JP4400314B2 - Gas turbine combustor and fuel supply method for gas turbine combustor - Google Patents

Gas turbine combustor and fuel supply method for gas turbine combustor Download PDF

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Description

本発明は、ガスタービン燃焼器及びガスタービン燃焼器の燃料供給方法に関する。   The present invention relates to a gas turbine combustor and a fuel supply method for the gas turbine combustor.

一般に、ガスタービン燃焼器では、地球環境保全の観点から窒素酸化物(以下、NOx)の排出量を低減することが大きな課題となっている。気体燃料を用いたガスタービン燃焼器におけるNOx排出量の低減方法の一つに、予め燃料と燃焼用空気とを予混合器で混合させてから燃焼させる希薄予混合燃焼方式がある。しかし、希薄予混合燃焼方式は拡散燃焼方式と比較して燃焼安定性が悪く、燃焼器の内圧が周期的に変動する燃焼振動が発生したり、予混合器の内部に火炎が逆流する火炎戻りを引き起こす可能性がある。   In general, in a gas turbine combustor, reducing the emission amount of nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx) has become a major issue from the viewpoint of global environmental conservation. One method of reducing NOx emissions in a gas turbine combustor using gaseous fuel is a lean premixed combustion method in which fuel and combustion air are mixed in advance by a premixer and then burned. However, the lean premixed combustion method has poor combustion stability compared to the diffusion combustion method, causing combustion oscillation in which the internal pressure of the combustor periodically fluctuates, or flame return in which the flame flows backward in the premixer May cause.

また、液体燃料を用いた場合、液体燃料を高温の燃焼用空気中に燃料ノズルから噴出して微粒化し、液体燃料を蒸発させてから燃焼用空気と混合させて燃焼させる予蒸発予混合燃焼方式がある。しかしながら、この燃焼方式も気体燃料の場合と同様に、予混合燃焼を行うことで燃焼振動や火炎戻りの発生が考えられ、さらに、高温空気中に噴出した液体燃料が、着火源なしに予混合器の内部で発火する自発着火現象が発生する可能性もある。   Also, when liquid fuel is used, pre-evaporation premix combustion method in which liquid fuel is sprayed from a fuel nozzle into high-temperature combustion air, atomized, and liquid fuel is evaporated and then mixed with combustion air for combustion There is. However, in this combustion method as well, in the case of gaseous fuel, premixed combustion may cause combustion vibration and flame return, and liquid fuel ejected into high-temperature air is preliminarily generated without an ignition source. There is also the possibility of a spontaneous ignition phenomenon that ignites inside the mixer.

このような、NOx排出量を低減するガスタービン燃焼器に関する従来技術として、例えば特許文献1には、燃焼室の下流側で燃焼室内に燃焼用空気を導入する希釈用空気孔に臨むように追炊きバーナを設置し、燃焼室上流側に設置したメインバーナとの燃焼割合を制御して低NOx燃焼を行うことが開示されている。   As a conventional technique related to such a gas turbine combustor for reducing the NOx emission amount, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228707 adds to the dilution air hole for introducing the combustion air into the combustion chamber on the downstream side of the combustion chamber. It is disclosed that low-NOx combustion is performed by installing a cooking burner and controlling the combustion ratio with the main burner installed upstream of the combustion chamber.

特開平8−210641号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-210441

特許文献1に開示されている燃焼システムでは、メインバーナと追炊きバーナの燃焼割合を制御することによって、NOx排出量を低減することが可能である。しかし、追炊きバーナでは、希釈用空気孔から燃焼室に流入する空気流中に燃料ノズルから燃料を直接拡散させて供給するため、空気と燃料との混合気が燃焼域に到達するまでに混合が促進されず、追炊きバーナの燃料流量を増加させると、追炊きバーナの燃焼域に高温燃焼領域が形成されNOx排出量が急激に増加する可能性があった。   In the combustion system disclosed in Patent Document 1, it is possible to reduce the NOx emission amount by controlling the combustion ratio of the main burner and the additional cooking burner. However, in the additional cooking burner, the fuel is directly diffused and supplied from the fuel nozzle into the air flow flowing into the combustion chamber from the dilution air hole, so that the mixture of air and fuel is mixed before reaching the combustion zone. However, if the fuel flow rate of the additional cooking burner is increased, a high temperature combustion region may be formed in the combustion region of the additional cooking burner and the NOx emission amount may increase rapidly.

また、液体燃料を用いる場合も気体燃料を用いた場合と同様に、燃料ノズルから噴出した燃料液滴と、希釈用空気孔から流入した空気との混合及び蒸発が十分に促進されないため、追炊きバーナの燃料流量を増加すると、噴出した燃料液滴が蒸発混合せずに拡散燃焼のような燃焼状態となり、追炊きバーナの燃焼域に高温燃焼領域が形成され、NOx排出量の急激な増加が考えられた。   Also, when using liquid fuel, as with gaseous fuel, mixing and evaporation of the fuel droplets ejected from the fuel nozzle and the air flowing in from the dilution air holes are not sufficiently promoted, so additional cooking is required. When the fuel flow rate of the burner is increased, the ejected fuel droplets do not evaporate and mix, resulting in a combustion state such as diffusion combustion, a high-temperature combustion region is formed in the combustion region of the top-burning burner, and the NOx emissions increase rapidly. it was thought.

本発明の目的は、NOx排出量を低減するガスタービン燃焼器を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a gas turbine combustor that reduces NOx emissions.

本発明は、燃焼バーナ下流側の内筒壁面に、燃焼用空気と燃料との混合気が内筒の内部に流入可能な少なくとも一つの流入孔を形成し
該流入孔の形成位置に、流れ方向に拡大する中空円錐状に形成された混合室を配置し、燃焼用空気を前記混合室内部に導入する複数の小空気流入孔を前記混合室の外周側に形成すると共に、前記小空気流入孔の上流側に前記小空気流入孔と略同軸方向に燃料を噴出する第2の燃料ノズルを設置したことを特徴とする。
The present invention forms , on the inner cylinder wall surface on the downstream side of the combustion burner , at least one inflow hole through which a mixture of combustion air and fuel can flow into the inner cylinder ,
A mixing chamber formed in a hollow conical shape that expands in the flow direction is disposed at the position where the inflow hole is formed, and a plurality of small air inflow holes for introducing combustion air into the mixing chamber are provided on the outer peripheral side of the mixing chamber And a second fuel nozzle that ejects fuel in a direction substantially coaxial with the small air inflow hole is provided upstream of the small air inflow hole .

本発明によれば、NOx排出量を低減するガスタービン燃焼器を提供することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to provide a gas turbine combustor that reduces NOx emissions.

上記課題は本発明によれば、燃料を噴出する第1の燃料ノズルと、該第1の燃料ノズルの外周側に位置し、燃焼用空気を噴出する空気噴出孔と、前記第1の燃料ノズル及び前記空気噴出孔を有する燃焼バーナの下流側に位置し、その内部で燃料と燃焼用空気との混合燃焼が可能な内筒からなるガスタービン燃焼器であって、前記第1の燃料ノズルより下流側の前記内筒壁面に、燃焼用空気と燃料との混合気が前記内筒の内部に流入可能な少なくとも一つの流入孔を形成したことによって解決される。 According to the above object the present invention, a first fuel nozzle for injecting fuel, and the air ejection holes located on the outer peripheral side of the fuel nozzles of the first, ejecting combustion air, the first fuel nozzle And a gas turbine combustor having an inner cylinder located downstream of the combustion burner having the air ejection holes and capable of mixing combustion of fuel and combustion air therein, from the first fuel nozzle This is solved by forming at least one inflow hole through which the air-fuel mixture of combustion air and fuel can flow into the inside of the inner cylinder on the inner cylinder wall surface on the downstream side.

本発明のように構成された燃焼器の場合、第1の燃料ノズルから燃料を噴出し、内筒内部で燃焼用空気と混合させて燃焼を行うが、第2の燃料ノズルは、第1の燃料ノズルの下流側に設置されているため、第1の燃料ノズルによって生成された燃焼ガスは、第2の燃料ノズルの設置位置においては、未燃成分のない完全燃焼状態となる。   In the case of the combustor configured as in the present invention, the fuel is ejected from the first fuel nozzle and mixed with the combustion air inside the inner cylinder to perform combustion, but the second fuel nozzle is the first fuel nozzle. Since it is installed on the downstream side of the fuel nozzle, the combustion gas generated by the first fuel nozzle is in a complete combustion state with no unburned components at the installation position of the second fuel nozzle.

例えば第2の燃料ノズルから液体燃料を噴出させる場合、第2の燃料ノズルから噴出した液体燃料と燃焼用空気とを混合室内部で十分に予混合させてから完全燃焼した燃焼ガス中に供給し、予混合燃焼を行うものである。第2の燃料ノズルから噴出した液体燃料は、混合室内部で高温の燃焼用空気と混合しながら蒸発して予混合気となり、さらに、燃焼ガスによって可燃温度以上に加熱されると次第に予混合燃焼を開始する。このため、本発明による燃焼器では、第2の燃料ノズルから噴出した燃料は十分に混合された予混合燃焼のような燃焼状態となるため、NOx排出量が低減する。   For example, when liquid fuel is ejected from the second fuel nozzle, the liquid fuel ejected from the second fuel nozzle and the combustion air are sufficiently premixed in the mixing chamber and then supplied into the completely burned combustion gas. Premixed combustion is performed. The liquid fuel ejected from the second fuel nozzle evaporates while mixing with high-temperature combustion air inside the mixing chamber to become a premixed gas, and further gradually becomes premixed combustion when heated to a combustion temperature or higher by the combustion gas. To start. For this reason, in the combustor according to the present invention, the fuel ejected from the second fuel nozzle is in a combustion state such as premixed combustion in which the fuel is sufficiently mixed, so that the NOx emission amount is reduced.

また、本発明では、燃料を噴出する第1の燃料ノズルと、該第1の燃料ノズルの外周側に位置し、燃焼用空気を噴出する空気噴出孔と、前記第1の燃料ノズル及び前記空気噴出孔を有する燃焼バーナの下流側に位置し、その内部で燃料と燃焼用空気との混合燃焼が可能な内筒と、前記第1の燃料ノズルを固定する閉止板からなるガスタービン燃焼器であって、前記燃焼バーナ下流側の内筒壁面に、前記内筒の外側を流れる燃焼用空気と燃料との混合気が前記内筒の内部に流入可能な少なくとも一つの流入孔を形成し、該流入孔の形成位置に、流れ方向に拡大する中空円錐状に形成された混合室を配置し、燃焼用空気を前記混合室内部に導入する複数の小空気流入孔を前記混合室の外周側に形成すると共に、前記混合室の上流側に燃料を噴出する第2の燃料ノズルを設置した。 In the present invention, the first fuel nozzle that ejects fuel, the air ejection hole that is located on the outer peripheral side of the first fuel nozzle and ejects combustion air, the first fuel nozzle, and the air A gas turbine combustor, which is located downstream of a combustion burner having an ejection hole and includes an inner cylinder capable of mixed combustion of fuel and combustion air therein, and a closing plate for fixing the first fuel nozzle. And at least one inflow hole through which a mixture of combustion air and fuel flowing outside the inner cylinder can flow into the inner cylinder is formed on the inner cylinder wall surface on the downstream side of the combustion burner, A mixing chamber formed in a hollow conical shape that expands in the flow direction is disposed at the position where the inflow hole is formed, and a plurality of small air inflow holes for introducing combustion air into the mixing chamber are provided on the outer peripheral side of the mixing chamber. And fuel is ejected to the upstream side of the mixing chamber It was placed a second fuel nozzle.

混合室は、燃焼用空気の流れ方向すなわち、第2の燃料ノズルの噴出方向に拡大する中空円錐状に形成されている。そのため、例えば第2の燃料ノズルから液体燃料を噴出させる場合、第2の燃料ノズルの噴出角度と混合室の流れ方向に拡大する開き角度を調整することで、噴出した燃料液滴が混合室の内壁に衝突付着するのを防止でき、コーキング発生を抑制することができる。   The mixing chamber is formed in a hollow conical shape that expands in the flow direction of combustion air, that is, in the ejection direction of the second fuel nozzle. Therefore, for example, when liquid fuel is ejected from the second fuel nozzle, the ejected fuel droplets are mixed into the mixing chamber by adjusting the ejection angle of the second fuel nozzle and the opening angle that expands in the flow direction of the mixing chamber. Collision and adhesion to the inner wall can be prevented, and the occurrence of coking can be suppressed.

また、混合室壁には混合室内部に燃焼用空気を導入する複数の小空気流入孔が設置されているため、小空気流入孔から流入した空気流によって混合室内壁への燃料液滴の衝突付着を防止できる。   In addition, the mixing chamber wall has a plurality of small air inflow holes for introducing combustion air into the mixing chamber, so that the fuel droplets collide with the mixing chamber wall by the air flow flowing in from the small air inflow holes. Adhesion can be prevented.

さらに、小空気流入孔から流入した空気流のせん断力によって、第2の燃料ノズルから噴出した燃料液滴を微粒化することができるため、燃料液滴の蒸発・混合が促進され、
NOx排出量を低減することができる。
Further, since the fuel droplets ejected from the second fuel nozzle can be atomized by the shearing force of the airflow flowing in from the small air inflow hole, the evaporation / mixing of the fuel droplets is promoted,
The amount of NOx emission can be reduced.

更にまた、本発明では、液体燃料及び気体燃料を噴出する燃料ノズルと、該燃料ノズルの外周側に位置し、燃焼用空気を噴出する空気噴出孔と、前記第1の燃料ノズル及び前記空気噴出孔を有する燃焼バーナの下流側に位置し、その内部で燃料と燃焼用空気との混合燃焼が可能な内筒と、前記燃料ノズルを固定する閉止板からなるガスタービン燃焼器であって、前記燃焼バーナの内側空間は流れ方向に拡大する中空円錐状に形成され、前記燃焼バーナ外周側に燃焼用空気を前記燃焼バーナ内部へ導入する複数の空気流入孔を形成し、前記燃焼バーナの上流側には液体燃料を噴出する第1の液体燃料ノズルを設置し、前記空気流入孔と対向する上流側に、気体燃料を噴出する第1の気体燃料ノズルを設置すると共に、前記燃焼バーナ下流側の内筒壁面に、前記内筒の外側を流れる燃焼用空気と燃料との混合気が前記内筒の内部に流入可能な少なくとも一つの流入孔を形成し、該流入孔の形成位置に、流れ方向に拡大する中空円錐状に形成された混合室を配置し、該混合室外周側に燃焼用空気を前記混合室内部に導入する複数の小空気流入孔を形成し、前記混合室の上流側に液体燃料を噴霧する第2の液体燃料ノズルを設置し、前記小空気流入孔と対向する上流側に、気体燃料を噴出する第2の気体燃料ノズルを設置したため、NOx排出量を抑制することができる。 Furthermore, in the present invention, a fuel nozzle that ejects liquid fuel and gaseous fuel, an air ejection hole that is located on the outer peripheral side of the fuel nozzle and ejects combustion air, the first fuel nozzle, and the air ejection A gas turbine combustor comprising an inner cylinder located downstream of a combustion burner having a hole and capable of mixed combustion of fuel and combustion air therein, and a closing plate for fixing the fuel nozzle; The inner space of the combustion burner is formed in a hollow conical shape that expands in the flow direction, and a plurality of air inlet holes for introducing combustion air into the combustion burner are formed on the outer peripheral side of the combustion burner, and the upstream side of the combustion burner Is provided with a first liquid fuel nozzle that ejects liquid fuel, and a first gas fuel nozzle that ejects gaseous fuel is installed on the upstream side facing the air inflow hole, and on the downstream side of the combustion burner. Inside Formed on the wall surface is at least one inflow hole through which the mixture of combustion air and fuel flowing outside the inner cylinder can flow into the inner cylinder, and expands in the flow direction to the position where the inflow hole is formed A mixing chamber formed in a hollow conical shape is formed, a plurality of small air inflow holes for introducing combustion air into the mixing chamber are formed on the outer peripheral side of the mixing chamber, and liquid fuel is formed on the upstream side of the mixing chamber Since the second liquid fuel nozzle for spraying is installed and the second gaseous fuel nozzle for ejecting gaseous fuel is installed on the upstream side facing the small air inflow hole, the NOx emission amount can be suppressed.

すなわち、燃焼バーナ及び混合器の小空気流入孔と対向するそれぞれの位置に気体燃料ノズルが設置され、気体燃料が小空気流入方向と略同軸方向に噴出するように構成されているため、気体燃料は小空気流入孔の内部で空気と混合し、小空気流入孔から燃焼バーナ内部又は混合室に噴出する際に発生する渦によりさらに混合が促進し、さらに、燃焼バーナ内部又は混合室内部では、各小空気流入孔から噴出した混合気同士が衝突するため混合が大幅に促進される。   That is, since the gaseous fuel nozzle is installed at each position facing the small air inflow hole of the combustion burner and the mixer, and the gaseous fuel is configured to be ejected in a direction substantially coaxial with the small air inflow direction. Is mixed with air inside the small air inflow hole, and mixing is further promoted by vortices generated when the small air inflow hole is ejected into the combustion burner or into the mixing chamber. Further, in the combustion burner or in the mixing chamber, Since the air-fuel mixtures ejected from the small air inflow holes collide with each other, the mixing is greatly promoted.

更にまた、本発明では、前記流入孔に前記内筒の軸中心に延びるガイドリングを設置するとともに、前記ガイドリングの延長方向を前記内筒の軸方向または接線方向に偏向させ、前記第2の燃料ノズルの燃料噴出方向が、前記ガイドリングから前記内筒に流入する空気流と略同軸となるように構成した。   Furthermore, in the present invention, a guide ring extending in the axial center of the inner cylinder is installed in the inflow hole, and an extension direction of the guide ring is deflected in an axial direction or a tangential direction of the inner cylinder, so that the second The fuel jet direction of the fuel nozzle is configured to be substantially coaxial with the air flow flowing into the inner cylinder from the guide ring.

これにより、例えば第2の燃料ノズルから液体燃料を噴出させる場合、第2の燃料ノズルから噴出した燃料液滴と燃焼用空気の予蒸発・予混合距離が長くなるため、混合が促進されNOx排出量を低減することができる。   As a result, for example, when liquid fuel is ejected from the second fuel nozzle, the pre-evaporation / premixing distance between the fuel droplets ejected from the second fuel nozzle and the combustion air becomes longer, so that mixing is promoted and NOx is discharged. The amount can be reduced.

また、ガイドリングを設置することで、内筒の内部に流入する予混合気の貫通力が増加するため、ガイドリングから流入した予混合気によって燃焼ガスが攪拌され、燃焼室出口部の燃焼ガス温度分布が均一化する。   Moreover, since the penetration force of the premixed gas flowing into the inner cylinder is increased by installing the guide ring, the combustion gas is stirred by the premixed gas flowing in from the guide ring, and the combustion gas at the outlet of the combustion chamber Uniform temperature distribution.

さらに、流入孔に内筒の接線方向に延びるガイドリングを設置すると、内筒の内部に流入した燃焼用空気によって内筒内部に旋回流が形成されるため、この旋回流によって内筒内部の燃焼ガスが攪拌され、燃焼器出口部の燃焼ガス温度分布を均一化し、燃焼安定性を向上することができる。   Further, if a guide ring extending in the tangential direction of the inner cylinder is installed in the inflow hole, a swirl flow is formed inside the inner cylinder by the combustion air that has flowed into the inner cylinder. The gas is agitated, the combustion gas temperature distribution at the combustor outlet is made uniform, and the combustion stability can be improved.

さらに、ガイドリングの延長方向を内筒の軸方向に偏向させることで、燃焼安定性を確保することが可能となる。   Furthermore, it is possible to ensure combustion stability by deflecting the extending direction of the guide ring in the axial direction of the inner cylinder.

本発明による燃焼器では、燃焼器上流側の完全燃焼領域に、混合室内部で生成した予混合気を噴出して予混合燃焼を行う。但し、第1の燃料ノズルから噴出した燃料が完全に燃焼するためには、ある時間(距離)が必要となる。そこで、ガイドリングの延長方向を内筒の軸方向下流側に偏向し、さらに、第2の燃料ノズルから供給する燃料がガイドリングから流入する燃焼用空気流と略同軸になるように供給することで、第2の燃料ノズルから供給した燃料が、燃料用空気と混合、蒸発して燃焼を開始する位置を、内筒の下流側に移動することができる。従って、燃焼の安定性を確保してNOx排出量を低減することができる。   In the combustor according to the present invention, the premixed gas generated in the mixing chamber is injected into the complete combustion region on the upstream side of the combustor to perform premixed combustion. However, a certain time (distance) is required for the fuel ejected from the first fuel nozzle to burn completely. Therefore, the guide ring extension direction is deflected in the axial direction downstream side of the inner cylinder, and the fuel supplied from the second fuel nozzle is supplied so as to be substantially coaxial with the combustion air flow flowing in from the guide ring. Thus, the position where the fuel supplied from the second fuel nozzle is mixed with the fuel air and evaporated to start combustion can be moved to the downstream side of the inner cylinder. Accordingly, combustion stability can be ensured and NOx emission can be reduced.

更にまた、本発明では、前記燃焼バーナの上流側に前記内筒の内部に燃料を噴出する前記第1の燃料ノズルを第1の気体燃料ノズルとし、前記流入孔の位置に配置した前記混合室の内部に燃料を噴出する前記第2の燃料ノズルを第2の気体燃料ノズルとした。   Furthermore, in the present invention, the mixing chamber disposed at the position of the inflow hole, wherein the first fuel nozzle that ejects fuel into the inner cylinder upstream of the combustion burner is a first gaseous fuel nozzle. The second fuel nozzle that ejects fuel into the interior of the nozzle was used as a second gaseous fuel nozzle.

これにより、第1の気体燃料ノズルから燃料を噴出し、内筒内部で燃焼用空気と混合させて燃焼を行うが、第2の気体燃料ノズルは、第1の気体燃料ノズルの下流側に設置されているため、第1の気体燃料ノズルによって生成された燃焼ガスは、第2の気体燃料ノズルの設置位置においては、未燃成分のない完全燃焼状態となる。同様に、第1の燃料ノズルと第2の燃料ノズルをともに液体燃料ノズルとした場合も、未燃成分のない完全燃焼状態にすることが可能である。   Thus, fuel is ejected from the first gaseous fuel nozzle and mixed with combustion air inside the inner cylinder for combustion, but the second gaseous fuel nozzle is installed downstream of the first gaseous fuel nozzle. Therefore, the combustion gas generated by the first gaseous fuel nozzle is completely burned without any unburned components at the installation position of the second gaseous fuel nozzle. Similarly, when both the first fuel nozzle and the second fuel nozzle are liquid fuel nozzles, it is possible to achieve a complete combustion state with no unburned components.

本発明では、第2の気体燃料ノズルから噴出した気体燃料と燃焼用空気を混合室内部で十分に予混合させてから完全燃焼した燃焼ガス中に供給し、予混合燃焼を行うものである。第2の気体燃料ノズルから噴出した気体燃料は、混合室内部で高温の燃焼用空気と混合し予混合気となり、さらに、燃焼ガスによって可燃温度以上に加熱されると予混合燃焼を開始する。このため、本発明による燃焼器では、第2の気体燃料ノズルから噴出した気体燃料は十分に混合された予混合燃焼のような燃焼状態となるため、NOx排出量が低減する。   In the present invention, the gaseous fuel and combustion air ejected from the second gaseous fuel nozzle are sufficiently premixed in the mixing chamber and then supplied into the completely burned combustion gas to perform premixed combustion. The gaseous fuel ejected from the second gaseous fuel nozzle is mixed with high-temperature combustion air inside the mixing chamber to become a premixed gas, and further, when heated to a combustion temperature or higher by the combustion gas, premixed combustion is started. For this reason, in the combustor according to the present invention, the gaseous fuel ejected from the second gaseous fuel nozzle is in a combustion state such as premixed combustion in which the gaseous fuel is sufficiently mixed, so that the NOx emission amount is reduced.

以下、実施例1を図面を用いて説明する。図1は、本発明の燃焼器を備えたガスタービンプラントの要部が示されている。このガスタービンプラントは、主としてタービン2と、タービン2に連結され燃焼用の圧縮空気を得る圧縮機1と、燃焼器3を備え、圧縮機1より吐出された圧縮空気4は燃焼用空気として燃焼器3に導かれ燃焼器内筒5の内部に形成されている燃焼室6で燃料とともに燃焼する。燃焼によって生成された燃焼ガス7は、トランジションピース8を経てタービン2に噴出され、タービン2を駆動する。そして、一般にはガスタービンに連結された発電機によって発電するよう構成されている。   Embodiment 1 will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a main part of a gas turbine plant equipped with a combustor according to the present invention. This gas turbine plant mainly includes a turbine 2, a compressor 1 connected to the turbine 2 to obtain compressed air for combustion, and a combustor 3, and the compressed air 4 discharged from the compressor 1 is burned as combustion air. Combusted together with fuel in a combustion chamber 6 led to the combustor 3 and formed inside the combustor inner cylinder 5. The combustion gas 7 generated by the combustion is jetted to the turbine 2 through the transition piece 8 and drives the turbine 2. And generally it is comprised so that it may generate electric power with the generator connected with the gas turbine.

燃焼器3の主な構成は、燃焼ガスを生成する内筒5と、燃料を噴出する第1の燃料ノズルである主燃料ノズル9と、主燃料ノズル9に接続された液体燃料供給系10と、燃焼室6に供給する燃焼用空気に旋回成分を発生させる旋回器11と、旋回器11と内筒5とを支持するルーバ12と、燃焼器を点火させるための点火栓13を閉止板であるエンドカバー14と外筒15で密閉している。 The main configuration of the combustor 3 includes an inner cylinder 5 that generates combustion gas, a main fuel nozzle 9 that is a first fuel nozzle that ejects fuel, and a liquid fuel supply system 10 that is connected to the main fuel nozzle 9. A closing plate includes a swirler 11 that generates a swirl component in the combustion air supplied to the combustion chamber 6, a louver 12 that supports the swirler 11 and the inner cylinder 5, and an ignition plug 13 that ignites the combustor. It is sealed with a certain end cover 14 and outer cylinder 15.

実施例1は、旋回器11の下流側に位置し、燃料と燃焼用空気との混合燃焼が可能な内筒5に、内筒5内部の燃焼室6に燃料と燃焼用空気との混合気が流入可能な複数の流入孔16を形成し、それぞれの流入孔16の位置に混合室17を設置した。さらに、混合室17と対向する外筒15に、第2の燃料ノズルである副燃料ノズル18を設置し、副燃料ノズル18に液体燃料を供給する液体燃料供給系19を設置したものである。本実施例では、一例として第1の燃料ノズル及び第2の燃料ノズルから噴出する燃料として、ともに液体燃料の場合を説明する。 The first embodiment is located on the downstream side of the swirler 11, the inner cylinder 5 capable of mixed combustion of fuel and combustion air, and the mixture of fuel and combustion air in the combustion chamber 6 inside the inner cylinder 5. Were formed, and a mixing chamber 17 was installed at the position of each inflow hole 16. Further, a sub fuel nozzle 18 as a second fuel nozzle is installed in the outer cylinder 15 facing the mixing chamber 17, and a liquid fuel supply system 19 for supplying liquid fuel to the sub fuel nozzle 18 is installed. In the present embodiment, as an example, a case where both the liquid fuel is used as the fuel ejected from the first fuel nozzle and the second fuel nozzle will be described.

図2は燃焼器3の拡大詳細図を示したものである。また、図3は図2に示した副燃料ノズル18a,18bの位置を縦断面図で示したものである。   FIG. 2 shows an enlarged detailed view of the combustor 3. FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing the positions of the auxiliary fuel nozzles 18a and 18b shown in FIG.

図2,図3に示すように、本実施例では、主燃料ノズル9から下流側L1の内筒5壁面に、外筒15と内筒5との環状間隙を流下し内筒5の外側を流れる燃焼用空気を内筒内部の燃焼室6に導入する流入孔16を内筒5の周方向に6箇所形成している。そして、それぞれの流入孔16の位置に、流れ方向に拡大する中空円錐状の混合室17を設置し、混合室17と対向する外筒15に、混合室17の内部に液体燃料を供給する副燃料ノズル18を設置するための燃料ノズル取付座20を設置した。この燃料ノズル取付座20に副燃料ノズル18a,18bを固定し、3個の副燃料ノズル18aには液体燃料供給系19aが、他の3個の副燃料ノズル18bには液体燃料供給系19bを接続する。   As shown in FIGS. 2 and 3, in this embodiment, an annular gap between the outer cylinder 15 and the inner cylinder 5 flows down to the wall surface of the inner cylinder 5 on the downstream side L <b> 1 from the main fuel nozzle 9, and the outer side of the inner cylinder 5 is disposed. Six inflow holes 16 for introducing the flowing combustion air into the combustion chamber 6 inside the inner cylinder are formed in the circumferential direction of the inner cylinder 5. A hollow conical mixing chamber 17 that expands in the flow direction is installed at the position of each inflow hole 16, and an auxiliary cylinder 15 that faces the mixing chamber 17 supplies liquid fuel to the inside of the mixing chamber 17. A fuel nozzle mounting seat 20 for installing the fuel nozzle 18 was installed. The sub fuel nozzles 18a and 18b are fixed to the fuel nozzle mounting seat 20, and the liquid fuel supply system 19a is provided for the three sub fuel nozzles 18a, and the liquid fuel supply system 19b is provided for the other three sub fuel nozzles 18b. Connecting.

図4はガスタービン負荷に対する各燃料供給系の供給燃料流量を示したものであり、図2〜図4を用いてガスタービン負荷に対する各構成部品の作用や効果を説明する。   FIG. 4 shows the supply fuel flow rate of each fuel supply system with respect to the gas turbine load, and the operation and effect of each component with respect to the gas turbine load will be described with reference to FIGS.

ガスタービンの起動・昇速から低負荷までは、燃料供給系10から主燃料ノズル9のみに燃料を供給し、主燃料ノズル9から噴出した燃料液滴と旋回器11から流入した燃焼用空気が内筒内の燃焼室6で混合し燃焼ガスを生成する。主燃料ノズル9へ供給する燃料流量を増加すると、主燃料ノズル9から距離L1だけ下流側の副燃料ノズル18a,18bを設置した位置に、未燃成分が発生しない完全燃焼領域を生成することができる。 From start-up / acceleration to low load of the gas turbine, fuel is supplied only from the fuel supply system 10 to the main fuel nozzle 9, and fuel droplets ejected from the main fuel nozzle 9 and combustion air flowing from the swirler 11 are Mixing in the combustion chamber 6 in the inner cylinder generates combustion gas. When the flow rate of fuel supplied to the main fuel nozzle 9 is increased, a complete combustion region in which unburned components are not generated can be generated at the position where the sub fuel nozzles 18a and 18b are provided at a distance L1 downstream from the main fuel nozzle 9. it can.

また、ガスタービンの起動・昇速から低負荷の間は、燃焼器に供給される燃焼用空気流量の変化割合が大きいため、主燃料ノズル9と旋回器11で行う燃焼安定性に優れた拡散燃焼方式が有効である。 Further, since the rate of change in the flow rate of combustion air supplied to the combustor is large during the period from start-up / acceleration of the gas turbine to a low load, diffusion with excellent combustion stability performed by the main fuel nozzle 9 and the swirler 11 Combustion method is effective.

ガスタービンが低負荷に到達すると、液体燃料供給系19aから3個の副燃料ノズル
18aに燃料を供給する。副燃料ノズル18aから噴出した燃料液滴は混合室17の内部で燃焼用空気と混合し、流入孔16から燃焼室6へ流入するため、燃料液滴と燃焼用空気の混合が促進されるとともに、高温の燃焼用空気によって蒸発して予混合気を生成する。この予混合気が燃焼ガスによって過熱されると、可燃温度以上になった領域から徐々に予蒸発予混合燃焼を開始するため、高温の燃焼領域が発生しにくくNOx排出量を低減することが可能となる。
When the gas turbine reaches a low load, fuel is supplied from the liquid fuel supply system 19a to the three sub fuel nozzles 18a. The fuel droplets ejected from the auxiliary fuel nozzle 18a are mixed with the combustion air inside the mixing chamber 17 and flow into the combustion chamber 6 from the inflow hole 16, so that the mixing of the fuel droplets and the combustion air is promoted. Evaporate with hot combustion air to produce a premixed gas. When this premixed gas is overheated by the combustion gas, preevaporated premixed combustion is gradually started from the region where the temperature becomes higher than the flammable temperature, so that a high temperature combustion region is unlikely to be generated and NOx emission can be reduced. It becomes.

低負荷から中間負荷では、ガスタービンの負荷に応じ、液体燃料供給系19aによって燃料流量を増加させる。ガスタービンの負荷が中間負荷になると、液体燃料供給系19bによって他の3個の副燃料ノズル18bに燃料を供給し、定格負荷では6個の副燃料ノズルからほぼ均等の燃料流量を噴出し予蒸発予混合燃焼を行うように構成されている。   From a low load to an intermediate load, the fuel flow rate is increased by the liquid fuel supply system 19a according to the load of the gas turbine. When the load of the gas turbine becomes an intermediate load, the fuel is supplied to the other three sub fuel nozzles 18b by the liquid fuel supply system 19b, and an almost equal fuel flow rate is preliminarily ejected from the six sub fuel nozzles at the rated load. It is configured to perform evaporation premixed combustion.

予蒸発予混合燃焼によってNOx排出量を低減するためには、流入孔から流入する燃焼用空気流量と、副燃料ノズルから噴出する燃料流量の割合である燃料濃度が重要となる。燃料濃度が高くなる、すなわち、流入する燃焼用空気流量に対する燃料流量が多くなると、予蒸発予混合燃焼を行っている領域に高温の燃焼領域が発生し、NOx排出量が増加することが考えられる。   In order to reduce the NOx emission amount by the pre-evaporation premixed combustion, the fuel concentration which is a ratio of the combustion air flow rate flowing from the inflow hole and the fuel flow rate ejected from the sub fuel nozzle is important. When the fuel concentration increases, that is, when the fuel flow rate increases with respect to the inflowing combustion air flow rate, a high-temperature combustion region is generated in the region where pre-evaporation premixed combustion is performed, and NOx emissions may increase. .

このため、本実施例では、燃料濃度が高くなり過ぎることを防止するために、負荷に応じて燃料を供給する液体燃料ノズルの本数を制御し、定格負荷では各液体燃料ノズルの燃料流量が均等になるように構成したものである。   Therefore, in this embodiment, in order to prevent the fuel concentration from becoming too high, the number of liquid fuel nozzles that supply fuel is controlled according to the load, and the fuel flow rate of each liquid fuel nozzle is equal at the rated load. It is comprised so that it may become.

また、本実施例のガスタービン燃焼器では、燃焼器下流側に位置するタービン翼の信頼性を確保するため、燃焼器出口の燃焼ガス温度分布を均一にしなければならない。これは、燃焼器出口の燃焼ガス温度分布に高温領域が発生すると、高温の燃焼ガスにさらされるタービン翼にクラックなどが発生するためである。しかし、本実施例では複数の流入孔より、燃焼用空気あるいは予混合気が燃焼室内部に流入しているため、燃焼室内部の燃焼ガスが攪拌され、燃焼器出口部の燃焼ガス温度分布を均一化することができ、ガスタービン全体の信頼性を向上させることが可能となる。   Further, in the gas turbine combustor of this embodiment, the combustion gas temperature distribution at the combustor outlet must be made uniform in order to ensure the reliability of the turbine blades located on the downstream side of the combustor. This is because when a high temperature region is generated in the combustion gas temperature distribution at the combustor outlet, cracks and the like are generated in the turbine blades exposed to the high temperature combustion gas. However, in this embodiment, the combustion air or premixed gas flows into the combustion chamber from the plurality of inflow holes, so the combustion gas in the combustion chamber is agitated and the combustion gas temperature distribution at the combustor outlet is Therefore, the reliability of the entire gas turbine can be improved.

図5〜図7は混合室17,副燃料ノズル18a近傍の詳細図を示し、図5は断面図、図6は混合室17の上流側に形成した小空気流入孔33の位置の断面図、図7は混合室17の下流側に形成した小空気流入孔31の位置の断面図を示したものである。   5 to 7 are detailed views of the vicinity of the mixing chamber 17 and the auxiliary fuel nozzle 18a, FIG. 5 is a cross-sectional view, and FIG. 6 is a cross-sectional view of the position of a small air inflow hole 33 formed on the upstream side of the mixing chamber 17. FIG. 7 shows a cross-sectional view of the position of the small air inflow hole 31 formed on the downstream side of the mixing chamber 17.

また、本実施例では副燃料ノズル18aに、典型的な圧力噴出式の渦巻き型液体燃料ノズルを適用した。副燃料ノズル18aは、旋回室21が形成されたノズルチップ22と、ノズルチップの一端を閉止する閉止板23と、ノズルチップ22と閉止板23とを収納するノズルキャップ24を備えている。液体燃料25は、ノズルチップ22に形成された燃料流入孔26から旋回室21へ流入し、燃料噴霧孔27から旋回力によって作用した遠心力により混合室17内部に矢印28のように噴霧し微粒化する。   Further, in this embodiment, a typical pressure jet type spiral liquid fuel nozzle is applied to the auxiliary fuel nozzle 18a. The auxiliary fuel nozzle 18 a includes a nozzle tip 22 in which a swirl chamber 21 is formed, a closing plate 23 that closes one end of the nozzle tip, and a nozzle cap 24 that houses the nozzle tip 22 and the closing plate 23. The liquid fuel 25 flows into the swirl chamber 21 from the fuel inflow hole 26 formed in the nozzle tip 22, and is sprayed into the mixing chamber 17 as indicated by an arrow 28 by the centrifugal force acting by the swirl force from the fuel spray hole 27. Turn into.

混合室17を形成する内周壁29は、燃料液滴の噴出方向に拡大する中空円錐状に形成されており、混合室壁30に混合室内部に燃焼用空気34を導入する複数の小空気流入孔31,32,33を形成すると共に、中空円錐状の混合室17の上流側に、液体燃料を噴霧する液体燃料ノズルの燃料流入孔35を設置したものである。   The inner peripheral wall 29 forming the mixing chamber 17 is formed in a hollow cone shape that expands in the fuel droplet ejection direction, and a plurality of small air inflows for introducing the combustion air 34 into the mixing chamber wall 30 into the mixing chamber. Holes 31, 32, and 33 are formed, and a fuel inflow hole 35 of a liquid fuel nozzle that sprays liquid fuel is installed on the upstream side of the hollow conical mixing chamber 17.

図6及び図7に、小空気流入孔33及び31における縦断面図を示す。副燃料ノズル
18aに近い小空気流入孔33では、小空気流入孔33を混合室17の軸中心から周方向に距離Xだけオフセットした位置に形成し、下流側の小空気流入孔31では、混合室17の軸中心に向けて形成した。
6 and 7 are longitudinal sectional views of the small air inflow holes 33 and 31. In the small air inflow hole 33 close to the auxiliary fuel nozzle 18a, the small air inflow hole 33 is formed at a position offset by a distance X in the circumferential direction from the axial center of the mixing chamber 17, and in the downstream small air inflow hole 31, the mixing is performed. It formed toward the axial center of the chamber 17.

本実施例では、図6に示したように燃料液滴36が噴霧される混合室上流の小空気流入孔33の位置では、混合室内周壁29のほぼ全周に渡って複数の小空気流入孔33が形成され、燃焼用空気34が混合室内部に流入するため、この領域では、燃料液滴36が付着しやすい淀み域が存在しにくくコーキング発生を防止することができる。   In this embodiment, as shown in FIG. 6, at the position of the small air inflow hole 33 upstream of the mixing chamber where the fuel droplets 36 are sprayed, a plurality of small air inflow holes are provided over the entire circumference of the mixing chamber peripheral wall 29. 33 is formed, and the combustion air 34 flows into the mixing chamber. Therefore, in this region, there is no stagnation region where the fuel droplets 36 easily adhere, and coking can be prevented.

混合室下流側の小空気流入孔31では、小空気流入孔31が混合室17の軸中心に向かって流入するため、混合室上流側で微粒化した液滴との混合が促進される。混合室下流側において流入する空気流に旋回成分が作用すると、流入孔16から流入する空気流の貫通力が減衰し、燃焼ガスを攪拌する作用が低減するため、本実施例では混合室下流側で空気流に旋回成分が作用しないように構成した。   In the small air inflow hole 31 on the downstream side of the mixing chamber, since the small air inflow hole 31 flows toward the axial center of the mixing chamber 17, mixing with the droplets atomized on the upstream side of the mixing chamber is promoted. When the swirl component acts on the air flow flowing in on the downstream side of the mixing chamber, the penetrating force of the air flow flowing in from the inflow hole 16 is attenuated, and the action of stirring the combustion gas is reduced. The swirl component does not act on the air flow.

さらに、本実施例では混合室17の内壁29が流れ方向に拡大する中空円錐状に形成されていること、混合室17の出口部において空気流に旋回成分が作用していないため、混合室17内に火炎が逆流する逆火現象の発生を防止することができ、ガスタービン全体の信頼性を向上することができる。   Furthermore, in this embodiment, the inner wall 29 of the mixing chamber 17 is formed in a hollow conical shape that expands in the flow direction, and the swirling component does not act on the air flow at the outlet of the mixing chamber 17, so the mixing chamber 17 It is possible to prevent the occurrence of a flashback phenomenon in which the flame flows backward, and to improve the reliability of the entire gas turbine.

図8を用いて実施例2を説明する。実施例2では、流入孔16の位置に内筒5の軸中心部に延びるガイドリング39を設置したものであり、他の主要な構成部品は実施例1と同様である。   Example 2 will be described with reference to FIG. In the second embodiment, a guide ring 39 extending to the axial center of the inner cylinder 5 is installed at the position of the inflow hole 16, and other main components are the same as those of the first embodiment.

本実施例では、内筒5の軸中心部に延びるガイドリング39を設置したことにより、副燃料ノズル40より噴霧した燃料液滴と混合室17に流入した燃焼用空気との混合・蒸発距離を長くすることができるため、混合蒸発が促進されNOx排出量の更なる低減が期待できる。   In the present embodiment, the guide ring 39 extending in the axial center portion of the inner cylinder 5 is installed, so that the mixing / evaporation distance between the fuel droplets sprayed from the auxiliary fuel nozzle 40 and the combustion air flowing into the mixing chamber 17 is set. Since it can be lengthened, mixed evaporation is promoted, and further reduction of NOx emission can be expected.

また、ガイドリング39を設置することで、予混合気41が燃焼室6に噴出する際に、予混合気の噴流が広がることを防止し、貫通力を増加させることができる。予混合気噴流の広がりを抑制すると、予混合気41が燃焼ガスによって可燃温度に加熱されるまでの時間(距離)が長くなるため、燃焼用空気中に噴霧した燃料との混合が促進され、NOx排出量の低減が期待できる。   Further, by installing the guide ring 39, when the premixed gas 41 is ejected into the combustion chamber 6, it is possible to prevent the premixed gas jet from spreading and increase the penetration force. If the spread of the premixed gas jet is suppressed, the time (distance) until the premixed gas 41 is heated to the combustible temperature by the combustion gas becomes longer, so that mixing with the fuel sprayed in the combustion air is promoted. Reduction of NOx emissions can be expected.

また、予混合気41の貫通力が増加することで、燃焼ガスを攪拌する作用が大きくなるため、燃焼器出口部の燃焼ガス温度分布が均一になり、ガスタービン翼の信頼性が向上する。   Moreover, since the penetration force of the premixed gas 41 is increased, the action of stirring the combustion gas is increased, so that the combustion gas temperature distribution at the combustor outlet is uniform and the reliability of the gas turbine blade is improved.

図9を用いて実施例3を説明する。実施例3では、流入孔16の位置に、内筒5の軸中心部に対し外周側にオフセットされたガイドリング42を設置したものであり、他の主要な構成部品は第一の実施例と同様である。   Embodiment 3 will be described with reference to FIG. In the third embodiment, a guide ring 42 that is offset to the outer peripheral side with respect to the axial center portion of the inner cylinder 5 is installed at the position of the inflow hole 16, and other main components are the same as in the first embodiment. It is the same.

ガイドリング42は、燃焼室6の軸中心に対し外周側にオフセットして取付けてあり、副燃料ノズル43はガイドリング42と略同軸方向に設置されている。このため、燃焼室6に流入した予混合気44によって、燃焼室6には旋回成分が作用する。燃焼ガスに旋回成分が作用すると、燃焼器出口部の燃焼ガス温度分布がさらに均一化されるため、ガスタービン翼の信頼性向上にとって有利となる。   The guide ring 42 is attached offset to the outer peripheral side with respect to the axial center of the combustion chamber 6, and the auxiliary fuel nozzle 43 is installed in a substantially coaxial direction with the guide ring 42. For this reason, the swirl component acts on the combustion chamber 6 by the premixed gas 44 flowing into the combustion chamber 6. When the swirl component acts on the combustion gas, the combustion gas temperature distribution at the combustor outlet is further uniformed, which is advantageous for improving the reliability of the gas turbine blade.

図10,図11を用いて実施例4を説明する。図10は実施例4の主燃料ノズル45を有する燃焼バーナ46を示したものであり、主燃料ノズル45の外周側に旋回器52が配置されている。主燃料ノズル45は、その軸中心に圧力噴出式の渦巻き型液体燃料ノズル47が設置されており、その外周側に気体燃料を噴出する気体燃料ノズル48が配置されている。 Example 4 will be described with reference to FIGS. FIG. 10 shows a combustion burner 46 having a main fuel nozzle 45 according to the fourth embodiment. A swirler 52 is arranged on the outer peripheral side of the main fuel nozzle 45. The main fuel nozzle 45 is provided with a pressure jet type spiral liquid fuel nozzle 47 at the center of its axis, and a gaseous fuel nozzle 48 for jetting gaseous fuel is arranged on the outer peripheral side thereof.

気体燃料は気体燃料供給系49より供給され、気体燃料ノズル48の燃料噴出孔50から、燃焼バーナ46の旋回器52の下流側に噴出し、旋回器52を流下する燃焼用空気
51と燃焼室6の内部で混合し燃焼ガスを生成する。
The gaseous fuel is supplied from a gaseous fuel supply system 49, and is ejected from the fuel ejection hole 50 of the gaseous fuel nozzle 48 to the downstream side of the swirler 52 of the combustion burner 46, and the combustion air 51 and the combustion chamber flow down the swirler 52. 6 is mixed to produce combustion gas.

図11は実施例4の副燃料ノズル53を示したものであり、主燃料ノズル45と同様に、圧力噴出式の渦巻き型液体燃料ノズル54の外周側に、気体燃料を噴出する気体燃料ノズル55を配置したものである。副燃料ノズル53に供給される気体燃料は、副気体燃料供給系56より供給され、気体燃料ノズル55に形成された複数の燃料噴出孔57より噴出する。気体燃料ノズル55から噴出される気体燃料は、混合室17の小空気流入孔から流入した燃焼用空気と混合して予混合気を生成する。このとき、混合室17に流入する燃焼用空気は実施例1で説明したように、小空気流入孔の各位置で流入方向が異なっているため、混合室内部での攪拌作用が強くなり、気体燃料との混合が促進される。混合室17の内部で十分に混合された予混合気は、燃焼室6の内部に流出し、燃焼ガスによって可燃温度以上に加熱された領域から予混合燃焼を行うため、高温の燃焼領域が発生しにくく、NOx排出量を低減することが可能となる。   FIG. 11 shows the sub fuel nozzle 53 of the fourth embodiment. Like the main fuel nozzle 45, the gaseous fuel nozzle 55 that ejects gaseous fuel to the outer peripheral side of the pressure ejection type spiral liquid fuel nozzle 54. Is arranged. The gaseous fuel supplied to the auxiliary fuel nozzle 53 is supplied from the auxiliary gas fuel supply system 56 and is ejected from a plurality of fuel ejection holes 57 formed in the gaseous fuel nozzle 55. The gaseous fuel ejected from the gaseous fuel nozzle 55 is mixed with the combustion air flowing in from the small air inflow hole of the mixing chamber 17 to generate a premixed gas. At this time, as described in the first embodiment, the combustion air flowing into the mixing chamber 17 has different inflow directions at each position of the small air inflow hole. Mixing with fuel is promoted. The premixed gas sufficiently mixed in the mixing chamber 17 flows out into the combustion chamber 6 and performs premixed combustion from the region heated to the combustion temperature or higher by the combustion gas, so that a high temperature combustion region is generated. This makes it possible to reduce NOx emissions.

実施例4では、気体燃料を用いた場合について述べたが、第一の実施例で説明した火炎戻り現象の防止や、燃焼器出口の燃焼ガス温度分布の均一性などの効果は、実施例1と同様である。   In the fourth embodiment, the case where the gaseous fuel is used has been described. However, effects such as prevention of the flame return phenomenon and uniformity of the combustion gas temperature distribution at the combustor outlet described in the first embodiment are described in the first embodiment. It is the same.

実施例5を、図12,図13を用いて説明する。図12は主燃料ノズルを有する燃焼バーナを示し、第1の液体燃料ノズルである液体燃料ノズル58の外周側に内周壁61が配置され、さらにその外周側に第1の気体燃料ノズルである気体燃料ノズル60が設置されている。 A fifth embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 12 shows a combustion burner having a main fuel nozzle, in which an inner peripheral wall 61 is disposed on the outer peripheral side of the liquid fuel nozzle 58 which is the first liquid fuel nozzle, and further, a gas which is the first gaseous fuel nozzle on the outer peripheral side. A fuel nozzle 60 is installed.

燃焼バーナ59の内側空間に形成する内周壁61は、流れ方向に拡大する中空円錐状に形成され、燃焼バーナ内部62に燃焼用空気を導入する複数の小空気流入孔63,64,65を燃焼バーナ内周壁61に形成すると共に、小空気流入孔63,64,65と対向する上流側には、気体燃料を噴出する第1の気体燃料ノズルである気体燃料ノズル60を設置している。   An inner peripheral wall 61 formed in the inner space of the combustion burner 59 is formed in a hollow conical shape that expands in the flow direction, and burns a plurality of small air inflow holes 63, 64, 65 for introducing combustion air into the combustion burner interior 62. A gas fuel nozzle 60, which is a first gas fuel nozzle that ejects gaseous fuel, is installed on the upstream side facing the small air inflow holes 63, 64, 65 while being formed on the inner peripheral wall 61 of the burner.

また、小空気流入孔63,64,65は実施例1の図6に示したように、燃焼バーナ内部62の軸中心から周方向に距離Xだけオフセットした位置に形成してあるため、燃焼バーナ内部62は小空気流入孔63,64,65から流入した燃焼用空気によって旋回成分が作用する。   Further, as shown in FIG. 6 of the first embodiment, the small air inflow holes 63, 64, 65 are formed at positions offset from the axial center of the combustion burner interior 62 by a distance X in the circumferential direction. The swirl component acts on the interior 62 by the combustion air flowing in from the small air inflow holes 63, 64, 65.

実施例5によれば、燃料液滴が噴出される燃焼器上流側では、燃焼バーナ59の内周壁61のほぼ全周に渡って複数個の空気流入孔63が形成される。そして、燃焼用空気が第1の液体燃料ノズルである液体燃料ノズル58の噴出中心に向かい流入するため、この領域では、燃料液滴が付着しやすい淀み域が存在しにくくコーキングの発生を防止することができる。   According to the fifth embodiment, a plurality of air inflow holes 63 are formed over substantially the entire circumference of the inner peripheral wall 61 of the combustion burner 59 on the upstream side of the combustor where fuel droplets are ejected. And since combustion air flows in toward the ejection center of the liquid fuel nozzle 58, which is the first liquid fuel nozzle, there is no stagnation region where fuel droplets are likely to adhere in this region, thus preventing the occurrence of coking. be able to.

さらに、液体燃料ノズル58に圧力噴出式渦巻型液体燃料ノズルを用いた場合、液体燃料ノズル58から噴出した燃料液滴は、遠心力の作用により外周側に噴出する。これに対し、燃焼用空気は液体燃料ノズル58の略噴出中心に向かって流入するため、燃料液滴には空気流の剪断力を最大限に近い状態で作用させることができるため、燃料液滴の燃焼バーナ内周壁61への衝突を防止すると共に、噴出した燃料液滴を微粒化し燃焼用空気との混合を促進することができ、NOxの排出量を抑制する効果がある。   Further, when a pressure jet type spiral liquid fuel nozzle is used as the liquid fuel nozzle 58, the fuel droplets ejected from the liquid fuel nozzle 58 are ejected to the outer peripheral side by the action of centrifugal force. On the other hand, since the combustion air flows toward the substantial ejection center of the liquid fuel nozzle 58, the shear force of the air flow can be applied to the fuel droplets in a state close to the maximum. In addition to preventing the fuel from colliding with the inner peripheral wall 61 of the combustion burner, the injected fuel droplets can be atomized to promote mixing with the combustion air, and the NOx emission amount can be suppressed.

更にまた、本実施例では燃料バーナ59の下流側の小空気流入孔64,65も、燃焼バーナ内部62の軸中心から周方向に距離Xだけオフセットした位置に形成してあるため、燃焼バーナ59の出口部に強い旋回成分が発生し、燃焼の安定性を向上することができる。   Furthermore, in this embodiment, the small air inflow holes 64 and 65 on the downstream side of the fuel burner 59 are also formed at positions offset from the axial center of the combustion burner interior 62 by a distance X in the circumferential direction. A strong swirling component is generated at the outlet of the combustion chamber, and the stability of combustion can be improved.

そして、本実施例によれば、小空気流入孔63,64,65と対向する上流側に、気体燃料を噴出する気体燃料ノズル60を設置したため、NOx排出量を抑制した燃焼を行うことが可能となる。すなわち、小空気流入孔63,64,65と相対する位置に気体燃料ノズル60が設置され、気体燃料が空気流入方向と略同軸方向に噴出するように構成されているため、気体燃料は先ず小空気流入孔の内部で燃焼用空気と混合する。小空気流入孔内部で混合した混合気は、小空気流入孔から燃焼バーナ内部62に噴出する際に発生する渦によりさらに混合が促進する。さらに、燃焼バーナ内部62では各小空気流入孔から噴出した混合気同士が衝突するため大幅に混合が促進され、NOx排出量を抑制することができる。   And according to the present Example, since the gaseous fuel nozzle 60 which ejects gaseous fuel was installed in the upstream which opposes the small air inflow holes 63, 64, 65, it is possible to perform the combustion which suppressed NOx emission amount. It becomes. That is, the gaseous fuel nozzle 60 is installed at a position opposite to the small air inflow holes 63, 64, 65, and is configured so that the gaseous fuel is ejected in a direction substantially coaxial with the air inflow direction. Mix with combustion air inside the air inlet. Mixing of the air-fuel mixture mixed inside the small air inlet hole is further promoted by vortices generated when the air mixture is ejected from the small air inlet hole into the combustion burner interior 62. Further, in the combustion burner interior 62, the air-fuel mixtures ejected from the small air inflow holes collide with each other, so that the mixing is greatly promoted and the NOx emission amount can be suppressed.

図13は、実施例5における第2の液体燃料ノズルである副燃料ノズル66,混合室
67,第2の気体燃料ノズルである気体燃料ノズル68及び各気体燃料ノズル68に燃料を供給する燃料マニホールド69を示したものであり、その他の構成部品は実施例2と同様である。
FIG. 13 shows a sub-fuel nozzle 66 that is a second liquid fuel nozzle 66, a mixing chamber 67, a gaseous fuel nozzle 68 that is a second gaseous fuel nozzle, and a fuel manifold that supplies fuel to each gaseous fuel nozzle 68 in the fifth embodiment. The other components are the same as those of the second embodiment.

本実施例では、混合室67に形成した小空気流入孔70にそれぞれ対向する上流側に、気体燃料を噴出する第2の気体燃料ノズルである気体燃料ノズル68が設置され、気体燃料が小空気流入方向と略同軸方向に噴出するように構成されているため、気体燃料は小空気流入孔70の内部で空気と混合し、小空気流入孔70から混合室内部に噴出する際に発生する渦によりさらに混合が促進し、さらに、混合室内部では、各小空気流入孔から噴出した混合気同士が衝突するため混合が大幅に促進されるため、NOx排出量を大幅に低減することができる。   In the present embodiment, a gaseous fuel nozzle 68 that is a second gaseous fuel nozzle that ejects gaseous fuel is installed on the upstream side facing the small air inflow holes 70 formed in the mixing chamber 67, and the gaseous fuel is small air. Since the gas fuel is configured to be ejected in a direction substantially coaxial with the inflow direction, the gaseous fuel mixes with air inside the small air inflow hole 70 and is generated when the gas fuel is ejected from the small air inflow hole 70 into the mixing chamber. Further, the mixing is further promoted, and further, since the air-fuel mixture ejected from the small air inflow holes collides with each other in the inside of the mixing chamber, the mixing is greatly promoted, so that the NOx emission amount can be greatly reduced.

実施例6を図14を用いて説明する。本実施例は、副燃料ノズルに噴霧空気によって液体燃料を微粒化する二流体ノズルを用いたものであり、他の主要構成部品は他の実施例と同様である。   Example 6 will be described with reference to FIG. In this embodiment, a two-fluid nozzle that atomizes liquid fuel by atomizing air is used for the auxiliary fuel nozzle, and other main components are the same as those of the other embodiments.

副燃料ノズル97はノズルコア71とノズルキャップ72で構成され、ノズルコア71にはノズルキャップ72との間隙に形成された混合室73に液体燃料74を噴霧する噴孔75が形成されている。噴孔75から噴霧した液体燃料は、混合室73で噴霧空気76と内部混合し、副燃料ノズル97の下流端に形成された環状間隙77から噴霧し、噴霧空気のせん断力によって微粒化される。   The auxiliary fuel nozzle 97 is composed of a nozzle core 71 and a nozzle cap 72, and the nozzle core 71 is formed with an injection hole 75 for spraying the liquid fuel 74 in the mixing chamber 73 formed in the gap with the nozzle cap 72. The liquid fuel sprayed from the nozzle hole 75 is internally mixed with the spray air 76 in the mixing chamber 73, sprayed from the annular gap 77 formed at the downstream end of the sub fuel nozzle 97, and atomized by the shearing force of the spray air. .

他の実施例に用いた圧力噴霧式の渦巻き型燃料ノズルは、液体燃料に高い圧力を作用させ、液滴と液滴が噴霧する場との噴霧速度差によって微粒化するため、燃料ノズルに供給される燃料流量が少ない場合、燃料の供給圧力が低くなり微粒化特性が悪くなる傾向があった。燃料液滴の微粒化が劣化すると、燃焼用空気との混合が悪くなったり、蒸発に要する時間が長くなるため、その結果、NOx排出量が増加する可能性があった。   The pressure spray type spiral fuel nozzle used in the other embodiments applies a high pressure to the liquid fuel and atomizes it by the difference in spray speed between the droplet and the spraying place of the droplet, so it is supplied to the fuel nozzle. When the fuel flow rate is small, the fuel supply pressure tends to be low and the atomization characteristics tend to deteriorate. When the atomization of the fuel droplets deteriorates, mixing with the combustion air becomes worse and the time required for evaporation becomes longer. As a result, there is a possibility that the amount of NOx emission increases.

しかし、実施例6では噴霧空気によって液体燃料を微粒化するため燃料流量によらず、圧力噴霧式の液体燃料ノズルと比較して微粒化特性に優れている。そのため、短い混合距離で燃焼用空気との混合・蒸発が促進され、液体燃料の流量によらず広い作動範囲でNOx排出量を低減する効果が期待できる。   However, in Example 6, since the liquid fuel is atomized by the atomized air, the atomization characteristics are excellent as compared with the pressure spray type liquid fuel nozzle regardless of the fuel flow rate. Therefore, mixing / evaporation with the combustion air is promoted at a short mixing distance, and an effect of reducing the NOx emission amount in a wide operating range regardless of the flow rate of the liquid fuel can be expected.

また、副燃料ノズル97には、液体燃料供給系78,気体燃料供給系79,噴霧空気用圧縮機80が、各逆止弁81,82,83を介して接続されており、使用する燃料や用途により切替えが可能な構成となっている。   In addition, a liquid fuel supply system 78, a gaseous fuel supply system 79, and a spray air compressor 80 are connected to the auxiliary fuel nozzle 97 via check valves 81, 82, and 83, respectively, It can be switched depending on the application.

液体燃料を用いる場合、液体燃料供給系78から逆止弁81を介してノズルコア71に液体燃料74を供給し、噴霧空気用圧縮機80から逆止弁83を介して供給される噴霧空気によって液体燃料を微粒化する。この時、逆止弁81が液体燃料配管に設置されているため、液体燃料供給系78に噴霧空気76が逆流するのを防止できる。同様に、逆止弁
82,83が各配管に設置されているため、液体燃料が気体燃料供給系79及び、噴霧空気用圧縮機80に逆流することはない。
When liquid fuel is used, the liquid fuel 74 is supplied from the liquid fuel supply system 78 to the nozzle core 71 via the check valve 81, and the liquid is supplied by the spray air supplied from the atomizing air compressor 80 via the check valve 83. Atomize the fuel. At this time, since the check valve 81 is installed in the liquid fuel pipe, it is possible to prevent the spray air 76 from flowing back to the liquid fuel supply system 78. Similarly, since the check valves 82 and 83 are installed in each pipe, the liquid fuel does not flow back to the gaseous fuel supply system 79 and the atomizing air compressor 80.

一方、気体燃料を用いる場合、気体燃料供給系79からノズルコア71に気体燃料を供給すると、副燃料ノズル97の内部混合室73で気体燃料と噴霧空気が混合し、副燃料ノズル97の下流端に形成された環状間隙77から予混合気が噴出することになるため、混合が促進され、NOx排出量を低減することが期待できる。   On the other hand, when gaseous fuel is used, when gaseous fuel is supplied from the gaseous fuel supply system 79 to the nozzle core 71, gaseous fuel and sprayed air are mixed in the internal mixing chamber 73 of the auxiliary fuel nozzle 97, and the downstream end of the auxiliary fuel nozzle 97 is mixed. Since the premixed gas is ejected from the formed annular gap 77, it is expected that the mixing is promoted and the NOx emission amount is reduced.

実施例7を、図15を用いて説明する。実施例7では、主燃料ノズル98から軸方向
L2の位置に一段目の副燃料ノズル84を、副燃料ノズル84から軸方向L3の位置に二段目の副燃料ノズル85を設置したもので、他の主要な構成部品は他の実施例と同様である。
Example 7 will be described with reference to FIG. In the seventh embodiment, the first-stage sub fuel nozzle 84 is installed at a position in the axial direction L2 from the main fuel nozzle 98, and the second-stage sub fuel nozzle 85 is installed at a position in the axial direction L3 from the sub fuel nozzle 84. Other main components are the same as in the other embodiments.

実施例1で説明したように、燃料ノズルから供給される燃料と燃焼用空気によって生成される予混合気を完全燃焼させるためには、予混合気が生成される上流側で、予混合気を完全燃焼させるための充分な燃焼ガス量が必要となる。供給される予混合気流量に対し上流側燃焼ガスの熱量が少ないと、予混合気を可燃温度以上に加熱することができなくなり、未燃成分が発生し、燃焼効率が低下するなどの問題が発生する。   As described in the first embodiment, in order to completely burn the premixed gas generated by the fuel supplied from the fuel nozzle and the combustion air, the premixed gas is set on the upstream side where the premixed gas is generated. A sufficient amount of combustion gas is required for complete combustion. If the amount of heat of the upstream combustion gas is less than the supplied premixed gas flow rate, the premixed gas cannot be heated above the flammable temperature, causing unburned components and reducing combustion efficiency. appear.

本実施例では、完全燃焼に必要な燃焼ガスを、主燃料ノズル98によって生成しているが、主燃料ノズル98はガスタービンの起動・昇速から定格負荷までの広い作動範囲で運転するため、燃焼安定性に優れた拡散燃焼方式を採用することが多い。しかしながら、拡散燃焼方式はNOx排出量が多いため、全燃焼流量に対する拡散燃焼流量の割合が燃焼器全体のNOx排出量特性を支配することになる。   In this embodiment, the combustion gas necessary for complete combustion is generated by the main fuel nozzle 98, but the main fuel nozzle 98 is operated in a wide operating range from the start-up / speed-up of the gas turbine to the rated load. In many cases, a diffusion combustion method with excellent combustion stability is employed. However, since the diffusion combustion method has a large amount of NOx emission, the ratio of the diffusion combustion flow rate to the total combustion flow rate dominates the NOx emission characteristic of the entire combustor.

他の実施例のように、予混合燃焼用の混合気を燃焼器軸方向の一箇所で投入し燃焼効率を満足するためには、副燃料ノズルで燃焼する予混合燃焼量に対して主燃料ノズルで燃焼する拡散燃焼流量の燃焼割合が多くなるため、NOx排出量の低減割合が抑制されることが考えられる。   As in other embodiments, in order to satisfy the combustion efficiency by introducing the mixture for premix combustion at one place in the axial direction of the combustor, the main fuel with respect to the premixed combustion amount burned by the sub fuel nozzle Since the combustion rate of the diffusion combustion flow rate combusted by the nozzle increases, it is conceivable that the reduction rate of the NOx emission amount is suppressed.

このため、実施例7では、副燃料ノズル84,85と流入孔86,87を、燃焼室軸方向の異なった位置に分割して設置し、予混合燃焼を行う燃料流量を分割したものである。   For this reason, in the seventh embodiment, the auxiliary fuel nozzles 84 and 85 and the inflow holes 86 and 87 are divided and installed at different positions in the combustion chamber axial direction to divide the fuel flow rate for premixed combustion. .

副燃料ノズル84,流入孔86の領域で行われる一段目の予混合燃焼に必要な燃焼ガスは、主燃料ノズル98の拡散燃焼で生成される。副燃料ノズル85,流入孔87の領域で行われる二段目の予混合燃焼に必要な燃焼ガスは、一段目の予混合燃焼で生成した燃焼ガスを利用することができるため、燃焼器全体の燃焼量に対する拡散燃焼割合が低減し、
NOxの排出量を大幅に低減することが可能となる。
The combustion gas necessary for the first stage premixed combustion performed in the region of the auxiliary fuel nozzle 84 and the inflow hole 86 is generated by diffusion combustion of the main fuel nozzle 98. Since the combustion gas necessary for the second stage premixed combustion performed in the region of the auxiliary fuel nozzle 85 and the inflow hole 87 can use the combustion gas generated in the first stage premixed combustion, The diffusion combustion ratio to the combustion amount is reduced,
The amount of NOx emission can be greatly reduced.

実施例8を、図16を用いて説明する。実施例8では、主燃料ノズル88から軸方向の下流側に、燃焼室6の軸中心に延びるガイドリング89を設置する。そして、ガイドリング89と燃焼器軸方向が同じ位置で内筒5周方向の異なった位置に、燃焼室6の軸中心方向に延びながら燃焼器下流側に偏向するガイドリング90を設置する。それぞれのガイドリング89,90の上流位置には混合室91,92と気体燃料及び液体燃料が供給可能な副燃料ノズル93,94を設置する。副燃料ノズル93には燃料供給系95から、副燃料ノズル94には燃料供給系96からそれぞれ燃料が供給され、他の主要な構成部品は第一の実施例と同様である。   Example 8 will be described with reference to FIG. In the eighth embodiment, a guide ring 89 extending to the axial center of the combustion chamber 6 is installed on the downstream side in the axial direction from the main fuel nozzle 88. Then, a guide ring 90 that deflects toward the downstream side of the combustor while extending in the axial center direction of the combustion chamber 6 is installed at a position where the guide ring 89 and the combustor axial direction are the same and different in the circumferential direction of the inner cylinder 5. In the upstream positions of the guide rings 89 and 90, mixing chambers 91 and 92 and auxiliary fuel nozzles 93 and 94 capable of supplying gaseous fuel and liquid fuel are installed. The auxiliary fuel nozzle 93 is supplied with fuel from the fuel supply system 95 and the auxiliary fuel nozzle 94 is supplied with fuel from the fuel supply system 96, respectively, and other main components are the same as those in the first embodiment.

本実施例を適用するガスタービン燃焼器では、ガスタービンの構造上、実施例7に示したように燃料ノズルを軸方向に分割することが困難な場合があり、このような時に本実施例が有効となる。   In the gas turbine combustor to which the present embodiment is applied, it may be difficult to divide the fuel nozzle in the axial direction as shown in the seventh embodiment due to the structure of the gas turbine. It becomes effective.

すなわち、本実施例では、主燃料ノズルによって生成した燃焼ガスが、副燃料ノズル
93から噴出する燃料を予混合燃焼で燃焼させる。次に、下流側に偏向したガイドリング90から流入する燃焼用空気と、副燃料ノズル94から噴出される燃料によって生成された予混合気は、燃焼室6の下流側に向かって流下するため、副燃料ノズル93によって予混合燃焼する領域より下流側で予混合燃焼を開始させることが可能であり、実施例7と同等の効果が期待できる。
That is, in this embodiment, the combustion gas generated by the main fuel nozzle burns the fuel ejected from the auxiliary fuel nozzle 93 by premixed combustion. Next, since the combustion air flowing in from the guide ring 90 deflected downstream and the premixed gas generated by the fuel ejected from the auxiliary fuel nozzle 94 flow down toward the downstream side of the combustion chamber 6, Premixed combustion can be started downstream of the region where premixed combustion is performed by the auxiliary fuel nozzle 93, and the same effect as that of the seventh embodiment can be expected.

実施例1におけるガスタービンプラントの要部を示す。The principal part of the gas turbine plant in Example 1 is shown. 燃焼器3の拡大詳細図を示す。An enlarged detail view of the combustor 3 is shown. 図2の副燃料ノズル18a,18bの位置における縦断面図を示す。The longitudinal cross-sectional view in the position of the sub fuel nozzles 18a and 18b of FIG. 2 is shown. ガスタービン負荷に対する各燃料供給系の供給燃料流量を示す。The fuel supply flow rate of each fuel supply system with respect to a gas turbine load is shown. 混合室17,副燃料ノズル18a近傍の断面図を示す。A sectional view of the vicinity of the mixing chamber 17 and the auxiliary fuel nozzle 18a is shown. 混合室17の上流側に形成した小空気流入孔33の位置の断面図を示す。Sectional drawing of the position of the small air inflow hole 33 formed in the upstream of the mixing chamber 17 is shown. 混合室17の下流側に形成した小空気流入孔31の位置の断面図を示す。Sectional drawing of the position of the small air inflow hole 31 formed in the downstream of the mixing chamber 17 is shown. 実施例2における流入孔16の拡大図を示す。The enlarged view of the inflow hole 16 in Example 2 is shown. 実施例3における流入孔16の拡大図を示す。The enlarged view of the inflow hole 16 in Example 3 is shown. 実施例4における主燃料ノズル45を有する燃焼バーナ46の断面図を示す。Sectional drawing of the combustion burner 46 which has the main fuel nozzle 45 in Example 4 is shown. 実施例4における副燃料ノズル53の拡大図を示す。The enlarged view of the sub fuel nozzle 53 in Example 4 is shown. 実施例5における主燃料ノズル58を有する燃焼バーナ59の断面図を示す。Sectional drawing of the combustion burner 59 which has the main fuel nozzle 58 in Example 5 is shown. 実施例5における副燃料ノズル66周辺の断面図を示す。Sectional drawing of the auxiliary fuel nozzle 66 periphery in Example 5 is shown. 実施例6における副燃料ノズルの断面図を示す。Sectional drawing of the auxiliary fuel nozzle in Example 6 is shown. 実施例7における主燃料ノズル98,2つの副燃料ノズル84,85の配置図を示す。FIG. 9 shows an arrangement plan of a main fuel nozzle 98 and two sub fuel nozzles 84 and 85 in the seventh embodiment. 実施例8における主燃料ノズル88,副燃料ノズルの配置図を示す。FIG. 9 shows a layout of main fuel nozzles 88 and sub fuel nozzles in Example 8.

符号の説明Explanation of symbols

1…圧縮機、2…タービン、3…燃焼器、4…燃焼用空気、5…内筒、6…燃焼室、7…燃焼ガス、8…トランジションピース、9,45,88,98…主燃料ノズル、10,
95,96…燃料供給系、18a,18b,40,43,53,66,84,85,93,94,97…副燃料ノズル。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Compressor, 2 ... Turbine, 3 ... Combustor, 4 ... Combustion air, 5 ... Inner cylinder, 6 ... Combustion chamber, 7 ... Combustion gas, 8 ... Transition piece, 9, 45, 88, 98 ... Main fuel Nozzle, 10,
95, 96 ... Fuel supply system, 18a, 18b, 40, 43, 53, 66, 84, 85, 93, 94, 97 ... Sub fuel nozzle.

Claims (6)

燃料を噴出する第1の燃料ノズルと、
該第1の燃料ノズルの外周側に位置し、燃焼用空気を噴出する空気噴出孔と、
前記第1の燃料ノズル及び前記空気噴出孔を有する燃焼バーナの下流側に位置し、その内部で燃料と燃焼用空気との混合燃焼が可能な内筒と、
前記第1の燃料ノズルを固定する閉止板を備えたガスタービン燃焼器であって、
前記燃焼バーナ下流側の内筒壁面に、前記内筒の外側を流れる燃焼用空気と燃料との混合気が前記内筒の内部に流入可能な少なくとも一つの流入孔を形成し、
該流入孔の形成位置に、流れ方向に拡大する中空円錐状に形成された混合室を配置し、燃焼用空気を前記混合室内部に導入する複数の小空気流入孔を前記混合室の外周側に形成すると共に、前記小空気流入孔の上流側に前記小空気流入孔と略同軸方向に燃料を噴出する第2の燃料ノズルを設置したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
A first fuel nozzle that ejects fuel;
An air ejection hole located on the outer peripheral side of the first fuel nozzle and ejecting combustion air;
An inner cylinder located on the downstream side of the combustion burner having the first fuel nozzle and the air ejection hole, and capable of mixed combustion of fuel and combustion air therein;
A gas turbine combustor comprising a closing plate for fixing the first fuel nozzle;
On the inner cylinder wall surface on the downstream side of the combustion burner, at least one inflow hole through which a mixture of combustion air and fuel flowing outside the inner cylinder can flow into the inner cylinder is formed,
A mixing chamber formed in a hollow conical shape that expands in the flow direction is disposed at the position where the inflow hole is formed, and a plurality of small air inflow holes for introducing combustion air into the mixing chamber are provided on the outer peripheral side of the mixing chamber And a second fuel nozzle for ejecting fuel in a direction substantially coaxial with the small air inflow hole is provided upstream of the small air inflow hole .
液体燃料及び気体燃料を噴出する燃料ノズルと、
該燃料ノズルの外周側に位置し、燃焼用空気を噴出する空気噴出孔と、
前記燃料ノズル及び前記空気噴出孔を有する燃焼バーナの下流側に位置し、その内部で燃料と燃焼用空気との混合燃焼が可能な内筒と、
前記燃料ノズルを固定する閉止板を備えたガスタービン燃焼器であって、
前記燃焼バーナの内側空間は流れ方向に拡大する中空円錐状に形成され、前記燃焼バーナ外周側に燃焼用空気を前記燃焼バーナ内部へ導入する複数の空気流入孔を形成し、
前記燃焼バーナの上流側には液体燃料を噴出する第1の液体燃料ノズルを設置し、
前記空気流入孔と対向する上流側に、気体燃料を噴出する第1の気体燃料ノズルを設置すると共に、
前記燃焼バーナ下流側の内筒壁面に、前記内筒の外側を流れる燃焼用空気と燃料との混合気が前記内筒の内部に流入可能な少なくとも一つの流入孔を形成し、該流入孔の形成位置に、流れ方向に拡大する中空円錐状に形成された混合室を配置し、該混合室外周側に燃焼用空気を前記混合室内部に導入する複数の小空気流入孔を形成し、前記混合室の上流側に液体燃料を噴霧する第2の液体燃料ノズルを設置し、前記小空気流入孔と対向する上流側に、気体燃料を噴出する第2の気体燃料ノズルを設置したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
A fuel nozzle for ejecting liquid fuel and gaseous fuel;
An air ejection hole located on the outer peripheral side of the fuel nozzle and ejecting combustion air;
An inner cylinder located on the downstream side of a combustion burner having the fuel nozzle and the air ejection hole, and capable of mixed combustion of fuel and combustion air therein;
A gas turbine combustor including a closing plate for fixing the fuel nozzle,
The inner space of the combustion burner is formed in a hollow conical shape that expands in the flow direction, and a plurality of air inlet holes for introducing combustion air into the combustion burner are formed on the outer periphery of the combustion burner.
A first liquid fuel nozzle for ejecting liquid fuel is installed on the upstream side of the combustion burner,
While installing a first gaseous fuel nozzle that ejects gaseous fuel on the upstream side facing the air inflow hole,
At least one inflow hole through which an air-fuel mixture of combustion air and fuel flowing outside the inner cylinder can flow into the inner cylinder is formed in the inner cylinder wall surface on the downstream side of the combustion burner. A mixing chamber formed in a hollow conical shape that expands in the flow direction is disposed at the forming position, and a plurality of small air inflow holes for introducing combustion air into the mixing chamber are formed on the outer peripheral side of the mixing chamber, A second liquid fuel nozzle for spraying liquid fuel is installed on the upstream side of the mixing chamber, and a second gaseous fuel nozzle for ejecting gaseous fuel is installed on the upstream side facing the small air inflow hole. Gas turbine combustor.
請求項に記載のガスタービン燃焼器であって、
前記流入孔に前記内筒の軸中心に延びるガイドリングを設置するとともに、前記ガイドリングの延長方向を前記内筒の軸方向または接線方向に偏向させ、前記第2の燃料ノズルの燃料噴出方向が、前記ガイドリングから前記内筒に流入する空気流と略同軸となるように構成したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
A gas turbine combustor according to claim 1 ,
A guide ring extending in the axial center of the inner cylinder is installed in the inflow hole, and an extension direction of the guide ring is deflected in an axial direction or a tangential direction of the inner cylinder so that the fuel ejection direction of the second fuel nozzle is A gas turbine combustor configured so as to be substantially coaxial with an air flow flowing into the inner cylinder from the guide ring.
請求項に記載のガスタービン燃焼器であって、
前記燃焼バーナの上流側に前記内筒の内部に燃料を噴出する前記第1の燃料ノズルを第1の気体燃料ノズルとし、前記流入孔の位置に配置した前記混合室の内部に燃料を噴出する前記第2の燃料ノズルを第2の気体燃料ノズルとしたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
A gas turbine combustor according to claim 1 ,
The first fuel nozzle that ejects fuel into the inner cylinder upstream of the combustion burner is used as a first gaseous fuel nozzle, and the fuel is ejected into the mixing chamber disposed at the position of the inflow hole. A gas turbine combustor, wherein the second fuel nozzle is a second gaseous fuel nozzle.
請求項に記載のガスタービン燃焼器であって、
前記燃焼バーナの上流側に前記内筒の内部に燃料を噴出する前記第1の燃料ノズルを第1の液体燃料ノズルとし、前記流入孔の位置に配置した前記混合室の内部に燃料を噴出する前記第2の燃料ノズルを第2の液体燃料ノズルとしたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
A gas turbine combustor according to claim 1 ,
The first fuel nozzle that ejects fuel into the inner cylinder upstream of the combustion burner is used as a first liquid fuel nozzle, and fuel is ejected into the mixing chamber disposed at the position of the inflow hole. A gas turbine combustor, wherein the second fuel nozzle is a second liquid fuel nozzle.
燃料と燃焼用空気とを混合燃焼させる内筒に、第1の燃料ノズルが噴出する燃料及び該第1の燃料ノズルの外周側から燃焼用空気を噴出させるガスタービン燃焼器の燃料供給方法であって、
前記第1の燃料ノズルより下流側の前記内筒壁面に、前記内筒の外側を流れる燃焼用空気と燃料との混合気前記内筒の内側に流入させる流入孔を有し、該流入孔の形成位置に、流れ方向に拡大する中空円錐状に形成された混合室を有し、燃焼用空気を前記混合室内部に導入する複数の小空気流入孔を前記混合室の外周側に有するガスタービン燃焼器の、
前記小空気流入孔の上流側に燃料を噴出するように配置された第2の燃料ノズルから、前記小空気流入孔と略同軸方向に燃料を噴出させることで、前記混合室において燃料と燃焼用空気とを混合させることを特徴とするガスタービン燃焼器の燃料供給方法。
A fuel supply method for a gas turbine combustor in which fuel is ejected from a first fuel nozzle and combustion air is ejected from an outer peripheral side of the first fuel nozzle to an inner cylinder for mixing and burning fuel and combustion air. And
In the inner tube wall surface downstream of the first fuel nozzle having an inflow hole for flowing the mixture of the combustion air and the fuel flowing outside of the inner tube to the inside of the inner tube, the flow-in hole Gas having a mixing chamber formed in the shape of a hollow cone that expands in the flow direction at the formation position of the mixing chamber, and a plurality of small air inflow holes for introducing combustion air into the mixing chamber. Turbine combustor,
Fuel is burned in the mixing chamber in the mixing chamber by ejecting fuel in a direction substantially coaxial with the small air inflow hole from a second fuel nozzle arranged to eject the fuel upstream of the small air inflow hole . A fuel supply method for a gas turbine combustor, characterized by mixing with air.
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