JP4584054B2 - Fuel nozzle for gas turbine combustor - Google Patents
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Description
本発明は、ガスタービン燃焼器用の燃料ノズルに関する。 The present invention relates to a fuel nozzle for a gas turbine combustor.
一般に、液体燃料の拡散燃焼では微小な多数の燃料液滴群を空気と混合して燃焼させる。この燃焼方法による燃焼反応は、噴霧燃料中の油滴の蒸発、蒸気の拡散、周囲の空気との混合、それによって生じた混合気体の燃焼といった過程を経て進行する。このため燃料ノズルから噴射した燃料液滴径が大きければそれだけ燃料の蒸発が遅れ、これにより空気と燃料の混合状態が悪くなれば酸化反応にも遅れが生じ、その結果、煤の発生を促し煤粒子を肥大化させる場合がある。このことから、通常、煤塵の低減には液体燃料の微粒化及び燃焼空気との混合を促進し、燃料液滴と燃焼空気との接触面積を多く確保することが最も有効と考えられている。 In general, in diffusion combustion of liquid fuel, a large number of minute fuel droplet groups are mixed with air and burned. The combustion reaction by this combustion method proceeds through processes such as evaporation of oil droplets in the sprayed fuel, diffusion of vapor, mixing with ambient air, and combustion of the gas mixture generated thereby. For this reason, the larger the fuel droplet diameter injected from the fuel nozzle, the more the fuel evaporates, and as a result, the worse the mixed state of air and fuel, the more the oxidation reaction delays. Particles may be enlarged. For this reason, it is generally considered to be most effective to reduce soot dust by promoting atomization of liquid fuel and mixing with combustion air and ensuring a large contact area between fuel droplets and combustion air.
このような観点から、液体燃料焚き燃焼器では空気等のせん断力を利用して液体燃料を微粒化する二流体方式の燃料ノズルがよく用いられる。この燃料ノズルは微粒化の過程で燃料と空気を混合することができるため、極端な燃料過濃領域が形成されないという利点がある。しかしながら、二流体方式の燃料ノズルを採用すると空気を供給する必要があることから、空気源やその制御装置を別途設置しなければならない。またノズル構造が複雑であるため、イニシャルコストやランニングコストの面でも一流体方式のノズル(特許文献1等参照)に比べて不利となる。 From such a point of view, in a liquid fuel-fired combustor, a two-fluid type fuel nozzle that atomizes the liquid fuel by using a shearing force such as air is often used. Since this fuel nozzle can mix fuel and air in the process of atomization, there is an advantage that an extremely fuel rich region is not formed. However, if a two-fluid fuel nozzle is used, air must be supplied, so an air source and its control device must be installed separately. In addition, since the nozzle structure is complicated, it is disadvantageous in terms of initial cost and running cost as compared to a one-fluid type nozzle (see Patent Document 1, etc.).
一流体方式の燃料ノズルは、液体燃料の供給圧力を高くして液体燃料の噴射速度を大きくして微粒化するもので、液体燃料に旋回成分を与えて燃料ノズル内部に旋回流を形成させ燃料ノズルの噴出孔から燃料を噴射することで、噴射方向下流側に拡がる燃料液滴群を形成するようになっている。この一流体ノズルを採用した場合、空気供給系統等の付帯設備は不要である。 The one-fluid type fuel nozzle increases the liquid fuel supply pressure and increases the liquid fuel injection speed to atomize the fuel. A swirl component is given to the liquid fuel to form a swirl flow inside the fuel nozzle. By injecting fuel from the ejection holes of the nozzles, a group of fuel droplets that expands downstream in the injection direction is formed. When this one-fluid nozzle is adopted, incidental facilities such as an air supply system are unnecessary.
一般に、ガスタービン燃焼器では燃料ノズルが燃焼器軸中心の上流位置に配置され、燃料ノズルの外周には燃焼空気に旋回成分を与える旋回器が配置される。燃料ノズルから噴射された液体燃料は旋回器から噴射される旋回空気によって循環流を形成し、燃焼器内筒の側部等から燃焼室に流入する燃焼空気と混合し燃焼する。 In general, in a gas turbine combustor, a fuel nozzle is disposed at an upstream position of the center of the combustor shaft, and a swirler that imparts a swirl component to combustion air is disposed on the outer periphery of the fuel nozzle. The liquid fuel injected from the fuel nozzle forms a circulating flow by the swirling air injected from the swirler, and mixes with the combustion air flowing into the combustion chamber from the side of the combustor inner cylinder and burns.
前述した特開2004−211558号公報に開示されている燃料ノズルは液体燃料に旋回成分を与えて微粒化させるため、噴射した燃料液滴が遠心力の作用によって燃料液滴群の外周側に集中しそこに高密度液滴層が形成される。通常、燃料液滴が持つ慣性力は燃焼空気流等の貫通力に比べて大きいため、燃料液滴群の外部から流入する燃焼空気は高密度液滴層に遮断されて燃料液滴群の内部まで到達し難い。その結果、燃料液滴群が形成する領域の内側は空気不足し、それだけ燃料と空気の混合が不十分となって煤塵が発生し易くなる。また燃焼空気と燃料の混合が不十分となれば燃料過濃領域が形成されてしまい、拡散火炎に局部的な高温領域が発生しNOx排出量を増加させる恐れも生じる。 Since the fuel nozzle disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-212558 described above imparts a swirling component to the liquid fuel to atomize it, the injected fuel droplets are concentrated on the outer peripheral side of the fuel droplet group by the action of centrifugal force. A high density droplet layer is formed there. Normally, the inertial force of fuel droplets is larger than the penetration force of combustion airflow etc., so the combustion air flowing from the outside of the fuel droplet group is blocked by the high-density droplet layer and the inside of the fuel droplet group Hard to reach. As a result, the inside of the region where the fuel droplet group is formed is deficient in air, so that the mixing of fuel and air becomes insufficient and dust is likely to be generated. Further, when the mixing of combustion air and fuel becomes insufficient, a fuel rich region is formed, and a local high temperature region is generated in the diffusion flame, which may increase the NOx emission amount.
本発明の目的は、噴射した液体燃料液滴群の内側にも空気を十分に供給し燃料と空気の混合を促進することができるガスタービン燃焼器用燃料ノズルを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a fuel nozzle for a gas turbine combustor that can sufficiently supply air to the inside of the injected liquid fuel droplet group and promote mixing of fuel and air.
(1)上記目的を達成するために、本発明は、液体燃料焚きガスタービン燃焼器に用いられる燃料ノズルにおいて、液体燃料に旋回成分を与える旋回器と、この旋回器により旋回成分を付与された液体燃料を燃焼室に噴出し微粒化する円形の燃料噴出孔と、この燃料噴出孔から燃焼室に噴射された燃料液滴の数密度に濃淡を付ける手段であって、前記燃料噴出孔の内壁面に周方向に所定間隔で設けられた複数の溝部と、前記燃料噴出孔の周囲に周方向に所定間隔で設けられ、前記燃料噴出孔を介して噴射された燃料液滴群に対して気体を噴射して衝突させる複数の空気噴出孔とを備え、前記空気噴出孔は、前記燃料噴出孔から噴射された燃料液滴の数密度の低い領域に空気を導くように前記溝部と位相をずらして設けられていることを特徴とする。 (1) In order to achieve the above object, according to the present invention, in a fuel nozzle used in a liquid fuel-fired gas turbine combustor, a swirler for imparting a swirl component to liquid fuel, and a swirl component provided by the swirler A circular fuel injection hole for injecting liquid fuel into the combustion chamber and atomizing it, and means for adding density to the number density of fuel droplets injected from the fuel injection hole into the combustion chamber, A plurality of groove portions provided at predetermined intervals in the circumferential direction on the wall surface, and gas with respect to a group of fuel droplets provided at predetermined intervals in the circumferential direction around the fuel injection holes and injected through the fuel injection holes A plurality of air ejection holes that inject and collide with each other, and the air ejection holes are out of phase with the groove so as to guide air to a region where the number density of fuel droplets ejected from the fuel ejection holes is low. and it is provided Te That.
(2)上記(1)において、好ましくは、前記空気噴出孔は、前記燃料噴出孔の周方向又は径方向の少なくともいずれかに傾斜していることを特徴とする。 In (2) above (1), good Mashiku, the air ejection holes is characterized in that inclined to at least one of the circumferential direction or radial direction of the fuel injection holes.
本発明によれば、燃料ノズルから噴射される燃料液滴群の外周部に周方向に濃淡を付与することができるので、燃料液滴の数密度の低い領域を介し、噴射した液体燃料液滴群の内側にも空気を十分に供給し燃料と空気の混合を促進することができる。 According to the present invention, since the outer peripheral portion of the fuel droplet group injected from the fuel nozzle can be shaded in the circumferential direction, the liquid fuel droplets injected through the region where the number density of the fuel droplets is low A sufficient amount of air can be supplied to the inside of the group to promote mixing of fuel and air.
以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図1は本発明のガスタービン燃料器用燃料ノズルを適用したガスタービンプラントの一構成例の概略構成図である。
図1に示したガスタービンプラントは、空気を圧縮して高圧の燃焼用空気を生成する圧縮機1と、この圧縮機1から導入される燃焼空気13と燃料とを混合して燃焼ガス14を生成する燃焼器3と、この燃焼器3で生成された燃焼ガス14が導入されるタービン2とを備えている。本例においてタービン2は一軸式のものであり圧縮機1及び発電機4に一体に連結されているが、二軸式のものを用いる場合もある。二軸式の場合はタービンの一方が圧縮機に、他方が発電機に連結される。また本例では負荷機器として発電機4を図示しているが、ポンプ等を用いる場合もある。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a configuration example of a gas turbine plant to which a fuel nozzle for a gas turbine fuel device according to the present invention is applied.
The gas turbine plant shown in FIG. 1 mixes a compressor 1 that compresses air to generate high-pressure combustion air,
上記燃焼器3は、燃焼ガスを生成する内筒7と、液体燃料を微粒化して噴射する燃料ノズル9と、燃焼空気13に旋回成分を付与する旋回器10と、燃焼器3を点火する点火栓11とを、外筒5及びエンドカバー6で密閉した圧力容器で構成されている。燃料ノズル9は内筒7の上流の軸中心位置に配置され、燃料ノズル9の周囲には拡散火炎16を保持するための旋回器10が設けられている。旋回器10の外周には、内筒7の上流側を密閉する内筒キャップ12が設けられている。
The
このような構成により、圧縮機1からの燃焼空気13は、外筒5と内筒7との間に形成された環状の空気流路を通り、内筒7の外周部壁面や内筒キャップ12に設けられた燃焼孔や冷却孔、或いは旋回器10等から内筒7の内部空間(燃焼室)に導入されて燃料と混合される。すると点火栓11によってその混合ガスが点火されて燃焼し、生成した燃焼ガス14がトランジションピース8を介してタービン2に供給され、その膨張仕事によりタービン2に軸動力が与えられる。タービン2の軸動力の一部は発電機4に伝達されて電気エネルギーに変換され、残りの軸動力は圧縮機1に伝達されて圧縮動力に利用される。
With such a configuration, the
燃焼器3への液体燃料は燃料タンク18に貯留されており、この粘流尾タンク18から燃料配管17を介して導かれる。燃料配管17には、燃料タンク18内の液体燃料を吐出し昇圧する昇圧ポンプ19、燃料の供給を遮断する燃料遮断弁22、供給燃料の流量を調節する流量調節弁21、供給燃料の流量を検出する燃料流量計23が設けられている。また燃料ポンプ19のバイパスラインには燃焼器3への供給燃料の圧力を調節する圧力調節弁20が設けられている。このような燃料供給系統によって、燃料ポンプ19で昇圧された液体燃料が圧力調節弁20で設定圧力に昇圧された後、流量調節弁21で設定流量に調整され、燃料遮断弁22、燃料流量計23を通過して燃料ノズル9に供給される。
The liquid fuel for the
ここで、図2(a)は一般的な一流体方式の燃料ノズルの概略構成を表す断面図、図2(b)は図2(a)中のA−A断面による断面図である。
図示した一流体方式の燃料ノズルは、主にノズルキャップ102、ノズルボディ103、ノズルチップ104で構成されている。燃料109はノズルボディ103及びノズルチップ104に設けられた燃料流路101,106を通り、ノズルキャップ102とノズルチップ104の間に形成された環状流路107に流入する。ノズルチップ104には環状流路107を流通する液体燃料109に旋回成分を付与する旋回器112が設けられている。環状流路107がノズルチップ104の前面側に回り込んで旋回室108に接続するが、旋回器112は旋回室108とこれと環状流路107とを接続する複数の旋回溝113によって構成されている。旋回溝113は、図2(b)に示すようにノズル軸方向から見て旋回室108に接線方向から接続するように設けられている。このような構成することにより液体燃料109は旋回室108内部で旋回流110を形成し、燃焼室に臨むようにノズルキャップ102の先端に穿設された噴出孔105を介し微粒化されて燃焼室に噴射される。噴出孔105から噴射された燃料液滴は、旋回成分の作用により噴射方向下流(図2(a)中右方向)に向かって拡開する円錐状の領域に燃料液滴群111を形成する。
Here, FIG. 2A is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a general one-fluid type fuel nozzle, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along a line AA in FIG.
The illustrated one-fluid type fuel nozzle mainly includes a
図3(a)は図2(a)及び図2(b)に示した燃料ノズルを搭載したガスタービン燃焼器の断面図、図3(b)は図3(a)に示したガスタービン燃焼器を燃焼室側から見た正面図である。
これらの図に示すように、一般に一流体方式の燃料ノズルでは、燃料に旋回成分を与えて噴射するため、燃料ノズル9から噴射された燃料液滴は遠心力の作用を受ける。したがって、燃料液滴は燃料液滴群111の外周側に数的に集中し、燃料液滴群111の外周側の空間的な数密度が高くなる傾向がある。
3A is a sectional view of the gas turbine combustor equipped with the fuel nozzle shown in FIGS. 2A and 2B, and FIG. 3B is the gas turbine combustion shown in FIG. 3A. It is the front view which looked at the vessel from the combustion chamber side.
As shown in these drawings, in a one-fluid type fuel nozzle, in general, a swirl component is given to the fuel for injection, so that the fuel droplets injected from the
通常、燃料ノズル9から噴射された液体燃料は、内筒7の外周部壁面や内筒キャップ12に設けられた空気孔115、旋回器10等から燃焼室に流入する燃焼空気と混合されて燃焼する。しかし前述したように、燃料液滴群111の外周部には、燃料液滴の空間的な数密度が高い高密度燃料液滴層116(図3(b)参照)が形成される。そのため、例えば空気孔115から流入する燃焼空気流114等は、高密度燃料液滴層116に阻害されて燃料液滴群111の内部の低密度燃料液滴層117まで到達し難い。したがって、低密度燃料液滴層117では空気不足から液体燃料と空気の混合が促進されず、煤塵発生量の増大に繋がる恐れがある。また燃料と空気の混合状態が不十分となれば燃料過濃領域が形成されるため、拡散火炎に局部的な高温領域が発生しNOx排出量を増加させる恐れもある。また低負荷燃焼時の燃焼効率が低下することも考えられ、COやTHC等の未燃分の排出を増加させる可能性もある。
Usually, the liquid fuel injected from the
図4(a)は本発明の第1の実施の形態に係る燃料ノズルの断面図、図4(b)は図4(a)中のB−B矢視部の部分拡大図、図4(c)は本発明の第1の実施の形態に係る燃料ノズルから噴射される液体燃料の模式図である。これらの図において先の各図と同様の部分には同符号を付して説明を省略する。
本実施の形態の燃料ノズルは、図4(b)に示すようにノズルキャップ102の先端に形成している円形の噴出孔201の内壁面に周方向に所定間隔で複数の溝部202を設けた点以外の点は図2(a)及び図2(b)に示した燃料ノズルとほぼ同様の構成である。これら溝部202は、燃料噴出孔201から燃焼室に噴射された燃料液滴の数密度に濃淡を付ける役割を果たす。
4 (a) is a cross-sectional view of the fuel nozzle according to the first embodiment of the present invention, FIG. 4 (b) is a partially enlarged view of the part taken along the line BB in FIG. 4 (a), and FIG. (c) is a schematic diagram of the liquid fuel injected from the fuel nozzle according to the first embodiment of the present invention. In these drawings, the same parts as those in the previous drawings are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
In the fuel nozzle of the present embodiment, a plurality of
一般に一流体燃料ノズルの微粒化機構は、図4(c)に示すように、液体燃料に強力な旋回成分を与えられるため、噴出孔201の内壁面に薄い液膜203が形成される。噴出孔201から噴射される際にこの液膜203が分裂し、微細な液滴となって燃焼室に噴出する。本実施の形態では、液膜203が形成される噴出孔201の内壁面に所定間隔で溝部202を設けている。これにより図4(c)に示すように、液膜203の溝部202に対応する部分には溝部202の深さ分だけ厚みを増した液膜206が形成される。したがって、液膜206が分裂して液滴となる箇所は燃料液滴群111の中でも液滴の数密度が高い領域204となる。
In general, as shown in FIG. 4C, the atomization mechanism of the one-fluid fuel nozzle gives a strong swirling component to the liquid fuel, so that a
燃料液滴の数密度が高い領域204は、溝部202の配置に対応して燃料液滴群111の外周部に複数形成され、これらの領域204の燃料液滴の密度が高くなる分だけ他の部分の燃料液滴の数密度が減少する。そのため、燃料液滴群111の外周部には燃料液滴の数密度が高い領域204と低い領域205が交互に形成され、燃料液滴群111の周方向に燃料液滴の数密度の濃淡が付くようになっている。
A plurality of
図5(a)は本発明の第1の実施の形態に係る燃料ノズルを搭載したガスタービン燃焼器の断面図、図5(b)は図5(a)に示したガスタービン燃焼器を燃焼室側から見た正面図である。これらの図において先の各図と同様の部分には同符号を付して説明を省略する。
図5(a)及び図5(b)に示すように、本実施の形態の燃料ノズルであれば、燃料液滴群111の周方向に燃料液滴の数密度の高い領域204と低い領域205を形成することがでるため、密度の低い領域205に向かって流入する燃焼空気207は燃料液滴111の内側の領域まで容易に到達する。さらに、燃料液滴の数密度が高い領域204にも周囲から燃焼空気206,207が供給されるため、燃料液滴をより多くの空気と接触させることができる。
FIG. 5A is a sectional view of the gas turbine combustor equipped with the fuel nozzle according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a combustion of the gas turbine combustor shown in FIG. It is the front view seen from the room side. In these drawings, the same parts as those in the previous drawings are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
As shown in FIGS. 5A and 5B, in the fuel nozzle according to the present embodiment, a
このようにして燃料ノズルから噴射される燃料液滴群の周方向に燃料液滴の空間的な数密度の濃淡を付与し、燃料液滴の数密度の低い領域に空気を積極的に供給することで、燃料と空気の混合を促進し煤塵の発生を抑制することができる。また、空気と燃料の混合が促進されることで燃料過濃領域の発生を抑えることができるので、拡散火炎の局部的な高温領域の形成を抑えることができ、NOxやCO、THC等の排出量の低減も期待できる。 In this way, a spatial number density density of the fuel droplets is given in the circumferential direction of the fuel droplet group injected from the fuel nozzle, and air is actively supplied to a region where the number density of the fuel droplets is low. Thus, it is possible to promote the mixing of fuel and air and suppress the generation of dust. Further, since the mixing of air and fuel is promoted, the generation of a fuel rich region can be suppressed, so that the formation of a local high temperature region of the diffusion flame can be suppressed, and NOx, CO, THC, etc. can be discharged. A reduction in the amount can also be expected.
図6(a)は本発明の第2の実施の形態に係る燃料ノズルの断面図、図6(b)は図6(a)中のC−C矢視部の部分拡大図である。これらの図において先の各図と同様の部分には同符号を付して説明を省略する。
本実施の形態の燃料ノズルは外周部に空気ノズルを備えている。この空気ノズルはノズルキャップ102の外周を覆うように空気ノズルボディ301を配置し、空気ノズルボディ301とノズルキャップ102の間に形成された空気流路302に空気が流通するようになっている。そして空気ノズルボディ301の先端には空気流路302を流通する空気を燃焼室に噴射する空気噴出孔303が設けられている。
FIG. 6A is a cross-sectional view of a fuel nozzle according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a partially enlarged view taken along the line CC in FIG. 6A. In these drawings, the same parts as those in the previous drawings are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
The fuel nozzle of the present embodiment has an air nozzle on the outer periphery. In this air nozzle, an
空気噴出孔303は、図6(b)に示すように、燃料噴出孔105の周囲を囲むようにして、燃料噴出孔105の周囲に周方向に所定間隔で複数箇所設けられている。これら空気噴出孔303から噴射された気体(空気)は燃料噴出孔105を介して噴射された燃料液滴群111に衝突し、これによって燃料噴出孔105から燃焼室に噴射された燃料液滴の数密度に濃淡が付くようになっている。その他の構成について、本実施の形態は図2(a)及び図2(b)の燃料噴射ノズルである。
As shown in FIG. 6B, the air ejection holes 303 are provided at a plurality of locations around the fuel ejection holes 105 at predetermined intervals in the circumferential direction so as to surround the fuel ejection holes 105. The gas (air) injected from the air injection holes 303 collides with the
本実施の形態において、外周部の空気ノズルには例えば別途設置した圧縮機(図示せず)等から供給し、その圧縮機からの圧縮空気304はノズルキャップ102と空気ノズルボディ301の間に形成される環状の空気流路302を通って複数の空気噴出孔303から燃料液滴群111に向かって噴射される。なお、空気ノズルの空気源としては、別途設置した圧縮機以外にも、例えば圧縮機1(図1参照)からの抽気空気や燃焼空気、空気以外の媒体(蒸気等)を用いることが考えられる。
In the present embodiment, for example, a compressor (not shown) provided separately is supplied to the outer peripheral air nozzle, and the
本実施の形態によれば、燃料噴出孔105から噴射した燃料液滴群111の外周部の高密度液滴層には、周方向に所定間隔で空気噴出孔303から噴射した高圧空気に吹き飛ばされる箇所が生じる。高圧空気に吹き飛ばされた箇所は燃料液滴の数密度が低下しているので周囲からの空気が流通し易くなる。さらに、空気噴出孔303から噴射された高圧空気が燃料液滴に衝突することにより、高圧空気のせん断力によって燃料液滴をさらに微粒化することもできる。
According to the present embodiment, the high-density droplet layer in the outer peripheral portion of the
このように、燃料液滴群111の周方向に燃料液滴の数密度の濃淡を付与することができるので第1の実施の形態と同様の効果を得ることができ、さらに図6(a)に示すように液滴の大きい領域305と小さい領域306を燃料液滴群111の周方向に交互に形成することができる。言うまでもなく燃料液滴の小さい領域306では液滴の慣性力が小さくなるため、より効果的に空気流を燃料液滴群111の内部に供給することが可能となる。また、空気噴出孔303からの空気流自体が燃料噴出孔105から噴出した燃料液滴と混合されるため、燃料と空気の混合性もより向上させることができる。
As described above, since the density of the number of fuel droplets can be given in the circumferential direction of the
なお、本実施の形態は空気噴出孔303の向きが燃焼器の軸方向に沿うように形成してあるが、例えば図7(a)に示したように、空気噴出孔303を燃料噴出孔105の軸中心に向けて燃料噴出孔105の径方向内向きに傾斜させることで、燃料液滴群111の中心部に向かって圧縮空気304を供給することができ、燃料と空気の混合をさらに促進することができる。また、図7(b)に示したように、燃料の旋回方向(矢印110参照)と逆向きの旋回成分が高圧空気307に与えられるように燃料噴出孔105の周方向に空気噴出孔303を傾斜させることで、燃料液滴と高圧空気を対向させることができるため、燃料液滴と高圧空気307の相対速度を大きくすることができ、さらなる微粒化促進の効果が期待される。勿論、図7(a)と図7(b)の構成を組み合わせて燃料噴出孔105の径方向及び周方向に空気噴出孔303を傾斜させることも考えられる。
In the present embodiment, the air ejection holes 303 are formed so that the direction of the air ejection holes 303 is along the axial direction of the combustor. For example, as shown in FIG. By inclining the
図8(a)は本発明の第3の実施の形態に係る燃料ノズルの断面図、図8(b)は図8(a)中のD−D矢視部の部分拡大図である。これらの図において先の各図と同様の部分には同符号を付して説明を省略する。
図8(a)及び図8(b)に示したように、本実施の形態の燃料ノズルは、前の第1及び第2の実施の形態を組合せた構成であり、燃料噴出孔201の内壁面に溝部202を設け、さらに図6(a)及び図6(b)と同容に燃料噴出孔201の周囲に空気噴出孔303を設けたもので、溝部202と空気噴出孔303は周方向に位相をずらして配置してある。
FIG. 8A is a cross-sectional view of a fuel nozzle according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a partially enlarged view of a DD arrow portion in FIG. 8A. In these drawings, the same parts as those in the previous drawings are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
As shown in FIGS. 8A and 8B, the fuel nozzle according to the present embodiment is a combination of the previous first and second embodiments. A
本実施の形態において、外周部に設けた空気ノズルに供給する空気401は、例えば燃焼器3に供給される燃焼空気13の一部を分岐して導くものとする。但し前の実施の形態と同様に別途設けた圧縮機を空気源としても良い。また空気噴出孔303は、図7(a)や図7(b)のように燃料噴出孔201の径方向又は周方向の少なくともいずれかに傾斜するように構成することも考えられる。その他の構成については、前の各実施の形態と同様である。
In the present embodiment, the
このように構成した燃料ノズルによれば、第1及び第2の実施の形態の効果を併せて得ることができる。それに加え、溝部202に対応して燃料液滴の数密度の低い領域204と高い領域205が生じるので、溝部202と位相をずらして空気噴出孔303を設けることで、燃料液滴の数密度の低い領域204に高圧空気が噴出される。そのため、より効率的に燃料液滴群111の内部に高圧空気を侵入させることができる。燃焼空気13の一部を分岐させて空気噴出孔303から噴出させる場合、空気流の貫通力を十分に確保することが難しいが、上記のように燃料密度を低下させたところに空気を噴射することにより、貫通力の小さい空気流でも効率良く燃料と混合させることができる。よって、専用の圧縮機を新たに設けずとも、圧縮機1からの圧縮空気を利用してシステムを構成し易いことも大きなメリットである。
According to the fuel nozzle configured as described above, the effects of the first and second embodiments can be obtained together. In addition, since a
3 燃焼器
9 燃料ノズル
105 燃料噴出孔
109 燃料
111 燃料液滴群
112 旋回器
201 燃料噴出孔
202 溝部
303 空気噴出孔
304 空気
401 空気
3
Claims (2)
液体燃料に旋回成分を与える旋回器と、
この旋回器により旋回成分を付与された液体燃料を燃焼室に噴出し微粒化する円形の燃料噴出孔と、
この燃料噴出孔から燃焼室に噴射された燃料液滴の数密度に濃淡を付ける手段であって、前記燃料噴出孔の内壁面に周方向に所定間隔で設けられた複数の溝部と、
前記燃料噴出孔の周囲に周方向に所定間隔で設けられ、前記燃料噴出孔を介して噴射された燃料液滴群に対して気体を噴射して衝突させる複数の空気噴出孔とを備え、
前記空気噴出孔は、前記燃料噴出孔から噴射された燃料液滴の数密度の低い領域に空気を導くように前記溝部と位相をずらして設けられていることを特徴とするガスタービン燃焼器用燃料ノズル。 In a fuel nozzle used in a liquid fuel-fired gas turbine combustor,
A swirler that imparts a swirl component to the liquid fuel;
A circular fuel injection hole for injecting and atomizing the liquid fuel to which the swirl component is imparted by the swirler;
A means for adding density to the number density of fuel droplets injected from the fuel injection holes into the combustion chamber, and a plurality of grooves provided at predetermined intervals in the circumferential direction on the inner wall surface of the fuel injection holes;
A plurality of air ejection holes that are provided around the fuel ejection holes at predetermined intervals in the circumferential direction and inject gas into and collide with a group of fuel droplets ejected through the fuel ejection holes;
The fuel for a gas turbine combustor, wherein the air ejection hole is provided out of phase with the groove so as to guide air to a region where the number density of fuel droplets injected from the fuel ejection hole is low nozzle.
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