JP3709671B2 - Gas turbine combustor - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン燃焼器に係り、拡散燃焼又は予混合燃焼する第1のバーナとその周囲に予混合燃焼する複数の第2のバーナを備えたガスタービン燃焼器に関する。
【0002】
【従来の技術】
ガスタービンは、起動から定格負荷まで、大きな負荷変化に対応して広範な出力範囲で運転しなければならない。したがって、起動から定格負荷まで、空気流量や燃料流量等の運転条件が大幅に変化しても安定に燃焼することがガスタービン燃焼器の必須要件の一つである。
【0003】
一方、ガスタービン燃焼器から排出される窒素酸化物(以下NOxと記載)の排出量を低減するために、NOxの生成を抑制できる燃焼方法が強く求められている。
【0004】
排出NOx量の少ない燃焼方法として、燃料と空気を燃焼反応前に予め混合させてから燃焼させる予混合燃焼がある。一般に、NOx生成量は、燃焼火炎温度が高いほど指数関数的に増加する。予混合燃焼させることで、燃焼火炎温度が局部的に上昇するのを防ぐことができるから、燃料に対する空気の割合を大きくして予混合気を希薄にすることで燃焼火炎温度を低下させ、NOx排出量を低減することができる。そこで、近年ますます強くなる低NOx化の要求に対応するため、希薄予混合燃焼で運用する比率が大きくなってきている。
【0005】
しかし、一般に希薄予混合燃焼は、空気と燃料が混合しつつ燃焼する拡散燃焼に比べて火炎が吹き消えやすく、また燃焼振動を発生しやすい特性があり、安定燃焼できる運用範囲が狭い。したがって、燃焼の安定化を確保しつつ低NOx化を図るためには、拡散燃焼と希薄予混合燃焼とを巧みに組み合わせることが必要である。
【0006】
予混合燃焼を安定に行わせるために、拡散燃焼バーナ或いは拡散/予混合燃焼併用バーナを包囲するように環状の予混合燃焼バーナを配置したり、もしくは拡散燃焼バーナ或いは拡散/予混合燃焼併用バーナの周囲に複数個の予混合燃焼バーナを配置することで、安定な拡散火炎により予混合火炎を保持する手段があり、これらは、特開平5−322169 号公報或いは特開平6−129640 号公報に記載されている。
【0007】
また、予混合火炎自体を安定化させるための手段としては、予混合気噴出口の近傍に燃料と空気の予混合気の流れを反らして後流側に燃焼ガスの循環流を形成して火炎を保持する保炎器を配置するのが有効である。そこで、保炎器付きの予混合燃焼バーナと拡散燃焼によるパイロットバーナとを組み合わせた燃焼器が提案されている。これらについては、特開平4−103906 号公報或いは特開平5− 157239号公報に記載されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
予混合燃焼による予混合燃焼バーナとパイロットバーナとを組み合わせた燃焼器において問題になるのは、両者の火炎の関係が不安定になると燃焼振動が発生することである。ここで、パイロットバーナとして、拡散燃焼のみで運用する場合であっても、負荷に応じて拡散燃焼と予混合燃焼とに切り替えて運用する拡散/予混合併用燃焼の場合であっても同様な問題が生じる。
【0009】
燃焼振動が発生する条件は極めて複雑であり、拡散燃焼用燃料や予混合気の噴出条件、予混合燃焼用燃料と拡散燃焼用燃料の供給割合等を変化させると、火炎が不安定になる条件が出現し、燃焼振動が発生する。燃焼に伴うNOxの排出を抑制するためには、拡散燃焼用燃料の割合をできる限り小さくするのが望ましいが、このような条件で燃焼振動が発生すると極めて大きな振動レベルとなる。
【0010】
従来の予混合燃焼バーナと拡散燃焼によるパイロットバーナとを組み合わせた燃焼器においては、拡散燃焼の燃料供給量比率を大きくし、拡散燃焼火炎により燃焼の安定化を達成している。或いは、拡散燃焼用の燃焼室を予混合燃焼用の燃焼室の上流側に別個に配置することで予混合火炎と拡散火炎との干渉を小さくしている。しかし、このような構成のバーナでは、拡散燃焼させるための燃焼空気流量は、拡散燃焼火炎からのNOx生成を抑制し、かつ局部的に高温部が発生して構造材にダメージを与えるのを防止するため、拡散燃焼用燃料供給量の最大値に合わせて配分しなければならない。
【0011】
このため、圧縮機から燃焼器に供給される空気流量は限られていることから、予混合器に配分する燃焼空気流量の割合が少なくなり、希薄予混合燃焼の比率を大きくできず、排出NOxの低減には限界があった。尚、このような燃焼器において拡散燃焼用燃料の比率を小さくすると、拡散燃焼による燃焼ガス温度が低下し、拡散燃焼室の下流に形成される予混合火炎に火炎を伝播させるのが困難になるため、この点からも排出NOxの低減には限界があった。
【0012】
これらの課題を解決する方法の一つとして、予混合燃焼バーナと拡散燃焼によるパイロットバーナとを隣接させ、パイロットバーナに供給する燃料の燃焼空気の一部を予混合燃焼バーナの燃焼空気と共有させる燃焼器構造が提案されている。この場合、燃焼器の構成としては、拡散パイロットバーナを包囲するように環状の予混合燃焼バーナを配置するか、或いは拡散パイロットバーナの周囲に複数個の予混合燃焼バーナを配置する。また、パイロットバーナから噴出する気体に旋回流をかける方式にすると、より良好に予混合燃焼バーナの空気と混合させることができる。ここで、旋回流をかけるのは燃焼空気だけであってもよいし、燃焼空気と燃料の両方であってもよい。いずれの場合にも、拡散燃焼用燃料は燃焼しつつ旋回流により周方向に分散し、予混合器から噴出する空気と混合して燃焼が継続する。この燃焼器構成では、パイロットバーナの燃焼のみに用いられる燃焼空気流量を低減できるので、希薄予混合燃焼比率を大きくでき、排出NOxを低減することができる。
【0013】
しかし、一方で、該構成の燃焼器では、拡散燃料流量の割合を低下させると燃焼振動が発生する条件が出現し、ガスタービン燃焼器の運用性と信頼性を阻害する大きな問題となっていた。ここで、拡散パイロットバーナを、負荷が低い時には拡散燃焼させ、負荷が大きくなって燃料流量が大きくなった時に予混合燃焼に切り替える拡散/予混合燃焼併用バーナとするとパイロットバーナの燃料流量の割合を低下させずに排出NOxを低減させることができるが、この場合においても、パイロットバーナと予混合燃焼バーナの燃料割合によって燃焼振動が発生する条件が出現し、拡散パイロットバーナの場合と同様の問題があった。
【0014】
本発明の目的は、予混合燃焼バーナと旋回バーナの境界のせん断層に不安定な火炎が形成されるのを抑制でき、NOx排出量を低減できる燃焼条件を含む広い運転範囲で、燃焼振動の発生を抑制できるガスタービン燃焼器を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明のガスタービン燃焼器は、燃料と空気とが供給される燃焼室と、該燃焼室に燃料を噴出すると共に空気を旋回させて噴出する第1のバーナと、第1のバーナの周囲に複数配置され、空気と燃料との予混合気を燃焼室に供給する第2のバーナと、第1のバーナの外側であって、第2バーナの予混合気の流れの内側に配置され、燃焼室の下流にかけて半径方向の断面積が広がるよう形成され燃焼室の中心軸に対して傾斜する面を有する環状隔壁と、該環状隔壁の傾斜する面に周方向に間隔を介して配置され、燃焼室の中心軸方向に空気を噴出する複数の空気噴出口と、前記空気噴出口から噴出される空気の流量を負荷に応じて可変できる制御手段とを有することを特徴とする。
【0016】
或いは、本発明のガスタービン燃焼器は、燃料と空気とが供給される燃焼室と、該燃焼室に燃料と空気との予混合気を旋回して噴出する第1のバーナと、第1のバーナの周囲に複数配置され、空気と燃料との予混合気を燃焼室に供給する第2のバーナと、第1のバーナの外側であって、第2バーナの予混合気の流れの内側に配置され、燃焼室の下流にかけて半径方向の断面積が広がるよう形成され燃焼室の中心軸に対して傾斜する面を有する環状隔壁と、該環状隔壁の傾斜する面に周方向に間隔を介して配置され、燃焼室の中心軸方向に空気を噴出する複数の空気噴出口と、前記空気噴出口から噴出される空気の流量を負荷に応じて可変できる制御手段とを有することを特徴とする。
【0017】
また、前記空気噴出口は前記第1のバーナを中心に環状に配置されていることが好ましい。
【0018】
このように、第1のバーナとしては、旋回流を噴出する旋回バーナを用い、燃料ノズルを燃焼室付近に配置して該燃料ノズルから噴出した燃料が、旋回する空気流と混合しつつ燃焼する拡散燃焼バーナとしても良いし、該燃料ノズルとは別に空気流路の上流側に燃料ノズルを設け、負荷に応じて使用する燃料ノズルを切り替える拡散/予混合燃焼併用バーナとして運用してもよい。また、第2のバーナとしては、いわゆる予混合燃焼バーナを適用する。
【0020】
旋回器付き拡散燃焼バーナと予混合燃焼バーナ、或いは旋回器付き拡散/予混合燃焼併用バーナと予混合燃焼バーナとを隣接して配置したガスタービン燃焼器は、両方のバーナへの燃料供給割合によって、燃焼振動が発生する条件が出現する。このような燃焼振動の挙動には、旋回器付きバーナから供給される燃料により燃焼反応が進行して火炎を形成する領域と、予混合燃焼バーナから供給される燃料による火炎形成領域との相互作用が重要な役割を果たしていると考えられる。即ち、旋回器付きバーナによる火炎は、それ自身は安定であるものの、該旋回器付きバーナへの燃料供給量が低下すると火炎形成領域が変化してゆらぎを生じる。また、予混合燃焼バーナと旋回器付きバーナとの境界にはせん断層が形成され、予混合気がある濃度以上になるとせん断層に火炎が形成されるが、旋回器付きバーナの燃料供給量が少なくなると該せん断層火炎にゆらぎが生じることがわかった。そして、ゆらぎの位相が前記予混合燃焼バーナの燃焼反応の変化の位相と一致すると燃焼器の音響系の振動数に対応して大きな燃焼振動が発生すると考えられる。
【0021】
そこで、本発明は、予混合火炎のゆらぎが、該旋回器付きバーナへの燃料供給割合によって変化するのを抑制して燃焼振動を抑制する。また、前記予混合燃焼バーナのせん断層に形成されるせん断層火炎がゆらぐのを防ぐものである。
【0022】
また、前記旋回バーナの外側で予混合燃焼バーナとの間には傾斜面を有する下流側に向かうに従い半径方向の断面積は大きくなる環状の隔壁が配置される。このような構成にすることで、前記旋回バーナによる旋回流に伴う逆流領域を前記隔壁の傾斜面に形成させることができ、当該領域から安定に燃焼を開始させることができる。かかる効果により、前記予混合燃焼バーナのせん断層に形成されるせん断層火炎がゆらぐのをある程度防ぐことができ、特に前記旋回バーナの燃料流量が大きい範囲で有効である。
【0023】
しかし、このような構成だけでは、前記旋回バーナの燃料流量が小さい範囲では、前記予混合燃焼バーナのせん断層に形成されるせん断層火炎がゆらぐのを防止する効果が充分ではない。これは、前記旋回流に伴う逆流領域での燃料濃度が小さくなると、該逆流領域内で燃焼開始領域が変動することによるものである。そこで、本発明では、前記旋回バーナの燃料流量が小さい範囲での前記逆流領域内で燃焼開始領域を安定化するために、前記隣接する予混合燃焼バーナとの間の隔壁に、前記旋回バーナの流路中心軸方向に向かって開口した空気噴出口を配置する。
【0024】
このような構成にすると、該空気噴出口から噴出される空気流に沿って火炎が形成されるので、前記旋回バーナの燃料流量が小さい範囲でも燃焼開始領域が変動せず、火炎がゆらぐのを防止できる。ここで、前記空気噴出口は、旋回バーナの流路中心軸方向に向かって開口させる。これにより、隣接する予混合燃焼バーナの気流の噴出方向から離れて前記空気噴出口からの空気流が形成されるので、該空気流と予混合燃焼バーナの気流との干渉を避けることができ、また、予混合燃焼バーナのせん断層に形成されるせん断層火炎がゆらぐのを抑制できる。また、前記空気噴出口を旋回バーナの流路中心軸方向に向かって開口させるには、例えば前記隣接する予混合燃焼バーナとの間の隔壁に傾斜面を設け、該傾斜面に開口することで達成できる。このため、拡散燃焼バーナと予混合燃焼バーナ、或いは拡散/予混合燃焼併用バーナと予混合燃焼バーナとを備えたガスタービン燃焼器において、希薄予混合燃焼比率を大きくして排出NOxを減らすために、空気流量及び燃料流量を広範囲で変化させても燃焼振動が発生せず、安定に燃焼させることができる。
【0025】
尚、上記作用を良好に得るには、燃焼器において、必要に応じて前記旋回バーナの空気流或いは混合気流の流路には上流から下流にかけて流路幅が狭くなる領域を形成する。例えば、該流路内径が燃焼室への噴出口に接近するにつれて縮小する先細りの形状を配置することが好ましい。こうすることで、前記旋回バーナによる気流を前記隔壁の下流側に安定して形成でき、前記空気噴出口からの気流を速やかに混合させることができるので、より安定な燃焼が達成できる。
【0026】
ここで、前記空気噴出口の形状,配置,個数は、旋回バーナ及び予混合燃焼バーナの燃料流量の運用条件に応じて、調整することができる。
【0027】
本発明によるガスタービン燃焼器を運用する場合、まず旋回バーナを拡散燃焼で点火し、負荷がある程度上昇してから予混合燃焼バーナを着火する。本発明では、負荷が大きくなった段階で、旋回バーナを予混合燃焼モードとして運用することも可能であり、こうすることで、更に排出NOxを低減できる。
【0028】
また、本発明では、前記隔壁に配置する前記空気噴出口から噴出する空気の流量を可変にできる空気流量の制御手段を設けることが望ましい。これは、前記空気噴出口から噴出する空気流によって火炎の安定化が図られる一方で、排出
NOxが変化する事象に対処するものである。排出NOxは、旋回バーナと予混合燃焼バーナとの境界面での空気流量と燃料流量、及び両者の混合状態によって変化し、前記空気噴出口から噴出する空気流量もこれらに影響を及ぼす。
【0029】
ここで、該境界面での空気流量と燃料流量は、ガスタービン燃焼器の負荷によって変化するから、空気噴出口から噴出する空気流量が排出NOxに及ぼす影響は、負荷によって変化することになる。したがって、空気噴出口から噴出する空気流量は、負荷が変化しても排出NOxが大きく増加することのないように、設定されるのが望ましい。しかるに、一般にガスタービン燃焼器はガスタービンの周囲に複数個配置されるが、個々の燃焼器の空気流量配分特性が微妙に異なる場合がある。そこで、前記空気噴出口から噴出する空気流量を可変できる空気流量の制御手段を設けることによって、個々の燃焼器について、排出NOxが大きく増加しないように調整することが可能となる。この調整は手動或いは自動のいずれで実施しても良い。
【0030】
また、前述のように、負荷によって排出NOxに及ぼす空気噴出口からの噴出空気流量の影響が異なることから、負荷に応じて該空気流量を可変できるようにすると更に効果的である。
【0031】
【発明の実施の形態】
(実施例1)
本発明の一実施例を図1,図2及び図3を用いて説明する。それぞれ、図1は本実施例によるガスタービン燃焼器の断面図、図2は図1を下流側から見た図、図3は図1の一部を拡大した図を示す。該燃焼器は、旋回羽根2を備えた旋回器付きバーナ(以下、旋回バーナという)80が中心軸上に配置され、その外周にリング状の保炎器3と予混合器4を有する予混合燃焼バーナ90が配置されている。旋回バーナ80は、燃料ノズル1を中心に備え、それを取り囲むように環状の空気流路(空気ノズル)13を備えている。旋回羽根2は、空気流路(空気ノズル)13の噴出口先端に配置されている。空気流路(空気ノズル)13には、図3に示すように、流路の外周側に該流路内径が燃焼室70への噴出口71に接近するにつれて縮小する部分72が配置される。本実施例においては、該縮小部分72の後に、拡大部分73が配置されるが、流路内に縮小部分のみを配置し、拡大部分を削除しても良い。
【0032】
旋回バーナの空気ノズル13と予混合燃焼バーナ90の噴出口の間には、傾斜面75を有する隔壁14が備えられる。また、図3に示すように、前記隔壁14には旋回バーナの流路中心軸方向(燃焼室の中心軸方向)に向かって開口した空気噴出口11が配置される。言い換えれば、噴出方向は燃焼器の中心軸線と平行ではなく、噴出方向の延長線が噴出口から離れるに従い、前記中心軸に近づくよう形成される。図2に示すように、該空気噴出口11は本実施例では周方向に8個配置されているが、この個数については特に限定されない。
【0033】
図1において、該燃焼器には、図示しないコンプレッサーで圧縮された空気
20が供給される。旋回バーナ80の燃料ノズル1には、燃料21が供給され、旋回羽根2を通過する燃焼用空気の噴出気流50によって形成される旋回流30中に噴出される。
【0034】
一方、予混合器4内には、燃料ノズル10から燃料が供給され、空気と混合して予混合気22として、リング状保炎器3の内外周から噴出される。リング状保炎器3の後流には循環流40が形成され、予混合火炎が安定化される。燃料ノズル10は、図2に示すように複数個備えられる。
【0035】
本実施例によるガスタービン燃焼器は、旋回バーナの燃料流量の大小により、次のような燃焼形態となる。
【0036】
旋回バーナ80からの燃料流量が大きい時には、燃料ノズル1から噴出する燃料は、旋回羽根2を通過する燃焼用空気の噴出気流50によって形成される旋回流30中に噴出され、燃焼を開始するが、燃料流量が大きいために燃焼反応は隔壁14上に配置された空気噴出口11からの噴出気流60、及び予混合燃焼バーナからの噴出気流55によって燃焼を継続する。このため、燃焼器の中心部に強い拡散火炎が形成され、安定な燃焼状態が得られる。ただし、この場合には局部的に火炎の燃焼温度が高くなるのが避けられないため、排出NOx量は大きくなる。
【0037】
旋回バーナ80の燃料流量が小さい時には、予混合燃焼バーナ90への燃料流量比率が増加するので排出NOx量が低減する。この時、本実施例では、隔壁
14上に配置した空気噴出口11からの噴出気流60に沿って火炎が形成されるため、旋回バーナ80の燃焼火炎の変動が抑制される。したがって、旋回バーナ80の噴出気流50と予混合燃焼バーナ90の噴出気流55の境界のせん断層に不安定な火炎を形成して予混合火炎のゆらぎを増幅させる現象の発生が防止でき、又両者の燃焼火炎を独自に安定に存在させることができる。
【0038】
本発明の一実施例によれば、ガスタービン負荷の変化に伴い、旋回バーナの燃料流量が変化しても予混合火炎の燃焼を安定に行わせることができる効果がある。
【0039】
(実施例2)
本発明による他の実施例を図4に示す。本実施例においても、実施例1と同様に旋回バーナ80が中心軸上に配置され、その外周に隔壁14で距離をおかれてリング状保炎器3と予混合器4を有する予混合燃焼バーナ90が配置される。また旋回バーナ80は、燃料ノズル1を中心に備え、それを取り囲むように環状の空気ノズル13を備えている。さらに、前記隔壁14上には空気噴出口11が配置される。
【0040】
実施例1とは、旋回バーナ80の旋回羽根2の下流側に燃料ノズル18を配置している点が異なっている。また、該燃料ノズル18に燃料を供給するために燃料ノズル1が2重管となっており、燃料19と21が別個に供給流量を制御できるようになっている。
【0041】
ここで、燃料ノズル18の個数及び配置場所は特には限定されない。また、燃料ノズル18からの燃料19の供給は、ガスタービンの起動から定格負荷に至るまでの、どの時点からでも開始できる。この場合、燃料19の供給量の増加に応じて燃料ノズル1中心部からの燃料流量21を減少させるように制御すれば良い。
【0042】
燃料19は燃料ノズル18から噴出し、旋回羽根2による旋回空気流によって空気と急速に混合するので、燃焼領域に到達するまでに予混合気化される。したがって、かかる構成により、該空気噴出口から噴出される空気流に沿って火炎が形成されるので、前記旋回バーナの燃料流量が小さい範囲でも燃焼開始領域が変動せず、火炎がゆらぐのを防止できる。予混合燃焼バーナの気流の噴出方向から離れて前記空気噴出口からの空気流が形成されるので、該空気流と予混合燃焼バーナの気流との干渉を避けることができ、また、予混合燃焼バーナのせん断層に形成されるせん断層火炎がゆらぐのを抑制できる。また、火炎温度が局部的に上昇するのを防止することができ、NOxの発生を抑制することができる。
【0043】
本実施例によれば、予混合燃焼バーナと旋回バーナの境界のせん断層に不安定な火炎を形成させることなく、旋回バーナからの燃料を予混合気にできるので、排出NOxを低減できる効果がある。
【0044】
(実施例3)
本発明の他の実施例を図5及び図6を用いて説明する。それぞれ、図5は本実施例によるガスタービン燃焼器の断面図、図6は図5を下流側から見た図を示す。
【0045】
本実施例では、旋回羽根2を備えた旋回バーナ80が中心軸上に配置されるのは他の実施例1,2と同様であるが、その外周には8個の管状の予混合燃焼バーナ100が配置されている。該予混合燃焼バーナ100は、燃料ノズル101,旋回羽根102,予混合器104で構成される。ただし、予混合燃焼バーナ100の構成と個数は特には限定されない。
【0046】
旋回バーナ80の空気ノズル13と予混合燃焼バーナ100の噴出口の間には、隔壁14が備えられる。また、該隔壁14上には空気噴出口11が配置される。
【0047】
本実施例の場合、負荷の上昇に伴って予混合燃焼バーナ100を順次作動させる。これに伴い、旋回バーナの燃料流量は増減するが、隔壁14上に配置した空気噴出口11からの空気流によって、実施例1,2で説明したのと同様な作用により、予混合燃焼バーナ100と旋回バーナ80の境界のせん断層に不安定な火炎が形成されることはなく、燃焼振動の発生は抑制される。
【0048】
本実施例によれば、旋回羽根を有する管状の予混合燃焼バーナに対して、燃焼を安定に行わせることができる効果がある。尚、ここでいう隔壁は旋回バーナ
80の出口や予混合燃焼バーナの出口位置より、下流側に突出して、下流側から中心軸にそって見た時、隔壁の下流側端が予混合燃焼バーナと一部重なるよう構成されていてもよい。
【0049】
(実施例4)
本発明の他の実施例を図7を用いて説明する。本実施例では、隔壁14上に配置された空気噴出口11に供給される空気流路200に、シリンダー201の挿入により流路断面積を可変にできる機構(制御手段)が配置されている。ここで、本実施例では流路断面積を手動で可変するが、駆動機構を配置して自動で流路断面積を可変としても良い。
【0050】
本実施例では、シリンダー201の挿入深さを大きくすると空気流路200の流路断面積が減少し、この部分で圧力損失が生じるため、隔壁14上に配置された空気噴出口11に供給される空気量が減少する。したがって、シリンダー201の挿入深さを調整することで空気噴出口11からの空気流量を可変にできる。
【0051】
そこで、個々の燃焼器の排出NOx特性に応じて、シリンダー201の挿入深さを調整し、空気噴出口11から噴出する空気流量を最適な値に調整する。これらの値は、燃焼器に流入する空気流量及び供給燃料流量によって変化するため、個々の燃焼器の特性によって調整値が決められる。尚、運転中に空気流路断面積を可変とすると、より緻密な調整が可能となる。例えば、制御手段により、例えば、ガスタービン負荷を示す信号に基づき噴出空気流量を制御する。また、他の例としては、燃焼器に流入する空気量又は、燃料流量に基づいて噴出空気量を制御する。
【0052】
本実施例によれば、空気噴出口から噴出する空気流量を可変にできるので、燃焼器の特性に応じて、燃焼振動の発生を抑制し、かつ排出NOxの増加を抑制するように調整ができる効果がある。
【0053】
【発明の効果】
本発明によれば、予混合燃焼バーナと旋回バーナの境界のせん断層に不安定な火炎が形成されるのを抑制でき、NOx排出量を低減できる燃焼条件を含む広い運転範囲で、燃焼振動の発生を抑制できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるガスタービン燃焼器の断面図
【図2】図1のバーナ構成を燃焼器の下流側から見た図。
【図3】図1の一部を拡大した図。
【図4】本発明の他の実施例によるガスタービン燃焼器の断面図
【図5】本発明の更に他の実施例によるガスタービン燃焼器の断面図
【図6】図5のバーナ構成を燃焼器の下流側から見た図。
【図7】本発明の更に他の実施例によるガスタービン燃焼器の断面図
【符号の説明】
1…燃料ノズル、2…旋回羽根、3…リング状保炎器、4…予混合器、10…燃料ノズル、11…空気噴出口、13…空気ノズル、14…隔壁、16,17,19,21…燃料、20…空気、22…予混合気、30…旋回流、40…循環流、50,55,60…噴出気流、70…燃焼室、80…旋回バーナ、90…予混合燃焼バーナ、100…予混合燃焼バーナ、101…燃料ノズル、102…旋回羽根、104…予混合器、200…空気流路、201…シリンダー。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas turbine combustor, and more particularly to a gas turbine combustor including a first burner that performs diffusion combustion or premix combustion, and a plurality of second burners that perform premix combustion around the first burner.
[0002]
[Prior art]
Gas turbines must operate over a wide power range to accommodate large load changes from startup to rated load. Therefore, it is one of the essential requirements of the gas turbine combustor that the combustion is stable even if the operating conditions such as the air flow rate and the fuel flow rate greatly change from the start to the rated load.
[0003]
On the other hand, in order to reduce the emission amount of nitrogen oxide (hereinafter referred to as NOx) discharged from the gas turbine combustor, a combustion method capable of suppressing the generation of NOx is strongly demanded.
[0004]
As a combustion method with a small amount of exhausted NOx, there is premixed combustion in which fuel and air are mixed in advance before a combustion reaction and then burned. In general, the NOx generation amount increases exponentially as the combustion flame temperature increases. Premixed combustion can prevent the combustion flame temperature from rising locally, so increasing the ratio of air to fuel to make the premixed gas lean reduces the combustion flame temperature and reduces NOx. Emissions can be reduced. Therefore, in order to meet the demand for lower NOx, which is becoming stronger in recent years, the ratio of operation with lean premixed combustion is increasing.
[0005]
However, in general, lean premixed combustion has characteristics that the flame is more easily blown out and combustion vibration is generated than the diffusion combustion in which air and fuel are mixed and burned, and the operation range in which stable combustion is possible is narrow. Therefore, in order to achieve low NOx while ensuring stabilization of combustion, it is necessary to skillfully combine diffusion combustion and lean premixed combustion.
[0006]
In order to stably perform the premix combustion, an annular premix combustion burner is disposed so as to surround the diffusion combustion burner or the diffusion / premix combustion combination burner, or the diffusion combustion burner or the diffusion / premix combustion combination burner is disposed. There are means for holding a premixed flame by a stable diffusion flame by arranging a plurality of premixed combustion burners around, and these are disclosed in JP-A-5-322169 or JP-A-6-129640. Has been described.
[0007]
Further, as a means for stabilizing the premixed flame itself, the flame of the combustion gas is formed by deflecting the flow of the premixed gas of fuel and air in the vicinity of the premixed gas outlet and forming a circulation flow of the combustion gas on the downstream side. It is effective to arrange a flame holder to hold. Therefore, a combustor in which a premixed combustion burner with a flame holder and a pilot burner by diffusion combustion are combined has been proposed. These are described in JP-A-4-103906 or JP-A-5-157239.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
A problem in a combustor that combines a premixed combustion burner and a pilot burner by premixed combustion is that combustion oscillation occurs when the relationship between the two flames becomes unstable. Here, even if the pilot burner is operated only by diffusion combustion, even if it is the case of diffusion / premixed combustion operated by switching between diffusion combustion and premixed combustion according to the load, the same problem Occurs.
[0009]
Conditions under which combustion oscillations occur are extremely complex. Conditions that cause the flame to become unstable if the fuel for diffusion combustion, the premixed gas injection conditions, the supply ratio of the fuel for premixed combustion and the fuel for diffusion combustion are changed, etc. Appears and combustion vibration occurs. In order to suppress the emission of NOx accompanying combustion, it is desirable to make the ratio of the fuel for diffusion combustion as small as possible. However, if combustion vibration occurs under such conditions, the vibration level becomes extremely large.
[0010]
In a combustor in which a conventional premixed combustion burner and a diffusion burner pilot burner are combined, the fuel supply amount ratio of diffusion combustion is increased, and combustion stabilization is achieved by a diffusion combustion flame. Alternatively, the interference between the premixed flame and the diffusion flame is reduced by arranging the combustion chamber for diffusion combustion separately on the upstream side of the combustion chamber for premixed combustion. However, in the burner having such a configuration, the combustion air flow rate for diffusion combustion suppresses the generation of NOx from the diffusion combustion flame, and prevents a high temperature portion from being locally generated and damaging the structural material. Therefore, it must be distributed according to the maximum value of the diffusion fuel supply amount.
[0011]
For this reason, since the flow rate of air supplied from the compressor to the combustor is limited, the ratio of the flow rate of combustion air distributed to the premixer is reduced, the ratio of lean premixed combustion cannot be increased, and the exhaust NOx There was a limit to reducing this. In addition, if the ratio of the fuel for diffusion combustion is reduced in such a combustor, the temperature of the combustion gas due to diffusion combustion decreases, making it difficult to propagate the flame to the premixed flame formed downstream of the diffusion combustion chamber. For this reason, there is a limit to the reduction of exhaust NOx.
[0012]
As one of the methods for solving these problems, the premixed combustion burner and the pilot burner by diffusion combustion are adjacent to each other, and a part of the combustion air of the fuel supplied to the pilot burner is shared with the combustion air of the premixed combustion burner. Combustor structures have been proposed. In this case, as a configuration of the combustor, an annular premixed combustion burner is disposed so as to surround the diffusion pilot burner, or a plurality of premixed combustion burners are disposed around the diffusion pilot burner. Further, when a swirl flow is applied to the gas ejected from the pilot burner, it can be mixed with the air of the premixed combustion burner better. Here, only the combustion air may be applied to the swirl flow, or both the combustion air and the fuel may be applied. In any case, the diffusion combustion fuel is dispersed in the circumferential direction by the swirling flow while being burned, and is mixed with the air ejected from the premixer to continue the combustion. In this combustor configuration, the flow rate of combustion air used only for the combustion of the pilot burner can be reduced, so that the lean premixed combustion ratio can be increased and the exhaust NOx can be reduced.
[0013]
However, on the other hand, in the combustor having the above configuration, when the ratio of the diffusion fuel flow rate is lowered, a condition for generating combustion vibration appears, which is a big problem that hinders the operability and reliability of the gas turbine combustor. . Here, if the diffusion pilot burner is a diffusion / premixed combustion combined burner that performs diffusion combustion when the load is low and switches to premixed combustion when the load increases and the fuel flow rate increases, the ratio of the fuel flow rate of the pilot burner is Exhaust NOx can be reduced without lowering, but in this case as well, a condition in which combustion vibration occurs depending on the fuel ratio of the pilot burner and the premixed combustion burner appears, and the same problem as in the case of the diffusion pilot burner occurs. there were.
[0014]
The object of the present invention is to suppress the formation of an unstable flame in the shear layer at the boundary between the premixed combustion burner and the swirl burner and to reduce the combustion vibration in a wide operating range including combustion conditions that can reduce NOx emissions. An object of the present invention is to provide a gas turbine combustor capable of suppressing generation .
[0015]
[Means for Solving the Problems]
A gas turbine combustor according to the present invention includes a combustion chamber to which fuel and air are supplied, a first burner that ejects fuel into the combustion chamber and swirls the air, and a periphery of the first burner. A plurality of second burners for supplying a premixed mixture of air and fuel to the combustion chamber, and arranged outside the first burner and inside the premixed gas flow of the second burner for combustion An annular partition having a surface inclined with respect to the central axis of the combustion chamber formed so as to have a radial cross-sectional area extending downstream of the chamber, and disposed on the inclined surface of the annular partition with a spacing in the circumferential direction, A plurality of air jets for jetting air in the direction of the central axis of the chamber, and a control means capable of varying the flow rate of the air jetted from the air jets according to the load .
[0016]
Alternatively, the gas turbine combustor of the present invention includes a combustion chamber to which fuel and air are supplied, a first burner that swirls and jets a premixed mixture of fuel and air into the combustion chamber, A plurality of second burners arranged around the burner and supplying a premixed mixture of air and fuel to the combustion chamber, and outside the first burner and inside the flow of the premixed gas in the second burner An annular partition wall having a surface inclined to the central axis of the combustion chamber and having a radial cross-sectional area extending toward the downstream of the combustion chamber, and a circumferentially spaced interval between the inclined surface of the annular partition wall And a plurality of air jets that eject air in the direction of the central axis of the combustion chamber, and control means that can vary the flow rate of the air jetted from the air jets according to the load .
[0017]
Moreover, it is preferable that the said air jet nozzle is arrange | positioned cyclically | annularly centering | focusing on the said 1st burner.
[0018]
Thus, as the first burner, a swirl burner that ejects a swirling flow is used, and the fuel nozzle is disposed in the vicinity of the combustion chamber, and the fuel ejected from the fuel nozzle burns while being mixed with the swirling air flow. A diffusion combustion burner may be used, or a fuel nozzle may be provided on the upstream side of the air flow path separately from the fuel nozzle and operated as a diffusion / premixed combustion combined burner that switches the fuel nozzle to be used according to the load. A so-called premixed combustion burner is applied as the second burner.
[0020]
A gas turbine combustor with a diffusion burner with a swirler and a premixed combustion burner, or a diffusion / premixed combustion burner with a swirler and a premixed combustion burner adjacent to each other depends on the fuel supply ratio to both burners. A condition for generating combustion vibration appears. Such combustion vibration behavior includes the interaction between the region in which the combustion reaction proceeds by the fuel supplied from the burner with swirler and the flame formation region by the fuel supplied from the premixed combustion burner. Is considered to play an important role. That is, although the flame by the burner with a swirler is stable per se, when the amount of fuel supplied to the burner with the swirler decreases, the flame formation region changes and fluctuations occur. In addition, a shear layer is formed at the boundary between the premixed combustion burner and the burner with a swirler, and a flame is formed in the shear layer when the premixed gas exceeds a certain concentration. It has been found that fluctuations occur in the shear layer flame when the amount is reduced. When the fluctuation phase coincides with the phase of change in the combustion reaction of the premixed combustion burner, it is considered that a large combustion vibration is generated corresponding to the frequency of the acoustic system of the combustor.
[0021]
Therefore, the present invention suppresses combustion vibration by suppressing fluctuations in the premixed flame depending on the fuel supply ratio to the burner with swirler. Further, the shear layer flame formed in the shear layer of the premixed combustion burner is prevented from fluctuating.
[0022]
An annular partition wall having a radial cross-sectional area that increases toward the downstream side having an inclined surface is disposed between the swirl burner and the premixed combustion burner. With such a configuration, it is possible to form a reverse flow region accompanying the swirl flow by the swirl burner on the inclined surface of the partition wall, and to start combustion stably from the region. This effect can prevent the shear layer flame formed in the shear layer of the premixed combustion burner to a certain extent, and is particularly effective in the range where the fuel flow rate of the swirl burner is large.
[0023]
However, with such a configuration alone, the effect of preventing the fluctuation of the shear layer flame formed in the shear layer of the premixed combustion burner is not sufficient when the fuel flow rate of the swirl burner is small. This is due to the fact that when the fuel concentration in the backflow region associated with the swirl flow decreases, the combustion start region fluctuates within the backflow region. Therefore, in the present invention, in order to stabilize the combustion start region in the reverse flow region in the range where the fuel flow rate of the swirl burner is small, the partition wall between the adjacent premixed combustion burners is provided with the swirl burner. An air jet opening opened in the direction of the flow path center axis is disposed.
[0024]
With such a configuration, a flame is formed along the air flow ejected from the air outlet, so that the combustion start region does not fluctuate even in a range where the fuel flow rate of the swirl burner is small, and the flame fluctuates. Can be prevented. Here, the air outlet is opened toward the flow path center axis of the swirl burner. Thereby, since an air flow is formed away from the air jet outlet away from the jet direction of the air flow of the adjacent premix combustion burner, the interference between the air flow and the air flow of the premix combustion burner can be avoided, Moreover, it can suppress that the shear layer flame formed in the shear layer of a premixed combustion burner fluctuates. Further, in order to open the air jet outlet in the direction of the center axis of the flow path of the swirl burner, for example, an inclined surface is provided in a partition wall between the adjacent premixed combustion burners, and the inclined surface is opened. Can be achieved. Therefore, in a gas turbine combustor equipped with a diffusion combustion burner and a premixed combustion burner, or a diffusion / premixed combustion combined burner and a premixed combustion burner, in order to increase the lean premixed combustion ratio and reduce exhaust NOx. Even if the air flow rate and the fuel flow rate are changed in a wide range, combustion vibration does not occur and stable combustion is possible.
[0025]
In order to obtain the above-described action satisfactorily, in the combustor, an area where the flow path width becomes narrower from upstream to downstream is formed in the flow path of the air flow or mixed air flow of the swirl burner as necessary. For example, it is preferable to arrange a tapered shape in which the inner diameter of the flow path decreases as it approaches the outlet to the combustion chamber. By doing so, an air flow by the swirl burner can be stably formed on the downstream side of the partition wall, and an air flow from the air outlet can be quickly mixed, so that more stable combustion can be achieved.
[0026]
Here, the shape, arrangement, and number of the air outlets can be adjusted according to the operating conditions of the fuel flow rate of the swirl burner and the premixed combustion burner.
[0027]
When the gas turbine combustor according to the present invention is operated, the swirl burner is first ignited by diffusion combustion, and the premixed combustion burner is ignited after the load increases to some extent. In the present invention, it is possible to operate the swirl burner in the premixed combustion mode at the stage when the load becomes large, and this makes it possible to further reduce exhaust NOx.
[0028]
In the present invention, it is desirable to provide an air flow rate control means capable of varying the flow rate of the air ejected from the air ejection port disposed in the partition wall. This addresses the event that the NOx changes while the flame is stabilized by the air flow ejected from the air outlet. The exhaust NOx varies depending on the air flow rate and fuel flow rate at the boundary surface between the swirl burner and the premixed combustion burner, and the mixed state of both, and the air flow rate ejected from the air jet outlet also affects these.
[0029]
Here, since the air flow rate and the fuel flow rate at the boundary surface change depending on the load of the gas turbine combustor, the influence of the air flow rate ejected from the air outlet on the exhaust NOx changes depending on the load. Therefore, it is desirable that the flow rate of the air ejected from the air outlet is set so that the exhausted NOx does not increase greatly even when the load changes. However, generally, a plurality of gas turbine combustors are arranged around the gas turbine, but the air flow distribution characteristics of the individual combustors may be slightly different. Therefore, by providing an air flow rate control means that can vary the flow rate of the air jetted from the air jet port, it is possible to adjust the individual combustors so that the exhaust NOx does not increase greatly. This adjustment may be performed manually or automatically.
[0030]
Further, as described above, since the influence of the flow rate of air jetted from the air jet port on the exhaust NOx differs depending on the load, it is more effective to make the air flow rate variable according to the load.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Example 1)
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a sectional view of a gas turbine combustor according to the present embodiment, FIG. 2 is a view of FIG. 1 viewed from the downstream side, and FIG. 3 is an enlarged view of a part of FIG. The combustor has a burner with a swirler (hereinafter referred to as a swirl burner) 80 having swirl vanes 2 disposed on the central axis, and a premixer having a ring-shaped flame stabilizer 3 and a premixer 4 on the outer periphery thereof. A combustion burner 90 is arranged. The swirl burner 80 includes the fuel nozzle 1 at the center and an annular air flow path (air nozzle) 13 so as to surround the fuel nozzle 1. The swirl vane 2 is disposed at the tip of the air outlet of the air flow path (air nozzle) 13. In the air flow path (air nozzle) 13, as shown in FIG. 3, a portion 72 is disposed on the outer peripheral side of the flow path so that the inner diameter of the flow path decreases as the nozzle 71 approaches the combustion chamber 70. In this embodiment, the enlarged portion 73 is arranged after the reduced portion 72, but only the reduced portion may be arranged in the flow path and the enlarged portion may be deleted.
[0032]
A partition wall 14 having an inclined surface 75 is provided between the air nozzle 13 of the swirl burner and the jet outlet of the premixed combustion burner 90. In addition, as shown in FIG. 3, the partition wall 14 is provided with an air outlet 11 that opens toward the flow path central axis direction of the swirl burner (the central axis direction of the combustion chamber). In other words, the ejection direction is not parallel to the central axis of the combustor, and is formed so as to approach the central axis as the extension line in the ejection direction moves away from the ejection port. As shown in FIG. 2, eight air outlets 11 are arranged in the circumferential direction in this embodiment, but the number is not particularly limited.
[0033]
In FIG. 1, air 20 compressed by a compressor (not shown) is supplied to the combustor. Fuel 21 is supplied to the fuel nozzle 1 of the swirl burner 80 and is ejected into a swirl flow 30 formed by an ejection air flow 50 of combustion air passing through the swirl vanes 2.
[0034]
On the other hand, the fuel is supplied from the fuel nozzle 10 into the premixer 4, mixed with air, and ejected from the inner and outer periphery of the ring-shaped flame stabilizer 3 as the premixed gas 22. A circulatory flow 40 is formed in the wake of the ring-shaped flame stabilizer 3 to stabilize the premixed flame. A plurality of fuel nozzles 10 are provided as shown in FIG.
[0035]
The gas turbine combustor according to the present embodiment has the following combustion mode depending on the fuel flow rate of the swirl burner.
[0036]
When the fuel flow rate from the swirl burner 80 is large, the fuel ejected from the fuel nozzle 1 is ejected into the swirl flow 30 formed by the jet air flow 50 of the combustion air passing through the swirl vanes 2 and starts combustion. Since the fuel flow rate is large, the combustion reaction continues to be combusted by the jet stream 60 from the air jet 11 arranged on the partition wall 14 and the jet stream 55 from the premixed combustion burner. For this reason, a strong diffusion flame is formed at the center of the combustor, and a stable combustion state is obtained. However, in this case, it is inevitable that the combustion temperature of the flame is locally increased, so the amount of exhausted NOx becomes large.
[0037]
When the fuel flow rate of the swirl burner 80 is small, the fuel flow rate ratio to the premixed combustion burner 90 increases, so the amount of exhausted NOx decreases. At this time, in the present embodiment, a flame is formed along the jet airflow 60 from the air jet 11 arranged on the partition wall 14, so that fluctuation of the combustion flame of the swirl burner 80 is suppressed. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of a phenomenon in which an unstable flame is formed in the shear layer at the boundary between the jet air flow 50 of the swirl burner 80 and the jet air flow 55 of the premixed combustion burner 90 to amplify the fluctuation of the premixed flame. The combustion flame can be made to exist independently and stably.
[0038]
According to one embodiment of the present invention, there is an effect that combustion of the premixed flame can be stably performed even if the fuel flow rate of the swirl burner changes with the change of the gas turbine load.
[0039]
(Example 2)
Another embodiment according to the present invention is shown in FIG. Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the swirl burner 80 is disposed on the central axis, and the premixed combustion having the ring flame stabilizer 3 and the premixer 4 is spaced by the partition wall 14 on the outer periphery thereof. A burner 90 is arranged. The swirl burner 80 is provided with a fuel nozzle 1 at the center and an annular air nozzle 13 so as to surround it. Further, an air outlet 11 is disposed on the partition wall 14.
[0040]
The difference from the first embodiment is that the fuel nozzle 18 is arranged on the downstream side of the swirl vane 2 of the swirl burner 80. Further, in order to supply fuel to the fuel nozzle 18, the fuel nozzle 1 is a double pipe, and the fuel 19 and 21 can separately control the supply flow rate.
[0041]
Here, the number and location of the fuel nozzles 18 are not particularly limited. Further, the supply of the fuel 19 from the fuel nozzle 18 can be started at any point from the start of the gas turbine to the rated load. In this case, the fuel flow rate 21 from the central portion of the fuel nozzle 1 may be controlled to decrease in accordance with the increase in the supply amount of the fuel 19.
[0042]
The fuel 19 is ejected from the fuel nozzle 18 and rapidly mixed with the air by the swirling air flow by the swirling blades 2, so that it is premixed and vaporized before reaching the combustion region. Therefore, with this configuration, a flame is formed along the air flow ejected from the air outlet, so that the combustion start region does not fluctuate even in a range where the fuel flow rate of the swirl burner is small, and the flame is prevented from fluctuating. it can. Since an air flow from the air outlet is formed away from the jet direction of the air flow of the premix combustion burner, interference between the air flow and the air flow of the premix combustion burner can be avoided, and the premix combustion It can suppress that the shear layer flame formed in the shear layer of a burner fluctuates. Moreover, it is possible to prevent the flame temperature from rising locally, and to suppress the generation of NOx.
[0043]
According to this embodiment, the fuel from the swirl burner can be premixed without forming an unstable flame in the shear layer at the boundary between the premix combustion burner and the swirl burner. is there.
[0044]
(Example 3)
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a sectional view of the gas turbine combustor according to the present embodiment, and FIG. 6 is a view of FIG. 5 viewed from the downstream side.
[0045]
In this embodiment, the swirl burner 80 having swirl vanes 2 is arranged on the central axis in the same manner as in the first and second embodiments. However, eight tubular premixed combustion burners are provided on the outer periphery thereof. 100 is arranged. The premix combustion burner 100 includes a fuel nozzle 101, swirl vanes 102, and a premixer 104. However, the configuration and number of the premix combustion burner 100 are not particularly limited.
[0046]
A partition wall 14 is provided between the air nozzle 13 of the swirl burner 80 and the jet outlet of the premixed combustion burner 100. An air jet 11 is disposed on the partition wall 14.
[0047]
In this embodiment, the premixed combustion burner 100 is sequentially operated as the load increases. Along with this, the fuel flow rate of the swirl burner increases and decreases, but the premixed combustion burner 100 is operated by the same action as described in the first and second embodiments by the air flow from the air outlet 11 arranged on the partition wall 14. An unstable flame is not formed in the shear layer at the boundary between the swirl burner 80 and the occurrence of combustion vibration is suppressed.
[0048]
According to the present embodiment, the tubular premixed combustion burner having the swirl vanes has an effect that the combustion can be stably performed. The partition wall here protrudes downstream from the outlet of the swirl burner 80 and the exit position of the premixed combustion burner, and when viewed from the downstream side along the central axis, the downstream end of the partition wall is the premixed combustion burner. And may be configured to partially overlap.
[0049]
(Example 4)
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a mechanism (control means) that can change the cross-sectional area of the flow path by inserting the cylinder 201 is disposed in the air flow path 200 that is supplied to the air outlet 11 disposed on the partition wall 14. Here, in the present embodiment, the flow path cross-sectional area is manually changed, but the flow path cross-sectional area may be automatically changed by arranging a drive mechanism.
[0050]
In the present embodiment, when the insertion depth of the cylinder 201 is increased, the flow passage cross-sectional area of the air flow passage 200 is reduced, and pressure loss occurs in this portion. Therefore, the cylinder 201 is supplied to the air outlet 11 disposed on the partition wall 14. Air volume is reduced. Therefore, the flow rate of air from the air outlet 11 can be varied by adjusting the insertion depth of the cylinder 201.
[0051]
Therefore, the insertion depth of the cylinder 201 is adjusted according to the exhaust NOx characteristics of the individual combustors, and the flow rate of air ejected from the air ejection port 11 is adjusted to an optimum value. Since these values vary depending on the flow rate of air flowing into the combustor and the flow rate of supplied fuel, the adjustment values are determined by the characteristics of the individual combustors. If the air channel cross-sectional area is variable during operation, finer adjustment is possible. For example, the ejection air flow rate is controlled by the control means based on, for example, a signal indicating a gas turbine load. As another example, the amount of air ejected is controlled based on the amount of air flowing into the combustor or the fuel flow rate.
[0052]
According to the present embodiment, since the flow rate of the air ejected from the air ejection port can be made variable, it can be adjusted according to the characteristics of the combustor so as to suppress the generation of combustion vibrations and suppress the increase in exhaust NOx. effective.
[0053]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to suppress the formation of an unstable flame in the shear layer at the boundary between the premixed combustion burner and the swirl burner and to reduce the combustion vibration in a wide operating range including combustion conditions that can reduce NOx emissions. There is an effect of suppressing the occurrence.
[Brief description of the drawings]
1 is a cross-sectional view of a gas turbine combustor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view of the burner configuration of FIG. 1 as viewed from the downstream side of the combustor.
3 is an enlarged view of a part of FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a gas turbine combustor according to another embodiment of the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional view of a gas turbine combustor according to still another embodiment of the present invention. The figure seen from the downstream of the vessel.
FIG. 7 is a sectional view of a gas turbine combustor according to still another embodiment of the present invention.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel nozzle, 2 ... Swirling blade, 3 ... Ring-shaped flame stabilizer, 4 ... Premixer, 10 ... Fuel nozzle, 11 ... Air outlet, 13 ... Air nozzle, 14 ... Partition, 16, 17, 19, DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... Fuel, 20 ... Air, 22 ... Premixed gas, 30 ... Swirling flow, 40 ... Circulating flow, 50, 55, 60 ... Jetting airflow, 70 ... Combustion chamber, 80 ... Swirling burner, 90 ... Premixed combustion burner, DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Premix combustion burner, 101 ... Fuel nozzle, 102 ... Swirling blade, 104 ... Premixer, 200 ... Air flow path, 201 ... Cylinder.

Claims (4)

燃料と空気とが供給される燃焼室と、
該燃焼室に燃料を噴出すると共に空気を旋回させて噴出する第1のバーナと、
第1のバーナの周囲に複数配置され、空気と燃料との予混合気を燃焼室に供給する第2のバーナと、
第1のバーナの外側であって、第2バーナの予混合気の流れの内側に配置され、燃焼室の下流にかけて半径方向の断面積が広がるよう形成され燃焼室の中心軸に対して傾斜する面を有する環状隔壁と、
該環状隔壁の傾斜する面に周方向に間隔を介して配置され、燃焼室の中心軸方向に空気を噴出する複数の空気噴出口と、
前記空気噴出口から噴出される空気の流量を負荷に応じて可変できる制御手段とを有することを特徴とするガスタービン燃焼器。
A combustion chamber supplied with fuel and air;
A first burner for ejecting fuel into the combustion chamber and swirling air;
A plurality of second burners arranged around the first burner for supplying a premixed mixture of air and fuel to the combustion chamber;
It is arranged outside the first burner and inside the premixed gas flow of the second burner, and is formed so as to have a radial cross-sectional area extending downstream of the combustion chamber, and is inclined with respect to the central axis of the combustion chamber An annular partition having a surface;
A plurality of air jets that are disposed on the inclined surface of the annular partition wall in the circumferential direction at intervals, and jet air in the direction of the central axis of the combustion chamber;
A gas turbine combustor comprising control means capable of varying a flow rate of air ejected from the air ejection port according to a load .
燃料と空気とが供給される燃焼室と、
該燃焼室に燃料と空気との予混合気を旋回して噴出する第1のバーナと、
第1のバーナの周囲に複数配置され、空気と燃料との予混合気を燃焼室に供給する第2のバーナと、
第1のバーナの外側であって、第2バーナの予混合気の流れの内側に配置され、燃焼室の下流にかけて半径方向の断面積が広がるよう形成され燃焼室の中心軸に対して傾斜する面を有する環状隔壁と、
該環状隔壁の傾斜する面に周方向に間隔を介して配置され、燃焼室の中心軸方向に空気を噴出する複数の空気噴出口と、
前記空気噴出口から噴出される空気の流量を負荷に応じて可変できる制御手段とを有することを特徴とするガスタービン燃焼器。
A combustion chamber supplied with fuel and air;
A first burner that swirls and jets a premixed mixture of fuel and air into the combustion chamber;
A plurality of second burners arranged around the first burner for supplying a premixed mixture of air and fuel to the combustion chamber;
It is arranged outside the first burner and inside the premixed gas flow of the second burner, and is formed so as to have a radial cross-sectional area extending downstream of the combustion chamber, and is inclined with respect to the central axis of the combustion chamber An annular partition having a surface;
A plurality of air jets that are disposed on the inclined surface of the annular partition wall in the circumferential direction at intervals, and jet air in the direction of the central axis of the combustion chamber;
A gas turbine combustor comprising control means capable of varying a flow rate of air ejected from the air ejection port according to a load .
請求項1或いは2のガスタービン燃焼器において、
前記空気噴出口は前記第1のバーナを中心に環状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。
The gas turbine combustor according to claim 1 or 2,
The gas turbine combustor, wherein the air outlet is arranged in an annular shape around the first burner.
請求項1或いは2のガスタービン燃焼器において、
前記第1のバーナの流路の先端部近傍に、上流から下流にかけて流路幅が狭くなる先細り部が形成されることを特徴とするガスタービン燃焼器。
The gas turbine combustor according to claim 1 or 2,
A gas turbine combustor characterized in that a tapered portion whose flow path width narrows from upstream to downstream is formed near the tip of the flow path of the first burner.
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