JP5669771B2 - Gas turbine combustor - Google Patents
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Description
本発明はガスタービン燃焼器に係り、特に、燃料と空気を複数の同軸噴流として燃焼室内に供給するように構成されたものに好適なガスタービン燃焼器に関する。 The present invention relates to a gas turbine combustor, and more particularly, to a gas turbine combustor suitable for one configured to supply fuel and air as a plurality of coaxial jets into a combustion chamber.
化石資源を燃料とするガスタービン発電プラントでは、地球温暖化の原因となる二酸化炭素(CO2)の排出量を低減する手段として、水素含有燃料の積極的利用が図られている。水素含有燃料は、燃焼の際にCO2排出量が少ないため、近年では、製鉄所で副生するコークス炉ガスや製油所で副生するオフガスなどを燃料として有効利用することが検討されている。 In gas turbine power plants that use fossil resources as fuel, active use of hydrogen-containing fuels has been attempted as a means of reducing emissions of carbon dioxide (CO 2 ), which causes global warming. Since hydrogen-containing fuels emit less CO 2 during combustion, in recent years, it has been studied to effectively use coke oven gas produced as a by-product at steelworks or off-gas produced as a by-product at refineries. .
また、豊富な資源である石炭をガス化して発電する石炭ガス化複合発電プラント(IGCC:Integrated coal Gasification Combined Cycle)では、ガスタービンに供給される燃料中の炭素分を回収・貯留するシステム(C C S:Carbon Capture and Storage)により、炭素分を水素に転換してCO2排出量を削減することが検討されている。 In addition, in an integrated coal gasification combined cycle (IGCC) that generates electricity by gasifying coal, which is an abundant resource, a system that collects and stores carbon in the fuel supplied to the gas turbine (C C S: the carbon Capture and Storage), is being studied to reduce CO 2 emissions by converting carbon content in the hydrogen.
上記のような燃料は、副生ガスの場合、水素を30%〜60%含み、IGCCプラントの燃料である石炭ガス化ガスは、水素を25%〜90%含む。従って、ガスタービン発電プラントにおいては、このような水素含有燃料を利用する機運が高まっている。 In the case of a by-product gas, the fuel as described above contains 30% to 60% of hydrogen, and the coal gasification gas that is the fuel of the IGCC plant contains 25% to 90% of hydrogen. Therefore, in gas turbine power plants, the momentum for using such hydrogen-containing fuel is increasing.
上記のような燃料に含有される水素は、可燃範囲が広く燃焼速度が速いため、燃焼室内の壁面近傍で高温の火炎が形成され、燃焼器の信頼性を損なうことが懸念される。 Since the hydrogen contained in the fuel as described above has a wide flammable range and a high combustion speed, there is a concern that a high-temperature flame is formed near the wall surface in the combustion chamber and the reliability of the combustor is impaired.
この高温の火炎が局所的に形成されることを防止する手段として、燃料を分散させ、燃焼室内で均―に燃焼させる方法が有効である。 As a means for preventing the high-temperature flame from being locally formed, a method of dispersing the fuel and burning it uniformly in the combustion chamber is effective.
燃料の分散性を高めて高温の火炎の形成を防止し、NOx排出量を低減する方法として、特許文献1に記載されたものがある。この特許文献1には、複数の燃料ノズルと複数の空気孔を備え、燃料流及び燃料流の周囲に形成された空気流を燃焼室に噴射するバーナを複数個配置して、燃料の分散性を高めて高温の火炎の形成を防止する燃焼器が記載されている。
As a method for improving the dispersibility of fuel to prevent the formation of a high-temperature flame and reducing the NOx emission amount, there is one described in
しかしながら、特許文献1に記載されたバーナで水素含有燃料を燃焼させると、バーナ構造物背後に形成される後流に流入した可燃混合気が着火源となって圧力変動が発生し、継続的に圧力波が生じる燃焼振動と呼ばれる不安定燃焼状態に陥る可能性が懸念される。この燃焼振動は、燃焼器の繰り返し疲労寿命を消費し、信頼性を低下させる原因となる。
However, when the hydrogen-containing fuel is burned by the burner described in
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、燃焼振動の発生を抑制して、信頼性が向上するガスタービン燃焼器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described points, and an object of the present invention is to provide a gas turbine combustor that suppresses generation of combustion vibration and improves reliability.
本発明のガスタービン燃焼器は、上記目的を達成するために、燃料と空気が供給される燃焼室と、該燃焼室の上流側壁面に位置し、複数の空気孔が同心円の列状に形成されている空気孔プレートと、該空気孔プレートのそれぞれの空気孔の上流側に配置された燃料ノズルとを備え、前記複数の燃料ノズルと前記複数の空気孔から成るバーナを複数個有するガスタービン燃焼器において、燃焼器中心軸に中央バーナが配置されると共に、該中央バーナの周囲に複数個の外周バーナが配置され、かつ、前記外周バーナは、前記中央バーナに隣接する基準位置から、前記燃料ノズルの先端と前記空気孔プレートの燃焼室側表面との距離が、前記空気孔プレートの周方向に向かって順次増加するように構成されているか、
或いは、燃焼器中心軸に中央バーナが配置されると共に、該中央バーナの周囲に複数個の外周バーナが配置され、かつ、前記外周バーナは、前記中央バーナに隣接する基準位置から、前記燃料ノズルの長さが、前記空気孔プレートの周方向に向かって順次短くなるように構成されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a gas turbine combustor according to the present invention is located in a combustion chamber to which fuel and air are supplied and an upstream side wall surface of the combustion chamber, and a plurality of air holes are formed in concentric rows. A gas turbine including a plurality of burners each including the plurality of fuel nozzles and the plurality of air holes, and a plurality of burners including the plurality of fuel nozzles and the plurality of air holes. In the combustor, a central burner is disposed on the central axis of the combustor, and a plurality of outer peripheral burners are disposed around the central burner, and the outer peripheral burner is disposed from the reference position adjacent to the central burner. Whether the distance between the tip of the fuel nozzle and the combustion chamber side surface of the air hole plate is configured to sequentially increase in the circumferential direction of the air hole plate,
Alternatively, a central burner is disposed on the central axis of the combustor, and a plurality of outer peripheral burners are disposed around the central burner, and the outer peripheral burner is located at a reference position adjacent to the central burner from the fuel nozzle. Is configured such that the length of the air hole plate sequentially decreases in the circumferential direction of the air hole plate.
本発明によれば、燃焼振動の発生を抑制することができ、信頼性が向上したガスタービン燃焼器を得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, generation | occurrence | production of combustion vibration can be suppressed and the gas turbine combustor which improved reliability can be obtained.
以下、本発明のガスタービン燃焼器の実施例について、図面を用いて説明する。尚、以下の説明で、同一部品については同符号を使用する。
[参考例1]
まず、本発明のガスタービン燃焼器を備えたガスタービンプラントの概略構成を、図1を用いて説明する。
Hereinafter, embodiments of the gas turbine combustor of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are used for the same components.
[ Reference Example 1]
First, a schematic configuration of a gas turbine plant including the gas turbine combustor of the present invention will be described with reference to FIG.
図1に示すように、ガスタービンプラント1は、大気より空気101を吸入し圧縮する空気圧縮機2と、空気圧縮機2により圧縮した圧縮空気102とガス燃料200を燃焼させ、燃焼ガス110を生成する燃焼器3と、燃焼器3で発生した燃焼ガス110により駆動されるガスタービン4と、ガスタービン4の回転動力を利用して発電する発電機6と、ガスタービン4を起動するガスタービン起動用モータ7とから概略構成されている。尚、10は外筒、12はライナ、13は燃焼器エンドカバー、103は冷却空気、111は排気ガスをそれぞれ示す。
As shown in FIG. 1, the gas turbine plant 1 combusts an
燃焼器3はバーナ8を備えており、このバーナ8は、燃焼室5に空気圧縮機2で圧縮された圧縮空気102aを導くための空気孔21を複数個設けた空気孔プレート20と、ガス燃料200を空気孔21内に向けて噴射する複数の燃料ノズル22とから成り、複数の空気孔21と複数の燃料ノズル22は、1つの空気孔21に1つの燃料ノズル22が同軸に近い状態で1対1に対応して配置されている。尚、300は空気孔プレート20のエンドカバー側表面、301は空気孔プレート20の燃焼室側表面をそれぞれ示す。
The combustor 3 includes a
複数の燃料ノズル22は燃料分配器23と連結しており、この燃料分配器23により、燃料ノズル22に供給するガス燃料200の系統を、各燃料ノズル22に分配できるようになっている。
The plurality of
また、ガス燃料200は、燃料遮断弁60の下流で2系統に分岐され、それぞれの系統で燃料圧力調整弁61a、62a及び燃料流量調整弁61b、62bを通過し、ガス燃料201、202として燃料ノズル22に供給される。尚、本実施例では、燃料を2系統に分配したが、それ以上の数の系統に分配してもよい。このように燃料系統を複数に分配すれば、系統数の増加により運転の自由度を拡大できる。
Further, the
本参考例の燃焼器3では、ガス燃料200として、コークス炉ガスや製油所オフガス、或いは石炭ガス化ガスなどの水素含有燃料を使用でき、液化天然ガス(LNG:Liquefied Natural Gas)をはじめとする全てのガス燃料にも適用できる。
In the combustor 3 of this reference example , hydrogen-containing fuels such as coke oven gas, refinery off-gas, or coal gasification gas can be used as the
図2及び図3に、本発明のガスタービン燃焼器の参考例1におけるバーナ8の詳細を示す。図3は、図1に示した空気孔プレート20を下流(正面)側から観察したものであり、図2は、図3に示す3列の空気孔群を持つ空気孔プレート20を、図3に一点鎖線で示す2列目空気孔群のピッチ円に沿って切断し、後述する2列目空気孔52と燃料ノズル22の位置関係を示すものである。
2 and 3 show details of the
図3に示すように、空気孔プレート20に形成された空気孔21は、燃焼器3の軸を中心とする複数の同心円上に配置され、本参考例では、バーナ8の中心から外側に向けて1列目空気孔51、2列目空気孔52、3列目空気孔53の3列の空気孔群から成る。
As shown in FIG. 3, the
そして、本参考例におけるバーナ8の特徴は、各列において燃料ノズル22の先端と燃焼室側表面301の位置(空気孔出口位置)との距離(Li1乃至Li7)が、周方向で異なつていることである。即ち、本参考例では、各列において燃料ノズル22の先端と燃焼室側表面301の位置(空気孔出口位置)との距離(Li1乃至Li7)が、周方向に徐々に変化して、基準位置70からθ方向(θ1からθ7の方向)へ行くに従って増加するように(長くなるように)構成されている。見方を変えると、燃料ノズル22の軸方向長さが、周方向に徐々に変化して、基準位置70からθ方向(θ1からθ7の方向)へ行くに従って短くなっていることでもある。
The feature of the
図4に、2列目空気孔52における燃料ノズル22の長さと空気孔出口位置の関係を示す。図4に示すように、本参考例では、空気孔21内に位置する燃料ノズル22の先端と燃焼室側表面301の位置(空気孔出口位置)との距離(Li1乃至Li6)が、基準位置70からθ方向(θ1からθ6の方向)へ増加しているものである。これを見方を変えると、燃料ノズル22の軸方向長さ(Ln1乃至Ln6)が、基準位置70からθ方向(θ1からθ6の方向)へ行くに従って短くなっていることでもある。
FIG. 4 shows the relationship between the length of the
次に、参考例1における作用、効果について、従来技術と比較して説明する。 Next, the operation and effect in Reference Example 1 will be described in comparison with the prior art.
先ず、図5に従来技術(比較例)のバーナ8の下流に形成される混合気の流動と火炎の概略図を示す。該図に示すように、従来技術では、燃料ノズル22の軸方向長さが全て同等となっており、空気孔21内に位置する燃料ノズル22の先端と燃焼室側表面301の位置(空気孔出口位置)との距離が全て等しく形成されている。
First, FIG. 5 shows a schematic view of the flow of the air-fuel mixture and the flame formed downstream of the
このような従来技術の構成では、空気孔プレート20の燃焼室側表面301の空気孔と空気孔に挟まれた空気孔プレート20に形成される空気孔間隙の背後には、後流と呼ばれる循環渦を伴う低流速領域90が形成される。水素は、上述した如く、燃焼速度が速いため、何らかの外乱により火炎面83aが、火炎面83b、83cのようにバーナ8の近傍まで接近する可能性がある。火炎面83aがバーナ8に接近すると、低流速領域90は循環渦である後流により、主流の同軸噴流から可燃混合気を巻き込んでいるので、接近した火炎が着火源となって可燃混合気が着火する可能性がある。
In such a prior art configuration, the air hole on the combustion
混合気の着火は圧力波を発生させ、後流(低速領域90)や空気孔21内及び燃料ノズル22の出口における圧力が瞬間的に上昇する。燃料ノズル22の出口の圧力が上昇すると、燃料供給差圧が低下して、燃料流量及び空気流量に対する燃料流量の比(燃空比)が減少する。この燃空比が減少する燃料希薄の条件では、火炎面における燃空比の減少に伴い燃焼速度が減少するため、火炎面は下流に後退する。火炎面が下流に後退すると、燃料供給差圧の低下は解消されて、燃空比が再び増加する。火炎面における燃空比の増加に伴い燃焼速度は増加するため、火炎面は、空気孔プレート20の近傍に再び接近する。この際、低流速領域90に存在する可燃混合気が着火し、上記の現象が繰り返されて火炎位置が変動した結果、圧力変動が周期的に発生する燃焼振動と呼ばれる不安定燃焼状態に陥る。
The ignition of the air-fuel mixture generates a pressure wave, and the pressure in the wake (low speed region 90), the
以上の燃焼振動の発生原理から、燃焼振動の特性周波数は、燃料ノズル22の先端から空気孔プレート20の燃焼室側表面301までの距離Lに反比例する。
From the above principle of combustion vibration generation, the characteristic frequency of combustion vibration is inversely proportional to the distance L from the tip of the
尚、従来技術では、各空気孔21内の燃料ノズル22の先端から空気孔プレート20の燃焼室側表面301までの距離Lが等しいため、各空気孔21で発生する圧力変動の周波数は互いに等しい。
In the prior art, since the distance L from the tip of the
図6に、図3に一点鎖線で示した2列目空気孔群のピッチ円に沿って、2列目空気孔52及び2列目の燃料ノズル22を展開し、圧力変動と同軸噴流の当量比の変動を示す。
6 expands the second-row air holes 52 and the second-
図6の左上にθ1に開口する空気孔21で発生する圧力変動と同軸噴流の当量比変動の波形を例示し、右上にθ6に開口する空気孔21で発生する圧力変動と同軸噴流の当量比変動の波形を例示する。
The waveform of the pressure fluctuation generated in the
該図に示すように、各空気孔21内の燃料ノズル22の先端から空気孔プレート20の燃焼室側表面301までの距離Lが等しいため、圧力波に対してθ1及びθ6に開口する空気孔21の当量比変動の位相は、等しくなることが分かる。このため、当量比変動の極大の際に大きな燃焼量となり、バーナ全体において、同位相で圧力が変動することにより、振動エネルギが大きくなる可能性が高くなる。
As shown in the figure, since the distance L from the tip of the
特に、水素含有燃料では、LNGなどの水素を含有しない燃料に比べ、燃焼速度が高く、着火エネルギが小さいため、バーナ近傍まで火炎が接近し易い上にバーナ近傍で着火し易く、圧力変動が発生する可能性も高くなる。 In particular, hydrogen-containing fuels have a higher combustion speed and lower ignition energy than fuels that do not contain hydrogen, such as LNG. Therefore, flames are easy to approach near the burner and easily ignite near the burner, causing pressure fluctuations. The possibility to do is also increased.
そこで、本参考例では、それぞれの列で各空気孔21の特性周波数を離調し、燃焼振動の発生を抑制するものである。
Therefore, in this reference example , the characteristic frequency of each
以下、図7を用いて本参考例の効果について説明する。図7は図3に一点鎖線で示した2列目空気孔群のピッチ円に沿って、2列目空気孔52及び2列目の燃料ノズル22を展開し、圧力変動と同軸噴流の当量比の変動を示す。
Hereinafter, the effect of this reference example will be described with reference to FIG. 7 expands the second row of
該図に示すように、それぞれの燃料ノズル22の先端から空気孔プレート20の燃焼室側表面301(空気孔の出口)までの距離をLij(i:列番号、j:周方向空気孔番号)とする。Lijは、各列の周方向でそれぞれ異なるため、各孔の圧力変動の周波数fj(j:周方向空気孔番号)は、それぞれ異なる。
As shown in the figure, the distance from the tip of each
図7の左上にθ1に開口する空気孔21で発生する圧力変動と同軸噴流の当量比変動の波形を例示し、右上にθ6に開口する空気孔21で発生する圧力変動と同軸噴流の当量比変動の波形を例示する。
The waveform of the pressure fluctuation generated in the
該図に示すように、θ1で発生する圧力変動とθ6で発生する圧力変動は位相が異なるため、θ1の圧力変動が極大の際にθ6の圧力変動は極大とならず、バーナ全体において圧力波が重なり強め合うことはない。同時にθ1とθ6の当量比変動も位相が異なるため、各空気孔21の当量比変動で発生する燃焼量は増大することはなく、振動エネルギを強め合うことはない。
As shown in the figure, since the pressure fluctuation generated at θ1 and the pressure fluctuation generated at θ6 have different phases, the pressure fluctuation at θ6 does not become the maximum when the pressure fluctuation at θ1 is the maximum, and the pressure wave in the entire burner. Will not overlap and strengthen each other. At the same time, variations in the equivalence ratio of θ1 and θ6 are also different in phase, so that the amount of combustion generated by the equivalence ratio variation of each
従って、空気孔21ごとに成長する圧力変動の周波数が重なり強め合うことがないため、圧力変動の振幅は増大することがない。更に、各列の周方向でLijが異なつているため、可燃混合気の着火により発生した圧力波が燃料ノズル22の先端に到達する時間が異なり、圧力波の位相は互いに異なっている。よって、圧力波は互いに強め合うことはなく、燃焼振動は抑制される。
Therefore, since the frequency of the pressure fluctuation that grows for each
このような本参考例の構成によれば、圧力変動の振幅は増大することはなく、燃焼振動の発生を抑制することができ、信頼性が向上したガスタービン燃焼器を得ることができる。 According to such a configuration of the present reference example , the amplitude of the pressure fluctuation does not increase, generation of combustion vibration can be suppressed, and a gas turbine combustor with improved reliability can be obtained.
尚、本参考例では、全ての燃料ノズル22について、長さを変更した形態を採用しているが、燃料ノズル22の本数が多い場合などでは、数本ずつ同じ長さの燃料ノズル22を組合せて複数単位の列で構成しても、上記に述べた基本的な作用と効果は損なわれない。
In this reference example , the length of all the
また、本参考例では、2列目空気孔52について、燃料ノズル22の先端と燃焼室側表面301の位置(空気孔出口位置)との距離を周方向で変えたり、燃料ノズル22の長さを周方向に変化させる構造を説明したが、燃料ノズル22の長さを周方向に変化させるのは1列日空気孔51や3列目空気孔53でもよく、また、1列目及び2列目空気孔51及び52や1列目乃至3列目空気孔51乃至53の全てで周方向の長さを変化させても、上述した効果は期待できる。
[実施例1]
次に、本発明のガスタービン燃焼器の実施例1について、図8(a)、図8(b)、図9及び図10を用いて説明する。
Further, in this reference example, with respect to the second row air holes 52, the distance between the tip of the
[Example 1 ]
Next,
本実施例は、参考例1のバーナ8を複数個配置して1つの燃焼器3を構成している。即ち、図8(a)及び図8(b)に示す如く、本実施例の燃焼器3は、燃焼器3の軸中心に位置する1個の中央バーナ32と中央バーナ32の外側に位置する6個の外周バーナ33とから構成されている。
In this embodiment, a plurality of
各列の空気孔21の中心軸は、各列のピッチ円の周方向に傾斜し、空気孔21を通過した流れは、空気孔21の下流で螺旋状に旋回し、旋回流が形成される。それぞれの外周バーナ33で形成される旋回流の旋回方向は、図8上で見て反時計方向である。
The central axis of the air holes 21 in each row is inclined in the circumferential direction of the pitch circle of each row, and the flow that has passed through the air holes 21 swirls spirally downstream of the air holes 21 to form a swirling flow. . The swirl direction of the swirl flow formed by the respective outer
そして、本実施例の特徴は、それぞれの外周バーナ33において、各列において燃料ノズル22の先端と燃焼室側表面301の位置(空気孔出口位置)との距離が、それぞれのバーナ8の中央バーナ32と隣接する領域を基点として旋回方向に進むにつれて徐々に変化して増加するように(長くなるように)構成されていることである。見方を変えると、燃料ノズル22の軸方向長さが、それぞれのバーナ8の中央バーナ32と隣接する領域を基点とし旋回方向に進むにつれて、順次段階的に短くなっていることでもある。
The feature of this embodiment is that, in each of the outer
図9に、本実施例における外周バーナ33内での燃料ノズル22の具体的な配置例を示す。
FIG. 9 shows a specific arrangement example of the
図9に示す例では、外周バーナ33を燃料ノズル22の長さごとに1つの領域として捉え、中央バーナ32に隣接する領域A、ライナ12(図1参照)に隣接する領域C、他の外周バーナ33と隣接する領域B及び領域Dの4つの領域に分割している。
In the example shown in FIG. 9, the outer
図10に、上述した4つの領域における外周バーナ周方向の燃料ノズル22の長さの関係を示す。
FIG. 10 shows the relationship between the lengths of the
該図に示す如く、燃料ノズル22の長さは、中央バーナ32に隣接する領域をAとして、外周バーナ33の旋回方向(θ方向)で段階的に短くなっている。即ち、領域Aの燃料ノズル22が最も長く、領域Bは領域Aよりも短く、領域C及び領域Dは、領域Bよりも更に短くなっている。尚、領域Dは、領域Cと燃料ノズル22の長さが同等でも良い。
As shown in the figure, the length of the
このような本実施例においても、参考例1と同様に、各外周バーナ33内において、燃料ノズル22の先端から空気孔プレート20の燃焼室側表面301までの距離が、周方向で異なっている。従って、参考例1と同様に、外周バーナ33は周方向の領域ごとに異なる周波数特性を持ち、バーナ全体で圧力や当量比の変動が同調することがないので、圧力振動の発生は抑制される。
Also in this embodiment, as in Reference Example 1, the distance from the tip of the
また、本実施例では、参考例1のバーナ8を、中央バーナ32と隣接する部位に基準位置70を置いて複数個配置することで、更に、次のような効果を得ることができる。
Further, in the present embodiment, the following effects can be further obtained by arranging a plurality of the
即ち、図10に示すように、1つの外周バーナ33において、周方向に燃料ノズル22の長さを変えることで、空気孔内部で燃料と空気の混在する部分の長さが、周方向の領域ごとに変化している。この長さを混合距離と呼称する。上記混合距離の長い同軸噴流バーナほど、そこから噴出する混合気は均―になり、混合気内の燃料濃度の標準偏差が小さい。平均としてみた当量比が等しい混合気であっても、その内部には微小な濃度の分布を持
つ。
That is, as shown in FIG. 10, by changing the length of the
一般に、濃度分布の標準偏差の大きい混合気では、局所的に濃度の高い部位で、燃料の熱分解と活性化学種の生成が活発になるため、着火性と火炎伝播性に優れるが、局所的に高温の燃焼ガス塊が生成する。 In general, an air-fuel mixture with a large standard deviation in concentration distribution has excellent ignitability and flame propagation characteristics because the thermal decomposition of fuel and the generation of active chemical species are active in locally high concentration regions. High temperature combustion gas masses are formed.
一方、濃度分布の標準偏差が小さい混合気では、全体に燃料が希薄であるため、着火遅れが大きくなり、火炎伝播速度も低下するが、局所的な高温燃焼ガス塊は生じにくい。 On the other hand, in an air-fuel mixture with a small standard deviation of the concentration distribution, since the fuel is thin as a whole, the ignition delay is increased and the flame propagation speed is reduced, but a local high-temperature combustion gas mass is hardly generated.
保炎を担う中央バーナ32に隣接する外周バーナ33の領域Aは、外周バーナ33の他の領域に比べ燃料と空気の混合距離が短く、混合気内の燃料濃度の標準偏差が大きい。そのため、領域Aに配置した同軸噴流バーナから噴出する混合気は、他の領域の混合気に比べて大きい濃度偏差を持ち、混合気内部に局所的に当量比の高い塊が含まれる。
The area A of the
上記のような局所的に当量比の高い混合気塊は着火性と火炎伝播性に優れているので、燃焼器全体の燃焼安定化を図ることができる。従って、外周バーナ33の領域Aは、中央バーナ32から熱と活性化学種を受け取り、外周バーナ33の基点に伝播させる上で好適である。
Since the air-fuel mixture having a locally high equivalence ratio as described above is excellent in ignitability and flame propagation, combustion stabilization of the entire combustor can be achieved. Accordingly, the region A of the outer
一方、領域Bは、領域Aより長い混合距離を持ち、燃料濃度の標準偏差は領域Aより小さい。しかし、領域Aに隣接し、しかも旋回の下流側に位置するので、領域Aから流入する局所的に高温の燃焼ガス塊によって、火炎の安定性を高く保つことができる。 On the other hand, the region B has a longer mixing distance than the region A, and the standard deviation of the fuel concentration is smaller than the region A. However, because it is adjacent to the region A and downstream of the swirl, the flame stability can be kept high by the locally hot combustion gas mass flowing from the region A.
更に、領域Cの燃料ノズル22は、各外周バーナ33で最も混合距離が長いので希薄燃焼され、NOx低減に寄与する。また、局所高温部が存在しにくいため、領域Cに隣接するライナ12を過熱することはなく、燃焼器3の信頼性を確保できる。
Further, the
領域Bと領域Dは燃料ノズル長さが異なり、圧力変動発生時の同期周波数が異なる。従って、隣り合う外周バーナ33で圧力変動は離調されるため、バーナ全体で圧力変動の振幅は増大することはなく、燃焼振動の発生は抑制される。
Regions B and D have different fuel nozzle lengths and different synchronization frequencies when pressure fluctuations occur. Therefore, since the pressure fluctuation is detuned between the adjacent
1…ガスタービンプラント、2…空気圧縮機、3…燃焼器、4…ガスタービン、5…燃焼室、6…発電機、7…ガスタービン起動用モータ、8…バーナ、10…外筒、12…ライナ、13…燃焼器エンドカバー、20…空気孔プレート、21…空気孔、22…燃料ノズル、23…燃料分配器、32…中央バーナ、33…外周バーナ、51…1列日空気孔、52…2列目空気孔、53…3列目空気孔、60…燃料遮断弁、61a、62a…燃料圧力調整弁、61b、62b…燃料流量調整弁、70…基準位置、83、83a、83b、83c…火炎面、90…低流速領域、101…空気、102、102a…圧縮空気、103…冷却空気、110…燃焼ガス、111…排気ガス、200、201、202…ガス燃料、300…空気孔プレートのエンドカバー側表面、301…空気孔プレートの燃焼室側表面。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
燃焼器中心軸に中央バーナが配置されると共に、該中央バーナの周囲に複数個の外周バーナが配置され、かつ、前記外周バーナは、前記中央バーナに隣接する基準位置から、前記燃料ノズルの先端と前記空気孔プレートの燃焼室側表面との距離が、前記空気孔プレートの周方向に向かって順次増加するように構成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。 A combustion chamber to which fuel and air are supplied; an air hole plate located on an upstream side wall surface of the combustion chamber; and a plurality of air holes formed in a concentric array, and each air hole of the air hole plate In a gas turbine combustor comprising a plurality of fuel nozzles and a plurality of burners comprising the plurality of fuel nozzles and the plurality of air holes,
A central burner is disposed on the central axis of the combustor, and a plurality of outer peripheral burners are disposed around the central burner, and the outer peripheral burner is disposed at a tip end of the fuel nozzle from a reference position adjacent to the central burner. The gas turbine combustor is configured such that the distance between the air hole plate and the surface of the air hole plate on the combustion chamber side sequentially increases in the circumferential direction of the air hole plate.
前記外周バーナは、前記空気孔プレートに形成された複数の前記空気孔が周方向に傾斜し、前記中央バーナが配置された燃焼器内周側の基準位置から、前記燃料ノズルの先端と前記空気孔プレートの燃焼室側表面との距離が、前記空気孔の傾斜方向に向かって順次増加するように構成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to claim 1.
The outer peripheral burner has a plurality of air holes formed in the air hole plate inclined in the circumferential direction, and from the reference position on the inner peripheral side of the combustor where the central burner is disposed, the tip of the fuel nozzle and the air A gas turbine combustor, wherein the distance between the hole plate and the combustion chamber side surface is sequentially increased in the direction of inclination of the air hole.
前記複数の外周バーナを、それぞれ前記中央バーナに隣接する領域A、燃焼器のライナに隣接する領域C、隣接する他の外周バーナと隣接する領域B及びDの領域に分割し、前記領域Aの前記燃料ノズルの先端と前記空気孔プレートの燃焼室側表面との距離が最も短く、前記領域Bの前記燃料ノズルの先端と前記空気孔プレートの燃焼室側表面との距離が前記領域Aよりも長く、前記領域C及びDの前記燃料ノズルの先端と前記空気孔プレートの燃焼室側表面との距離が前記領域Bよりも長く構成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to claim 1 or 2,
The plurality of outer peripheral burners are divided into a region A adjacent to the central burner, a region C adjacent to the liner of the combustor, and regions B and D adjacent to other adjacent outer peripheral burners, respectively. The distance between the tip of the fuel nozzle and the combustion chamber side surface of the air hole plate is the shortest, and the distance between the tip of the fuel nozzle in the region B and the combustion chamber side surface of the air hole plate is shorter than the region A. A gas turbine combustor which is long and is configured such that the distance between the tip of the fuel nozzle in the regions C and D and the combustion chamber side surface of the air hole plate is longer than that in the region B.
燃焼器中心軸に中央バーナが配置されると共に、該中央バーナの周囲に複数個の外周バーナが配置され、かつ、前記外周バーナは、前記中央バーナに隣接する基準位置から、前記燃料ノズルの長さが、前記空気孔プレートの周方向に向かって順次短くなるように構成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。 A combustion chamber to which fuel and air are supplied; an air hole plate located on an upstream side wall surface of the combustion chamber; and a plurality of air holes formed in a concentric array, and each air hole of the air hole plate In a gas turbine combustor comprising a plurality of fuel nozzles and a plurality of burners comprising the plurality of fuel nozzles and the plurality of air holes,
A central burner is disposed on the central axis of the combustor, and a plurality of outer peripheral burners are disposed around the central burner, and the outer peripheral burner extends from a reference position adjacent to the central burner to the length of the fuel nozzle. The gas turbine combustor is configured so that the length of the air hole plate gradually decreases in the circumferential direction of the air hole plate.
前記外周バーナは、前記空気孔プレートに形成された複数の前記空気孔が周方向に傾斜し、前記中央バーナが配置された燃焼器内周側の基準位置から、前記燃料ノズルの長さが、前記空気孔の傾斜方向に向かって順次短くなるように構成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to claim 4.
The outer circumferential burner has a length of the fuel nozzle from a reference position on the inner circumferential side of the combustor where the plurality of air holes formed in the air hole plate are inclined in the circumferential direction and the central burner is disposed. A gas turbine combustor configured to be sequentially shortened in an inclination direction of the air hole.
前記複数の外周バーナを、それぞれ前記中央バーナに隣接する領域A、燃焼器のライナに隣接する領域C、隣接する他の外周バーナと隣接する領域B及びDの領域に分割し、前記領域Aの前記燃料ノズルの長さが最も長く、前記領域Bの前記燃料ノズルの長さが前記領域Aよりも短く、前記領域C及びDの前記燃料ノズルの長さが前記領域Bよりも短く構成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。 The gas turbine combustor according to claim 4 or 5,
The plurality of outer peripheral burners are divided into a region A adjacent to the central burner, a region C adjacent to the liner of the combustor, and regions B and D adjacent to other adjacent outer peripheral burners, respectively. The length of the fuel nozzle is the longest, the length of the fuel nozzle in the region B is shorter than the region A, and the length of the fuel nozzle in the regions C and D is shorter than the region B. A gas turbine combustor characterized by comprising:
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