JP4854613B2 - Combustion apparatus and gas turbine combustor - Google Patents

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本発明は、燃料と空気を複数の同軸噴流として燃焼室に供給して燃焼させる燃焼装置及びガスタービン燃焼器に係り、燃料と空気の混合を促進して窒素酸化物(NOx)の排出量を低減する燃焼装置及びガスタービン燃焼器に関する。   The present invention relates to a combustion apparatus and a gas turbine combustor for supplying fuel and air as a plurality of coaxial jets to a combustion chamber for combustion, and promotes mixing of fuel and air to reduce nitrogen oxide (NOx) emissions. The present invention relates to a reducing combustion apparatus and a gas turbine combustor.

近年、大気汚染物質の排出に関する規制は厳しくなってきており、燃焼装置、特に発電設備として使用されるガスタービン燃焼器においては、ガスタービン燃焼器から排出される排気ガス中に含まれる窒素酸化物(NOx)の排出量を低減させる様々な燃焼方式が研究されている。   In recent years, regulations on the emission of air pollutants have become stricter, and in a gas turbine combustor used as a combustion apparatus, particularly a power generation facility, nitrogen oxides contained in exhaust gas discharged from the gas turbine combustor Various combustion methods for reducing (NOx) emissions have been studied.

特開2003−148734号公報には燃料と空気とを同軸の噴流として燃焼室に供給して燃焼させる同軸噴流燃焼方式に関するガスタービン燃焼器に関する技術が開示されており、従来の予混合燃焼方式と比較して非常に短い距離で効果的に燃料と空気の混合を促進させて、NOxの排出量を低く抑えることが可能である。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-148734 discloses a technology related to a gas turbine combustor related to a coaxial jet combustion system in which fuel and air are supplied to a combustion chamber as a coaxial jet and burned. In comparison, it is possible to effectively promote the mixing of fuel and air at a very short distance, and to suppress the NOx emission amount to a low level.

特開2003−148734号公報JP 2003-148734 A

前記の特開2003−148734号公報に記載された同軸噴流方式のガスタービン燃焼器の技術では、燃料と空気との急速混合が可能であるためNOx排出量を低く抑える事が出来る。   In the coaxial jet type gas turbine combustor technology described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-148734, rapid mixing of fuel and air is possible, so that NOx emission can be kept low.

しかしながら、地球環境的な観点からガスタービン燃焼器から排出されるNOx排出量の環境規制値は年々厳しくなってきており、将来的には現在よりも更なるNOx排出量の低減が望まれている。   However, environmental regulations for NOx emissions from gas turbine combustors are becoming stricter year by year from the viewpoint of the global environment, and further reduction of NOx emissions is desired in the future. .

ここでNOx生成量はガスタービン燃焼器の燃焼室内に形勢される火炎の温度に大きく依存しており、火炎温度の上昇に伴なってNOx排出量は指数関数的に増大する。   Here, the NOx generation amount greatly depends on the temperature of the flame formed in the combustion chamber of the gas turbine combustor, and the NOx emission amount increases exponentially as the flame temperature rises.

このため、燃料と空気とを同軸の噴流として燃焼室に供給して燃焼させる同軸噴流方式を使用したとしても、燃料と空気とが良く混合されていない場合には、燃料と空気の予混合気内で局所的に燃料濃度が濃い領域が形成されることになる。   For this reason, even if a coaxial jet method is used in which fuel and air are supplied to the combustion chamber as a coaxial jet and burned, if the fuel and air are not well mixed, a premixed mixture of fuel and air is used. A region having a high fuel concentration is formed locally.

その結果、局所的に燃料濃度が濃い領域を形成した予混合気を燃焼させた場合に局所的に火炎温度が高くなってNOxの排出量が増加するので、上記したガスタービン燃焼器の技術ではNOx排出量を更に低減させることは困難であった。   As a result, when the premixed gas in which the fuel concentration is locally formed is burned, the flame temperature is locally increased and the amount of NOx emission is increased. It has been difficult to further reduce NOx emissions.

本発明の目的は、燃料と空気とを同軸の噴流として燃焼室に供給して燃焼させる同軸噴流燃焼方式のものにおいて、同軸に噴出させる燃料と空気とを均一に混合させて両者の混合度を高め、NOx排出量の大幅な低減を可能にした燃焼装置及び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 coaxial jet combustion system in which fuel and air are supplied to a combustion chamber as a coaxial jet and burned, and the fuel and air to be jetted coaxially are mixed uniformly so as to increase the degree of mixing between them. An object of the present invention is to provide a combustion apparatus and a gas turbine combustor which can be increased and greatly reduce NOx emissions.

本発明の燃焼装置は、燃料を噴出する複数の燃料噴射ノズルと、前記燃料噴射ノズルの下流部に配置されて該燃料と一次空気が混合した第一の混合気を噴出する複数の混合気噴射ノズルと、前記混合気噴射ノズルの下流側に配置されて該第一の混合気と二次空気が混合した第二の混合気を噴出する複数の空気孔を設けた空気孔プレートと、前記空気孔プレートに設けた空気孔の下流側に配置されて燃料と空気の混合気を燃焼させる燃焼室とを備え、前記混合気噴射ノズルはその中心軸が前記燃料噴射ノズルの中心軸と同軸上に配置して該燃料噴射ノズルから噴出される燃料の噴流の周囲を一次空気で包み込むようにしてこの混合気噴射ノズルに導入させ、前記空気孔プレートに設けた空気孔はその中心軸が前記混合気噴射ノズルの中心軸と同軸上に配置して、該混合気噴射ノズルから噴出される前記第一の混合気を、その内側に前記混合気噴射ノズルを備えた混合気ヘッダを設置したノズル外筒と、前記混合気ヘッダとの間に形成される流路で急拡大させ、前記第一の混合気の周囲を二次空気で包み込むようにして前記空気孔プレートの空気孔に導入させ、前記空気孔から燃焼室に前記第二の混合気を噴出させて燃焼させるように構成したことを特徴とする。
また本発明の燃焼装置は、燃料を噴出する複数の燃料噴射ノズルと、前記燃料噴射ノズルの下流部に配置されて該燃料と一次空気が混合した第一の混合気を噴出する複数の第一空気孔を設けた混合気ヘッダと、前記混合気ヘッダに設けた第一空気孔の下流側に配置されて該第一の混合気と二次空気が混合した第二の混合気を噴出する複数の第二空気孔を設けた空気孔プレートと、前記空気孔プレートに設けた第二空気孔の下流側に配置されて燃料と空気の混合気を燃焼させる燃焼室とを備え、前記混合気ヘッダに設けた第一空気孔はその中心軸が前記燃料噴射ノズルの中心軸と同軸上に配置して、該燃料噴射ノズルから噴出される燃料の噴流の周囲を一次空気で包み込むようにして前記混合気ヘッダの第一空気孔に導入させ、この第一空気孔から噴出される前記第一の混合気を、その内側に前記第一空気孔を設けた混合気ヘッダが設置されるノズル外筒と、前記混合気ヘッダとの間に形成される流路で急拡大させ、
前記空気孔プレートに設けた第二空気孔はその中心軸が前記第一空気孔の中心軸と同軸上に配置して該第一空気孔から噴出される前記第一の混合気の周囲を二次空気で包み込むようにして前記空気孔プレートの第二空気孔に導入させ、前記第二空気孔から燃焼室に前記第二の混合気を噴出させて燃焼させるように構成したことを特徴とする。
また本発明の燃焼装置は、燃料を噴出する複数の燃料噴射ノズルと、前記燃料噴射ノズルの下流部に配置されて該燃料と一次空気とが流入する複数の第一空気孔及びこの第一空気孔の下流側に該燃料と一次空気とが混合して第一の混合気を形成する部屋を形成した予混合ヘッダをそれぞれ備えた混合気へッダと、この混合気へッダに形成した該予混合ヘッダから該第一の混合気を噴出する混合気噴射ノズルと、前記混合気噴射ノズルの下流側に配置されて該第一の混合気と二次空気が混合した第二の混合気を噴出する複数の第二空気孔を設けた空気孔プレートと、前記空気孔プレートに設けた空気孔の下流側に配置されて燃料と空気の混合気を燃焼させる燃焼室とを備え、前記第一空気孔はその中心軸が前記燃料噴射ノズルの中心軸と同軸上に配置して該燃料噴射ノズルから噴出される燃料の噴流の周囲を一次空気で包み込むようにして前記混合気ヘッダの第一空気孔に導入させ、更にこの第一空気孔を経由して予混合ヘッダ内に流下した該燃料と一次空気の混合気を前記予混合ヘッダ内で急拡大させて第一の混合気を形成させて前記混合気噴射ノズルから噴出させ、該第一の混合気を、その内側に前記混合気噴射ノズルを備えた混合気ヘッダを設置したノズル外筒と、前記混合気ヘッダとの間に形成される流路で急拡大させ、前記空気孔プレートに設けた第二空気孔はその中心軸が前記混合気噴射ノズルの中心軸と同軸上に配置して前記混合気噴射ノズルから噴出される前記第一の混合気の周囲を二次空気で包み込むようにして前記空気孔プレートの第二空気孔に導入させ、前記第二空気孔から燃焼室に前記第二の混合気を噴出させて燃焼させるように構成したことを特徴とする
A combustion apparatus according to the present invention includes a plurality of fuel injection nozzles that eject fuel and a plurality of mixture injections that are disposed downstream of the fuel injection nozzle and eject a first air-fuel mixture in which the fuel and primary air are mixed. A nozzle, an air hole plate provided downstream of the air-fuel mixture injection nozzle, and provided with a plurality of air holes for ejecting a second air-fuel mixture in which the first air-fuel mixture and secondary air are mixed; and the air A combustion chamber for combusting a mixture of fuel and air disposed on the downstream side of the air hole provided in the hole plate, and the center axis of the mixture injection nozzle is coaxial with the center axis of the fuel injection nozzle An air hole provided in the air hole plate is arranged so that the periphery of the jet of fuel ejected from the fuel injection nozzle is wrapped in primary air so as to be surrounded by the primary air. Same as the central axis of the injection nozzle A nozzle outer cylinder in which an air-fuel mixture header provided with the air-fuel mixture injection nozzle is disposed inside the first air-fuel mixture ejected from the air-fuel mixture injection nozzle; and the air-fuel mixture header; Is rapidly expanded in a flow path formed between the first air- fuel mixture and the air around the first air- fuel mixture so as to be surrounded by secondary air and introduced into the air holes of the air hole plate. It is characterized in that the second air-fuel mixture is jetted and burned.
Further, the combustion apparatus of the present invention includes a plurality of fuel injection nozzles for ejecting fuel, and a plurality of first fuel injectors that are disposed downstream of the fuel injection nozzle and eject a first air-fuel mixture in which the fuel and primary air are mixed. A plurality of air-fuel mixture headers provided with air holes, and a plurality of air-fuel mixture headers arranged on the downstream side of the first air holes provided in the air-fuel mixture header and ejecting a second air-fuel mixture mixed with the first air-fuel mixture and secondary air An air hole plate provided with a second air hole, and a combustion chamber disposed on the downstream side of the second air hole provided in the air hole plate and combusting a fuel / air mixture. The first air hole provided in the central axis of the fuel injection nozzle is arranged coaxially with the central axis of the fuel injection nozzle, and the mixing is performed so as to wrap around the fuel jet ejected from the fuel injection nozzle with primary air. This first air hole is introduced into the first air hole of the air header. The first air-fuel mixture ejected from the nozzle is abruptly passed through a flow path formed between the nozzle outer cylinder in which the air-fuel mixture header provided with the first air hole is installed and the air-fuel mixture header. Enlarge,
The second air hole provided in the air hole plate has a central axis coaxially arranged with the central axis of the first air hole, and the second air hole is disposed around the first air-fuel mixture ejected from the first air hole. It is configured to be introduced into the second air hole of the air hole plate so as to be enveloped by the secondary air, and to be burned by injecting the second air-fuel mixture from the second air hole into the combustion chamber. .
The combustion apparatus of the present invention includes a plurality of fuel injection nozzles for ejecting fuel, a plurality of first air holes arranged downstream of the fuel injection nozzle and into which the fuel and primary air flow and the first air. A gas mixture header provided with a premix header in which a chamber in which the fuel and primary air are mixed to form a first gas mixture is formed downstream of the hole, and the gas mixture header is formed in the gas mixture header. An air-fuel mixture injection nozzle that ejects the first air-fuel mixture from the premix header, and a second air-fuel mixture that is disposed downstream of the air-fuel mixture injection nozzle and in which the first air-fuel mixture and secondary air are mixed An air hole plate provided with a plurality of second air holes for ejecting gas, and a combustion chamber disposed downstream of the air holes provided in the air hole plate and combusting a fuel-air mixture. One air hole has a central axis coaxial with the central axis of the fuel injection nozzle. And surrounding the jet of fuel ejected from the fuel injection nozzle with the primary air so as to be introduced into the first air hole of the mixture header, and further through the first air hole, the premix header The fuel / primary air mixture flowing down into the premixing header is rapidly expanded to form a first mixture and ejected from the mixture injection nozzle. A second air hole provided in the air hole plate, which is rapidly expanded in a flow path formed between a nozzle outer cylinder having an air-fuel mixture header provided with the air-fuel mixture injection nozzle and the air-fuel mixture header. The air hole plate is arranged so that its central axis is coaxial with the central axis of the air-fuel mixture injection nozzle so as to wrap around the first air-fuel mixture ejected from the air-fuel mixture injection nozzle with secondary air And introduced into the second air hole of the Two to the air hole is ejected the second mixture in the combustion chamber, characterized by being configured to burn with.

本発明のガスタービンは、燃料を噴出する複数の燃料噴射ノズルと、前記燃料噴射ノズルの下流部に配置されて該燃料と圧縮機で圧縮された高圧空気の一部である一次空気が混合した第一の混合気を噴出する複数の混合気噴射ノズルと、前記混合気噴射ノズルの下流側に配置されて該第一の混合気と該圧縮機で圧縮された高圧空気の一部である二次空気が混合した第二の混合気を噴出する複数の空気孔を設けた空気孔プレートと、前記空気孔プレートに設けた空気孔の下流側に配置されて燃料と空気の混合気を燃焼させる燃焼室とを備え、前記混合気噴射ノズルはその中心軸が前記燃料噴射ノズルの中心軸と同軸上に配置して該燃料噴射ノズルから噴出される燃料の噴流の周囲を一次空気で包み込むようにしてこの混合気噴射ノズルに導入させ、前記空気孔プレートに設けた空気孔はその中心軸が前記混合気噴射ノズルの中心軸と同軸上に配置して、該混合気噴射ノズルから噴出される前記第一の混合気を、その内側に前記混合気噴射ノズルを備えた混合気ヘッダを設置したノズル外筒と、前記混合気ヘッダとの間に形成される流路で急拡大させ、前記第一の混合気の周囲を二次空気で包み込むようにして前記空気孔プレートの空気孔に導入させ、前記空気孔から燃焼室に前記第二の混合気を噴出させて燃焼させるように構成したことを特徴とする。
また本発明のガスタービンは、燃料を噴出する複数の燃料噴射ノズルと、前記燃料噴射ノズルの下流部に配置されて該燃料と圧縮機で圧縮された高圧空気の一部である一次空気が混合した第一の混合気を噴出する複数の第一空気孔を設けた混合気ヘッダと、前記混合気ヘッダに設けた第一空気孔の下流側に配置されて該第一の混合気と該圧縮機で圧縮された高圧空気の一部である二次空気が混合した第二の混合気を噴出する複数の第二空気孔を設けた空気孔プレートと、前記空気孔プレートに設けた第二空気孔の下流側に配置されて燃料と空気の混合気を燃焼させる燃焼室とを備え、前記混合気ヘッダに設けた第一空気孔はその中心軸が前記燃料噴射ノズルの中心軸と同軸上に配置して、該燃料噴射ノズルから噴出される燃料の噴流の周囲を一次空気で包み込むようにしてこの第一空気孔に導入させ、更にこの第一空気孔から噴出される前記第一の混合気を、その内側に前記第一空気孔を設けた混合気ヘッダが設置されるノズル外筒と、前記混合気ヘッダとの間に形成される流路で急拡大させ、前記空気孔プレートに設けた第二空気孔はその中心軸が前記第一空気孔の中心軸と同軸上に配置して該第一空気孔から噴出される前記第一の混合気の周囲を二次空気で包み込むようにして前記空気孔プレートの第二空気孔に導入させ、前記第二空気孔から燃焼室に前記第二の混合気を噴出させて燃焼させるように構成したことを特徴とする
In the gas turbine of the present invention, a plurality of fuel injection nozzles for ejecting fuel and primary air that is a part of high-pressure air that is disposed downstream of the fuel injection nozzle and compressed by the compressor are mixed. A plurality of air-fuel mixture injection nozzles for ejecting the first air-fuel mixture; and a part of high-pressure air that is disposed downstream of the air-fuel mixture injection nozzle and compressed by the first air-fuel mixture and the compressor An air hole plate provided with a plurality of air holes for ejecting the second air-fuel mixture mixed with the secondary air, and disposed on the downstream side of the air holes provided in the air hole plate to burn the fuel / air mixture A combustion chamber, and the air-fuel mixture injection nozzle has a central axis disposed coaxially with the central axis of the fuel injection nozzle so as to wrap around the fuel jet ejected from the fuel injection nozzle with primary air. Introduced into the lever The air hole provided in the air hole plate has a central axis coaxially arranged with the central axis of the air-fuel mixture injection nozzle, and the first air-fuel mixture ejected from the air-fuel mixture injection nozzle is disposed inside the air hole. The nozzle outer cylinder having the gas mixture header provided with the gas mixture injection nozzle is rapidly expanded in a flow path formed between the gas mixture header and the secondary air around the first gas mixture The second air-fuel mixture is introduced into the air holes of the air hole plate so as to be encased, and the second air-fuel mixture is ejected from the air holes into the combustion chamber for combustion.
Further, the gas turbine according to the present invention mixes a plurality of fuel injection nozzles for ejecting fuel, and primary air that is disposed at a downstream portion of the fuel injection nozzle and is a part of high-pressure air compressed by the compressor. An air-fuel mixture header provided with a plurality of first air holes for ejecting the first air-fuel mixture, and the first air-fuel mixture and the compression disposed on the downstream side of the first air hole provided in the air-fuel mixture header An air hole plate provided with a plurality of second air holes for ejecting a second air-fuel mixture mixed with secondary air that is part of the high-pressure air compressed by the machine, and second air provided on the air hole plate A combustion chamber disposed on the downstream side of the hole and combusting a mixture of fuel and air, and the first air hole provided in the mixture header has a central axis coaxial with the central axis of the fuel injection nozzle Around the jet of fuel ejected from the fuel injection nozzle An air-fuel mixture header is provided in which the first air-fuel mixture is introduced into the first air hole so as to be enveloped by the secondary air, and the first air-hole is further ejected from the first air hole. The second air hole provided in the air hole plate has a central axis that is the central axis of the first air hole. The second air hole is arranged on the same axis and introduced into the second air hole of the air hole plate so as to surround the first air-fuel mixture ejected from the first air hole with secondary air. The second air-fuel mixture is jetted into the combustion chamber and burned .

本発明によれば、燃料と空気とを同軸の噴流として燃焼室に供給して燃焼させる同軸噴流燃焼方式のものにおいて、同軸に噴出させる燃料と空気とを均一に混合させて両者の混合度を高め、NOx排出量の大幅な低減を可能にした燃焼装置及びガスタービン燃焼器が実現できるAccording to the present invention, fuel and in the air that the coaxial injection flow combustion method for burning is supplied to the combustion chamber as a coaxial jet, both degree of mixing uniformly mixed fuel and air jetting coaxially And a combustion apparatus and a gas turbine combustor that can significantly reduce NOx emissions can be realized .

本発明の実施例である燃焼装置として、ガスタービン燃焼器に適用した場合について図面を参照して以下に説明する。   A case where the present invention is applied to a gas turbine combustor as a combustion apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本発明の一実施例である燃焼装置として、ガスタービン燃焼器に適用した実施例について図1を用いて説明する。   As a combustion apparatus according to an embodiment of the present invention, an embodiment applied to a gas turbine combustor will be described with reference to FIG.

図1は燃料と空気との同軸噴流燃焼方式を適用した本発明の一実施例であるガスタービン燃焼器を備えたガスタービン発電装置の全体概略図である。   FIG. 1 is an overall schematic view of a gas turbine power generator equipped with a gas turbine combustor which is an embodiment of the present invention to which a coaxial jet combustion system of fuel and air is applied.

図1においてガスタービン発電装置を構成する主要機器として、空気を圧縮する圧縮機110と、この圧縮機110で圧縮された高圧空気と燃料とを同軸噴流にして燃焼室に供給し燃焼させるガスタービン燃焼器1と、このガスタービン燃焼器1で燃焼して発生した高温の燃焼ガスによって駆動されるタービン200と、このタービン200の駆動によって回転して発電する発電機210が備えられている。   In FIG. 1, as main equipment constituting the gas turbine power generation apparatus, a compressor 110 that compresses air, and a high-pressure air compressed by the compressor 110 and fuel are supplied as a coaxial jet to a combustion chamber and burned. A combustor 1, a turbine 200 driven by high-temperature combustion gas generated by combustion in the gas turbine combustor 1, and a generator 210 that rotates and generates electric power by driving the turbine 200 are provided.

空気圧縮機110は大気を圧縮して高圧空気120を生成し、この高圧空気120はディフューザ130を経由して車室140に導入される。   The air compressor 110 compresses the atmosphere to generate high-pressure air 120, and the high-pressure air 120 is introduced into the passenger compartment 140 via the diffuser 130.

この高圧空気120は、更に尾筒150と尾筒150の外周に設置された尾筒フロースリーブ151との間に形成された流路を経由して、ガスタービン燃焼器1を構成するライナ160とライナ160の外周に同心円状に配置された外筒161との間に形成された流路に流入する。   The high-pressure air 120 further passes through a flow path formed between the transition piece 150 and the transition piece flow sleeve 151 installed on the outer periphery of the transition piece 150, and the liner 160 constituting the gas turbine combustor 1. It flows into the flow path formed between the outer cylinder 161 concentrically arranged on the outer periphery of the liner 160.

そして前記高圧空気120は前記流路の下流側で流れの方向を反転させ、空気孔プレート31に設けられた空気孔30から燃焼室190の内部に導入される。   The high-pressure air 120 reverses the flow direction downstream of the flow path and is introduced into the combustion chamber 190 from the air holes 30 provided in the air hole plate 31.

一方、ガスタービン燃焼器1に燃料40を供給する燃料系統180には燃料ポンプ181と流量調節弁182が設置されており、この燃料ポンプ181で昇圧されて流量調節弁182によって流量を調節された燃料40が、ガスタービン燃焼器1の内部に設置された燃料噴射ノズル10から噴出される。   On the other hand, the fuel system 180 that supplies the fuel 40 to the gas turbine combustor 1 is provided with a fuel pump 181 and a flow rate control valve 182, and the pressure is increased by the fuel pump 181 and the flow rate is adjusted by the flow rate control valve 182. The fuel 40 is ejected from a fuel injection nozzle 10 installed inside the gas turbine combustor 1.

燃料噴射ノズル10と空気孔30付近の構造は、図2で説明する。   The structure in the vicinity of the fuel injection nozzle 10 and the air hole 30 will be described with reference to FIG.

空気孔30から噴出した混合気は、ライナ160の内部に形成するガスタービン燃焼器1の燃焼室190内に空気孔17230から供給されて燃焼し、燃焼室190内で火炎を形成して高温高圧の燃焼ガス191を生成する。   The air-fuel mixture ejected from the air hole 30 is supplied from the air hole 17230 into the combustion chamber 190 of the gas turbine combustor 1 formed inside the liner 160 and burns, and forms a flame in the combustion chamber 190 to form a high temperature and high pressure. The combustion gas 191 is generated.

このようにガスタービン燃焼器1の燃焼室190で生成された高温高圧の燃焼ガス191は尾筒150の内部を流下してタービン200に駆動流体として導入される。   The high-temperature and high-pressure combustion gas 191 generated in the combustion chamber 190 of the gas turbine combustor 1 flows down through the tail cylinder 150 and is introduced into the turbine 200 as a driving fluid.

タービン200では、高温高圧の燃焼ガス191が断熱膨張する際に発生する仕事量を軸回転力に転換することにより、発電機210を駆動して電気出力を得ている。   In the turbine 200, the electric power is obtained by driving the generator 210 by converting the work generated when the high-temperature and high-pressure combustion gas 191 adiabatically expands into the shaft rotational force.

圧縮機110と発電機210は、タービン200と共通の1本のロータ軸で互いに連結された1軸の構造となっている。   The compressor 110 and the generator 210 have a single-shaft structure connected to each other by a single rotor shaft common to the turbine 200.

但し、圧縮機110とタービン200とを連結するロータ軸と、タービン200と発電機210とを連結するロータ軸とが別軸となる2軸の構造であってもよい。   However, the structure may be a two-axis structure in which the rotor shaft that connects the compressor 110 and the turbine 200 and the rotor shaft that connects the turbine 200 and the generator 210 are separate axes.

また、図1に示した燃料系統180では1つの系統として示されているが、燃料系統180が複数の系統に分かれてガスタービン燃焼器に備えられた複数の燃料ヘッダに供給する構成のマルチバーナ構造のガスタービン燃焼器であっても良い。   Further, although shown as one system in the fuel system 180 shown in FIG. 1, the multi-burner having a configuration in which the fuel system 180 is divided into a plurality of systems and is supplied to a plurality of fuel headers provided in the gas turbine combustor. A gas turbine combustor having a structure may be used.

また一般に火力発電所等で広く使用されているガスタービン発電装置では、ロータ軸の周りにガスタービン燃焼器が放射状に複数缶配列された構造となっている。   In general, a gas turbine power generator widely used in a thermal power plant or the like has a structure in which a plurality of gas turbine combustors are radially arranged around a rotor shaft.

次に図2を用いて図1に示したガスタービン発電装置に適用されている本発明の実施例であるガスタービン燃焼器1の部分構造について説明する。   Next, a partial structure of the gas turbine combustor 1 which is an embodiment of the present invention applied to the gas turbine power generator shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.

図2(a)は、ガスタービン燃焼器1に設置された燃料噴射ノズル10と混合気噴射ノズル20及び空気孔30の周辺部分を拡大した部分断面図であり、図2(b)は図2(a)のA−A方向の矢視図である。   FIG. 2A is a partial cross-sectional view in which the peripheral portions of the fuel injection nozzle 10, the mixture injection nozzle 20 and the air hole 30 installed in the gas turbine combustor 1 are enlarged, and FIG. It is an arrow view of the AA direction of (a).

図2(a)及び図2(b)に示されたガスタービン燃焼器1の内部には、ノズル外筒2の内側に、燃料40を噴射する複数の燃料噴射ノズル10を備えた燃料ヘッダ11と、この燃料ヘッダ11の下流側に設置されて、前記燃料噴射ノズル10から噴射された燃料40と一次空気41とを同軸状にして噴射する複数の混合気噴射ノズル20を備えた混合気ヘッダ21とを備える。   A fuel header 11 having a plurality of fuel injection nozzles 10 for injecting fuel 40 inside the nozzle outer cylinder 2 inside the gas turbine combustor 1 shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). And an air-fuel mixture header provided with a plurality of air-fuel mixture injection nozzles 20 that are installed on the downstream side of the fuel header 11 and inject the fuel 40 injected from the fuel injection nozzle 10 and the primary air 41 coaxially. 21.

また、この混合気ヘッダ21の下流側に設置されて複数の空気孔30を備えると共に燃焼室190に面して配置された空気孔プレート31と、この空気孔プレート31の空気孔30から噴射された燃料と空気との混合気を燃焼させる燃焼室190をその内側に形成する円筒形状のライナ160とを備える。   Further, the air hole plate 31 is provided on the downstream side of the air-fuel mixture header 21 and includes a plurality of air holes 30 and is disposed facing the combustion chamber 190, and the air hole plate 31 is injected from the air holes 30. And a cylindrical liner 160 that forms a combustion chamber 190 for burning an air-fuel mixture of fuel and air.

そして、前記燃料噴射ノズル10、混合気噴射ノズル20、及び空気孔30の各中心軸は同軸線上に位置するようにそれぞれ配列されている。   The central axes of the fuel injection nozzle 10, the air-fuel mixture injection nozzle 20, and the air hole 30 are arranged so as to be positioned on the same axis.

燃料40は燃料ヘッダ11に複数個設置された燃料噴射ノズル10から、同じく複数個設置された混合気噴射ノズル20の孔の中心に向かって同軸方向に燃料の噴流としてそれぞれ噴射される。   The fuel 40 is injected from the fuel injection nozzles 10 installed in the fuel header 11 as fuel jets in the same direction toward the center of the holes of the mixture injection nozzles 20 installed in the same manner.

これらの複数の燃料噴射ノズル10からそれぞれ噴射された燃料40の噴流は、燃料40の周囲を包み込むようにして混合気噴射ノズル20の孔に供給される一次空気41と共に混合気噴射ノズル20の孔の内部に供給されて燃料と空気との同軸噴流を形成するので、前記混合気噴射ノズル20の孔の内部にて燃料と空気とが混合した同軸噴流の混合気が形成される。   The jets of the fuel 40 respectively injected from the plurality of fuel injection nozzles 10, together with the primary air 41 supplied to the holes of the mixture injection nozzle 20 so as to wrap around the fuel 40, are holes in the mixture injection nozzle 20. Is formed into a coaxial jet of fuel and air, so that a coaxial jet mixture in which fuel and air are mixed is formed inside the hole of the mixture injection nozzle 20.

前記混合気噴射ノズル20の孔の内部にて形成された燃料と空気とが混合した同軸噴流の混合気は、混合気噴射ノズル20の孔から下流側に噴出される。   An air-fuel mixture of a coaxial jet formed by mixing fuel and air formed inside the hole of the air-fuel mixture injection nozzle 20 is ejected downstream from the hole of the air-fuel mixture injection nozzle 20.

混合気は、混合気噴射ノズル20の出口から下流側に噴出された際に同軸噴流の混合気の流れが急拡大するので、混合気の流れに乱れが発生し、燃料40と一次空気41との混合が促進される。   When the air-fuel mixture is ejected from the outlet of the air-fuel mixture injection nozzle 20 to the downstream side, the flow of the air-fuel mixture in the coaxial jet rapidly expands, so that the turbulence occurs in the air-fuel mixture, and the fuel 40, the primary air 41, Is promoted.

更に空気孔プレート31に設けた空気孔30の中心に向かって噴出された前記燃料40と一次空気41との混合気は、その混合気を周囲から包み込むようにして供給される二次空気42と共に空気孔30に導入されて前記混合気と二次空気42との同軸噴流を形成する。   Further, the mixture of the fuel 40 and the primary air 41 ejected toward the center of the air hole 30 provided in the air hole plate 31 together with the secondary air 42 supplied so as to wrap the mixture from the surroundings. It is introduced into the air hole 30 to form a coaxial jet of the air-fuel mixture and the secondary air 42.

この空気孔30の孔内で、前記燃料40と一次空気41との混合気は二次空気42によって更に混合されて希薄な混合気となる。   Within the air hole 30, the air-fuel mixture of the fuel 40 and the primary air 41 is further mixed by the secondary air 42 to become a lean air-fuel mixture.

そして、この更に混合された希薄な混合気は空気孔30の孔の出口から下流側の燃焼室内190に噴出される。   The further mixed lean air-fuel mixture is ejected from the outlet of the air hole 30 into the combustion chamber 190 on the downstream side.

希薄な混合気は、燃焼室190内に噴出された際に流れが急拡大するので、前記希薄な混合気の流れに乱れが発生する。   When the lean air-fuel mixture is ejected into the combustion chamber 190, the flow rapidly expands, so that the flow of the lean air-fuel mixture is disturbed.

この結果、希薄な混合気と二次空気42との混合が更に促進されて希薄で均一な混合気が形成されることになる。   As a result, the mixture of the lean air-fuel mixture and the secondary air 42 is further promoted to form a lean and uniform air-fuel mixture.

そして、前記燃焼室190に導入された同軸噴流の希薄で均一な予混合気はこの燃焼室190内で燃焼する。   The lean and uniform premixed gas of the coaxial jet introduced into the combustion chamber 190 burns in the combustion chamber 190.

この希薄で均一な予混合気では局所的に燃料濃度が濃い領域の生成が抑制されていることから、燃焼させた場合にも局所的な高温場を発生させることなく燃焼室190内に良好な火炎を形成して均一な高温高圧の燃焼ガス191を生成させることが出来る。   Since this lean and uniform premixed gas suppresses the generation of a region where the fuel concentration is locally high, it is excellent in the combustion chamber 190 even when it is burned without generating a local high temperature field. A uniform high temperature and pressure combustion gas 191 can be generated by forming a flame.

本実施例の燃焼装置における同軸噴流混合気の混合度を可視化試験により計測した結果を図8に示す。   FIG. 8 shows the result of measuring the degree of mixing of the coaxial jet mixture in the combustion apparatus of this example by a visualization test.

図8に示す燃焼装置における同軸噴流混合度の可視化試験では、燃料40を噴射する燃料噴射ノズル10の軸心と、空気を流入させる空気孔30の中心軸とが同軸となる同軸状に配置して、燃料噴射ノズル10から燃料40の噴流を空気孔30に供給して前記空気孔30の孔の内部にて燃料と空気とが混合した同軸噴流の混合気を形成する場合の組み合せによる同軸噴流混合気の燃料濃度の試験結果である。   In the visualization test of the coaxial jet mixing degree in the combustion apparatus shown in FIG. 8, the axial center of the fuel injection nozzle 10 that injects the fuel 40 and the central axis of the air hole 30 through which air flows are arranged coaxially. Thus, the coaxial jet flow is a combination of the case where the jet of the fuel 40 is supplied from the fuel injection nozzle 10 to the air hole 30 to form a mixture of the coaxial jet in which the fuel and air are mixed inside the air hole 30. It is a test result of the fuel concentration of an air-fuel mixture.

図8において、グラフ横軸の数値は空気孔30の空気孔入口から空気孔出口の下流方向に向かう距離(以降、Xと表記)を空気孔30の内径(以降、φDと表記)で割った値であり、縦軸は前記空気孔入口から空気孔出口に至る空気孔30の各断面に於ける燃料と空気とが混合した混合気の混合度を示す最大燃料濃度値を標準化して示したものである。   In FIG. 8, the numerical value on the horizontal axis of the graph is obtained by dividing the distance from the air hole inlet of the air hole 30 toward the downstream side of the air hole outlet (hereinafter referred to as X) by the inner diameter of the air hole 30 (hereinafter referred to as φD). The vertical axis represents the standardized maximum fuel concentration value indicating the degree of mixture of the mixture of fuel and air in each cross section of the air hole 30 from the air hole inlet to the air hole outlet. Is.

ここで、図8に示した最大燃料濃度値では縦軸の値が低いほど燃料と空気とが良く混合されていることを示している。   Here, the maximum fuel concentration value shown in FIG. 8 indicates that the lower the value on the vertical axis, the better the fuel and air are mixed.

図8に示した同軸噴流混合度の可視化試験の結果からは、燃料と空気は空気孔に導入された直後のX/φD=0.5付近から燃料と空気との混合が始まり、空気孔出口に向かって燃料と空気との混合が促進されることをしている。   From the result of the visualization test of the coaxial jet mixing degree shown in FIG. 8, the mixing of the fuel and the air starts near X / φD = 0.5 immediately after the fuel and the air are introduced into the air hole, and the air hole outlet The mixing of fuel and air is promoted toward

即ち、図8に示されたものでは、燃料噴射ノズル10から噴射された燃料40の噴流は、燃料40の周囲を包み込むようにして供給される空気と共に空気孔30の孔に供給されて燃料と空気との同軸噴流を形成するので、前記空気孔30の内部にて燃料と空気とが混合した同軸噴流の混合気が形成される。   In other words, in the case shown in FIG. 8, the jet of the fuel 40 injected from the fuel injection nozzle 10 is supplied to the hole of the air hole 30 together with the air supplied so as to wrap around the fuel 40 and the fuel. Since a coaxial jet with air is formed, an air-fuel mixture of a coaxial jet in which fuel and air are mixed is formed inside the air hole 30.

またこの同軸噴流の混合気は、空気孔30の空気孔出口から下流側に噴出され、噴出された際にこの同軸噴流の混合気の流れが空気孔出口の下流側で急拡大するので混合気の流れに乱れが発生し、燃料と空気の混合が更に促進される。   Further, the air-fuel mixture of the coaxial jet is ejected to the downstream side from the air hole outlet of the air hole 30, and when the air-fuel mixture is ejected, the flow of the air-fuel mixture of the coaxial jet rapidly expands downstream of the air hole outlet. Disturbance occurs in the flow of the fuel, and the mixing of fuel and air is further promoted.

つまり、燃料噴射ノズル10と空気孔30の軸心とを同軸状に配置して同軸噴流を形成することによって、燃料噴流は空気孔の内部での燃料と空気との同軸噴流の混合促進効果と、空気孔出口から混合気が噴出した際の該混合気の流れの急拡大による混合促進効果の2つの効果を得るものである。   That is, by arranging the fuel injection nozzle 10 and the axial center of the air hole 30 coaxially to form a coaxial jet, the fuel jet has the effect of promoting the mixing of the coaxial jet of fuel and air inside the air hole. Two effects of the mixing promotion effect by the rapid expansion of the flow of the air-fuel mixture when the air-fuel mixture is ejected from the air hole outlet are obtained.

この図8に示した同軸噴流混合気の混合度の可視化試験の結果を外挿して、図2に示した本発明の実施例である燃焼装置であるガスタービン燃焼器の構造に基づいた燃料と空気の混合度を予測した結果を図9に示す。   The result of the visualization test of the mixing degree of the coaxial jet mixture shown in FIG. 8 is extrapolated, and the fuel based on the structure of the gas turbine combustor which is the combustion apparatus according to the embodiment of the present invention shown in FIG. The result of predicting the degree of air mixing is shown in FIG.

図9の燃料と空気の混合度を予測したグラフは図8の同軸噴流混合気の混合度の可視化試験のグラフに基づいて予測した同軸噴流混合気の混合度を示すグラフである。   9 is a graph showing the mixing degree of the coaxial jet mixture predicted based on the graph of the visualization test of the mixing degree of the coaxial jet mixture in FIG.

グラフ横軸の数値は混合気噴射ノズル20の空気孔入口から空気孔出口の下流方向に向かう距離Xであって、このうちグラフ左側の横軸はXを混合気噴射ノズル20の内径(φDn)で割った値で、グラフ右側の横軸はXを空気孔プレート31の空気孔30の内径(φD)で割った値である。   The numerical value on the horizontal axis of the graph is the distance X from the air hole inlet of the air-fuel mixture injection nozzle 20 toward the downstream direction of the air hole outlet, and the horizontal axis on the left side of the graph represents X as the inner diameter (φDn) of the air-fuel mixture injection nozzle 20 The horizontal axis on the right side of the graph is a value obtained by dividing X by the inner diameter (φD) of the air hole 30 of the air hole plate 31.

この図9に示した燃料と空気の混合度の予測結果に示されたように、図2に記載された本発明の実施例であるガスタービン燃焼器の構造では、まず、燃料噴射ノズル10から噴射された燃料40の噴流は、この燃料40の周囲を包み込むようにして供給される一次空気41と共に混合気噴射ノズル20の孔に供給されて燃料40の噴流と一次空気41との同軸噴流を形成するので、前記混合気噴射ノズル20の孔の内部にて燃料40と一次空気41とが混合した同軸噴流の混合気が形成される。   As shown in the prediction result of the degree of mixing of fuel and air shown in FIG. 9, in the structure of the gas turbine combustor according to the embodiment of the present invention shown in FIG. The jet of the injected fuel 40 is supplied to the hole of the air-fuel mixture injection nozzle 20 together with the primary air 41 supplied so as to wrap around the periphery of the fuel 40, and a coaxial jet of the fuel 40 and the primary air 41 is formed. As a result, an air-fuel mixture of a coaxial jet in which the fuel 40 and the primary air 41 are mixed is formed inside the hole of the air-fuel mixture injection nozzle 20.

更に前記混合気噴射ノズル20から噴出された混合気の噴流は、この混合気の周囲を包み込むようにして供給される二次空気42と共に前記混合気噴射ノズル20の下流側に設置された空気孔プレート31の空気孔30の孔に供給されて混合気と二次空気42との同軸噴流を形成するので、前記空気孔30の孔の内部にて混合気と二次空気42とが混合した同軸噴流の混合気が形成される。   Furthermore, the jet of the air-fuel mixture ejected from the air-fuel mixture injection nozzle 20 and the secondary air 42 supplied so as to wrap around the air-fuel mixture are air holes installed on the downstream side of the air-fuel mixture injection nozzle 20. Since it is supplied to the hole of the air hole 30 of the plate 31 to form a coaxial jet of the air-fuel mixture and the secondary air 42, the coaxial air-fuel mixture and the secondary air 42 are mixed inside the hole of the air hole 30. A jet mixture is formed.

そして前記空気孔30の空気孔出口から下流側の燃焼室190に噴出される際にこの二次空気42と混合した同軸噴流の混合気の流れは急拡大するので混合気の流れに乱れが発生し、燃料と空気の混合が更に促進される。   When the jet of air from the outlet of the air hole 30 is jetted into the combustion chamber 190 on the downstream side, the flow of the air-fuel mixture of the coaxial jet mixed with the secondary air 42 rapidly expands, so that the flow of the air-fuel mixture is disturbed. In addition, the mixing of fuel and air is further promoted.

つまり、燃料噴射ノズル10と、混合気噴射ノズル20と、空気孔30の各軸心をそれぞれ同軸状に配置して、燃料と一次空気及び二次空気との同軸噴流を形成することによって、燃料噴流は混合気噴射ノズル20の内部及び空気孔30の内部で燃料と空気との同軸噴流の混合促進効果と、混合気噴射ノズル20の出口及び空気孔30の出口から燃料と空気との混合気がそれぞれ下流側に噴出した際の混合気の流れの急拡大による混合促進効果の2つの効果を得るものとなる。   That is, the fuel injection nozzle 10, the mixture injection nozzle 20, and the axial centers of the air holes 30 are arranged coaxially to form a coaxial jet of fuel, primary air, and secondary air. The jet is a mixture-promoting effect of the coaxial jet of fuel and air inside the air-fuel mixture injection nozzle 20 and the air hole 30, and the air-fuel mixture from the outlet of the air-fuel mixture injection nozzle 20 and the air hole 30. As a result, two effects of the mixing promotion effect due to the rapid expansion of the flow of the air-fuel mixture when jetted to the downstream side are obtained.

そして燃料噴射ノズル10から噴射された燃料40は、一次空気41と混合気噴射ノズル20の内部での混合及び混合気噴射ノズル20の出口から混合気として噴出する際の混合促進効果と、この混合気が混合気噴射ノズル20の下流側に設置された空気孔30の内部での混合及び空気孔30の出口から混合気として噴出する際の混合促進効果により、空気孔30の下流側となる燃焼室190の内部に、燃料と空気とが非常に良く混合されて均一な濃度の混合気を形成することができるものと考えられる。   Then, the fuel 40 injected from the fuel injection nozzle 10 is mixed in the primary air 41 and the mixture injection nozzle 20, and the mixing promotion effect when the fuel 40 is injected from the outlet of the mixture injection nozzle 20 as the mixture is mixed. Combustion on the downstream side of the air hole 30 due to the mixing promotion effect when the gas is mixed inside the air hole 30 installed on the downstream side of the air-fuel mixture injection nozzle 20 and ejected as an air-fuel mixture from the outlet of the air hole 30 It is considered that the fuel and air are mixed very well inside the chamber 190 to form an air-fuel mixture having a uniform concentration.

上記した2つの混合促進効果が得られる結果、図2に示した本発明の実施例のガスタービン燃焼器においては、燃焼室190の内部に均一な濃度の混合気を噴射して燃焼させることが可能となる。   As a result of obtaining the above-described two mixing promotion effects, in the gas turbine combustor according to the embodiment of the present invention shown in FIG. It becomes possible.

そして、この均一な濃度の混合気が燃焼して生成される燃焼ガス中に局所的に火炎温度が上昇する高温場が発生することを抑制でき、ガスタービン燃焼器から排出されるNOx排出量の大幅な低減を図ることが可能となる。   And it can suppress that the high temperature field where a flame temperature rises locally generate | occur | produces in the combustion gas produced | generated when this air-fuel mixture of a uniform density | concentration burns, and NOx discharge amount discharged | emitted from a gas turbine combustor A significant reduction can be achieved.

前記した図2に示した本発明の実施例のガスタービン燃焼器においては、図2(b)に示したように空気孔プレート31には環状に3列に配列した複数個の空気孔30が形成されている。   In the gas turbine combustor according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2, the air hole plate 31 has a plurality of air holes 30 arranged in three rows in an annular shape as shown in FIG. 2 (b). Is formed.

前記空気孔30から噴出される混合気は前述したように均一な濃度に良く混合されているため、この空気孔30から燃焼室190に噴出された混合気を燃焼させた場合にも燃焼室190内に局所的な火炎温度上昇が生じることが抑制できる。   Since the air-fuel mixture ejected from the air holes 30 is well mixed in a uniform concentration as described above, the combustion chamber 190 is also burned when the air-fuel mixture ejected from the air holes 30 to the combustion chamber 190 is combusted. It can suppress that a local flame temperature rise arises inside.

よって空気孔プレート31に形成する空気孔30の数は、保炎形態に応じた最適な空気孔配列と数量にすることが可能となる。   Therefore, the number of the air holes 30 formed in the air hole plate 31 can be set to the optimum air hole arrangement and quantity according to the flame holding form.

また、ガスタービン燃焼器に設置される燃料噴射ノズル10、混合気噴射ノズル20、及び空気孔30は、ガスタービンの負荷上昇に応じて内部を流れる燃料及び空気の流体量が徐々に増加していくが、管内流速増加による圧力損失の増大を防ぐために前記ノズル及び空気孔の各孔の内径はその入口側から出口側にかけて徐々に増加するように前記孔を形成することが望ましい。   In addition, the fuel injection nozzle 10, the mixture injection nozzle 20, and the air hole 30 installed in the gas turbine combustor gradually increase the amount of fuel and air fluid flowing inside as the load of the gas turbine increases. However, in order to prevent an increase in pressure loss due to an increase in the flow velocity in the pipe, it is desirable to form the holes so that the inner diameters of the nozzle and air holes gradually increase from the inlet side to the outlet side.

また図8に示す同軸噴流混合度の可視化試験の結果から、燃料と空気の混合度はX/φD=4、つまり、空気孔出口からの距離が空気孔径の2倍の距離付近で混合度の値が一定値に漸近される。   Further, from the result of the coaxial jet mixing degree visualization test shown in FIG. 8, the mixing degree of fuel and air is X / φD = 4, that is, the mixing degree is around the distance that is twice the air hole diameter from the air hole outlet. The value is asymptotic to a constant value.

そのため、図9に示した本発明の実施例のガスタービン燃焼器における混合気噴射ノズル20の出口と空気孔30の入口との間の軸方向間隙は、混合気噴射ノズル20の内径Dnに対して2倍以上の長さの間隔に設定することが望ましい。   Therefore, the axial gap between the outlet of the mixture injection nozzle 20 and the inlet of the air hole 30 in the gas turbine combustor of the embodiment of the present invention shown in FIG. 9 is relative to the inner diameter Dn of the mixture injection nozzle 20. It is desirable to set the interval at least twice as long.

上記した本発明の実施例によれば、燃料と空気とを同軸の噴流として燃焼室に供給して燃焼させる同軸噴流燃焼方式のものにおいて、同軸に噴流させる燃料と空気とを均一に混合させて両者の混合度を高め、NOx排出量の大幅な低減を可能にした燃焼装置及びガスタービン燃焼器が実現できる。   According to the above-described embodiment of the present invention, in the coaxial jet combustion system in which fuel and air are supplied to the combustion chamber as a coaxial jet and burned, the fuel and air to be jetted coaxially are mixed uniformly. A combustion apparatus and a gas turbine combustor that can increase the degree of mixing of both and greatly reduce NOx emissions can be realized.

次に図3を用いて本発明の他の実施例であるガスタービン燃焼器の部分構造について説明する。   Next, a partial structure of a gas turbine combustor according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図3(a)は、図2と同様にガスタービン燃焼器1に設置された燃料噴射ノズル10と第一空気孔22及び空気孔30の周辺部分を拡大した部分断面図であり、図3(b)は図3(a)のB−B方向の矢視図である。   3A is a partial cross-sectional view in which the peripheral portions of the fuel injection nozzle 10, the first air hole 22, and the air hole 30 installed in the gas turbine combustor 1 are enlarged as in FIG. FIG. 3B is an arrow view in the BB direction of FIG.

図3に示した本実施例のガスタービン燃焼器1の構成は、図1乃至図2に示した先の実施例のガスタービン燃焼器1の構成と基本構成が共通しているので、本実施例では両者に共通した構成の説明は省略して相違した構成についてのみ以下に説明する。   The configuration of the gas turbine combustor 1 of this embodiment shown in FIG. 3 is the same as the configuration of the gas turbine combustor 1 of the previous embodiment shown in FIGS. In the example, the description of the configuration common to both is omitted, and only the configuration that is different will be described below.

図3に示した本実施例のガスタービン燃焼器1においては、混合気ヘッダ21に混合気噴射ノズルに替えて第一空気孔22が設けられている点が、図2に示した先の実施例のガスタービン燃焼器1の構造と相違している。   In the gas turbine combustor 1 of the present embodiment shown in FIG. 3, the first air hole 22 is provided in the mixture header 21 in place of the mixture injection nozzle, which is the previous implementation shown in FIG. This is different from the structure of the example gas turbine combustor 1.

図3に示した本実施例のガスタービン燃焼器1では、燃料40は燃料ヘッダ11に複数個設置された燃料噴射ノズル10から、混合気ヘッダ21に複数個設置された第一空気孔22の孔の中心に向かって同軸方向の燃料噴流として噴射される。   In the gas turbine combustor 1 of this embodiment shown in FIG. 3, the fuel 40 flows from the fuel injection nozzles 10 installed in the fuel header 11 to the first air holes 22 installed in the mixture header 21. It is injected as a fuel jet in the coaxial direction toward the center of the hole.

これらの燃料噴射ノズル10から噴射された燃料40の噴流は、燃料40の周囲を包み込むようにして第一空気孔22の孔に供給される一次空気41と共に第一空気孔22の孔の内部に供給されて燃料と空気との同軸噴流を形成するので、前記第一空気孔22の孔の内部にて燃料と空気とが混合した同軸噴流の混合気が形成される。   The jets of the fuel 40 injected from these fuel injection nozzles 10 are encased in the holes of the first air holes 22 together with the primary air 41 supplied to the holes of the first air holes 22 so as to wrap around the fuel 40. Since it is supplied to form a coaxial jet of fuel and air, an air-fuel mixture of coaxial jet in which fuel and air are mixed is formed inside the hole of the first air hole 22.

前記第一空気孔22の孔の内部にて形成された燃料と空気とが混合した同軸噴流の混合気は、第一空気孔22の孔から下流側に噴出されるが、この第一空気孔22の出口から下流側に噴出された際にこの同軸噴流の混合気の流れが急拡大するので混合気の流れに乱れが発生し、燃料40と一次空気41との混合が促進される。   An air-fuel mixture of a coaxial jet formed by mixing fuel and air formed inside the first air hole 22 is ejected downstream from the hole of the first air hole 22. When the air-fuel mixture is ejected from the outlet 22 to the downstream side, the flow of the air-fuel mixture of the coaxial jet rapidly expands, so that the flow of the air-fuel mixture is disturbed, and the mixing of the fuel 40 and the primary air 41 is promoted.

更に空気孔プレート31に設けた第二空気孔となる空気孔30の中心に向かって噴出された前記燃料40と一次空気41との混合気は、その混合気を周囲から包み込むようにして供給される二次空気42と共に第二空気孔となる空気孔30に導入されて前記混合気と二次空気42との同軸噴流を形成するので、この空気孔30の孔内で前記燃料40と一次空気41との混合気は二次空気42によって更に混合されて希薄な混合気となる。   Further, the air-fuel mixture of the fuel 40 and the primary air 41 ejected toward the center of the air hole 30 serving as the second air hole provided in the air hole plate 31 is supplied so as to wrap the air-fuel mixture from the surroundings. The secondary air 42 and the secondary air 42 are introduced into the air holes 30 to form a coaxial jet of the air-fuel mixture and the secondary air 42. Therefore, the fuel 40 and the primary air are formed in the air holes 30. The air-fuel mixture with 41 is further mixed by the secondary air 42 to become a lean air-fuel mixture.

そして、更に混合された希薄な混合気は前記空気孔30の孔の出口から下流側の燃焼室内190に噴出される。   Further, the further mixed lean air-fuel mixture is ejected from the outlet of the air hole 30 into the combustion chamber 190 on the downstream side.

混合気が、燃焼室190内に噴出された際に流れが急拡大するので前記希薄な混合気の流れに乱れが発生し、希薄な混合気と二次空気42との混合が更に促進されて希薄で均一な混合気が形成されることになる。   When the air-fuel mixture is ejected into the combustion chamber 190, the flow rapidly expands, so that the flow of the lean air-fuel mixture is disturbed, and the mixing of the air-fuel mixture and the secondary air 42 is further promoted. A lean and uniform mixture is formed.

そして、前記燃焼室190に導入された同軸噴流の希薄で均一な予混合気はこの燃焼室190内で燃焼する。   The lean and uniform premixed gas of the coaxial jet introduced into the combustion chamber 190 burns in the combustion chamber 190.

この希薄で均一な予混合気では、局所的に燃料濃度が濃い領域の生成が抑制されていることから、前記予混合気を燃焼させた場合にも局所的な高温場を発生させることなく燃焼室190内に良好な火炎を形成して均一な高温高圧の燃焼ガス191を生成させることが出来る。   In this lean and uniform premixed gas, the generation of a region where the fuel concentration is locally high is suppressed. Therefore, even when the premixed gas is burned, it is burned without generating a local high temperature field. A good flame can be formed in the chamber 190 and a uniform high-temperature and high-pressure combustion gas 191 can be generated.

図3に示した本実施例のガスタービン燃焼器1における燃料40と一次空気41及び二次空気42の混合形態は、図2に示した先の実施例のガスタービン燃焼器1とほぼ同様である。   The mixing form of the fuel 40 and the primary air 41 and the secondary air 42 in the gas turbine combustor 1 of this embodiment shown in FIG. 3 is substantially the same as that of the gas turbine combustor 1 of the previous embodiment shown in FIG. is there.

図3の実施例のガスタービン燃焼器1では、混合気噴射ノズル20に替わって第一空気孔22を設けることで、ガスタービン燃焼器の構造が簡素化されるので製作コストを低減させることが可能となる。   In the gas turbine combustor 1 of the embodiment of FIG. 3, the structure of the gas turbine combustor is simplified by providing the first air hole 22 instead of the mixture injection nozzle 20, thereby reducing the manufacturing cost. It becomes possible.

具体的には、図3に示した本実施例のガスタービン燃焼器1の場合では、混合気ヘッダ21にドリル等で孔加工を施すだけで、前記燃料噴射ノズル10と同軸の複数の第一空気孔22を簡単に設けることができる。   Specifically, in the case of the gas turbine combustor 1 of the present embodiment shown in FIG. 3, a plurality of first axes coaxial with the fuel injection nozzle 10 are simply formed by drilling the mixture header 21 with a drill or the like. The air hole 22 can be easily provided.

図3に示した本実施例のガスタービン燃焼器1の場合でも、前記空気孔30から噴出される混合気は前述したように均一な濃度に良く混合されているため、この空気孔30から燃焼室190に噴出された混合気を燃焼させた場合にも燃焼室190内に局所的な火炎温度上昇が生じることが抑制できる。   Even in the case of the gas turbine combustor 1 of the present embodiment shown in FIG. 3, the air-fuel mixture ejected from the air holes 30 is well mixed in a uniform concentration as described above. Even when the air-fuel mixture jetted into the chamber 190 is combusted, it is possible to suppress a local increase in flame temperature in the combustion chamber 190.

よって空気孔プレート31に形成する空気孔30の数は多数個設置する必要がなく、保炎形態に応じた最適な空気孔配列と数量にすることが可能となる。   Therefore, it is not necessary to install a large number of air holes 30 formed in the air hole plate 31, and an optimum air hole arrangement and quantity corresponding to the flame holding form can be obtained.

また、本実施例のガスタービン燃焼器に設置される燃料噴射ノズル10、第一空気孔22、及び第二空気孔となる空気孔30は、ガスタービンの負荷上昇に応じて内部を流れる燃料及び空気の流体量が徐々に増加していく。   Further, the fuel injection nozzle 10, the first air hole 22, and the air hole 30 serving as the second air hole installed in the gas turbine combustor according to the present embodiment include fuel flowing in the interior in response to an increase in the load of the gas turbine, and The amount of air fluid gradually increases.

管内流速増加による圧力損失の増大を防ぐために前記ノズル及び空気孔の各孔の内径はその入口側から出口側にかけて徐々に増加するように前記孔を形成することが望ましい。   In order to prevent an increase in pressure loss due to an increase in flow velocity in the pipe, it is desirable to form the holes so that the inner diameters of the nozzle and air holes gradually increase from the inlet side to the outlet side.

また図8に示す同軸噴流混合度の可視化試験の結果から、燃料と空気の混合度はX/φD=4、つまり、空気孔出口からの距離が空気孔径の2倍の距離付近で混合度の値が一定値に漸近される。   Further, from the result of the coaxial jet mixing degree visualization test shown in FIG. 8, the mixing degree of fuel and air is X / φD = 4, that is, the mixing degree is around the distance that is twice the air hole diameter from the air hole outlet. The value is asymptotic to a constant value.

そのため、図3に示した本実施例のガスタービン燃焼器における第一空気孔22の出口と第二空気孔の空気孔30の入口との間の軸方向間隙は、第一空気孔22の内径Dnに対して2倍以上の長さの間隔に設定することが望ましい。   Therefore, the axial gap between the outlet of the first air hole 22 and the inlet of the air hole 30 of the second air hole in the gas turbine combustor of the present embodiment shown in FIG. It is desirable to set the interval at least twice as long as Dn.

上記した本発明の実施例によれば、燃料と空気とを同軸の噴流として燃焼室に供給して燃焼させる同軸噴流燃焼方式のものにおいて、同軸に噴流させる燃料と空気とを均一に混合させて両者の混合度を高め、NOx排出量の大幅な低減を可能にした燃焼装置及びガスタービン燃焼器が実現できる。   According to the above-described embodiment of the present invention, in the coaxial jet combustion type in which fuel and air are supplied to the combustion chamber as a coaxial jet and burned, the fuel and air to be jetted coaxially are mixed uniformly. A combustion apparatus and a gas turbine combustor that can increase the degree of mixing of both and greatly reduce NOx emissions can be realized.

次に図4を用いて本発明の更に他の実施例であるガスタービン燃焼器の部分構造について説明する。   Next, a partial structure of a gas turbine combustor which is still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図4(a)は、図2と同様にガスタービン燃焼器1に設置された燃料噴射ノズル10と第一空気孔22及び空気孔30の周辺部分を拡大した部分断面図であり、図4(b)は図4(a)のC−C方向の矢視図である。   4A is a partial cross-sectional view in which the peripheral portions of the fuel injection nozzle 10, the first air hole 22, and the air hole 30 installed in the gas turbine combustor 1 are enlarged as in FIG. FIG. 4B is an arrow view in the CC direction of FIG.

図4に示した本実施例のガスタービン燃焼器1の構成は、図1乃至図2に示した先の実施例のガスタービン燃焼器1の構成と基本構成が共通しているので、本実施例では両者に共通した構成の説明は省略して相違した構成についてのみ以下に説明する。   The configuration of the gas turbine combustor 1 of the present embodiment shown in FIG. 4 is the same as the configuration of the gas turbine combustor 1 of the previous embodiment shown in FIGS. In the example, the description of the configuration common to both is omitted, and only the configuration that is different will be described below.

図4に示した本実施例のガスタービン燃焼器1においては、混合気ヘッダ21に混合気噴射ノズルに替えて第一空気孔22を設け、更にこの第一空気孔22の下流側に予混合ヘッダ23を配設してこの予混合ヘッダ23内の混合気を混合気噴射ノズル20を通じて噴射するようにした点が、図2に示した先の実施例のガスタービン燃焼器1の構造と相違している。   In the gas turbine combustor 1 of this embodiment shown in FIG. 4, a first air hole 22 is provided in the air-fuel mixture header 21 in place of the air-fuel mixture injection nozzle, and further, premixing is performed downstream of the first air hole 22. The difference between the header 23 and the structure of the gas turbine combustor 1 of the previous embodiment shown in FIG. 2 is that the mixture in the premix header 23 is injected through the mixture injection nozzle 20. is doing.

そして本実施例のガスタービン燃焼器1では、燃料噴射ノズル10と、第一空気孔22の孔と、混合気噴射ノズル20と、空気孔プレート31に設けた第二空気孔となる空気孔30の孔とが同軸上に位置するように配置されている。   In the gas turbine combustor 1 of the present embodiment, the fuel injection nozzle 10, the hole of the first air hole 22, the air-fuel mixture injection nozzle 20, and the air hole 30 serving as the second air hole provided in the air hole plate 31. Are arranged so as to be coaxial with each other.

図4に示した本実施例のガスタービン燃焼器1では、燃料40は燃料ヘッダ11に複数個設置された燃料噴射ノズル10から、混合気ヘッダ21に複数個設置された第一空気孔22の孔の中心に向かって同軸方向の燃料噴流として噴射される。   In the gas turbine combustor 1 of the present embodiment shown in FIG. 4, the fuel 40 flows from the fuel injection nozzles 10 installed in the fuel header 11 to the first air holes 22 installed in the mixture header 21. It is injected as a fuel jet in the coaxial direction toward the center of the hole.

これらの燃料噴射ノズル10から噴射された燃料40の噴流は、燃料40の周囲を包み込むようにして第一空気孔22の孔に供給される一次空気41と共に第一空気孔22の孔の内部に供給されて燃料と空気との同軸噴流を形成するので、前記第一空気孔22の孔の内部にて燃料と空気とが混合した同軸噴流の混合気が形成される。   The jets of the fuel 40 injected from these fuel injection nozzles 10 are encased in the holes of the first air holes 22 together with the primary air 41 supplied to the holes of the first air holes 22 so as to wrap around the fuel 40. Since it is supplied to form a coaxial jet of fuel and air, an air-fuel mixture of coaxial jet in which fuel and air are mixed is formed inside the hole of the first air hole 22.

前記第一空気孔22の孔の内部にて形成された燃料と空気とが混合した同軸噴流の混合気は、第一空気孔22の孔から下流側に噴出される。   An air-fuel mixture of a coaxial jet formed by mixing fuel and air formed inside the first air hole 22 is ejected downstream from the hole of the first air hole 22.

第一空気孔22の下流側に予混合ヘッダ23が設けられているので、第一空気孔22の出口から前記予混合ヘッダ23内に噴出されたこの同軸噴流の混合気はその流れが急拡大して混合気の流れに乱れが発生し、燃料40と一次空気41との混合が促進される。   Since the premixing header 23 is provided on the downstream side of the first air hole 22, the flow of the mixture of the coaxial jets jetted into the premixing header 23 from the outlet of the first air hole 22 rapidly expands. Thus, the flow of the air-fuel mixture is disturbed, and the mixing of the fuel 40 and the primary air 41 is promoted.

しかも、第一空気孔22の下流側に予混合ヘッダ23を設けたことで、第一空気孔22から噴出された直後の混合気はその周囲を二次空気42によって包み込まれること無く、予混合ヘッダ23内で混合気の流れが大きく拡大されるために、この混合気を形成する燃料40と一次空気41との混合がより促進される。   In addition, by providing the premixing header 23 on the downstream side of the first air hole 22, the air-fuel mixture immediately after being ejected from the first air hole 22 is pre-mixed without being surrounded by the secondary air 42. Since the flow of the air-fuel mixture is greatly expanded in the header 23, the mixing of the fuel 40 and the primary air 41 forming the air-fuel mixture is further promoted.

また予混合ヘッダ23内で燃料40と一次空気41を滞留させることになるので混合時間が長くなり、この混合気を形成する燃料40と一次空気41との更なる混合促進を図ることも可能となる。   Further, since the fuel 40 and the primary air 41 are retained in the premixing header 23, the mixing time becomes longer, and it is possible to further promote the mixing of the fuel 40 and the primary air 41 forming the mixture. Become.

更に前記予混合ヘッダ23から混合気噴射ノズル20を通じて空気孔プレート31に設けた第二空気孔となる空気孔30の中心に向かって噴出された前記燃料40と一次空気41との混合気は、その混合気を周囲から包み込むようにして供給される二次空気42と共に第二空気孔となる空気孔30に導入されて前記混合気と二次空気42との同軸噴流を形成する。   Furthermore, the mixture of the fuel 40 and the primary air 41 ejected from the premixing header 23 through the mixture injection nozzle 20 toward the center of the air hole 30 serving as the second air hole provided in the air hole plate 31 is: The air-fuel mixture is introduced into the air holes 30 as the second air holes together with the secondary air 42 supplied so as to wrap around the air-fuel mixture to form a coaxial jet of the air-fuel mixture and the secondary air 42.

この空気孔30の孔内において、前記燃料40と一次空気41との混合気は二次空気42によって更に混合されて希薄な混合気となる。   In the air hole 30, the air-fuel mixture of the fuel 40 and the primary air 41 is further mixed by the secondary air 42 to become a lean air-fuel mixture.

そして、この更に混合された希薄な混合気は前記空気孔30の孔の出口から下流側の燃焼室内190に噴出される。   The further mixed lean air-fuel mixture is ejected from the outlet of the air hole 30 into the combustion chamber 190 on the downstream side.

混合気は、燃焼室190内に噴出された際に流れが急拡大するので前記希薄な混合気の流れに乱れが発生し、希薄な混合気と二次空気42との混合が更に促進されて希薄で均一な混合気が形成されることになる。   When the air-fuel mixture is ejected into the combustion chamber 190, the flow rapidly expands, so that the flow of the lean air-fuel mixture is disturbed, and the mixing of the lean air-fuel mixture and the secondary air 42 is further promoted. A lean and uniform mixture is formed.

そして、前記燃焼室190に導入された同軸噴流の希薄で均一な予混合気はこの燃焼室190内で燃焼する。   The lean and uniform premixed gas of the coaxial jet introduced into the combustion chamber 190 burns in the combustion chamber 190.

この希薄で均一な予混合気では、局所的に燃料濃度が濃い領域の生成が抑制されていることから、予混合気を燃焼させた場合にも局所的な高温場を発生させることなく燃焼室190内に良好な火炎を形成して均一な高温高圧の燃焼ガス191を生成させることが出来る。   In this lean and uniform premixed gas, the generation of a region where the fuel concentration is locally high is suppressed. Therefore, even when the premixed gas is burned, the combustion chamber does not generate a local high temperature field. A good flame can be formed in 190, and uniform high-temperature and high-pressure combustion gas 191 can be generated.

図4に示した本実施例のガスタービン燃焼器1の場合でも、前記空気孔30から噴出される混合気は前述したように均一な濃度に良く混合されているため、この空気孔30から燃焼室190に噴出された混合気を燃焼させた場合にも燃焼室190内に局所的な火炎温度上昇が生じることが抑制できる。   Even in the case of the gas turbine combustor 1 of this embodiment shown in FIG. 4, the air-fuel mixture ejected from the air holes 30 is well mixed in a uniform concentration as described above. Even when the air-fuel mixture jetted into the chamber 190 is combusted, it is possible to suppress a local increase in flame temperature in the combustion chamber 190.

よって空気孔プレート31に形成する空気孔30の数は多数個設置する必要がなく、保炎形態に応じた最適な空気孔配列と数量にすることが可能となる。   Therefore, it is not necessary to install a large number of air holes 30 formed in the air hole plate 31, and an optimum air hole arrangement and quantity corresponding to the flame holding form can be obtained.

また、本実施例のガスタービン燃焼器に設置される燃料噴射ノズル10、第一空気孔22、混合気噴射ノズル20、及び第二空気孔となる空気孔30は、ガスタービンの負荷上昇に応じて内部を流れる燃料及び空気の流体量が徐々に増加していく。   Further, the fuel injection nozzle 10, the first air hole 22, the air-fuel mixture injection nozzle 20, and the air hole 30 serving as the second air hole installed in the gas turbine combustor of the present embodiment correspond to the increase in the load of the gas turbine. As a result, the amount of fuel and air flowing through the inside gradually increases.

管内流速増加による圧力損失の増大を防ぐために前記ノズル及び空気孔の各孔の内径はその入口側から出口側にかけて徐々に増加するように前記孔を形成することが望ましい。   In order to prevent an increase in pressure loss due to an increase in flow velocity in the pipe, it is desirable to form the holes so that the inner diameters of the nozzle and air holes gradually increase from the inlet side to the outlet side.

また図8に示す同軸噴流混合度の可視化試験の結果から、燃料と空気の混合度はX/φD=4、つまり、空気孔出口からの距離が空気孔径の2倍の距離付近で混合度の値が一定値に漸近される。   Further, from the result of the coaxial jet mixing degree visualization test shown in FIG. 8, the mixing degree of fuel and air is X / φD = 4, that is, the mixing degree is around the distance that is twice the air hole diameter from the air hole outlet. The value is asymptotic to a constant value.

そのため、図4に示した本実施例のガスタービン燃焼器における混合気噴射ノズル20の出口と第二空気孔となる空気孔30の入口との間の軸方向間隙は、混合気噴射ノズル20の内径Dnに対して2倍以上の長さの間隔に設定することが望ましい。   Therefore, the axial gap between the outlet of the mixture injection nozzle 20 and the inlet of the air hole 30 serving as the second air hole in the gas turbine combustor of this embodiment shown in FIG. It is desirable to set the interval at least twice as long as the inner diameter Dn.

上記した本発明の実施例によれば、燃料と空気とを同軸の噴流として燃焼室に供給して燃焼させる同軸噴流燃焼方式のものにおいて、同軸に噴流させる燃料と空気とを均一に混合させて両者の混合度を高め、NOx排出量の大幅な低減を可能にした燃焼装置及びガスタービン燃焼器が実現できる。   According to the above-described embodiment of the present invention, in the coaxial jet combustion system in which fuel and air are supplied to the combustion chamber as a coaxial jet and burned, the fuel and air to be jetted coaxially are mixed uniformly. A combustion apparatus and a gas turbine combustor that can increase the degree of mixing of both and greatly reduce NOx emissions can be realized.

次に図5を用いて本発明の別の実施例であるガスタービン燃焼器の部分構造について説明する。   Next, the partial structure of the gas turbine combustor which is another Example of this invention is demonstrated using FIG.

図5(a)は、図4と同様にガスタービン燃焼器1に設置された燃料ノズル10と第一空気孔22及び空気孔30の周辺部分を拡大した部分断面図であり、図5(b)は図5(a)のD−D方向の矢視図である。   FIG. 5A is an enlarged partial cross-sectional view of the peripheral portion of the fuel nozzle 10, the first air hole 22, and the air hole 30 installed in the gas turbine combustor 1 as in FIG. ) Is an arrow view in the DD direction of FIG.

図5に示した本実施例のガスタービン燃焼器1の構成は、図4に示した先の実施例のガスタービン燃焼器1の構成と基本構成が共通しているので、本実施例では両者に共通した構成の説明は省略して相違した構成についてのみ以下に説明する。   The configuration of the gas turbine combustor 1 of this embodiment shown in FIG. 5 is the same as the configuration of the gas turbine combustor 1 of the previous embodiment shown in FIG. Description of the common configuration is omitted, and only the different configuration will be described below.

図5に示した本実施例のガスタービン燃焼器1においては、混合気ヘッダ21に設けた第一空気孔22の下流側に予混合ヘッダ23が配置されている。   In the gas turbine combustor 1 of the present embodiment shown in FIG. 5, a premix header 23 is disposed on the downstream side of the first air hole 22 provided in the mixture header 21.

そして、予混合ヘッダ23から混合気を噴射する混合気噴射ノズル20が該予混合ヘッダ23に対して複数個設置させて、燃料噴射ノズル10の本数よりも混合気噴射ノズル20の本数を多く配設する構造となっている点が、図4に示した先の実施例のガスタービン燃焼器1の構造と相違している。   A plurality of the mixture injection nozzles 20 for injecting the mixture from the premix header 23 are installed on the premix header 23 so that the number of the mixture injection nozzles 20 is larger than the number of the fuel injection nozzles 10. The difference between the structure of the gas turbine combustor 1 of the previous embodiment shown in FIG.

そして本実施例のガスタービン燃焼器1では、燃料噴射ノズル10と、第一空気孔22の孔との中心軸は同軸上に位置するように配置され、また、混合気噴射ノズル20と、空気孔プレート31に設けた第二空気孔となる空気孔30の孔との中心軸は同軸上に位置するように配置されている。   In the gas turbine combustor 1 of the present embodiment, the central axes of the fuel injection nozzle 10 and the first air hole 22 are arranged so as to be coaxial, and the air-fuel mixture injection nozzle 20 and the air The central axis with the hole of the air hole 30 used as the 2nd air hole provided in the hole plate 31 is arrange | positioned so that it may be located coaxially.

但し、前記第一空気孔22の孔と混合気噴射ノズル20との中心軸は異なる軸線上に位置するように配置されている。   However, the center axis | shaft of the hole of the said 1st air hole 22 and the air-fuel | gaseous mixture injection nozzle 20 is arrange | positioned so that it may be located on a different axis line.

尚、図5に示した本実施例のガスタービン燃焼器1における燃料40、一次空気41、二次空気42、混合気の噴射状況は図4に示した本実施例のガスタービン燃焼器1の場合と同様なので、ここではそれらの噴射状況の説明を省略する。   The injection state of the fuel 40, primary air 41, secondary air 42, and air-fuel mixture in the gas turbine combustor 1 of this embodiment shown in FIG. 5 is the same as that of the gas turbine combustor 1 of this embodiment shown in FIG. Since it is the same as that of the case, description of those injection situations is omitted here.

ところで、図4に示した先の実施例のガスタービン燃焼器1では、燃料噴射ノズル10、予混合ヘッダ23、第二空気孔30はそれぞれ対になっているので各々の数は等しい構成となっている。   By the way, in the gas turbine combustor 1 of the previous embodiment shown in FIG. 4, since the fuel injection nozzle 10, the premixing header 23, and the second air hole 30 are respectively paired, the numbers thereof are equal. ing.

予混合ヘッダ23内に於ける燃料40と一次空気41との混合気の拡大流による混合促進の観点からみると、予混合ヘッダ23のサイズは混合気が充分拡大できるよう大きくする必要があり、必然的に図4(b)に示したように第二空気孔となる空気孔30の数は少なくなる。   From the viewpoint of promoting the mixing of the fuel 40 and the primary air 41 in the premixed header 23 by the expansion of the mixture, the size of the premix header 23 needs to be increased so that the mixture can be sufficiently expanded. Naturally, as shown in FIG. 4B, the number of air holes 30 serving as the second air holes is reduced.

このため、第二空気孔30から燃焼室190に噴射される混合気の混合度を燃焼室190内の全域に亘って均一にする場合、第二空気孔となる空気孔30の数の減少がある程度制約となり得る。   For this reason, when the mixture of the air-fuel mixture injected from the second air holes 30 into the combustion chamber 190 is made uniform over the entire area of the combustion chamber 190, the number of air holes 30 serving as the second air holes is reduced. There can be some constraints.

そのため、空気孔30から噴射されたこの混合気が燃焼室190内で燃焼して生成される火炎に空間的な偏りが生じる可能性もある。   For this reason, there is a possibility that a spatial bias occurs in the flame generated by burning the air-fuel mixture injected from the air hole 30 in the combustion chamber 190.

そこで、図5に示した本実施例のガスタービン燃焼器1では、前記したように一つの予混合ヘッダ23に複数の混合気噴射ノズル20を配置した構成にした。   Therefore, the gas turbine combustor 1 of the present embodiment shown in FIG. 5 has a configuration in which a plurality of mixture injection nozzles 20 are arranged in one premixing header 23 as described above.

そして、予混合ヘッダ23内に於ける燃料40と一次空気41の混合気の拡大流による混合促進効果を維持させたまま、数を増加させて配設した第二空気孔となる空気孔30にてこの混合気と二次空気42とを混合させ、この混合した混合気を前記空気孔30から燃焼室190に噴射させるようにしている。   Then, while maintaining the effect of promoting the mixing by the expanded flow of the mixture of the fuel 40 and the primary air 41 in the premixing header 23, the air holes 30 serving as the second air holes arranged with increasing numbers are provided. The air-fuel mixture and the secondary air 42 are mixed, and the mixed air-fuel mixture is injected from the air hole 30 into the combustion chamber 190.

そのため、この混合気が燃焼室190内で燃焼して生成される火炎に空間的な偏りが生じることが抑制できる。   Therefore, it is possible to suppress the occurrence of a spatial bias in the flame generated by burning the air-fuel mixture in the combustion chamber 190.

また、第二空気孔となる空気孔30に比較して燃料噴射ノズル10と第一空気孔22の数を減少させて配置することが可能となるので、燃焼装置の製作コストを低減させることも可能である。   In addition, since the number of the fuel injection nozzles 10 and the first air holes 22 can be reduced as compared with the air holes 30 serving as the second air holes, the manufacturing cost of the combustion apparatus can be reduced. Is possible.

上記した本発明の実施例によれば、燃料と空気とを同軸の噴流として燃焼室に供給して燃焼させる同軸噴流燃焼方式のものにおいて、同軸に噴流させる燃料と空気とを均一に混合させて両者の混合度を高め、NOx排出量の大幅な低減を可能にした燃焼装置及びガスタービン燃焼器が実現できる。   According to the above-described embodiment of the present invention, in the coaxial jet combustion system in which fuel and air are supplied to the combustion chamber as a coaxial jet and burned, the fuel and air to be jetted coaxially are mixed uniformly. A combustion apparatus and a gas turbine combustor that can increase the degree of mixing of both and greatly reduce NOx emissions can be realized.

次に図6を用いて本発明の更に別の実施例であるガスタービン燃焼器の部分構造について説明する。   Next, a partial structure of a gas turbine combustor which is still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図6(a)は、図4と同様にガスタービン燃焼器1に設置された燃料ノズル10と第一空気孔22及び空気孔30の周辺部分を拡大した部分断面図であり、図6(b)は図6(a)のE−E方向の矢視図である。   FIG. 6A is a partial cross-sectional view in which the peripheral portions of the fuel nozzle 10 and the first air holes 22 and the air holes 30 installed in the gas turbine combustor 1 are enlarged as in FIG. ) Is an arrow view in the EE direction of FIG.

図6に示した本実施例のガスタービン燃焼器1の構成は、図4に示した先の実施例のガスタービン燃焼器1の構成と基本構成が共通しているので、本実施例では両者に共通した構成の説明は省略して相違した構成についてのみ以下に説明する。   The configuration of the gas turbine combustor 1 of the present embodiment shown in FIG. 6 is the same as the configuration of the gas turbine combustor 1 of the previous embodiment shown in FIG. Description of the common configuration is omitted, and only the different configuration will be described below.

図6に示した本実施例のガスタービン燃焼器1においては、燃料ヘッダ11に設置した燃料噴射ノズル10の数に対応させて、該燃料噴射ノズル10の下流側の混合気ヘッダ21に第一空気孔22をそれぞれ配置している。   In the gas turbine combustor 1 according to the present embodiment shown in FIG. 6, the mixture header 21 on the downstream side of the fuel injection nozzle 10 is first connected to the number of the fuel injection nozzles 10 installed in the fuel header 11. Air holes 22 are arranged respectively.

また、第一空気孔22の下流側となる混合気ヘッダ21には予混合ヘッダ23が配置されている。   A premix header 23 is disposed on the mixture header 21 on the downstream side of the first air hole 22.

この予混合ヘッダ23の個数は前記第一空気孔22が複数本当たり、例えば2本当たりにつき一個の予混合ヘッダ23が配置できるように設置させて、燃料噴射ノズル10の本数よりも混合気噴射ノズル20の本数を少なく配設する構造となっている点が、図4に示した先の実施例のガスタービン燃焼器1の構造と相違している。   The number of the premixing headers 23 is set such that one premixing header 23 can be arranged for each of the plurality of first air holes 22, for example, for every two, so that the mixture injection is more than the number of the fuel injection nozzles 10. The point that the number of nozzles 20 is small is different from the structure of the gas turbine combustor 1 of the previous embodiment shown in FIG.

そして本実施例のガスタービン燃焼器1では、燃料噴射ノズル10と、第一空気孔22の孔との中心軸は同軸上に位置するように配置され、また、混合気噴射ノズル20と、空気孔プレート31に設けた第二空気孔となる空気孔30の孔との中心軸は同軸上に位置するように配置されている。   In the gas turbine combustor 1 of the present embodiment, the central axes of the fuel injection nozzle 10 and the first air hole 22 are arranged so as to be coaxial, and the air-fuel mixture injection nozzle 20 and the air The central axis with the hole of the air hole 30 used as the 2nd air hole provided in the hole plate 31 is arrange | positioned so that it may be located coaxially.

但し、前記第一空気孔22の孔と混合気噴射ノズル20との中心軸は異なる軸線上に位置するように配置されている。   However, the center axis | shaft of the hole of the said 1st air hole 22 and the air-fuel | gaseous mixture injection nozzle 20 is arrange | positioned so that it may be located on a different axis line.

尚、図6に示した本実施例のガスタービン燃焼器1における燃料40、一次空気41、二次空気42、混合気の噴射状況は図4に示した本実施例のガスタービン燃焼器1の場合と同様なので、ここではそれらの噴射状況の説明を省略する。   The injection state of the fuel 40, primary air 41, secondary air 42, and air-fuel mixture in the gas turbine combustor 1 of this embodiment shown in FIG. 6 is the same as that of the gas turbine combustor 1 of this embodiment shown in FIG. Since it is the same as that of the case, description of those injection situations is omitted here.

図6に示した本実施例のガスタービン燃焼器1では、前記したように一つの予混合ヘッダ23に複数の第一空気孔22を配置した構成にして、この予混合ヘッダ23に燃料40と一次空気41の混合気を導入させ、前記予混合ヘッダ23から混合気を噴射する混合気噴射ノズル20の本数を燃料噴射ノズル10の本数よりも少なく配置した構造としている。   In the gas turbine combustor 1 of the present embodiment shown in FIG. 6, as described above, a plurality of first air holes 22 are arranged in one premixing header 23, and the fuel 40 and the premixing header 23 are arranged. The air-fuel mixture of the primary air 41 is introduced, and the number of the air-fuel mixture injection nozzles 20 for injecting the air-fuel mixture from the premixing header 23 is less than the number of the fuel injection nozzles 10.

そこで、図6に示した本実施例のガスタービン燃焼器1では、前記したように一つの予混合ヘッダ23に1個の混合気噴射ノズル20を配置した構成にする。   Therefore, the gas turbine combustor 1 of the present embodiment shown in FIG. 6 has a configuration in which one mixture injection nozzle 20 is arranged in one premix header 23 as described above.

予混合ヘッダ23内に於ける燃料40と一次空気41の混合気の拡大流による混合促進効果を維持させたまま、第二空気孔となる空気孔30にこの混合気と二次空気42とを混合させ、この混合した混合気を前記空気孔30から燃焼室190に噴射させるようにしたので、この混合気が燃焼室190内で燃焼して生成される火炎に空間的な偏りが生じることが抑制できる。   While maintaining the effect of promoting the mixing by the expanded flow of the mixture of the fuel 40 and the primary air 41 in the premixing header 23, the mixture and the secondary air 42 are supplied to the air holes 30 serving as the second air holes. Since the mixed air-fuel mixture is injected into the combustion chamber 190 from the air hole 30, a spatial bias occurs in the flame generated by the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 190. Can be suppressed.

このように、図6に示した本実施例のガスタービン燃焼器1では予混合ヘッダ23の容量を大きく形成することができ、予混合ヘッダ23の下流部に設ける混合気噴射ノズル20の配置の自由度を大きく取ることができる。   As described above, in the gas turbine combustor 1 of this embodiment shown in FIG. 6, the capacity of the premixing header 23 can be increased, and the arrangement of the mixture injection nozzles 20 provided in the downstream portion of the premixing header 23 is arranged. A large degree of freedom can be taken.

そして、保炎の観点から第二空気孔となる空気孔30の数と位置を最適に配置して燃料安定性を向上させることが可能である。   From the viewpoint of flame holding, the number and positions of the air holes 30 serving as the second air holes can be optimally arranged to improve the fuel stability.

また混合気噴射ノズル20と第二空気孔となる空気孔30の数を減少させることができるので、ガスタービン燃焼器の製作コストを低減させることも可能である。   Moreover, since the number of the air-fuel mixture injection nozzles 20 and the air holes 30 serving as the second air holes can be reduced, it is possible to reduce the manufacturing cost of the gas turbine combustor.

上記した本発明の実施例によれば、燃料と空気とを同軸の噴流として燃焼室に供給して燃焼させる同軸噴流燃焼方式のものにおいて、同軸に噴流させる燃料と空気とを均一に混合させて両者の混合度を高め、NOx排出量の大幅な低減を可能にした燃焼装置及びガスタービン燃焼器が実現できる。   According to the above-described embodiment of the present invention, in the coaxial jet combustion system in which fuel and air are supplied to the combustion chamber as a coaxial jet and burned, the fuel and air to be jetted coaxially are mixed uniformly. A combustion apparatus and a gas turbine combustor that can increase the degree of mixing of both and greatly reduce NOx emissions can be realized.

次に図7を用いて本発明の他の別の実施例であるガスタービン燃焼器の部分構造について説明する。   Next, a partial structure of a gas turbine combustor according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図7(a)は、ガスタービン燃焼器1に設置された燃料ノズル10と混合気噴射ノズル20及び空気孔30の周辺部分を示す部分断面図であり、図7(b)は図7(a)のE−E方向の矢視図である。   FIG. 7A is a partial cross-sectional view showing a peripheral portion of the fuel nozzle 10, the mixture injection nozzle 20 and the air hole 30 installed in the gas turbine combustor 1, and FIG. It is an arrow view of the EE direction of).

図7に示した本実施例のガスタービン燃焼器1の構成は、図2に示した実施例のガスタービン燃焼器1における燃料噴射ノズル10を有する燃料ヘッダ11と、混合気噴射ノズル20を有する混合気ヘッダ21とを備えた構造のバーナを1つのモジュールとして、これらのバーナを図7(b)に示したように複数個組み合わせて、中心に1個、その外周側に離間させて6個を環状に配設させて、空気孔30を有する空気孔プレート31の上流側に配置し、これらのモジュールの下流側に空気孔30又は第二空気孔を有する共通の空気孔プレート31を備えさせて1基のガスタービン燃焼器1を構成している。   The configuration of the gas turbine combustor 1 of this embodiment shown in FIG. 7 includes a fuel header 11 having a fuel injection nozzle 10 and an air-fuel mixture injection nozzle 20 in the gas turbine combustor 1 of the embodiment shown in FIG. As shown in FIG. 7B, a plurality of burners having a structure having an air-fuel mixture header 21 are combined as shown in FIG. 7B, one at the center and six at the outer peripheral side. Are arranged on the upstream side of the air hole plate 31 having the air holes 30, and a common air hole plate 31 having the air holes 30 or the second air holes is provided on the downstream side of these modules. Constitutes one gas turbine combustor 1.

前記複数個のバーナに燃料を供給する燃料流量調整弁182を有する燃料系統180も前記バーナの個数に合わせて分岐して配設されており、ガスタービンの負荷に応じて燃料を燃焼させるバーナ本数を制御することで、燃料流量が大きく変わるガスタービンの起動条件から100%負荷条件まで、ガスタービン燃焼器を安定に燃焼を継続させることが可能である。   A fuel system 180 having a fuel flow rate adjusting valve 182 for supplying fuel to the plurality of burners is also branched according to the number of the burners, and the number of burners for burning fuel according to the load of the gas turbine. By controlling the above, it is possible to continue the combustion of the gas turbine combustor stably from the start condition of the gas turbine where the fuel flow rate greatly changes to the 100% load condition.

また、前記バーナに設置する燃料ノズルの本数を増減させたバーナを採用することで、ガスタービン燃焼器の1缶当たりの容量が異なるガスタービン燃焼器を比較的容易に提供することが可能である。   Further, by adopting a burner in which the number of fuel nozzles installed in the burner is increased or decreased, it is possible to provide a gas turbine combustor having a different capacity per can of the gas turbine combustor relatively easily. .

また、本実施例のガスタービン燃焼器1には図2に示したモジュールのバーナ構造を採用した構造を示したが、これ以外にも図3乃至図6に示された各バーナ構造のモジュールを採用することができる。   Further, the gas turbine combustor 1 of the present embodiment has a structure adopting the burner structure of the module shown in FIG. 2, but in addition to this, the modules of the burner structures shown in FIGS. 3 to 6 are used. Can be adopted.

上記した本発明の実施例によれば、燃料と空気とを同軸の噴流として燃焼室に供給して燃焼させる同軸噴流燃焼方式のものにおいて、同軸に噴流させる燃料と空気とを均一に混合させて両者の混合度を高め、NOx排出量の大幅な低減を可能にした燃焼装置及びガスタービン燃焼器が実現できる。   According to the above-described embodiment of the present invention, in the coaxial jet combustion system in which fuel and air are supplied to the combustion chamber as a coaxial jet and burned, the fuel and air to be jetted coaxially are mixed uniformly. A combustion apparatus and a gas turbine combustor that can increase the degree of mixing of both and greatly reduce NOx emissions can be realized.

本発明は、ガスタービン燃焼器に適用できるだけでなく、燃料電池に搭載される燃料改質用燃焼器、ボイラ用燃焼器、温風暖房機や焼却炉など、メタン等の気体燃料を燃焼させる燃焼装置にも適用できる。   The present invention can be applied not only to a gas turbine combustor but also to combust gas fuel such as methane, such as a fuel reforming combustor, a boiler combustor, a hot air heater and an incinerator mounted on a fuel cell. It can also be applied to devices.

本発明の一実施例の燃焼装置であるガスタービン燃焼器が適用されたガスタービン発電装置の構成を示す概略図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Schematic which shows the structure of the gas turbine power generator to which the gas turbine combustor which is a combustion apparatus of one Example of this invention was applied. 本発明の一実施例の燃焼装置であるガスタービン燃焼器の詳細構造を示す部分断面図。The fragmentary sectional view which shows the detailed structure of the gas turbine combustor which is a combustion apparatus of one Example of this invention. 本発明の他の実施例の燃焼装置であるガスタービン燃焼器の詳細構造を示す部分断面図。The fragmentary sectional view which shows the detailed structure of the gas turbine combustor which is a combustion apparatus of the other Example of this invention. 本発明の更に他の実施例の燃焼装置であるガスタービン燃焼器の詳細構造を示す部分断面図。The fragmentary sectional view which shows the detailed structure of the gas turbine combustor which is a combustion apparatus of the further another Example of this invention. 本発明の別の実施例の燃焼装置であるガスタービン燃焼器の詳細構造を示す部分断面図。The fragmentary sectional view which shows the detailed structure of the gas turbine combustor which is a combustion apparatus of another Example of this invention. 本発明の更に別の実施例の燃焼装置であるガスタービン燃焼器の詳細構造を示す部分断面図。The fragmentary sectional view which shows the detailed structure of the gas turbine combustor which is a combustion apparatus of another Example of this invention. 本発明の一実施例の燃焼装置であるガスタービン燃焼器の詳細構造を示す部分断面図。The fragmentary sectional view which shows the detailed structure of the gas turbine combustor which is a combustion apparatus of one Example of this invention. 本発明の実施例である燃焼装置における燃料と空気の混合度の可視化試験の結果を示す燃料濃度の計測図。FIG. 4 is a fuel concentration measurement diagram showing the results of a visualization test of the degree of mixing of fuel and air in the combustion apparatus according to the embodiment of the present invention. 図2に示した本発明の実施例の燃焼装置における燃料と空気の混合度を推定した結果示す図。The figure which shows the result of having estimated the mixing degree of the fuel and air in the combustion apparatus of the Example of this invention shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10:燃料噴射ノズル、11:燃料ヘッダ、20:混合気噴射ノズル、22:第一空気孔、23:予混合ヘッダ、30:(第二)空気孔、31:空気孔プレート、50:隔壁、110:空気圧縮機、120:高圧空気流、130:ディフューザ、140:車室、150:尾筒、151:尾筒フロースリーブ、160:ライナ、161:外筒、180:燃料系統、181:燃料ポンプ、182:燃料流量調節弁、190:燃焼室、191:燃焼ガス流れ、200:タービン、210:発電機。   10: Fuel injection nozzle, 11: Fuel header, 20: Mixture injection nozzle, 22: First air hole, 23: Premix header, 30: (Second) air hole, 31: Air hole plate, 50: Partition wall, 110: air compressor, 120: high pressure air flow, 130: diffuser, 140: passenger compartment, 150: tail cylinder, 151: tail cylinder flow sleeve, 160: liner, 161: outer cylinder, 180: fuel system, 181: fuel Pump, 182: Fuel flow control valve, 190: Combustion chamber, 191: Combustion gas flow, 200: Turbine, 210: Generator.

Claims (9)

燃料を噴出する複数の燃料噴射ノズルと、前記燃料噴射ノズルの下流部に配置されて該燃料と一次空気が混合した第一の混合気を噴出する複数の混合気噴射ノズルと、前記混合気噴射ノズルの下流側に配置されて該第一の混合気と二次空気が混合した第二の混合気を噴出する複数の空気孔を設けた空気孔プレートと、前記空気孔プレートに設けた空気孔の下流側に配置されて燃料と空気の混合気を燃焼させる燃焼室とを備え、前記混合気噴射ノズルはその中心軸が前記燃料噴射ノズルの中心軸と同軸上に配置して該燃料噴射ノズルから噴出される燃料の噴流の周囲を一次空気で包み込むようにしてこの混合気噴射ノズルに導入させ、前記空気孔プレートに設けた空気孔はその中心軸が前記混合気噴射ノズルの中心軸と同軸上に配置して該混合気噴射ノズルから噴出される前記第一の混合気を、その内側に前記混合気噴射ノズルを備えた混合気ヘッダを設置したノズル外筒と、前記混合気ヘッダとの間に形成される流路で急拡大させ、前記第一の混合気の周囲を二次空気で包み込むようにして前記空気孔プレートの空気孔に導入させ、前記空気孔から燃焼室に前記第二の混合気を噴出させて燃焼させるように構成したことを特徴とする燃焼装置。 A plurality of fuel injection nozzles for injecting fuel; a plurality of mixture injection nozzles disposed downstream of the fuel injection nozzle for discharging a first air-fuel mixture in which the fuel and primary air are mixed; and the air-fuel mixture injection An air hole plate disposed on the downstream side of the nozzle and provided with a plurality of air holes for ejecting a second air-fuel mixture in which the first air-fuel mixture and secondary air are mixed, and air holes provided in the air hole plate A combustion chamber for combusting a fuel / air mixture, and the fuel injection nozzle is arranged such that its central axis is coaxial with the central axis of the fuel injection nozzle. An air hole provided in the air hole plate has a central axis coaxial with the central axis of the air-fuel mixture injection nozzle. be placed above,該混Said first air-fuel mixture injected from the gas injection nozzle, and the nozzle outer cylinder was installed mixture header having the mixture injection nozzle on the inside, flow path formed between the air-fuel mixture header The air mixture is rapidly expanded, and the air around the first air- fuel mixture is introduced into the air holes of the air hole plate so as to be surrounded by secondary air, and the second air-fuel mixture is ejected from the air holes into the combustion chamber. A combustion apparatus configured to burn. 燃料を噴出する複数の燃料噴射ノズルと、前記燃料噴射ノズルの下流部に配置されて該燃料と一次空気が混合した第一の混合気を噴出する複数の第一空気孔を設けた混合気ヘッダと、前記混合気ヘッダに設けた第一空気孔の下流側に配置されて該第一の混合気と二次空気が混合した第二の混合気を噴出する複数の第二空気孔を設けた空気孔プレートと、前記空気孔プレートに設けた第二空気孔の下流側に配置されて燃料と空気の混合気を燃焼させる燃焼室とを備え、前記混合気ヘッダに設けた第一空気孔はその中心軸が前記燃料噴射ノズルの中心軸と同軸上に配置して該燃料噴射ノズルから噴出される燃料の噴流の周囲を一次空気で包み込むようにして前記混合気ヘッダの第一空気孔に導入させ、この第一空気孔から噴出される前記第一の混合気を、その内側に前記第一空気孔を設けた混合気ヘッダが設置されるノズル外筒と、前記混合気ヘッダとの間に形成される流路で急拡大させ、前記空気孔プレートに設けた第二空気孔はその中心軸が前記第一空気孔の中心軸と同軸上に配置して該第一空気孔から噴出される前記第一の混合気の周囲を二次空気で包み込むようにして前記空気孔プレートの第二空気孔に導入させ、前記第二空気孔から燃焼室に前記第二の混合気を噴出させて燃焼させるように構成したことを特徴とする燃焼装置。 An air-fuel mixture header provided with a plurality of fuel injection nozzles for injecting fuel, and a plurality of first air holes arranged downstream of the fuel injection nozzle and for injecting a first air-fuel mixture in which the fuel and primary air are mixed And a plurality of second air holes that are arranged downstream of the first air holes provided in the air-fuel mixture header and eject a second air-fuel mixture in which the first air-fuel mixture and secondary air are mixed. An air hole plate, and a combustion chamber disposed on the downstream side of the second air hole provided in the air hole plate and combusting a mixture of fuel and air, and the first air hole provided in the air- fuel mixture header includes: its central axis is arranged on the central axis coaxial of the fuel injection nozzle, surrounding the jet of fuel ejected from the fuel injection nozzle so as to wrap around the primary air to the first air hole of the air-fuel mixture header It is introduced, the first to be ejected from the first air holes The Aiki, and nozzle outer cylinder mixture headers provided with said first air hole on the inside is installed, rapid growth is in flow is formed passage between the gas mixture header, to the air hole plate The second air hole provided is arranged so that its central axis is coaxial with the central axis of the first air hole so as to wrap around the first air-fuel mixture ejected from the first air hole with secondary air. The combustion apparatus is configured to be introduced into the second air hole of the air hole plate and to inject and burn the second air-fuel mixture from the second air hole into the combustion chamber. 燃料を噴出する複数の燃料噴射ノズルと、前記燃料噴射ノズルの下流部に配置されて該燃料と一次空気とが流入する複数の第一空気孔及びこの第一空気孔の下流側に該燃料と一次空気とが混合して第一の混合気を形成する部屋を形成した予混合ヘッダをそれぞれ備えた混合気へッダと、この混合気へッダに形成した該予混合ヘッダから該第一の混合気を噴出する混合気噴射ノズルと、前記混合気噴射ノズルの下流側に配置されて該第一の混合気と二次空気が混合した第二の混合気を噴出する複数の第二空気孔を設けた空気孔プレートと、前記空気孔プレートに設けた空気孔の下流側に配置されて燃料と空気の混合気を燃焼させる燃焼室とを備え、前記第一空気孔はその中心軸が前記燃料噴射ノズルの中心軸と同軸上に配置して該燃料噴射ノズルから噴出される燃料の噴流の周囲を一次空気で包み込むようにして前記混合気ヘッダの第一空気孔に導入させ、更にこの第一空気孔を経由して予混合ヘッダ内に流下した該燃料と一次空気の混合気を前記予混合ヘッダ内で急拡大させて第一の混合気を形成させて前記混合気噴射ノズルから噴出させ、該第一の混合気を、その内側に前記混合気噴射ノズルを備えた混合気ヘッダを設置したノズル外筒と、前記混合気ヘッダとの間に形成される流路で急拡大させ、前記空気孔プレートに設けた第二空気孔はその中心軸が前記混合気噴射ノズルの中心軸と同軸上に配置して前記混合気噴射ノズルから噴出される前記第一の混合気の周囲を二次空気で包み込むようにして前記空気孔プレートの第二空気孔に導入させ、前記第二空気孔から燃焼室に前記第二の混合気を噴出させて燃焼させるように構成したことを特徴とする燃焼装置。 A plurality of fuel injection nozzles for injecting fuel, a plurality of first air holes arranged downstream of the fuel injection nozzle and into which the fuel and primary air flow, and the fuel on the downstream side of the first air holes A mixture header provided with a premix header that forms a chamber in which primary air is mixed to form a first mixture, and the first mixture header formed in the mixture header from the first An air-fuel mixture injection nozzle for injecting the air-fuel mixture, and a plurality of second airs arranged on the downstream side of the air-fuel mixture injection nozzle to eject a second air-fuel mixture in which the first air-fuel mixture and secondary air are mixed An air hole plate provided with holes, and a combustion chamber disposed on the downstream side of the air holes provided in the air hole plate and combusting a mixture of fuel and air, the first air hole having a central axis The fuel injection nozzle is arranged coaxially with the central axis of the fuel injection nozzle. Around the jet of fuel ejected by the enveloping the primary air is introduced into the first air holes of the air-fuel mixture headers from the further fuel flowing down into the pre-mix header via the first air hole A mixture of primary air is rapidly expanded in the premixing header to form a first mixture and ejected from the mixture injection nozzle, and the first mixture is injected inside the mixture injection nozzle. a nozzle outer cylinder the air-fuel mixture header was installed with a rapid expansion is in flow is formed passage between the gas mixture header, a second air hole provided in the air hole plate the mixture is its center axis Arranged coaxially with the central axis of the air injection nozzle and introduced into the second air hole of the air hole plate so as to wrap around the first air mixture ejected from the air mixture injection nozzle with secondary air From the second air hole to the combustion chamber Combustion apparatus characterized by being configured to burn by ejecting a second gas mixture. 請求項3に記載の燃焼装置において、前記予混合ヘッダから第一の混合気を噴出する混合気噴射ノズルは該予混合ヘッダに対して複数個配設して前記燃料噴射ノズルの本数よりも前記混合気噴射ノズルの本数を多く配設するようにしたことを特徴とする燃焼装置。   4. The combustion apparatus according to claim 3, wherein a plurality of air-fuel mixture injection nozzles for ejecting the first air-fuel mixture from the pre-mixing header are arranged with respect to the pre-mixing header, and the number of the fuel injection nozzles is larger than the number of the fuel injection nozzles. A combustion apparatus characterized in that a large number of mixture injection nozzles are arranged. 請求項3に記載の燃焼装置において、前記予混合ヘッダに燃料と一次空気を流入させる前記第一空気孔は該予混合ヘッダに対して複数個配設して前記燃料噴射ノズルの本数よりも前記混合気噴射ノズルの本数を少なく配設するようにしたことを特徴とする燃焼装置。   4. The combustion apparatus according to claim 3, wherein a plurality of the first air holes through which fuel and primary air flow into the premixing header are disposed with respect to the premixing header, and the number of the fuel injection nozzles is greater than the number of the fuel injection nozzles. A combustion apparatus characterized in that a small number of mixture injection nozzles are arranged. 請求項3乃至請求項5のいずれか1項に記載の燃焼装置において、前記燃料装置をガスタービン燃焼器に用いたことを特徴とする燃焼装置。   The combustion apparatus according to any one of claims 3 to 5, wherein the fuel apparatus is used in a gas turbine combustor. 請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の燃焼装置において、前記燃料噴射ノズルから前記混合気噴射ノズル又は第一空気孔までの構造の集合体を1つのモジュールとして、これらのモジュールを複数個備えさせ、これらのモジュールの下流側に空気孔又は第二空気孔を有する共通の空気孔プレートを備えさせてガスタービン燃焼器を構成したことを特徴とする燃焼装置。   6. The combustion apparatus according to claim 1, wherein an assembly having a structure from the fuel injection nozzle to the air-fuel mixture injection nozzle or the first air hole is formed as one module, and these modules are combined. A combustion apparatus comprising a gas turbine combustor comprising a plurality of air holes or a common air hole plate having air holes or second air holes on the downstream side of these modules. 燃料を噴出する複数の燃料噴射ノズルと、前記燃料噴射ノズルの下流部に配置されて該燃料と圧縮機で圧縮された高圧空気の一部である一次空気が混合した第一の混合気を噴出する複数の混合気噴射ノズルと、前記混合気噴射ノズルの下流側に配置されて該第一の混合気と該圧縮機で圧縮された高圧空気の一部である二次空気が混合した第二の混合気を噴出する複数の空気孔を設けた空気孔プレートと、前記空気孔プレートに設けた空気孔の下流側に配置されて燃料と空気の混合気を燃焼させる燃焼室とを備え、前記混合気噴射ノズルはその中心軸が前記燃料噴射ノズルの中心軸と同軸上に配置して該燃料噴射ノズルから噴出される燃料の噴流の周囲を一次空気で包み込むようにしてこの混合気噴射ノズルに導入させ、前記空気孔プレートに設けた空気孔はその中心軸が前記混合気噴射ノズルの中心軸と同軸上に配置して該混合気噴射ノズルから噴出される前記第一の混合気を、その内側に前記混合気噴射ノズルを備えた混合気ヘッダを設置したノズル外筒と、前記混合気ヘッダとの間に形成される流路で急拡大させ、前記第一の混合気の周囲を二次空気で包み込むようにして前記空気孔プレートの空気孔に導入させ、前記空気孔から燃焼室に前記第二の混合気を噴出させて燃焼させ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 plurality of fuel injection nozzles for injecting fuel, and a first air-fuel mixture that is disposed downstream of the fuel injection nozzle and mixed with the primary air that is a part of high-pressure air compressed by the compressor A plurality of air-fuel mixture injection nozzles, and a second air that is disposed downstream of the air-fuel mixture injection nozzles and mixed with secondary air that is part of the high-pressure air compressed by the compressor An air hole plate provided with a plurality of air holes for jetting the air-fuel mixture, and a combustion chamber disposed downstream of the air holes provided in the air hole plate and combusting the fuel-air mixture. The air-fuel mixture injection nozzle has a central axis coaxially arranged with the central axis of the fuel injection nozzle, and encloses the periphery of the fuel jet ejected from the fuel injection nozzle with primary air. Let the air hole plate Only air holes arranged on its central axis the mixture center axis of the injection nozzle and coaxial, the first air-fuel mixture to be ejected from the mixture injection nozzle, the mixture injection nozzle on the inside The air that is rapidly expanded in a flow path formed between the nozzle outer cylinder provided with the air-fuel mixture header and the air-fuel mixture header so as to wrap around the first air- fuel mixture with secondary air. A gas turbine combustor configured to be introduced into an air hole of a hole plate and to inject and burn the second air-fuel mixture from the air hole into a combustion chamber. 燃料を噴出する複数の燃料噴射ノズルと、前記燃料噴射ノズルの下流部に配置されて該燃料と圧縮機で圧縮された高圧空気の一部である一次空気が混合した第一の混合気を噴出する複数の第一空気孔を設けた混合気ヘッダと、前記混合気ヘッダに設けた第一空気孔の下流側に配置されて該第一の混合気と該圧縮機で圧縮された高圧空気の一部である二次空気が混合した第二の混合気を噴出する複数の第二空気孔を設けた空気孔プレートと、前記空気孔プレートに設けた第二空気孔の下流側に配置されて燃料と空気の混合気を燃焼させる燃焼室とを備え、前記混合気ヘッダに設けた第一空気孔はその中心軸が前記燃料噴射ノズルの中心軸と同軸上に配置して該燃料噴射ノズルから噴出される燃料の噴流の周囲を一次空気で包み込むようにしてこの第一空気孔に導入させ、更にこの第一空気孔から噴出される前記第一の混合気を、その内側に前記第一空気孔を設けた混合気ヘッダが設置されるノズル外筒と、前記混合気ヘッダとの間に形成される流路で急拡大させ、前記空気孔プレートに設けた第二空気孔はその中心軸が前記第一空気孔の中心軸と同軸上に配置して該第一空気孔から噴出される前記第一の混合気の周囲を二次空気で包み込むようにして前記空気孔プレートの第二空気孔に導入させ、前記第二空気孔から燃焼室に前記第二の混合気を噴出させて燃焼させ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 plurality of fuel injection nozzles for injecting fuel, and a first air-fuel mixture that is disposed downstream of the fuel injection nozzle and mixed with the primary air that is a part of high-pressure air compressed by the compressor An air-fuel mixture header provided with a plurality of first air holes, and a high-pressure air that is disposed downstream of the first air holes provided in the air-fuel mixture header and compressed by the first air-fuel mixture and the compressor. An air hole plate provided with a plurality of second air holes for ejecting a second air-fuel mixture mixed with a portion of the secondary air, and disposed downstream of the second air holes provided in the air hole plate. A combustion chamber for burning a mixture of fuel and air, and the first air hole provided in the mixture header has a central axis coaxial with the central axis of the fuel injection nozzle, and the fuel injection nozzle So that the air around the jet of fuel Is introduced into the first air hole and further the first air-fuel mixture to be ejected from the first air holes, the nozzle outer cylinder mixture headers are installed provided with the first air holes inside thereof, The second air hole provided in the air hole plate is rapidly enlarged in a flow path formed between the air-fuel mixture header and the central axis thereof is arranged coaxially with the central axis of the first air hole. The periphery of the first air-fuel mixture ejected from the first air hole is introduced into the second air hole of the air hole plate so as to be wrapped with secondary air, and the second air hole is introduced into the combustion chamber from the second air hole. A gas turbine combustor configured to jet and combust an air-fuel mixture.
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