JPH0240935B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0240935B2 JPH0240935B2 JP56006302A JP630281A JPH0240935B2 JP H0240935 B2 JPH0240935 B2 JP H0240935B2 JP 56006302 A JP56006302 A JP 56006302A JP 630281 A JP630281 A JP 630281A JP H0240935 B2 JPH0240935 B2 JP H0240935B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- air
- fuel
- compressor
- primary combustion
- flow path
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
- F23R3/26—Controlling the air flow
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Air Supply (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ガスタービン燃焼器に係り、特に起
動時に安定した燃焼が行われ、かつ起動時と定格
負荷運転時における排出物（CO，NOx）の発生
量を低減しうるガスタービン燃焼器における空気
供給方法とその装置に関する。
動時に安定した燃焼が行われ、かつ起動時と定格
負荷運転時における排出物（CO，NOx）の発生
量を低減しうるガスタービン燃焼器における空気
供給方法とその装置に関する。
従来の燃焼器は、第１図に示すように、外筒５
と内筒６との間に円環状の空気流路２１を形成
し、頭部に取付けた燃料ノズル４から内筒６内に
燃料を噴出する一方、圧宿機１により圧縮された
空気を吐出流路２および前記空気流路２１を通し
て内筒６に設けられた多数の穴（この穴はルーバ
またはスロツトと呼ばれる）２２から矢印３で示
すように内筒６内に導入して燃焼を行う。内筒６
内においては、内筒頭部端面からほぼ内筒直径の
長さに相当する領域において１次燃焼領域Ａが形
成され、燃焼反応が起きる。１次燃焼領域Ａに続
く２次燃焼領域Ｂでは、１次燃焼領域Ａの未然ガ
スをさらに反応させ、不完全燃焼を少くする。２
次燃焼領域Ｂに続く薄め領域Ｃにおいては、１
次、２次燃焼領域での燃焼ガス７の半径方向温度
分布を均一化するため、大量の空気を内筒６の中
心部まで導入し、空気と燃焼ガスとの混合を促進
させる。燃焼ガス７はタービン８に導入されて圧
縮機１および負荷９を稼動させるための仕事をす
る。
と内筒６との間に円環状の空気流路２１を形成
し、頭部に取付けた燃料ノズル４から内筒６内に
燃料を噴出する一方、圧宿機１により圧縮された
空気を吐出流路２および前記空気流路２１を通し
て内筒６に設けられた多数の穴（この穴はルーバ
またはスロツトと呼ばれる）２２から矢印３で示
すように内筒６内に導入して燃焼を行う。内筒６
内においては、内筒頭部端面からほぼ内筒直径の
長さに相当する領域において１次燃焼領域Ａが形
成され、燃焼反応が起きる。１次燃焼領域Ａに続
く２次燃焼領域Ｂでは、１次燃焼領域Ａの未然ガ
スをさらに反応させ、不完全燃焼を少くする。２
次燃焼領域Ｂに続く薄め領域Ｃにおいては、１
次、２次燃焼領域での燃焼ガス７の半径方向温度
分布を均一化するため、大量の空気を内筒６の中
心部まで導入し、空気と燃焼ガスとの混合を促進
させる。燃焼ガス７はタービン８に導入されて圧
縮機１および負荷９を稼動させるための仕事をす
る。
このようなガスタービンプラントにおいて、起
動時には無負荷とされるので、このときに必要と
される燃料は、圧縮機１、ギヤ等を駆動させるた
めの少量の燃料でよい。しかし、定格負荷運動時
には、負荷９をも駆動するに足るだけの燃料が必
要となる。この負荷と燃料量との関係を第２図に
示す。第２図の縦軸に示す燃空比とは、燃料流量
と圧縮機空気流量との比であり、起動時において
は、燃空比は非常に小さく、負荷の増加に比例し
て燃空比は増加し、定格運転時には、普通、1.8
％程度の燃空比が必要である。
動時には無負荷とされるので、このときに必要と
される燃料は、圧縮機１、ギヤ等を駆動させるた
めの少量の燃料でよい。しかし、定格負荷運動時
には、負荷９をも駆動するに足るだけの燃料が必
要となる。この負荷と燃料量との関係を第２図に
示す。第２図の縦軸に示す燃空比とは、燃料流量
と圧縮機空気流量との比であり、起動時において
は、燃空比は非常に小さく、負荷の増加に比例し
て燃空比は増加し、定格運転時には、普通、1.8
％程度の燃空比が必要である。
第３図は、燃料と空気とが完全化学反応したと
きの比をエクイバレンス比＝１と定義したとき、
該エクイバレンス比と温度に関して、発火限界が
いか様に変化するかを示した図で、実際に与えら
れた燃料重量とエクイバレンス比が１のときの燃
料重量との比をエクイバレンス比と呼ぶこととす
れば、エクイバレンス比が大のとき（すなわち燃
料が濃いとき）も、エクイバレンス比が小のとき
（すなわち燃料が薄いとき）も発火しなくなる限
界がある。エクイバレンス比＝１の近傍が最も発
火しやすい領域である。
きの比をエクイバレンス比＝１と定義したとき、
該エクイバレンス比と温度に関して、発火限界が
いか様に変化するかを示した図で、実際に与えら
れた燃料重量とエクイバレンス比が１のときの燃
料重量との比をエクイバレンス比と呼ぶこととす
れば、エクイバレンス比が大のとき（すなわち燃
料が濃いとき）も、エクイバレンス比が小のとき
（すなわち燃料が薄いとき）も発火しなくなる限
界がある。エクイバレンス比＝１の近傍が最も発
火しやすい領域である。
第２図に関して説明した燃空比は、燃焼器全体
について説明されるものであるが、一方第３図に
おけるエクイバレンス比、温度に関する燃焼反応
は、直接燃焼反応が起きる１次燃焼領域における
燃空比が問題となる。第１図に示した燃焼器にお
いて、燃焼器全体の燃空比が低下すれば１次燃焼
領域での燃空比も低下することは言うまでもな
い。
について説明されるものであるが、一方第３図に
おけるエクイバレンス比、温度に関する燃焼反応
は、直接燃焼反応が起きる１次燃焼領域における
燃空比が問題となる。第１図に示した燃焼器にお
いて、燃焼器全体の燃空比が低下すれば１次燃焼
領域での燃空比も低下することは言うまでもな
い。
従来の燃焼器においては、起動時の燃焼器全体
の燃空比が小さいため、１次燃焼領域の燃空比も
小さく、燃焼条件が発火限界に近づき、着火が悪
くなると共に、火炎が不安定になると言う大きな
欠点があつた。このような現象は、特に、大気温
度が低くなる冬期または高緯度の地方で起こる。
の燃空比が小さいため、１次燃焼領域の燃空比も
小さく、燃焼条件が発火限界に近づき、着火が悪
くなると共に、火炎が不安定になると言う大きな
欠点があつた。このような現象は、特に、大気温
度が低くなる冬期または高緯度の地方で起こる。
さらに、従来のように、起動時に燃空比が非常
に小さい場合、不完全燃焼を起こし、一酸化炭素
（CO）を多く発生する。また定格負荷運転時に
は、１次燃焼領域で燃焼温度が約2000℃にもな
り、窒素酸化物（NOx）を多く発生する。この
ような排出物の規制は、現近の社会的な要請上強
くなる傾向にあり、この排出物の規制がガスター
ビンの将来を左右する問題にもなろうとしてい
る。
に小さい場合、不完全燃焼を起こし、一酸化炭素
（CO）を多く発生する。また定格負荷運転時に
は、１次燃焼領域で燃焼温度が約2000℃にもな
り、窒素酸化物（NOx）を多く発生する。この
ような排出物の規制は、現近の社会的な要請上強
くなる傾向にあり、この排出物の規制がガスター
ビンの将来を左右する問題にもなろうとしてい
る。
そこで、第５図に示す装置が考えられる。なお
第５図において第１図と同一符号は同一または相
当する部分を示す。１０は圧縮機１の吐出空気を
内筒６と外筒５との間の円環状流路２１に送り込
む吐出流路２から分岐させ流出口が１次燃焼領域
Ａとなるように設けられるバイパス流路を構成す
るバイパス配管であり、１１は該バイパス配管１
０に設けた空気流量制御弁である。また、１９は
ガスタービンの回転体の回転数を検出する回転数
センサー、２０は圧縮機１の吐出空気圧力を検出
する吐出圧力センサーである。
第５図において第１図と同一符号は同一または相
当する部分を示す。１０は圧縮機１の吐出空気を
内筒６と外筒５との間の円環状流路２１に送り込
む吐出流路２から分岐させ流出口が１次燃焼領域
Ａとなるように設けられるバイパス流路を構成す
るバイパス配管であり、１１は該バイパス配管１
０に設けた空気流量制御弁である。また、１９は
ガスタービンの回転体の回転数を検出する回転数
センサー、２０は圧縮機１の吐出空気圧力を検出
する吐出圧力センサーである。
このバイパス配管１０および空気流量制御弁１
１は、１次燃焼領域Ａへの空気供給量の全体空気
供給量に対する割合を運転時期に応じて変化させ
るもので、始動時より定格回転数に至るまでの起
動時には、前記エクイバレンス比が１近傍となる
ように１次燃焼領域Ａに対する空気供給量を空気
流量制御弁１１の開度調節により制御する。この
場合、ガスタービンの回転数上昇に伴ない、圧縮
機１の吐出空気量が増加するので、回転数センサ
ー１９によつて検出される回転数が増加するに伴
ない、空気流量制御弁１１に対する制御信号１２
として該弁１１を絞る信号を与える。また、負荷
を取り始めると、圧縮機吐出圧が増加し始めるた
め、負荷時の制御は、吐出圧力センサー２０の検
出信号により行う。すなわち、無負荷から中間負
荷までの燃料流量の少ない範囲においては、圧縮
機吐出圧について空気流量制御弁１１を絞り続い
て中間負荷から定格負荷までの運転範囲において
は、空気流量制御弁１１を開き、大量の空気を１
次燃焼領域Ａに送り込み、１次燃焼領域空気過剰
率（λ）を大きくする。特に定格負荷時において
は、空気流量制御弁１１を全開とし、燃焼温度を
低下させ、タービン翼などの寿命を延ばすことが
できる。この場合、燃焼器全体としての燃空比と
しては、第２図に示した従来例として同様である
が、１次燃焼領域Ａにおいては、バイパス配管１
０を介する空気により、従来よりも燃空比が小さ
くなるようにする。
１は、１次燃焼領域Ａへの空気供給量の全体空気
供給量に対する割合を運転時期に応じて変化させ
るもので、始動時より定格回転数に至るまでの起
動時には、前記エクイバレンス比が１近傍となる
ように１次燃焼領域Ａに対する空気供給量を空気
流量制御弁１１の開度調節により制御する。この
場合、ガスタービンの回転数上昇に伴ない、圧縮
機１の吐出空気量が増加するので、回転数センサ
ー１９によつて検出される回転数が増加するに伴
ない、空気流量制御弁１１に対する制御信号１２
として該弁１１を絞る信号を与える。また、負荷
を取り始めると、圧縮機吐出圧が増加し始めるた
め、負荷時の制御は、吐出圧力センサー２０の検
出信号により行う。すなわち、無負荷から中間負
荷までの燃料流量の少ない範囲においては、圧縮
機吐出圧について空気流量制御弁１１を絞り続い
て中間負荷から定格負荷までの運転範囲において
は、空気流量制御弁１１を開き、大量の空気を１
次燃焼領域Ａに送り込み、１次燃焼領域空気過剰
率（λ）を大きくする。特に定格負荷時において
は、空気流量制御弁１１を全開とし、燃焼温度を
低下させ、タービン翼などの寿命を延ばすことが
できる。この場合、燃焼器全体としての燃空比と
しては、第２図に示した従来例として同様である
が、１次燃焼領域Ａにおいては、バイパス配管１
０を介する空気により、従来よりも燃空比が小さ
くなるようにする。
このように、起動時において１次燃焼領域Ａの
エクイバレンス比が１近傍となるようにし、この
領域における燃空比を大とすれば、第３図から明
らかなように、着火が容易化し、かつ燃焼が安定
化する。また、１次燃焼領域における燃空比が大
きくなり、完全燃焼が行われることにより、第４
図から明らかなように、COの発生量が低減され
る。また、中間負荷時ないしは定格負荷時におけ
る１次燃焼領域の空気過剰率を大として燃焼温度
を低下させることにより、空気中の酸素と窒素と
の反応量が少なくなり、NOxの発生量が低減さ
れる。第８図は空気過剰率を増すことによつて
NOx発生量が低減されることを示す図で、仮に
空気過剰率を1.8とすれば、従来のように空気過
剰率を1.0とした場合に比べ、NOxの発生量を約
２割に低下させることができる。また、この場合
のCOの増加量は大きくはない。
エクイバレンス比が１近傍となるようにし、この
領域における燃空比を大とすれば、第３図から明
らかなように、着火が容易化し、かつ燃焼が安定
化する。また、１次燃焼領域における燃空比が大
きくなり、完全燃焼が行われることにより、第４
図から明らかなように、COの発生量が低減され
る。また、中間負荷時ないしは定格負荷時におけ
る１次燃焼領域の空気過剰率を大として燃焼温度
を低下させることにより、空気中の酸素と窒素と
の反応量が少なくなり、NOxの発生量が低減さ
れる。第８図は空気過剰率を増すことによつて
NOx発生量が低減されることを示す図で、仮に
空気過剰率を1.8とすれば、従来のように空気過
剰率を1.0とした場合に比べ、NOxの発生量を約
２割に低下させることができる。また、この場合
のCOの増加量は大きくはない。
しかるに上記の場合においては、燃焼器の内部
に空気を投入する場合、機器の故障または経年的
に空気投入配管の圧力損失が変化し、燃焼器から
高温ガスが逆流する恐れがある。
に空気を投入する場合、機器の故障または経年的
に空気投入配管の圧力損失が変化し、燃焼器から
高温ガスが逆流する恐れがある。
本発明は上記の事項に鑑み、起動時の着火性が
良く、かつ起動時および定格負荷運動時の排出物
の量を少なくすることが可能となり、かつ高温ガ
スの逆流を防止し、機器の保安を可能となる燃焼
器における空気供給装置を提供することを目的と
する。
良く、かつ起動時および定格負荷運動時の排出物
の量を少なくすることが可能となり、かつ高温ガ
スの逆流を防止し、機器の保安を可能となる燃焼
器における空気供給装置を提供することを目的と
する。
この目的を達成するため、本発明の燃焼器にお
ける空気供給装置は、圧縮機の抽気または吐出空
気を燃焼器外筒と内筒との間の円環状流路を迂回
して１次燃焼領域に送り込むバイパス流路を設
け、該バイパス流路にブースターコンプレツサー
と、該ブースタコンプレツサーの吐出側に前記１
次燃焼領域からの逆火を防止する逆止弁を設けた
ことを特徴とする。
ける空気供給装置は、圧縮機の抽気または吐出空
気を燃焼器外筒と内筒との間の円環状流路を迂回
して１次燃焼領域に送り込むバイパス流路を設
け、該バイパス流路にブースターコンプレツサー
と、該ブースタコンプレツサーの吐出側に前記１
次燃焼領域からの逆火を防止する逆止弁を設けた
ことを特徴とする。
以下本発明を図面に示す実施例により説明す
る。第６図は本発明を実施する装置の一例を示す
もので、第１図と同一符号は同一または相当する
部分を示す。この実施例においては、バイパス配
管１０にブーストコンプレツサー１３と逆止弁１
４とを設け、１次燃焼領域Ａに対するバイパス流
量の制御は、ブーストコンプレツサー１３の吐出
側と吸込側とを連絡する環流管１５に設けた空気
流量制御弁１１の開度調整により行うようにした
ものであり、この実施例によれば、第５図に示す
場合における効果の他に異常時においても逆止弁
１４の逆流防止作用により、バイパス配管１０の
系統に逆火する危険性を減らすことができ機器の
保安を図ることができる。
る。第６図は本発明を実施する装置の一例を示す
もので、第１図と同一符号は同一または相当する
部分を示す。この実施例においては、バイパス配
管１０にブーストコンプレツサー１３と逆止弁１
４とを設け、１次燃焼領域Ａに対するバイパス流
量の制御は、ブーストコンプレツサー１３の吐出
側と吸込側とを連絡する環流管１５に設けた空気
流量制御弁１１の開度調整により行うようにした
ものであり、この実施例によれば、第５図に示す
場合における効果の他に異常時においても逆止弁
１４の逆流防止作用により、バイパス配管１０の
系統に逆火する危険性を減らすことができ機器の
保安を図ることができる。
なお、１次燃焼領域に送り込む空気としては圧
縮機吐出空気のみならず圧縮機抽気でもよく、ま
た冬期あるいは寒冷地に設置されるものにおいて
は、供給空気に加温して起動するようにしてもよ
い。
縮機吐出空気のみならず圧縮機抽気でもよく、ま
た冬期あるいは寒冷地に設置されるものにおいて
は、供給空気に加温して起動するようにしてもよ
い。
第７図はバイパス配管１０の空気流出部の構造
の一例を示すもので、内筒６の１次燃焼領域Ａに
相当する部分に設けられたバイパス配管１０とほ
ぼ等しい径の穴２３には、バイパス配管１０の流
出側端部が、多少の間隙２４を介して近接してお
り、該バイパス配管１０が外筒５を貫通する部分
は、外筒５に固設された座１８とバイパス配管１
０に固設されたフランジ１７とを結合することに
より、外筒５に固定されている。この構造は、内
筒６の熱伸びにより内筒６の穴２３の位置が多少
変化しても内筒６とバランス配管とが接触しない
ようにして両者の破損を防ぐために採用された構
造である。
の一例を示すもので、内筒６の１次燃焼領域Ａに
相当する部分に設けられたバイパス配管１０とほ
ぼ等しい径の穴２３には、バイパス配管１０の流
出側端部が、多少の間隙２４を介して近接してお
り、該バイパス配管１０が外筒５を貫通する部分
は、外筒５に固設された座１８とバイパス配管１
０に固設されたフランジ１７とを結合することに
より、外筒５に固定されている。この構造は、内
筒６の熱伸びにより内筒６の穴２３の位置が多少
変化しても内筒６とバランス配管とが接触しない
ようにして両者の破損を防ぐために採用された構
造である。
以上述べたように、本発明においては、起動時
にエクイバレンス比が１となるように１次燃焼領
域に空気を送り込み、定格負荷時には１次燃焼領
域の空気過剰率を増すようにしたので、着火性、
火炎の安定性が良くなり、かつ起動時、定格負荷
時の排出物量が低減される。
にエクイバレンス比が１となるように１次燃焼領
域に空気を送り込み、定格負荷時には１次燃焼領
域の空気過剰率を増すようにしたので、着火性、
火炎の安定性が良くなり、かつ起動時、定格負荷
時の排出物量が低減される。
第１図は従来の燃焼器の概略を示す構成図、第
２図は燃空比と負荷との関係図、第３図は燃料の
発火発生限界を示す説明図、第４図は燃空比に対
するCO、NOxの発生量の関係図、第５図は従来
の他の一例を示す構成図、第６図は本発明の一実
施例を示す構成図、第７図は本発明におけるバイ
パス空気流入部の一例を示す断面図、第８図は第
１次燃焼領域空気過剰率とNOx発生量との関係
図である。 １……圧縮機、２……吐出流路、５……外筒、
６……内筒、１０……バイパス配管、１１……空
気流量制御弁、１３……ブーストコンプレツサ
ー、１４……逆止弁。
２図は燃空比と負荷との関係図、第３図は燃料の
発火発生限界を示す説明図、第４図は燃空比に対
するCO、NOxの発生量の関係図、第５図は従来
の他の一例を示す構成図、第６図は本発明の一実
施例を示す構成図、第７図は本発明におけるバイ
パス空気流入部の一例を示す断面図、第８図は第
１次燃焼領域空気過剰率とNOx発生量との関係
図である。 １……圧縮機、２……吐出流路、５……外筒、
６……内筒、１０……バイパス配管、１１……空
気流量制御弁、１３……ブーストコンプレツサ
ー、１４……逆止弁。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 圧縮機の抽気または吐出空気を燃焼器外筒と
内筒との間の円環状流路を迂回して１次燃焼領域
に送り込むバイパス流路を設け、該バイパス流路
にブースタコンプレツサーと、該ブースタコンプ
レツサーの吐出側に前記１次燃焼領域からの逆火
を防止する逆止弁を設けたことを特徴とするガス
タービン燃焼器における空気供給装置。 ２ 前記バイパス流路は、前記ブースタコンプレ
ツサーの吐出側空気を吸込側に還流させる還流配
管と、該還流配管に備えられた空気制御弁とから
なる空気流量制御装置を設けた特許請求の範囲第
１項記載のガスタービン燃焼器における空気供給
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP630281A JPS57122223A (en) | 1981-01-21 | 1981-01-21 | Method of air supply and its apparatus for gas turbine combustor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP630281A JPS57122223A (en) | 1981-01-21 | 1981-01-21 | Method of air supply and its apparatus for gas turbine combustor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57122223A JPS57122223A (en) | 1982-07-30 |
| JPH0240935B2 true JPH0240935B2 (ja) | 1990-09-13 |
Family
ID=11634574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP630281A Granted JPS57122223A (en) | 1981-01-21 | 1981-01-21 | Method of air supply and its apparatus for gas turbine combustor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57122223A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0356837U (ja) * | 1989-10-03 | 1991-05-31 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6196333A (ja) * | 1984-10-18 | 1986-05-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタ−ビン燃焼器バイパス弁制御方法 |
| JP3790512B2 (ja) * | 2002-11-26 | 2006-06-28 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービン発電プラント及びその制御方法，並びにガスタービン制御装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4026642Y1 (ja) * | 1964-06-29 | 1965-09-10 | ||
| JPS5046806U (ja) * | 1973-08-31 | 1975-05-10 | ||
| JPS5244313A (en) * | 1975-10-03 | 1977-04-07 | Nissan Motor Co Ltd | Combustor used for a gas turbine |
| US4255927A (en) * | 1978-06-29 | 1981-03-17 | General Electric Company | Combustion control system |
-
1981
- 1981-01-21 JP JP630281A patent/JPS57122223A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0356837U (ja) * | 1989-10-03 | 1991-05-31 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57122223A (en) | 1982-07-30 |
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