JP3958158B2

JP3958158B2 - Combustor

Info

Publication number: JP3958158B2
Application number: JP2002265281A
Authority: JP
Inventors: 将豊太田; 重実萬代; 邦明青山; 克則田中; 幸一西田; 渉秋月; 剛州笠井; 淳司橋村
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2022-09-11
Also published as: JP2004101105A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンなどに備えられる燃焼器に関するもので、特に、燃料を拡散して燃焼させるパイロットノズルと燃料と空気とを混合して燃焼させるメインノズルとを備えた燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大気汚染を低減させるために、ガスタービンを利用した発電施設において、その排気ガス中に含まれるＮＯｘの低減が求められている。ガスタービンにおけるＮＯｘは、ガスタービンを回転させるために燃焼動作を行う燃焼器において発生する。そのため、従来より、燃焼器で発生するＮＯｘの低減を図るために、燃料と空気とを混合して燃焼（予混燃焼）させるメインノズルを備えた燃焼器が用いられている。
【０００３】
このメインノズルによる予混燃焼を行うことによって、燃焼器からのＮＯｘ排出量を低減させることができるが、その燃焼状態は不安定であり、燃焼振動が発生する。そのため、この燃焼振動を抑制して安定な燃焼状態とするために、燃料を拡散して燃焼（拡散燃焼）させるパイロットノズルを更に備えた燃焼器が用いられている。このようにパイロットノズル及びメインノズルが備えられた燃焼器の概略構成図を、図１１に示す。
【０００４】
図１１に示すように、燃焼器本体１内には、その中央にパイロットノズル２が挿入されるとともに、メインノズル３がパイロットノズル２の周囲に配置されるように挿入される。そして、パイロットノズル２の先端部分を覆うようにパイロットコーン４が設けられ、又、メインノズル３の先端部分を覆うようにメインバーナ５が設けられる。又、パイロットノズル２の先端部分周囲にパイロットスワラ６が設けられるとともに、メインノズル３の先端部分周囲にメインスワラ７が設けられ、パイロットノズル２及びメインノズル３が支持される。
【０００５】
このように構成される燃焼器において、パイロットノズル２の先端部分周辺が、図１２のように構成される。パイロットノズル２の先端の外周に、複数の燃料噴射口２１が設けられ、燃料を拡散噴射する（このパイロットノズル２より噴射される燃料を「パイロット燃料」とする）。又、燃焼器本体１を通じてパイロットノズル２周囲に供給される空気（パイロット空気）は、パイロットスワラ６を通過した後、パイロットコーン４の内壁を沿って流れる。よって、パイロットノズル２によって、拡散噴射されたパイロット燃料が燃焼し拡散火炎（Ｚ）が形成され、さらに、パイロット燃料の一部が燃焼するとともに、パイロット拡散火炎からの高温燃焼ガスが入り込みメイン予混合火炎の保炎点となる保炎用低速域Ｘが形成され、燃焼が維持される。
【０００６】
又、メインノズル３より噴射される燃料（メイン燃料）が、メインスワラ７を通過した空気（メイン空気）とともに、メインバーナ５に流入されると、メインバーナ５内で混合されて、メインバーナ５より混合されたメイン燃料及びメイン空気が流出する。このように、メイン空気とメイン燃料が混合された予混合気がメインバーナ５より流出されると、保炎用低速域Ｘにおける燃焼に基づいて、メインバーナ５の下流側先端（尚、「下流」とは、燃料及び空気の流れに対して下流であることを意味する）より燃焼器本体１の内壁に向かって燃焼される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにパイロットノズル２及びメインノズル３を備えた燃焼器において、その燃焼状態を安定に保つには、パイロットノズル２の拡散燃焼による保炎効果が必要である。しかしながら、パイロットノズル２で燃焼させると、ＮＯｘの発生率が大きいため、ＮＯｘを低減させるにはパイロットノズル２での燃焼を抑える必要がある。
【０００８】
そこで、燃焼器に供給される全燃料に対するパイロットノズルに供給される燃料の比（パイロット比）を低くして、燃焼器によるＮＯｘの排出量を低減させているが、上述したように、パイロット比を低くした場合、パイロットノズル２による保炎効果が得られなくなる。そのため、燃焼振動が発生して燃焼状態が不安定なものとなるため、ガスタービンにおけるエネルギー効率が悪くなる。
【０００９】
このような問題を鑑みて、本発明は、パイロット比を低くするとともに燃焼振動を抑制した燃焼器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うとともにその先端部分に下流側に向かって放射状のテーパ形状となるコーン内周テーパ部を備えたパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラとを備える燃焼器において、前記パイロットノズル先端外周に備えられて燃料を噴射する第１燃料噴射口より噴射される燃料が、前記コーン内周テーパ部の長さの半分となる位置から下流側先端までの前記コーン内周テーパ部の内壁面に衝突することを特徴とする。
【００１１】
このようにすることで、第１燃料噴射口より噴射される燃料がパイロットコーンのコーン内周テーパ部に衝突する。そして、この衝突位置を、コーン内周テーパ部の長さをＡとしたとき、コーン内周テーパ部の下流側先端からａ（≦Ａ／２）の範囲とすることによって、コーン内周テーパ部の下流側先端付近で燃料噴流を衝突させることができる。よって、パイロットコーンの下流側先端周辺にできる保炎用低速域を保炎に必要な高温状態に保つことができ、その保炎性を向上することができる。
【００１２】
このとき、前記パイロットコーンの開き角をθとしたとき、前記パイロットノズル先端外周に備えられて燃料を噴射する前記第１燃料噴射口より噴射される燃料の噴射角αを、−９０°≦α＜−θ／２、θ／２＜α≦９０°を満たすように設定する。
【００１３】
又、本発明の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うとともにその先端部分に下流側に向かって放射状のテーパ形状となるコーン内周テーパ部を備えたパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラとを備える燃焼器において、前記パイロットコーンの開き角をθとしたとき、前記パイロットノズル先端外周に備えられる第１燃料噴射管の第１燃料噴射口より噴射される燃料の噴射角をθ／２とし、前記コーン内周テーパ部の傾きと平行に前記燃料が噴射されることを特徴とする。
【００１４】
このようにすることで、第１燃料噴射口より噴射される燃料がパイロットコーンのコーン内周テーパ部に平行に噴射される。そのため、第１燃料噴射口より噴射される燃料による燃料噴流がパイロットコーンと衝突することがない。よって、パイロットコーンの下流側先端周辺にできる保炎用低速域を保炎に必要な高温状態に保つことができ、その保炎性を向上することができる。
【００１５】
このとき、前記パイロットノズルより噴射される燃料による燃料噴流と前記コーン内周テーパ部のテーパ形状の内壁面との距離ｃを、前記パイロットコーンの下流側先端における直径をＢ、パイロットノズルの直径をＤとしたとき、ｃ＜１／２（Ｂ−Ｄ）とする。
【００１６】
上述の燃焼器において、下流側からパイロットノズルの先端部を見たとき、前記第１燃料噴射口より、パイロットノズルの中心から該第１燃料噴射口への方向に対して任意の角度分ずれた方向に向かって、燃料が噴射されるようにしても構わない。このとき、燃料の噴射流は螺旋形状を描く。
【００１７】
又、本発明の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラとを備える燃焼器において、前記パイロットノズルが、当該パイロットノズルの中心部に設けられるとともに当該パイロットノズルに供給された燃料の大部分を通過させる第１燃料供給路と、該第１燃料供給路の周りに設けられるとともに当該パイロットノズルに供給された燃料の残りを通過させる第２燃料供給路と、その外壁面が前記パイロットスワラの内壁面と接するとともに、当該パイロットノズルの下流側先端部分を覆い、当該パイロットノズル外周を通過する空気を当該パイロットノズルの下流側先端まで誘導する円筒状のパイロットノズルカバーと、当該パイロットノズルの下流側先端外周に設けられるとともに、前記第１燃料供給路から前記パイロットノズルカバーを貫通し、前記第１燃料供給路より供給される燃料を前記パイロットノズルカバーの外周面に構成される第１燃料噴射口より前記パイロットノズルカバーの外周に噴射する第１燃料噴射管と、当該パイロットノズルの外周における該第１燃料噴射管よりも上流側となる位置に設けられるとともに、前記第２燃料供給路と経路が接続された、前記第２燃料供給路より供給される燃料を前記パイロットノズルカバーと当該パイロットノズルとにより構成される領域に噴射する第２燃料噴射口と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
このようにすることで、パイロットノズルカバーとパイロットノズルによって構成される領域を流れる空気によって第１燃料噴射管が冷却され、焼損が防がれる。又、第２燃料噴射口よりパイロットノズルカバーとパイロットノズルによって構成される領域に燃料が噴射されるために、燃料と空気が混合した予混合気が生成されて、第１燃料噴射管から噴射される燃料によるパイロット拡散火炎付近に供給され、このパイロット拡散火炎の保炎性を向上させる。
【００１９】
このとき、前記パイロットノズルカバーが、前記パイロットスワラの内壁面と接するとともに、前記パイロットスワラの位置よりも上流側となる位置から前記第２燃料噴射口の位置よりも下流側となる位置まで、前記パイロットノズルの下流側先端部分を覆う第１円筒カバーと、前記第１円筒カバーと重なる位置で且つ前記パイロットノズルと前記第１円筒カバーとの間に設けられるとともに、前記第１燃料噴射管が貫通される第２円筒カバーと、を備えるようにしても構わない。
【００２０】
そして、更に、前記第２円筒カバーが前記第２燃料噴射口近傍より前記パイロットノズルの下流側先端部分を覆うようにしても構わない。こうすることで、第１及び第２円筒カバーによって形成される領域及び第２円筒カバーとパイロットノズルとによって形成される領域それぞれに、予混合気が生成されるため、第１燃料噴射管より噴射される燃料による拡散燃料が予混合気によって包まれた状態となり、パイロット拡散火炎の安定性が増す。
【００２１】
又、前記パイロットノズルが、前記第２燃料噴射口より前記第２円筒カバーまで貫通するとともに、前記第２燃料供給路より供給される燃料を前記第１円筒カバーと前記第２円筒カバーとにより構成される領域に噴射する第２燃料噴射管を備えるようにしても構わない。こうすることで、第１及び第２円筒カバーによって形成される領域にのみ予混合気が生成されるため、パイロットノズルの下流側先端近傍が確実に冷却される。
【００２２】
そして、前記第１円筒カバーの下流側先端が、前記第１燃料噴射管よりも上流側となるように前記第１円筒カバーが設置されるようにしても構わない。更に、上述の燃焼器において、第２燃料供給路より供給された燃料と空気とが混合されることで生成される予混合気の燃焼ガス温度が１５００℃以下となる希薄な濃度とすることで、パイロットノズルの下流側先端におけるフラッシュバックを防ぐ。
【００２３】
又、本発明の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周囲に等間隔で設けられた複数のメインノズルと、前記パイロットノズルの燃料が流れる下流側先端部分を覆うパイロットコーンと、該パイロットコーンの内壁面に接するように設けられるとともに該パイロットコーンの中心部分に前記パイロットノズルを支持するパイロットスワラとを備える燃焼器において、前記パイロットスワラの下流側の面と接するとともに、前記パイロットスワラより下流側に位置する前記パイロットノズルの外壁面と近接し、その先端部分に下流側に向かって放射形状となるテーパ形状の鍔を備える円筒を有することを特徴とする。
【００２４】
このようにすることで、円筒の鍔によって、パイロットノズルの外周を通過する空気がパイロットノズルの下流側先端に流れることを防ぐことで、第１燃料噴射口より噴射される燃料による燃料噴流の基部に空気が流れ込むことが防がれる。よって、パイロット拡散火炎を弱めることなく燃焼させることができる。
【００２５】
このとき、前記鍔の下流側先端が前記パイロットノズルから噴射される燃料による燃料噴流と衝突する位置よりも上流側に位置するように、前記鍔が設けられるようにしても構わない。このとき、鍔の下流側先端に、パイロットノズルの第１燃料噴射口から噴射される燃料が渦状に循環する低速域が形成されるため、パイロット拡散火炎を安定化することができる。
【００２６】
又、前記鍔の下流側先端が前記パイロットノズルから噴射される燃料による燃料噴流と衝突する位置よりも下流側に位置するように、前記鍔が設けられるようにしても構わない。このようにすることで、円筒の鍔に衝突させた燃料をパイロットコーンの下流側先端に導くことができ、パイロット拡散火炎の安定性を向上させることができる。
【００２７】
又、本発明の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、燃焼に利用されなかった空気を燃焼器の下流側にバイパスさせるバイパス弁と接続するとともに燃焼器本体上側に設けられたバイパス管とを備える燃焼器において、前記パイロットノズルにおいて、その下流側先端外周に設けられる前記パイロットノズルに供給された燃料を噴射する第１燃料噴射口が、前記バイパス管に最も近い位置以外の位置に複数設けられることを特徴とする。
【００２８】
又、本発明の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、他の燃焼器に火炎を伝播させる燃焼器本体側面に設けられた連結管とを備える燃焼器において、前記パイロットノズルにおいて、その下流側先端外周に設けられる前記パイロットノズルに供給された燃料を噴射する第１燃料噴射口が、前記連結管に最も近い位置以外の位置に複数設けられることを特徴とする。
【００３０】
又、本発明の燃焼器は、燃焼器本体中心部分に設けられたパイロットノズルと、燃焼に利用されなかった空気を燃焼器の下流側にバイパスさせるバイパス弁と接続するとともに燃焼器本体上側に設けられたバイパス管とを備える燃焼器において、燃焼状態において、前記バイパス弁が微開した状態であることを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の燃焼器について説明する。尚、以下の各実施形態において、燃焼器を構成する各部分の関係の概略は、従来と同様、図１１の概略構成図によって表される。よって、以下では、本発明の特徴であるパイロットノズル先端周辺の構成について、詳細に説明する。
【００３３】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図１において、図１２と同一の部分については、同一の符号を付す。
【００３４】
図１の燃焼器は、燃焼器本体１（図１１）の中心部分に下流側先端部分がパイロットコーン４によって覆われたパイロットノズル２が設置されるとともに、パイロットのノズル２の周囲に下流側先端部分がメインバーナ５によって覆われた複数のメインノズル３が設置される。そして、パイロットノズル２の下流側の外壁面にパイロットスワラ６が設けられることにより、パイロットノズル２がパイロットコーン４の中心部に設置されるように支持される。又、メインノズル３の下流側の外壁面にメインスワラ７が設けられることにより、メインノズル３がメインバーナ５の中心部に設置されるように支持される。
【００３５】
このように構成されるとき、パイロットコーン４は、下流側先端に向かって放射状に広がったテーパ形状となっている。（以下、この放射状に広がった部分を、「コーン内周テーパ部」と呼ぶ。）コーン内周テーパ部４１が放射状に広がった形状となることで、パイロットノズル２の先端外周に設けられた燃料噴射口２１から噴射されるパイロット燃料とパイロットスワラ６を通過するパイロット空気とが、コーン内周テーパ部４１周囲であるとともにメインバーナ５の下流側先端近傍に位置する保炎用低速域Ｘに導かれる。
【００３６】
又、コーン内周テーパ部４１の開き角がθであるとき、燃料噴射口２１から噴射されるパイロット燃料の噴射角αを−９０°≦α＜−θ／２、θ／２＜α≦９０°とする。このようにすることで、−９０°≦α＜−θ／２のときは、燃料噴射口２１の位置する部分とパイロットノズル２の中心に対して反対側のコーン内周テーパ部４１の内壁に燃料が衝突し、又、θ／２＜α≦９０°のときは、燃料噴射口２１の位置する部分に近いコーン内周テーパ部４１の内壁に燃料が衝突する。
【００３７】
更に、コーン内周テーパ部４１の内壁にパイロット燃料が衝突する位置ｙからパイロットコーン４の下流側先端までのコーン内周テーパ部４１の内壁面に沿った長さａが、コーン内周テーパ部４１全体の内壁面に沿った長さＡに対して、０＜ａ≦Ａ／２の関係を満たす。即ち、コーン内周テーパ部４１の内壁におけるパイロット燃料の衝突位置ｙが、コーン内周テーパ部４１の中央から下流側先端までの範囲内に位置するように、噴射角α及びパイロットノズル２の下流側先端位置が決定される。このとき、パイロットノズル２の先端位置が、パイロットコーン４の下流側先端とパイロットスワラ６の下流側の面との間の範囲に位置するように、パイロットノズル２が設置される。
【００３８】
このように、パイロットコーン４の中央から下流側において、パイロット燃料が衝突するので、衝突位置ｙよりパイロットコーン４のコーン内周テーパ部４１のテーパ形状に沿って、パイロット燃料が燃焼する。よって、パイロット火炎が保炎用低速域Ｘへ導かれやすくなる。そのため、パイロット燃料を少なくしても、保炎用低速域Ｘでの保炎性を向上させることができる。
【００３９】
このことから、メインノズル３より噴射されたメイン燃料とメインスワラ７を通過したメイン空気がメインバーナ５で混合された予混合気は、保炎用低速域Ｘを保炎点として安定燃焼するため、予混合気を安定して燃焼させることができる。よって、予混合気を燃焼させたときに発生する燃焼振動を抑制することができるので、パイロット燃料を少なくしてパイロット比を低くしても、燃焼器における燃焼を安定させて燃焼振動を抑制することができる。
【００４０】
又、パイロット燃料の衝突位置ｙがパイロットコーン４の下流側先端に近いほど、多くのパイロット燃料が保炎用低速域Ｘへ到達するため、保炎用低速域Ｘでの保炎性が良くなる。よって、上述の範囲において、パイロット燃料の衝突位置ｙがパイロットコーン４の下流側先端に近くなるように、パイロットノズル２の下流側先端位置及びパイロット燃料の噴射角を設定することで、パイロット比の少ないときの燃焼器における燃焼振動を抑制することができる。
【００４１】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。図２は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図２において、図１と同一の部分については、同一の符号を付す。又、本実施形態の燃焼器は、第１の実施形態（図１）における燃焼器と同一の部品によって構成され、パイロット燃料の噴射角αの設定値が異なる。よって、以下では、パイロット燃料の噴射角αに関連する部分について、詳細に説明する。
【００４２】
図２の燃焼器は、図１の燃焼器と異なり、燃料噴射口２１からのパイロット燃料の噴射角αをθ／２とする。即ち、パイロット燃料を、コーン内周テーパ部４１の内壁面と平行に噴射させる。このように、コーン内周ペーパ部４１の内壁面と平行にパイロット燃料が燃料噴射口２１より噴射されることにより、パイロット燃料が燃焼しパイロット火炎が保炎用低速域Ｘに導かれやすくなる。よって、パイロット燃料を少なくしたときでも、保炎用低速域Ｘでの保炎性を向上させることができる。
【００４３】
又、パイロット燃料の噴射方向とコーン内周テーパ部４１の内壁面との距離ｃは、パイロットコーン４の下流側先端における直径をＢ、パイロットノズル２の直径をＤとしたとき、１／２（Ｂ−Ｄ）とすることが好ましい。更に好ましくは、２０ｍｍ以下とすることが好ましい。又、このとき、パイロットノズル２の先端位置が、パイロットコーン４の下流側先端とパイロットスワラ６の下流側の面との間の範囲に位置するように、パイロットノズル２が設置される。
【００４４】
第１及び第２の実施形態において、図３のように、パイロットノズル２を下流側から見たときに、パイロット燃料が燃料噴射口２１より放射状でなくパイロットノズル２の中心から燃料噴射口２１の方向より角度β（横向角β）ずれて噴射されるものとしても構わない。このとき、パイロット燃料は、コーン内壁テーパ部４１の内壁面に沿って螺旋状に流れる。
【００４５】
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。図４は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図４において、図１と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４６】
図４の燃焼器は、パイロットノズル２の下流側先端部分をパイロットスワラ６よりも上流側から覆う円筒状のパイロットノズルカバー９が設けられる。即ち、パイロットノズルカバー９は、パイロットスワラ６の内壁面に接するように挿入されて設置される。更に、パイロットノズル２内部では、その中心にパイロット燃料の大部分が供給される主燃料供給路２２が設けられるとともに、主燃料供給路２２の外周に残りのパイロット燃料が供給される保炎用燃料供給路２３が設けられる。
【００４７】
更に、パイロットノズル２の下流側先端の外周に設けられるとともに主燃料供給路２２より供給されるパイロット燃料を噴射する燃料噴射管２１ａがパイロットノズルカバー９を貫通するように設けられるとともに、保炎用燃料供給路２３より供給されるパイロット燃料を噴射する保炎用燃料噴射口２４が燃料噴射管２１ａよりも上流側のパイロットノズル２の外壁面に設けられる。燃料噴射口２１（図１）を燃料噴射管２１ａとすることで、主燃料供給路２２より供給されるパイロット燃料にスイープ空気を混合することなく噴射することができる。
【００４８】
このように構成されるとき、パイロットノズル２の外周側を流れるパイロット空気の一部が、燃料噴射管２１ａの焼損を防ぐためのスイープ空気として、パイロットノズル２とパイロットノズルカバー９とによって構成されるスイープ空気供給路２５を流れるとともに、パイロット空気の残りの大部分がパイロットスワラ６を通過する。又、スイープ空気は、保炎用燃料噴射口２４より噴射されるパイロット燃料と混合され、この予混合気がスイープ空気供給路２５の下流側先端より放出される。
【００４９】
このとき、スイープ空気供給路２５を通過する予混合気によって、燃料噴射管２１ａの周囲が冷却されて、燃料噴射管２１ａ周辺の焼損が防がれる。このように燃料噴射管２１ａ周辺の焼損を防ぐために、予混合気の燃焼ガス温度が１５００℃以下になる希薄な濃度となるように、保炎用燃料供給路２３を流れるパイロット燃料の流量が設定される。この予混合気の燃焼ガス温度が１５００℃以上となる濃度にすると、フラッシュバックが発生する恐れがある。又、主燃料供給路２２を流れるパイロット燃料は、燃料噴射管２１ａよりパイロットノズルカバー９の外部に噴射される。
【００５０】
このようにして、燃料噴射管２１ａから噴射されたパイロット燃料が拡散燃焼する際に、スイープ空気供給路２５の下流側先端から予混合気が放出されるため、燃料噴射管２１ａからのパイロット燃料によるパイロット拡散火炎の保炎性を向上させることができる。よって、パイロット拡散火炎によって燃焼するメインバーナ５で混合された予混合気の保炎性も向上させることができるため、パイロット比を低くしても、燃焼器における燃焼を安定させて燃焼振動を抑制することができる。
【００５１】
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態について、図面を参照して説明する。図５は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図５において、図４と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５２】
図５の燃焼器では、第３の実施形態（図４）の燃焼器と異なり、パイロットノズル２の保炎用燃料噴射口２４近傍から下流側先端までの部分を覆う円筒状のパイロットノズルカバー９ａと、このパイロットノズルカバー９ａの外周側に設けられる円筒状のパイロットノズルカバー９ｂとが備えられる。又、このパイロットノズルカバー９ｂは、パイロットスワラ６の内壁面と接するように設置されるとともに、燃料噴射管２１ａの上流側でパイロットノズルカバー９ａと重なるように設置される。更に、このパイロットノズルカバー９ｂはパイロットスワラ６よりも上流側からパイロットノズル２を覆うように設けられる。
【００５３】
このように、パイロットノズルカバー９ａ，９ｂを設置することによって、スイープ空気が、パイロットノズル２とパイロットノズルカバー９ｂによって構成されるスイープ空気供給路２５を流れて、保炎用燃料噴射口２４より噴射されるパイロット燃料と混合される。このパイロット燃料とスイープ空気とが混合された予混合気は、パイロットノズル２及びパイロットノズルカバー９ａによって構成される予混合気供給路２５ａ、及び、パイロットノズルカバー９ａ，９ｂによって構成される予混合気供給路２５ｂそれぞれに流れる。
【００５４】
そして、予混合気供給路２５ａを流れて放出される予混合気が、燃料噴射管２１ａの下流側に放出され、又、予混合気供給路２５ｂを流れて放出される予混合気が、燃料噴射管２１ａの上流側に放出される。このため、燃料噴射管２１ａから噴射されるパイロット燃料が予混合気によって包み込まれた状態とすることができるので、パイロット拡散火炎を包むように予混合気を供給でき、パイロット拡散火炎の保炎性を向上させることができる。
【００５５】
＜第５の実施形態＞
本発明の第５の実施形態について、図面を参照して説明する。図６は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図６において、図５と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
図６の燃焼器では、第４の実施形態（図５）の燃焼器と異なり、保炎用燃料供給路２３より供給されるパイロット燃料を噴射する保炎用燃料噴射管２４ａが、パイロットノズルカバー９ａを貫通するように設けられる。保炎用燃料噴射口２４（図５）を保炎用燃料噴射管２４ａとすることで、パイロットノズル２及びパイロットノズルカバー９ａによって構成されるスイープ空気供給路２５ｃを流れるスイープ空気に保炎用燃料供給路２３より供給されるパイロット燃料を混合させずに流すことができる。
【００５７】
このように、保炎用燃料噴射管２４ａを設置することによって、スイープ空気供給路２５より供給されてスイープ空気供給路２５ｃを流れるスイープ空気に、パイロット燃料が混合されることなく、パイロットノズル２の下流側先端に放出される。よって、パイロットノズル２の下流側先端がスイープ空気によって確実に冷却される。
【００５８】
又、パイロットノズルカバー９ａ，９ｂによって構成される予混合気供給路２５ｂに流れ込むスイープ空気は、保炎用燃料噴射管２４ａより噴射されるパイロット燃料と混合され、予混合気として燃料噴射管２１ａの上流側に放出される。よって、パイロット拡散火炎の周囲に予混合気が供給されるため、パイロット拡散火炎の保炎性を向上させることができる。
【００５９】
尚、第３〜第５の実施形態において、燃料噴射管２１ａから噴射されるパイロット燃料の噴射角とパイロットコーン４におけるコーン内壁テーパ部４１との関係が、第１又は第２の実施形態のような関係となるように構成された燃焼器を適用しても構わない。
【００６０】
＜第６の実施形態＞
本発明の第６の実施形態について、図面を参照して説明する。図７及び図８は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図７及び図８において、図１と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６１】
図７及び図８の燃焼器は、パイロットノズル２の下流側先端部分をパイロットスワラ６の下流側の面から覆う円筒１０が設けられる。この円筒１０は、パイロットスワラ６の下流側の面からパイロットノズル２の下流側先端までの部分において、その内壁面がパイロットノズル２の外壁面と近接するように構成される。このとき、円筒１０におけるパイロットノズル２の外壁面と近接する部分とパイロットノズルの外壁面との間には、狭い空隙が設けられる。又、円筒１０は、パイロットノズル２の下流側先端近傍位置より下流側に向かってテーパ状に広がった鍔１０１を備える。この鍔１０１を備えた円筒１０は、パイロットスワラ６の下流側の面に接するように設けられるため、パイロットスワラ６を通過するパイロット空気は、パイロットコーン４と円筒１０との間を通過する。
【００６２】
又、円筒１０の鍔１０１は、燃料噴射口２１から噴射されたパイロット燃料によるパイロット燃料噴流に干渉しないような構成とされる。このようにパイロット燃料噴流との干渉を避けるための構成として、例えば、図７のように、鍔１０１の開き角γが、燃料噴射口２１からのパイロット燃料の噴射角αに対して、０°＜２α≦γ＜１８０°となるようにしても構わない。又、パイロットコーン４と円筒１０との間を、パイロット空気が十分に通過するように、パイロットノズル２の下流側先端位置におけるパイロットコーン４の内壁面とパイロットノズル２の外壁面との距離ｋに対して、円筒１０の下流側先端位置におけるパイロットコーン４の内壁面と鍔１０１との距離ｌが、０＜ｌ≦ｋとされる。さらに好ましくは、ｌ≧ｋ／２とされる。
【００６３】
又、鍔１０１が、例えば、図８のように、パイロットノズル２の下流側先端よりも少し上流側にずれた位置から形成されるとともに、鍔１０１の開き角γを０°＜γ＜２αとする場合、鍔１０１が形成開始される位置とパイロットノズル２の下流側先端との距離をｔとしたとき、鍔１０１の長さｓを、ｓ＜ｔ／(cos(γ／２)−tanα×sin(γ／２))を満たすように設定し、燃料噴射口２１から噴射されるパイロット燃料が鍔１０１に衝突しないように構成しても構わない。
【００６４】
このように構成することによって、パイロット燃料が円筒１０の鍔１０１に沿って流れると、鍔１０１の先端部近傍Ｚにおいて、パイロット燃料の渦ができるために、低速域となる循環領域が形成される。よって、パイロット空気が、燃料噴射口２１周辺のパイロット燃料噴流基部に当たらないので、パイロット拡散火炎を弱めることを防ぐことができるとともに、鍔１０１の先端部近傍Ｚに循環領域が形成されるため、パイロット拡散火炎を安定して燃焼させることができる。
【００６５】
＜第７の実施形態＞
本発明の第７の実施形態について、図面を参照して説明する。図９は、本実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図である。尚、図９において、図８と同一の部分については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６６】
図８の燃焼器は、第６の実施形態（図８）の燃焼器と同様、パイロットノズル２の下流側先端部分をパイロットスワラ６の下流側表面から覆う円筒１０ａが、パイロットスワラ６の下流側表面に接するように設けられる。即ち、パイロットスワラ６の下流側表面からパイロットノズル２の下流側先端までの部分において、円筒１０ａにおけるパイロットノズル２の外壁面と近接する部分とパイロットノズルの外壁面との間には、狭い空隙が設けられる。又、円筒１０ａは、パイロットノズル２の下流側先端近傍位置より下流側に向かってテーパ状に広がった鍔１０２を備える。
【００６７】
又、鍔１０２は、パイロットノズル２の下流側先端よりも少し上流側にずれた位置から形成されるとともに、鍔１０２の開き角γを０°＜γ＜２αとされる。そして、鍔１０２の長さｓを、ｓ≧ｔ／(cos(γ／２)−tanα×sin(γ／２))を満たすように設定して、燃料噴射口２１から噴射されるパイロット燃料を鍔１０２に衝突させる。又、パイロットコーン４と円筒１０ａとの間を、パイロット空気が十分に通過するように、円筒１０ａの下流側先端位置におけるパイロットコーン４の内壁面と鍔１０２との距離ｌが、０＜ｌ≦ｋとされる。さらに好ましくは、ｌ≧ｋ／２とされる。
【００６８】
このように構成することによって、パイロット燃料が円筒１０ａの鍔１０２において、パイロット燃料が衝突する衝突点によって低速域が形成され、鍔１０２に沿ってパイロット燃料が燃焼される。よって、パイロット空気が、燃料噴射口２１周辺のパイロット燃料噴流基部及びパイロット燃料衝突点に当たらないので、パイロット拡散火炎を弱めることを防ぐことができるとともに、鍔１０２によって衝突点において、パイロット拡散火炎の安定化が増すので、パイロット拡散火炎を安定して燃焼させることができる。
【００６９】
尚、第６、第７の実施形態において、燃料噴射口２１から噴射されるパイロット燃料の噴射角とパイロットコーン４におけるコーン内壁テーパ部４１との関係が、第１又は第２の実施形態のような関係となるように構成された燃焼器を適用しても構わない。又、第３〜第５の実施形態のように、パイロットノズル２の下流側先端を覆うパイロットノズルカバー９，９ａ，９ｂを設けるようにしても構わない。
【００７０】
＜第８の実施形態＞
本発明の第８の実施形態について、図面を参照して説明する。図１０は、本実施形態における燃焼器本体とパイロットノズルの燃料噴射口との関係を示す概略断面図である。
【００７１】
図１０（ａ）〜（ｆ）に示す燃焼器は、燃焼器本体１５０において、バタフライ弁などで構成されるバイパス弁１６０と接続されて圧縮機からの燃焼に利用されない空気が流入される空気バイパス管１５１と、他の燃焼器本体と連結して火炎を伝播させる連結管１５２とが設けられている。そして、空気バイパス管１５１が燃焼器本体１５０の上部に設けられるとともに、連結管１５２が燃焼器本体１５０の両側面部に設けられる。
【００７２】
このように、燃焼器本体１５０には、窪みとなる空気バイパス管１５１と連結管１５２とが設けられるため、燃焼器によって燃焼が行われる際、この空気バイパス管１５１及び連結管１５２それぞれによる窪みが、燃料ガスの澱み領域となる。そのため、空気バイパス管１５１及び連結管１５２近傍の領域では、その燃焼が不安定となるため燃焼振動が発生するとともに、他の領域での燃焼に影響を及ぼす。
【００７３】
そこで、本実施形態では、一例として、図１０（ａ）のように、パイロットノズル２において、空気バイパス管１５１が位置する部分に最も近い位置ｐに、燃料噴出口２１を設けないような構成とする。即ち、例えば、燃料噴出口２１を７つ設ける際、８つ設けるように仮定して等間隔に配置した燃料噴出口２１の内、位置ｐに設けられる燃料噴出口２１を塞いだ形となる。
【００７４】
又、同様に、別例として、図１０（ｂ）、（ｃ）それぞれに示すように、パイロットノズル２において、連結管１５２が位置する部分に最も近い位置ｑ，ｒのいずれか一方に、燃料噴出口２１を設けないような構成とする。更に、別例として、図１０（ｄ）に示すように、パイロットノズル２において、連結管１５２が位置する部分に最も近い位置ｑ，ｒ両方に、燃料噴出口２１を設けないような構成とする。更に、別例として、図１０（ｅ）、（ｆ）に示すように、パイロットノズル２において、連結管１５２が位置する部分に最も近い位置ｑ，ｒのいずれか一方及び空気バイパス管１５１が位置する部分に最も近い位置ｐに、燃料噴出口２１を設けないような構成とする。
【００７５】
このように、空気バイパス管１５１又は連結管１５２による窪み位置に対する燃料噴出口２１を塞ぐことによって、空気バイパス管１５１又は連結管１５２による窪み位置への燃料ガスの拡散を防ぐことができる。よって、空気バイパス管１５１又は連結管１５２による窪みが原因となる燃料ガスの澱みを防ぐことができ、パイロット比を低くしたときの燃焼振動を抑制することができる。
【００７６】
尚、本実施形態において、図１０（ａ）のように、空気バイパス管１５１に対応する位置の燃料噴出口２１を塞ぐように構成するものとしたが、空気バイパス管１５１に対応する位置の燃料噴出口２１を備えるようにして、燃焼器での燃焼時にバイパス弁１６０を微かに開くようにして、部分負荷よりも負荷が高くなった場合においても、少量の空気量が送られるようにしても構わない。又、このように燃焼器での燃焼時にバイパス弁１６０を微かに開くようにして少量の空気量を送る構成を、図１０（ｂ）〜（ｄ）の構成の燃焼器に利用するようにしても構わない。
【００７７】
更に、本実施形態における燃焼器において、そのパイロットノズル周辺の構成が、第１〜第７の実施形態のような構成となるようにしても構わない。このとき、そのパイロットノズル周辺の構成が、第１〜第７の実施形態で述べた特徴を組み合わせた構成となるようにしても構わない。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によると、燃料噴射口より噴射される燃料をパイロットコーンの下流側先端付近に衝突させることで、パイロットコーンの下流側先端周辺にできる保炎用低速域に燃料を多く誘導することができ、パイロット拡散火炎の保炎性を向上させる。又、燃料噴射口より噴射される燃料をパイロットコーンの内壁面に平行に噴射することで、パイロットコーンの下流側先端周辺にできる保炎用低速域に燃料を多く誘導することができ、パイロット拡散火炎の保炎性を向上させる。このように、保炎用低速域におけるパイロット拡散火炎の保炎性を向上させることで、燃焼振動を抑制することができるため、燃焼器に供給する燃料のパイロット比を低くすることができ、低ＮＯｘ化を実現することができる。
【００７９】
又、本発明によると、燃料噴射口よりパイロットノズルカバーとパイロットノズルによって構成される領域に燃料を噴射して、燃料と空気が混合した予混合気が生成して、第１燃料噴射管から噴射される燃料によるパイロット拡散火炎付近に供給することで、パイロット拡散火炎の保炎性を向上させることができる。更に、パイロットノズルカバーを第１円筒カバーと第２円筒カバーで構成し、パイロットノズルと第２円筒カバーとの間の領域及び第１円筒カバーと第２円筒カバーとの間の領域それぞれで予混合気を生成することで、パイロット拡散火炎を包むように予混合気を供給できるため、パイロット拡散火炎の保炎性を更に高くすることができる。又、第２燃料噴射管を設けて、第１円筒カバーと第２円筒カバーとの間の領域にのみ予混合気が生成されるようにすることで、パイロットノズルの下流側先端を、第２円筒カバーとパイロットノズルとの間の領域を通過する空気で確実に冷却することができる。
【００８０】
又、本発明によると、パイロットスワラの下流側面に接した円筒の下流側先端に鍔を設けることによって、パイロットノズルの外周を通過する空気がパイロットノズルの下流側先端に流れることを防ぐので、燃料噴射口より噴射される燃料による燃料噴流の基部に空気が流れ込むことができる。よって、パイロット拡散火炎を弱めることなく燃焼させることができる。
【００８１】
又、パイロットノズルの下流側先端において、バイパス管や連結管などの窪みのある領域に近い位置に、燃料噴出口を設けないようにすることで、バイパス管や連結管などの窪みのある領域に、燃料の澱み領域が形成されることを防ぐことができる。更に、燃焼状態において、バイパス弁を微開した状態とすることで、バイパス管の窪みにより燃料の澱み領域が形成されることを防ぐことができる。よって、澱み領域による燃焼の不安定性を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図２】第２の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図３】パイロットノズルを下流側先端から見た図。
【図４】第３の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図５】第４の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図６】第５の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図７】第６の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図８】第６の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の別の構成を示す図。
【図９】第７の実施形態における燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【図１０】第８の実施形態における燃焼器本体とパイロットノズルの燃料噴射口との関係と示す概略断面図。
【図１１】燃焼器の構成を示す概略構成図。
【図１２】従来の燃焼器のパイロットノズル先端の構成を示す図。
【符号の説明】
１燃焼器本体
２パイロットノズル
３メインノズル
４パイロットコーン
５メインバーナ
６パイロットスワラ
７メインスワラ
９パイロットノズルカバー
１０円筒[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a combustor provided in a gas turbine or the like, and particularly to a combustor including a pilot nozzle that diffuses and burns fuel and a main nozzle that mixes and burns fuel and air.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in order to reduce air pollution, power generation facilities using gas turbines have been required to reduce NOx contained in the exhaust gas. NOx in the gas turbine is generated in a combustor that performs a combustion operation to rotate the gas turbine. Therefore, conventionally, in order to reduce NOx generated in the combustor, a combustor including a main nozzle that mixes and burns fuel and air (premixed combustion) has been used.
[0003]
By performing premixed combustion with this main nozzle, the amount of NOx emitted from the combustor can be reduced, but the combustion state is unstable and combustion oscillation occurs. For this reason, in order to suppress this combustion vibration and achieve a stable combustion state, a combustor further provided with a pilot nozzle that diffuses and burns fuel (diffusion combustion) is used. FIG. 11 shows a schematic configuration diagram of the combustor provided with the pilot nozzle and the main nozzle in this way.
[0004]
As shown in FIG. 11, a pilot nozzle 2 is inserted in the center of the combustor body 1, and a main nozzle 3 is inserted so as to be arranged around the pilot nozzle 2. A pilot cone 4 is provided so as to cover the tip portion of the pilot nozzle 2, and a main burner 5 is provided so as to cover the tip portion of the main nozzle 3. A pilot swirler 6 is provided around the tip of the pilot nozzle 2 and a main swirler 7 is provided around the tip of the main nozzle 3 to support the pilot nozzle 2 and the main nozzle 3.
[0005]
In the combustor configured as described above, the periphery of the tip portion of the pilot nozzle 2 is configured as shown in FIG. A plurality of fuel injection ports 21 are provided on the outer periphery of the tip of the pilot nozzle 2 to diffuse and inject fuel (the fuel injected from the pilot nozzle 2 is referred to as “pilot fuel”). Further, air (pilot air) supplied to the periphery of the pilot nozzle 2 through the combustor body 1 flows along the inner wall of the pilot cone 4 after passing through the pilot swirler 6. Therefore, the pilot nozzle 2 burns and diffuses the pilot fuel to form a diffusion flame (Z). Further, a part of the pilot fuel burns and high-temperature combustion gas from the pilot diffusion flame enters and main premixing is performed. A flame holding low speed region X, which serves as a flame holding point, is formed, and combustion is maintained.
[0006]
Further, when the fuel (main fuel) injected from the main nozzle 3 flows into the main burner 5 together with the air (main air) that has passed through the main swirler 7, it is mixed in the main burner 5, and is mixed from the main burner 5. The mixed main fuel and main air flow out. As described above, when the premixed gas in which the main air and the main fuel are mixed flows out of the main burner 5, the downstream end of the main burner 5 (note that the "downstream""Means downstream with respect to the flow of fuel and air) and is combusted toward the inner wall of the combustor body 1.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the combustor including the pilot nozzle 2 and the main nozzle 3 as described above, a flame holding effect by diffusion combustion of the pilot nozzle 2 is necessary to keep the combustion state stable. However, if the pilot nozzle 2 is used for combustion, the NOx generation rate is large, and therefore it is necessary to suppress the combustion at the pilot nozzle 2 in order to reduce NOx.
[0008]
Therefore, the ratio of the fuel supplied to the pilot nozzle to the total fuel supplied to the combustor (pilot ratio) is lowered to reduce the amount of NOx emitted by the combustor. However, as described above, the pilot ratio When the value is lowered, the flame holding effect by the pilot nozzle 2 cannot be obtained. As a result, combustion vibrations occur and the combustion state becomes unstable, resulting in poor energy efficiency in the gas turbine.
[0009]
In view of such a problem, an object of the present invention is to provide a combustor in which a pilot ratio is lowered and combustion vibration is suppressed.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, a pilot nozzle provided in a central portion of a combustor body, a plurality of main nozzles provided at equal intervals around the pilot nozzle, and fuel of the pilot nozzle flow. A pilot cone that covers the downstream tip portion and has a cone inner circumferential taper portion that is radially tapered toward the downstream side at the tip portion, and is provided so as to be in contact with the inner wall surface of the pilot cone and the pilot cone In a combustor including a pilot swirler that supports the pilot nozzle at the center of the pilot nozzle, the fuel is injected on the outer periphery of the pilot nozzle tip. First The fuel injected from the fuel injection port collides with the inner wall surface of the cone inner peripheral taper portion from a position that is half the length of the cone inner peripheral taper portion to the downstream end.
[0011]
By doing this, First The fuel injected from the fuel injection port collides with the cone inner peripheral taper portion of the pilot cone. Then, when the length of the cone inner circumferential taper portion is A, the collision position is set to a (≦ A / 2) range from the downstream tip of the cone inner circumferential taper portion. The fuel jet can be collided in the vicinity of the downstream tip. Therefore, the flame holding low speed region around the downstream end of the pilot cone can be maintained at a high temperature necessary for flame holding, and the flame holding performance can be improved.
[0012]
At this time, when the opening angle of the pilot cone is θ, the fuel is provided at the outer periphery of the pilot nozzle tip. The first The injection angle α of the fuel injected from the fuel injection port is set so as to satisfy −90 ° ≦ α <−θ / 2 and θ / 2 <α ≦ 90 °.
[0013]
Further, the combustor according to the present invention includes a pilot nozzle provided in a central portion of the combustor main body, a plurality of main nozzles provided at equal intervals around the pilot nozzle, and a downstream tip through which fuel of the pilot nozzle flows. A pilot cone having a cone inner circumferential taper portion that covers a portion and has a radially tapered shape toward the downstream side at a tip portion thereof, and a central portion of the pilot cone provided so as to be in contact with an inner wall surface of the pilot cone And a pilot swirler for supporting the pilot nozzle, provided that an opening angle of the pilot cone is θ and provided at the outer periphery of the pilot nozzle tip. 1st fuel injection pipe An injection angle of the fuel injected from the fuel injection port is θ / 2, and the fuel is injected in parallel with the inclination of the cone inner peripheral tapered portion.
[0014]
By doing this, First The fuel injected from the fuel injection port is injected in parallel with the cone inner circumferential taper portion of the pilot cone. for that reason, First The fuel jet from the fuel injected from the fuel injection port does not collide with the pilot cone. Therefore, the flame holding low speed region around the downstream end of the pilot cone can be maintained at a high temperature necessary for flame holding, and the flame holding performance can be improved.
[0015]
At this time, the pilot nozzle The distance c between the fuel jet from the injected fuel and the tapered inner wall surface of the cone inner circumferential taper portion, where B is the diameter at the downstream tip of the pilot cone and D is the diameter of the pilot nozzle, c <1/2 (BD).
[0016]
In the above combustor, pilot from downstream nozzle When looking at the tip of The first Pilot from fuel injection port nozzle From the center of The first The fuel may be injected in a direction shifted by an arbitrary angle with respect to the direction toward the fuel injection port. At this time, the fuel injection flow draws a spiral shape.
[0017]
Further, the combustor according to the present invention includes a pilot nozzle provided in a central portion of the combustor main body, a plurality of main nozzles provided at equal intervals around the pilot nozzle, and a downstream tip through which fuel of the pilot nozzle flows. A combustor comprising: a pilot cone that covers a portion; and a pilot swirler that is provided in contact with an inner wall surface of the pilot cone and that supports the pilot nozzle at a central portion of the pilot cone. A first fuel supply passage that is provided in the center of the fuel cell and allows most of the fuel supplied to the pilot nozzle to pass therethrough, and the remainder of the fuel that is provided around the first fuel supply passage and that is supplied to the pilot nozzle A second fuel supply path through which the pilot swirler and the outer wall surface of the pilot swirler A cylindrical pilot nozzle cover that contacts the wall surface, covers the downstream tip portion of the pilot nozzle, and guides the air passing through the outer periphery of the pilot nozzle to the downstream tip of the pilot nozzle, and the downstream tip of the pilot nozzle The fuel that is provided on the outer periphery, passes through the pilot nozzle cover from the first fuel supply path, and supplies fuel from the first fuel supply path. From the first fuel injection port formed on the outer peripheral surface of the pilot nozzle cover A first fuel injection pipe that injects to the outer periphery of the pilot nozzle cover, and is provided at a position upstream of the first fuel injection pipe on the outer periphery of the pilot nozzle, and is connected to the second fuel supply path. The fuel supplied from the second fuel supply path is injected into a region constituted by the pilot nozzle cover and the pilot nozzle. Second And a fuel injection port.
[0018]
By doing in this way, the 1st fuel injection pipe is cooled with the air which flows through the area | region comprised by a pilot nozzle cover and a pilot nozzle, and burning is prevented. or, Second Since fuel is injected from the fuel injection port into a region constituted by the pilot nozzle cover and the pilot nozzle, a premixed gas mixture of fuel and air is generated, and the pilot by the fuel injected from the first fuel injection pipe Supplied in the vicinity of the diffusion flame, the flame holding property of the pilot diffusion flame is improved.
[0019]
At this time, the pilot nozzle cover is in contact with the inner wall surface of the pilot swirler and from the position upstream of the position of the pilot swirler. Second A first cylindrical cover that covers a downstream tip portion of the pilot nozzle up to a position downstream of the fuel injection port; a position overlapping the first cylindrical cover; and the pilot nozzle and the first cylindrical cover; And a second cylindrical cover through which the first fuel injection pipe penetrates.
[0020]
Further, the second cylindrical cover is Second The downstream end portion of the pilot nozzle may be covered from the vicinity of the fuel injection port. By doing so, premixed gas is generated in each of the region formed by the first and second cylindrical covers and the region formed by the second cylindrical cover and the pilot nozzle, so that the fuel is injected from the first fuel injection pipe. As a result, the diffusion fuel by the generated fuel is enclosed by the premixed gas, and the stability of the pilot diffusion flame is increased.
[0021]
In addition, the pilot nozzle is Second A second fuel injection that penetrates from the fuel injection port to the second cylindrical cover and injects fuel supplied from the second fuel supply path into a region constituted by the first cylindrical cover and the second cylindrical cover. You may make it provide a pipe | tube. By doing so, since the premixed gas is generated only in the region formed by the first and second cylindrical covers, the vicinity of the downstream end of the pilot nozzle is reliably cooled.
[0022]
And the downstream end of the first cylindrical cover is The first cylindrical cover may be installed on the upstream side of the first fuel injection pipe. In addition, the above In the combustor, by setting the combustion gas temperature of the premixed gas generated by mixing the fuel supplied from the second fuel supply path and air to a lean concentration at which the combustion gas temperature is 1500 ° C. or less, the pilot nozzle Prevent flashback at the downstream tip.
[0023]
or, Of the present invention The combustor includes a pilot nozzle provided at a central portion of the combustor body, a plurality of main nozzles provided at equal intervals around the pilot nozzle, and a pilot cone that covers a downstream tip portion through which fuel of the pilot nozzle flows. A pilot swirler that is provided in contact with the inner wall surface of the pilot cone and supports the pilot nozzle in a central portion of the pilot cone, in contact with a downstream surface of the pilot swirler, and It has a cylinder provided with a taper-shaped flange which is close to the outer wall surface of the pilot nozzle located on the downstream side of the pilot swirler and has a radial shape toward the downstream side.
[0024]
By doing in this way, by preventing the air passing through the outer periphery of the pilot nozzle from flowing to the downstream end of the pilot nozzle by the cylindrical rod, First Air is prevented from flowing into the base of the fuel jet from the fuel injected from the fuel injection port. Therefore, the pilot diffusion flame can be burned without weakening.
[0025]
At this time, the soot may be provided such that the downstream end of the soot is located upstream from the position where it collides with the fuel jet of fuel injected from the pilot nozzle. At this time, the pilot nozzle First Since a low speed region is formed in which the fuel injected from the fuel injection port circulates in a spiral shape, the pilot diffusion flame can be stabilized.
[0026]
Also, the downstream end of the ridge is You may make it provide the said soot so that it may be located in the downstream rather than the position which collides with the fuel jet by the fuel injected from the said pilot nozzle. By doing in this way, the fuel collided with the cylindrical soot can be guide | induced to the downstream tip of a pilot cone, and the stability of a pilot diffusion flame can be improved.
[0027]
Further, the combustor of the present invention is connected to a pilot nozzle provided in the center portion of the combustor main body and a bypass valve for bypassing air not used for combustion downstream of the combustor and provided on the upper side of the combustor main body. In the combustor including the bypass pipe, the fuel supplied to the pilot nozzle provided at the outer periphery of the downstream end of the pilot nozzle is injected in the pilot nozzle. First A plurality of fuel injection ports are provided at positions other than the position closest to the bypass pipe.
[0028]
Further, the combustor according to the present invention is a combustor including a pilot nozzle provided at a central portion of a combustor main body and a connecting pipe provided on a side surface of the combustor main body for propagating a flame to another combustor. In the nozzle, the fuel supplied to the pilot nozzle provided on the outer periphery of the downstream end is injected. First A plurality of fuel injection ports are provided at positions other than the position closest to the connecting pipe.
[0030]
or, Of the present invention The combustor is connected to a pilot nozzle provided in the central portion of the combustor main body, and a bypass pipe provided on the upper side of the combustor main body and connected to a bypass valve that bypasses air that has not been used for combustion to the downstream side of the combustor. In the combustor, the bypass valve is in a slightly opened state in the combustion state.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Below, the combustor of this invention is demonstrated. In each of the following embodiments, the outline of the relationship between the parts constituting the combustor is represented by the schematic configuration diagram of FIG. 11 as in the prior art. Therefore, hereinafter, the configuration around the tip of the pilot nozzle, which is a feature of the present invention, will be described in detail.
[0033]
<First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a pilot nozzle tip of a combustor in the present embodiment. In FIG. 1, the same parts as those in FIG.
[0034]
In the combustor of FIG. 1, a pilot nozzle 2 whose downstream tip is covered with a pilot cone 4 is installed at the center of the combustor main body 1 (FIG. 11), and a downstream tip is provided around the pilot nozzle 2. A plurality of main nozzles 3 whose portions are covered by the main burner 5 are installed. The pilot swirler 6 is provided on the outer wall surface on the downstream side of the pilot nozzle 2 so that the pilot nozzle 2 is supported so as to be installed at the center of the pilot cone 4. Further, by providing the main swirler 7 on the outer wall surface on the downstream side of the main nozzle 3, the main nozzle 3 is supported so as to be installed at the center of the main burner 5.
[0035]
When configured in this manner, the pilot cone 4 has a tapered shape that radially expands toward the downstream end. (Hereinafter, this radially expanded portion is referred to as a “cone inner circumferential tapered portion”.) The fuel provided on the outer periphery of the tip of the pilot nozzle 2 by the cone inner circumferential tapered portion 41 having a radially expanded shape. Pilot fuel injected from the injection port 21 and pilot air passing through the pilot swirler 6 are guided to the flame holding low speed region X around the cone inner peripheral taper portion 41 and near the downstream end of the main burner 5. It is burned.
[0036]
Further, when the opening angle of the cone inner peripheral taper portion 41 is θ, the injection angle α of the pilot fuel injected from the fuel injection port 21 is set to −90 ° ≦ α <−θ / 2, θ / 2 <α ≦ 90. °. In this way, when −90 ° ≦ α <−θ / 2, the inner wall of the cone inner circumferential taper portion 41 opposite to the portion where the fuel injection port 21 is located and the center of the pilot nozzle 2 is applied. When the fuel collides and θ / 2 <α ≦ 90 °, the fuel collides with the inner wall of the cone inner peripheral tapered portion 41 near the portion where the fuel injection port 21 is located.
[0037]
Further, the length a along the inner wall surface of the cone inner circumferential taper portion 41 from the position y where the pilot fuel collides with the inner wall of the cone inner circumferential taper portion 41 to the downstream tip of the pilot cone 4 is the cone inner circumferential taper portion. 41 satisfies the relationship of 0 <a ≦ A / 2 with respect to the length A along the entire inner wall surface. That is, the injection angle α and the downstream of the pilot nozzle 2 are set so that the collision position y of the pilot fuel on the inner wall of the cone inner circumferential taper portion 41 is located within the range from the center of the cone inner circumferential taper portion 41 to the downstream tip. The side tip position is determined. At this time, the pilot nozzle 2 is installed so that the tip position of the pilot nozzle 2 is located in a range between the downstream tip of the pilot cone 4 and the downstream surface of the pilot swirler 6.
[0038]
Thus, since the pilot fuel collides from the center to the downstream side of the pilot cone 4, the pilot fuel burns along the tapered shape of the cone inner circumferential tapered portion 41 of the pilot cone 4 from the collision position y. Therefore, the pilot flame is easily guided to the flame holding low speed region X. Therefore, even if the pilot fuel is reduced, the flame holding property in the flame holding low speed region X can be improved.
[0039]
From this, since the premixed gas in which the main fuel injected from the main nozzle 3 and the main air that has passed through the main swirler 7 are mixed in the main burner 5 is stably combusted with the flame holding low speed region X as the flame holding point, Premixed gas can be burned stably. Therefore, since the combustion vibration generated when the premixed gas is burned can be suppressed, even if the pilot fuel is reduced and the pilot ratio is lowered, the combustion in the combustor is stabilized and the combustion vibration is suppressed. be able to.
[0040]
In addition, the closer the pilot fuel collision position y is to the downstream tip of the pilot cone 4, the more pilot fuel reaches the flame holding low speed region X, so the flame holding performance in the flame holding low speed region X is improved. . Therefore, by setting the downstream tip position of the pilot nozzle 2 and the pilot fuel injection angle so that the pilot fuel collision position y is close to the downstream tip of the pilot cone 4 in the above-described range, the pilot ratio is reduced. Combustion vibration in the combustor when there are few can be suppressed.
[0041]
<Second Embodiment>
A second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the pilot nozzle tip of the combustor in the present embodiment. 2 that are the same as those in FIG. 1 are given the same reference numerals. Further, the combustor of the present embodiment is configured by the same parts as the combustor in the first embodiment (FIG. 1), and the set value of the pilot fuel injection angle α is different. Therefore, in the following, a portion related to the injection angle α of the pilot fuel will be described in detail.
[0042]
2 differs from the combustor of FIG. 1 in that the pilot fuel injection angle α from the fuel injection port 21 is θ / 2. That is, the pilot fuel is injected in parallel with the inner wall surface of the cone inner circumferential taper portion 41. Thus, the pilot fuel is injected from the fuel injection port 21 in parallel with the inner wall surface of the cone inner peripheral paper portion 41, whereby the pilot fuel is burned and the pilot flame is easily guided to the flame holding low speed region X. Therefore, even when the pilot fuel is reduced, the flame holding performance in the flame holding low speed region X can be improved.
[0043]
Further, the distance c between the injection direction of the pilot fuel and the inner wall surface of the cone inner circumferential taper portion 41 is 1/2 (when the diameter at the downstream tip of the pilot cone 4 is B and the diameter of the pilot nozzle 2 is D ( BD) is preferred. More preferably, it is 20 mm or less. At this time, the pilot nozzle 2 is installed so that the tip position of the pilot nozzle 2 is located in a range between the downstream tip of the pilot cone 4 and the downstream face of the pilot swirler 6.
[0044]
In the first and second embodiments, as shown in FIG. 3, when the pilot nozzle 2 is viewed from the downstream side, the pilot fuel is not radiated from the fuel injection port 21 but from the center of the pilot nozzle 2 to the fuel injection port 21. It may be ejected at an angle β (lateral angle β) from the direction. At this time, the pilot fuel flows spirally along the inner wall surface of the cone inner wall taper portion 41.
[0045]
<Third Embodiment>
A third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the pilot nozzle tip of the combustor in the present embodiment. 4 that are the same as those in FIG. 1 are assigned the same reference numerals and detailed descriptions thereof are omitted.
[0046]
The combustor of FIG. 4 is provided with a cylindrical pilot nozzle cover 9 that covers the downstream end portion of the pilot nozzle 2 from the upstream side of the pilot swirler 6. That is, the pilot nozzle cover 9 is inserted and installed so as to contact the inner wall surface of the pilot swirler 6. Further, in the pilot nozzle 2, a main fuel supply path 22 through which most of the pilot fuel is supplied is provided at the center, and a flame holding fuel in which the remaining pilot fuel is supplied to the outer periphery of the main fuel supply path 22. A supply path 23 is provided.
[0047]
Further, a fuel injection pipe 21a for injecting pilot fuel supplied from the main fuel supply passage 22 is provided so as to penetrate the pilot nozzle cover 9 and is provided on the outer periphery of the downstream end of the pilot nozzle 2 and for holding the flame. A flame holding fuel injection port 24 for injecting pilot fuel supplied from the fuel supply path 23 is provided on the outer wall surface of the pilot nozzle 2 upstream of the fuel injection pipe 21a. By using the fuel injection port 21 (FIG. 1) as the fuel injection pipe 21a, the pilot fuel supplied from the main fuel supply path 22 can be injected without mixing the sweep air.
[0048]
When configured in this way, a part of the pilot air flowing on the outer peripheral side of the pilot nozzle 2 is configured by the pilot nozzle 2 and the pilot nozzle cover 9 as sweep air for preventing the fuel injection pipe 21a from being burned out. While flowing through the sweep air supply path 25, most of the remaining pilot air passes through the pilot swirler 6. Further, the sweep air is mixed with pilot fuel injected from the flame holding fuel injection port 24, and this premixed gas is discharged from the downstream end of the sweep air supply path 25.
[0049]
At this time, the periphery of the fuel injection pipe 21a is cooled by the premixed gas that passes through the sweep air supply passage 25, and burning around the fuel injection pipe 21a is prevented. Thus, in order to prevent burning around the fuel injection pipe 21a, the flow rate of the pilot fuel flowing through the flame holding fuel supply passage 23 is set so that the combustion gas temperature of the premixed gas becomes a lean concentration that is 1500 ° C. or less. Is done. When the combustion gas temperature of the premixed gas is set to a concentration of 1500 ° C. or higher, flashback may occur. The pilot fuel flowing through the main fuel supply path 22 is injected outside the pilot nozzle cover 9 from the fuel injection pipe 21a.
[0050]
Thus, when the pilot fuel injected from the fuel injection pipe 21a diffuses and burns, the premixed gas is released from the downstream end of the sweep air supply path 25, so that the pilot fuel from the fuel injection pipe 21a The flame holding property of the pilot diffusion flame can be improved. Therefore, since the flame holding property of the premixed gas mixed in the main burner 5 that burns by the pilot diffusion flame can be improved, even if the pilot ratio is lowered, the combustion in the combustor is stabilized and the combustion vibration is suppressed. can do.
[0051]
<Fourth Embodiment>
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the pilot nozzle tip of the combustor in the present embodiment. 5 that are the same as those in FIG. 4 are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted.
[0052]
In the combustor of FIG. 5, unlike the combustor of the third embodiment (FIG. 4), a cylindrical pilot nozzle cover 9 a that covers a portion from the vicinity of the flame holding fuel injection port 24 to the downstream end of the pilot nozzle 2. And a cylindrical pilot nozzle cover 9b provided on the outer peripheral side of the pilot nozzle cover 9a. The pilot nozzle cover 9b is installed in contact with the inner wall surface of the pilot swirler 6, and is installed so as to overlap the pilot nozzle cover 9a on the upstream side of the fuel injection pipe 21a. Further, the pilot nozzle cover 9 b is provided so as to cover the pilot nozzle 2 from the upstream side of the pilot swirler 6.
[0053]
In this manner, by installing the pilot nozzle covers 9a and 9b, the sweep air flows through the sweep air supply path 25 constituted by the pilot nozzle 2 and the pilot nozzle cover 9b, and is injected from the flame holding fuel injection port 24. To be mixed with pilot fuel. The premixed gas in which the pilot fuel and the sweep air are mixed is a premixed gas supply path 25a configured by the pilot nozzle 2 and the pilot nozzle cover 9a, and a premixed gas configured by the pilot nozzle covers 9a and 9b. It flows to each of the supply paths 25b.
[0054]
Then, the premixed gas discharged through the premixed gas supply path 25a is discharged downstream of the fuel injection pipe 21a, and the premixed gas discharged through the premixed gas supply path 25b is fuel. It discharges | emits to the upstream of the injection pipe 21a. For this reason, since the pilot fuel injected from the fuel injection pipe 21a can be encased in the premixed gas, the premixed gas can be supplied so as to wrap the pilot diffusion flame, and the flame stability of the pilot diffusion flame can be improved. Can be improved.
[0055]
<Fifth Embodiment>
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the pilot nozzle tip of the combustor in the present embodiment. 6, the same parts as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0056]
In the combustor of FIG. 6, unlike the combustor of the fourth embodiment (FIG. 5), the flame holding fuel injection pipe 24 a that injects the pilot fuel supplied from the flame holding fuel supply path 23 includes a pilot nozzle cover. It is provided so as to penetrate 9a. The flame holding fuel injection port 24 (FIG. 5) is a flame holding fuel injection pipe 24a, so that the flame holding fuel is supplied to the sweep air flowing through the sweep air supply path 25c constituted by the pilot nozzle 2 and the pilot nozzle cover 9a. The pilot fuel supplied from the supply path 23 can be allowed to flow without being mixed.
[0057]
In this way, by installing the flame holding fuel injection pipe 24a, the pilot fuel is not mixed with the sweep air supplied from the sweep air supply path 25 and flowing through the sweep air supply path 25c. Released to the downstream tip. Therefore, the downstream end of the pilot nozzle 2 is reliably cooled by the sweep air.
[0058]
Further, the sweep air flowing into the premixed gas supply passage 25b constituted by the pilot nozzle covers 9a and 9b is mixed with the pilot fuel injected from the flame-holding fuel injection tube 24a, and the premixed gas is supplied to the fuel injection tube 21a. Released upstream. Therefore, since the premixed gas is supplied around the pilot diffusion flame, the flame holding property of the pilot diffusion flame can be improved.
[0059]
In the third to fifth embodiments, the relationship between the injection angle of the pilot fuel injected from the fuel injection pipe 21a and the cone inner wall taper portion 41 in the pilot cone 4 is the same as in the first or second embodiment. You may apply the combustor comprised so that it might become a relation.
[0060]
<Sixth Embodiment>
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 7 and 8 are diagrams showing the configuration of the tip of the pilot nozzle of the combustor in the present embodiment. 7 and 8, the same portions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0061]
7 and 8 is provided with a cylinder 10 that covers the downstream tip portion of the pilot nozzle 2 from the downstream surface of the pilot swirler 6. The cylinder 10 is configured such that the inner wall surface thereof is close to the outer wall surface of the pilot nozzle 2 in a portion from the downstream surface of the pilot swirler 6 to the downstream tip of the pilot nozzle 2. At this time, a narrow gap is provided between a portion of the cylinder 10 adjacent to the outer wall surface of the pilot nozzle 2 and the outer wall surface of the pilot nozzle. In addition, the cylinder 10 includes a flange 101 that tapers toward the downstream side from the position near the downstream end of the pilot nozzle 2. Since the cylinder 10 provided with the flange 101 is provided so as to be in contact with the downstream surface of the pilot swirler 6, the pilot air passing through the pilot swirler 6 passes between the pilot cone 4 and the cylinder 10.
[0062]
Further, the rod 101 of the cylinder 10 is configured not to interfere with the pilot fuel jet by the pilot fuel injected from the fuel injection port 21. As a configuration for avoiding interference with the pilot fuel jet in this way, for example, as shown in FIG. 7, the opening angle γ of the rod 101 is 0 ° with respect to the pilot fuel injection angle α from the fuel injection port 21. <2α ≦ γ <180 ° may be satisfied. Further, the distance k between the inner wall surface of the pilot cone 4 and the outer wall surface of the pilot nozzle 2 at the downstream end position of the pilot nozzle 2 is set so that the pilot air sufficiently passes between the pilot cone 4 and the cylinder 10. On the other hand, the distance l between the inner wall surface of the pilot cone 4 and the rod 101 at the downstream end position of the cylinder 10 is 0 <l ≦ k. More preferably, l ≧ k / 2.
[0063]
Further, for example, as shown in FIG. 8, the flange 101 is formed from a position shifted slightly upstream from the downstream end of the pilot nozzle 2, and the opening angle γ of the flange 101 is 0 ° <γ <2α. In this case, when the distance between the position where the collar 101 starts to be formed and the downstream tip of the pilot nozzle 2 is t, the length s of the collar 101 is expressed as s <t / (cos (γ / 2) −tan α × (sin (γ / 2)) may be set so as to prevent the pilot fuel injected from the fuel injection port 21 from colliding with the soot 101.
[0064]
With this configuration, when the pilot fuel flows along the rod 101 of the cylinder 10, a vortex of the pilot fuel is generated in the vicinity of the tip Z of the rod 101, so that a circulation region that is a low speed region is formed. . Therefore, since pilot air does not hit the pilot fuel jet base portion around the fuel injection port 21, it is possible to prevent the pilot diffusion flame from being weakened, and a circulation region is formed in the vicinity of the tip portion Z of the flange 101. The pilot diffusion flame can be burned stably.
[0065]
<Seventh Embodiment>
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the pilot nozzle tip of the combustor in the present embodiment. 9, the same parts as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0066]
In the combustor of FIG. 8, as in the combustor of the sixth embodiment (FIG. 8), the cylinder 10 a that covers the downstream end portion of the pilot nozzle 2 from the downstream surface of the pilot swirler 6 is downstream of the pilot swirler 6. It is provided in contact with the surface. That is, in the portion from the downstream surface of the pilot swirler 6 to the downstream tip of the pilot nozzle 2, there is a narrow gap between the portion of the cylinder 10a adjacent to the outer wall surface of the pilot nozzle 2 and the outer wall surface of the pilot nozzle. Provided. Further, the cylinder 10 a includes a flange 102 that is tapered toward the downstream side from the position near the downstream end of the pilot nozzle 2.
[0067]
Further, the flange 102 is formed from a position slightly shifted to the upstream side from the downstream end of the pilot nozzle 2, and the opening angle γ of the flange 102 is set to 0 ° <γ <2α. Then, the length s of the rod 102 is set so as to satisfy s ≧ t / (cos (γ / 2) −tan α × sin (γ / 2)), and the pilot fuel injected from the fuel injection port 21 Collide with heel 102. Further, the distance l between the inner wall surface of the pilot cone 4 and the rod 102 at the downstream end position of the cylinder 10a is such that 0 <l ≦ so that the pilot air sufficiently passes between the pilot cone 4 and the cylinder 10a. k. More preferably, l ≧ k / 2.
[0068]
With this configuration, a low speed region is formed by the collision point where the pilot fuel collides with the soot 102 of the cylinder 10 a where the pilot fuel collides, and the pilot fuel is burned along the soot 102. Therefore, the pilot air does not hit the pilot fuel jet base around the fuel injection port 21 and the pilot fuel collision point, so that it is possible to prevent the pilot diffusion flame from being weakened. Since the stabilization increases, the pilot diffusion flame can be stably burned.
[0069]
In the sixth and seventh embodiments, the relationship between the injection angle of pilot fuel injected from the fuel injection port 21 and the cone inner wall taper portion 41 in the pilot cone 4 is the same as in the first or second embodiment. You may apply the combustor comprised so that it might become a relation. Further, as in the third to fifth embodiments, pilot nozzle covers 9, 9a, 9b that cover the downstream end of the pilot nozzle 2 may be provided.
[0070]
<Eighth Embodiment>
An eighth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the relationship between the combustor body and the fuel injection port of the pilot nozzle in the present embodiment.
[0071]
The combustors shown in FIGS. 10A to 10F are connected to a bypass valve 160 configured by a butterfly valve or the like in the combustor main body 150 so that air that is not used for combustion from the compressor flows in. A pipe 151 and a connection pipe 152 that is connected to another combustor body and propagates a flame are provided. The air bypass pipe 151 is provided on the upper portion of the combustor main body 150, and the connection pipe 152 is provided on both side portions of the combustor main body 150.
[0072]
As described above, the combustor main body 150 is provided with the air bypass pipe 151 and the connection pipe 152 that become depressions, so that when the combustion is performed by the combustor, the depressions by the air bypass pipe 151 and the connection pipe 152 respectively. It becomes the stagnation area of fuel gas. Therefore, in the area near the air bypass pipe 151 and the connecting pipe 152, the combustion becomes unstable, so that combustion vibrations are generated and combustion in other areas is affected.
[0073]
Therefore, in the present embodiment, as an example, as shown in FIG. 10A, in the pilot nozzle 2, the fuel injection port 21 is not provided at the position p closest to the portion where the air bypass pipe 151 is located. To do. That is, for example, when seven fuel jets 21 are provided, the fuel jets 21 provided at the position p are blocked out of the fuel jets 21 arranged at equal intervals on the assumption that eight fuel jets 21 are provided.
[0074]
Similarly, as another example, as shown in FIGS. 10B and 10C, in the pilot nozzle 2, the fuel is placed at one of the positions q and r closest to the portion where the connecting pipe 152 is located. It is set as the structure which does not provide the jet nozzle 21. FIG. Furthermore, as another example, as shown in FIG. 10 (d), in the pilot nozzle 2, the fuel injection ports 21 are not provided at both the positions q and r closest to the portion where the connecting pipe 152 is located. . Furthermore, as another example, as shown in FIGS. 10E and 10F, in the pilot nozzle 2, one of the positions q and r closest to the portion where the connecting pipe 152 is located and the air bypass pipe 151 are located. The fuel injection port 21 is not provided at the position p closest to the portion to be used.
[0075]
In this way, by closing the fuel outlet 21 with respect to the depression position by the air bypass pipe 151 or the connection pipe 152, the diffusion of the fuel gas to the depression position by the air bypass pipe 151 or the connection pipe 152 can be prevented. Therefore, the stagnation of the fuel gas caused by the depression by the air bypass pipe 151 or the connecting pipe 152 can be prevented, and the combustion vibration when the pilot ratio is lowered can be suppressed.
[0076]
In the present embodiment, as shown in FIG. 10A, the fuel outlet 21 at the position corresponding to the air bypass pipe 151 is closed. However, the fuel at the position corresponding to the air bypass pipe 151 is used. The injection port 21 is provided so that the bypass valve 160 is slightly opened during combustion in the combustor so that a small amount of air can be sent even when the load is higher than the partial load. I do not care. In addition, the configuration in which a small amount of air is supplied by slightly opening the bypass valve 160 during combustion in the combustor is used in the combustor having the configuration shown in FIGS. 10 (b) to 10 (d). It doesn't matter.
[0077]
Furthermore, in the combustor in the present embodiment, the configuration around the pilot nozzle may be configured as in the first to seventh embodiments. At this time, the configuration around the pilot nozzle may be configured to combine the features described in the first to seventh embodiments.
[0078]
【The invention's effect】
According to the present invention, by causing the fuel injected from the fuel injection port to collide with the vicinity of the downstream tip of the pilot cone, a large amount of fuel can be guided to the low-speed flame holding region around the downstream tip of the pilot cone. , Improve the flame holding performance of the pilot diffusion flame. In addition, by injecting the fuel injected from the fuel injection port parallel to the inner wall surface of the pilot cone, a large amount of fuel can be guided to the flame holding low speed region around the downstream end of the pilot cone, and the pilot diffusion Improves flame holding properties. As described above, by improving the flame holding property of the pilot diffusion flame in the low-speed flame holding region, it is possible to suppress the combustion vibration, so that the pilot ratio of the fuel supplied to the combustor can be lowered, and the low NOx conversion can be realized.
[0079]
Further, according to the present invention, fuel is injected from the fuel injection port into a region constituted by the pilot nozzle cover and the pilot nozzle, and a premixed gas mixture of fuel and air is generated and injected from the first fuel injection pipe. By supplying the fuel in the vicinity of the pilot diffusion flame with the fuel to be produced, the flame holding property of the pilot diffusion flame can be improved. Further, the pilot nozzle cover is composed of a first cylindrical cover and a second cylindrical cover, and premixing is performed in each of the region between the pilot nozzle and the second cylindrical cover and the region between the first cylindrical cover and the second cylindrical cover. By generating the air, the premixed gas can be supplied so as to wrap the pilot diffusion flame, so that the flame holding property of the pilot diffusion flame can be further enhanced. Further, by providing a second fuel injection pipe so that the premixed gas is generated only in the region between the first cylindrical cover and the second cylindrical cover, the downstream end of the pilot nozzle is connected to the second tip. It can cool reliably with the air which passes through the area | region between a cylindrical cover and a pilot nozzle.
[0080]
Further, according to the present invention, by providing a flange at the downstream end of the cylinder in contact with the downstream side surface of the pilot swirler, air passing through the outer periphery of the pilot nozzle is prevented from flowing to the downstream end of the pilot nozzle. Air can flow into the base of the fuel jet from the fuel injected from the injection port. Therefore, the pilot diffusion flame can be burned without weakening.
[0081]
In addition, at the tip of the pilot nozzle on the downstream side, by not providing a fuel outlet at a position close to a region with a depression such as a bypass pipe or a connection pipe, a region with a depression such as a bypass pipe or a connection pipe is provided. Thus, the formation of a fuel stagnation region can be prevented. Furthermore, in the combustion state, by setting the bypass valve to a slightly opened state, it is possible to prevent the formation of a fuel stagnation region due to the depression of the bypass pipe. Therefore, combustion instability due to the stagnation region can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a pilot nozzle tip of a combustor according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a pilot nozzle tip of a combustor according to a second embodiment.
FIG. 3 is a view of the pilot nozzle as viewed from the downstream end.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a pilot nozzle tip of a combustor according to a third embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a pilot nozzle tip of a combustor according to a fourth embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a pilot nozzle tip of a combustor according to a fifth embodiment.
FIG. 7 is a view showing a configuration of a tip of a pilot nozzle of a combustor according to a sixth embodiment.
FIG. 8 is a view showing another configuration of a tip of a pilot nozzle of a combustor according to a sixth embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a pilot nozzle tip of a combustor according to a seventh embodiment.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a relationship between a combustor body and a fuel injection port of a pilot nozzle in an eighth embodiment.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a combustor.
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a tip of a pilot nozzle of a conventional combustor.
[Explanation of symbols]
1 Combustor body
2 Pilot nozzle
3 Main nozzle
4 Pilot cone
5 Main burner
6 Pilot swirler
7 Main Swala
9 Pilot nozzle cover
10 cylinder

Claims

A pilot nozzle provided in the central portion of the combustor body, a plurality of main nozzles provided at equal intervals around the pilot nozzle, and a downstream tip portion where fuel flows from the pilot nozzle, and downstream of the tip portion A pilot cone having a cone inner circumferential taper portion that is radially tapered toward the side; A combustor comprising:
The cone inner peripheral taper from the position where the fuel injected from the first fuel injection port provided on the outer periphery of the pilot nozzle front end to injects fuel is half the length of the cone inner peripheral taper portion to the downstream end. A combustor that collides with the inner wall surface of the part.

When the opening angle of the pilot cone is θ,
An injection angle α of fuel injected from the first fuel injection port that is provided on the outer periphery of the pilot nozzle tip and injects fuel,
−90 ° ≦ α <−θ / 2, θ / 2 <α ≦ 90 °
The combustor according to claim 1, wherein:

A pilot nozzle provided in a central portion of the combustor body, a plurality of main nozzles provided at equal intervals around the pilot nozzle, a pilot cone covering a downstream tip portion through which fuel of the pilot nozzle flows, and the pilot In a combustor that is provided so as to be in contact with an inner wall surface of a cone and includes a pilot swirler that supports the pilot nozzle at a central portion of the pilot cone,
The pilot nozzle is
A first fuel supply path that is provided at the center of the pilot nozzle and passes most of the fuel supplied to the pilot nozzle;
A second fuel supply path provided around the first fuel supply path and allowing the remainder of the fuel supplied to the pilot nozzle to pass therethrough;
A cylindrical pilot nozzle cover whose outer wall surface is in contact with the inner wall surface of the pilot swirler, covers the downstream tip portion of the pilot nozzle, and guides the air passing through the outer periphery of the pilot nozzle to the downstream tip of the pilot nozzle When,
The pilot nozzle cover is provided on the outer periphery of the downstream end of the pilot nozzle, and the pilot nozzle cover penetrates the pilot nozzle cover from the first fuel supply path, and the fuel supplied from the first fuel supply path is configured on the outer peripheral surface of the pilot nozzle cover. A first fuel injection pipe that injects from the first fuel injection port to the outer periphery of the pilot nozzle cover;
The fuel supplied from the second fuel supply path is provided at a position upstream of the first fuel injection pipe on the outer periphery of the pilot nozzle, and the second fuel supply path is connected to the second fuel supply path. A second fuel injection port that injects into a region constituted by the pilot nozzle cover and the pilot nozzle;
A combustor comprising:

The pilot nozzle cover is
The pilot nozzle is in contact with the inner wall surface of the pilot swirler, and covers the downstream tip portion of the pilot nozzle from a position upstream of the pilot swirler position to a position downstream of the second fuel injection port position. A first cylindrical cover;
A second cylindrical cover provided at a position overlapping with the first cylindrical cover and between the pilot nozzle and the first cylindrical cover, and through which the first fuel injection pipe penetrates;
The combustor according to claim 3, further comprising:

5. The combustor according to claim 4, wherein the second cylindrical cover covers a downstream end portion of the pilot nozzle from the vicinity of the second fuel injection port.

The pilot nozzle penetrates from the second fuel injection port to the second cylindrical cover, and fuel supplied from the second fuel supply path is constituted by the first cylindrical cover and the second cylindrical cover. The combustor according to claim 4, further comprising a second fuel injection pipe that injects into the region.

The said 1st cylindrical cover is installed so that the downstream front-end | tip of the said 1st cylindrical cover may become an upstream from the said 1st fuel injection pipe, The any one of Claims 4-6 characterized by the above-mentioned. The combustor described.

A pilot nozzle provided in a central portion of the combustor body, a plurality of main nozzles provided at equal intervals around the pilot nozzle, a pilot cone covering a downstream tip portion through which fuel of the pilot nozzle flows, and the pilot In a combustor that is provided so as to be in contact with an inner wall surface of a cone and includes a pilot swirler that supports the pilot nozzle at a central portion of the pilot cone,
A taper-shaped ridge that is in contact with the downstream surface of the pilot swirler and is close to the outer wall surface of the pilot nozzle located on the downstream side of the pilot swirler, and has a radial shape toward the downstream side. A combustor having a cylinder.

9. The combustor according to claim 8, wherein the soot is provided so that a downstream end of the soot is positioned upstream from a position where the downstream end of the soot collides with a fuel jet of fuel injected from the pilot nozzle. .

9. The combustor according to claim 8, wherein the soot is provided so that a downstream end of the soot is located downstream of a position where the tip of the soot collides with a fuel jet flow of fuel injected from the pilot nozzle. .

When the opening angle of the pilot cone is θ,
Wherein the injection angle of the fuel injected from said first fuel injection port of the pilot nozzle tip that provided on the outer circumference of the first fuel injection pipe and theta / 2, in parallel to the fuel and the slope of the cone inner peripheral tapered part The combustor according to any one of claims 3 to 10, wherein the combustor is injected.

The distance c between the fuel jet from the fuel injected from the pilot nozzle and the tapered inner wall surface of the cone inner peripheral taper portion is B for the diameter at the downstream tip of the pilot cone and D for the diameter of the pilot nozzle. The combustor according to claim 11, wherein c <½ (BD).

A bypass pipe provided on the upper side of the combustor main body and connected to a bypass valve for bypassing air not used for combustion to the downstream side of the combustor;
In the pilot nozzle, a plurality of the first fuel injection ports for injecting fuel supplied to the pilot nozzle provided on the outer periphery of the downstream end thereof are provided at positions other than the position closest to the bypass pipe. The combustor according to any one of claims 1 to 12.

It has a connecting pipe provided on the side of the combustor body that propagates the flame to other combustors,
In the pilot nozzle, a plurality of the first fuel injection ports for injecting fuel supplied to the pilot nozzle provided on the outer periphery of the downstream end thereof are provided at positions other than the position closest to the connection pipe. The combustor according to any one of claims 1 to 13.

A bypass pipe provided on the upper side of the combustor main body and connected to a bypass valve for bypassing air not used for combustion to the downstream side of the combustor;
The combustor according to any one of claims 1 to 12, wherein the bypass valve is slightly opened in a combustion state.