JPH05187637A - Combustion equipment - Google Patents
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- JPH05187637A JPH05187637A JP364592A JP364592A JPH05187637A JP H05187637 A JPH05187637 A JP H05187637A JP 364592 A JP364592 A JP 364592A JP 364592 A JP364592 A JP 364592A JP H05187637 A JPH05187637 A JP H05187637A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、例えばガスタービン等
に採用されている燃焼装置の改良に係り、特に予混合燃
焼を行う燃焼装置の改良に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in a combustion apparatus used in, for example, a gas turbine, and more particularly to an improvement in a combustion apparatus for performing premixed combustion.
【０００２】[0002]
【従来の技術】周知の如く一般に採用されているこの種
燃焼装置は、低ＮＯｘ化の観点から２段燃焼となし、そ
して定格出力燃焼時には予混合燃焼を行うようにしてい
るのが普通である。2. Description of the Related Art As is well known, generally, this type of combustion apparatus is configured as a two-stage combustion from the viewpoint of reducing NOx, and premixed combustion is usually performed at the rated output combustion. ..
【０００３】例えば特開平1−54122 号公報には拡散燃
焼と予混合燃焼を用いた２段燃焼の燃焼装置が開示され
ている。For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-54122 discloses a two-stage combustion device using diffusion combustion and premixed combustion.
【０００４】この場合は２段目の燃焼が予混合燃焼とな
っており、予混合器内に設けられている予混合スワラに
より、空気と燃料とが十分混合し、予混合気となって、
燃焼室の中に供給され、燃焼することになる。In this case, the second-stage combustion is premixed combustion, and the premixing swirler provided in the premixer sufficiently mixes the air and the fuel to form a premixed gas.
It is fed into the combustion chamber and burns.
【０００５】予混合燃焼装置においては、燃料と空気を
できるだけ均一に混合させ、しかも希薄な予混合気にし
て燃焼させることが低ＮＯｘ化に対して効果的である。
このことから、予混合器においては空気と燃料が混合す
るのに十分な空間がとられ、また、予混合器内にスワラ
が設けられて混合促進を図っているのが普通である。In the premixed combustion apparatus, it is effective for reducing NOx to mix the fuel and the air as uniformly as possible, and to combust as a lean premixed gas.
For this reason, in the premixer, a sufficient space is provided for mixing air and fuel, and a swirler is usually provided in the premixer to promote mixing.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】このような構成の燃焼
装置であると、確かに燃焼温度が低く、低ＮＯｘが実現
される。しかし、このような燃焼装置においても、次の
ような問題点を有していることが実験の結果明らかにな
った。In the combustion device having such a structure, the combustion temperature is certainly low and the low NOx is realized. However, as a result of experiments, it has been clarified that such a combustion device also has the following problems.
【０００７】即ち、予混合器の下流端には渦流発生装
置、即ち保炎器が設けられていることから、保炎器でつ
くられる渦流にて十分な保炎燃焼が行われるものの、ス
ワラの出口近傍の背側（サクションサイド）には低速域
が生じ、ときには剥離さえ生じ、さらに、スワラの下流
側端面にもある程度の渦流ができるため、ある条件では
スワラ直後で保炎が行われ、燃焼が進行し、また、ある
条件ではこれが混合気の流れによって吹き消され、保炎
器からの火移りによる燃焼と吹き消えが繰り返され、安
定な燃焼ができないということである。また、スワラ直
後で火炎が保持されると、スワラ等の焼損を招いたり、
予混合器内への逆火のおそれがあるということである。That is, since a vortex generator, that is, a flame stabilizer is provided at the downstream end of the premixer, sufficient vortex flow is generated by the vortex generated by the flame stabilizer, but the swirler A low speed region occurs on the back side (suction side) near the outlet, sometimes even separation occurs, and a certain amount of eddy current is also generated on the downstream end face of the swirler, so under certain conditions flame holding is performed immediately after the swirler, and combustion Is progressed, and under certain conditions, this is blown out by the flow of the air-fuel mixture, and combustion and blowout due to the transfer of flame from the flame stabilizer are repeated, and stable combustion cannot be achieved. Also, if the flame is retained immediately after the swirl, it may cause burnout of the swirl,
This means that there is a risk of flashback into the premixer.
【０００８】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、安定で、且つ、焼損や逆火のおそ
れのない低ＮＯｘの燃焼を行うようにした燃焼装置を提
供することにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a combustion device which is stable and which burns low NOx without fear of burning or flashback. is there.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的は、予混合器出
口まで延長されているスワラを予混合器内の途中でとど
め、スワラより下流の予混合器内の流路断面積を徐々に
小さくし、予混合気の流速を増大させ、予混合器出口で
はほぼ均一な流速の予混合気が得られるようにするとと
もに、その下流に保炎のための渦流を発生させる保炎器
(渦流発生装置)を設けることにより、保炎器だけで保炎
が行われるようにすることによって達成される。[Means for Solving the Problems] The above object is to keep the swirler extended to the outlet of the premixer in the middle of the premixer and gradually reduce the flow passage cross-sectional area in the premixer downstream from the swirler. However, the flow velocity of the premixed gas is increased so that the premixed gas with a substantially uniform flow velocity can be obtained at the outlet of the premixer, and at the same time, a vortex flow for flame holding is generated downstream of the flame stabilizer.
This is achieved by providing the (vortex generator) so that flame holding is performed only by the flame holder.
【００１０】また、予混合器内の燃料と空気との混合距
離が十分ある場合には、スワラのような曲がった板に替
えて平板を用いても上記目的は達成される。Further, when the mixing distance between the fuel and air in the premixer is sufficient, the above object can be achieved by using a flat plate instead of a curved plate such as a swirler.
【００１１】[0011]
【作用】このような燃焼装置では、スワラあるいは平板
の下流側端面から発生した小さな渦流やスワラの背側に
生じる低速域およびときには発生する剥離流れが、スワ
ラの下流で流路断面積が徐々に減少し、予混合気の流速
が増大していく過程において、回りの流れから運動エネ
ルギを与えられ、予混合器出口に至るまでに消滅し、予
混合気が予混合器から燃焼室に流出する際には、ほぼ均
一でかなり大きな流速を有することになる。この予混合
気は、予混合器の下流に設けられた保炎器（渦流発生装
置）によって生じた渦流によりしっかり保炎され、燃焼
を完了する。予混合器から流出する予混合気は小さな渦
流や低速域が消滅し、ほぼ均一でかなり大きな流速を有
するため、保炎器によって保持されている火炎が、予混
合気を上流側へさかのぼって、予混合器内の小さな渦流
や低速域に火移りすることはなく、燃焼室における燃焼
は、保炎器だけで保炎された一律な燃焼となる。このた
め、火移りによる不安定な燃焼やスワラ直後で火炎が保
持されることはなくなり、安定で、且つ、焼損や逆火の
おそれのない低ＮＯｘの燃焼が行われることになる。In such a combustion device, a small vortex flow generated from the downstream end face of the swirler or the flat plate, a low speed region generated on the back side of the swirler, and sometimes a separated flow generate a gradual flow passage cross-sectional area downstream of the swirler. In the process of decreasing and increasing the flow rate of the premixed gas, it is given kinetic energy from the surrounding flow and disappears until it reaches the premixer outlet, and the premixed gas flows out of the premixer into the combustion chamber. In this case, the flow velocity is almost uniform and has a considerably high flow rate. This premixed gas is firmly flame-held by the vortex flow generated by the flame holder (vortex flow generator) provided downstream of the premixer, and the combustion is completed. The premixture flowing out of the premixer has a small eddy current and a low speed region disappearing, and has a substantially uniform and considerably large flow velocity, so that the flame held by the flame stabilizer traces the premixture to the upstream side, There is no transfer to a small vortex or low speed region in the premixer, and the combustion in the combustion chamber is uniform combustion with only the flame stabilizer holding the flame. For this reason, unstable combustion due to fire transfer or holding of the flame immediately after the swirler is prevented, and stable, low-NOx combustion that does not cause burnout or flashback is performed.
【００１２】[0012]
【実施例】以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳
細に説明する。図１にはガスタービンに用いられる燃焼
装置およびその周辺が断面で示されている。燃焼装置
は、主として主燃焼室Ｒ1 ，副燃焼室Ｒ2 ，燃料ノズル
（３ａ，３ｂ，３ｃ）および予混合器４から構成され、
主燃焼室Ｒ1 の下流側にガスタービン翼８が配置され、
上流側には圧縮機１が配置されている。The present invention will be described in detail below with reference to the illustrated embodiments. FIG. 1 shows a cross section of a combustion apparatus used in a gas turbine and its periphery. The combustion device is mainly composed of a main combustion chamber R 1 , an auxiliary combustion chamber R 2 , a fuel nozzle (3a, 3b, 3c) and a premixer 4,
The gas turbine blade 8 is arranged on the downstream side of the main combustion chamber R 1 ,
The compressor 1 is arranged on the upstream side.
【００１３】このように主燃焼室Ｒ1 の上流側で、且
つ、外周側には予混合器４が配置されているが、この予
混合器４およびその周辺の詳細は次のように構成されて
いる。即ち、図２および図３に示されているように、予
混合器４の内部には燃料と空気の混合を促進させるため
のスワラ５が途中まで設けられており、また、予混合器
４の下流側には保炎器（渦流発生装置）６が設けられて
いる。As described above, the premixer 4 is arranged on the upstream side and the outer peripheral side of the main combustion chamber R 1. The details of the premixer 4 and its surroundings are as follows. ing. That is, as shown in FIGS. 2 and 3, a swirler 5 for promoting the mixing of fuel and air is provided inside the premixer 4, and the swirler 5 of the premixer 4 is provided. A flame stabilizer (vortex generator) 6 is provided on the downstream side.
【００１４】保炎器６は、予混合器４の下流側の外周に
支持され、傾斜部６ａとその下流側に急拡大部面６ｂを
有している。そして、傾斜部６ａは予混合器４内のスワ
ラ５の直後から下流側の急拡大部面６ｂに向かって、予
混合気ＡＦが流れる予混合器４内の流路断面積が徐々に
減少するように伸びている。The flame stabilizer 6 is supported on the outer periphery of the premixer 4 on the downstream side, and has an inclined portion 6a and a sudden enlarged surface 6b on the downstream side thereof. Then, in the inclined portion 6a, the flow passage cross-sectional area in the premixer 4 in which the premixed gas AF flows gradually decreases from immediately after the swirler 5 in the premixer 4 toward the rapidly expanding portion surface 6b on the downstream side. Is growing.
【００１５】予混合気ＡＦは矢印で示すように上流側か
ら保炎器６側に、徐々に流速を増しながら流れ、この保
炎器６の急拡大部面６ｂの下流側に渦流を生じながら、
下流側へ流れて行く。この急拡大部６ｂが渦流開始点
（渦流を発生させる部分）で保炎の働きをする。The premixed gas AF flows from the upstream side to the flame stabilizer 6 side while gradually increasing the flow velocity, as shown by the arrow, and whirlpool is generated on the downstream side of the sudden expansion portion surface 6b of the flame stabilizer 6. ,
It flows to the downstream side. The sudden expansion portion 6b acts as a flame holder at the start point of the vortex (the portion that generates the vortex).
【００１６】保炎器６は以上のように形成され、予混合
器４の下流側に設けられているが、ここで重要なこと
は、スワラ５が予混合器４の内部の途中で切れており、
保炎器６の傾斜部６ｂがスワラ５の直後まで予混合器４
内に入っていることである。換言すれば、スワラ５の端
面５ａと保炎器６の渦流開始点である急拡大部面６ｂの
間に予混合気ＡＦの流速を徐々に増大させる流路が予混
合器４の内部に設けられているということである。The flame stabilizer 6 is formed as described above and is provided on the downstream side of the premixer 4. However, what is important here is that the swirler 5 breaks in the middle of the inside of the premixer 4. Cage,
The inclined portion 6b of the flame stabilizer 6 is kept in the premixer 4 until immediately after the swirler 5.
It is inside. In other words, a flow path for gradually increasing the flow velocity of the premixed gas AF is provided inside the premixer 4 between the end surface 5a of the swirler 5 and the sudden expansion portion surface 6b which is the vortex flow starting point of the flame stabilizer 6. It means that it is being done.
【００１７】次にこのように構成された燃焼装置の動作
について述べる。まず、全体的な燃焼動作は次のとおり
である。Next, the operation of the thus configured combustion apparatus will be described. First, the overall combustion operation is as follows.
【００１８】図１において、圧縮機１から下流側に向か
って流入した高圧空気は、Ｕ字形に逆流して上昇した
後、燃焼室を形成しているライナ２内に入る。この燃焼
装置は燃料を３段に分けて供給し、燃焼させる多段燃焼
装置である。即ち、燃料の供給は第１段燃料３ａ，第２
段燃料３ｂ，起動補助燃料３ｃの３系統に分けて供給さ
れる。燃料３ａは副燃焼室Ｒ2 で主に燃焼し、燃料３ｂ
は予混合器４の中の第２段用燃料ノズル４ｂにより噴出
され、外周から流入する燃焼用空気と混合され、主燃焼
室Ｒ1 の中で燃焼される。燃料３ｃは起動時にのみ使用
される補助燃料である。ライナ２内、即ち、主燃焼室Ｒ
1 で燃焼した燃焼ガスは、尾筒７を通り、ガスタービン
の初段翼８に流入し、ガスタービンを回転させる。In FIG. 1, the high-pressure air flowing from the compressor 1 toward the downstream side flows backward in a U-shape and rises, and then enters the liner 2 forming the combustion chamber. This combustion device is a multi-stage combustion device that supplies fuel in three stages and burns it. That is, fuel is supplied to the first stage fuel 3a and the second stage fuel 3a.
The fuel is supplied separately to the three systems of the stage fuel 3b and the starting auxiliary fuel 3c. The fuel 3a mainly burns in the auxiliary combustion chamber R 2 , and the fuel 3b
Is ejected from the second stage fuel nozzle 4b in the premixer 4, mixed with combustion air flowing in from the outer periphery, and combusted in the main combustion chamber R 1 . The fuel 3c is an auxiliary fuel used only at the time of starting. Inside the liner 2, that is, the main combustion chamber R
The combustion gas combusted in 1 passes through the transition piece 7 and flows into the first-stage blade 8 of the gas turbine to rotate the gas turbine.
【００１９】第１段燃料３ａは拡散燃焼で燃焼し、ＮＯ
ｘは高いが、安定な燃焼を行い、第２段燃料３ｂは予混
合燃焼でＮＯｘの低い燃焼が行われる。起動からある一
定の負荷までは第１段の燃焼およびその一部に起動用燃
料３ｃを使用して行う。その後、定格負荷までは第１段
と第２段の燃焼を行う。燃焼装置におけるＮＯｘの発生
を抑えるためには、勿論、第２段の予混合燃焼させる燃
料３ｂの全体燃料に占める比率を大きくすると同時に、
燃空比（燃料流量／空気流量）を小さくすることが必要
である。The first stage fuel 3a is burned by diffusion combustion and NO
Although x is high, stable combustion is performed, and the second-stage fuel 3b is premixed combustion with low NOx combustion. From the startup to a certain load, the startup fuel 3c is used for the first stage combustion and a part thereof. After that, the first-stage and second-stage combustion is performed up to the rated load. In order to suppress the generation of NOx in the combustion device, of course, at the same time as increasing the ratio of the fuel 3b to be premixed and burned in the second stage to the total fuel,
It is necessary to reduce the fuel-air ratio (fuel flow rate / air flow rate).
【００２０】全体的にはこのような燃焼が行われるが、
本燃焼装置は特に次のような燃焼動作が行われる。As a whole, such combustion takes place,
In particular, the present combustion device performs the following combustion operation.
【００２１】図２および図３において、予混合器４から
燃料と空気の予混合気ＡＦが主燃焼室Ｒ1 に流出し、燃
焼する場合、この予混合気ＡＦは保炎器（渦流発生装
置）６の下流側で渦流となり、この渦流により保炎され
た形で火炎が発生する。2 and 3, when the fuel / air premixed gas AF flows out from the premixer 4 into the main combustion chamber R 1 and burns, the premixed gas AF is a flame stabilizer (vortex generator). ) 6 becomes a vortex on the downstream side, and a flame is generated in a form of being held by this vortex.
【００２２】この場合、予混合器４の内部を流れる予混
合気ＡＦの流路はスワラ５の下流でその断面積を徐々に
減少するように形成されている。このため、前述したス
ワラ５の下流側端面から発生する小さな渦流やスワラ５
の背側（サクションサイド）に生じる低速域あるいは剥
離流れが、予混合気ＡＦが流速を増す過程において、回
りの流れから運動エネルギを与えられ、予混合器４の出
口に至るまでには消滅し、予混合気ＡＦは、予混合器４
の出口ではほぼ均一でかなり大きな流速を有する流れと
なる。それで、保炎器６の下流側の渦流によって保持さ
れた火炎が、予混合気ＡＦを上流側にさかのぼって、予
混合器４内の小さな渦流や低速域に火移りすることはな
く、主燃焼室Ｒ1 内の火炎は、保炎器６のみで保炎さ
れ、安定で、且つ、焼損や逆火のおそれのない燃焼とな
る。In this case, the flow path of the premixed gas AF flowing inside the premixer 4 is formed downstream of the swirler 5 so as to gradually reduce its cross-sectional area. Therefore, the small swirl and swirler 5 generated from the end face on the downstream side of the swirler 5 described above.
The low-speed region or the separated flow generated on the back side (suction side) of the premixer AF is extinguished by the kinetic energy from the surrounding flow in the process of increasing the flow velocity of the premixed gas AF and reaching the outlet of the premixer 4. , The premix AF is the premixer 4
At the outlet of, the flow is almost uniform and has a considerably high flow velocity. Therefore, the flame held by the vortex flow on the downstream side of the flame stabilizer 6 does not trace back to the upstream side of the premixed gas AF, and does not transfer to the small vortex or low speed region in the premixer 4, and the main combustion The flame in the chamber R 1 is held only by the flame stabilizer 6, and the combustion is stable and does not cause burning or flashback.
【００２３】尚、この場合、保炎器６は予混合気ＡＦの
流れに対して内向きの傾斜角をもっているが、この角度
は常に定められたものではなく、燃焼室の大きさによっ
て種々の値が選ばれる。但し、保炎器６の保炎性能につ
いてみると、この角度は30゜以下が好ましい。In this case, although the flame stabilizer 6 has an inclining angle inward with respect to the flow of the premixed air AF, this angle is not always fixed, but varies depending on the size of the combustion chamber. The value is selected. However, regarding the flame holding performance of the flame stabilizer 6, this angle is preferably 30 ° or less.
【００２４】図４および図５はスワラ５の替わりに平板
の仕切板９を設けた他の実施例が示されている。勿論、
この場合にも、仕切板９が予混合器４の内部の途中でと
ぎれており、保炎器６の傾斜部６ａが仕切板９の直後ま
で予混合器４の中に入っている。この実施例の目的は、
予混合器４の出口における予混合気ＡＦの流速分布をよ
り均一にすることである。スワラ５の場合、旋回成分を
持たせるために、流路を燃焼器の軸方向に対して曲げな
ければならず、その部分の背側（サクションサイド）に
おいて低速域が、また、腹側（プレッシャサイド）にお
いて高速域が必ず生じる。予混合器４の内部の旋回も無
くし、燃料ノズル４ｂの本数に応じて平板の仕切板９を
設置すれば、そのような流速の不均一が予混合器４内で
生じることはなく、予混合器４の出口における予混合気
ＡＦの流速分布はより均一となる。FIGS. 4 and 5 show another embodiment in which a flat partition plate 9 is provided in place of the swirler 5. Of course,
Also in this case, the partition plate 9 is interrupted in the middle of the inside of the premixer 4, and the inclined portion 6a of the flame stabilizer 6 is in the premixer 4 immediately after the partition plate 9. The purpose of this example is to
This is to make the flow velocity distribution of the premixed gas AF at the outlet of the premixer 4 more uniform. In the case of the swirler 5, in order to have a swirl component, the flow path must be bent with respect to the axial direction of the combustor, and the low speed region on the back side (suction side) of that portion and the ventral side (pressure side). High-speed range always occurs in (side). If the swirling inside the premixer 4 is eliminated and the flat partition plate 9 is installed according to the number of the fuel nozzles 4b, such nonuniformity of the flow velocity does not occur in the premixer 4 and the premixing is performed. The flow velocity distribution of the premixed gas AF at the outlet of the container 4 becomes more uniform.
【００２５】尚、以上の説明では、保炎器６が予混合器
４の下流側の外周に支持されている場合について述べて
きたが、この保炎器６は予混合器４の外周でなければな
らないわけではなく、内周に設けたり、外周と内周の両
方に設けてもよい。In the above description, the case in which the flame stabilizer 6 is supported on the outer circumference of the premixer 4 on the downstream side has been described, but the flame stabilizer 6 must be provided on the outer circumference of the premixer 4. It does not have to be provided, but may be provided on the inner circumference or both on the outer circumference and the inner circumference.
【００２６】図６および図７には、保炎器６を予混合器
４の下流側の内周に設置した場合が示されている。即
ち、副燃焼室Ｒ2 （図示せず）の出口と予混合器４の出
口にはさまれる形で保炎器６が全周にわたって設けられ
ている。この場合、保炎器６の急拡大部面６ｂの下流側
には、予混合気ＡＦを巻き込む渦流Ａと副燃焼室Ｒ1 で
燃焼を終えた高温の燃焼ガスを巻き込む渦流Ｂが対を成
す形で発生する。渦流Ｂには副燃焼室Ｒ1 から絶えず高
温の燃焼ガスが供給され、渦流Ａはその渦流Ｂからエネ
ルギを与えられることになるため、予混合気ＡＦを巻き
込む渦流Ａは、保炎器６が予混合器４の外周に設けられ
た場合より、より安定した保炎性能を持ち、よりＮＯｘ
が低く、しかも安定した予混合燃焼が得られる。勿論、
保炎器６の傾斜部６ａは仕切板９の直後まで予混合器４
の中に入っているので、保炎器６の下流側の渦流によっ
て保持された火炎が予混合器４内に火移りすることはな
く、安定で、且つ、仕切板９等の焼損を招いたり、予混
合器４内に逆火するおそれはない。FIG. 6 and FIG. 7 show the case where the flame stabilizer 6 is installed on the inner circumference on the downstream side of the premixer 4. That is, the flame stabilizer 6 is provided over the entire circumference so as to be sandwiched between the outlet of the auxiliary combustion chamber R 2 (not shown) and the outlet of the premixer 4. In this case, a vortex flow A entraining the premixed air AF and a vortex flow B entraining the high temperature combustion gas that has finished combustion in the auxiliary combustion chamber R 1 form a pair on the downstream side of the abruptly enlarged surface 6b of the flame stabilizer 6. Occurs in the form. The vortex B is constantly supplied with high-temperature combustion gas from the sub-combustion chamber R 1 , and the vortex A is given energy from the vortex B. It has more stable flame holding performance and more NOx than the case where it is provided on the outer circumference of the premixer 4.
Low, and stable premixed combustion can be obtained. Of course,
The inclined portion 6a of the flame stabilizer 6 is provided to the premixer 4 until immediately after the partition plate 9.
The flame held by the vortex flow on the downstream side of the flame stabilizer 6 does not transfer into the premixer 4 and is stable, and causes the burnout of the partition plate 9 or the like. There is no risk of flashback in the premixer 4.
【００２７】図８および図９は、保炎器６が予混合器４
の外周と内周の両方に設置された実施例である。予混合
器４から主燃焼室Ｒ1 に流出する燃料と空気の予混合気
ＡＦは、予混合器４の下流側の外周と内周に設けられた
保炎器６によってはさまれることになる。このため、主
燃焼室Ｒ1 における予混合燃焼はますます保炎性能が向
上し、よりＮＯｘが低く、しかも安定した予混合燃焼が
成される。In FIGS. 8 and 9, the flame stabilizer 6 is replaced by the premixer 4.
It is an embodiment installed on both the outer circumference and the inner circumference. The fuel-air premixture AF flowing out of the premixer 4 into the main combustion chamber R 1 is sandwiched by the flame stabilizers 6 provided on the outer circumference and the inner circumference on the downstream side of the premixer 4. .. For this reason, the premixed combustion in the main combustion chamber R 1 is further improved in flame holding performance, NOx is lower, and stable premixed combustion is performed.
【００２８】但し、内周の保炎器と外周の保炎器との位
置関係を、図８に示されるように外周の保炎器を予混合
気ＡＦの流動方向の下流側にずらして配置すべきか、あ
るいは、図９の如く内周の保炎器を下流側にずらして配
置すべきか、また、それらのずらした距離ｌをどれだけ
にすべきかということは機種により実験的に最適化が図
られる。However, the positional relationship between the inner flame stabilizer and the outer flame stabilizer is arranged such that the outer flame stabilizer is shifted downstream in the flow direction of the premixed air-fuel mixture AF as shown in FIG. Whether or not the flame stabilizers on the inner circumference should be arranged on the downstream side as shown in FIG. 9 and the distance l between them should be optimized experimentally depending on the model. Planned.
【００２９】このことは、図２と図３および図４から図
７に示された実施例でも同じであり、保炎器６の渦流開
始点となる急拡大部面６ｂとその反対側の予混合器４の
端面との間隔ｌは、機種により実験的に最適化が行われ
る。This is the same in the embodiment shown in FIGS. 2 and 3 and FIGS. 4 to 7, and the pre-expansion surface 6b at the vortex flow starting point of the flame stabilizer 6 and the opposite side surface are formed. The distance l from the end face of the mixer 4 is experimentally optimized depending on the model.
【００３０】図１０および図１１は保炎器６の傾斜部６
ａに関する他の実施例が示されている。これまでの実施
例においては、傾斜部６ａは仕切板９の直後と保炎器６
の急拡大部面６ｂとを直線で結ぶ形状となっている。し
かし、予混合気ＡＦが流れる予混合器４内の流路断面積
が、仕切板９より下流で徐々に減少する構造であれば、
所期の目的は達成されるので、保炎器６の傾斜部６ａの
形状は、予混合気ＡＦの流れる流路に対して凸（図１
０）であっても、凹（図１１）であってもよいわけであ
る。このような形状であれば、保炎器６の急拡大部面６
ｂとその反対側の予混合器４の端面との距離ｌを一定に
保ったまま、予混合器４から主燃焼室Ｒ1 に流出する予
混合気ＡＦの流速をかなり自由に選べるので、きわめて
好都合である。また、その逆に、予混合器４出口におけ
る予混合気ＡＦの流速を一定にして、距離ｌを変えるこ
とも可能である。10 and 11 show the inclined portion 6 of the flame stabilizer 6.
Another embodiment for a is shown. In the above-described embodiments, the inclined portion 6a is provided immediately after the partition plate 9 and the flame stabilizer 6a.
It has a shape that connects with the suddenly enlarged portion surface 6b by a straight line. However, if the flow passage cross-sectional area in the premixer 4 in which the premixed air AF flows is gradually reduced downstream of the partition plate 9,
Since the intended purpose is achieved, the shape of the inclined portion 6a of the flame stabilizer 6 is convex (see FIG.
0) or concave (FIG. 11). With such a shape, the surface 6 of the flame expander 6 that is suddenly enlarged
Since the flow rate of the premixed gas AF flowing out from the premixer 4 into the main combustion chamber R 1 can be selected quite freely while keeping the distance 1 between b and the end surface of the premixer 4 on the opposite side constant, it is extremely possible. It is convenient. On the contrary, it is possible to change the distance l while keeping the flow velocity of the premixed gas AF at the outlet of the premixer 4 constant.
【００３１】尚、これまでの説明では、保炎器６の傾斜
部６ａは常に仕切板９やスワラ５の直後から始まってい
るが、前述のように、予混合気ＡＦが流れる予混合器４
内の流路断面積が、仕切板９あるいはスワラ５の下流で
徐々に減少する構造であればよく、保炎器６の傾斜部６
ａの開始点は、仕切板９やスワラ５の中でも、その端面
から下流側に一定の距離だけ離れた位置でも支障はな
い。In the above description, the inclined portion 6a of the flame stabilizer 6 always starts immediately after the partition plate 9 and the swirler 5, but as described above, the premixer 4 in which the premixed gas AF flows.
The flow path cross-sectional area in the inside may be such that it gradually decreases downstream of the partition plate 9 or the swirler 5, and the inclined portion 6 of the flame stabilizer 6 may be used.
The starting point of a does not matter even in the partition plate 9 or the swirler 5 or at a position distant from the end face to the downstream side by a certain distance.
【００３２】以上、種々の実施例をあげてきたが、この
他にも保炎器が特殊な形状をなしている場合や予混合器
が円筒状（環状でなく）の場合などにも適用が考えられ
よう。Although various embodiments have been described above, the present invention can be applied to other cases in which the flame stabilizer has a special shape and the premixer has a cylindrical shape (not a ring shape). I can think of it.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上、種々述べてきたように、本発明の
燃焼装置によれば、仕切板あるいはスワラを予混合器内
の途中でとどめ、その下流において予混合気が流れる予
混合器内部の流路断面積を徐々に減少させ、予混合気の
流速を増し、予混合器出口においてほぼ均一でかなり大
きな流速の予混合気が得られるようにするとともに、予
混合器の下流に予混合気の保炎のための渦流を発生させ
る保炎器(渦流発生装置)を設置するようにしたので、保
炎器によって保持されている火炎が、予混合気を上流側
にさかのぼって、仕切板あるいはスワラの下流側端面か
ら発生した小さな渦やスワラの背側（サクションサイ
ド）に生じる低速域に火移りすることはなく、燃焼室に
おける燃焼は、保炎器だけで保炎された一律な燃焼とな
り、従って、仕切板あるいはスワラ直後に火移りするこ
とによる不安定な燃焼やそこに火炎が保持されることが
なくなり、安定で、且つ、仕切板等の焼損や予混合器内
への逆火のおそれのない低ＮＯｘの燃焼装置を得ること
ができる。As described above, according to the combustion apparatus of the present invention, the partition plate or the swirler is retained in the premixer on the way, and the premixer in the premixer flows downstream thereof. The cross-sectional area of the flow passage is gradually reduced to increase the flow rate of the premixed gas so that a premixed gas with a substantially uniform and fairly large flow velocity can be obtained at the premixer outlet, and the premixed gas is provided downstream of the premixer. Since a flame stabilizer (vortex generator) that generates a vortex for holding the flame is installed, the flame held by the flame stabilizer traces the premixed gas upstream to the partition plate or The small vortex generated from the downstream end face of the swirler and the low speed region generated on the dorsal side (suction side) of the swirler do not transfer the flame, and the combustion in the combustion chamber is a uniform combustion with only the flame stabilizer. , Therefore the divider Unstable combustion due to fire transfer immediately after the swirl or swirling, and no flame being retained there, is stable, and there is no risk of burnout of partition plates or flashback into the premixer. A NOx combustion device can be obtained.
【００３４】また、前述した燃焼装置を備えたガスター
ビン装置では、不安定な燃焼がなくなることから、回転
子の翼に加えられる力の変動が小さく抑えられ、タービ
ン全体の振動低減を図ることができる。Further, in the gas turbine device equipped with the above-described combustion device, unstable combustion is eliminated, so that fluctuations in the force applied to the blades of the rotor can be suppressed to a small level, and vibration of the entire turbine can be reduced. it can.
【図１】本発明の燃焼装置およびその周囲を示す縦断側
面図。FIG. 1 is a vertical cross-sectional side view showing a combustion apparatus of the present invention and its surroundings.
【図２】燃焼器の一部破断斜視図。FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of a combustor.
【図３】本発明の燃焼装置の一実施例を示す要部縦断側
面図。FIG. 3 is a vertical cross-sectional side view of essential parts showing an embodiment of a combustion apparatus of the present invention.
【図４】本発明の燃焼装置の他の実施例を示す要部縦側
面図。FIG. 4 is a vertical side view of a main part showing another embodiment of the combustion apparatus of the present invention.
【図５】同じく一部破断斜視図。FIG. 5 is a partially cutaway perspective view of the same.
【図６】本発明の燃焼装置のさらに他の実施例を示す要
部縦断側面図。FIG. 6 is a vertical sectional side view of a main part showing still another embodiment of the combustion apparatus of the present invention.
【図７】同じく一部破断斜視図。FIG. 7 is a partially cutaway perspective view of the same.
【図８】本発明の燃焼装置のさらに他の実施例を示す要
部縦断側面図。FIG. 8 is a vertical sectional side view of a main part showing still another embodiment of the combustion apparatus of the present invention.
【図９】本発明の燃焼装置のさらに他の実施例を示す要
部縦断側面図。FIG. 9 is a vertical sectional side view of a main part showing still another embodiment of the combustion apparatus of the present invention.
【図１０】本発明の燃焼装置のさらに他の実施例を示す
要部縦断側面図。FIG. 10 is a vertical sectional side view of a main part showing still another embodiment of the combustion apparatus of the present invention.
【図１１】本発明の燃焼装置のさらに他の実施例を示す
要部縦断側面図。FIG. 11 is a vertical sectional side view of a main part showing still another embodiment of the combustion apparatus of the present invention.
１…圧縮機、２…ライナ、４…予混合器、５…スワラ、
６…保炎器、７…尾筒、８…ガスタービン翼、９…仕切
板。1 ... Compressor, 2 ... Liner, 4 ... Premixer, 5 ... Swirler,
6 ... Flame stabilizer, 7 ... Tail tube, 8 ... Gas turbine blade, 9 ... Partition plate.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 洋二 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 赤津 茂行 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 井上 洋 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 大森 隆司 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 池田 啓 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 飯塚 信之 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 佐藤 勲 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 大田原 康彦 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 黒田 倫夫 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 伊藤 和行 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 中村 昭三 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 藤村 秀和 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 小山 一仁 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yoji Ishibashi 502 Jinritsu-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Hiritsu Manufacturing Co., Ltd.Mechanical Research Institute (72) Shigeyuki Akatsu 502 Jinritsu-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Nitate Manufacturing Co., Ltd. Inside the Mechanical Research Institute (72) Hiroshi Inoue, 502 Jinritsu-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Prefecture, Hiritsu Manufacturing Co., Ltd. (72) Inventor Takashi Omori, 502, Jinritsu-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki, Inside the Hiritsu Manufacturing Co., Ltd. ( 72) Inventor Kei Ikeda 3-1-1, Sachimachi, Hitachi City, Ibaraki Hitachi Ltd., Hitachi Plant (72) Inventor Nobuyuki Iizuka 3-1-1, Sachimachi, Hitachi City, Ibaraki Hitachi Ltd. Hitachi factory (72) Inventor Isao Sato 3-1-1, Saiwaicho, Hitachi city, Ibaraki Hitachi Ltd. Hitachi factory (72) Inventor Yasuhiko Tahara 3-1-1, Sachimachi, Hitachi, Ibaraki Hitachi Ltd., Hitachi Plant (72) Inventor Tomio Kuroda 3-1-1, Sachimachi, Hitachi, Ibaraki Hitachi Ltd., Hitachi Plant ( 72) Inventor Kazuyuki Ito 4026 Kuji Town, Hitachi City, Ibaraki Prefecture, Hitachi Research Laboratory, Hitachi Ltd. (72) Inventor Shozo Nakamura, 502, Kandachi Town, Tsuchiura City, Ibaraki Prefecture Machine Research Laboratory, Hitachi Ltd. (72) Invention Hidekazu Fujimura, 502 Jritsumachi Machinery Research Center, Tsuchiura City, Ibaraki Prefecture (72) Inventor Kazuhito Koyama 502, Jinremachi Machinery Research Center, Tsuchiura City, Ibaraki Prefecture
Claims (1)
備え、燃料と空気を混合する予混合器と、該予混合器の
下流側に配置され、予混合器からの流出予混合気に火炎
保持のための渦流を生じさせる保炎器とを備えた燃焼装
置において、前記仕切板を予混合器の内部でとどめると
ともに、仕切板の下流において予混合気が流れる予混合
器内の流路断面積が徐々に減少するように、前記保炎器
の傾斜部の少なくとも一部が前記予混合器内の流路を形
作っていることを特徴とする燃焼装置。1. A premixer having a partition plate corresponding to the number of fuel nozzles therein, for mixing fuel and air, and a premixer disposed downstream of the premixer and flowing out from the premixer. In a combustion apparatus equipped with a flame stabilizer for generating a vortex for holding a flame in the premixer, the partition plate is retained inside the premixer, and the premixed gas flows downstream of the partition plate in the premixer. Combustion device, characterized in that at least part of the slope of the flame stabilizer defines a flow path in the premixer such that the cross-sectional area of the flame stabilizer is gradually reduced.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4003645A JP2806117B2 (en) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | Combustion equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05187637A true JPH05187637A (en) | 1993-07-27 |
| JP2806117B2 JP2806117B2 (en) | 1998-09-30 |
Family
ID=11563222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4003645A Expired - Lifetime JP2806117B2 (en) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | Combustion equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2806117B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016072423A1 (en) * | 2014-11-05 | 2016-05-12 | 川崎重工業株式会社 | Burner, combustor, and gas turbine |
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1992
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| JP2016090141A (en) * | 2014-11-05 | 2016-05-23 | 川崎重工業株式会社 | Burner, combustor and gas turbine |
| US10590850B2 (en) | 2014-11-05 | 2020-03-17 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Burner, combustor, and gas turbine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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