JPH0293210A

JPH0293210A - ガスタービン燃焼器

Info

Publication number: JPH0293210A
Application number: JP24412088A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Kirikami; 桐上　清一; Isao Sato; 勲佐藤; Nobuo Shimizu; 暢夫清水; Osamu Arai; 修荒井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1990-04-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はガスタービン燃焼器に係り、特に、予混合気の
旋回を時計および反時計まわりの両方を併用することに
より予混合火炎の安定化を図った予混合燃焼型低ＮＯｘ
燃焼器に関する。

（従来の技術〕従来の装置は、エイニスエムイー　ペーパー８６−ＧＴ
−２６３（ＡＳＭＥ　　Ｐａｐｅｒ　８６−ＧＴ−２６
３）に示されているが、その概略構造を第４図に示す０
図において、主燃料はノズル２より噴出し、環状流路３
中で空気と予混合され流出口から燃焼室１０内に流出す
る。一方、パイロット火炎用燃料は環状流路３の内側の
円形の壁面５０に設けたスリット７より噴出し、この円
形壁面５０の後流に形成される大きな循環流領域に拡散
燃焼型のパイロット火炎を形成する。環状流路３より流
出した予混合気はこのパイロット火炎により着火し、予
混合火炎を形成する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は拡散燃焼の安定性と予混合燃焼の低ＮＯ
ｘ特性の良さを組み合わせて低ＮＯｘ燃焼器を実現しよ
うとするものであるが、次のような問題点があった。即
ち、パイロット火炎により予混合火炎を保炎する場合、
パイロット火炎で酸素が不足しがちとなり、パイロット
火炎自身が不安定になりやすい、また、予混合火炎の安
定性や火炎の短小化の点でパイロット火炎と予混合気の
接触面は広くとる方が有利であるが、その場合、第４図
でもわかるように、パイロット火炎の形成される燃料濃
度の高い高温の循環流領域が大きくなり、この領域で発
生するＮＯｘ量が増大し、予混合火炎の低ＮＯｘ特性を
十分に生かすことができない。

本発明の目的は、予混合火炎を広範囲で安定に保炎し、
かつ、その低ＮＯｘ特性を十分に活かすことのできる燃
焼器を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、予混合気が時計まわりに流出する一方の環
状流路、および、それと同軸な予混合気が反時計まわり
に流出する他方の環状流路を、それぞれ、設置し、二つ
の流路に挟まれた部分の混合気の流速の遅い後流にパイ
ロット予混合火炎を形成させることにより達成される。

〔作用〕

これを第２図により説明する。

環状の時計まわりに予混合気が噴出する流路１６ａと環
状の反時計まわりに予混合気が噴出する流路１６ｂを隔
てる隔壁部２１ａの後流４２は、両者の流れが、互いに
干渉し、軸方向４１に流出する。従って、流速が遅い後
流４２が形成される。

この部分には隔壁部２１ａの上・下面の予混合気の主流
から、常に、未然の予混合気が供給され。

この領域を適度な混合比に保つことができ、また、予混
合気は、希薄であるため、乱流混合によって十分な量の
酸素がこの後流領域へ供給される。このため、ここに形
成されるリング状のパイロン１予混合合火炎４４は安定
性が極めて高く、主流の予混合気流への安定した着火源
となり、広い予混合気濃度範囲で主流の予混合火炎４５
を保炎できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例をｊｌ１図により説明する。

燃焼器１は、大きく分けると、外筒２、内筒３、予混合
器４、ならびに、燃料ノズル５により構成される。外筒
２は、円筒形状である。外筒２の一方の端部のフランジ
１００は、ガスタービン本体（図示せず）に、通常、複
数のボルトにより接続される。

外筒２の他方の端部のフランジに、燃料ノズル５が接続
され、気密に保持されている。外筒２の内部には１周方
向に等角に配した三個の支持板１１によって支持された
円筒形状の内筒３が存在する。外筒２と円筒３の間に環
状空間１２が形成される。内筒の一方の端部の外面には
、フラジール１３と呼ばれる短冊状のばねが配置されて
おり、これは尾筒（図示せず）と呼ばれる燃焼ガス通路
に挿入・接続されている。

内筒３の他方の端部の内面には、同様なフラジール１４
が設けられており、予混合器４が挿入・接続されている
。

予混合器４は、内筒３と同様、周方向等角に配した三個
の支持板１５により支持されている。予混合器４は、複
数の予混合気道路１６より構成され、一方の端は、内筒
３が形成する円筒状の空間１７に連通される。

予混合器４の他方の端の予混合気通路助走部１８には、
複数の燃料ノズルチップ１９が挿入されている。

燃料ノズルチップ１９は、細長いペンシル形状であり内
部に燃料ガスの通路をもつ。ノズルチップの出口では、
通路の軸方向と垂直方向に５周方向等角に配されたノズ
ル孔２０　ａ　！　ｂ　ｔ　ＣＴ　ｄが四個存在する。

ノズルチップ１９は、予混合器４の複数の予混合気通路
１６を形成する内外壁２１やベーン２２には、接触して
おらず１通路断面のほぼ中央に位置する。

第２図に示すように予混合器４は、複数の円筒状の壁２
１により複数の同軸の環状通路１６から形成され、更に
、環状通路１６は、複数のベーン２２に分けられており
、上・下の壁２１ａ、ｂと左・右のベーン２２ａ、ｂが
一つの予混合気道路１６ａを形成する。ベーン２２は、
予混合器４の軸に対し、一定の角度で取付けられており
、半径方向に隣接する環状通路１６ａ、ｂのベーン２２
ｂ、ｃは、取付は角が予混合器４の軸心に対して逆にな
っている。

第１図に戻り燃焼用の空気は、圧縮機（図示せず）より
吐出され、矢印３１の方向から、環状空間１２に流入す
る。内筒３には、多数の小さい孔（図示せず）が周方向
、かつ、軸方向に配置されており、この空気の一部は内
筒３の内壁に空気の薄膜を形成し、内筒３の加熱を防ぐ
。

大部分の空気は、矢印の方向３２に流れ、予混合器４に
流入する。燃料ガスは、矢印３３から燃料ノズル５へ流
入し、複数のノズルチップ１９に分流する。

一つのペンシルノズル１９において、燃料ガスは、予混
合気道路１６内へ、空気と燃料が迅速に混合するように
空気の流れに対し四つの孔２０ａ。

ｂ、ｃ、ｄよりクロス方向に流入する。

予混合通路１６の出口には、均一な予混合気が内筒３の
内部空間１７へ流入する。また、予混合気通路１６は、
予混合器４の軸に対し一定の角度をもつため、予混合気
は旋回しながら、内筒３の内部空間１７へ流入する。と
ころで、第２図に示すように、半径方向に隣りあった互
いにとなりあう同軸の環状通路１６ａ、ｂから流出する
予混合気は、周方向流出方向４０ａ、４０ｂが逆のため
、その境界壁２１ａの後流で激しく混合し、境界壁２１
ａの近傍では、結果として、軸方向の流れとなる。また
、速度は、その軸方向成分４１だけが残る。従って、流
速は、境界壁２１ａの後流４２で遅くなる。また、境界
壁２１の厚さも、その後流４２の流速低下に若干貢献す
る。

予混合器４から流出した予混合気は、通常、内情の内部
空間１７へ挿入されたスパークプラグ（図示せず）によ
り着火し、その後は、連続燃焼する。

予混合器４の出口の境界壁２１の近傍の流れは、流速が
遅く、かつ、境界壁出口エツジ部４３では。

予混合気の流速は、はとんど零であるため、エツジ部４
３を起点としてリング状の火炎４４が、流速の遅い後流
４２部分に伸びる。

これが、パイロット予混合火炎４４であり、主流の予混
合火炎４５に熱を常に供給する種火となる。

従って、従来、拡散火炎を種火として用いた予混合燃焼
器が多々あり、拡散火炎を使っているため低ＮＯｘ化に
は、限界が存在したが１本発明により、種火も予混合火
炎化したため、低ＮＯｘ化の従来の限界を乗り越えるこ
とができた。

また、予混合火炎は、拡散火炎と比較して燃焼範囲（燃
料と酸化剤の比の範囲）が狭い、これを克服するために
は、空気流量を調節する必要がある。

燃焼器内筒３の希釈孔４８から入いる空気流量４６を調
節するため、希釈孔４８の大きさを可変とするスライド
リング４７を設ける。ガスタービン負荷が小さい場合、
燃料流量は少なく、それに見合った空気を予混合器４に
与えるため、希釈孔４８を大きくシ、空気４６が予混合
器をバイパスするよう、スライドリング４７を動かす。

また、ガスタービン負荷が大きい場合、予混合器４へ流
入する空気量４６が多くなるよう希釈孔４８の開口面積
を小さくする。

この様に、燃料流量に応じて空気流量４６を謳節し、予
混合気の濃度を、はぼ一定値とする。

そうすれば予混合火炎４５は、更に、安定燃焼する。

第３図は、本発明の一つの変形例である。一方、は１時
計方向に旋回しながら予混合気が流出し、他方は、反時
計方向に旋回しながら予混合気が流出する予混合器４を
もち、その境界壁２１の近傍で、流速の遅い部分を形成
し、予混合火炎の保炎部とする。この予混合器４の中心
部では、火炎の体積が小さく、特に、発熱量が小さいガ
ス（例えば、石炭ガス化ガス等）で、予混合火炎で十分
カロリーを補給できない場合、同種の燃料、または、異
種の燃料５１で広範囲の燃空比で、燃焼可能な拡散燃焼
５０を行なわせ、保炎用の種火として使用する。

［発明の効果］本発明によれば、予混合火炎を流速の遅い体積の小さい
後流で、安定に形成させることができるため、主流の予
混合火炎を広い混合気濃度範囲で安定化し、同時に、予
混合燃焼の低ＮＯｘ性とが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は第１図の
同軸の予混合気噴口部の斜視図、第３図は本発明の他の
実施例の断面図、第４図は従来例の概略断面図である。９・・・燃料ノズルチップ、１６・・・予混合気流路。３１・・・空気流路、５・・・境界壁、４・・・予混合
器。３・・・内筒。

Claims

【特許請求の範囲】１、燃料と空気とを予め混合して燃焼室へ送る複数の予
混合気流路を備えた予混合燃焼型ガスタービン燃焼器に
おいて、前記予混合気流路の一方は、予混合気流を時計まわりに
流出させる手段、また、前記予混合気流路の他方は、前
記予混合気を反時計まわりに流出させる手段をそれぞれ
設け、前記両手段は、隔壁で隔てられていることを特徴
とするガスタービン燃焼器。２、特許請求の範囲第１項において、前記予混合気流路の前記一方と、前記他方が同軸である
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。３、特許請求の範囲第１項において、前記予混合気を時計まわり又は、反時計まわりに流出さ
せる手段は、複数の半径方向に向いた仕切り板が円筒、
又は、円錐状の内外壁により限定されている構造である
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。