JP6159145B2 - Combustor - Google Patents
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Description
本発明は燃焼器に関する。 The present invention relates to a combustor.
近年、環境問題の重大さが注目されており、天然ガスや石油などの化石燃料を用いるガスタービン発電プラントの高効率化、低環境負荷が求められている。高効率化のため、ガスタービン燃焼器から排出される燃焼ガスの高温化を図っている。しかし、燃焼ガスが高温化するにつれ、燃焼ガス中の環境負荷物質である窒素酸化物（NOx）が急激に増加する。そのため、高効率化を目指すにあたって、低NOx化技術の開発が待たれている。 In recent years, the seriousness of environmental problems has attracted attention, and high efficiency and low environmental load are demanded of gas turbine power plants using fossil fuels such as natural gas and petroleum. In order to increase efficiency, the temperature of the combustion gas discharged from the gas turbine combustor is increased. However, as the combustion gas rises in temperature, nitrogen oxides (NOx), which are environmentally hazardous substances in the combustion gas, rapidly increase. Therefore, the development of low NOx technology is awaited when aiming for higher efficiency.
本技術分野の背景技術として、特開2008-111651号公報（特許文献１）がある。この公報には、拡散燃焼方式の場合の高レベルのＮＯｘ、予混合燃焼方式の場合の逆火などの燃焼安定性の問題を同時に解決し、低ＮＯｘかつ燃焼安定性に優れた燃焼方式を提供することを課題とする。燃料流と燃焼用空気流路を同軸上に配置し、燃料流を空気流が包み込むような同軸の噴流とするとともに、さらにそれらを多数に分散するように構成した多孔同軸噴流として燃焼室壁面に配置し、その一部の燃焼用空気流路で燃焼安定化のための旋回をかけるために傾斜角を持って設置されていた空気孔の上流端部に、傾斜角を持たない直管部分を追加して、燃料噴流をこの直管部に向けて、または、直管部内において噴出するように構成すると記載されている（要約参照）。 As a background art in this technical field, there is JP-A-2008-111651 (Patent Document 1). This publication simultaneously solves the problems of combustion stability, such as high-level NOx in the case of the diffusion combustion method and flashback in the case of the premixed combustion method, and provides a combustion method with low NOx and excellent combustion stability. The task is to do. The fuel flow and the combustion air flow path are arranged coaxially, and the fuel flow is made into a coaxial jet that envelops the air flow. A straight pipe part that does not have an inclination angle is arranged at the upstream end of the air hole that has been installed with an inclination angle to place a swirl for stabilization of combustion in a part of the combustion air flow path. In addition, it is described that the fuel jet is configured to be ejected toward or in the straight pipe portion (see summary).
予混合燃焼方式は拡散燃焼方式に比べ，窒素酸化物の生成量は少ないものの，火炎安定化や燃焼振動の抑制が課題となる。特許文献１では，火炎安定化のため，燃焼用空気流路の下流部の一部に傾斜角を持たせる。傾斜角により燃焼室内での流れは噴出方向に対し周方向の速度成分を有する旋回流となる。旋回流ではその中心部に軸方向の流速成分の小さい低流速部を形成し，この部分では燃焼速度に比べて軸方向の流速成分が小さいため、火炎を安定に維持できる。
この旋回流を強化することで、希薄予混合燃焼で火炎をより安定に維持することができる。しかし、特許文献１では軸方向に設けた穴に傾斜角を持たせる形式であり，軸方向の流速成分を有するため，おのずから旋回力に限りがあった。
本発明の目的は、燃料の旋回流を強化し、制御することによって燃焼室内の火炎の保炎力強化、及び燃焼振動の抑制を図ることである。
Although the premixed combustion method produces less nitrogen oxide than the diffusion combustion method, flame stabilization and suppression of combustion vibration are problems. In Patent Document 1, an inclination angle is given to a part of the downstream portion of the combustion air flow path for flame stabilization. Due to the inclination angle, the flow in the combustion chamber becomes a swirl flow having a velocity component in the circumferential direction with respect to the ejection direction. In the swirl flow, a low flow velocity portion having a small flow velocity component in the axial direction is formed at the center thereof, and since the flow velocity component in the axial direction is smaller than the combustion velocity in this portion, the flame can be stably maintained.
By strengthening this swirl flow, the flame can be maintained more stably by lean premixed combustion. However, Patent Document 1 is a type in which a hole provided in the axial direction has an inclination angle, and since there is a flow velocity component in the axial direction, the turning force is naturally limited.
An object of the present invention is to enhance the flame holding power of the flame in the combustion chamber and to suppress the combustion vibration by enhancing and controlling the swirling flow of the fuel.
本発明は、燃料と空気が燃焼して火炎を形成する燃焼室と、前記燃料と前記空気とを予め混合して予混合気とし、前記予混合気が通る予混合管を燃焼室内に複数突出させ、前記燃焼室内に突出した前記予混合管の側面に前記予混合気を噴出させる予混合気噴出出口を設けたことを特徴とする。 The present invention relates to a combustion chamber in which fuel and air are burned to form a flame, and the fuel and the air are premixed to form a premixed gas, and a plurality of premixed tubes through which the premixed gas passes are projected into the combustion chamber. And a premixed gas ejection outlet for ejecting the premixed gas is provided on a side surface of the premixed tube protruding into the combustion chamber.
本発明によれば、燃料の旋回流を強化し、制御することによって燃焼室内の火炎の保炎力強化、及び燃焼振動の抑制を図ることである。 According to the present invention, the swirl flow of the fuel is strengthened and controlled to enhance the flame holding force of the flame in the combustion chamber and to suppress the combustion vibration.
本発明の実施例について以下に説明する。以下の説明で同じ符号のものは同じ機能であるので説明を省略する。 Examples of the present invention will be described below. In the following description, components having the same reference numerals have the same functions, and thus description thereof is omitted.
図６は本実施例の燃焼器を持つガスタービンシステムの概略構成図である。燃焼器３は、燃料４６と燃焼用空気４３を燃焼させる燃焼室８と、燃焼室８の外壁である燃焼器ライナ９と、燃焼器ライナ９の外周に位置するライナフロースリーブ１１と、上流部に複数の予混合管１４が接続されるプレート１３と、燃料を供給する燃料ヘッダ１５と燃料４６と燃焼用空気４３を予め混合させる予混合室１８からなるバーナを備えており、ケーシング１６によって囲われている。 FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a gas turbine system having a combustor according to the present embodiment. The combustor 3 includes a combustion chamber 8 that burns fuel 46 and combustion air 43, a combustor liner 9 that is an outer wall of the combustion chamber 8, a liner flow sleeve 11 that is positioned on the outer periphery of the combustor liner 9, and an upstream portion And a burner comprising a plate 13 to which a plurality of premixing tubes 14 are connected, a fuel header 15 for supplying fuel, a fuel 46 and a premixing chamber 18 for premixing combustion air 43, and is surrounded by a casing 16. It has been broken.
大気空気４１から圧縮機１によって圧縮された高圧空気４２は、ディフューザ６を介して車室７へ導入する。トランジションピース１０とトランジションピースフロースリーブ１２及び燃焼器ライナ９とライナフロースリーブ１１の間を通過し、対流伝熱により燃焼室８内で燃焼した高温・高圧ガス４４にさらされて高温となる燃焼器ライナ９を冷却する。 High-pressure air 42 compressed from the atmospheric air 41 by the compressor 1 is introduced into the vehicle compartment 7 through the diffuser 6. A combustor that passes between the transition piece 10 and the transition piece flow sleeve 12 and between the combustor liner 9 and the liner flow sleeve 11 and is exposed to the high-temperature / high-pressure gas 44 combusted in the combustion chamber 8 by convection heat transfer and becomes a high temperature. The liner 9 is cooled.
このとき一部の高圧空気４２は燃焼器ライナ９に開けられた無数の小孔から滲み出し、燃焼器ライナ９の燃焼室８側を膜状冷却している。残りの高圧空気４２は燃焼用空気４３として予混合室１８に流入する。 At this time, a part of the high-pressure air 42 oozes out from innumerable small holes opened in the combustor liner 9 and cools the combustion chamber 8 side of the combustor liner 9 in a film form. The remaining high-pressure air 42 flows into the premixing chamber 18 as combustion air 43.
燃料ヘッダ１５から流出した燃料４６は、予混合室１８に流入し、燃焼用空気４３と混合し、予混合気４８となる。予混合気４８は、プレート１３に備わる複数の予混合管１４に流入し、燃焼室８に噴出する。 The fuel 46 that has flowed out of the fuel header 15 flows into the premixing chamber 18, mixes with the combustion air 43, and becomes a premixed gas 48. The premixed gas 48 flows into the plurality of premixed tubes 14 provided in the plate 13 and is ejected into the combustion chamber 8.
噴出された燃料４６と燃焼用空気４３の予混合気４８は燃焼室８で火炎を形成する。燃焼によって生成した高温・高圧ガス４４はトランジションピース１０を流れ、タービン４を回す原動力となり発電機５を駆動させ、排ガス４５となり排出される。 The ejected fuel 46 and the premixed gas 48 of the combustion air 43 form a flame in the combustion chamber 8. The high-temperature / high-pressure gas 44 generated by the combustion flows through the transition piece 10, becomes a driving force for turning the turbine 4, drives the generator 5, and is discharged as exhaust gas 45.
図１は燃焼器の燃焼室近傍の拡大断面図、図２は燃焼器の燃焼室近傍の拡大正面図である。複数の予混合管１４によって構成されたプレート１３は燃料ヘッダ１５と燃焼室８の間に設置されている。プレート１３の上流側から流入してくる予混合気４８が予混合管１４を通過し、予混合管の側面に設けた予混合気噴出出口２１から燃焼室の出口方向（軸方向）に対し円周方向に予混合気を噴出させる。 FIG. 1 is an enlarged sectional view of the vicinity of the combustion chamber of the combustor, and FIG. 2 is an enlarged front view of the vicinity of the combustion chamber of the combustor. A plate 13 constituted by a plurality of premixing tubes 14 is installed between the fuel header 15 and the combustion chamber 8. The premixed gas 48 flowing in from the upstream side of the plate 13 passes through the premixed tube 14, and is circular from the premixed gas ejection outlet 21 provided on the side surface of the premixed tube with respect to the outlet direction (axial direction) of the combustion chamber. A premixed gas is ejected in the circumferential direction.
図３には比較例における空気孔プレート２３の拡大断面図を示す。比較例の空気孔プレート２３は、空気孔をもっており空気孔直管部２３Aと空気孔旋回部２３Bで構成されている。空気孔旋回部23Bに設けた傾斜角により燃焼室内での流れは噴出方向に対し周方向の速度成分を有する旋回流となる。旋回流ではその中心部に軸方向の流速成分の小さい低流速部を形成し，この部分では燃焼速度に比べて軸方向の流速成分が小さいため火炎を安定に維持できる。 FIG. 3 shows an enlarged cross-sectional view of the air hole plate 23 in the comparative example. The air hole plate 23 of the comparative example has air holes, and is composed of an air hole straight pipe portion 23A and an air hole swivel portion 23B. Due to the inclination angle provided in the air hole swirl 23B, the flow in the combustion chamber becomes a swirl flow having a velocity component in the circumferential direction with respect to the ejection direction. In the swirling flow, a low flow velocity portion having a small flow velocity component in the axial direction is formed at the center thereof, and the flame can be stably maintained in this portion because the flow velocity component in the axial direction is smaller than the combustion velocity.
この旋回流を強化することで、希薄予混合燃焼で火炎をより安定に維持することができる。しかし、図３に示すように既存の空気孔プレートでは軸方向に空気孔を貫通させる必要があるため，噴出する気体は軸方向の流速成分を有し，旋回力には限りがある。 By strengthening this swirl flow, the flame can be maintained more stably by lean premixed combustion. However, as shown in FIG. 3, in the existing air hole plate, since it is necessary to penetrate the air hole in the axial direction, the gas to be ejected has a flow velocity component in the axial direction, and the turning force is limited.
一方，図２に示す本実施例は、予混合気噴出出口２１を予混合管14の側面に設けるため，燃焼室の軸方向の流速成分を小さくし，周方向の流速成分を大きくすることができる，このため，燃焼室８には強い旋回流を形成できる。一般に旋回流はスワール数（旋回方向の運動量/（燃焼室半径×軸方向の運動量）で定義されるが，本実施例ではスワール数0.5以上の強い旋回流を形成できる。 On the other hand, in this embodiment shown in FIG. 2, since the premixed gas ejection outlet 21 is provided on the side surface of the premixing tube 14, the axial flow velocity component of the combustion chamber can be reduced and the circumferential flow velocity component can be increased. Therefore, a strong swirl flow can be formed in the combustion chamber 8. In general, the swirling flow is defined by the swirl number (the momentum in the swirling direction / (the combustion chamber radius × the momentum in the axial direction)), but in this embodiment, a strong swirling flow having a swirl number of 0.5 or more can be formed.
また，予混合管１４がプレート１３と同位置でなく燃焼室８内に突起しているため、予混合気噴出出口２１付近に形成する火炎位置と燃焼室８の同軸長さが異なること、予混合気噴出出口２１の位相の変更が容易であることから燃焼振動の抑制に有効である。 Further, since the premixing tube 14 is not located at the same position as the plate 13 but protrudes into the combustion chamber 8, the flame position formed in the vicinity of the premixed gas ejection outlet 21 and the coaxial length of the combustion chamber 8 are different. Since it is easy to change the phase of the gas mixture outlet 21, it is effective for suppressing combustion vibration.
また、燃焼室８内の高温場に予混合管１４が晒されるため、予混合管１４内の予混合気４８を予熱し、高温燃焼を可能とすることで燃焼効率が向上する。壁面に囲まれた図1のような空間でなくとも旋回流３０を形成し、保炎性が高い。 Further, since the premixing tube 14 is exposed to a high temperature field in the combustion chamber 8, the premixed gas 48 in the premixing tube 14 is preheated to enable high temperature combustion, thereby improving combustion efficiency. Even if it is not the space as shown in FIG. 1 surrounded by the wall surface, the swirl flow 30 is formed and the flame holding property is high.
予混合管１４、予混合気噴出出口２１の径は、指定されず、どのような形状でもよい。予混合気噴出出口２１は、予混合管１４のどの位置に配置されてもよいが，予混合気噴出出口21から予混合管14の先端までの距離が長い場合は，予混合管14の冷却のため，図５のように一部の噴出孔２５を予混合管14の先端部近傍にも設け，内部を流れる予混合気で予混合管を冷却することが望ましい。 The diameters of the premixing tube 14 and the premixed gas ejection outlet 21 are not specified and may be any shape. The premixed gas outlet 21 may be disposed at any position of the premixed tube 14. However, when the distance from the premixed gas outlet 21 to the tip of the premixed tube 14 is long, the premixed tube 14 is cooled. Therefore, as shown in FIG. 5, it is desirable to provide a part of the ejection holes 25 in the vicinity of the tip of the premixing tube 14 and cool the premixing tube with the premixed gas flowing inside.
予混合管１４、予混合気噴出出口２１の径は、入口と出口で異なっていてもよく、縮小管や拡大管のようになっていてもよい。 The diameters of the premixing tube 14 and the premixed gas ejection outlet 21 may be different between the inlet and the outlet, and may be like a reduction tube or an expansion tube.
予混合管１４、予混合気噴出出口２１の個数は、制限されないが、図２のように旋回流を形成可能な群を1つのモジュールとして構成することが望ましい。モジュールを構成する予混合管１４、予混合気噴出出口２１の数は指定されない。また、モジュールを構成する予混合管１４、予混合気噴出出口２１の径、予混合管１４の軸方向長さは異なっていてもよい。 The number of the premixing tube 14 and the premixed gas outlet 21 is not limited, but it is desirable to configure a group capable of forming a swirl flow as one module as shown in FIG. The number of the premixing tube 14 and the premixed gas outlet 21 constituting the module is not specified. Moreover, the diameter of the premixing pipe 14 which comprises a module, the premixed gas ejection outlet 21, and the axial direction length of the premixing pipe 14 may differ.
また，図２では、隣接する予混合管に向けて予混合気噴出出口21から予混合気を噴出させる形態を示すが，図４のように、予混合気噴出出口21から噴出する予混合気の噴出方向を、隣接する予混合管よりも燃焼室の中心軸側に傾けて噴出することでより強い旋回流を形成できる。 2 shows a form in which the premixed gas is ejected from the premixed gas ejection outlet 21 toward the adjacent premixing pipe, but the premixed gas ejected from the premixed gas ejection outlet 21 as shown in FIG. A stronger swirling flow can be formed by inclining the jet direction of the nozzle to the central axis side of the combustion chamber than the adjacent premixing pipe.
予混合室１８を流れる燃料４６と燃焼用空気４３は完全に混合した予混合気とならなくてもよく，例えば一部の燃料や燃焼用空気を予混合室18とは別の位置から燃焼室に噴出させることも可能である。 The fuel 46 and the combustion air 43 flowing through the premixing chamber 18 do not have to be a completely mixed premixed gas. For example, a portion of the fuel or combustion air is moved from a position different from the premixing chamber 18 It is also possible to erupt.
なお，本実施例は燃焼ガスの有する運動エネルギをタービンにより動力として回収するガスタービン燃焼器を例に示したが，燃料と空気とを混合させた予混合気を使用するボイラや産業用の熱処理炉等の大気圧近傍で稼働する燃焼器にも適用可能である。 In this embodiment, a gas turbine combustor that recovers kinetic energy of combustion gas as power by a turbine is shown as an example. However, a boiler or industrial heat treatment using a premixed gas mixture of fuel and air is used. The present invention can also be applied to a combustor operating near atmospheric pressure such as a furnace.
このように、本実施例によれば、燃焼室の円周方向に予混合気を噴出させることで，当該噴出口から噴出する予混合気は燃焼室の軸方向の速度成分を小さくし，周方向の流速成分を大きくすることができる。このため，燃焼室内の流れは周方向の速度成分が大きくなることで，強旋回流となる。強旋回流により火炎位置を制御し、火炎を安定に維持することができる。また、予混合管が燃焼室内の高温場と接することで予混合管内を通過する予混合気を予熱し、燃焼効率が向上する。 As described above, according to the present embodiment, the premixed gas is ejected in the circumferential direction of the combustion chamber, so that the premixed gas ejected from the ejection port reduces the velocity component in the axial direction of the combustion chamber. The flow velocity component in the direction can be increased. For this reason, the flow in the combustion chamber becomes a strong swirl flow by increasing the velocity component in the circumferential direction. The flame position can be controlled by the strong swirl flow, and the flame can be maintained stably. Further, the premixed tube is in contact with the high temperature field in the combustion chamber, so that the premixed gas passing through the premixed tube is preheated, and the combustion efficiency is improved.
さらに，前記予混合管を周方向に回転させることで，燃焼室内に形成する旋回流の強度を変えることができる。
Further, by rotating the premixing tube in the circumferential direction, the strength of the swirling flow formed in the combustion chamber can be changed.
図７は燃焼器バーナ付近の拡大断面図、図８は燃焼器バーナ付近の拡大正面図である。予混合気噴出出口２１を備える複数の予混合管１４で旋回流３０を形成するように配置したモジュールを複数もつプレート１３は、燃料ヘッダ１５と燃焼室８の間に設置されている。 FIG. 7 is an enlarged sectional view in the vicinity of the combustor burner, and FIG. 8 is an enlarged front view in the vicinity of the combustor burner. A plate 13 having a plurality of modules arranged so as to form a swirl flow 30 by a plurality of premixing tubes 14 having a premixed gas ejection outlet 21 is installed between the fuel header 15 and the combustion chamber 8.
図７に示すようにプレート１３の上流側から流入してくる予混合気４８が、予混合管１４を通過し、予混合気噴出出口２１によって燃焼室８に流出する。予混合気４８が、旋回流３０を形成するために保炎性が高くなる。 As shown in FIG. 7, the premixed gas 48 flowing in from the upstream side of the plate 13 passes through the premixed tube 14 and flows out into the combustion chamber 8 through the premixed gas ejection outlet 21. Since the premixed gas 48 forms the swirling flow 30, the flame holding property is increased.
本実施例によれば、火炎位置は、一つのモジュール毎の強旋回によって制御できる。複数の保炎点をもつことで燃焼室８内における燃焼安定性を向上できる。各モジュールに対して燃料供給系２を配備し、燃料４６を選択的に供給できるように構成することで、ガスタービンの負荷の変化に対応して最適な燃焼を行わせることができる。 According to the present embodiment, the flame position can be controlled by strong turning for each module. Combustion stability in the combustion chamber 8 can be improved by having a plurality of flame holding points. By arranging the fuel supply system 2 for each module so that the fuel 46 can be selectively supplied, optimal combustion can be performed in response to changes in the load of the gas turbine.
壁面に囲まれた図７のような空間でなくとも旋回流３０を形成し、保炎性が高い。プレート１３及び予混合管１４の厚みは熱による湾曲が生じない厚さとする。予混合管１４、予混合気噴出出口２１の径は、指定されず、どのような形状でもよい。モジュールを構成する予混合管１４の数は指定されない。図２のように旋回流を形成可能な群を1つのモジュールとして構成することが望ましい。各モジュールで径が異なっていてもよい。また、モジュールを構成する予混合管１４、予混合気噴出出口２１の径、予混合管１４の軸方向長さは異なっていてもよい。 Even if it is not the space like FIG. 7 surrounded by the wall surface, the swirl flow 30 is formed and the flame holding property is high. The thickness of the plate 13 and the premixing tube 14 is set to a thickness that does not cause bending due to heat. The diameters of the premixing tube 14 and the premixed gas ejection outlet 21 are not specified and may be any shape. The number of premixing tubes 14 constituting the module is not specified. As shown in FIG. 2, it is desirable to configure a group capable of forming a swirl flow as one module. Each module may have a different diameter. Moreover, the diameter of the premixing pipe 14 which comprises a module, the premixed gas ejection outlet 21, and the axial direction length of the premixing pipe 14 may differ.
プレート１３に対する各モジュールの位置間隔は指定しない。予混合管１４、予混合気噴出出口２１の個数は、制限されないが、予混合管１４、予混合気噴出出口２１の径は、入口と出口で異なっていてもよく、縮小管や拡大管のようになっていてもよい。予混合気噴出出口２１は、予混合管１４のどの位置に配置されてもよい。 The position interval of each module with respect to the plate 13 is not specified. The number of the premixing pipe 14 and the premixed gas ejection outlet 21 is not limited, but the diameters of the premixing pipe 14 and the premixed gas ejection outlet 21 may be different between the inlet and the outlet. It may be like this. The premixed gas ejection outlet 21 may be disposed at any position of the premixed tube 14.
予混合室１８は、指定されず、燃料４６と燃焼用空気４３が完全予混合とならずともよい。要求される燃焼室８内の火炎形態による。 The premixing chamber 18 is not specified, and the fuel 46 and the combustion air 43 may not be completely premixed. Depending on the required flame form in the combustion chamber 8.
また、実施例１と同様に、予混合管１４の熱負荷の高い個所には、予混合気噴出出口２１に比べて径の小さい孔を開けることで、予混合気４８が燃焼室８内温度に比べて低いため予混合管１４の焼損を防ぐことが可能である。 Similarly to the first embodiment, a hole having a smaller diameter than that of the premixed gas ejection outlet 21 is formed at a location where the heat load of the premixed tube 14 is high, so that the premixed gas 48 has a temperature in the combustion chamber 8. Therefore, it is possible to prevent the premixing tube 14 from being burned out.
図９は燃焼器バーナ付近の拡大断面図である。予混合気噴出出口２１を備える複数の予混合管１４で旋回流３０を形成するように配置したモジュールを複数もつプレート１３は、燃料ヘッダ１５と燃焼室８の間に設置されている。加えて各モジュールの予混合管１４の軸方向長さが異なる。 FIG. 9 is an enlarged sectional view of the vicinity of the combustor burner. A plate 13 having a plurality of modules arranged so as to form a swirl flow 30 by a plurality of premixing tubes 14 having a premixed gas ejection outlet 21 is installed between the fuel header 15 and the combustion chamber 8. In addition, the axial length of the premixing tube 14 of each module is different.
図９に示すようにプレート１３の上流側から流入してくる予混合気４８が、予混合管１４を通過し、予混合気噴出出口２１によって燃焼室８に流出する。予混合気４８が、旋回流３０を形成するために保炎性が高くなる。 As shown in FIG. 9, the premixed gas 48 flowing in from the upstream side of the plate 13 passes through the premixed tube 14 and flows out into the combustion chamber 8 through the premixed gas ejection outlet 21. Since the premixed gas 48 forms the swirling flow 30, the flame holding property is increased.
本実施例によれば、火炎位置は、モジュール毎の強旋回によって制御できる。モジュールごとに予混合管１４の長さが異なるため、火炎は、燃焼室８の様々な位置に固定される。火炎位置が、様々な位置に固定されることで、燃焼振動が発生するモードが分散するとともに、当該モードを外しやすく、振動抑制が容易となる。各モジュールに対して燃料供給系２を配備し、燃料４６を選択的に供給できるように構成することで、ガスタービンの負荷の変化に対応して最適な燃焼を行わせることができる。 According to the present embodiment, the flame position can be controlled by strong turning for each module. Since the length of the premixing tube 14 is different for each module, the flame is fixed at various positions in the combustion chamber 8. By fixing the flame position at various positions, the mode in which combustion vibration occurs is dispersed, and the mode is easily removed, and vibration suppression is facilitated. By arranging the fuel supply system 2 for each module so that the fuel 46 can be selectively supplied, optimal combustion can be performed in response to changes in the load of the gas turbine.
図９のように壁面に囲まれた空間でなくとも旋回流３０を形成し、保炎性が高い。プレート１３及び予混合管１４の厚みは熱による湾曲が生じない厚さとする。予混合管１４、予混合気噴出出口２１の径は、指定されず、どのような形状でもよい。各モジュールで予混合管１４、予混合気噴出出口２１の径が異なっていてもよい。予混合気噴出出口２１は、予混合管１４のどの位置に配置されてもよい。 Even if it is not a space surrounded by wall surfaces as shown in FIG. 9, the swirl flow 30 is formed, and the flame holding property is high. The thickness of the plate 13 and the premixing tube 14 is set to a thickness that does not cause bending due to heat. The diameters of the premixing tube 14 and the premixed gas ejection outlet 21 are not specified and may be any shape. The diameters of the premixing tube 14 and the premixed gas ejection outlet 21 may be different for each module. The premixed gas ejection outlet 21 may be disposed at any position of the premixed tube 14.
予混合管１４、予混合気噴出出口２１の径は、入口と出口で異なっていてもよく、縮小管や拡大管のようになっていてもよい。 The diameters of the premixing tube 14 and the premixed gas ejection outlet 21 may be different between the inlet and the outlet, and may be like a reduction tube or an expansion tube.
予混合管１４、予混合気噴出出口２１の個数は、制限されないが、図２のように旋回流を形成可能な群を1つのモジュールとして構成することが望ましい。モジュールを構成する予混合管１４の数は指定されない。また、モジュールを構成する予混合管１４、予混合気噴出出口２１の径、予混合管１４の軸方向長さは異なっていてもよい。
プレート１３に対する各モジュールの位置間隔は指定しない。図９のように中央部の予混合管１４が最も短くなくてもよい。
The number of the premixing tube 14 and the premixed gas outlet 21 is not limited, but it is desirable to configure a group capable of forming a swirl flow as one module as shown in FIG. The number of premixing tubes 14 constituting the module is not specified. Moreover, the diameter of the premixing pipe 14 which comprises a module, the premixed gas ejection outlet 21, and the axial direction length of the premixing pipe 14 may differ.
The position interval of each module with respect to the plate 13 is not specified. As shown in FIG. 9, the central premixing tube 14 may not be the shortest.
予混合室１８は、指定されず、燃料４６と燃焼用空気４３が完全予混合とならずともよい。要求される燃焼室８内の火炎形態による。 The premixing chamber 18 is not specified, and the fuel 46 and the combustion air 43 may not be completely premixed. Depending on the required flame form in the combustion chamber 8.
また、実施例１と同様に、予混合管１４の熱負荷の高い個所には、予混合気噴出出口２１に比べて径の小さい孔を開けることで、予混合気４８が燃焼室８内温度に比べて低いため予混合管１４の焼損を防ぐことが可能である。
Similarly to the first embodiment, a hole having a smaller diameter than that of the premixed gas ejection outlet 21 is formed at a location where the heat load of the premixed tube 14 is high, so that the premixed gas 48 has a temperature in the combustion chamber 8. Therefore, it is possible to prevent the premixing tube 14 from being burned out.
図１０は燃焼器バーナ付近の拡大断面図である。予混合気噴出出口２１を備える複数の予混合管１４ｂで旋回流３０を形成するように配置したモジュールと、プレート１３と、周方向に予混合気噴出出口２１をもたない予混合管１４ａは、燃料ヘッダ１５と燃焼室８の間に設置されている。 FIG. 10 is an enlarged sectional view of the vicinity of the combustor burner. A module arranged to form a swirl flow 30 with a plurality of premixing pipes 14b having a premixed gas jetting outlet 21, a plate 13, and a premixing pipe 14a having no premixed gas jetting outlet 21 in the circumferential direction are provided. It is installed between the fuel header 15 and the combustion chamber 8.
図１０に示すようにプレート１３の上流側から流入してくる予混合気４８が、予混合管１４ａ、１４ｂを通過し、それぞれ予混合管１４の先端部出口もしくは予混合気噴出出口２１から燃焼室８に流出する。モジュールから噴出した予混合気４８が、旋回流３０を形成するため、保炎性が高くなる。 As shown in FIG. 10, the premixed gas 48 flowing in from the upstream side of the plate 13 passes through the premixed tubes 14a and 14b, and burns from the front end outlet of the premixed tube 14 or the premixed gas ejection outlet 21, respectively. It flows out into the chamber 8. Since the premixed gas 48 ejected from the module forms the swirling flow 30, the flame holding property is improved.
本実施例によれば、火炎位置は、一つ以上のモジュールの強旋回によって制御できる。各モジュール、予混合管１４に対して燃料供給系２を配備し、燃料４６を選択的に供給できるように構成することで、ガスタービンの負荷の変化に対応して最適な燃焼を行わせることができる。モジュールでない個所（予混合管１４ａ）では、火炎位置をバーナから離すことが可能となり、予混合管への火炎からの輻射による熱負荷低減が可能である。 According to this embodiment, the flame position can be controlled by a strong turning of one or more modules. By providing the fuel supply system 2 to each module and the premixing pipe 14 so that the fuel 46 can be selectively supplied, optimal combustion can be performed in response to changes in the load of the gas turbine. Can do. In a portion (premixing tube 14a) that is not a module, the flame position can be separated from the burner, and the heat load due to radiation from the flame to the premixing tube can be reduced.
図１０のように壁面に囲まれた空間でなくとも旋回流３０を形成し、保炎性が高い。プレート１３及び予混合管１４の厚みは熱による湾曲が生じない厚さとする。予混合管１４、予混合気噴出出口２１の径は、指定されず、どのような形状でもよい。各モジュールで予混合管１４、予混合気噴出出口２１の径が異なっていてもよい。予混合気噴出出口２１は、予混合管１４のどの位置に配置されてもよい。予混合管１４、予混合気噴出出口２１の径は、入口と出口で異なっていてもよく、縮小管や拡大管のようになっていてもよい。 Even if it is not a space surrounded by wall surfaces as shown in FIG. 10, the swirl flow 30 is formed and the flame holding property is high. The thickness of the plate 13 and the premixing tube 14 is set to a thickness that does not cause bending due to heat. The diameters of the premixing tube 14 and the premixed gas ejection outlet 21 are not specified and may be any shape. The diameters of the premixing tube 14 and the premixed gas ejection outlet 21 may be different for each module. The premixed gas ejection outlet 21 may be disposed at any position of the premixed tube 14. The diameters of the premixing tube 14 and the premixed gas ejection outlet 21 may be different between the inlet and the outlet, and may be like a reduction tube or an expansion tube.
予混合管１４、予混合気噴出出口２１の個数は、制限されないが、図２のように旋回流を形成可能な群を1つのモジュールとして構成することが望ましい。モジュールを構成する予混合管１４の数は指定されない。また、モジュールを構成する予混合管１４、予混合気噴出出口２１の径、予混合管１４の軸方向長さは異なっていてもよい。プレート１３に対する各モジュールの位置間隔は指定しない。予混合室１８は、指定されず、燃料４６と燃焼用空気４３が完全予混合とならずともよい。要求される燃焼室内の火炎形態による。 The number of the premixing tube 14 and the premixed gas outlet 21 is not limited, but it is desirable to configure a group capable of forming a swirl flow as one module as shown in FIG. The number of premixing tubes 14 constituting the module is not specified. Moreover, the diameter of the premixing pipe 14 which comprises a module, the premixed gas ejection outlet 21, and the axial direction length of the premixing pipe 14 may differ. The position interval of each module with respect to the plate 13 is not specified. The premixing chamber 18 is not specified, and the fuel 46 and the combustion air 43 may not be completely premixed. Depends on the type of flame required in the combustion chamber.
また、実施例１と同様に、予混合管１４の熱負荷の高い個所には、予混合気噴出出口２１に比べて径の小さい孔を開けることで、予混合気４８が燃焼室８内温度に比べて低いため予混合管の焼損を防ぐことが可能である。
Similarly to the first embodiment, a hole having a smaller diameter than that of the premixed gas ejection outlet 21 is formed at a location where the heat load of the premixed tube 14 is high, so that the premixed gas 48 has a temperature in the combustion chamber 8. It is possible to prevent the premixed tube from being burned out.
図１１は燃焼器バーナ付近の拡大断面図である。予混合気噴出出口２１を備える複数の予混合管１４ｂで旋回流３０を形成するように配置したモジュールと、プレート１３と、周方向に予混合気噴出出口２１をもたない予混合管１４ａは燃料ヘッダ１５と燃焼室８の間に設置されている。また、モジュールの予混合管１４ｂと予混合気噴出出口２１をもたない予混合管１４ａの軸方向長さは異なる。 FIG. 11 is an enlarged sectional view of the vicinity of the combustor burner. A module arranged to form a swirl flow 30 with a plurality of premixing pipes 14b having a premixed gas jetting outlet 21, a plate 13, and a premixing pipe 14a having no premixed gas jetting outlet 21 in the circumferential direction are provided. It is installed between the fuel header 15 and the combustion chamber 8. Also, the axial length of the premixing tube 14b of the module and the premixing tube 14a having no premixed gas outlet 21 are different.
図１１に示すようにプレート１３の上流側から流入してくる予混合気４８が、予混合管１４ａ，１４ｂを通過し、それぞれ予混合管１４ａの先端部出口もしくは予混合気噴出出口２１によって燃焼室８に流出する。モジュールから噴出した予混合気４８が、旋回流３０を形成するため、保炎性が高くなる。 As shown in FIG. 11, the premixed gas 48 flowing in from the upstream side of the plate 13 passes through the premixed tubes 14a and 14b, and is burned by the tip end outlet of the premixed tube 14a or the premixed gas ejection outlet 21, respectively. It flows out into the chamber 8. Since the premixed gas 48 ejected from the module forms the swirling flow 30, the flame holding property is improved.
本実施例によれば、火炎位置は、一つ以上のモジュールの強旋回によって制御できる。各モジュール、予混合管１４に対して燃料供給系統を配備し、燃料４６を選択的に供給できるように構成することで、ガスタービンの負荷の変化に対応して最適な燃焼を行わせることができる。モジュールでない個所（予混合管１４ａ）では、火炎位置をバーナから離すことが可能となり、熱予混合管への火炎からの輻射による熱負荷低減を可能とする。予混合気４８の燃焼室への噴出位置が異なることで、燃焼振動を生じにくい燃焼器を設計可能である。 According to this embodiment, the flame position can be controlled by a strong turning of one or more modules. By arranging a fuel supply system for each module and the premixing pipe 14 so that the fuel 46 can be selectively supplied, optimal combustion can be performed in response to changes in the load of the gas turbine. it can. In a portion (premixing tube 14a) that is not a module, the flame position can be separated from the burner, and the heat load due to radiation from the flame to the heat premixing tube can be reduced. Since the position where the premixed gas 48 is ejected into the combustion chamber is different, it is possible to design a combustor that hardly generates combustion vibration.
図１１のように壁面に囲まれた空間でなくとも旋回流３０を形成し、保炎性が高い。プレート１３及び予混合管１４の厚みは熱による湾曲が生じない厚さとする。予混合管１４、予混合気噴出出口２１の径は、指定されず、どのような形状でもよい。各モジュールで予混合管１４、予混合気噴出出口２１の径が異なっていてもよい。また、モジュールを構成する予混合管１４、予混合気噴出出口２１の径、予混合管１４の軸方向長さは異なっていてもよい。予混合気噴出出口２１は、予混合管１４のどの位置に配置されてもよい。
予混合管１４、予混合気噴出出口２１の径は、入口と出口で異なっていてもよく、縮小管や拡大管のようになっていてもよい。
Even if it is not the space surrounded by the wall surface as shown in FIG. 11, the swirl flow 30 is formed and the flame holding property is high. The thickness of the plate 13 and the premixing tube 14 is set to a thickness that does not cause bending due to heat. The diameters of the premixing tube 14 and the premixed gas ejection outlet 21 are not specified and may be any shape. The diameters of the premixing tube 14 and the premixed gas ejection outlet 21 may be different for each module. Moreover, the diameter of the premixing pipe 14 which comprises a module, the premixed gas ejection outlet 21, and the axial direction length of the premixing pipe 14 may differ. The premixed gas ejection outlet 21 may be disposed at any position of the premixed tube 14.
The diameters of the premixing tube 14 and the premixed gas ejection outlet 21 may be different between the inlet and the outlet, and may be like a reduction tube or an expansion tube.
予混合管１４、予混合気噴出出口２１の個数は、制限されないが、図２のように旋回流を形成可能な群を1つのモジュールとして構成することが望ましい。モジュールを構成する予混合管１４の数は指定されない。 The number of the premixing tube 14 and the premixed gas outlet 21 is not limited, but it is desirable to configure a group capable of forming a swirl flow as one module as shown in FIG. The number of premixing tubes 14 constituting the module is not specified.
プレート１３に対する各モジュールの位置間隔は指定しない。図１１のように中央部の予混合管１４が最も短くなくてもよい。 The position interval of each module with respect to the plate 13 is not specified. As shown in FIG. 11, the central premixing tube 14 may not be the shortest.
予混合室１８は、指定されず、燃料４６と燃焼用空気４３が完全予混合とならずともよい。要求される燃焼室８内の火炎形態による。 The premixing chamber 18 is not specified, and the fuel 46 and the combustion air 43 may not be completely premixed. Depending on the required flame form in the combustion chamber 8.
また、実施例１と同様に、予混合管１４の熱負荷の高い個所には、予混合気噴出出口２１に比べて径の小さい孔を開けることで、予混合気４８が燃焼室８内温度に比べて低いため予混合管１４の焼損を防ぐことが可能である。
Similarly to the first embodiment, a hole having a smaller diameter than that of the premixed gas ejection outlet 21 is formed at a location where the heat load of the premixed tube 14 is high, so that the premixed gas 48 has a temperature in the combustion chamber 8. Therefore, it is possible to prevent the premixing tube 14 from being burned out.
図１２は燃焼器バーナ付近の拡大正面図である。尚、図１〜図１１と同一符号は同一部品を示す。本実施例は、例えば実施例１による複数の予混合管１４とプレート１３との関係を１つの集合体とし、これらを複数個組み合わせて１つの燃焼器３を構成したものである。そして、図１３に示すように燃料供給系２を複数の燃料供給系２A、２B、２Cに分岐して燃料４６を選択的に供給できるように、各燃料供給系２に燃料停止弁２６A、２６B、２６Cを設けている。上記構成とすることで、各実施例と同等の効果をもつ上、燃料供給系２A、２B、２Cを選択して燃料４６を供給できるので、ガスタービンの負荷の変化に対応して最適な燃焼を行わせることができる。また、予混合管１４の数、モジュールの数が増減することで燃焼器１缶当たりの容量を容易に変更させることができる。本実施例によれば、実施例１を適用したものであるが、実施例２から実施例５においても適用可能である。 FIG. 12 is an enlarged front view of the vicinity of the combustor burner. 1 to 11 indicate the same parts. In the present embodiment, for example, the relationship between the plurality of premixing tubes 14 and the plate 13 according to the first embodiment is made into one assembly, and a plurality of these are combined to form one combustor 3. Then, as shown in FIG. 13, the fuel supply system 2 is branched into a plurality of fuel supply systems 2A, 2B, 2C so that the fuel 46 can be selectively supplied to each fuel supply system 2 with fuel stop valves 26A, 26B. , 26C. By adopting the above configuration, the fuel 46 can be supplied by selecting the fuel supply systems 2A, 2B, and 2C in addition to having the same effects as the respective embodiments, so that the optimal combustion corresponding to the change in the load of the gas turbine Can be performed. Moreover, the capacity | capacitance per 1 combustor can be easily changed by increasing / decreasing the number of the premixing pipes 14 and the number of modules. According to the present embodiment, the first embodiment is applied, but the present invention can also be applied to the second to fifth embodiments.
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
1 圧縮機
3 燃焼器
4 タービン
5 発電機
8 燃焼室
9 燃焼器ライナ
13 プレート
14 予混合管
18 予混合室
21 予混合気噴出出口
30 旋回流
48 予混合気
1 Compressor
3 Combustor
4 Turbine
5 Generator
8 Combustion chamber
9 Combustor liner
13 plates
14 Premix tube
18 Premixing chamber
21 Premixed gas outlet
30 Swirl
48 Premixed gas
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