JPH03181712A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

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室に係り、特に、窒素酸化物
（ＮＯｘ）の低減を目的とした予混合燃焼器に関する。

〔従来の技術〕

従来技術の低ＮＯｘ燃焼器（コンバインドプラント用低
ＮＯｘガスタービン燃焼器の開発第１４回ガスタービン
学会論文集（１９８７）Ｐ５１〜５６）は、頭部燃焼室
で拡散燃焼、後部燃焼室では予混合燃焼を行う二段燃焼
方式において、着火から低負荷側は拡散燃焼、高負荷時
は拡散と予混合の同時燃焼を行う。特に、予混合燃焼は
、上流側の拡散火炎の加熱作用により燃焼を継続させる
が、予混合噴口部は旋回器を構成する旋回羽根の背側に
形成される可燃混合気の比較的弱い渦流によって、予混
合火炎の保持を行う。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術の予混合燃焼の保炎機構は、旋回羽根背側
に形成される渦流領域で火炎を保持する方法である。し
かし、旋回羽根背側に発生する渦流強度は比較的小さい
ため、希薄側の燃焼や高速流での負荷帯では、火炎が局
部的に流されたり、高負荷時で火炎の脈動の発生による
振動燃焼の因子となっている。また、火炎安定化の手段
として、保炎板の役割をしている旋回羽根厚みを大きく
して、その後流側にできる渦流領域の拡大を図り、保炎
性能向上はある程度型めるが、大幅な希薄予混合燃焼拡
大にはならない。特に、燃焼負荷率が大きく、低ＮＯｘ
化を目的とした場合、予混合燃焼比率の拡大が不可欠と
なるため、高速噴流中でのより低ＮＯｘを考慮した保炎
性能向上が必要となってくる。

本発明の目的は、上記諸問題を解決する保炎機構であっ
て、特に、低ＮＯｘ化に有利な希薄側の高速条件でも安
定した予混合燃焼を達成することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、予混合噴口部の環状流路を
多数の旋回羽根を設けて区分し、各流路内ごとの上流側
に燃料ノズルを設置して構成する旋回バーナにおいて、
旋回羽根で分割された多数の短形断面状をもつ小噴口流
路出口の近傍に保炎板を旋回羽根間、又は、内外局方向
へ垂直に設ける。また、保炎板をもつ小噴口部は、環状
に配列された小噴口部群の一間隔おきか、又は、数個所
設置する。即ち、予混合環状噴口断面部で、保炎板をも
つ小噴口部で火炎保持を強化し、その隣接する小噴口部
のより希薄側燃焼を継続させる。特に、火炎面での局部
的な保炎強化は、周囲の可燃混合気との接触が良好とな
り１局所的な高温部の分散効果による温度の均一化が期
待できるので、低ＮＯｘ化に非常に有利となる。

〔作用〕

予混合環状噴口断面の一部に保炎板を設けることは、小
噴口部の流路面積を縮少することであり、燃焼室内外の
差圧で流れる空気量は減少する。従って、各小噴口部の
流路向上流側に設けた燃料ノズルからの燃料分散導入量
に対して、保炎板をもつ小噴口部は、空気導入量が減少
した分だけ燃空比（燃料流量／空気流量）は大きくなる
。また、保炎板の後流側は、低速流で乱れ成分が多く、
噴口断面方向の燃料濃度の片寄りに対しても燃焼反応の
促進に極めて効果的に作用する。特に、保炎板をもつ小
噴口部を環状噴口断面において、局部的（数個所）に配
列することは、環状火炎面に対して保炎を行う小噴口部
の火炎と隣接する希薄側条件の小噴口部からの混合気と
の接触面積が大きくなるため、燃焼条件としてより希薄
側の燃焼が可能となる。更に、保炎による高温火炎が分
散効果により、平均的な均−火炎面が得られること。

保炎を形成する小噴口部が予混合火炎となる等、低ＮＯ
ｘ化燃焼に非常に有利となる。

〔実施例〕

第１図に本発明の構造を具備する二段燃焼器全体の縦断
面図を示す。外筒１．内筒２９尾筒３で構成するガスタ
ービン燃焼器において、内筒２の頭部に副燃焼室４．副
燃焼室４よりも直径が大きい主燃焼室５を設置し、副燃
焼室４の中央部には頭部より突出した内筒コーン６、そ
の環状中空部に燃料噴出孔をもつパイプ状の第一段目の
燃料ノズル７を突出させ円周状に配列する。更に、副燃
焼室４と主燃焼室５の拡大部に予混合旋回器８を設置し
、旋回羽根９で区分された流路部１０内の上流側に第二
段目の予混合燃料ノズル１１を各流路部ごとに配列する
。また、予混合旋回器８の旋回羽根９で分割された小噴
口流路出口の近傍に保炎板１２を設ける。

本燃焼器の作動時は、圧縮機からの空気１３を尾筒３の
後部より導き入れ、希釈空気孔１４．主燃焼室外壁の冷
却空気１５．予混合空気１６．副燃焼室壁面冷却空気１
７．燃焼用空気１８．内筒コーン冷却空気１９を燃焼室
内外の差圧で導入する。

第−段目燃料２０は、燃料ノズル本体２１から複数個の
パイプ状燃料ノズル７より副燃焼室４に導入し、燃焼用
空気１８と拡散混合しながら燃焼を行う。第一段目燃料
２０の作動範囲は、着火からタービン負荷２５％相当で
、全燃料流量の約５０％である。

第二段目燃料２２は、外筒フランジ２３に連なる燃料チ
ャンバ２４より予混合燃料ノズル１１を介して予混合旋
回器８内に導入させ、予混合空気１６と混合してから複
数個の小噴口部より主燃焼室５内に噴流して、タービン
負荷２５〜１００％の領域で作動させる。特に、タービ
ン負荷２５％の燃料切換時は、第一段目燃料２０を全燃
料流量の５０％から２５％までステップ状に減少させ、
第二段目燃料２２をステップ状に２５％導入し、その後
、第−段及び第二段燃料の割合を、タービン負荷帯に見
合った流量に分割導入して、定格時は全燃料の４０　：
　６０の割合で運転する。

第２図は本発明の一具体例として、第二段目予混合旋回
器に保炎用の小噴口部と希薄側燃焼を行なわせる小噴口
部を交互に配列した環状噴口部の拡大図である。

予混合旋回器は、二重円筒壁内に旋回羽根９８〜９ｐを
円周上に配列して形成される流路部１０ａ〜Ｌｏｐと、
各流路部内の上流側に突出して設けるパイプ状の予混合
燃料ノズルｌｌａ〜ｌｉｐの先端近傍に複数個の噴出孔
２５を設ける。また、各流路部の外周端に空気入口部２
６ａ〜２６ｐを、流路部１０　ａ　＝　１０　ｐに対応
して設置し、燃焼室内外の圧力差で空気を各流路部を通
して各小噴口部２７ａ〜２７ｐから燃焼室内に導入する
。更に。

短形断面状の小噴口部２７ａの出口近傍に保炎板１２ａ
を二段に設け、小噴口部２７ｂを挟んで、小噴口部２７
ｃに保炎板１２ｂを同様に設置し、保炎板を備えた小噴
口部を一間隔ごとに配列して環状予混合噴口部を形成す
る。燃焼作動時は、第３図に示すように保炎板をもつ小
唄口部２７ａ群は断面積縮少分だけ、流路部１０ａ内を
流動する空気量が少なくなるのに対して燃料ノズルｌｌ
ａからの分配燃料流量が一定のため、平均燃室比より燃
料過濃度側になる。一方、保炎板を付けない小唄ロ部２
７ｂ群は、噴口断面積が大きいだけ流路部１０ｂを流れ
る空気は増加し、平均燃室比より希薄側の燃焼器を設定
できる。特に、保炎板の後流側は、渦流による乱れ成分
が誘起し、比較的燃料濃度が濃く、燃焼温度も高くなる
ため、火炎保持に有効に作用しより希薄燃焼が可能とな
る。

また、図示のように、環状噴口部で、保炎用小噴口部と
希薄側の小噴口部が交互に配置しであるために、火炎面
での極端な燃焼温度差がつきにくい、比較的均一温度予
混合燃焼による低ＮＯｘ化を図ることができる。

第４図に保炎板の設置方法の他の一例を示す。

保炎板２８，２９．３０を組合せることによって、格子
状保炎板にする。これは小噴口部の断面部で空気と燃料
の混合が良好でない場合、燃料の濃い領域が片寄っても
保炎板の一部で、必ず、保炎作用に必要な条件（可燃範
囲、乱れ成分等）が可能となる。

第５図、第６図に従来方式の拡散−予混合燃焼と本発明
燃焼器の燃焼特性比較を示した。

本発明の燃焼時は、予混合燃焼領域が燃室比で希薄側へ
１５％拡大される。また、上記希薄予混合燃焼により低
ＮＯｘ化は２０％低減が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、予混合燃焼のより希薄燃焼を実現し、
信頼性の高い低ＮＯｘ燃焼器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のガスタービン燃焼器の縦断面図、第２
図は本発明の第二段目予混合旋回器の噴口部出口近傍に
保炎板を設けた斜視図、第３図は第２図の噴口配列によ
る燃焼時の燃室比の一例を示す説明図、第４図は保炎板
設置方法の応用例の断面図（ａ）と正面図（ｂ）、第５
図、第６図は従来方式と本発明の燃焼特性図である。 ９ａ〜９ｐ・・・旋回羽根、１０ａ〜Ｌｏｐ・・・流路
部、１１ａ〜ｌｉｐ・・・燃料ノズル、・１２ａ〜１２
ｈ・・・保炎板、２６ａ〜２６Ｐ・・・空気入口部、２
７ａ〜２７Ｐ・・・小噴口部、 ２８・・・保炎板、 ２９・・・保炎板。 第 図 第２図 第３図 第４図 （（）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、頭部副燃焼室よりも直径が大きい主燃焼室で燃焼器
   内筒を構成し、前記副燃焼室の上流部に第一段目の燃料
   ノズルを設け、前記副燃焼室から前記主燃焼室へ連なる
   拡大部に第二段予混合旋回器を介して前記主燃焼室内に
   予混合気を供給するガスタービン燃焼器において、 前記第二段予混合旋回器の旋回羽根で分割される短形断
   面形状の各流路部上流端に前記燃料ノズルを設け、その
   短形断面流路部を延長して形成される小噴口部群の数個
   所に保炎板を設置して燃料過濃度による保炎小噴口部と
   前記保炎小噴口部より希薄側燃焼を行う小噴口部を環状
   噴口部内に配列して予混合燃焼をさせることを特徴とす
   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、 前記保炎板を小噴口断面の周方向に多段に設け、前記保
   炎小噴口部と希薄側の小噴口部を交互に配列して、予混
   合環状噴口部を形成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、 前記保炎板と小噴口断面部に格子状に設置するガスター
   ビン燃焼器。