JPH0143135B2 - - Google Patents

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JPH0143135B2
JPH0143135B2 JP9564584A JP9564584A JPH0143135B2 JP H0143135 B2 JPH0143135 B2 JP H0143135B2 JP 9564584 A JP9564584 A JP 9564584A JP 9564584 A JP9564584 A JP 9564584A JP H0143135 B2 JPH0143135 B2 JP H0143135B2
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JP
Japan
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stage
air
combustion
fuel
amount
Prior art date
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JP9564584A
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JPS60240833A (ja
Inventor
Katsuo Wada
Yoji Ishibashi
Osamu Arai
Ryoichiro Ooshima
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication of JPH0143135B2 publication Critical patent/JPH0143135B2/ja
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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
    • F23R3/02Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/26Controlling the air flow

Landscapes

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はガスタービン燃焼方法及びガスタービ
ン燃焼器に係り、特に燃焼ガス中のNOx発生量
を低減した燃焼方法及び燃焼器に関する。
〔発明の背景〕
燃焼反応において発生するNOx量は、第1図
に示す傾向にあることが知られている。即ち第1
図は横軸に燃料当量比、たて軸に発生NOx量
(及び火炎温度)をとつたものであるが、図中の
実線で示す如く完全燃焼条件である燃料当量比φ
=1でNOx発生大、燃料Rich(φ>1)または燃
料Lean(φ<1)でNOx発生小となる。ガスタ
ービン燃焼器の場合Leanで排出されるので、こ
の領域を考えると、φが小ほどNOx発生が少な
くなるがφ≒0.2に近づくと不完全燃焼となり、
今度はCOの発生が大となつて、燃焼効率が悪く
なる。通常はNOx量とCO量のバランスをねらつ
てφ=0.4〜0.6が選定される。
ところで第1図は、空気と燃料とが良く混合し
ている場合のデータであつて、単に空気中に燃料
を噴射する燃焼方式(拡散燃焼と称する)では混
合が悪いため、局部的にφは1に近づき、NOx
発生も大になる。混合を良くする方法として空気
に旋回を与えるとか、乱流渦を作るとかいろいろ
工夫されているが、燃焼反応の前に空気と燃料を
混合させる予混合方式が最も有効である。しかし
予混合気は逆に燃料が分散しているため着火し難
く、φ=0.4〜0.6に達しないとCOの発生が大で、
良好な燃焼を行わない、ガスタービンの燃焼器は
空気量一定の状態で燃料が負荷に応じて増減する
ため、見かけ上φは0から1.0間を変動するもの
であり、あらゆる負荷にてNOxやCOの発生を少
なくすることは非常に難しいことである。
旧くは良好な燃焼効率の達成のみを求めたた
め、負荷に上昇でφを増加し、必然的にNOx発
生も増大するものであつた。しかし近年環境問題
から低NOx化が求められて、上記のような予混
合燃焼を利用するものが現われるに至つている。
予混合燃焼はφの値をほぼ一定に保つことが理想
であるので、負荷変動が分担する拡散燃焼と組合
せた2段燃焼方式が必要となる。例えば第2図a
に示す従来の燃焼器では、同図bの如く燃料F1
で60%負荷まで立上げておき(拡散燃焼方式)、
この時点で燃料F2を投入する。F2は予混合燃焼
をねらつているので、一気に所定のφ(約0.6)に
なるまで燃料を投入する。この後は第2図bに示
す通り一定のφを保つべく、燃料は一定制御する
必要がある。しかしこの従来例では、通常の負荷
調整範囲である40%〜100%の間において燃料切
換を行うので、通常の負荷調整範囲に不連続域を
有することになり、このため信頼性に欠けること
がある。またNOx値についても、60%負荷で拡
散燃焼のF1が67%も占めるため、部分負荷NOx
値が大になる。
この問題を解決すべく第2図aの燃焼器を用い
て第3図aの如き構成とした提案がなされてい
る。即ち図のようにバイパス弁1を設けて、25%
負荷で予混合燃焼のF2を投入する時、φを所定
の値にすべく、このバイパス弁1で空気量を逃が
して少なくしておく。第3図bの符号の如く負
荷上昇に伴つてバイパス弁を閉じれば、同図の符
号のようにF2のφはほぼ一定値を保ち得る。
しかしこの構造の場合は、同図の如く燃料F1
の空気量もバイパス弁によつて減少するので、
F1燃焼部の燃焼温度を高くとらないと、所定の
負荷にならない。従つて第3図aの構造でもF1
燃焼部の信頼性に欠けることになる。特に25%以
下の負荷で厳しい。
本発明は、バイパス弁を閉にして空気量を確保
することを考えて開発されたものである。この場
合は弁操作に不連続を生じ、信頼性上の問題とな
る。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、拡散燃焼部の温度高を生じさ
せることなく、予混合燃焼を低負荷から高負荷ま
で安定に行えて信頼性に富み、良好で広負荷範囲
にわたる低NOx化を実現できるガスタービン燃
焼方法及び燃焼器を提供するにある。
〔発明の概要〕
この目的を達成すべく、本発明のガスタービン
燃焼方法は、第1段燃料を空気と混合し、燃焼ガ
スを発生する第1段燃焼と、第2段燃料をあらか
じめ空気と混合させ、この混合体を燃焼させる第
2段燃焼とを行わせるガスタービン燃焼方法にお
いて、第1段の空気量を変化させることなく、第
2段の混合用空気量を第2段燃料量に比例させて
変化させる構成とする。
また本発明のガスタービン燃焼器は、第1段燃
料を空気と混合し、燃焼ガスを発生する第1段燃
焼部と、第2段燃料をあらかじめ空気と混合さ
せ、この混合体を燃焼させる第2段燃焼部とから
なるガスタービン燃焼器において、第1段の空気
量を変化させることなく、第2段燃焼部の混合用
空気量を第2段燃料量に見合つて変化させ得る流
量調整装置を設けたことを特徴とする。
〔発明の実施例〕
以下本発明の一実施例について第4図乃至第7
図を参照して説明する。
第4図は本例装置を示す断面図である。このガ
スタービン燃焼器は、第1段燃料F1を空気A1
混合して拡散燃焼させ燃焼ガスを発生する第1段
燃焼部と、第2段燃料F2をあらかじめ空気A2
予混合させ、この混合体を燃焼させる第2段燃焼
部とからなる。第4図においては第1段燃焼部は
具体的には副室1であり、第2段燃焼部は主室2
である。更にこのガスタービン燃焼器には、第1
段の空気A1の量を変化させることなく、第2段
燃焼部の予混合用空気A2の量を第2段燃料F2
量に比例させて変化させる流量調整装置を設け
る。
本実施例ではこの第2段燃焼部の予混合空気量
を変化させる流量調整は、第2段燃焼の外周に設
けた空気流量可変円筒4により行なう構成を採用
している。本発明を実施する際、前記の流量調整
装置は必ずしも円筒形の部材でなくてもよい。即
ち、上記の“空気流量可変円筒”に限らず、“空
気流量の調節可能な可動片”を用い得る。
更に詳しくは、この実施例は次のような構成に
なつている。前述の如くこの燃焼器は、拡散燃焼
を行なう副室1と、予根合燃焼を行なう主室2に
よりなる。第1段燃料F1は、副室1の一端に数
個のノズルにより噴射される。第2段燃料F2は、
スワラー3内に噴射され空気A2と予混合した後、
主室2内に入つて燃焼する。主室2の外周には空
気流量可変円筒4があり、リンク機構5によつて
外部装置により燃焼器軸線上を移動する。第2段
燃料F2の投入時には、この円筒4は第4図に示
す破線で描いた位置4′にあり、よつて副室1側
にある。この位置にあるため、円筒4は空気A2
の流入孔6を閉状態にしており、流入空気量は少
なく、燃料当量比φを所定の値に設定できる。即
ち、第5図の如く負荷25%で燃料F2を投入した
とすれば、同図cのように燃料投入時(符号参
照)には、空気A2の量を第5図bので示すよ
うに小さいものに押えておくことができ、第5図
aのように所定燃料当量比に設定できる(符号
参照)。この場合、余分の空気は希釈空気A3の空
気孔7を通るため、第1段の空気A1の値は変動
させない。第5図bに符号で示す通りである。
負荷の上昇に伴つて円筒4はトラピン8の側に移
動する。これに伴い空気孔6は開方向、空気孔7
は閉方向となる。これにより、第2段燃料の量に
比例して、この第2段空気量A2は増加するので、
第2段燃料F2の予混合比φは一定に保たれる。
即ち、第5図cの燃料F2の変化に比例して、
空気A2の量も同図bにで示すように変化し、
よつて同図aに示すように第2段の燃料当量比φ
は一定に維持されるのである(参照)。
第6図及び第7図を用いて空気量可変円筒4の
移動方法を説明する。この円筒4は第4図のH−
H断面図である第6図に示ように、燃焼器1の外
周に同心的にカバーしており、外筒2に3点のス
ライド支持で保持されている。外筒2はガスター
ビン1台に数個あり、全周をリング3がとりまい
ている。このリング3が油圧装置によつて矢印イ
に動くと、リング3に結合するピンaが上部リン
ク機構を介してピンbの回転動きをもたらす。即
ち第7図の如く、ピンaがイ方向に動くと、ピン
bは矢印方向に回転し、これが下部リンク機構に
より、ピンcを矢印ロ方向に動かす。このように
下部リンク機構を介してピンcとこれに結合する
円筒4が軸線上のロ方向に摺動することになるわ
けである。本実施例では、以上のような機構によ
つて、燃料F2に比例した空気A2の量を流入させ
るべく、円筒4を制御するのである。
以上によつて、低負荷(第5図では25%負荷で
記入してあるが、空気量A2の絞り程度により、
任意に設定できる。)から予混合燃焼を活用する
ことができ、かつ低負荷にて空気量A1を減じる
ことがないので、副室1の燃焼温度を過大にする
ことがない。また流量可変円筒4の動きも負荷に
比例した一方向動きとすることができる。従つて
従来技術で指摘した問題点を全て解決することが
できる。
〔発明の効果〕
上述の如く本発明によれば、低負荷から高負荷
まで、安定した状態で混合燃焼を活用することが
できるので、広い負荷帯について低NOx化が達
成できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はNOxの発生傾向を示す図面である。
第2図a,bは各々従来技術の燃焼器の構造図及
び作動説明図である。第3図a,bは別の従来技
術の燃焼器の構造図及び作動説明図である。第4
図乃至第7図は本発明の一実施例を示し、第4図
はその構造を示す断面図、第5図はその燃焼器の
動作特性説明図、第6図は第4図のH−H線断面
図であつて本例の流量可変機構の構造を説明する
図面、第7図は同じくその機構を示す構成図であ
る。 1…第1段燃焼部(副室)、2…第2段燃焼部
(副室)、4…流量調整装置(空気流量可変円筒)、
A1…第1段の空気、A2…第2段の空気、F1…第
1段の燃料、F2…第2段の燃料。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1段燃料を空気と混合し、燃焼ガスを発生
    する第1段燃焼と、第2段燃料をあらかじめ空気
    と混合させ、この混合体を燃焼させる第2段燃焼
    とを行なわせるガスタービン燃焼方法において、
    第1段の空気量を変化させることなく、第2段の
    混合用空気量を第2段燃料量に比例させて変化さ
    せる構成としたことを特徴とするガスタービン燃
    焼方法。 2 第1段燃料を空気と混合し、燃焼ガスを発生
    する第1段燃焼と、第2段燃料をあらかじめ空気
    と混合させ、この混合体を燃焼させる第2段燃焼
    部とからなるガスタービン燃焼器において、第1
    段の空気量を変化させることなく、第2段燃焼部
    の混合用空気量を第2段燃料量に見合つて変化さ
    せ得る流量調整装置を設けたことを特徴とするガ
    スタービン燃焼器。 3 第2段燃焼部の外周に設けた空気流量可変可
    動片により、第2段燃焼部の混合用空気量を変化
    させることを特徴とする特許請求の範囲第2項に
    記載のガスタービン燃焼器。
JP9564584A 1984-05-15 1984-05-15 ガスタ−ビン燃焼方法及びガスタ−ビン燃焼器 Granted JPS60240833A (ja)

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