow of the gas, the ignitability of the fuel is ensured and the flame is stabilized.

【0014】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。
In the latter combustor, a resistance plate is provided at an outlet of a mixed gas of air and fuel, and a high-temperature combustion gas formed downstream of the resistance plate serves as an ignition source to stabilize the flame. It is to let.

【0015】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。
[0015] In addition, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-74406, there are ones 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.

【0016】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.

【0017】[0017]

【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。
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.

【0018】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。
However, in recent years, emission regulations for NOx, which causes photochemical smog, have become stricter year by year, and a technology capable of reducing NOx has been desired.

【0019】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、予混合燃焼の際、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。
An object of the present invention is to pay attention to such a point. A gas turbine combustor capable of obtaining a stable flame at the time of premixed combustion and further reducing NOx can be obtained. It is to provide.

【0020】[0020]

【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
を有するガスタービン燃焼器において、前記燃焼室のほ
ぼ軸中心部にパイロットバーナが配置され、複数の前記
予混合バーナのそれぞれの噴出口が、前記パイロットバ
ーナの周囲に互いに空隙を開け且つ一定の間隔で配置さ
れ、複数の前記予混合バーナは、前記燃料を該予混合バ
ーナ内に噴出する燃料ノズルをそれぞれ有し、複数の前
記予混合バーナ及び前記パイロットバーナは、それぞれ
が噴出する気体の噴出方向が前記燃焼室の中心軸と平行
であることを特徴とするものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a gas turbine having a premixed burner for injecting a premixed gas in which fuel and air are premixed into a combustion chamber. In the combustor, a pilot burner is disposed substantially at the axial center of the combustion chamber, and respective ejection ports of the plurality of premix burners are spaced from each other around the pilot burner and are disposed at regular intervals . The plurality of premix burners each have a fuel nozzle for ejecting the fuel into the premix burner, and the plurality of premix burners and the pilot burner each have a direction in which a gas ejected from the combustion chamber is ejected. Is characterized by being parallel to the central axis.

【0021】ここで、前記第1のガスタービン燃焼器に
おいて、複数の前記噴出口が、前記バーナを中心として
同一円周上に配置されていてもよい。
Here, in the first gas turbine combustor, the plurality of injection ports are formed around the burner.
They may be arranged on the same circumference .

【0022】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に噴出する予混合バーナを有するガ
スタービン燃焼器において、前記燃焼室のほぼ軸中心部
にパイロットバーナが配置され、複数の前記予混合バー
ナのそれぞれの噴出口が、前記パイロットバーナの周囲
に互いに空隙を開け且つ一定の間隔で配置され、複数の
前記予混合バーナは、前記燃料を該予混合バーナ内に噴
出する燃料ノズルをそれぞれ有し、複数の前記予混合バ
ーナ及び前記パイロットバーナは、それぞれが噴出する
気体の噴出方向が前記燃焼室の中心軸と平行であり、複
数の前記予混合バーナのそれぞれ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、該噴出口の一部に重なる
よう抵抗体が設置されていることを特徴とするものであ
る。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a gas turbine combustor having a premix burner for injecting a premix gas in which fuel and air are premixed into a combustion chamber. A pilot burner is disposed substantially at the axial center of the combustion chamber, and a plurality of the premixing burners are arranged at regular intervals around the pilot burner. The mixing burner has a fuel nozzle for injecting the fuel into the premixing burner, and the plurality of premixing burners and the pilot burner each have an ejection direction of a gas to be ejected and a central axis of the combustion chamber. Parallel and projecting from the downstream side to the upstream side of the plurality of premix burners in the vicinity of the respective outlets and downstream of the outlets. If, is characterized in that as resistors overlaps a portion of 該噴 outlet is installed.

【0023】[0023]

【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、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. It has been clarified that NOx can be reduced by mixing a part of the combustion gas into the premixed gas before the mixed gas burns.

【0024】本発明は、この知見に基づいてなされたも
のである。
The present invention has been made based on this finding.

【0025】起動時には、バーナから燃料を噴射して、
燃焼室内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、バーナの周囲に配置
されている複数の噴出口から予混合気体を噴出させる。
噴出口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、容易に燃焼する上に、予
混合火炎は安定化する。拡散火炎は、NOx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と
よい。
At startup, fuel is injected from the burner,
Form a diffusion flame in the 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, the premixed gas is ejected from a plurality of ejection ports arranged around the burner.
The premixed gas ejected from the jet port is heated by the heat of the diffusion flame that has already been formed, easily burns, and stabilizes the premixed flame. Since the diffusion flame generates a large amount of NOx, in order to reduce the generation amount of the NOx, the diffusion flame may be reduced at the same time as the premixed flame is formed.

【0026】複数の噴出口から噴出した予混合気体に
は、拡散火炎からの燃焼気体が至る。この燃焼気体は、
予混合気体と混合して燃焼混合気体を形成する。この結
果、酸素分圧の低い燃焼混合気体が燃焼するので、NO
xの発生量が少なくなる。
The combustion gas from the diffusion flame reaches the premixed gas ejected from the plurality of ejection ports. This combustion gas is
Mix with the premixed gas to form a combustion mixed gas. As a result, the combustion mixture gas having a low oxygen partial pressure burns, so that NO
The amount of generation of x is reduced.

【0027】また、抵抗体を備えているものでは、抵抗
体の下流側に循環流領域が形成される。この循環流領域
には、高温の燃焼気体の一部が流入し、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
混合火炎はより安定化する。
In the case where the resistor is provided, a circulating flow region is formed downstream of the resistor. A part of the high-temperature combustion gas flows into the circulating flow region, and the premixed gas around the circulating flow region is ignited by the high-temperature combustion gas, and a relatively sharp combustion region is surely formed there. You. In this way, the premixed flame is more stabilized because a relatively sharp combustion zone is reliably formed.

【0028】[0028]

【実施例】以下、図1〜図23に基づき本発明の各種実
施例及び参考例について説明する。なお、各種実施例及
び参考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。
EXAMPLES Hereinafter, the seeds of the present invention based on FIGS. 1 23
Examples and Reference Examples will be described. In addition, each species carried Rei及
In the reference examples , the same portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

【0029】ガスタービン燃焼器の第1の実施例につい
て、図1〜図5に基づき説明する。ガスタービン燃焼器
100には、図3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. 3 , 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 that is driven by the combustion gas 4 generated in the combustor 100. And are connected. A generator 304 is connected to the gas turbine 303.

【0030】ガスタービン燃焼器100は、図1及び図
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
11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
10内には、1次燃焼室30を形成する1次燃焼用内筒
31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. 2 , an air inlet 11 for taking in the combustion air 1 from the air compressor 301 and a combustion gas outlet 12 for discharging the combustion gas 4 generated by the combustion are formed in the combustor casing 10. ing. In the combustor casing 10, a primary combustion inner cylinder 31 forming the primary combustion chamber 30 and a secondary combustion inner cylinder 21 forming the secondary combustion chamber 20 are provided.
Are provided.

【0031】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、1次燃料2を噴出す
る複数のパイロットバーナ34,34,…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3
4,34,…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33,3
3,…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 outlet 12. The primary combustion within cylinder 31, a plurality of pilot burners 34, 34 for injecting primary fuel 2, ..., are arranged at equal intervals on the same circumference. This pilot burner 3
The primary fuel receiving nozzles 32 for receiving the primary fuel 2 are connected to 4, 34,. Primary air supply ports 33, 3 for allowing the combustion air 1 flowing from the air intake 11 to flow into the inner cylinder 31 are provided on the side circumference of the primary combustion inner cylinder 31.
Are formed, and a primary air control valve 35 for adjusting the amount of the inflowing combustion air 4 is provided therein.

【0032】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、同一円周上に配され、予混合バーナ群
24を形成している。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25,25,…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.
3, 23, ... are arranged on the same circumference, to form a premix burner group 24. At the downstream ends of the burners 23, 23, ..., secondary air supply ports 25, 25, ... for allowing the combustion air 1 to flow into the burners 23, 23, ..., and secondary fuel nozzles for ejecting the secondary fuel 3. , 26, 26,... Are provided. The secondary fuel nozzles 26, 26,... Are connected to secondary fuel receiving nozzles 27, 27,. The secondary air supply ports 25, 25, ... are provided with secondary air control valves 28, 28, ... for adjusting the amount of the combustion air that flows thereinto.

【0033】同一円周上に配されている予混合バーナ群
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20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 circumference of the premix burner group 24 arranged on the same circumference is smaller than the inner diameter of the secondary combustion inner cylinder 21, and the secondary combustion chamber 20 is located at the outlet of the premix burner 23. It is formed to increase rapidly.

【0034】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
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41が設けら
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. The resistor 40 forms an annular shape along the premix burner group 24 as shown in FIG.
Its cross section is V-shaped. 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
The apex is provided so as to face the upstream direction. The top portion, the support member 41 for supporting the resistor 40 that is provided.

【0035】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.

【0036】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.

【0037】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。
The combustion air 1 pressurized by the air compressor 301 flows into the combustor casing 10 from the air intake 11. 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.

【0038】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。
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.

【0039】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.

【0040】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。
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.

【0041】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。
On the other hand, the secondary fuel jetted from the secondary fuel nozzle 26
The secondary fuel 3 is mixed with the combustion air 1 in a plurality of premix burners 23, 23,.
It is jetted into the next combustion chamber 20.

【0042】2次燃焼室20内に噴出した予混合気体5
は、図2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
As shown in FIG. 2, it is shunted by a resistor 40.
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.

【0043】第1の循環流領域51には、図2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. 2 , a high-temperature combustion gas 4 of about 2000 ° C. generated by the combustion of the premixed gas 5 flows into the first circulation 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.

【0044】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.

【0045】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 of the combustion gas mixture 6 is propagated by the flame from the relatively abrupt combustion region 53 and burns to form a slow combustion region 54 outside the relatively abrupt combustion region 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.

【0046】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.

【0047】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, when 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.

【0048】また、複数の予混合バーナ23は、本実施
のように、1次燃焼室30の下流端に、同一円周上に
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2
3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。
The plurality of premix burners 23 are provided in the present embodiment.
As in the example , it is desirable to arrange on the same circumference at the downstream end of the primary combustion chamber 30. Thus, the premix burner 23
Is disposed, the heat of the combustion gas 4 discharged from the diffusion flame formed in the primary combustion chamber 30 causes the premix burner 2
The premixed gas 5 ejected from 3 is ignited more quickly, and the premixed flame is more stabilized.

【0049】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。
Further, 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 the present 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.

【0050】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.

【0051】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
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。
Generally, 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.

【0052】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4および図5を用いて説明す
る。
Next, the gas turbine combustor 10 of this embodiment
The operation method 0 will be described with reference to FIGS. 4 and 5 .

【0053】ガスタービン303の起動時には、図5
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303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。
At the time of starting the gas turbine 303, as shown in FIG.
A diffusion flame is formed in the primary combustion chamber 30. When the load on the gas turbine 303 reaches a certain load L0%, the amount of the primary fuel 2 is reduced, and the amount of the secondary fuel 3 is increased correspondingly. Allow mixed flame to form. Constant load L0% to maximum load 100%
Until the load changes, the secondary fuel amount 3 is mainly increased to cope with the load change.

【0054】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4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. 4 , 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.

【0055】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の量と2次燃料3の量の比
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量と2次燃料3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 a 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 and the like, the ratio of the amount of the primary fuel 2 and the amount of the secondary fuel 3 to be charged is limited to a certain range. In the combustor of this embodiment ,
Since there is a mechanism for stabilizing the premixed flame independently, the ratio between the primary fuel 2 amount and the secondary fuel 3 amount can be set arbitrarily, and the fuel supply can be easily adjusted with respect to load fluctuation.
Further, the load variation range can be increased.

【0056】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。
Incidentally, in the combustor 100 of this embodiment , the supply of the primary fuel 2 may be stopped after the fuel is switched.
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.

【0057】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6から図12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 .

【0058】この検証には、5種類の検証用燃焼器を用
いている。
In this verification, five types of verification combustors are used.

【0059】第1の検証用燃焼器410は、図6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
の出口の周囲に配されているパイロットバーナ413,
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4
11からの気体噴出流量の1/1000以下に設定されてい
る。
As shown in FIG. 6 , the first verification combustor 410 includes a premix burner 411, a combustion chamber 412 that rapidly increases from the outlet of the burner 411, and a burner 411.
Pilot burners 413 around the exit of
413,... The gas ejection flow rate from the pilot burner 413 depends on the premix burner 4
It is set to be equal to or less than 1/1000 of the gas ejection flow rate from the eleven.

【0060】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.

【0061】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.

【0062】第2の検証用燃焼器420は、本発明に係
る燃焼器で、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、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。
A 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.

【0063】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。
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.

【0064】内部循環流領域422と外部循環流領域4
23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 internal circulation flow region 422 and the external circulation flow region 4
The formation of 23 is confirmed by measuring the temperature distribution, gas composition distribution, flow velocity distribution, and emission spectrum distribution of OH radicals and the like in the combustion chamber 412.

【0065】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。
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.

【0066】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。
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 where the decomposition and oxidation of nitrogen in the combustion air is promoted is narrow. In addition, generation of thermal NOx can be suppressed.

【0067】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
伝播してくる火炎により、燃焼し、緩慢な燃焼領域42
5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 a slow combustion region 42 is formed.
5 is 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.

【0068】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.

【0069】第3の検証用燃焼器430は、図8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。
As shown in FIG. 8 , 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.

【0070】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432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。
In the combustion by the test combustor 430,
Similar to the second verification combustor 420, the premixed flame 432 can be stabilized by the action of the resistor 421, but an external circulation region of the combustion gas 404 cannot be formed outside the flame 432. Therefore, NOx cannot be reduced so much.

【0071】第4の検証用燃焼器440は、図10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. 10 , 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 41, a plate-shaped resistor 421 arranged near the first premix burner 441, and a second premix burner 442 And a combustion chamber 443 that rapidly increases from the outlet.

【0072】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。
The premix gas 401 ejected from the first premix burner 441 forms a stable first premix 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.

【0073】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40
1が、燃焼気体404と混合する前に燃焼してしまうの
で、NOxをあまり低減することができない。
In the combustion by the test combustor 440,
Premix gas 40 ejected from first premix burner 441
Since NO. 1 burns before mixing with the combustion gas 404, NOx cannot be reduced so much.

【0074】図9および図11に、以上の検証用燃焼器
のNOx排出特性を示す。
FIGS. 9 and 11 show the NOx emission characteristics of the above-described verification combustor.

【0075】図9に示すNOx排出特定曲線419,4
29,439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。
The NOx emission specifying curves 419 and 4 shown in FIG .
Among the curves 29 and 439, a curve 419 is obtained by the first verification combustor 410, a curve 429 is obtained by the second verification combustor 420, and a curve 439 is obtained by the third verification combustor 430. Represents.

【0076】また、図11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発生量が大き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.

【0077】これらの図より、第2の検証用燃焼器42
0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 the second verification combustor 42
It can be seen that when 0 is used, the NOx emission can be reduced to 1/3 or less as compared with using another combustor.

【0078】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 generated by the Zeldwig mechanism and prompt NOx, in terms of the region where NOx is generated and the generation speed thereof.

【0079】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 after the flame, and is generated by oxidizing nitrogen in 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.

【0080】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 fuels and is NOx generated at a relatively high speed in or near the reaction zone of the flame. 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.

【0081】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9および図11より、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、第2の検証用燃焼器では、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 the combustion air, the amount of prompt NOx tends to increase as the fuel amount increases, and the amount of NOx generated by the Zeldwig mechanism tends to increase as the fuel amount decreases . 11 , it can be seen that the use of the second verification combustor can reduce any NOx. Therefore, the second verification combustor can reduce NOx in both combustion of fuel under the condition of a large air ratio and combustion of the fuel under the condition of a small air ratio. NOx can be sufficiently reduced even without performing this. Further, when the lean premix combustion method is employed, NOx can be further reduced.

【0082】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 premixed gas to be jetted is about 240 ° C., the air ratio is 1.0 to 1.1 in the combustion chamber, and the combustion air and the fuel are mixed. When only the premixed gas was supplied and completely burned, the emission concentration of NOx was about 60 ppm (0% O2 conversion value) or less.

【0083】第5の検証用燃焼器450は、図12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. 12 , 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.

【0084】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 combustor 450 for verification uses 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.

【0085】次に、ガスタービン燃焼器の第2の実施例
について図13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.

【0086】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.

【0087】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。
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.

【0088】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。
Further, 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 expands, and 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.

【0089】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。
Further, by increasing the width D that rapidly expands from the outlet of the premixing 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.

【0090】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。
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.

【0091】検証には、図14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460を用いて
行った。
For verification, as shown in FIG. 14 , a premix burner 462 and a combustion chamber 461 where a premix flame is formed
And the combustion chamber 460 provided with the resistor 463.

【0092】図15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 . 15 , the premix burner 462
As the ratio (D2 / D1) between the diameter D1 of the combustion chamber 461 and the width D2 at which the combustion chamber 461 suddenly expands from the outlet of the premix burner increases, the NOx generation amount decreases. This is because, as D2 increases, the circulating flow 46 formed outside the premixed flame
4 is easily formed, and the oxygen partial pressure in the flame is reduced.

【0093】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, D2 / D1 is
When it is 1.5 or more, the reduction effect rate of NOx becomes small.
It seems that it is preferable to design so that D2 / D1 is around 1.5.

【0094】次に、図16に基づき、ガスタービン燃焼
器の第1の参考例について説明する。
[0094] Next, based on FIG. 16, a description will be given of a first reference example of a gas turbine combustor.

【0095】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122,122,…と、複数の予混合バ
ーナ122,122,…へ予混合気体5を供給する予混
合気体供給管123と、複数の予混合バーナ122,1
22,…に沿って設けられている抵抗体124とを備え
ている。
The combustor 120 includes a combustor casing 121 for forming a premixed flame, a plurality of premixed burners 122, 122,... Arranged in an annular shape, and a plurality of premixed burners 122, 122,. A premix gas supply pipe 123 for supplying the premix gas 5, a plurality of premix burners 122, 1;
, Provided along the resistors 22.

【0096】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。
Downstream of the premixed gas supply pipe 123, fuel nozzles 125, 125 for taking in the fuel 2 and air nozzles 126 for taking in the combustion air 1 are provided.

【0097】抵抗体124は、平板状を成しており、支
持部材128上に設けられている。
[0097] resistor 124 is formed in a flat plate shape, supported
It is provided on the holding member 128 .

【0098】本参考例は、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
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。
[0098] This reference example is obtained by the verification combustor 450 of the 5 described above in actual level, as in the first embodiment Contact <br/> preliminary second embodiment, stable A premixed flame can be obtained, 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.

【0099】抵抗体は、第1の実施例および第2の実施
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、本参考例のように、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 resistors are used in the first embodiment and the second embodiment.
The cross-section does not need to be V-shaped as in the example , and may be of any shape as long as a circulating flow can be formed on the downstream side. It may be something. 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.

【0100】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。
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 ° C. May be supplied to ensure heat resistance.

【0101】次に、ガスタービン燃焼器の第2の参考例
について図17に基づき説明する。
Next, a second reference example of the gas turbine combustor will be described with reference to FIG .

【0102】本参考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。
The gas turbine combustor 130 of this embodiment is
Two combustion chambers forming a premixed flame, a primary combustion chamber 131
And a secondary combustion chamber 141.

【0103】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、同一円周
上に配されている複数の1次予混合バーナ133,13
3,…が設けられている。予混合バーナ133,13
3,…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135,1
35,…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.
32, the upstream end of which has the same circumference.
A plurality of primary premix burners are arranged above 133,13
3,... Are provided. Premix burners 133, 13
A plurality of primary fuel nozzles 134, 134,... For ejecting the primary fuel 2 and a primary air supply port 135 for flowing the combustion air 1 into the inner cylinder 132 1
35,... Are provided. The primary combustion chamber 131 is
It is formed so as to increase rapidly at the outlet of the next premix burner 133.

【0104】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
は、支持部材上に設けられている。2次燃焼室141
は、2次燃焼用内筒142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143,143,…が設けられてい
る。バーナ143,143,…の上流側には、燃焼用空
気1をバーナ143,143,…内に流入させる2次空
気供給口145,145,…と、2次燃料3を噴出する
2次燃料ノズル146,146,…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 is provided on the support member . Secondary combustion chamber 141
Is constituted by a secondary combustion inner cylinder 142, and is provided downstream of the primary combustion inner cylinder 132. At the upstream end of the inner cylinder 142 for secondary combustion, a plurality of secondary premix burners 143, 143,... On the upstream side of the burners 143, 143, ..., secondary air supply ports 145, 145, ... for allowing the combustion air 1 to flow into the burners 143, 143, ... and secondary fuel nozzles for ejecting the secondary fuel 3. 146, 146,... Are provided.

【0105】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。
Cooling air ports 138 and 148 for cooling the inner cylinders 132 and 142 themselves are formed on the side circumferences of the primary combustion inner cylinder 132 and the secondary combustion inner cylinder 142.

【0106】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13
9,149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141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138,1
48から燃焼室131,141内に流入する。
After the combustion air 1 is compressed by the air compressor 301, the combustion air 1 flows into the combustor 130, and flows into the mixing section 13 of the primary premix burner 133 and the secondary premix burner 143.
At 9,149, it is mixed with fuels 2,3. The premixed gas 5 formed as described above is jetted into the primary combustion chamber 131 and the secondary combustion chamber 141. A part of the combustion air 1 is used for cooling the inner cylinders 132 and 142 as cooling air ports 138 and 1.
48 flows into the combustion chambers 131 and 141.

【0107】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.

【0108】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.

【0109】本参考例のように、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 the present embodiment, the allowable range for load fluctuation can be increased.

【0110】次に、ガスタービン燃焼器の第3の実施例
について、図18に基づき説明する。
Next, a third embodiment of the gas turbine combustor will be described with reference to FIG .

【0111】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,143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2の参考
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16
2が設けられている。
The gas turbine combustor 160 of this embodiment is
Two combustion chambers forming a premixed flame, a primary combustion chamber 131
And a secondary combustion chamber 141, and resistors 161 and 163 are provided at outlets of the respective premix burners 133a and 143.
For other configurations, refer to the second reference
The basic configuration is the same as the gas turbine combustor 130 of the example . The primary combustion resistor 161 has a pilot burner 16 that forms a pilot frame downstream thereof.
2 are provided.

【0112】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.

【0113】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。
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.

【0114】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。
In this embodiment , since the resistors 161 and 163 are provided in each of the premixed burners 133a and 143, any of the premixed flames is not greatly affected by the fuel supply amount or the like. A stable premixed flame can always be obtained.

【0115】次に、ガスタービン燃焼器の第4の実施例
について、図19に基づき説明する。 本実施例の燃焼
器170は、第2の参考例の燃焼器130の1次燃焼室
131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2の参考例とほぼ同じ
である。
Next, a fourth embodiment of the gas turbine combustor will be described with reference to FIG . The combustor 170 of the present embodiment includes a premix burner 133 that forms a premix flame in the primary combustion chamber 131 of the combustor 130 of the second reference example.
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 second reference example .

【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。
When the combustor 170 is started, first, 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.

【0117】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。
Thereafter, the loads of the primary premixed flame and the secondary premixed flame are adjusted to cope with the load fluctuation of the combustor 170.

【0118】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 this embodiment , the start of the combustor 170 can be easily performed. 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.

【0119】次に、ガスタービン燃焼器の第5の実施例
について、図20に基づき説明する。
Next, a fifth embodiment of the gas turbine combustor will be described with reference to FIG .

【0120】本実施例の燃焼器180は、1次燃焼室1
81の上流側に、予混合火炎を形成する複数の予混合バ
ーナ183,183,…と、複数の予混合バーナ18
3,183,…の出口近傍に配されている抵抗体184
と、1次燃焼室181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。
[0120] The combustor 180 of the present embodiment includes the primary combustion chamber 1
, A plurality of premix burners 183, 183,... Forming a premix flame, and a plurality of premix burners 18
The resistor 184 is disposed in the vicinity of the outlets of 3,183,.
And a pilot burner 185 forming a pilot frame at the center of the upstream end of the primary combustion chamber 181. The secondary combustion chamber 20 and other basic configurations are substantially the same as those of the combustor 100 of the first embodiment. It is what was constituted.

【0121】複数の1次予混合バーナ183,183,
…は、同一円周上に配されている。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183,1
83,…に沿って、その下流側に設けられている。1次
燃焼室181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 arranged on the same circumference . The resistor 184 has a V-shaped cross section and includes a plurality of primary premix burners 183,1.
83, are provided on the downstream side thereof. The primary combustion chamber 181 is constituted by a primary combustion inner cylinder 182, and is formed so as to rapidly expand from an outlet of the primary premix burner 183.

【0122】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.

【0123】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.

【0124】以上の各種実施例及び参考例において、
数の予混合バーナの配列は、図21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
配列されている。この際、火炎を安定させる抵抗体19
2,192,…は、各予混合バーナ191,191,…
に対応させて、それぞれ放射状に設けてもよい。なお、
同図に示す燃焼器190は、第5の実施例のガスタービ
ン燃焼器170の横断面図である。
[0124] In the above various Examples and Reference Examples, the arrangement of the plurality of premixed burners, as shown in FIG. 21, a plurality of premix burners 191, 191 are arranged ... to intermittently radially. At this time, the resistor 19 for stabilizing the flame is used.
Are premixed burners 191, 191,.
May be provided radially. In addition,
The combustor 190 shown in the figure is a gas turbine of the fifth embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the burner 170.

【0125】この第5の実施例においても、先に述べた
第1の実施例等と同様に、起動時には、パイロットバー
ナ185から燃料を噴射して、燃焼室内に拡散火炎を形
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190の起動を容易に行うこと
ができる。次に、パイロットバーナ185の周囲に配置
されている複数の予混合バーナ191の噴出口から予混
合気体を噴出させる。噴出口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、
容易に燃焼する上に、予混合火炎は安定化する。拡散火
炎は、NOx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とよい。
In the fifth embodiment , as in the first embodiment , fuel is injected from the pilot burner 185 at the time of startup to form a diffusion flame in the combustion chamber. Diffusion flames can be easily formed because the amount of air to fuel can be easily increased. Therefore, the combustor 190 can be easily started. Next, the premixed gas is ejected from the ejection ports of the plurality of premixed burners 191 arranged around the pilot burner 185. The premixed gas spouted from the spout is warmed by the heat of the diffusion flame already formed,
In addition to burning easily, the premixed flame stabilizes. Since the diffusion flame generates a large amount of NOx, in order to reduce the generation amount of NOx, when the premixed flame is formed,
It is better to reduce the diffusion flame.

【0126】複数の噴出口から噴出した予混合気体に
は、拡散火炎からの燃焼気体が至る。この燃焼気体は、
予混合気体と混合して燃焼混合気体を形成する。この結
果、酸素分圧の低い燃焼混合気体が燃焼するので、NO
xの発生量が少なくなる。
The combustion gas from the diffusion flame reaches the premixed gas ejected from the plurality of ejection ports. This combustion gas is
Mix with the premixed gas to form a combustion mixed gas. As a result, the combustion mixture gas having a low oxygen partial pressure burns, so that NO
The amount of generation of x is reduced.

【0127】次に、ガスタービン燃焼器の第6の実施例
について図22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,…が同一円周上に配されている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,…が同一円周上に配されている
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21
2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, a sixth embodiment of the gas turbine combustor will be described with reference to FIG . Combustor 2 of the present embodiment
Reference numeral 10 denotes a plurality of primary premixing burners 212, 212,... Arranged on the same circumference at the upstream end of the combustion chamber 211.
, A plurality of secondary premix burners 23, 23,... Arranged on the same circumference along the outer circumference thereof, and a secondary premix burner group including an upstream end of the combustion chamber 211. Pilot burner 185 forming pilot frame in center
Are provided. Primary premix burner 21
In the vicinity of the outlets of the second and second premix burners 23, resistors 213 and 40 are provided.

【0128】本実施例では、第5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 fifth 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.

【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23
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。
Various implementations beyond those connected to the gas turbine
Examples of a gas turbine combustor 100, 110, ..., as shown in FIG. 23
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 for driving 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 embodiment relating to the gas turbine combustor has been described above, the present invention is not limited to the gas turbine combustor. It may be applied to any combustor, such as a reactor called in a chemical plant or a chemical plant.

【0135】[0135]

【発明の効果】本発明によれば、バーナから噴射した燃
料の燃焼で形成された拡散火炎の熱により、予混合火炎
は安定化する。
According to the present invention, the premixed flame is stabilized by the heat of the diffusion flame formed by the combustion of the fuel injected from the burner.

【0136】また、予混合気体内に拡散火炎からの燃焼
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、NOxを著しく低減することができ
る。
Further, the combustion gas from the diffusion flame is mixed into the premixed gas, and the gas having a low oxygen partial pressure formed thereby burns, so that the NOx can be significantly reduced.

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

【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。
1 is an overall cross sectional view of a gas turbine combustor of the first embodiment according to the present invention.

【図2】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. 2 is a sectional view of a main part of the gas turbine combustor according to the first embodiment of the present invention.

【図3】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. 3 is a system diagram of the gas turbine power generation equipment 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. 4 is a graph showing a relationship between a gas turbine load and an air supply amount when the gas turbine combustor according to the first embodiment of the present invention is operated.

【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燃料供給量との関
係を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a gas turbine load and a fuel supply amount when operating the gas turbine combustor according to the first embodiment of the present invention.

【図6】第1の検証用燃焼器の断面図である。FIG. 6 is a sectional view of a first verification combustor.

【図7】第2の検証用燃焼器の断面図である。FIG. 7 is a sectional view of a second verification combustor.

【図8】第3の検証用燃焼器の断面図である。FIG. 8 is a sectional view of a third verification combustor.

【図9】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. 9 is a graph showing NOx emission characteristics of the first, second, and third verification combustors.

【図10】第4の検証用燃焼器の断面図である。FIG. 10 is a sectional view of a fourth verification combustor.

【図11】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. 11 is a graph showing NOx emission characteristics of second and fourth verification combustors.

【図12】第5の検証用燃焼器の断面図である。FIG. 12 is a sectional view of a fifth verification combustor.

【図13】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. 13 is an overall sectional view of a gas turbine combustor according to a second embodiment of the present invention.

【図14】検証用燃焼器の断面図である。FIG. 14 is a sectional view of a test combustor.

【図15】検証用燃焼器のNOx排出特性を示すグラフ
である。
FIG. 15 is a graph showing NOx emission characteristics of the verification combustor.

【図16】本発明に係る第1の参考例のガスタービン燃
焼器の要部断面図である。
FIG. 16 is a sectional view of a main part of a gas turbine combustor according to a first reference example of the present invention.

【図17】本発明に係る第2の参考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 second reference example of the present invention.

【図18】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. 18 is a sectional view of a main part of a gas turbine combustor according to a third embodiment of the present invention.

【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】本発明に係る第5の実施例のガスタービン燃
焼器の全体断面図である。
FIG. 20 is an overall sectional view of a gas turbine combustor according to a fifth embodiment of the present invention.

【図21】本発明に係る第5の実施例のガスタービン燃
焼器の横断面図である。
FIG. 21 is a gas turbine fuel according to a fifth embodiment of the present invention .
It is a transverse sectional view of the burn unit.

【図22】本発明に係る第6の実施例のガスタービン燃
焼器の全体断面図である。
FIG. 22 is an overall sectional view of a gas turbine combustor according to a sixth embodiment of the present invention.

【図23】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. 23 is a system diagram of a cogeneration system according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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…予混合バーナ、30,30a,1
31,181…1次燃焼室、31,132,182…1
次燃焼用内筒、40,86,124,136,161,
163,184,192,201,213…抵抗体、5
1…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
、100,110,120,130,160,17
0,180,190,200,210…ガスタービン燃
焼器、301…空気圧縮器、303…ガスタービン、3
12…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 ... Premix burner, 30, 30a, 1
31, 181 ... primary combustion chamber, 31, 132, 182 ... 1
Inner cylinder for next combustion, 40, 86, 124, 136, 161,
163, 184, 192, 201, 213: resistor, 5
Reference numeral 1 denotes a first circulation flow region, 52, 52a denotes a second circulation flow region, 53 denotes a relatively sharp combustion region, 54 denotes a slow combustion region , and 100, 110 , 120 , 130 , 160 , and 17
0, 180, 190, 200, 210: gas turbine combustor, 301: air compressor, 303: gas turbine, 3
12 ... Waste heat boiler.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F23R 3/28 F23R 3/28 D 3/32 3/32 (72)発明者 嵐 紀夫 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 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──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI F23R 3/28 F23R 3/28 D 3/32 3/32 (72) Inventor Norio Arashi 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Hitachi, Ibaraki, Ltd. Hitachi, Ltd.Hitachi Laboratory (72) Inventor Tadataka Murakami 4026, Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd.Hitachi Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Yasuo Yoshii 4026, Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture, Hitachi, Ltd. 72) Inventor Kenichi Soma 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi, Ltd.Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Hironobu Kobayashi 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd.Hitachi Research Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Ishibashi Yoji 502 Kandate-cho, Tsuchiura-city, Ibaraki Pref. Machinery Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Norio Kuroda Hitachi, Ibaraki Prefecture 1-1-1 Sachimachi Hitachi, Ltd. Hitachi Plant

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】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有するガスタービ
ン燃焼器において、 前記燃焼室のほぼ軸中心部にパイロットバーナが配置さ
れ、 複数の前記予混合バーナのそれぞれの噴出口が、前記パ
イロットバーナの周囲に互いに空隙を開け且つ一定の間
隔で配置され、 複数の前記予混合バーナは、前記燃料を該予混合バーナ
内に噴出する燃料ノズルをそれぞれ有し、 複数の前記予混合バーナ及び前記パイロットバーナは、
それぞれが噴出する気体の噴出方向が前記燃焼室の中心
軸と平行であることを特徴とするガスタービン燃焼器。
1. A gas turbine combustor having a premixed burner for injecting a premixed gas in which fuel and air are premixed into a combustion chamber, wherein a pilot burner is disposed substantially at an axial center of the combustion chamber. Each of the premixing burners has a gap with each other around the pilot burner for a certain period.
A plurality of premix burners, each having a fuel nozzle for injecting the fuel into the premix burner; a plurality of the premix burners and the pilot burner;
A gas turbine combustor characterized in that the direction in which each of the gas is jetted is parallel to the central axis of the combustion chamber.
【請求項2】請求項1記載のガスタービン燃焼器におい
て、 複数の前記噴出口が、前記パイロットバーナを中心とし
同一円周上に配置されていることを特徴とするガスタ
ービン燃焼器。
2. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein the plurality of injection ports are arranged on the same circumference around the pilot burner.
【請求項3】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有するガスタービ
ン燃焼器において、 前記燃焼室のほぼ軸中心部にパイロットバーナが配置さ
れ、 複数の前記予混合バーナのそれぞれの噴出口が、前記パ
イロットバーナの周囲に互いに空隙を開け且つ一定の間
隔で配置され、 複数の前記予混合バーナは、前記燃料を該予混合バーナ
内に噴出する燃料ノズルをそれぞれ有し、 複数の前記予混合バーナ及び前記パイロットバーナは、
それぞれが噴出する気体の噴出方向が前記燃焼室の中心
軸と平行であり、 複数の前記予混合バーナのそれぞれ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、該噴出口の一部に重なる
よう抵抗体が設置さ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 having a premixed burner for injecting a premixed gas in which fuel and air are premixed into a combustion chamber, wherein a pilot burner is disposed substantially at an axial center of the combustion chamber. Each of the premixing burners has a gap with each other around the pilot burner for a certain period.
A plurality of premix burners, each having a fuel nozzle for injecting the fuel into the premix burner; a plurality of the premix burners and the pilot burner;
The ejection direction of each ejected gas is parallel to the central axis of the combustion chamber, and the ejection port is located near each ejection port of the plurality of premix burners and at a position downstream of the ejection port. A gas turbine combustor characterized in that a resistor is provided so as to overlap a part of the ejection port when projected from a downstream side to an upstream side.
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