JP3346034B2 - ガスタービン用燃焼装置 - Google Patents

ガスタービン用燃焼装置

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康弘 石川
潤 細井
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石川島播磨重工業株式会社
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービン用燃焼装
置に係り、特に、燃焼時の窒素酸化物の生成減少時にお
ける保炎性能の向上を図るものである。
【0002】
【従来の技術】ガスタービン用燃焼装置にあっては、燃
焼ガス中の窒素酸化物量を低減することが要求される。
【0003】燃焼ガス中の窒素酸化物量を減少させる方
法として、燃料を大量の空気で希釈して蒸発化してした
ものを(予混合予蒸発させて)燃焼させる技術が採用さ
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このようなガスタービ
ン用燃焼装置では、パイロット燃焼器のパイロット用燃
料噴射弁から噴射させた燃料を燃焼させるとともに、希
釈状態の未燃ガスに着火させて効率よく燃焼させること
が必要であるが、未燃ガスが希釈されていることに基づ
いて、パイロット燃焼器の燃焼炎による希釈状態の希薄
未燃ガスへの着火及び継続燃焼が不安定になり易いとい
う技術的課題が残されている。
【0005】本発明は、これらの課題に鑑みてなされた
もので、燃焼時における窒素酸化物の生成量を低減する
のに加えて、パイロット燃焼器の燃焼炎による主燃料の
希薄状態の未燃ガスへの着火を確実に行なうとともに、
全体燃焼時の保炎性能を向上させるものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】パイロット用燃料噴射弁
から噴射させた燃料をパイロットチャンバの内部で燃焼
させるパイロット燃焼器と、該パイロット燃焼器の回り
に同心状に配される予混合器とを有するガスタービン用
燃焼装置として、予混合器は、パイロットチャンバの回
りに環状のメインステージを形成しかつ下流まで延長状
態の予混合予蒸発管と、メインステージの上流に配され
気流中に燃料を噴射する主燃料噴射手段とを具備し、パ
イロットチャンバの下流端部に、パイロット燃焼ガスを
周方向に複数分割して外側に誘導しかつメインステージ
の混合流を周方向に複数分割して内側に誘導して混合さ
せるローブミキサを具備する構成が採用される。
【0007】
【作用】パイロット用燃料噴射弁から噴射させた燃料
は、パイロットチャンバの内部で燃焼させられ、パイロ
ットチャンバの内部を下流方向に送り出されるが、ロー
ブミキサの部分で、パイロット燃焼ガスが複数分割され
るとともに、下流に行くにしたがって外側に広がった状
態に誘導される。主燃料噴射手段から噴射させた燃料
は、空気との混合により希釈及び蒸発させられるととも
に、予混合予蒸発管の内部を下流に送られるが、ローブ
ミキサの近傍部分で、複数分割されるとともに内側に狭
められた状態に誘導される。内外流が交互に交差するこ
とにより、両流体の混合化が図られてパイロット燃焼器
の燃焼炎により未燃ガスへの着火がなされ、また、両流
体の交差部分に渦が形成されて流体が滞留することによ
り、パイロットチャンバの内部の燃焼炎が流体の滞留箇
所に導かれて保炎がなされる。
【0008】
【実施例】以下、図1ないし図3に基づいて、本発明に
係るガスタービン用燃焼装置の一実施例について説明す
る。
【0009】図1ないし図3に示すように、ガスタービ
ン用燃焼装置におけるケーシング1の内部には、中心に
位置してパイロット燃焼を行なうためのパイロット燃焼
器2と、該パイロット燃焼器2の回りに同心状に配され
る予混合器3と、これらの下流位置に配される燃焼器ラ
イナ4とが設けられる。
【0010】前記パイロット燃焼器2は、パイロット燃
料供給系のパイロット燃料管21に接続されパイロット
燃料を噴出させるパイロット用燃料噴射弁22と、該パ
イロット用燃料噴射弁22の下流に接続され噴出させら
れた燃料を燃焼させるためのパイロットチャンバ23
と、該パイロットチャンバ23に必要量の空気を例えば
旋回させながら取り入れるための吸気口24と、パイロ
ットチャンバ23の側部等に貫通状態に配され噴出され
た燃料に点火するための点火栓25と、パイロット燃料
の燃焼を行なうためのパイロットステージ26とを具備
している。
【0011】前記予混合器3は、パイロット燃焼器2の
パイロットチャンバ23の回りに半径方向に間隔を空け
て配され下流まで延長状態の予混合予蒸発管31と、該
予混合予蒸発管31の内側に間隔を空けて配されパイロ
ット用燃料噴射弁22の周囲を囲む隔離スリーブ32
と、予混合予蒸発管31及び隔離スリーブ32の間に環
状に形成され予混合予蒸発を行なうためのメインステー
ジ33と、メインステージ33の上流に配され周方向に
多数明けた噴出孔から気流中に燃料を噴射する燃料スプ
レーリング等の主燃料噴射手段34と、該主燃料噴射手
段(燃料スプレーリング)34に接続されて主燃料を供
給する主燃料供給系の主燃料供給管35とを具備する。
【0012】そして、パイロットチャンバ23の下流端
部には、図1及び図2に示すように、ローブミキサ40
が一体に配される。該ローブミキサ40は、周方向に連
続する波形の側壁を有するとともに、下流に行くにした
がって波形が次第に大きくなるように設定され、波形が
内外両側に突出した状態に形成される。
【0013】このように構成されているガスタービン用
燃焼装置において、点火モードの選択がなされている場
合には、パイロット燃焼器2のみに燃料を供給して、主
としてパイロットチャンバ23の内部で燃焼させること
が行なわれる。つまり、点火に必要な燃料をパイロット
燃料管21からパイロット用燃料噴射弁22に送り込ん
で噴霧状に噴出させるとともに、パイロットステージ2
6の燃料濃度を高めた状態として点火栓25を作動させ
ることにより、パイロット燃料に点火して、パイロット
火炎Fpを発生させ、以下燃焼状態の継続を行なう。
【0014】次いで、主燃焼モードの選択がなされる
と、継続燃焼に必要な燃料を主燃料供給管35から主燃
料噴射手段34に送り込んで噴霧状に噴出させるととも
に、メインステージ33に送り込まれた空気との混合に
より希釈及び蒸発が促進されて下流に送られるが、ロー
ブミキサ40の近傍部分で、図2に破線の矢印で示すよ
うに、下流に行くにしたがって内側に狭められた状態に
誘導される。
【0015】ローブミキサ40にあっては、その形状に
基づき、パイロットステージ26からの燃焼流(パイロ
ット火炎Fp)が周方向に複数分割されるとともに、図
2の実線の矢印で示すように、下流に行くにしたがって
外側に広がった状態に誘導される。
【0016】したがって、これらの内外流が交互に交差
した状態となり、両流体の混合化が図られてパイロット
火炎Fpにより未燃ガスへの着火がなされ、図2に示す
ように、燃焼器ライナ4の内部に主燃焼炎Fmが形成さ
れ、燃焼器ライナ4の内部全域に燃焼が広がる。低窒素
酸化物とするために主燃料の予混合予蒸発を促進させ
て、希薄状態とした場合にあっても、内外流の交差箇所
では、燃料濃度が比較的高くなることに基づいて、未燃
ガスへの着火が確実に行なわれ、主燃焼炎Fmの形成が
容易になる。
【0017】また、両流体の交差部分には、周方向に間
隔をおいて内外流の方向が変化することに基づき、図1
の矢印で示すように、各所に渦Vが形成されてこの箇所
で流体が滞留するため、パイロットチャンバ23の内部
にあっては、パイロット火炎Fpの一部が渦Vの部分に
停滞して保炎がなされ、吹き消え現象の発生が防止され
る。
【0018】
【発明の効果】本発明に係るガスタービン用燃焼装置に
よれば、以下のような優れた効果を奏する。 (1) パイロットチャンバに、内外流を周方向に複数
分割して混合させるローブミキサを具備するため、パイ
ロット燃焼ガスと主燃料の未燃ガスとを、周方向に複数
分割した状態で内外方向に誘導して混合させ、主燃焼炎
の形成により未燃ガスへの着火確実に行ない、燃焼時に
おける窒素酸化物の生成量を低減するのに加えて、効率
よく燃焼させることができる。 (2) ローブミキサの部分で、パイロット燃焼ガスと
未燃ガスとが内外方向に誘導されることに基づいて、両
流体の交差部分に渦が形成されて流体が滞留することに
より、パイロット火炎が滞留箇所に導かれて保炎がなさ
れるため、燃料の希薄時にあっても全体燃焼時の保炎性
能を向上させ、燃焼を安定状態で継続することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るガスタービン用燃焼装置の一実施
例を示す一部切欠状態の斜視図である。
【図2】本発明に係るガスタービン用燃焼装置の一実施
例を示す正断面図である。
【図3】図2におけるローブミキサ部分の右側面図であ
る。
【符号の説明】
1 ケーシング 2 パイロット燃焼器 3 予混合器 4 燃焼器ライナ 21 パイロット燃料管 22 パイロット用燃料噴射弁 23 パイロットチャンバ 24 吸気口 25 点火栓 26 パイロットステージ 31 予混合予蒸発管 32 隔離スリーブ 33 メインステージ 34 主燃料噴射手段(燃料スプレーリング) 35 主燃料供給管 40 ローブミキサ Fp パイロット火炎 Fm 主燃焼炎 V 渦
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−74449(JP,A) 特開 平7−305849(JP,A) 特開 平6−330765(JP,A) 特開 平4−15409(JP,A) 特開 昭54−114632(JP,A) 特開 昭56−75941(JP,A) 特開 昭57−83648(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23R 3/30 F23R 3/34

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パイロット用燃料噴射弁(22)から噴
    射させた燃料をパイロットチャンバ(23)の内部で燃
    焼させるパイロット燃焼器(2)と、該パイロット燃焼
    器の回りに同心状に配される予混合器(3)とを有する
    燃焼装置であって、予混合器は、パイロットチャンバの
    回りに環状のメインステージ(33)を形成しかつ下流
    まで延長状態の予混合予蒸発管(31)と、メインステ
    ージの上流に配され気流中に燃料を噴射する主燃料噴射
    手段(34)とを具備し、パイロットチャンバの下流端
    部に、パイロット燃焼ガスを周方向に複数分割して外側
    に誘導しかつメインステージの混合流を周方向に複数分
    割して内側に誘導して混合させるローブミキサ(40)
    を具備することを特徴とするガスタービン用燃焼装置。
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