JP3414432B2 - ガスタービン燃焼器 - Google Patents
ガスタービン燃焼器Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空気と燃料とを予混合
して燃焼させるガスタービン燃焼器に係り、特に低ＮＯ
ｘ化を図ることができるガスタービン燃焼器に関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、タービンの熱効率を向上させるた
め、タービン入口温度、すなわちガスタービン燃焼器の
出口温度の高温化が図られているが、ガスタービン燃焼
器の出口温度が高くなると、それに伴ないＮＯｘ（窒素
酸化物）の濃度も高くなる。ガスタービン燃焼器のＮＯ
ｘ発生の主な要因は、ガスタービン燃焼器内における燃
焼ガスの局所的な高温化が挙げられる。 【０００３】従来、燃焼器内で発生するＮＯｘの低減法
としては、２段予混合燃焼方式あるいは水や蒸気を注入
する方式等が提案されているが、２段混合燃焼方式は、
燃焼室上流側第１段燃焼域を、高温ガス域として少量の
第１段燃料を用い安定した火炎（拡散火炎）を形成し、
この高温燃焼ガスによって燃えにくい第２段燃焼域の稀
薄予混合気を安定に燃焼させ、局所的高温部分の発生を
防止するとともに、ＮＯｘの発生を抑制する方式であ
る。 【０００４】この方式を用いた装置は、例えば特開昭６
１−１０５０２９号公報に示されているように、第２段
燃焼域へ稀薄予混合気を導くために燃料を導入するノズ
ルおよび空気を導入するスワラと、ノズルおよびスワラ
から導かれた燃料および空気を予混合する円管状の予混
合予蒸発部（予混合ダクト）とから構成されている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】前記従来のガスタービ
ン燃焼器において、ノズルから噴霧された燃料は、スワ
ラにて旋回流となった空気と混合され、下流に行くに従
って燃料は蒸発してさらによく空気と混合され、予混合
ダクトの出口である燃焼室の第２段燃焼域へと導かれて
燃焼されるが、予混合ダクトでの燃料の壁面付着等によ
り、燃料と空気との混合効果が促進されず、ＮＯｘ発生
量を必ずしも低減できないという問題がある。また、燃
料の壁面付着により、予混合ダクトのメタル温度分布が
不均一となり、予混合ダクトが損傷するおそれもある。 【０００６】本発明は、かかる現況に鑑みなされたもの
で、燃焼器の出口温度が高くなってＮＯｘ発生量が多く
なる場合であっても、予混合ダクトにおいて混合を充分
に促進させ、ＮＯｘ発生量を確実に低減させるととも
に、燃料希薄予混合気が予混合ダクトを流れる際、予混
合ダクト壁面に付着した燃料液滴を除去するガスタービ
ン燃焼器を提供することを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成する手段として、燃料と空気とを予混合させて燃焼室
に予混合ガスを供給する予混合ダクトを、燃焼器ライナ
の外周部に配置するとともに、前記予混合ダクトの出口
部分を複数の通路に分岐したガスタービン燃焼器におい
て、燃料希薄予混合気の流れに乱れを与え、与えられた
乱れにより前記予混合ダクト内面に付着した燃料液滴を
蒸発させる伝熱促進突起を前記予混合ダクトの外面およ
び内面の少なくとも一方で、かつ前記予混合ダクトの出
口端から入口部に向う上流側の位置に備えたことを特徴
とする。 【０００８】 【作用】本発明に係るガスタービン燃焼器においては、
予混合ダクトの外面および内面の少なくとも一方で、予
混合ダクトの出口端から入口部に向う上流側の位置に伝
熱促進突起が設けられる。予混合ダクトの上流側の位置
に設けられた伝熱促進突起を通過する燃料希薄予混合気
は、ここで衝突して流れに乱れが与えられたまま、予混
合ダクトの出口端に向って流れる。 【０００９】このように、流れに乱れが与えられると、
燃料希薄予混合気は、熱伝達係数を増し、その混合気自
身が持つ熱エネルギを高める。熱エネルギを高くした燃
料希薄予混合気は、予混合ダクトの壁面に付着した燃料
液滴を加熱して蒸発させる。この結果、燃料と空気との
均一混合の下、ＮＯｘ濃度を低減化させるとともに、燃
料希薄予混合気に含まれる燃料液滴の予混合ダクト壁面
への付着を防止し、逆火防止のマージンを大きくする。 【００１０】 【実施例】以下、本発明を図面を参照して説明する。 【００１１】図２は、本発明に係るガスタービン燃焼器
の一例を示すもので、この燃焼器は図示しない圧縮機と
ガスタービンとの間に複数個設けられ、圧縮機からの吐
出チャンバ内に収容される。そして、燃焼器外筒１３の
上流端はヘッドプレート１４で閉塞され、このヘッドプ
レート１４の中央部には第１段燃料系６ａに接続される
第１段燃料取入口１５ａおよび第１段燃料ノズル１５が
設けられる。ヘッドプレート１４の外径側には第２段燃
料導入管１６が設けられており、その外端に第２段燃料
系６ｂと接続して燃料を取り入れる第２段燃料取入口１
７、その内部に第２段燃料ノズル１８（図３）が設置さ
れる。そして、その内径側には蒸気ヘッダ１９、蒸気５
０を取り入れる蒸気取入口２０および蒸気噴射ノズル２
１が設置されている。 【００１２】燃焼器外筒１３の内側には燃焼室５に圧縮
機からの圧縮空気を導くフロースリーブ２２が設けら
れ、その内周側に燃焼室５の外壁を形成するライナ２が
設けられている。ライナ２の上流端にはライナキャップ
２３が取り付けられ、この中央部にスワラ１および第１
段燃料ノズル１５が設置されている。そして、燃焼器外
筒１３の下流端には燃焼器ラッパ５２が設けられ、また
ライナ２の後端部にはトランジションピース５３が装着
される。 【００１３】ライナ２の胴部外周には例えば８組の予混
合ダクト２４が配設され、この予混合ダクト２４は上流
側においてライナキャップ２３に取り付けられた支持具
２５によって支持されており、下流側は予混合ダクト２
４に固定された支持プレート２６の外周側に支持リング
２７を巻回することによって、８組の予混合ダクト２４
をライナ２に支持させている。このライナ２はその上流
端がライナ支持具５１を介してフロースリーブ２２に支
持されている。 【００１４】ここで、予混合ダクト２４の出口部は三方
に分岐され、各々の出口端がライナ２に固定されたスリ
ーブ２８ａ，２８ｂ，２８ｃに挿入されており、このス
リーブ２８ａ，２８ｂ，２８ｃの外周端は予混合ダクト
２４の支持プレート２６と接触している。また予混合ダ
クト２４の前後２箇所の支持部ではダクトの軸方向に対
してスライド可能となっており、支持リング２７は弾性
を有し、半径方向に拡径・縮径可能となっている。 【００１５】さらに、図３に示すように８組の予混合ダ
クト２４間には、点火器２９、火炎検出器（図示せず）
および火炎伝播管３１が設置されており、この火炎伝播
管３１は燃焼器外筒１３の周面に設けた火炎伝播管外筒
５４に嵌着され、その内面を火炎伝播孔５５としてい
る。点火器２９も同様に燃焼器外筒１３の周面に取り付
けられ、この先端部がライナ２に形成した点火器挿入孔
５６に臨んでいる。 【００１６】予混合ダクト２４の入口開口部には、図３
に示すように各々２組の第２段燃料ノズル１８の先端が
位置しており、このノズル先端部には予混合ダクト２４
内部に向いて位置決めされた第２段燃料ノズル孔３２が
多数穿設されている。また、予混合ダクト２４は図１に
示すように入口部に空気７を反転流入させるガイド３３
が設けられとともに、３つの分岐後の通路に各々絞り部
３４ａ，３４ｂ，３４ｃが形成されている。これらの絞
り部３４は例えば図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すような形状
であって、つまり分岐直後の面積Ａ１から出口部面積Ａ
２までの縮小流路であればよく、Ａ１＞Ａ２の関係であ
ればよい。 【００１７】前記予混合ダクト２４は、図１に示すよう
に、その内面および外面で、かつその出口端からその入
口部に向う上流側に、伝熱促進突起４１を所要数設け、
伝熱促進突起４１に衝突させて流れに乱れを与え、流れ
に乱れが与えられた燃料希薄予混合気の熱伝達係数を高
め、熱伝達係数を高めた燃料希薄予混合気をそのまま下
流側に流しているので、燃料液滴４２（図２）が、ガス
タービン運転条件により予混合ダクト２４の出口端側に
付着した場合でも、これを蒸発させて均一混合させるこ
とができるようになっている。 【００１８】この予混合ダクト２４にはまた、図１およ
び図２に示すように、その長手方向中間部に、空気口４
３が設けられており、燃料液滴４２が予混合ダクト２４
内面に付着した場合でも、空気口４３から流入する空気
７によりこれを吹き飛ばし、その微粒化を図って蒸発を
促進させることができるようになっている。 【００１９】図５は図２のＡ部を拡大して示し、予混合
ダクト２４の出口端が挿入されたライナ２に固定された
スリーブ２８ｂには予混合ダクト出口端外周を空気で対
流冷却させるように多数の孔３５が穿設されている。図
示しないが他のスリーブ２８ａ，２８ｃについても同様
な構造となっている。そして、図５においてスリーブ２
８ｂの外周方向におけるライナ２の内周にはライナ内リ
ング５７が設けられ、またスリーブ２８ｂの外周にはス
リーブ冷却フランジ５８が固定されている。 【００２０】次に、本実施例の作用を説明する。 【００２１】図示しない圧縮機から吐出される空気７
は、フロースリーブ２２とライナ２との間を燃焼器上端
側に向けて流入し、その一部はライナ冷却孔３６（図
５）等からライナ冷却用空気として流れ、また他の一部
はスワラ１等から一次燃焼空気として、さらに一部は予
混合ダクト２４に予混合ガス生成用として、さらに他の
一部は希釈空気孔３７より希釈空気として燃焼室５内に
流入する。 【００２２】一方、第１段燃料系６ａの燃料は第１段燃
料ノズル本体先端部に設けた第１段燃料ノズル孔３８
（図２）からスワラ１を介して燃焼室５内に流入して上
記一次燃焼空気と主に拡散混合して拡散燃焼する。 【００２３】他方、第２段燃焼系６ｂの燃料は第２段燃
料取入口１７、第２燃料導入管１６を通り、第２段燃料
ノズル１８を介して予混合ダクト２４内に噴射され、空
気と予混合して予混合ガス８となって燃焼器５内に流入
して予混合燃焼を行なう。そして、燃焼器５内で燃焼に
供され、高温の燃焼ガスとなった燃焼ガス６０はトラン
ジションピース５３内に形成された案内路を通って図示
しないガスタービンに導かれる。燃焼ガスがガスタービ
ンを通過する際に膨張して仕事をし、発電機を回転駆動
させる。 【００２４】本実施例において予混合ガス供給孔は例え
ば２４個あるが、３個の孔に対して１つの予混合ダクト
が対応するので、全体では予混合ダクト８本、第２段燃
料ノズル１６個によって構成されている。また、予混合
ダクト入口から分岐前までの予混合ガスの流速を３０〜
５０ｍ/secとして、分岐後の絞り部３４以降では６０ｍ
/sec以上に増速させているため、火炎伝播速度より速く
なってガスタービンの実用運転条件において逆火せず、
かつ圧力損失が少ないことが実験によって確認された。 【００２５】また、予混合ダクト２４は入口部に空気導
入用のガイド３３を有しているため、流入する空気の流
れを乱すことがなく、加えて予混合ダクト２４入口から
出口までの形状を滑かで連続的に変化する形状としたの
で、予混合ダクト２４内部で発生する乱れも少なく、こ
れにより一段と圧力損失が減少するとともに耐逆火性能
を向上させている。 【００２６】そして、予混合ダクト２４の内、外面に設
けた伝熱促進突起４１に燃料希薄予混合気を衝突させ、
その流れに乱れを与え、与えられた乱れに基づく熱伝達
係数を向上させることにより、ガスタービン運転条件で
ダクト内面に燃料液滴４２が付着しても、これを蒸発さ
せて均一混合が促進され、逆火に対するマージンが大き
くとれる。 【００２７】また、予混合ダクト２４の中間における空
気口４３は、予混合ダクト２４内面に付着した燃料を吹
き飛ばし、微粒化を図りながら蒸発促進を行なう作用が
ある。 【００２８】さらに、各予混合ダクト出口端のライナ２
内に挿入されている部分をスリーブ２８ａ，２８ｂ，２
８ｃに穿設した多数の孔３５から流入する空気によって
対流冷却しているために、予混合ダクト出口端壁面を温
度上昇させることがない。その結果、予混合ダクト表面
を高温着火源とするような逆火も防止することができ
る。 【００２９】しかして、予混合ダクト２４の内面および
外面に伝熱促進突起４１を設け、また予混合ダクト２４
の中間部に空気口４３を設けているので、予混合ダクト
２４における燃料と空気との混合を促進させ、ＮＯｘ発
生量を確実に低減させることができる。 【００３０】なお、本発明は前記実施例に限らず種々の
変更が可能である。例えば、予混合ダクトの形状や構造
および伝熱促進突起や、中間部に設けた空気口は、形
状、個数など種々変化させることが可能である。また、
ライナの冷却構造、希釈空気口を削除したものや、第一
段燃料ノズルの個数、第二段燃料ノズル個数や予混合ダ
クトとの相対位置等、種々の変形が可能である。他に
も、燃焼器外筒、火炎伝播管を燃焼器ラッパ内に一体と
した構造も可能である。さらに、このガスタービン燃焼
器は種々のタイプのガスタービンプラントやコンバイン
ドサイクル発電プラントに適用することができる。 【００３１】 【発明の効果】以上説明したように本発明は、予混合ダ
クトの外面および内面の少なくとも一方で、かつ予混合
ダクトの出口端から入口部に向う上流側の位置に、燃料
希薄予混合気を衝突させ、衝突させた流れに乱れを与
え、流れに乱れが与えられ、熱伝達係数を向上させた燃
料希薄予混合気をその出口端子まで流し、予混合ダクト
壁面に付着した燃料液滴を蒸発させる構成にしたので、
空気と燃料との混合を良好にさせてＮＯｘ濃度を低く抑
えることができ、予混合ダクト壁面に付着した燃料液滴
に基づく逆火を防止することができる。
して燃焼させるガスタービン燃焼器に係り、特に低ＮＯ
ｘ化を図ることができるガスタービン燃焼器に関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、タービンの熱効率を向上させるた
め、タービン入口温度、すなわちガスタービン燃焼器の
出口温度の高温化が図られているが、ガスタービン燃焼
器の出口温度が高くなると、それに伴ないＮＯｘ（窒素
酸化物）の濃度も高くなる。ガスタービン燃焼器のＮＯ
ｘ発生の主な要因は、ガスタービン燃焼器内における燃
焼ガスの局所的な高温化が挙げられる。 【０００３】従来、燃焼器内で発生するＮＯｘの低減法
としては、２段予混合燃焼方式あるいは水や蒸気を注入
する方式等が提案されているが、２段混合燃焼方式は、
燃焼室上流側第１段燃焼域を、高温ガス域として少量の
第１段燃料を用い安定した火炎（拡散火炎）を形成し、
この高温燃焼ガスによって燃えにくい第２段燃焼域の稀
薄予混合気を安定に燃焼させ、局所的高温部分の発生を
防止するとともに、ＮＯｘの発生を抑制する方式であ
る。 【０００４】この方式を用いた装置は、例えば特開昭６
１−１０５０２９号公報に示されているように、第２段
燃焼域へ稀薄予混合気を導くために燃料を導入するノズ
ルおよび空気を導入するスワラと、ノズルおよびスワラ
から導かれた燃料および空気を予混合する円管状の予混
合予蒸発部（予混合ダクト）とから構成されている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】前記従来のガスタービ
ン燃焼器において、ノズルから噴霧された燃料は、スワ
ラにて旋回流となった空気と混合され、下流に行くに従
って燃料は蒸発してさらによく空気と混合され、予混合
ダクトの出口である燃焼室の第２段燃焼域へと導かれて
燃焼されるが、予混合ダクトでの燃料の壁面付着等によ
り、燃料と空気との混合効果が促進されず、ＮＯｘ発生
量を必ずしも低減できないという問題がある。また、燃
料の壁面付着により、予混合ダクトのメタル温度分布が
不均一となり、予混合ダクトが損傷するおそれもある。 【０００６】本発明は、かかる現況に鑑みなされたもの
で、燃焼器の出口温度が高くなってＮＯｘ発生量が多く
なる場合であっても、予混合ダクトにおいて混合を充分
に促進させ、ＮＯｘ発生量を確実に低減させるととも
に、燃料希薄予混合気が予混合ダクトを流れる際、予混
合ダクト壁面に付着した燃料液滴を除去するガスタービ
ン燃焼器を提供することを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成する手段として、燃料と空気とを予混合させて燃焼室
に予混合ガスを供給する予混合ダクトを、燃焼器ライナ
の外周部に配置するとともに、前記予混合ダクトの出口
部分を複数の通路に分岐したガスタービン燃焼器におい
て、燃料希薄予混合気の流れに乱れを与え、与えられた
乱れにより前記予混合ダクト内面に付着した燃料液滴を
蒸発させる伝熱促進突起を前記予混合ダクトの外面およ
び内面の少なくとも一方で、かつ前記予混合ダクトの出
口端から入口部に向う上流側の位置に備えたことを特徴
とする。 【０００８】 【作用】本発明に係るガスタービン燃焼器においては、
予混合ダクトの外面および内面の少なくとも一方で、予
混合ダクトの出口端から入口部に向う上流側の位置に伝
熱促進突起が設けられる。予混合ダクトの上流側の位置
に設けられた伝熱促進突起を通過する燃料希薄予混合気
は、ここで衝突して流れに乱れが与えられたまま、予混
合ダクトの出口端に向って流れる。 【０００９】このように、流れに乱れが与えられると、
燃料希薄予混合気は、熱伝達係数を増し、その混合気自
身が持つ熱エネルギを高める。熱エネルギを高くした燃
料希薄予混合気は、予混合ダクトの壁面に付着した燃料
液滴を加熱して蒸発させる。この結果、燃料と空気との
均一混合の下、ＮＯｘ濃度を低減化させるとともに、燃
料希薄予混合気に含まれる燃料液滴の予混合ダクト壁面
への付着を防止し、逆火防止のマージンを大きくする。 【００１０】 【実施例】以下、本発明を図面を参照して説明する。 【００１１】図２は、本発明に係るガスタービン燃焼器
の一例を示すもので、この燃焼器は図示しない圧縮機と
ガスタービンとの間に複数個設けられ、圧縮機からの吐
出チャンバ内に収容される。そして、燃焼器外筒１３の
上流端はヘッドプレート１４で閉塞され、このヘッドプ
レート１４の中央部には第１段燃料系６ａに接続される
第１段燃料取入口１５ａおよび第１段燃料ノズル１５が
設けられる。ヘッドプレート１４の外径側には第２段燃
料導入管１６が設けられており、その外端に第２段燃料
系６ｂと接続して燃料を取り入れる第２段燃料取入口１
７、その内部に第２段燃料ノズル１８（図３）が設置さ
れる。そして、その内径側には蒸気ヘッダ１９、蒸気５
０を取り入れる蒸気取入口２０および蒸気噴射ノズル２
１が設置されている。 【００１２】燃焼器外筒１３の内側には燃焼室５に圧縮
機からの圧縮空気を導くフロースリーブ２２が設けら
れ、その内周側に燃焼室５の外壁を形成するライナ２が
設けられている。ライナ２の上流端にはライナキャップ
２３が取り付けられ、この中央部にスワラ１および第１
段燃料ノズル１５が設置されている。そして、燃焼器外
筒１３の下流端には燃焼器ラッパ５２が設けられ、また
ライナ２の後端部にはトランジションピース５３が装着
される。 【００１３】ライナ２の胴部外周には例えば８組の予混
合ダクト２４が配設され、この予混合ダクト２４は上流
側においてライナキャップ２３に取り付けられた支持具
２５によって支持されており、下流側は予混合ダクト２
４に固定された支持プレート２６の外周側に支持リング
２７を巻回することによって、８組の予混合ダクト２４
をライナ２に支持させている。このライナ２はその上流
端がライナ支持具５１を介してフロースリーブ２２に支
持されている。 【００１４】ここで、予混合ダクト２４の出口部は三方
に分岐され、各々の出口端がライナ２に固定されたスリ
ーブ２８ａ，２８ｂ，２８ｃに挿入されており、このス
リーブ２８ａ，２８ｂ，２８ｃの外周端は予混合ダクト
２４の支持プレート２６と接触している。また予混合ダ
クト２４の前後２箇所の支持部ではダクトの軸方向に対
してスライド可能となっており、支持リング２７は弾性
を有し、半径方向に拡径・縮径可能となっている。 【００１５】さらに、図３に示すように８組の予混合ダ
クト２４間には、点火器２９、火炎検出器（図示せず）
および火炎伝播管３１が設置されており、この火炎伝播
管３１は燃焼器外筒１３の周面に設けた火炎伝播管外筒
５４に嵌着され、その内面を火炎伝播孔５５としてい
る。点火器２９も同様に燃焼器外筒１３の周面に取り付
けられ、この先端部がライナ２に形成した点火器挿入孔
５６に臨んでいる。 【００１６】予混合ダクト２４の入口開口部には、図３
に示すように各々２組の第２段燃料ノズル１８の先端が
位置しており、このノズル先端部には予混合ダクト２４
内部に向いて位置決めされた第２段燃料ノズル孔３２が
多数穿設されている。また、予混合ダクト２４は図１に
示すように入口部に空気７を反転流入させるガイド３３
が設けられとともに、３つの分岐後の通路に各々絞り部
３４ａ，３４ｂ，３４ｃが形成されている。これらの絞
り部３４は例えば図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すような形状
であって、つまり分岐直後の面積Ａ１から出口部面積Ａ
２までの縮小流路であればよく、Ａ１＞Ａ２の関係であ
ればよい。 【００１７】前記予混合ダクト２４は、図１に示すよう
に、その内面および外面で、かつその出口端からその入
口部に向う上流側に、伝熱促進突起４１を所要数設け、
伝熱促進突起４１に衝突させて流れに乱れを与え、流れ
に乱れが与えられた燃料希薄予混合気の熱伝達係数を高
め、熱伝達係数を高めた燃料希薄予混合気をそのまま下
流側に流しているので、燃料液滴４２（図２）が、ガス
タービン運転条件により予混合ダクト２４の出口端側に
付着した場合でも、これを蒸発させて均一混合させるこ
とができるようになっている。 【００１８】この予混合ダクト２４にはまた、図１およ
び図２に示すように、その長手方向中間部に、空気口４
３が設けられており、燃料液滴４２が予混合ダクト２４
内面に付着した場合でも、空気口４３から流入する空気
７によりこれを吹き飛ばし、その微粒化を図って蒸発を
促進させることができるようになっている。 【００１９】図５は図２のＡ部を拡大して示し、予混合
ダクト２４の出口端が挿入されたライナ２に固定された
スリーブ２８ｂには予混合ダクト出口端外周を空気で対
流冷却させるように多数の孔３５が穿設されている。図
示しないが他のスリーブ２８ａ，２８ｃについても同様
な構造となっている。そして、図５においてスリーブ２
８ｂの外周方向におけるライナ２の内周にはライナ内リ
ング５７が設けられ、またスリーブ２８ｂの外周にはス
リーブ冷却フランジ５８が固定されている。 【００２０】次に、本実施例の作用を説明する。 【００２１】図示しない圧縮機から吐出される空気７
は、フロースリーブ２２とライナ２との間を燃焼器上端
側に向けて流入し、その一部はライナ冷却孔３６（図
５）等からライナ冷却用空気として流れ、また他の一部
はスワラ１等から一次燃焼空気として、さらに一部は予
混合ダクト２４に予混合ガス生成用として、さらに他の
一部は希釈空気孔３７より希釈空気として燃焼室５内に
流入する。 【００２２】一方、第１段燃料系６ａの燃料は第１段燃
料ノズル本体先端部に設けた第１段燃料ノズル孔３８
（図２）からスワラ１を介して燃焼室５内に流入して上
記一次燃焼空気と主に拡散混合して拡散燃焼する。 【００２３】他方、第２段燃焼系６ｂの燃料は第２段燃
料取入口１７、第２燃料導入管１６を通り、第２段燃料
ノズル１８を介して予混合ダクト２４内に噴射され、空
気と予混合して予混合ガス８となって燃焼器５内に流入
して予混合燃焼を行なう。そして、燃焼器５内で燃焼に
供され、高温の燃焼ガスとなった燃焼ガス６０はトラン
ジションピース５３内に形成された案内路を通って図示
しないガスタービンに導かれる。燃焼ガスがガスタービ
ンを通過する際に膨張して仕事をし、発電機を回転駆動
させる。 【００２４】本実施例において予混合ガス供給孔は例え
ば２４個あるが、３個の孔に対して１つの予混合ダクト
が対応するので、全体では予混合ダクト８本、第２段燃
料ノズル１６個によって構成されている。また、予混合
ダクト入口から分岐前までの予混合ガスの流速を３０〜
５０ｍ/secとして、分岐後の絞り部３４以降では６０ｍ
/sec以上に増速させているため、火炎伝播速度より速く
なってガスタービンの実用運転条件において逆火せず、
かつ圧力損失が少ないことが実験によって確認された。 【００２５】また、予混合ダクト２４は入口部に空気導
入用のガイド３３を有しているため、流入する空気の流
れを乱すことがなく、加えて予混合ダクト２４入口から
出口までの形状を滑かで連続的に変化する形状としたの
で、予混合ダクト２４内部で発生する乱れも少なく、こ
れにより一段と圧力損失が減少するとともに耐逆火性能
を向上させている。 【００２６】そして、予混合ダクト２４の内、外面に設
けた伝熱促進突起４１に燃料希薄予混合気を衝突させ、
その流れに乱れを与え、与えられた乱れに基づく熱伝達
係数を向上させることにより、ガスタービン運転条件で
ダクト内面に燃料液滴４２が付着しても、これを蒸発さ
せて均一混合が促進され、逆火に対するマージンが大き
くとれる。 【００２７】また、予混合ダクト２４の中間における空
気口４３は、予混合ダクト２４内面に付着した燃料を吹
き飛ばし、微粒化を図りながら蒸発促進を行なう作用が
ある。 【００２８】さらに、各予混合ダクト出口端のライナ２
内に挿入されている部分をスリーブ２８ａ，２８ｂ，２
８ｃに穿設した多数の孔３５から流入する空気によって
対流冷却しているために、予混合ダクト出口端壁面を温
度上昇させることがない。その結果、予混合ダクト表面
を高温着火源とするような逆火も防止することができ
る。 【００２９】しかして、予混合ダクト２４の内面および
外面に伝熱促進突起４１を設け、また予混合ダクト２４
の中間部に空気口４３を設けているので、予混合ダクト
２４における燃料と空気との混合を促進させ、ＮＯｘ発
生量を確実に低減させることができる。 【００３０】なお、本発明は前記実施例に限らず種々の
変更が可能である。例えば、予混合ダクトの形状や構造
および伝熱促進突起や、中間部に設けた空気口は、形
状、個数など種々変化させることが可能である。また、
ライナの冷却構造、希釈空気口を削除したものや、第一
段燃料ノズルの個数、第二段燃料ノズル個数や予混合ダ
クトとの相対位置等、種々の変形が可能である。他に
も、燃焼器外筒、火炎伝播管を燃焼器ラッパ内に一体と
した構造も可能である。さらに、このガスタービン燃焼
器は種々のタイプのガスタービンプラントやコンバイン
ドサイクル発電プラントに適用することができる。 【００３１】 【発明の効果】以上説明したように本発明は、予混合ダ
クトの外面および内面の少なくとも一方で、かつ予混合
ダクトの出口端から入口部に向う上流側の位置に、燃料
希薄予混合気を衝突させ、衝突させた流れに乱れを与
え、流れに乱れが与えられ、熱伝達係数を向上させた燃
料希薄予混合気をその出口端子まで流し、予混合ダクト
壁面に付着した燃料液滴を蒸発させる構成にしたので、
空気と燃料との混合を良好にさせてＮＯｘ濃度を低く抑
えることができ、予混合ダクト壁面に付着した燃料液滴
に基づく逆火を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るガスタービン燃焼器に
用いられる予混合ダクトを示す部分断面斜視図。 【図２】ガスタービン燃焼器の全体構成を示す断面図。 【図３】図２のIII−III線断面図。 【図４】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は予混合ダクトの絞り
部を示す説明図。 【図５】図２のＡ部拡大斜視図。 【符号の説明】 ２ ライナ ５ 燃焼室 １３ 燃焼器外筒 ２２ フロースリーブ ２４ 予混合ダクト ２８ａ，２８ｂ，２８ｃ スリーブ ３２ 第２段燃料ノズル ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ 絞り部 ４１ 伝熱促進突起 ４３ 空気口
用いられる予混合ダクトを示す部分断面斜視図。 【図２】ガスタービン燃焼器の全体構成を示す断面図。 【図３】図２のIII−III線断面図。 【図４】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は予混合ダクトの絞り
部を示す説明図。 【図５】図２のＡ部拡大斜視図。 【符号の説明】 ２ ライナ ５ 燃焼室 １３ 燃焼器外筒 ２２ フロースリーブ ２４ 予混合ダクト ２８ａ，２８ｂ，２８ｃ スリーブ ３２ 第２段燃料ノズル ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ 絞り部 ４１ 伝熱促進突起 ４３ 空気口
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フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平３−78557（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−187910（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−98014（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−181712（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−309123（ＪＰ，Ａ)
実開 平５−17356（ＪＰ，Ｕ)
実公 平３−7738（ＪＰ，Ｙ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F02C 1/00 - 9/58
F23R 3/00 - 7/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 燃料と空気とを予混合させて燃焼室に予
混合ガスを供給する予混合ダクトを、燃焼器ライナの外
周部に配置するとともに、前記予混合ダクトの出口部分
を複数の通路に分岐したガスタービン燃焼器において、
燃料希薄予混合気の流れに乱れを与え、与えられた乱れ
により前記予混合ダクト内面に付着した燃料液滴を蒸発
させる伝熱促進突起を前記予混合ダクトの外面および内
面の少なくとも一方で、かつ前記予混合ダクトの出口端
から入口部に向う上流側の位置に備えたことを特徴とす
るガスタービン燃焼器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06205693A JP3414432B2 (ja) | 1993-03-22 | 1993-03-22 | ガスタービン燃焼器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06205693A JP3414432B2 (ja) | 1993-03-22 | 1993-03-22 | ガスタービン燃焼器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06272863A JPH06272863A (ja) | 1994-09-27 |
| JP3414432B2 true JP3414432B2 (ja) | 2003-06-09 |
Family
ID=13189110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06205693A Expired - Fee Related JP3414432B2 (ja) | 1993-03-22 | 1993-03-22 | ガスタービン燃焼器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3414432B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9671112B2 (en) * | 2013-03-12 | 2017-06-06 | General Electric Company | Air diffuser for a head end of a combustor |
-
1993
- 1993-03-22 JP JP06205693A patent/JP3414432B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06272863A (ja) | 1994-09-27 |
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