JP3459449B2 - ガスタービン燃焼器、及び１次運転モードから予混合運転モードへの移行中に燃焼動圧を抑制する方法 - Google Patents
ガスタービン燃焼器、及び１次運転モードから予混合運転モードへの移行中に燃焼動圧を抑制する方法Info
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- F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
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- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/34—Feeding into different combustion zones
- F23R3/346—Feeding into different combustion zones for staged combustion
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
- F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
- F23C6/045—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure
- F23C6/047—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure with fuel supply in stages
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービン燃焼器に
関し、特に、窒素酸化物（ＮＯｘ）のような空気汚染物
を更に低減するガスタービン燃焼器の改良に関する。
関し、特に、窒素酸化物（ＮＯｘ）のような空気汚染物
を更に低減するガスタービン燃焼器の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービンの排気内のＮＯｘの量を減
少させるために、発明者ウィルクス（Wilkes）及びヒル
ト（Hilt）は、１９８１年１０月６日付の米国特許番号
第４２９２８０１号に開示されている２段２モード（方
式）燃焼器を発明した。この引用特許は本発明と同じ譲
受人（本出願人）に付与されたもので、ここに参照され
るべきでものある。この引用特許では、２つの燃焼室を
設ければ、従来の単段単一燃料ノズル式燃焼器に比べ
て、ＮＯｘ排出量を大幅に減少させ得るということが開
示されている。上述の引用特許に記載されているような
特定の構成は、それぞれが燃料を１次燃焼室内に放出す
るように環状列を成している１次ノズルと、燃料を２次
燃焼室内に放出する中央２次ノズルとを含んでいる。２
次ノズルは軸方向燃料送給管を有しており、この送給管
は、吐出し端部が空気スワーラによって囲まれており、
空気スワーラは、燃焼用空気を燃料ノズル吐出し流に供
給する。燃焼器の他の構成部は、燃焼室ライナと、２次
燃焼室又は燃焼域内に配設されているベンチュリと、燃
焼室キャップ及び中央体とを含んでいる。
少させるために、発明者ウィルクス（Wilkes）及びヒル
ト（Hilt）は、１９８１年１０月６日付の米国特許番号
第４２９２８０１号に開示されている２段２モード（方
式）燃焼器を発明した。この引用特許は本発明と同じ譲
受人（本出願人）に付与されたもので、ここに参照され
るべきでものある。この引用特許では、２つの燃焼室を
設ければ、従来の単段単一燃料ノズル式燃焼器に比べ
て、ＮＯｘ排出量を大幅に減少させ得るということが開
示されている。上述の引用特許に記載されているような
特定の構成は、それぞれが燃料を１次燃焼室内に放出す
るように環状列を成している１次ノズルと、燃料を２次
燃焼室内に放出する中央２次ノズルとを含んでいる。２
次ノズルは軸方向燃料送給管を有しており、この送給管
は、吐出し端部が空気スワーラによって囲まれており、
空気スワーラは、燃焼用空気を燃料ノズル吐出し流に供
給する。燃焼器の他の構成部は、燃焼室ライナと、２次
燃焼室又は燃焼域内に配設されているベンチュリと、燃
焼室キャップ及び中央体とを含んでいる。
【０００３】燃焼器を作動させるには、先ず、燃料及び
空気を第１の又は１次室に導入して第１の室内で燃焼さ
せる。その後、燃料流を第２の室内に転向させ、これを
第１の室内の燃焼が終わるまで続ける。次いで混合のた
めに、燃料を第１の室内に再び分配し、その際、第２の
室内のみで燃焼を発生させる。第２の室内の燃焼は、か
なりの量の希釈空気を第２の室の下流端に導入すること
により急速に抑制される。これは、ＮＯｘを低減させる
温度で燃焼生成物の在留時間を減少させるためであり、
これにより、タービン部用の原動力をもたらしている。
この作用の特徴は、ＮＯｘ、一酸化炭素及び未燃炭化水
素の排出量を少なくすることである。
空気を第１の又は１次室に導入して第１の室内で燃焼さ
せる。その後、燃料流を第２の室内に転向させ、これを
第１の室内の燃焼が終わるまで続ける。次いで混合のた
めに、燃料を第１の室内に再び分配し、その際、第２の
室内のみで燃焼を発生させる。第２の室内の燃焼は、か
なりの量の希釈空気を第２の室の下流端に導入すること
により急速に抑制される。これは、ＮＯｘを低減させる
温度で燃焼生成物の在留時間を減少させるためであり、
これにより、タービン部用の原動力をもたらしている。
この作用の特徴は、ＮＯｘ、一酸化炭素及び未燃炭化水
素の排出量を少なくすることである。
【０００４】この分野における更なる開発により、本出
願人に譲渡された米国特許番号第４９８２５７０号に記
載されているような２段（拡散・予混合）２次燃料ノズ
ルが出現した。この引用特許に記載されているように、
中央又は２次ノズルの設計を拡散パイロット・予混合式
ノズルとして作用するように変えることにより、ＮＯｘ
の発生を更に減少させ得る。運転中、比較的少量の燃料
が拡散パイロットを維持するために用いられると共に、
ノズルの予混合部が上流１次ノズルからの主供給燃料の
点火用の追加燃料を送給する。
願人に譲渡された米国特許番号第４９８２５７０号に記
載されているような２段（拡散・予混合）２次燃料ノズ
ルが出現した。この引用特許に記載されているように、
中央又は２次ノズルの設計を拡散パイロット・予混合式
ノズルとして作用するように変えることにより、ＮＯｘ
の発生を更に減少させ得る。運転中、比較的少量の燃料
が拡散パイロットを維持するために用いられると共に、
ノズルの予混合部が上流１次ノズルからの主供給燃料の
点火用の追加燃料を送給する。
【０００５】予混合運転への移行中に高度の燃焼動圧活
動が存在するということが、その後発見された。燃焼動
圧を抑制する１つの方法は、本出願人に譲渡された同時
係属米国特許出願番号第０７／６８００７３号（現在許
可済み）に記載されているようなガスのみの２段（予混
合・拡散）２次燃料ノズルを用いることである。この引
用米国特許出願の全明細は、ここに参照されるべきもの
である。
動が存在するということが、その後発見された。燃焼動
圧を抑制する１つの方法は、本出願人に譲渡された同時
係属米国特許出願番号第０７／６８００７３号（現在許
可済み）に記載されているようなガスのみの２段（予混
合・拡散）２次燃料ノズルを用いることである。この引
用米国特許出願の全明細は、ここに参照されるべきもの
である。
【０００６】
【発明の概要及び目的】本発明は、米国特許番号第４２
９２８０１号及び同第４９８２５７０号に記載されてい
るような２段２モード燃焼システムにおいて、燃焼動圧
を抑制する２つの追加方法を開示するものである。１つ
のこのような方法は、第２の燃焼室内のベンチュリの円
錐形後部からの燃料噴射を包含しており、そして他の方
法は、中央体の外側スワーラ部からの燃料噴射を包含し
ている。
９２８０１号及び同第４９８２５７０号に記載されてい
るような２段２モード燃焼システムにおいて、燃焼動圧
を抑制する２つの追加方法を開示するものである。１つ
のこのような方法は、第２の燃焼室内のベンチュリの円
錐形後部からの燃料噴射を包含しており、そして他の方
法は、中央体の外側スワーラ部からの燃料噴射を包含し
ている。
【０００７】従って、本発明の主目的は、予混合運転へ
の移行中の高度の燃焼動圧活動を最小にし得る追加手段
を提供することである。即ち、本発明による燃焼器は、
予混合運転モードへの移行中に燃焼によって生ずる圧力
脈動を最小にするために、第３の又は３次燃料段を採用
するものである。本発明の第１の実施例では、複数の管
が１次及び２次燃焼室又は燃焼域の間のベンチュリの円
錐形後部に機械的に取り付けられている。個々の管は共
通マニホルドに連結されていると共に、単一の燃料管路
が系に燃料を供給している。こうして３次燃料系が構成
されており、予混合運転への移行中に、燃料が管群に供
給されると共に、２次燃焼室内に噴射される。これは、
第１の段を出た未燃混合物に対して安定なパイロットを
もたらすと共に、保炎性を高める結果、予混合運転への
移行中の動圧を低減させる。
の移行中の高度の燃焼動圧活動を最小にし得る追加手段
を提供することである。即ち、本発明による燃焼器は、
予混合運転モードへの移行中に燃焼によって生ずる圧力
脈動を最小にするために、第３の又は３次燃料段を採用
するものである。本発明の第１の実施例では、複数の管
が１次及び２次燃焼室又は燃焼域の間のベンチュリの円
錐形後部に機械的に取り付けられている。個々の管は共
通マニホルドに連結されていると共に、単一の燃料管路
が系に燃料を供給している。こうして３次燃料系が構成
されており、予混合運転への移行中に、燃料が管群に供
給されると共に、２次燃焼室内に噴射される。これは、
第１の段を出た未燃混合物に対して安定なパイロットを
もたらすと共に、保炎性を高める結果、予混合運転への
移行中の動圧を低減させる。
【０００８】他の実施例では、複数の管が中央体に沿っ
て軸方向に配置されていると共に、中央体外側スワーラ
のスロット内に吐出し端を有している。この場合も、個
々の管は共通マニホルドに連結されていると共に、単一
の燃料管路から燃料を供給されている。予混合運転への
移行中に、燃料がこれらの管に供給されて、２次燃焼室
又は燃焼域内に噴射される。噴射燃料は低濃度の移送予
混合ガスを効率良く燃焼させる結果、燃焼効率を高め、
そして予混合モードへの移行中の動圧を低減させる。
て軸方向に配置されていると共に、中央体外側スワーラ
のスロット内に吐出し端を有している。この場合も、個
々の管は共通マニホルドに連結されていると共に、単一
の燃料管路から燃料を供給されている。予混合運転への
移行中に、燃料がこれらの管に供給されて、２次燃焼室
又は燃焼域内に噴射される。噴射燃料は低濃度の移送予
混合ガスを効率良く燃焼させる結果、燃焼効率を高め、
そして予混合モードへの移行中の動圧を低減させる。
【０００９】予混合運転への移行中、１次燃焼域での消
炎のために１００％の燃料を第２の段に直接送給しなけ
ればならない。本発明によれば、予混合運転への移行中
に、１００％の燃料が３次燃料系（ベンチュリ又は中央
体）に送給される。これは、１次燃焼室内の消炎と、２
次燃焼室内の安定な拡散火炎燃焼とを引き起こす。ひと
たび１次燃焼室内で消炎が発生すれば、燃料の一部を１
次域内の１次ノズルに戻し、そして残りの燃料を予混合
モードの運転のために予混合２次燃料ノズルに送ること
ができる。
炎のために１００％の燃料を第２の段に直接送給しなけ
ればならない。本発明によれば、予混合運転への移行中
に、１００％の燃料が３次燃料系（ベンチュリ又は中央
体）に送給される。これは、１次燃焼室内の消炎と、２
次燃焼室内の安定な拡散火炎燃焼とを引き起こす。ひと
たび１次燃焼室内で消炎が発生すれば、燃料の一部を１
次域内の１次ノズルに戻し、そして残りの燃料を予混合
モードの運転のために予混合２次燃料ノズルに送ること
ができる。
【００１０】 従って、本発明は、最も広範な態様にお
いて、１次及び２次燃焼室の間に配置されているベンチ
ュリを有している１次及び２次燃焼室と、１次燃焼室の
上流において環状列を成しており、燃焼器キャップに固
定されている複数の１次燃料ノズルと、２次燃料ノズル
を含んでおり、燃焼器キャップから２次燃焼室まで延在
している中央体とを含んでいる形式のガスタービン燃焼
器であって、燃焼器の縦軸線の周りに円形列を成して配
設されており、燃料を２次燃焼室内に噴射する複数の３
次燃料ノズルを備えているガスタービン燃焼器に関す
る。
いて、１次及び２次燃焼室の間に配置されているベンチ
ュリを有している１次及び２次燃焼室と、１次燃焼室の
上流において環状列を成しており、燃焼器キャップに固
定されている複数の１次燃料ノズルと、２次燃料ノズル
を含んでおり、燃焼器キャップから２次燃焼室まで延在
している中央体とを含んでいる形式のガスタービン燃焼
器であって、燃焼器の縦軸線の周りに円形列を成して配
設されており、燃料を２次燃焼室内に噴射する複数の３
次燃料ノズルを備えているガスタービン燃焼器に関す
る。
【００１１】本発明は又、ベンチュリによって隔てられ
ていると共に１次及び２次燃料ノズルから燃料をそれぞ
れ供給されている１次及び２次燃焼室を含んでおり、１
次運転モードにおいて燃料が、１次燃焼室内のみで燃焼
するように１次燃料ノズルによって１次燃焼室に供給さ
れていると共に、予混合運転モードにおいて燃料が、空
気と予混合すると共に２次燃焼室内で燃焼するように１
次燃料ノズルによって１次燃焼室に供給されている２段
ガスタービン燃焼器において、１次運転モードから予混
合運転モードへの移行中に燃焼動圧を抑制する方法であ
って、（ａ） １次運転モードから予混合運転モードへ
の移行中に、２次燃焼室内に燃料を噴射することにより
１次燃焼室で消炎を引き起こすと共に２次燃焼室に安定
な拡散火炎をもたらすように、ベンチュリのスロート
（のど）部の上流以外のスロート部の近辺において燃焼
器の縦軸線の周りに円形列を成して配設されている複数
の３次燃料ノズルに１００％の燃料を転向させる段階
と、（ｂ） １次燃焼室内での消炎時に、燃料の一部を
１次燃焼室内に噴射させて空気と予混合するように１次
燃料ノズルに戻し、燃料の残部を２次燃焼室内に噴射さ
せるように２次燃料ノズルに転向させる段階とを含んで
いる方法を提供する。
ていると共に１次及び２次燃料ノズルから燃料をそれぞ
れ供給されている１次及び２次燃焼室を含んでおり、１
次運転モードにおいて燃料が、１次燃焼室内のみで燃焼
するように１次燃料ノズルによって１次燃焼室に供給さ
れていると共に、予混合運転モードにおいて燃料が、空
気と予混合すると共に２次燃焼室内で燃焼するように１
次燃料ノズルによって１次燃焼室に供給されている２段
ガスタービン燃焼器において、１次運転モードから予混
合運転モードへの移行中に燃焼動圧を抑制する方法であ
って、（ａ） １次運転モードから予混合運転モードへ
の移行中に、２次燃焼室内に燃料を噴射することにより
１次燃焼室で消炎を引き起こすと共に２次燃焼室に安定
な拡散火炎をもたらすように、ベンチュリのスロート
（のど）部の上流以外のスロート部の近辺において燃焼
器の縦軸線の周りに円形列を成して配設されている複数
の３次燃料ノズルに１００％の燃料を転向させる段階
と、（ｂ） １次燃焼室内での消炎時に、燃料の一部を
１次燃焼室内に噴射させて空気と予混合するように１次
燃料ノズルに戻し、燃料の残部を２次燃焼室内に噴射さ
せるように２次燃料ノズルに転向させる段階とを含んで
いる方法を提供する。
【００１２】本発明の他の目的及び利点は、以下の詳述
から明らかとなろう。
から明らかとなろう。
【００１３】
【実施例】図１において、米国特許番号第４２９２８０
１号に開示されている形式のガスタービン１２が、圧縮
機１４と、燃焼器１６と、簡略のため単一の動翼１８で
表されているタービンとを含んでいる。詳細には示して
いないが、周知のように、タービンは共通軸線に沿って
圧縮機１４に連結されており、圧縮機１４を駆動する。
圧縮機１４は導入空気を圧縮し、次いで圧縮された空気
は、転向又は逆流して燃焼器１６に向かい、燃焼器１６
でその燃焼器の冷却に用いられると共に、燃焼用空気と
して用いられる。ガスタービン１２は、複数の概して筒
形の燃焼器１６（１つのみを図示）を含んでおり、複数
の燃焼器１６は、ガスタービンの周囲に沿って配置され
ている。１つの特定のガスタービンモデルでは、１４個
のこのような燃焼器が存在している。この特定燃焼器の
出口端は、遷移ダクト２０によってタービンの入口端に
連結されており、高温の燃焼生成物をタービンに送る。
１号に開示されている形式のガスタービン１２が、圧縮
機１４と、燃焼器１６と、簡略のため単一の動翼１８で
表されているタービンとを含んでいる。詳細には示して
いないが、周知のように、タービンは共通軸線に沿って
圧縮機１４に連結されており、圧縮機１４を駆動する。
圧縮機１４は導入空気を圧縮し、次いで圧縮された空気
は、転向又は逆流して燃焼器１６に向かい、燃焼器１６
でその燃焼器の冷却に用いられると共に、燃焼用空気と
して用いられる。ガスタービン１２は、複数の概して筒
形の燃焼器１６（１つのみを図示）を含んでおり、複数
の燃焼器１６は、ガスタービンの周囲に沿って配置され
ている。１つの特定のガスタービンモデルでは、１４個
のこのような燃焼器が存在している。この特定燃焼器の
出口端は、遷移ダクト２０によってタービンの入口端に
連結されており、高温の燃焼生成物をタービンに送る。
【００１４】燃焼器１６の各々は、ベンチュリスロート
（のど）域２８によって隔てられている１次又は上流燃
焼室２４と、２次又は下流燃焼室２６と備えている。燃
焼器１６は燃焼器流れスリーブ３０によって囲まれてお
り、スリーブ３０は、圧縮機吐出し空気流を燃焼器に導
いている。燃焼器は更に、タービンケーシング３２にボ
ルト止めされている外側ケーシング３１によって囲まれ
ている。
（のど）域２８によって隔てられている１次又は上流燃
焼室２４と、２次又は下流燃焼室２６と備えている。燃
焼器１６は燃焼器流れスリーブ３０によって囲まれてお
り、スリーブ３０は、圧縮機吐出し空気流を燃焼器に導
いている。燃焼器は更に、タービンケーシング３２にボ
ルト止めされている外側ケーシング３１によって囲まれ
ている。
【００１５】 １次燃料ノズル３６は燃料を上流燃焼室
２４に送るものであると共に、中央２次燃料ノズル３８
の周囲に環状列を成して配設されている。１つの型のガ
スタービンでは、燃焼器の各々は、６つの１次ノズル
と、１つの２次燃料ノズルとを含み得る。１次燃料ノズ
ル３６の各々は、後壁４０を貫通して１次燃焼室２４に
突入している。２次燃料ノズル３８は、燃料を２次燃焼
室２６に導入するために、後壁４０からスロート域２８
まで延在している。燃料は、当該技術において周知であ
ると共に前述の米国特許番号第４２９２８０１号に記載
されているように、燃料管路（図示せず）を介してノズ
ル３６に送られる。１次燃焼器内の点火は、点火プラグ
と、関連クロスファイア管とによって発生する。これら
も又、当該技術において周知のものであり、図面では明
示のため省略してある。
２４に送るものであると共に、中央２次燃料ノズル３８
の周囲に環状列を成して配設されている。１つの型のガ
スタービンでは、燃焼器の各々は、６つの１次ノズル
と、１つの２次燃料ノズルとを含み得る。１次燃料ノズ
ル３６の各々は、後壁４０を貫通して１次燃焼室２４に
突入している。２次燃料ノズル３８は、燃料を２次燃焼
室２６に導入するために、後壁４０からスロート域２８
まで延在している。燃料は、当該技術において周知であ
ると共に前述の米国特許番号第４２９２８０１号に記載
されているように、燃料管路（図示せず）を介してノズ
ル３６に送られる。１次燃焼器内の点火は、点火プラグ
と、関連クロスファイア管とによって発生する。これら
も又、当該技術において周知のものであり、図面では明
示のため省略してある。
【００１６】燃焼用空気は、ノズル３６の出口端に隣接
して配置されている空気スワーラ４２を介して燃料段に
導入される。スワーラ４２に導入された旋回燃焼空気
は、ノズル３６からの燃料と混合し、そして燃焼室２４
内の始動時燃焼用の可燃混合気となる。スワーラ４２用
の燃焼空気は、圧縮機１４から燃焼器流れスリーブ３０
と燃焼室の壁４４との間の通路を経て導かれる。
して配置されている空気スワーラ４２を介して燃料段に
導入される。スワーラ４２に導入された旋回燃焼空気
は、ノズル３６からの燃料と混合し、そして燃焼室２４
内の始動時燃焼用の可燃混合気となる。スワーラ４２用
の燃焼空気は、圧縮機１４から燃焼器流れスリーブ３０
と燃焼室の壁４４との間の通路を経て導かれる。
【００１７】燃焼器の筒形ライナ壁４４には、スロット
又はルーバ４６が１次燃焼室２４において設けられてお
り、又、同様のスロット又はルーバ４８が、冷却のため
に２次燃焼室２６の下流に設けられており、希釈空気を
燃焼域に導入して火炎温度の大幅な上昇を防止する。２
次ノズル３８は中央体５０内に配置されていると共に、
スワーラ５４が設けられているライナ５２内を貫通して
おり、燃焼用空気は、スワーラ５４を通って導入され、
後に詳述のように２次ノズルからの燃料と混合する。
又はルーバ４６が１次燃焼室２４において設けられてお
り、又、同様のスロット又はルーバ４８が、冷却のため
に２次燃焼室２６の下流に設けられており、希釈空気を
燃焼域に導入して火炎温度の大幅な上昇を防止する。２
次ノズル３８は中央体５０内に配置されていると共に、
スワーラ５４が設けられているライナ５２内を貫通して
おり、燃焼用空気は、スワーラ５４を通って導入され、
後に詳述のように２次ノズルからの燃料と混合する。
【００１８】上述の装置は、前述の米国特許番号第４２
９２８０１号に示してあるものと実質的に同じである。
図２を参照すると、本発明の第１の実施例による３次又
は第３の燃料段が、複数の燃料噴射管５６（１つを図
示）を含んでおり、これらの燃料噴射管５６は、（図１
のベンチュリ２８に相当している）ベンチュリ６０の円
錐形後部、即ち末広コーン部５８に機械的に取り付けら
れていると共に、末広コーン部５８の周りに周方向に配
設されている。ベンチュリ６０は又、末広後部５８の上
流に先細部６２を含んでおり、両部５８及び６２はスロ
ート部６４で合している。ベンチュリ６０は図示のよう
に、ベンチュリの先細部及び末広部の輪郭に追従してい
るがそれら先細部及び末広部と半径方向に離間した関係
にある外壁構造を有している。即ち、外側先細壁部６６
がスロート域７０において、外側末広壁部６８と結合し
ている。この外壁６８には、複数の冷却開口７２が設け
られており、これらの冷却開口７２によって、ベンチュ
リ壁部５８及び６２は圧縮機空気により衝突冷却され
て、ベンチュリ沿いの温度を低下させ得る。
９２８０１号に示してあるものと実質的に同じである。
図２を参照すると、本発明の第１の実施例による３次又
は第３の燃料段が、複数の燃料噴射管５６（１つを図
示）を含んでおり、これらの燃料噴射管５６は、（図１
のベンチュリ２８に相当している）ベンチュリ６０の円
錐形後部、即ち末広コーン部５８に機械的に取り付けら
れていると共に、末広コーン部５８の周りに周方向に配
設されている。ベンチュリ６０は又、末広後部５８の上
流に先細部６２を含んでおり、両部５８及び６２はスロ
ート部６４で合している。ベンチュリ６０は図示のよう
に、ベンチュリの先細部及び末広部の輪郭に追従してい
るがそれら先細部及び末広部と半径方向に離間した関係
にある外壁構造を有している。即ち、外側先細壁部６６
がスロート域７０において、外側末広壁部６８と結合し
ている。この外壁６８には、複数の冷却開口７２が設け
られており、これらの冷却開口７２によって、ベンチュ
リ壁部５８及び６２は圧縮機空気により衝突冷却され
て、ベンチュリ沿いの温度を低下させ得る。
【００１９】複数の燃料噴射管５６は、図２に示すよう
に、ベンチュリの末広壁部５８の周りに周方向に配設さ
れており、末広外壁６８を貫通している。１つのみの管
５６を示してあるが、少なくとも２つ又は８つほどのこ
のような３次燃料噴射管５６をベンチュリの周りに周方
向に隔設し得ることを理解されたい。すべての管５６は
共通マニホルド７４に連結されており、共通マニホルド
７４は、単一の燃料管路（図示せず）からの燃料を燃料
噴射管５６の各々に供給する。
に、ベンチュリの末広壁部５８の周りに周方向に配設さ
れており、末広外壁６８を貫通している。１つのみの管
５６を示してあるが、少なくとも２つ又は８つほどのこ
のような３次燃料噴射管５６をベンチュリの周りに周方
向に隔設し得ることを理解されたい。すべての管５６は
共通マニホルド７４に連結されており、共通マニホルド
７４は、単一の燃料管路（図示せず）からの燃料を燃料
噴射管５６の各々に供給する。
【００２０】 燃料供給と、適当なマニホルド連結と
は、当該技術の範囲で考えられることであり、ここでは
次のこと以外は説明不要である。即ち、マニホルドは、
（１）（図２に示すように）燃焼器ライナ４４の外側、
（２）ライナ４４とベンチュリ６０との間の室内、又は
（３）燃焼器３０の外側に配置され得る。予混合運転モ
ードへの移行中、１００％の燃料が燃料噴射管５６に供
給され、これにより、１次燃焼室２４内に消炎を引き起
こすと共に、２次燃焼室２６内に第１の段を出た未燃混
合気用の安定なパイロットをもたらす。換言すると、第
２の段室２６内で安定な拡散火炎燃焼が生じる。ひとた
び１次燃焼室２４内で消炎が発生すれば、燃料の一部を
１次燃焼室２４内での予混合のために１次燃料ノズルに
戻すことができ、他方、残りの燃料は２次燃料ノズル３
８に送られ、その後、２次燃焼室２６内のみで燃焼が起
こる。
は、当該技術の範囲で考えられることであり、ここでは
次のこと以外は説明不要である。即ち、マニホルドは、
（１）（図２に示すように）燃焼器ライナ４４の外側、
（２）ライナ４４とベンチュリ６０との間の室内、又は
（３）燃焼器３０の外側に配置され得る。予混合運転モ
ードへの移行中、１００％の燃料が燃料噴射管５６に供
給され、これにより、１次燃焼室２４内に消炎を引き起
こすと共に、２次燃焼室２６内に第１の段を出た未燃混
合気用の安定なパイロットをもたらす。換言すると、第
２の段室２６内で安定な拡散火炎燃焼が生じる。ひとた
び１次燃焼室２４内で消炎が発生すれば、燃料の一部を
１次燃焼室２４内での予混合のために１次燃料ノズルに
戻すことができ、他方、残りの燃料は２次燃料ノズル３
８に送られ、その後、２次燃焼室２６内のみで燃焼が起
こる。
【００２１】図３には中央体７６が示されており、中央
体７６は概して、図１に示す中央体５０に相当してい
る。中央体７６は、２次ノズルライナ８０から隔てられ
ている外壁又はスワーラ７８を含んでおり、冷却のため
に壁７８に沿って配設されている軸方向且つ周方向に相
隔たった複数の開口８２を有している。これらの開口８
２は、希釈空気を燃焼域に導入して旋回させて、火炎温
度の大幅な上昇を防止する。
体７６は概して、図１に示す中央体５０に相当してい
る。中央体７６は、２次ノズルライナ８０から隔てられ
ている外壁又はスワーラ７８を含んでおり、冷却のため
に壁７８に沿って配設されている軸方向且つ周方向に相
隔たった複数の開口８２を有している。これらの開口８
２は、希釈空気を燃焼域に導入して旋回させて、火炎温
度の大幅な上昇を防止する。
【００２２】 複数の（１つを示してあるが、この場合
も２つから８つをライナ８０の周囲に使用することがで
き、この実施例では４つが好適な）３次燃料噴射管（３
次燃料ノズル）８４が、スワーラ７８とライナ８０との
間の半径方向空間内に中央体７６に沿って軸方向に延在
するように配設されていると共に、中央体外側スワーラ
７８とライナ８０との間のスロット８８をそれぞれの吐
出し端部８６の所で貫通するように配設されている。こ
の場合も、個々の３次燃料ノズル８４は好ましくは、導
管９０及び９２のような管を介して共通マニホルドに連
結されていると共に、単一の燃料管路（図示せず）によ
って燃料を供給されている。
も２つから８つをライナ８０の周囲に使用することがで
き、この実施例では４つが好適な）３次燃料噴射管（３
次燃料ノズル）８４が、スワーラ７８とライナ８０との
間の半径方向空間内に中央体７６に沿って軸方向に延在
するように配設されていると共に、中央体外側スワーラ
７８とライナ８０との間のスロット８８をそれぞれの吐
出し端部８６の所で貫通するように配設されている。こ
の場合も、個々の３次燃料ノズル８４は好ましくは、導
管９０及び９２のような管を介して共通マニホルドに連
結されていると共に、単一の燃料管路（図示せず）によ
って燃料を供給されている。
【００２３】 第１の実施例と同様に、予混合運転への
移行中、１００％の燃料が、２次燃焼室２６内に噴射さ
れるように３次燃料ノズル８４に供給される。噴射され
た燃料は、１次燃焼室２４から移送された低濃度予混合
ガスを効率良く燃焼させる結果、予混合モードへの移行
中の燃焼効率を高める。この構成も又、１次燃焼室２４
内の消炎と、第２の段での安定な拡散火炎燃焼とを可能
にする。ひとたび１次燃焼室内で消炎が発生すれば、燃
料の一部が燃焼室２４内での予混合のために１次燃料ノ
ズルに戻されると共に、残りの燃料は予混合モードの運
転のために予混合２次燃料ノズルに送られる。即ち、２
次室２６内のみで燃焼が生ずる。
移行中、１００％の燃料が、２次燃焼室２６内に噴射さ
れるように３次燃料ノズル８４に供給される。噴射され
た燃料は、１次燃焼室２４から移送された低濃度予混合
ガスを効率良く燃焼させる結果、予混合モードへの移行
中の燃焼効率を高める。この構成も又、１次燃焼室２４
内の消炎と、第２の段での安定な拡散火炎燃焼とを可能
にする。ひとたび１次燃焼室内で消炎が発生すれば、燃
料の一部が燃焼室２４内での予混合のために１次燃料ノ
ズルに戻されると共に、残りの燃料は予混合モードの運
転のために予混合２次燃料ノズルに送られる。即ち、２
次室２６内のみで燃焼が生ずる。
【００２４】いずれの実施例においても、所望の結果を
得るには、３次燃料をベンチュリ６０のスロート部６４
において、又はスロート部６４の下流において導入しな
ければならない。以上、本発明の最適な実施例と考えら
れるものを説明したが、様々な変更及び改変が本発明の
要旨の範囲内で可能であることを理解されたい。
得るには、３次燃料をベンチュリ６０のスロート部６４
において、又はスロート部６４の下流において導入しな
ければならない。以上、本発明の最適な実施例と考えら
れるものを説明したが、様々な変更及び改変が本発明の
要旨の範囲内で可能であることを理解されたい。
【図１】公知の乾式低ＮＯｘ燃焼器の部分側面断面図で
ある。
ある。
【図２】図１に示すような燃焼器であるが、本発明によ
る３次燃料噴射システムを含んでいる燃焼器の一部の部
分側面断面図である。
る３次燃料噴射システムを含んでいる燃焼器の一部の部
分側面断面図である。
【図３】図１に示すような燃焼器であるが、本発明の他
の実施例による３次燃料噴射システムを含んでいる燃焼
器の一部の部分側面断面図である。
の実施例による３次燃料噴射システムを含んでいる燃焼
器の一部の部分側面断面図である。
１６ ガスタービン燃焼器
２４ １次燃焼室
２６ ２次燃焼室
３６ １次ノズル
３８ ２次ノズル
５０、７６ 中央体
５６ ３次燃料噴射管
５８ ベンチュリ末広部
６０ ベンチュリ
６２ ベンチュリ先細部
６４ スロート部
６６ 先細外壁部
６８ 末広外壁部
７０ スロート域
７２ 冷却開口
７４ 共通マニホルド
７８ 外側スワーラ壁
８０ ２次ノズルライナ
８４ ３次燃料噴射管
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ルイス・バークレイ・デイビス，ジュニ
ア
アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケ
ネクタデイ、レイ・ストリート、24番
(72)発明者 リチャード・ジョセフ・ボルコウィッツ
アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ボー
ルストン、ティンブルベリー・ロード、
235番
(56)参考文献 特開 平２−208417（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−50026（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−137117（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−283316（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−150518（ＪＰ，Ａ)
特公 昭62−32370（ＪＰ，Ｂ１)
特公 昭63−8373（ＪＰ，Ｂ２)
特許3330601（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F02C 1/00 - 9/58
F23R 3/00 - 7/00
Claims (18)
- 【請求項１】 スロート部を含むベンチュリを有し、該
ベンチュリのスロート部で隔てられている１次燃焼室及
び２次燃焼室と、 前記１次燃焼室に燃料を噴出する１次燃料ノズルと前記
２次燃焼室に燃料を噴出する２次燃料ノズルと、 前記ベンチュリのスロート部の上流以外の該スロート部
の近辺に設けられ、燃料を前記２次燃焼室内に噴射する
３次燃料ノズルとを備えたガスタービン燃焼器。 - 【請求項２】 前記３次燃料ノズルは、燃料を前記２次
燃焼室内に実質的に半径方向に噴射するように配置され
ている請求項１に記載のガスタービン燃焼器。 - 【請求項３】 前記３次燃料ノズルは、燃料を前記２次
燃焼室内に実質的に軸方向に噴射するように配置されて
いる請求項１に記載のガスタービン燃焼器。 - 【請求項４】 前記ベンチュリは、前記スロート部の上
流及び下流側にそれぞれ先細壁部と末広壁部とを有して
おり、前記３次燃料ノズルは、前記末広壁部に装着され
ている請求項２に記載のガスタービン燃焼器。 - 【請求項５】 前記３次燃料ノズルは、前記スロート部
に装着されている請求項３に記載のガスタービン燃焼
器。 - 【請求項６】 前記３次燃料ノズルは、共通の燃料供給
マニホルドに連結されている請求項２又は請求項３に記
載のガスタービン燃焼器。 - 【請求項７】 前記燃焼器キャップから前記２次燃焼室
まで延在している中央体に、前記２次燃料ノズルの半径
方向外側に隔設されている外側スワーラ壁を含んでお
り、前記３次燃料ノズルは、前記外側スワーラ壁と前記
２次燃料ノズルとの間に半径方向に配置されている請求
項１に記載のガスタービン燃焼器。 - 【請求項８】 前記外側スワーラ壁は、該壁の周りに軸
方向及び周方向に設けられている複数の冷却開口を有し
て形成されている請求項７に記載のガスタービン燃焼
器。 - 【請求項９】 前記３次燃料ノズルは、燃料が軸方向流
れ成分を有するように、前記末広壁に実質的に垂直に装
着されている請求項４に記載のガスタービン燃焼器。 - 【請求項１０】 ベンチュリにより隔てられていると共
に１次及び２次燃料ノズルから燃料をそれぞれ供給され
ている１次燃焼室及び２次燃焼室を含んでおり、１次運
転モードにおいて燃料が、前記１次燃焼室内のみで燃焼
するように前記１次燃料ノズルにより前記１次燃焼室に
供給されていると共に、予混合運転モードにおいて燃料
が、空気と予混合すると共に前記２次燃焼室内で燃焼す
るように前記１次燃料ノズルにより前記１次燃焼室に供
給されている２段ガスタービン燃焼器において、１次運
転モードから予混合運転モードへの移行中に燃焼動圧を
抑制する方法であって、 （ａ）１次運転モードから予混合運転モードへの移行中
に、前記２次燃焼室内に燃料を噴射することにより前記
１次燃焼室で消炎を引き起こすと共に前記２次燃焼室に
安定な拡散火炎をもたらすように、前記ベンチュリのス
ロート部の上流以外の該スロート部の近辺に設けられて
いる複数の３次燃料ノズルに１００％の燃料を転向させ
る段階と、 （ｂ）前記１次燃焼室内での消炎時に、燃料の一部を前
記１次燃焼室内に噴射させて空気と予混合するように前
記１次燃料ノズルに戻し、燃料の残部を前記２次燃焼室
内に噴射させるように前記２次燃料ノズルに転向させる
段階とを備えている、 １次運転モードから予混合運転モードへの移行中に燃焼
動圧を抑制する方法。 - 【請求項１１】 前記３次燃料ノズルは、燃料を前記２
次燃焼室内に実質的に半径方向に噴射するように配置さ
れている請求項１０に記載の方法。 - 【請求項１２】 前記ベンチュリは、前記スロート部の
上流及び下流側にそれぞれ先細壁部と末広壁部とを有し
ており、前記３次燃料ノズルは、前記末広壁部に装着さ
れている請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１３】 前記３次燃料ノズルの各々は、共通の
燃料供給マニホルドに連結されている請求項１２に記載
の方法。 - 【請求項１４】 前記２次燃料ノズルの半径方向外側に
隔設されている外側スワーラ壁をさらに含み、前記３次
燃料ノズルは、前記外側スワーラ壁と前記２次燃料ノズ
ルとの間に半径方向に配置されている請求項１０に記載
の方法。 - 【請求項１５】 前記３次燃料ノズルは、燃料を前記２
次燃焼室内に実質的に軸方向に噴射するように設けられ
ている請求項１４に記載の方法。 - 【請求項１６】 前記３次燃料ノズルのすべてのノズル
は、共通の燃料供給マニホルドに連結されている請求項
１５に記載の方法。 - 【請求項１７】 前記外側スワーラ壁は、複数の冷却開
口を有して形成されている請求項１４に記載の方法。 - 【請求項１８】 前記３次燃料ノズルは、燃料が軸方向
流れ成分を有するように、前記末広壁に実質的に垂直に
装着されている請求項１２に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US987957 | 1992-12-11 | ||
| US07/987,957 US5487275A (en) | 1992-12-11 | 1992-12-11 | Tertiary fuel injection system for use in a dry low NOx combustion system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06257751A JPH06257751A (ja) | 1994-09-16 |
| JP3459449B2 true JP3459449B2 (ja) | 2003-10-20 |
Family
ID=25533738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30960593A Expired - Lifetime JP3459449B2 (ja) | 1992-12-11 | 1993-12-10 | ガスタービン燃焼器、及び１次運転モードから予混合運転モードへの移行中に燃焼動圧を抑制する方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5487275A (ja) |
| EP (1) | EP0602901B1 (ja) |
| JP (1) | JP3459449B2 (ja) |
| KR (1) | KR940015185A (ja) |
| CA (1) | CA2103433C (ja) |
| DE (1) | DE69317634T2 (ja) |
| NO (2) | NO301669B1 (ja) |
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