JPH01137117A - Premixing pilot nozzle for dry type low nox combustion apparatus - Google Patents

Premixing pilot nozzle for dry type low nox combustion apparatus

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JPH01137117A
JPH01137117A JP28566287A JP28566287A JPH01137117A JP H01137117 A JPH01137117 A JP H01137117A JP 28566287 A JP28566287 A JP 28566287A JP 28566287 A JP28566287 A JP 28566287A JP H01137117 A JPH01137117 A JP H01137117A
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ジェニファー・ワスロ
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マサヨシ・クワタ
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ロイ・マーシャル・ワシャム
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Abstract

PURPOSE: To provide a sufficient safety heat source for firing a premixed flow in which NOx is reduced significantly by sustaining a diffusion pilot using a diffusion-premix nozzle and a relatively small quantity of fuel and supplying an extra fuel from the premix section of an auxiliary nozzle in order to fire a main fuel being supplied into a combustion chamber from a main nozzle in the upstream. CONSTITUTION: A main nozzle 36 is arranged annularly around a central auxiliary nozzle 38 and serves as a main premix chamber for main fuel flow being supplied thereto. A diffusion-premix nozzle 100 has a diffusion pilot section 62 equipped with a fuel supply pipe 64 comprising an axial fuel supply pipe 66 and a radial fuel distribution pipe 68 being set to supply a desired percentage of fuel flow into a premix chamber. According to the structure, diffusion flame is supported by only 2% of the total fuel flow of combustor and production of NOx is reduced significantly and heat input sufficient for furing main premix flow can be attained by increasing fuel flow through the auxiliary nozzle 38.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の背景] 本発明は、ガスタービン用燃焼器に関し、特に、窒素酸
化物(No、)のような大気汚染物質の量を減少させる
ガスタービン用燃焼器に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a combustor for a gas turbine, and more particularly, to a combustor for a gas turbine that reduces the amount of atmospheric pollutants such as nitrogen oxides (No,).

ガスタービンの排出ガス中のNOxの量を減らすために
、2段2モード燃焼器が開発されている。
Two-stage, two-mode combustors have been developed to reduce the amount of NOx in gas turbine exhaust gases.

この2段2モード燃焼器は、米国特許第4,292.8
01号に開示されている。この米国特許において、正規
運転負荷状態で上流側燃焼室が予混合室として機能し、
実際の燃焼が下流側燃焼室内で生じるように、2個の燃
焼室が設けられている場合、従来の1段1燃料ノズル燃
焼器と比較してNOx排出量が極めて減少することが明
らかにされた。」二連の運転状態では、」1流側燃焼室
内に炎が存在しないからNOlの生成量が減少し、補助
ノズルに当る中央ノズルが燃焼器の動作のための火炎源
となる。上記米国特許における発明の特定の態様によれ
ば、上流側燃焼室内に燃料を噴射するための環状に配列
された複数個の主ノズルと、下流側燃焼室内に燃料を噴
射するための中央ノズルとが設けられている。これらの
主ノズルおよび中央ノズルは、全て拡散ノズルと見なさ
れるものである。というのは、ノズルが軸方向燃料送給
管を有し、その吐出端が空気旋回器によって囲まれてい
るからである。空気旋回器、燃料ノズルからの吐出され
た燃料に対して燃焼用空気を供給する。
This two-stage, two-mode combustor is described in U.S. Patent No. 4,292.8.
It is disclosed in No. 01. In this U.S. patent, the upstream combustion chamber functions as a premixing chamber under normal operating load conditions;
It has been shown that when two combustion chambers are provided, such that the actual combustion occurs in the downstream combustion chamber, NOx emissions are significantly reduced compared to a conventional single-stage, single-fuel nozzle combustor. Ta. In the "double operation state", since there is no flame in the first-stream combustion chamber, the amount of NOl produced is reduced, and the central nozzle, which corresponds to the auxiliary nozzle, becomes the flame source for the operation of the combustor. According to a particular aspect of the invention in the above-mentioned U.S. patent, a plurality of annularly arranged main nozzles for injecting fuel into an upstream combustion chamber, a central nozzle for injecting fuel into a downstream combustion chamber; is provided. These main nozzles and central nozzles are all considered diffusion nozzles. This is because the nozzle has an axial fuel delivery tube, the discharge end of which is surrounded by an air swirler. The air swirler supplies combustion air to the fuel discharged from the fuel nozzle.

本発明者は拡散−予混合ノズルとして記述できるものに
中央ノズルすなわち補助ノズルの設計を変更することに
よって、NO,cの生成量をさらに減らすことができる
ことを発見した。動作について説明すると、比較的少量
の燃料を用いて、拡散パイロットを維持する一方で、補
助ノズルの予混合部により、上流の主ノズルから燃焼室
内へ送給される主燃料を点火するために追加の燃料を供
給する。
The inventors have discovered that the production of NO,c can be further reduced by changing the design of the central or auxiliary nozzle to what can be described as a diffusion-premixing nozzle. In operation, a relatively small amount of fuel is used to maintain the diffusion pilot while the premixing section of the auxiliary nozzle adds additional fuel to ignite the main fuel that is delivered upstream into the combustion chamber from the main nozzle. supply fuel.

[発明の目的] 本発明の目的は、運転条件の全範囲に亘って主予混合流
に点火するために安定で十分な熱源を提供することであ
る。
OBJECTS OF THE INVENTION It is an object of the invention to provide a stable and sufficient heat source to ignite the main premix stream over the entire range of operating conditions.

本発明の別の目的は、NOlの排出に対して炎源の影響
を最小とすることである。
Another object of the invention is to minimize the influence of the flame source on NOl emissions.

本発明の他の目的は、パイロット拡散炎を生じさせるの
に使用される燃料の量を最小とすることである。
Another object of the invention is to minimize the amount of fuel used to create the pilot diffusion flame.

新規性があると思われる本発明の特徴は、特許請求の範
囲に記載されている。しかし、発明自体、および本発明
の他の目的および利点は、以下の説明および図面を参照
することにより最も良く理解できよう。
The features of the invention believed to be novel are set forth in the claims. However, the invention itself, as well as other objects and advantages thereof, may be best understood by reference to the following description and drawings.

[発明の概要コ 本発明は、特に、ベンチュリのど領域によって隔てられ
た2個の燃焼室を有するタイプのガスタービン用燃焼器
に適用できるものである。環状に配置された複数個の主
ノズルが、上流側すなわち第1の燃焼室内に燃料を噴射
する。これに対して、1個の補助ノズルすなわち中央ノ
ズルが、下流側すなわち第2の燃焼室内に燃料を噴射す
る。運転方法によれば、ベース負荷の下で、金主ノズル
が消炎される一方で、1個の中央ノズルが主ノズルから
噴射された予混合燃料の燃焼を持続させる。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is particularly applicable to gas turbine combustors of the type having two combustion chambers separated by a venturi throat region. A plurality of annularly arranged main nozzles inject fuel into the upstream or first combustion chamber. In contrast, one auxiliary or central nozzle injects fuel downstream or into the second combustion chamber. According to the operating method, under base load, one central nozzle sustains combustion of the premixed fuel injected from the main nozzle while the gold main nozzle is extinguished.

本発明によれば、従来中央ノズルに用いられていた拡散
ノズルが、拡散−予混合ノズルに取り替えられ、この拡
散−予混合ノズルは、燃焼器全体の全燃料流量の約20
%から全燃料流量の約2%へ、中央拡散炎のための燃料
流量を減少させる。これを達成するため、拡散炎の燃焼
を支持するために最小量燃料送給管を囲むように空気送
給管を設け、他方、中央ノズル内での最大量の燃料送給
を半径方向の燃料分配管によって行う。各燃料分配管は
、拡散パイロット部を囲む予混合室内に燃料を噴射する
。拡散パイロット部は、軸方向燃料送給管、およびこれ
を囲む空気送給管で構成される。このようにして、比較
的少量の燃料を、拡散炎として、中央ノズルの予混合室
から吐出する流れに点火するために使用することができ
る。しかしその必要葺は、残りの主ノズルから吐出する
主予混合流に点火するのに必要な量よりも相当少ない。
According to the invention, the diffusion nozzle conventionally used in the central nozzle is replaced by a diffusion-premix nozzle, which accounts for approximately 20% of the total fuel flow rate throughout the combustor.
% to about 2% of the total fuel flow. To achieve this, air delivery pipes are provided surrounding the minimum quantity fuel delivery pipe to support diffusion flame combustion, while the maximum quantity of fuel delivery in the central nozzle is directed towards the radial fuel delivery pipe. Performed by a distribution pipe. Each fuel distribution tube injects fuel into a premixing chamber surrounding a diffusion pilot section. The diffusion pilot section is composed of an axial fuel feed tube and an air feed tube surrounding the axial fuel feed tube. In this way, a relatively small amount of fuel can be used as a diffusion flame to ignite the stream exiting the premixing chamber of the central nozzle. However, the amount required is considerably less than that required to ignite the main premix stream exiting the remaining main nozzles.

したがって、この構造では、拡散炎(N O,の排出量
が多い)として燃焼する燃料の、燃焼器における全燃料
流量に対するパーセントを最小にすると同時に、パイロ
ット予混合流(NO,Xの排出量が少ない)を使用する
ことによって主予混合流に点火するのに充分な熱入力を
与える。
Therefore, this design minimizes the percentage of total fuel flow in the combustor that burns as a diffusion flame (high NO, (low) to provide sufficient heat input to ignite the main premix stream.

[発明の詳細な説明] 第1図に示されているように、ガスタービン12は、圧
縮機14、燃焼316、および1枚の羽根で表わしたタ
ービン18を有する。図示されていないが、タービン1
8は、周知のように共通軸によって圧縮機14に連結さ
れて、これを駆動する。圧縮機14は入口空気を加圧し
、この加圧された空気は燃焼器16の方へ向きを変えら
れて(すなわち、反対向きに)流れ、燃焼器16内で燃
焼器を冷却するのに使用されるとともに燃焼用空気とし
ても使用される。ガスタービン12は、複数個の燃焼器
16(図には1個のみが示されている)を有し、これら
の燃焼器は、ガスタービン12の外周に配置されている
。ガスタービンの1つのモデルにおいては、上述したよ
うな燃焼器がガスタービンの外周に14個配置されてい
る。移行ダクト20が、その対応する燃焼器16の出口
端をタービン18の入口端に接続し、燃焼による高温生
成物をタービン18に送給する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION As shown in FIG. 1, gas turbine 12 includes compressor 14, combustion 316, and turbine 18, represented by a single blade. Although not shown, the turbine 1
8 is connected to and drives the compressor 14 by a common shaft, as is well known. Compressor 14 pressurizes inlet air, and this pressurized air is redirected (i.e., flows in the opposite direction) toward combustor 16 and is used within combustor 16 to cool the combustor. It is also used as combustion air. Gas turbine 12 has a plurality of combustors 16 (only one is shown in the figure), and these combustors are arranged around the outer periphery of gas turbine 12 . In one model of gas turbine, 14 combustors such as those described above are arranged around the outer circumference of the gas turbine. A transition duct 20 connects the outlet end of its corresponding combustor 16 to the inlet end of the turbine 18 and delivers the hot products of combustion to the turbine 18 .

本発明は、特に、米国特許第4. 292. 801号
に記載されたタイプの2段2モード低NO,C燃焼器に
有用である。この米国特許に記載されているように、ま
た本出願の第2図に示さ°れでいるように、各燃焼器1
6は、mlの燃焼室すなわち上流側燃焼室24と、第2
の燃焼室すなわち下流側燃焼室26と、これらの上流側
および下流側燃焼室24および26の間のベンチュリの
ど領域28とを有する。燃焼器16は、燃焼器空気流ス
リーブ30によって囲まれており、燃焼器空気流スリー
ブ30は、圧縮機14から吐出された空気の流れを燃焼
器16に導く流路を構成する。燃焼器16はさらに外側
ケーシング31によって囲まれている。外側ケーシング
31はタービンケーシング32にボルトで固定される。
The present invention is particularly applicable to U.S. Pat. 292. It is useful in two-stage, two-mode, low NO, C combustors of the type described in No. 801. As described in this U.S. patent and as shown in FIG. 2 of this application, each combustor 1
6 is a ml combustion chamber, that is, an upstream combustion chamber 24, and a second
or downstream combustion chamber 26 and a venturi throat region 28 between the upstream and downstream combustion chambers 24 and 26. Combustor 16 is surrounded by a combustor airflow sleeve 30 that provides a flow path for directing the flow of air discharged from compressor 14 to combustor 16 . The combustor 16 is further surrounded by an outer casing 31 . The outer casing 31 is bolted to the turbine casing 32.

複数個の主ノズル36が、それぞれ上流側燃焼室24に
燃料を送給するために、中央補助ノズル38の周囲に環
状に配列される。ガスタービンのひとつのモデルでは、
各燃焼器は6個の主ノズルと1個の補助ノズルとを有す
ることもある。燃焼器1Gについて更に説明すると、燃
料は、当業者に周知のような、上記米国特許箱4,29
2,801号に詳述されている方法で、配管42を介し
て主ノズル36および中央補助ノズル38に送給される
。燃焼器内での点火は、火花点火プラグ48(第2図に
は図示していない)によって行われる。また、隣りの燃
焼器の点火は当業者に周知のクロスファイヤ管50によ
って行われる。
A plurality of main nozzles 36 are arranged annularly around a central auxiliary nozzle 38 for respectively delivering fuel to the upstream combustion chamber 24 . In one model of gas turbine,
Each combustor may have six main nozzles and one auxiliary nozzle. In further discussion of combustor 1G, the fuel is as described in the above-referenced U.S. Pat.
2,801, via piping 42 to the main nozzle 36 and the central auxiliary nozzle 38. Ignition within the combustor is provided by a spark plug 48 (not shown in FIG. 2). Ignition of adjacent combustors is also provided by crossfire tubes 50, which are well known to those skilled in the art.

上記米国特許箱4,292. 801号では、全ての燃
料ノズル(主ノズルおよび補助ノズルの両方)が同一で
あり、すなわち、全ての燃料ノズルが拡散型であること
が指摘されている。第2図に示されているように、拡散
型の主ノズル36は、燃料送給ノズル54および環状旋
回器56を有する。燃料送給ノズル54は、燃料のみを
送給する。
U.S. Patent Box 4,292. No. 801 points out that all fuel nozzles (both main and auxiliary nozzles) are the same, ie all fuel nozzles are of the diffusive type. As shown in FIG. 2, the main diffuser nozzle 36 has a fuel delivery nozzle 54 and an annular swirler 56. As shown in FIG. The fuel feed nozzle 54 feeds only fuel.

この燃料は、その後、燃焼のため旋回器5Bからの空気
と混合される。米国特許箱4,292,801号によれ
ば、補助ノズルも拡散ノズルである。
This fuel is then mixed with air from swirler 5B for combustion. According to US Pat. No. 4,292,801, the auxiliary nozzle is also a diffusion nozzle.

これについて以下説明する。This will be explained below.

ベース負荷での運転中、2段2モード燃焼器は、予混合
モードで動作するように設計されている。
During base load operation, the two-stage two-mode combustor is designed to operate in premix mode.

この予混合モードにおいては、全ての主ノズルは燃料と
空気とを混合するだけであり、この混合物は、補助すな
わち中央拡散ノズルにより支持されている拡散炎によっ
て点火される。この主ノズルの予混合と補助拡散ノズル
による点火とによって、燃焼器内でのNO,c生成量が
減少する。しかし、上述のシステムには、少なくとも1
つの根本的な欠点があった。たとえば、実験室での試験
の結果、補助拡散ノズルに対して可能な最小パーセント
の燃料を使用すれば成る運転条件でNOx排出二が最小
になるが、他の運転条件で、補助拡散ノズルに同じパー
セントの燃料を用いると、主予混合流を満足に燃焼させ
るのに充分な熱入力が得られないことが判明した。本発
明者は、最小拡散パイロットを中央ノズルの予混合室と
組み合せて使用することによって、上流側の予混合ノズ
ル(主ノズル)から吐出される主予混合流に対する満足
なパイロット炎を維持できることを見出した。したがっ
て、本発明では、拡散炎(高NO,cの生成をともなう
)として燃焼する燃料の燃焼器への全燃料に対するパー
セントを最小にすると同時に、補助予混合流すなわちパ
イロット流を使用することによって主予混合流に点火す
るのに充分な熱入力が得られるようにする。
In this premix mode, all main nozzles only mix fuel and air, and this mixture is ignited by a diffusion flame supported by an auxiliary or central diffusion nozzle. This premixing by the main nozzle and the ignition by the auxiliary diffusion nozzle reduce the amount of NO, c produced in the combustor. However, the system described above has at least one
There were two fundamental flaws. For example, laboratory tests have shown that NOx emissions are minimized under operating conditions consisting of using the lowest possible percentage of fuel for the auxiliary diffusion nozzle, but that at other operating conditions the same % fuel was found to not provide sufficient heat input to satisfactorily combust the main premix stream. The inventor has discovered that by using a minimum diffusion pilot in combination with the premix chamber of the central nozzle, a satisfactory pilot flame can be maintained for the main premix flow discharged from the upstream premix nozzle (main nozzle). I found it. Therefore, the present invention minimizes the percentage of total fuel to the combustor that is combusted as a diffusion flame (with high NO,c production) while at the same time using an auxiliary premix or pilot flow to Ensure sufficient heat input is available to ignite the premix stream.

このため、本発明によれば、第2図および第3図に示す
ように、拡散−予混合ノズル100を提供する。拡散−
予混合ノズル100は、燃料送給管64を具えた拡散パ
イロット部62を有する。
To this end, in accordance with the present invention, a diffusion-premixing nozzle 100 is provided, as shown in FIGS. 2 and 3. Diffusion-
Premix nozzle 100 has a diffusion pilot section 62 with a fuel delivery tube 64 .

燃料送給管64は、軸方向燃料送給管66、およびこの
管66から半径方向外向きに伸びて端部が閉鎖された腹
数本の半径方向の燃料分配管68を−aする。好適な実
施例では、6本の燃料分配管が設けられる。第3図に最
も良く示されているように、各燃料分配管68は、複数
個の燃料吐出孔70を何する。燃料吐出孔70は、拡散
−予混合ノズル100の吐出端の方へ下流に向けられて
いる。
The fuel delivery tube 64 includes an axial fuel delivery tube 66 and a number of radial fuel distribution tubes 68 extending radially outwardly from the tube 66 and closed at their ends. In the preferred embodiment, six fuel distribution lines are provided. As best shown in FIG. 3, each fuel distribution pipe 68 serves a plurality of fuel discharge holes 70. As best seen in FIG. The fuel discharge holes 70 are oriented downstream toward the discharge end of the diffusion-premix nozzle 100 .

燃料吐出孔70の寸法は、後述する予混合室内に所望の
パーセントの燃料流量を送給するように設定される。
The dimensions of the fuel discharge holes 70 are set to deliver a desired percentage of fuel flow into the premix chamber, which will be described below.

拡散パイロット部62は、さらに空気送給管74を有す
る。空気送給管74は、軸方向燃料送給管66と同軸で
あって、これを囲む。空気送給管74への空気入力は、
圧縮機14からの吐出空気である。この吐出空気は、そ
の流れの向きが逆転されて、燃焼器空気流スリーブ30
と燃焼器ライナ78とによって画成された空間76に流
入する。
The diffusion pilot section 62 further includes an air supply pipe 74. Air delivery tube 74 is coaxial with and surrounds axial fuel delivery tube 66. Air input to the air supply pipe 74 is as follows:
This is air discharged from the compressor 14. This discharge air has its flow direction reversed and flows through the combustor airflow sleeve 30.
and a combustor liner 78 .

拡散パイロット部62は、その吐出端に第1の環状旋回
器すなわち拡散パイロット旋回器82を有する。この拡
散パイロット旋回器82は、空気送給管74から吐出さ
れた空気を拡散パイロット炎に向けて送るためのもので
ある。
Diffusion pilot section 62 has a first annular swirler or diffusion pilot swirler 82 at its discharge end. This diffusion pilot swirler 82 is for sending air discharged from the air supply pipe 74 toward the diffusion pilot flame.

予混合室84が、スリーブ状の截頭円錐筒85によって
画成される。予混合室84は、拡散パイロット部62を
囲み、拡散パイロット部62の吐出端に近接する吐出端
を有する。圧縮機14からの吐出空気が、その流れの向
きが逆転されて、空気送給管74と同様に空間76から
予混合室84内に流入する。複数本の燃料分配管68は
、空気送給管74を貫通して環状の予混合室84の中ま
で伸びている。この予混合室内で燃料と空気が混合され
て、第2の旋回器すなわち予混合室、旋回器86に送給
される。予混合室旋回器86は、拡散パイロット部62
と予混合室84の截頭円錐筒85との間に配置されてい
る。
A premixing chamber 84 is defined by a sleeve-like frustoconical tube 85 . Premixing chamber 84 surrounds diffusion pilot section 62 and has a discharge end proximate to the discharge end of diffusion pilot section 62 . The discharge air from the compressor 14 has its flow direction reversed and flows into the premixing chamber 84 from the space 76 as well as from the air feed tube 74 . A plurality of fuel distribution pipes 68 extend through the air supply pipe 74 into the annular premixing chamber 84 . Fuel and air are mixed in this premixing chamber and fed to a second swirler or premixing chamber, swirler 86 . The premixing chamber swirler 86 is connected to the diffusion pilot section 62
and the truncated conical cylinder 85 of the premixing chamber 84.

第3の旋回器すなわち中央ノズル旋回器90が、拡散予
混合ノズル100の吐出端よりも下流に配置される。中
央ノズル旋回器90は、截頭円錐筒85の延長部すなわ
ちカップ92と上流側燃焼室24の中心体壁95との間
に配置されている。圧縮機14からの吐出空気が、その
流れの向きが逆転されて、燃焼器ライナ78を囲む空間
76から中央ノズル旋回器90へ流れる。中央ノズル旋
回器90の目的は、第1の燃焼室からの主予混合流と組
み合わさるときの、拡散−予混合ノズル100の炎を安
定させるためである。
A third swirler or central nozzle swirler 90 is located downstream of the discharge end of the diffusion premix nozzle 100. A central nozzle swirler 90 is positioned between an extension or cup 92 of frustoconical tube 85 and a centerbody wall 95 of upstream combustion chamber 24 . Discharge air from compressor 14 has its flow direction reversed and flows from space 76 surrounding combustor liner 78 to central nozzle swirler 90 . The purpose of the central nozzle swirler 90 is to stabilize the flame of the diffusion-premix nozzle 100 when combined with the main premix flow from the first combustion chamber.

拡散パイロット旋回器82、予混合室旋回器86および
中央ノズル旋回器90の所要の設計は、当業者に周知で
あるから、これ以上説明しない。
The required design of the diffusion pilot swirler 82, premix chamber swirler 86, and central nozzle swirler 90 is well known to those skilled in the art and will not be described further.

予混合室84の截頭円錐筒85は、ガスタービン環境内
で使用するのに適した金属で作られる。
The frustoconical tube 85 of the premixing chamber 84 is made of a metal suitable for use within a gas turbine environment.

動作について説明すると、始動時に、第1の燃焼室内に
燃料が導入されて燃焼が開始される。予め定められた中
間範囲の負荷になったとき、燃料流は、所望の負荷に到
達するように主ノズルと補助ノズルとの間で分割されて
、補助ノズルの点火が行われる。その後、主ノズルへの
燃料流が遮断されて、第1の燃焼室内での燃焼を停止さ
せる。
To explain the operation, at the time of starting, fuel is introduced into the first combustion chamber and combustion is started. When a predetermined intermediate range of loads is reached, the fuel flow is split between the main nozzle and the auxiliary nozzle to reach the desired load, and the auxiliary nozzle is ignited. Thereafter, fuel flow to the main nozzle is shut off, stopping combustion within the first combustion chamber.

その後、燃料流が再び主ノズルに設定され、このとき、
主ノズルはそれに供給される主燃料流に対する主予混合
室として作用し、他方、中央ノズルは点火された状態に
保たれて主予混合流に対するパイロット炎を形成する。
The fuel flow is then set to the main nozzle again, this time
The main nozzle acts as the main premixing chamber for the main fuel stream fed to it, while the central nozzle is kept lit to form a pilot flame for the main premix stream.

この点で従来技術によれば、全燃焼器燃料流量の約20
%を使う拡散炎は、比較的多量のNO,Xを生成してし
まう。
In this respect, according to the prior art, approximately 20% of the total combustor fuel flow
Diffusion flame using % produces relatively large amounts of NO and X.

拡散−予混合ノズルを用いる本発明によれば、全燃焼器
燃料流量の約2%のみが拡散炎を支持するために使用さ
れるので、NO,Cの生成量が相当小さくなる。パイロ
ットノズルすなわち補助ノズル残りの燃料は予混合室内
で予混合され、このため相当低下したレベルのNO8が
排出される。要約すると、上述したように本発明によれ
ば、NO工の生成量が減少し、この減少によって、補助
ノズルに通す燃料の流量を増加させることができるよう
になり、また、拡散パイロットが周囲の主ノズルからの
全予混合流よりもむしろ拡散パイロットの予混合流に依
存するので、ターンダウン比すなわち変動する条件下で
動作する能力がかなり拡大される。
With the present invention using a diffusion-premix nozzle, only about 2% of the total combustor fuel flow is used to support the diffusion flame, resulting in significantly lower NO, C production. The remaining fuel in the pilot or auxiliary nozzle is premixed in the premixing chamber, thus emitting considerably reduced levels of NO8. In summary, as described above, according to the present invention, the amount of NO gas produced is reduced, and this reduction makes it possible to increase the flow rate of fuel passed through the auxiliary nozzle. By relying on the premixed flow of the diffusion pilot rather than the total premixed flow from the main nozzle, the turndown ratio or ability to operate under varying conditions is greatly expanded.

本発明を特定の実施例に関して図示し説明したが、当業
者であれば、特許請求の範囲内において容易に種々変形
することができよう。したがって、本願の特許請求の範
囲は、このような変形を包含するものである。
Although the invention has been illustrated and described with respect to specific embodiments, those skilled in the art will readily recognize that various modifications may be made within the scope of the appended claims. Therefore, the scope of the claims of the present application includes such modifications.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、一部を断面で示したガスタービンエンジンの
側面図である。第2図は、ガスタービンエンジンの燃焼
器部分の拡大側断面図である。第3図は、本発明による
拡散−予混合ノズルの概略側断面図である。 [主な符号の説明] 36:主ノズル、38:中央ノズル、100:拡散−予
混合ノズル、62:拡散パイロット部、64:燃料送給
管、66:軸方向燃料送給管、68;半径方向の燃料分
配管、70:燃料吐出孔、74:空気送給管、82,8
6.90:旋回器、84:予混合室、85:截頭円錐筒
FIG. 1 is a side view of a gas turbine engine, partially shown in section. FIG. 2 is an enlarged side sectional view of the combustor portion of the gas turbine engine. FIG. 3 is a schematic side sectional view of a diffusion-premixing nozzle according to the invention. [Explanation of main symbols] 36: Main nozzle, 38: Center nozzle, 100: Diffusion-premixing nozzle, 62: Diffusion pilot section, 64: Fuel feed pipe, 66: Axial fuel feed pipe, 68: Radius direction fuel distribution pipe, 70: fuel discharge hole, 74: air supply pipe, 82,8
6.90: swirler, 84: premixing chamber, 85: truncated conical cylinder.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)入口端および吐出端を持つ軸方向管を有する燃料
送給管と、上記軸方向管と同軸であって上記軸方向管を
囲む空気送給管と、上記軸方向管と上記空気送給管との
間に設けられて上記軸方向管の吐出端に位置する環状の
第1の旋回器とで構成された拡散パイロット部であって
、上記燃料送給管が、さらに、上記軸方向管から外向き
に上記空気送給管の外周よりも外方へ伸び且つ上記軸方
向管の入口端の近くに配置された複数本の半径方向の燃
料分配管を含んでいる拡散パイロット部と、上記拡散パ
イロット部を囲み、且つ入口端および吐出端を持つ予混
合室であって、上記半径方向の燃料分配管がこの予混合
室の中まで伸びている予混合室と、 少なくとも1本の上記半径方向の燃料分配管に設けられ
て、上記予混合室の吐出端の方へ向いた少なくとも1個
の燃料吐出孔と、 上記空気送給管と上記予混合室の壁との間に設けられて
上記予混合室の吐出端に位置する第2旋回器と、 を有する拡散−予混合ノズル。
(1) a fuel delivery pipe having an axial pipe having an inlet end and a discharge end; an air delivery pipe coaxial with the axial pipe and surrounding the axial pipe; and a first annular swirler provided between the fuel supply pipe and the discharge end of the axial pipe, the fuel supply pipe further comprising: a diffusion pilot section including a plurality of radial fuel distribution tubes extending outwardly from the tube beyond the outer circumference of the air delivery tube and disposed proximate the inlet end of the axial tube; a premixing chamber surrounding the diffusion pilot section and having an inlet end and a discharge end, the radial fuel distribution tube extending into the premixing chamber; at least one fuel discharge hole provided in a radial fuel distribution pipe and directed towards the discharge end of the premixing chamber; and provided between the air delivery pipe and the wall of the premixing chamber. and a second swirler located at the discharge end of the premixing chamber.
(2)第1および第2の燃焼室と、上記第1および第2
の燃焼室よりも小さい容積を有し、上記第1および第2
の燃焼室を接続するのど領域と、上記第1燃焼室よりも
上流に環状に配列されて上記第1燃焼室内に燃料を導入
する複数個の拡散型主燃料ノズルであって、各々、上記
第1燃焼室内に加圧された空気を導入して燃料と空気と
の可燃混合物を生じさせる環状の旋回器をそなえた複数
個の拡散型主燃料ノズルとを含んでいるタイプのガスタ
ービン用燃焼器において、 上記第2燃焼室よりも上流に配置され、且つ、上記第2
燃焼室の方へ向いた吐出端を持つ拡散−予混合ノズルを
有するガスタービン用燃焼器。
(2) first and second combustion chambers, and the first and second combustion chambers;
has a smaller volume than the combustion chamber of the first and second combustion chambers.
a plurality of diffusion-type main fuel nozzles arranged annularly upstream of the first combustion chamber to introduce fuel into the first combustion chamber; 1. A combustor for a gas turbine that includes a plurality of diffusion-type main fuel nozzles each having an annular swirler that introduces pressurized air into the combustion chamber to produce a combustible mixture of fuel and air. , disposed upstream of the second combustion chamber, and
A combustor for a gas turbine having a diffusion-premixing nozzle with a discharge end directed toward a combustion chamber.
(3)特許請求の範囲第(2)項記載の燃焼器において
、上記拡散−予混合ノズルが、 軸方向燃料送給管と、この軸方向燃料送給管を囲む空気
送給管と、上記燃料送給管と上記空気送給管との間に配
置された環状の拡散パイロット旋回器とを有する拡散パ
イロット部と、 上記拡散パイロット部を囲む予混合室と、 上記燃料送給管から半径方向外向きに上記空気送給管を
貫通して上記予混合室の中まで伸びる複数本の半径方向
の燃料分配管であって、少なくとも1本の半径方向の燃
料分配管には少なくとも1個の燃料吐出孔が上記予混合
室の吐出端の方へ向いて設けられ、これにより燃料を上
記予混合室内へ分布させる複数本の半径方向の燃料分配
管と、上記空気送給管と上記予混合室の壁との間に上記
拡散−予混合ノズルの吐出端に隣接して配置された予混
合室旋回器とを含んでいる燃焼器。
(3) In the combustor according to claim (2), the diffusion-premixing nozzle includes: an axial fuel feed pipe; an air feed pipe surrounding the axial fuel feed pipe; a diffusion pilot section having an annular diffusion pilot swirler disposed between a fuel supply pipe and the air supply pipe; a premixing chamber surrounding the diffusion pilot section; and a radial direction from the fuel supply pipe. a plurality of radial fuel distribution tubes extending outwardly through the air delivery tube into the premix chamber, at least one radial fuel distribution tube containing at least one fuel a plurality of radial fuel distribution pipes with discharge holes facing toward the discharge end of the premixing chamber, thereby distributing fuel into the premixing chamber; the air supply pipe and the premixing chamber; a premixing chamber swirler disposed adjacent the discharge end of the diffusion-premixing nozzle between the wall of the combustor.
(4)特許請求の範囲第(3)項記載の燃焼器において
、上記予混合室の壁が截頭円錐筒である燃焼器。
(4) The combustor according to claim (3), wherein the wall of the premixing chamber is a truncated conical cylinder.
(5)特許請求の範囲第(2)項記載の燃焼器において
、上記拡散−予混合ノズルが、上記複数個の主ノズル環
状の配列の中央に配置され、さらに、上記拡散−予混合
ノズルとこのノズルを囲む中心体壁との間に第3旋回器
が配置されている燃焼器。
(5) In the combustor according to claim (2), the diffusion-premixing nozzle is disposed at the center of the annular arrangement of the plurality of main nozzles, and the diffusion-premixing nozzle A combustor in which a third swirler is disposed between the nozzle and a central body wall surrounding the nozzle.
(6)2段2モード低NO_x燃焼器に用いられる中央
燃料ノズルにおいて、 入口端および吐出端を持つ軸方向管を含む燃料送給管と
、上記軸方向管と同軸であって上記軸方向管を囲む空気
送給管と、上記軸方向管と上記空気送給管との間に配設
されて上記軸方向管の吐出端に位置する第1環状旋回器
とで構成された拡散パイロット部であって、上記燃料送
給管が、さらに、上記軸方向管から外向きに上記空気送
給管の外周よりも外方に伸び且つ上記軸方向管の入口端
の近くに配置された複数本の半径方向の燃料分配管を含
んでいる拡散パイロット部と、 上記拡散パイロット部を囲み、且つ入口端および吐出端
を持つ予混合室であって、上記半径方向の燃料分配管が
この予混合室の中まで伸びている予混合室と、 少なくとも1本の上記半径方向の燃料分配管に設けられ
且つ上記予混合室の吐出端の方へ向いた少なくとも1個
の燃料吐出孔と、 上記空気送給管と上記予混合室の壁との間に配設されて
上記予混合室の吐出端に位置する第2環状旋回器と、 当該中央燃料ノズルの吐出端よりも下流に位置するカッ
プと、 当記中央燃料ノズルを囲む中心体壁と上記カップとの間
に配置された第3環状旋回器と、 を有する中央燃料ノズル。
(6) In a central fuel nozzle used in a two-stage two-mode low NO_x combustor, a fuel delivery pipe including an axial pipe having an inlet end and a discharge end, and a fuel delivery pipe coaxial with the axial pipe and the axial pipe and a first annular swirler disposed between the axial pipe and the air feed pipe and located at the discharge end of the axial pipe. The fuel feed tube further includes a plurality of tubes extending outward from the axial tube beyond an outer periphery of the air feed tube and disposed near an inlet end of the axial tube. a diffusion pilot section including a radial fuel distribution tube; and a premixing chamber surrounding the diffusion pilot section and having an inlet end and a discharge end, the radial fuel distribution tube including a premixing chamber. a premixing chamber extending into the premixing chamber; at least one fuel discharge hole in at least one of said radial fuel distribution pipes and directed toward a discharge end of said premixing chamber; and said air supply. a second annular swirler disposed between a tube and a wall of the premixing chamber and located at the discharge end of the premixing chamber; a cup located downstream of the discharge end of the central fuel nozzle; a third annular swirler disposed between the cup and a center body wall surrounding the central fuel nozzle.
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