JP5301547B2 - 多段式軸流燃焼システム - Google Patents

多段式軸流燃焼システム Download PDF

Info

Publication number
JP5301547B2
JP5301547B2 JP2010524836A JP2010524836A JP5301547B2 JP 5301547 B2 JP5301547 B2 JP 5301547B2 JP 2010524836 A JP2010524836 A JP 2010524836A JP 2010524836 A JP2010524836 A JP 2010524836A JP 5301547 B2 JP5301547 B2 JP 5301547B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
combustion
stages
fuel
stage
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2010524836A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2010539436A (ja
Inventor
カイ、ウェイドン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Inc
Original Assignee
Siemens Westinghouse Power Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Westinghouse Power Corp filed Critical Siemens Westinghouse Power Corp
Publication of JP2010539436A publication Critical patent/JP2010539436A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5301547B2 publication Critical patent/JP5301547B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34Feeding into different combustion zones
    • F23R3/346Feeding into different combustion zones for staged combustion

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Description

本願は、参考までに本書で援用されている2007年9月14日出願の米国仮出願60/972,400号の米国特許法第119条(e)(1)に基づく恩典を請求するものである。
本発明は、ガスタービン燃焼システムに関するものであり、とりわけ、NOx排出を大幅に低減して効率の高い燃焼プロセスをもたらす多段軸流燃焼システムに関するものである。
ガスタービン燃焼システムにおける燃料の燃焼によって生じる排気ガス中の窒素酸化物(NOx)排出濃度は当該分野において長年の懸案であった。現在、要求される排出レベルは、産業用ガスの排出について25ppm未満のNOxである。窒素酸化物(NOx)には、二酸化窒素(NO2)及び一酸化窒素(NO)のようなさまざまな窒素化合物が含まれている。これらの化合物は、粒子状有害物質、スモッグ(地表オゾン)、及び、酸性雨の形成に重大な役割を果たす。さらに、これらの化合物は富栄養化(沿岸河口域における栄養分の蓄積)の一因となり、そのためさらに酸素減損が生じ、その結果、水質が劣化して、海洋生物に危害をもたらすことになる。NOx排出は、国立公園及び原生自然環境保全地域における煙霧による大気汚染の一因にもなる。結果として、NOx排出の少ないガスタービン燃焼システムは最重要である。
ガスタービン燃焼システムにおいてNOxの排出を低減するための主たる方法は、火炎温度を下げることによって燃焼反応温度を下げることである。例えば、特許文献1に記載のように、NOx排出を低減するための従来の方法の1つは、高温燃焼領域に蒸気または水を注入して、燃焼中に火炎温度を下げることである。この方法の欠陥としては、大量の水または蒸気が必要になることと、水の注入から生じる燃焼器の振動増大によって燃焼器の寿命が短くなることである。さらに、周知のように火炎温度を下げると燃焼効率が大幅に低下するので、火炎温度を下げることは、燃焼システムの効率の大幅な降下をもたらすことになる。従って、燃焼効率のために比較的高い火炎温度を維持することができ、かつNOx排出を低レベルに保つことが可能な燃焼システムが望ましい。
米国特許第6,418,725号明細書
本発明については、図面に鑑みて下記の説明において明らかにされる。
当該技術において既知の従来の燃焼システムの概略図である。 本発明の態様の1つによる多段軸流燃焼システムの断面図である。 本発明の態様の1つによる図2の複数の二次燃焼段のもう1つの断面図である。 本発明の態様の1つによる燃焼室の周辺部に周方向に間隔をあけて配置された複数の噴射器を備える図2の多段軸流燃焼システムの軸流段の断面図である。 本発明による予混合バーナの断面図である。 本発明による拡散バーナの断面図である。 全燃焼式燃焼と完全混合及び不完全混合軸流段階式燃焼の結果としてのさまざまなNOx排出量を比較したグラフである。 全燃焼式燃焼及び滞留時間の異なる軸流段階式燃焼の結果としてのさまざまなNOx排出量を比較したグラフである。
本発明の発明者は、燃焼室の前端の一次燃焼段と、燃焼室の全長に沿って流れ系列をなすように間隔をあけて配置された複数の二次燃焼段を備え、燃焼室の内径が複数の二次燃焼段の少なくとも第1の燃焼段から複数の二次燃焼段の少なくとも第2の燃焼段へと縮小する多段式軸流システムを開発した。好都合なことには、本発明の新規の多段式軸流燃焼システムは、均一な燃焼、高レベルの混合、滞留時間の短縮、及び、高火炎温度を実現し、それによって、NOx排出が先行技術による燃焼システムよりも大幅に少ない、極めて効率の良い燃焼プロセスが得られる。
図1には、軸流系において、吸気口12、圧縮機セクション14、燃焼室16、タービンセクション18、パワータービンセクション20、及び、排気口22を含む典型的な産業用ガスタービンエンジン10が描かれている。パワータービンセクション20は、1つ以上のシャフト(不図示)を介して圧縮機セクション14を駆動するように構成されている。一般に、パワータービンセクション20は、シャフト26を介して発電機24を駆動するように構成されている。
図2に示すように、燃焼室16には、一次燃焼段28と二次燃焼段30A〜Dが含まれている。一次燃焼段28は、燃焼室16の前端32に配置され、一次燃焼ゾーン34を形成している。一次燃焼段28には、一般に、燃料源19から一次燃焼段28に燃料を供給する少なくとも1つの燃料供給管路17と、圧縮機セクション14のような空気源から空気を供給する少なくとも1つの給気管路15が含まれている。燃料及び空気は、燃料供給管路及び給気管路によって供給される燃料と空気を混合するためのミキサに送られ得る。ミキサは、空気と燃料を混合して、通路36を通過する予混合された燃料空気混合気を生成する。実施形態の1つでは、ミキサは、通路36の通過時に回転運動量で燃料と空気を混合する旋回羽根38である。一次燃焼段28の通路36の下流には、一次燃焼ゾーン34のほぼ円錐形の部分40がある。燃料/空気混合物は、円錐形部分40に流入すると、点火炎42により及び必要に応じて1つ以上のマイクロバーナを用いて点火される。結果生じる火炎の少なくとも一部は、燃焼室16の中心軸44に沿って進む。円錐形部分40と旋回羽根38からの燃料/空気混合物の渦流が相俟って、点火炎42の安定化に役立つ。
一次燃焼段28の下流には、例えば、図2に示す4つの二次燃焼段30A〜Dのような複数の二次燃焼段が配置されている。本発明では、任意の数の二次燃焼段30A〜Dを設けることが可能である。燃焼段を多くすることによって、燃焼システムの動特性が向上し、火炎がより安定し、混合が改善されるように企図されている。しかしながら、この段数は、他の考慮事項、すなわち、一例を挙げると追加段の製造コストとのバランスをとらなければならない。もちろん、二次燃焼段を2つ以上備える実施態様では、本書に記載のように本発明の利点が得られることになる。
図2に示すように、二次燃焼段30A〜Dは、燃焼室16の全長に沿った流れ系列をなすように間隔をあけて配置されている。各二次燃焼段には対応する二次燃焼ゾーン46A〜Dが形成されている。さらに、二次燃焼段30A〜Dのそれぞれには、中心軸44に向かって燃料、空気、または、それらの混合物を噴射するために周方向に間隔をあけて配置された複数の噴射器が含まれている。図4に示すように、各二次燃焼段すなわち二次燃焼段30A内には、二次燃焼ゾーン46A〜Dの対応する1つに二次燃料/空気混合物を供給するため、複数の二次噴射器48が燃焼室16の外周に放射状に配列されている。二次噴射器は、必要に応じて互いに間隔をあけて配置することが可能である。実施形態の1つでは、二次噴射器は互いに等間隔に配置される。例えば図4に示すように、各二次燃焼段30すなわち燃焼段30A内には、燃焼室16の外周に等間隔をあけて放射状に6つの噴射器48が設けられている。
実施形態の1つでは、二次噴射器の大部分が中心軸に向かって互いにほぼ同じ角度で材料を噴射するように整列している。こうして、燃料/空気混合物が、二次燃焼段30A〜Dのそれぞれの中心に向かって、二次燃焼段30A〜Dのそれぞれの周壁から離れる方に送られるので、燃焼室16の中心軸44に沿って高レベルの混合が行われることになる。代わりに、二次噴射器48の少なくとも1つに、二次噴射器48の別の1つとは異なる角度で中心軸44に向かって材料を噴射するように位置調整を加えることも可能である。一般に、噴射器48は、周方向において効率よく混合するため、燃焼室16を通る燃料/空気流に対する横方向の平面に沿って同じ軸方向に整列している。
一般に、各二次噴射器は、図2に示すように各二次噴射器48に二次燃料54及び二次空気56を供給するのに適した二次空気及び/燃料供給源によって、1つ以上の管路を介して燃料、空気、あるいは、それらの混合されていないものまたは予混合された混合物が供給される。実施形態の1つでは、燃料、空気、あるいは、それらの混合されていないものまたは予混合された混合物は、マニホルドによって二次噴射器に供給することが可能である。さらに、補助二次空気を二次燃焼段の任意の1つまたはその全てに補給して、燃焼プロセスのためにさらなる二次空気を供給することが可能である。例えば、図2に示すように、二次燃焼段30Bの終端部64から二次燃焼段30Bの二次燃焼ゾーン46Bに補助二次空気60を供給することが可能である。補助二次空気60は、二次燃焼段30Bの噴射器48から噴射される燃料及び/または空気と混合することができるが、とりわけ燃焼室16のライナーまたは外側部分を冷却することが可能である。二次空気及び/または燃料源は、一次燃焼ゾーンに対して空気及び/または燃料を供給するのと同じ空気及び/または燃料源とすることもできるし、あるいは、それとは部分的にまたは完全に別個のものとすることも可能である。
実施形態の1つでは、二次噴射器48の少なくとも一部は、図5に示すタイプの旋回羽根52を備える予混合バーナ50であり、この旋回羽根は、二次燃焼ゾーン46A〜Dの対応する1つへの噴射前に、各バーナ50に供給される燃料と空気にある程度の予混合を施す。図5の実施形態の場合、二次空気54は予混合バーナ50の軸方向長さに沿って導かれる一方、二次燃料56は予混合バーナ50の軸方向長さ及び空気流に対して垂直方向に導かれる。代わりに、空気及び燃料を、任意の適合する角度で各予混合バーナに供給することも可能である。予混合バーナは、燃焼室16への噴射前に燃料に対して高レベルの混合を施すが、燃焼室16の中心軸44に沿って流れる火炎を不安定にする傾向がある。予混合バーナを設ける場合には、各二次燃焼ゾーンに混合燃料/空気供給物を送り込むため、各二次燃焼段毎に6つ以上の予混合バーナを備えることができるように考慮されている。
もう1つの実施形態の場合、二次噴射器48の少なくとも一部は、図6に示すタイプの拡散バーナ58であり、二次燃料56が二次空気54の上方平行流と下方平行流の間を各拡散バーナ58の中心軸62に沿って導かれる。これらの拡散バーナは予混合バーナの混合レベルにはならないが、燃焼システム全体の動特性を向上させる。拡散バーナを設ける場合には、各二次燃焼ゾーンに予混合燃料/空気供給物を送り込むために、各二次燃焼段毎に16以上の拡散バーナを備えることができるように考慮されている。
本発明において、発明者は、例えば特許文献1に記載のような軸流段設計だけでは、NOx排出を低減し、比較的高効率の燃焼を維持するという課題が十分に解決されないという意外な発見をした。本願発明者は、多段式軸流システムの各軸流段における燃料/空気の混合が十分でなければならず、さもなければ、NOxの発生量が、実際には、軸流段階化を施していないヘッドエンドシステムにおける標準的な全燃焼によって生じるNOxより多くなる可能性があるということを発見した。例えば図7に示すように、燃焼室のヘッドエンドにおける全燃焼と比較すると、これらの軸流段で燃料/空気が完全に混合されると、NOx排出は低減する。しかしながら、やはり図7に示すように、各軸流段における空気/燃料の混合が完全でなければ、燃料と空気の混合が不十分なため、燃焼によって生じるNOxの量は実際にはヘッドエンドにおける全燃焼の場合より多くなる可能性がある。従って、本発明によれば、多段式軸流燃焼システムの各段における燃料と空気の最適な混合を確保し、さらには燃焼室における燃料/空気混合物の均一な燃焼及び滞留時間の短縮を確実にする多段式軸流燃焼システムが提供される。
混合の改善と均一な燃焼を実現するため、図2の燃焼室16の描写から明らかなように、燃焼室16の内径は、複数の二次燃焼段30A〜Dの少なくとも第1の燃焼段から複数の二次燃焼段30A〜Dの少なくとも第2の燃焼段へと縮小する。実施形態の1つでは、内径の縮小の意味するところは、最大内径が、二次燃焼段の少なくとも第1の燃焼段及び二次燃焼段の少なくとも第2の燃焼段内において縮小されるということである。
図3に示すように、二次燃焼段30A〜Dは、燃焼室16の全長に沿った軸流系列において最大内径D1〜D4が逐次縮小する。二次燃焼段30A〜Dの内径D1〜D4値は、一般に、図3に示す各二次燃焼段の前端またはその近くの燃焼段の最大内径と思える位置で測定されるように企図されている。図3の実施形態の場合、二次燃焼段30Aの最大内径は(D1)であり、その後に燃焼段30Bの(D2)、30Cの(D3)、及び、30Dの(D4)が続く。代わりに、任意の隣接する二次燃焼段の最大内径がほぼ同様かまたは等しくなるようにすることが可能であり、少なくとも1つの下流の二次燃焼段の最大内径はより小さくなる(対象となる燃焼段が燃焼室16における最終燃焼段でなければ)。図3には、実施形態の1つにおける各二次燃焼段30A〜Dの大体の領域が、二次燃焼段30A〜Dを示す破線によって例示されている。
上述の実施形態の場合、複数の二次燃焼段は、全体として図2〜3に示すように燃焼室16内にほぼ円錐形の二次燃焼ゾーン66を形成する。こうして、燃焼室16の中心に燃料及び空気を噴射すると、噴射された燃料と空気が、燃焼室16の前端32からガスタービンエンジン10のタービンセクション18の手前にある燃焼室16の反対側の端70まで十分に混合される確率が高くなる。
さらに、上述の実施形態の場合、ほぼ円錐形をなす二次燃焼ゾーン66の形状の結果として、燃焼室16の二次燃焼段30A〜Dの複数の噴射器48から噴射される燃料、空気、または、それらの混合物は、断面が次第に小さくなる領域内に速度を増しながら強制的に送り込まれる。こうして、火炎及び燃料/空気混合物が燃焼室16の中心軸44に沿って燃焼室16の前端32から反対側の端70まで進むにつれて、高速撹拌または渦流作用が次第に生じることになる。従ってまた、燃焼室の中心軸に沿った燃焼空気及び燃料の速度が、複数の二次燃焼段の第1の燃焼段から複数の二次燃焼段の少なくとも第2の燃焼段へと連続的に増し、その結果、二次燃焼段における噴射燃料/空気混合物の混合が単一の軸流段階の場合より改善される。
燃焼室の二次燃焼段の複数の噴射器から噴射される燃料/空気混合物が速度を増しながら縮小する領域へ強制的に送り込まれるが、さらに、多段軸流設計によって、噴射燃料/空気を各二次燃焼ゾーンの全流域に広く均等に行き渡らせることも可能になる。こうして、燃焼プロセスの火炎安定性及び動特性が改善される。さらに、燃焼システムにおける燃焼プロセスのために火炎温度をより高くすることも可能である。この結果、既知の先行技術によるプロセスに比べて燃焼効率が高くなり、NOxの生成は最小限に抑えられる。例えば、燃焼室のタービンセクションへの入口温度は一般に1400〜1500℃の範囲内である。本発明では、燃料及び空気の均一な分布と燃料及び空気の混合度のために、二次燃焼ゾーン及びタービンセクション入口において少なくとも約1700℃の温度に達する可能性がある。
また、燃料が一次燃焼ゾーン34の下流で噴射されるので、二次燃焼ゾーン46A〜Dのそれぞれに噴射される燃料/空気混合物の滞留時間は比較的短い。さらに、二次燃焼段30A〜Dは、上述のように燃焼室16の軸流に沿って直径が縮小するので、二次燃焼段30A〜Dから後続噴射される混合気流の滞留時間はさらに短い滞留時間になるが、完全に混合されていて、燃焼室16内に均等に行き渡り、NOx排出が少なく効率の良い安定した燃焼が生じることになる。実施形態の1つでは、一次燃焼段及び二次燃焼段から噴射される全燃料の約10重量%〜約30重量%が、二次燃焼段で噴射されるが、実施形態の1つでは、燃焼室16内に噴射される全燃料の約20重量%が複数の二次燃焼用噴射器から噴射される。換言すれば、燃焼室16内に噴射される全燃料の約70重量%〜90重量%、実施形態の1つでは約80重量%が、一次燃焼ゾーン34内に噴射される。燃料/空気混合物の十分な混合を実現できると判断される限りにおいて、二次燃焼ゾーン46A〜D内に噴射される燃料/空気混合物の燃料/空気比は、一次燃焼ゾーン34内に噴射される燃料/空気混合物と等しい場合もあれば、ほぼ同様の場合もあり、又は異なる場合もある。
さらに、燃焼器内における二次燃焼段の配置位置が重要である。図8に示すように、ヘッドエンド燃焼における全燃焼が、7ms、9ms、及び、11msの軸流段階式燃焼と比較された。軸流段噴射の場合、燃料の有効滞留時間は短縮され、NOx排出が減少する。図8におけるミリ秒単位の時間の基準値は、一次燃料が燃焼室のヘッドエンドから第1の軸流段の位置まで移動する時間を表わすように意図されている。従って、二次燃焼段の1つへの燃料/空気混合物の噴射が遅くなればなるほど、燃焼室内における第1の二次燃焼段の配置箇所までの下流の距離が長くなる。本発明者は、燃焼室の全長に沿って複数の二次燃焼段をさらに設けることによって、NOxの排出を減少させることが可能になることを発見した。理論による束縛を望むわけではないが、燃焼室の全長に沿って複数の二次燃焼段をさらに設けると、NOxの排出を生じる時間がそれほどないように、燃焼室の終端部のできるだけ近くで燃料/空気混合物が十分に燃焼するので、結果としてNOxの排出が減少するものと考えられる。図8に示すように、ヘッドエンドにおける全燃焼によって、最大量のNOxが排出され、これに7、9、及び、11msの軸流段階式燃焼(完全混合による)が続く。従って、燃料/空気が燃焼室のさらに下方の複数の二次燃焼ゾーンで噴射されると、結果としてNOxの排出が減少する。
本書に記載の多段式軸流燃焼システムは、当該技術において既知の缶状または環状燃焼室に適応させることが可能である。缶状燃焼室を備える燃焼システムには、一般に燃焼室の端部とタービンセクションとの間の移行部も含まれているのが普通である。従って、所望の場合には、こうした缶状燃焼システムの移行部に複数の二次燃焼室の少なくともいくつかを配置できるように企図されている。一般に、環状燃焼室には移行部分が含まれていない。従って、本書に記載の一次燃焼段及び二次燃焼段は、一般に環状燃焼室内に配置される。缶状燃焼室を設ける場合には、ほぼ各二次燃焼段毎に、燃焼室の外周に周方向に間隔をあけて8つ以上の噴射器を備えることになる。逆に環状燃焼室を設ける場合には、ほぼ各二次燃焼段毎に、燃焼室の外周に周方向に間隔をあけて24以上の噴射器を備えることになる。
本書では、本発明のさまざまな実施形態を示して説明してきたが、こうした実施形態が例証のためだけに提示されものであることは明白であろう。本書に記載の本発明から逸脱することなく、さまざまな変更、改変、及び、置換を施すことが可能である。従って、本発明は請求項の趣旨及び範囲によってのみ限定されることが意図される。
10 ガスタービンエンジン
12 吸気口
14 圧縮セクション
15 給気管路
16 燃焼室
17 燃料供給管路
18 タービンセクション
19 燃料源
20 パワータービンセクション
24 発電機
26 シャフト
28 一次燃焼段
30A〜D 二次燃焼段
32 燃焼室の前端
36 通路
38 旋回羽根
40 円錐形部分
42 点火炎
44 燃焼室の中心軸
46A〜D 二次燃焼ゾーン
48 二次噴射器
50 予混合バーナ
52 旋回羽根
58 拡散バーナ

Claims (10)

  1. ガスタービン燃焼システムであって、
    中心軸を備えた燃焼室と、
    前記燃焼室の前端に配置されて、噴射燃料を燃焼させる一次燃焼段と、
    前記燃焼室の全長に沿って流れ系列をなすように間隔をあけて配置された複数の二次燃焼段とを備えており、前記複数の二次燃焼段のそれぞれが、周方向に間隔をあけて配置された、前記中心軸に向かって燃料、空気、または、その混合物を噴射する複数の二次噴射器を有し、
    前記燃焼室の内径が、前記複数の二次燃焼段の少なくとも第1の燃焼段から前記複数の二次燃焼段の少なくとも第2の燃焼段へと縮小してなることを特徴とする、ガスタービン燃焼システム。
  2. 前記複数の二次燃焼段が、前記燃焼室内に円錐形の二次燃焼ゾーンを形成することを特徴とする、請求項1に記載のガスタービン燃焼システム。
  3. 前記一次燃焼段に、
    少なくとも1つの燃料供給管路及び第1の空気源と、
    前記少なくとも1つの燃料供給管路及び前記第1の空気源によって供給される燃料と空気を混合するための第1の手段と、
    前記第1の混合手段の下流に配置された円錐形の部分と、
    前記第1の混合手段からの燃料/空気混合物を、前記円錐形の部分内に前記燃焼室の中心軸に沿って噴射するための一次噴射器が含まれることを特徴とする、
    請求項1に記載のガスタービン燃焼システム。
  4. 前記複数の二次燃焼段の少なくとも1つにおける前記複数の二次噴射器のそれぞれが、前記中心軸に向かって同じ角度で燃料、空気、またはその混合物を噴射するように整列していることを特徴とする、請求項1に記載のガスタービン燃焼システム。
  5. 前記複数の二次燃焼段の少なくとも1つにおける前記複数の二次噴射器の少なくとも1つが、その二次燃焼段の1つにおける前記複数の二次噴射器の別の1つとは異なる角度で前記中心軸に向かって燃料、空気、またはその混合物を噴射するように位置調整されていることを特徴とする、請求項1に記載のガスタービン燃焼システム。
  6. 前記複数の二次燃焼段のそれぞれに、
    少なくとも1つの二次燃料供給管路及び二次空気源と、
    前記複数の二次噴射器の各噴射器内に配置された、前記少なくとも1つの二次燃料供給管路及び二次空気源によって供給される燃料及び空気を混合するための第2の手段が含まれていることを特徴とする、
    請求項1に記載のガスタービン燃焼システム。
  7. 前記燃焼室の中心軸に沿った前記燃焼した空気及び燃料の速度が、前記複数の二次燃焼段の第1の燃焼段から前記複数の二次燃焼段の第2の燃焼段へと増すことを特徴とする、請求項1に記載のガスタービン燃焼システム。
  8. ガスタービン燃焼システムであって、
    (a)中心軸を備えた燃焼室と、
    (b)前記燃焼室の前端に配置されて、
    − 少なくとも1つの燃料供給管及び空気源、
    − 前記少なくとも1つの燃料供給管及び前記空気源によって供給される燃料及び空気を混合するための第1の手段、
    − 前記第1の混合手段の下流に配置された円錐形の部分、及び、
    − 前記第1の混合手段からの混合された燃料及び空気を、前記円錐形の部分内に前記燃焼室の中心軸に沿って噴射するための一次噴射器を具備する
    一次燃焼段と、
    (c)前記燃焼室の全長に沿って流れ系列をなすように間隔をあけて配置された複数の二次燃焼段とを備えており、前記複数の二次燃焼段のそれぞれが、前記複数の二次燃焼段のそれぞれの外周に周方向に間隔をあけて配置された複数の二次噴射器を具備し、前記燃焼室の内径が、前記複数の二次燃焼段の少なくとも第1の燃焼段から前記複数の二次燃焼段の少なくとも第2の燃焼段へと縮小してなることを特徴とする、ガスタービン燃焼システム。
  9. 前記複数の二次燃焼段が、前記燃焼室の円錐形の第2の燃焼ゾーンを形成してなることを特徴とする、請求項8に記載のガスタービン燃焼システム。
  10. 前記燃焼室の中心軸に沿った前記燃焼した空気及び燃料の速度が、前記複数の二次燃焼段の第1の燃焼段から前記複数の二次燃焼段の少なくとも第2の燃焼段へと増すようにしてなることを特徴とする、請求項8に記載のガスタービン燃焼システム。
JP2010524836A 2007-09-14 2008-08-14 多段式軸流燃焼システム Expired - Fee Related JP5301547B2 (ja)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US97240007P 2007-09-14 2007-09-14
US60/972,400 2007-09-14
US12/024,339 2008-02-01
US12/024,339 US7886539B2 (en) 2007-09-14 2008-02-01 Multi-stage axial combustion system
PCT/US2008/009773 WO2009038625A2 (en) 2007-09-14 2008-08-14 A multi-stage axial combustion system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010539436A JP2010539436A (ja) 2010-12-16
JP5301547B2 true JP5301547B2 (ja) 2013-09-25

Family

ID=40453033

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010524836A Expired - Fee Related JP5301547B2 (ja) 2007-09-14 2008-08-14 多段式軸流燃焼システム

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7886539B2 (ja)
EP (1) EP2185869B1 (ja)
JP (1) JP5301547B2 (ja)
KR (1) KR101324142B1 (ja)
WO (1) WO2009038625A2 (ja)

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009156542A (ja) * 2007-12-27 2009-07-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービンの燃焼器
EP2206964A3 (en) * 2009-01-07 2012-05-02 General Electric Company Late lean injection fuel injector configurations
US8683808B2 (en) * 2009-01-07 2014-04-01 General Electric Company Late lean injection control strategy
US8707707B2 (en) * 2009-01-07 2014-04-29 General Electric Company Late lean injection fuel staging configurations
US8701418B2 (en) * 2009-01-07 2014-04-22 General Electric Company Late lean injection for fuel flexibility
US8112216B2 (en) * 2009-01-07 2012-02-07 General Electric Company Late lean injection with adjustable air splits
US8701383B2 (en) * 2009-01-07 2014-04-22 General Electric Company Late lean injection system configuration
US8701382B2 (en) * 2009-01-07 2014-04-22 General Electric Company Late lean injection with expanded fuel flexibility
US8991187B2 (en) 2010-10-11 2015-03-31 General Electric Company Combustor with a lean pre-nozzle fuel injection system
EP2442030A1 (de) * 2010-10-13 2012-04-18 Siemens Aktiengesellschaft Axiale Stufe für einen strahlstabilisierten Brenner
SG194874A1 (en) * 2011-04-19 2013-12-30 Hokkaido Tokushushiryou Kabushikikaisha Combustion device, combustion method, and electric power-generating device and electric power-generating method using same
WO2013073984A1 (en) * 2011-11-17 2013-05-23 General Electric Company Turbomachine combustor assembly and method of operating a turbomachine
JP6134732B2 (ja) 2011-12-05 2017-05-24 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ マルチゾーン燃焼器
US9551492B2 (en) * 2012-11-30 2017-01-24 General Electric Company Gas turbine engine system and an associated method thereof
US9322556B2 (en) 2013-03-18 2016-04-26 General Electric Company Flow sleeve assembly for a combustion module of a gas turbine combustor
US9316396B2 (en) * 2013-03-18 2016-04-19 General Electric Company Hot gas path duct for a combustor of a gas turbine
US9400114B2 (en) 2013-03-18 2016-07-26 General Electric Company Combustor support assembly for mounting a combustion module of a gas turbine
US9383104B2 (en) 2013-03-18 2016-07-05 General Electric Company Continuous combustion liner for a combustor of a gas turbine
US10436445B2 (en) 2013-03-18 2019-10-08 General Electric Company Assembly for controlling clearance between a liner and stationary nozzle within a gas turbine
US9631812B2 (en) 2013-03-18 2017-04-25 General Electric Company Support frame and method for assembly of a combustion module of a gas turbine
US9316155B2 (en) 2013-03-18 2016-04-19 General Electric Company System for providing fuel to a combustor
US9360217B2 (en) 2013-03-18 2016-06-07 General Electric Company Flow sleeve for a combustion module of a gas turbine
US10139111B2 (en) 2014-03-28 2018-11-27 Siemens Energy, Inc. Dual outlet nozzle for a secondary fuel stage of a combustor of a gas turbine engine
DE102015009089B4 (de) * 2015-04-30 2022-04-14 Mehldau & Steinfath Umwelttechnik Gmbh Verfahren, Vorrichtung und Verwendung der Vorrichtung zur Entstickung von Abgasen aus großtechnischen Anlagen
DE102017121841A1 (de) * 2017-09-20 2019-03-21 Kaefer Isoliertechnik Gmbh & Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zur Umsetzung von Brennstoffen
US10976052B2 (en) 2017-10-25 2021-04-13 General Electric Company Volute trapped vortex combustor assembly
US10976053B2 (en) 2017-10-25 2021-04-13 General Electric Company Involute trapped vortex combustor assembly
US11181269B2 (en) 2018-11-15 2021-11-23 General Electric Company Involute trapped vortex combustor assembly
US11384940B2 (en) 2019-01-23 2022-07-12 General Electric Company Gas turbine load/unload path control
US11156164B2 (en) 2019-05-21 2021-10-26 General Electric Company System and method for high frequency accoustic dampers with caps
US11174792B2 (en) 2019-05-21 2021-11-16 General Electric Company System and method for high frequency acoustic dampers with baffles
US11371709B2 (en) 2020-06-30 2022-06-28 General Electric Company Combustor air flow path
US11566790B1 (en) 2021-10-28 2023-01-31 General Electric Company Methods of operating a turbomachine combustor on hydrogen
US20230280035A1 (en) * 2022-03-07 2023-09-07 General Electric Company Bimodal combustion system

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1322999A (en) * 1919-11-25 Hybrqgarbgn-burher
FR1079767A (fr) 1952-07-16 1954-12-02 Onera (Off Nat Aerospatiale) Perfectionnements apportés aux machines à flux continu et à combustion interne, notamment aux turbo-réacteurs et aux turbo-propulseurs
US3490230A (en) * 1968-03-22 1970-01-20 Us Navy Combustion air control shutter
US3792582A (en) * 1970-10-26 1974-02-19 United Aircraft Corp Combustion chamber for dissimilar fluids in swirling flow relationship
US3872664A (en) * 1973-10-15 1975-03-25 United Aircraft Corp Swirl combustor with vortex burning and mixing
US4285193A (en) * 1977-08-16 1981-08-25 Exxon Research & Engineering Co. Minimizing NOx production in operation of gas turbine combustors
EP0554325B1 (en) 1990-10-23 1995-07-26 ROLLS-ROYCE plc Gasturbine combustion chamber and method of operation thereof
GB2278431A (en) 1993-05-24 1994-11-30 Rolls Royce Plc A gas turbine engine combustion chamber
JP2950720B2 (ja) 1994-02-24 1999-09-20 株式会社東芝 ガスタービン燃焼装置およびその燃焼制御方法
AU681271B2 (en) 1994-06-07 1997-08-21 Westinghouse Electric Corporation Method and apparatus for sequentially staged combustion using a catalyst
US5826429A (en) 1995-12-22 1998-10-27 General Electric Co. Catalytic combustor with lean direct injection of gas fuel for low emissions combustion and methods of operation
US6201029B1 (en) 1996-02-13 2001-03-13 Marathon Oil Company Staged combustion of a low heating value fuel gas for driving a gas turbine
US6047550A (en) 1996-05-02 2000-04-11 General Electric Co. Premixing dry low NOx emissions combustor with lean direct injection of gas fuel
GB9911867D0 (en) 1999-05-22 1999-07-21 Rolls Royce Plc A combustion chamber assembly and a method of operating a combustion chamber assembly
GB0019533D0 (en) 2000-08-10 2000-09-27 Rolls Royce Plc A combustion chamber
EP1493972A1 (de) 2003-07-04 2005-01-05 Siemens Aktiengesellschaft Brennereinheit für eine Gasturbine und Gasturbine
US7198453B2 (en) 2004-11-12 2007-04-03 Keystone Engineering, Inc. Offshore structure support and foundation for use with a wind turbine and an associated method of assembly
JP2007113888A (ja) 2005-10-24 2007-05-10 Kawasaki Heavy Ind Ltd ガスタービンエンジンの燃焼器構造
US7886545B2 (en) 2007-04-27 2011-02-15 General Electric Company Methods and systems to facilitate reducing NOx emissions in combustion systems
JP5172468B2 (ja) 2008-05-23 2013-03-27 川崎重工業株式会社 燃焼装置および燃焼装置の制御方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010539436A (ja) 2010-12-16
KR20100061536A (ko) 2010-06-07
WO2009038625A3 (en) 2010-05-06
EP2185869B1 (en) 2018-04-04
WO2009038625A2 (en) 2009-03-26
US20090071157A1 (en) 2009-03-19
US7886539B2 (en) 2011-02-15
KR101324142B1 (ko) 2013-11-01
EP2185869A2 (en) 2010-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5301547B2 (ja) 多段式軸流燃焼システム
US11371710B2 (en) Gas turbine combustor assembly with a trapped vortex feature
RU2643908C2 (ru) Система предварительного смешивания топлива и воздуха (варианты) и способ смешивания
US9080770B2 (en) Reverse-flow annular combustor for reduced emissions
US8590311B2 (en) Pocketed air and fuel mixing tube
US6735949B1 (en) Gas turbine engine combustor can with trapped vortex cavity
US9400110B2 (en) Reverse-flow annular combustor for reduced emissions
US8117845B2 (en) Systems to facilitate reducing flashback/flame holding in combustion systems
US8528334B2 (en) Flow conditioner for fuel injector for combustor and method for low-NOx combustor
US20090056336A1 (en) Gas turbine premixer with radially staged flow passages and method for mixing air and gas in a gas turbine
US8113821B2 (en) Premix lean burner
US20070272201A1 (en) Combustion Apparatus and Combustion Method
US8015814B2 (en) Turbine engine having folded annular jet combustor
JP5172468B2 (ja) 燃焼装置および燃焼装置の制御方法
CN1707163A (zh) 用于对燃气轮机中的空气和气体进行混合的燃烧管及方法
US6729141B2 (en) Microturbine with auxiliary air tubes for NOx emission reduction
RU2690598C2 (ru) Завихритель, горелка и система сгорания для газотурбинного двигателя
US9500368B2 (en) Alternately swirling mains in lean premixed gas turbine combustors
JP2005257255A (ja) 燃焼装置
JP2004011947A (ja) 旋回型低NOx燃焼器
JP2003343817A (ja) 旋回型低NOx燃焼器

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20111027

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111101

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20120201

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20120208

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120227

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120828

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121120

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130521

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130619

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5301547

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees