JPH0618035A - タービン用燃焼器及びタービン用燃焼器を動作させる方法 - Google Patents
タービン用燃焼器及びタービン用燃焼器を動作させる方法Info
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- JPH0618035A JPH0618035A JP5048467A JP4846793A JPH0618035A JP H0618035 A JPH0618035 A JP H0618035A JP 5048467 A JP5048467 A JP 5048467A JP 4846793 A JP4846793 A JP 4846793A JP H0618035 A JPH0618035 A JP H0618035A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
- F02C3/14—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid characterised by the arrangement of the combustion chamber in the plant
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
- F23C7/002—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
- F23C7/004—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion using vanes
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- 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
- F23R3/04—Air inlet arrangements
- F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
- F23R3/12—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex
- F23R3/14—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex by using swirl vanes
Abstract
(57)【要約】
【目的】 非ベース負荷状態で比較的高温且つ完全な燃
焼を可能にするタービン用燃焼器を提供する。 【構成】 燃焼器は、半径方向に延在していると共に周
方向に相隔たっている概してＶ形のガッタ２６及び２８
を含んでおり、ガッタは半径方向に内側及び外側の列を
なしている。内側及び外側の列のガッタは、ガッタの下
流に、隔離された同心の互いに反対向きに回転する周方
向の流れを発生すべく、互いに周方向に傾斜している。
希薄予混合燃焼方式がベース負荷運転時に用いられる。
非ベース負荷運転、特に低負荷運転状態では、一方の隔
離された流界、好ましくは半径方向内側の流界に供給さ
れる空気への直接燃料噴射による拡散燃焼方式が用いら
れ、非ベース負荷運転状態で希薄予混合燃焼方式を用い
る場合よりも局所的に高温の安定した火炎を生成し、そ
の結果、燃焼効率がより高くなると共に、放出物がより
少量になる。
焼を可能にするタービン用燃焼器を提供する。 【構成】 燃焼器は、半径方向に延在していると共に周
方向に相隔たっている概してＶ形のガッタ２６及び２８
を含んでおり、ガッタは半径方向に内側及び外側の列を
なしている。内側及び外側の列のガッタは、ガッタの下
流に、隔離された同心の互いに反対向きに回転する周方
向の流れを発生すべく、互いに周方向に傾斜している。
希薄予混合燃焼方式がベース負荷運転時に用いられる。
非ベース負荷運転、特に低負荷運転状態では、一方の隔
離された流界、好ましくは半径方向内側の流界に供給さ
れる空気への直接燃料噴射による拡散燃焼方式が用いら
れ、非ベース負荷運転状態で希薄予混合燃焼方式を用い
る場合よりも局所的に高温の安定した火炎を生成し、そ
の結果、燃焼効率がより高くなると共に、放出物がより
少量になる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、タービン用燃焼器に関
し、特に、本発明を適用しなければ希薄予混合式ガッタ
保炎燃焼装置であるような燃焼装置において非ベース負
荷運転状態での燃焼を改善する装置及び方法に関する。
し、特に、本発明を適用しなければ希薄予混合式ガッタ
保炎燃焼装置であるような燃焼装置において非ベース負
荷運転状態での燃焼を改善する装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、タービン用の燃焼器では２つの
燃焼技術が従来用いられていた。１つの技術は、拡散火
炎方式として知られており、燃焼器を通る空気流に燃料
を噴射し、そして燃料と空気との混合時に燃料を燃焼す
ることを包含している。拡散火炎燃焼技術の利点は、例
えば自己調整、及び様々な状態での保炎である。即ち、
拡散燃焼方式を用いる燃焼器は、火炎を特定位置に保つ
ように設計されていると共に、火炎の吹消しと、上流又
は下流への移動とを防ぐように設計されている。しかし
ながら、拡散燃焼方式では、非常に高い火炎温度が発生
するので、多量の窒素酸化物のような望ましくない放出
物が生ずる。現在、低汚染低放出タービンが重視されて
おり、拡散燃焼方式において高い火炎温度を下げて汚染
物の放出量を減らす一方法は、完全燃焼に要する空気よ
り多くの空気を送給することである。この方式では、燃
料と空気とが燃焼器の燃焼域の上流で予混合されて、か
なり希薄な空燃混合気となる。こうして予混合された希
薄な燃料及び空気が燃焼域内に導入されたとき、混合気
の点火及び燃焼が生じ、その際、過多の空気を利用でき
るので、火炎温度は低くなる。
燃焼技術が従来用いられていた。１つの技術は、拡散火
炎方式として知られており、燃焼器を通る空気流に燃料
を噴射し、そして燃料と空気との混合時に燃料を燃焼す
ることを包含している。拡散火炎燃焼技術の利点は、例
えば自己調整、及び様々な状態での保炎である。即ち、
拡散燃焼方式を用いる燃焼器は、火炎を特定位置に保つ
ように設計されていると共に、火炎の吹消しと、上流又
は下流への移動とを防ぐように設計されている。しかし
ながら、拡散燃焼方式では、非常に高い火炎温度が発生
するので、多量の窒素酸化物のような望ましくない放出
物が生ずる。現在、低汚染低放出タービンが重視されて
おり、拡散燃焼方式において高い火炎温度を下げて汚染
物の放出量を減らす一方法は、完全燃焼に要する空気よ
り多くの空気を送給することである。この方式では、燃
料と空気とが燃焼器の燃焼域の上流で予混合されて、か
なり希薄な空燃混合気となる。こうして予混合された希
薄な燃料及び空気が燃焼域内に導入されたとき、混合気
の点火及び燃焼が生じ、その際、過多の空気を利用でき
るので、火炎温度は低くなる。
【０００３】火炎温度は希薄予混合燃焼装置では比較的
低いので、火炎も拡散燃焼装置におけるより不安定であ
る。希薄予混合燃焼装置における保炎のために、ガッタ
がしばしば燃焼域の上流に用いられており、低速再循環
流の区域を生成して、ガッタ下流のこのようなガッタ伴
流内に火炎を保つ。即ち、従来、ガッタは希薄予混合燃
焼方式で用いられて燃焼過程を安定化すると共に、比較
的低い火炎温度を維持して放出量を低減した。
低いので、火炎も拡散燃焼装置におけるより不安定であ
る。希薄予混合燃焼装置における保炎のために、ガッタ
がしばしば燃焼域の上流に用いられており、低速再循環
流の区域を生成して、ガッタ下流のこのようなガッタ伴
流内に火炎を保つ。即ち、従来、ガッタは希薄予混合燃
焼方式で用いられて燃焼過程を安定化すると共に、比較
的低い火炎温度を維持して放出量を低減した。
【０００４】タービンは通常、ベース負荷状態では、希
薄予混合燃焼モードで所定の燃料空気比で運転される。
例えば発電機駆動用のタービンでは、燃料空気比は負荷
と共に変わる。従って、単一速度で動作し、且つ一定空
気流が燃焼装置を通るような工業用ガスタービンでは、
負荷の減少に応じて燃料を減らす必要がある。このよう
なタービンは、ベース負荷状態では最高効率で動作する
が、点火、ロータの運転速度への加速、ロータと発電機
との同期化、又は低負荷運転のような状態が存在し、こ
れらは非ベース負荷運転条件が存在する状態である。
薄予混合燃焼モードで所定の燃料空気比で運転される。
例えば発電機駆動用のタービンでは、燃料空気比は負荷
と共に変わる。従って、単一速度で動作し、且つ一定空
気流が燃焼装置を通るような工業用ガスタービンでは、
負荷の減少に応じて燃料を減らす必要がある。このよう
なタービンは、ベース負荷状態では最高効率で動作する
が、点火、ロータの運転速度への加速、ロータと発電機
との同期化、又は低負荷運転のような状態が存在し、こ
れらは非ベース負荷運転条件が存在する状態である。
【０００５】低負荷状態で代表されるこれらの非ベース
負荷状態では、比較的低い燃料空気比が用いられるの
で、希薄予混合燃焼方式は不安定且つ低効率になり、希
薄可燃性限度に接近するか、それを超える可能性があ
り、その場合には吹消しが起こる。従って、これらの非
ベース負荷状態では、希薄予混合燃焼方式ではなく、拡
散燃焼方式を用いる必要があることがわかっている。な
ぜなら、拡散燃焼方式は低負荷において、効率と安定性
とが高いからである。即ち、燃料を、例えば希薄予混合
運転用のガッタから、又はガッタのハブから直接流れ内
に噴射し得る。しかしながら、もし拡散燃焼方式を、希
薄予混合燃焼用に設計された形状の装置に用いれば、噴
射燃料は希薄予混合運転に要する過剰空気に混入し、そ
の結果、一酸化炭素と未燃炭化水素とを含んでいる放出
物が生ずる。従って、本発明の進展中にわかったこと
は、希薄予混合燃焼器はベース負荷運転時に過剰空気を
要するが、特に低燃料空気比で、希薄予混合燃焼用に設
計された一定形状の燃焼器に拡散燃焼方式を導入すれ
ば、火炎の効率が悪くなると共に燃料の不完全燃焼が起
こるので、未燃炭化水素及び一酸化炭素が排出されると
いうことである。
負荷状態では、比較的低い燃料空気比が用いられるの
で、希薄予混合燃焼方式は不安定且つ低効率になり、希
薄可燃性限度に接近するか、それを超える可能性があ
り、その場合には吹消しが起こる。従って、これらの非
ベース負荷状態では、希薄予混合燃焼方式ではなく、拡
散燃焼方式を用いる必要があることがわかっている。な
ぜなら、拡散燃焼方式は低負荷において、効率と安定性
とが高いからである。即ち、燃料を、例えば希薄予混合
運転用のガッタから、又はガッタのハブから直接流れ内
に噴射し得る。しかしながら、もし拡散燃焼方式を、希
薄予混合燃焼用に設計された形状の装置に用いれば、噴
射燃料は希薄予混合運転に要する過剰空気に混入し、そ
の結果、一酸化炭素と未燃炭化水素とを含んでいる放出
物が生ずる。従って、本発明の進展中にわかったこと
は、希薄予混合燃焼器はベース負荷運転時に過剰空気を
要するが、特に低燃料空気比で、希薄予混合燃焼用に設
計された一定形状の燃焼器に拡散燃焼方式を導入すれ
ば、火炎の効率が悪くなると共に燃料の不完全燃焼が起
こるので、未燃炭化水素及び一酸化炭素が排出されると
いうことである。
【０００６】
【発明の概要】本発明によれば、希薄予混合式燃焼装置
の保炎のための形状を利用し、拡散燃焼方式を用いて非
ベース負荷過程又は低負荷燃焼過程を改善するような流
れ状態を燃焼器内に生成する。本発明では、これを達成
するために、希薄予混合燃焼方式で保炎に用いられるガ
ッタを通り過ぎる全流の一部のみをそれぞれが含んでい
る個別の流界（flow field）に燃焼器を通る流れを分離
し、そして限られた数の個別の流界内で拡散燃焼方式を
用いる。これは、局所的に比較的高い燃料空気比を生ず
ることにより、点火と低燃料空気比の燃焼とを助長し、
すべての空気が燃焼に直接関与する場合よりも高温且つ
完全な燃焼の発生を可能にする。局所的に比較的高温の
燃焼は、一酸化炭素及び未燃炭化水素の放出量を少なく
すると共に、火炎安定性を保つ。即ち、本発明は、希薄
予混合燃焼方式において保炎のために採用されているガ
ッタを、個別流界を設定するために用いており、これら
の流界は、希薄予混合燃焼用の一定形状の燃焼器内で拡
散燃焼方式を用いるときに、火炎安定性と比較的高い燃
焼効率とをもたらすものである。
の保炎のための形状を利用し、拡散燃焼方式を用いて非
ベース負荷過程又は低負荷燃焼過程を改善するような流
れ状態を燃焼器内に生成する。本発明では、これを達成
するために、希薄予混合燃焼方式で保炎に用いられるガ
ッタを通り過ぎる全流の一部のみをそれぞれが含んでい
る個別の流界（flow field）に燃焼器を通る流れを分離
し、そして限られた数の個別の流界内で拡散燃焼方式を
用いる。これは、局所的に比較的高い燃料空気比を生ず
ることにより、点火と低燃料空気比の燃焼とを助長し、
すべての空気が燃焼に直接関与する場合よりも高温且つ
完全な燃焼の発生を可能にする。局所的に比較的高温の
燃焼は、一酸化炭素及び未燃炭化水素の放出量を少なく
すると共に、火炎安定性を保つ。即ち、本発明は、希薄
予混合燃焼方式において保炎のために採用されているガ
ッタを、個別流界を設定するために用いており、これら
の流界は、希薄予混合燃焼用の一定形状の燃焼器内で拡
散燃焼方式を用いるときに、火炎安定性と比較的高い燃
焼効率とをもたらすものである。
【０００７】更に詳述すると、ガッタは、互いに反対向
きに回転する同心流の流界を生成するように設けられて
いる。即ち、ガッタは希薄予混合燃焼のために通常の放
射状列をなすように設けられているが、相異なる半径方
向位置で屈曲又は傾斜しており、互いに反対向きの周方
向流れ成分を生成して、それぞれの個別流界を設定す
る。従って、同心の互いに反対向きに回転する旋回流の
場が、燃焼包囲体内に設定される。これらの流れの場、
即ち流界は、流れを相隔てている境界層又はせん断層を
形成している。それ故、全流界の一区域、代表例として
は、半径方向に最も内側の流界内に燃料を直接噴射する
ことができ、こうして、燃焼器を通る全空気流の一部の
みを用いて、全流界の前述の一区域内に拡散燃焼作用を
確保し得る。即ち燃料は、旋回空気の高度の乱流を有し
ている一区域に直接噴射され、この区域は、個別流界間
に設定されたせん断層によって、燃焼器を通る流れの残
部から隔離されている区域である。
きに回転する同心流の流界を生成するように設けられて
いる。即ち、ガッタは希薄予混合燃焼のために通常の放
射状列をなすように設けられているが、相異なる半径方
向位置で屈曲又は傾斜しており、互いに反対向きの周方
向流れ成分を生成して、それぞれの個別流界を設定す
る。従って、同心の互いに反対向きに回転する旋回流の
場が、燃焼包囲体内に設定される。これらの流れの場、
即ち流界は、流れを相隔てている境界層又はせん断層を
形成している。それ故、全流界の一区域、代表例として
は、半径方向に最も内側の流界内に燃料を直接噴射する
ことができ、こうして、燃焼器を通る全空気流の一部の
みを用いて、全流界の前述の一区域内に拡散燃焼作用を
確保し得る。即ち燃料は、旋回空気の高度の乱流を有し
ている一区域に直接噴射され、この区域は、個別流界間
に設定されたせん断層によって、燃焼器を通る流れの残
部から隔離されている区域である。
【０００８】加えて、内側及び外側のガッタの列が同心
で個別の流界をもたらす場合には、一方の流界、即ち半
径方向内側流界はガッタの面積の占める割合が比較的大
きく、従って、燃焼器を通る流れを阻止する度合いが比
較的大きいことを理解されたい。これは、下流流界内の
比較的大きな再循環を可能にし、その結果、火炎安定性
が高まると共に、拡散方式において導入される燃料の燃
焼時間が増す。
で個別の流界をもたらす場合には、一方の流界、即ち半
径方向内側流界はガッタの面積の占める割合が比較的大
きく、従って、燃焼器を通る流れを阻止する度合いが比
較的大きいことを理解されたい。これは、下流流界内の
比較的大きな再循環を可能にし、その結果、火炎安定性
が高まると共に、拡散方式において導入される燃料の燃
焼時間が増す。
【０００９】本発明による一好適実施例において設けら
れているタービン用燃焼器は、タービンのベース負荷運
転時に希薄な予混合された燃料及び空気の流れを受け入
れると共に燃焼域内で燃焼させて少量の放出物を生成す
る包囲体と、包囲体内で燃焼域の上流に設けられている
ガッタとを備えている。ガッタは細長い頂部と、その頂
部から末広になっている表面とを有しており、これらの
表面は包囲体内で下流方向に延在しており、空燃予混合
気の燃焼時に燃焼域内の火炎を安定化する。これらのガ
ッタは、包囲体を通る流れをガッタの列の下流において
少なくとも２つの個別流界に隔離し、そして各流界にガ
ッタを通り過ぎる全流の一部を含めるように形成され且
つ設けられている。又、非ベース負荷運転状態でのター
ビン運転中に、燃料を個別流界の少なくとも１つに導入
する手段が設けられており、１つの個別流体流界内で拡
散方式により、局所的に比較的高い燃料空気比で燃焼を
発生させて、非ベース負荷状態で比較的高温且つ比較的
完全な燃焼を可能にする。
れているタービン用燃焼器は、タービンのベース負荷運
転時に希薄な予混合された燃料及び空気の流れを受け入
れると共に燃焼域内で燃焼させて少量の放出物を生成す
る包囲体と、包囲体内で燃焼域の上流に設けられている
ガッタとを備えている。ガッタは細長い頂部と、その頂
部から末広になっている表面とを有しており、これらの
表面は包囲体内で下流方向に延在しており、空燃予混合
気の燃焼時に燃焼域内の火炎を安定化する。これらのガ
ッタは、包囲体を通る流れをガッタの列の下流において
少なくとも２つの個別流界に隔離し、そして各流界にガ
ッタを通り過ぎる全流の一部を含めるように形成され且
つ設けられている。又、非ベース負荷運転状態でのター
ビン運転中に、燃料を個別流界の少なくとも１つに導入
する手段が設けられており、１つの個別流体流界内で拡
散方式により、局所的に比較的高い燃料空気比で燃焼を
発生させて、非ベース負荷状態で比較的高温且つ比較的
完全な燃焼を可能にする。
【００１０】本発明による他の好適な実施例において設
けられているタービン用燃焼器は、タービンのベース負
荷運転時に希薄な予混合された燃料及び空気の流れを受
け入れると共に燃焼域内で燃焼させて少量の放出物を生
成する包囲体と、包囲体内にあり、空燃予混合気の燃焼
時に燃焼域内の火炎を安定化する手段と、それぞれが包
囲体を通る全流の一部を含んでいる少なくとも２つの個
別流界に包囲体を通る流れを隔離する手段とを備えてい
る。又、非ベース負荷状態でのタービン運転中に、燃料
を個別流界の少なくとも１つに導入する手段が設けられ
ており、少なくとも１つの個別流体流界内で拡散方式に
より、局所的に比較的高い燃料空気比で燃焼を発生させ
て、ベースラインより低い運転状態で比較的高温且つ比
較的完全な燃焼を可能にする。
けられているタービン用燃焼器は、タービンのベース負
荷運転時に希薄な予混合された燃料及び空気の流れを受
け入れると共に燃焼域内で燃焼させて少量の放出物を生
成する包囲体と、包囲体内にあり、空燃予混合気の燃焼
時に燃焼域内の火炎を安定化する手段と、それぞれが包
囲体を通る全流の一部を含んでいる少なくとも２つの個
別流界に包囲体を通る流れを隔離する手段とを備えてい
る。又、非ベース負荷状態でのタービン運転中に、燃料
を個別流界の少なくとも１つに導入する手段が設けられ
ており、少なくとも１つの個別流体流界内で拡散方式に
より、局所的に比較的高い燃料空気比で燃焼を発生させ
て、ベースラインより低い運転状態で比較的高温且つ比
較的完全な燃焼を可能にする。
【００１１】本発明による他の好適な実施例では、ター
ビン用燃焼器を動作させる次のような方法が提供され
る。即ち、この方法は、包囲体と、燃焼域と、燃焼域の
上流に配列されているガッタとを有している燃焼器を設
ける段階と、ベース負荷状態で希薄予混合式低放出量タ
ービン運転をもたらすべく燃焼域内で燃焼を起こすよう
に、希薄な予混合された燃料及び空気の流れをガッタの
列を通り過ぎるように供給する段階と、それぞれがガッ
タの列を通り過ぎる全流の一部を含んでいる少なくとも
２つの個別流界を包囲体内にガッタの列の下流に形成す
る段階と、１つの隔離燃焼域を形成すべく、これらの流
界を互いに隔離する段階と、隔離燃焼域内に局所的に比
較的高い燃料空気比を発生させるべく、非ベース負荷運
転状態で燃料を隔離燃焼域内に供給して、すべての流れ
が全燃焼域内の燃焼に関与する場合よりも高温且つ完全
な燃焼を隔離燃焼域内で可能にする段階とを備えてい
る。
ビン用燃焼器を動作させる次のような方法が提供され
る。即ち、この方法は、包囲体と、燃焼域と、燃焼域の
上流に配列されているガッタとを有している燃焼器を設
ける段階と、ベース負荷状態で希薄予混合式低放出量タ
ービン運転をもたらすべく燃焼域内で燃焼を起こすよう
に、希薄な予混合された燃料及び空気の流れをガッタの
列を通り過ぎるように供給する段階と、それぞれがガッ
タの列を通り過ぎる全流の一部を含んでいる少なくとも
２つの個別流界を包囲体内にガッタの列の下流に形成す
る段階と、１つの隔離燃焼域を形成すべく、これらの流
界を互いに隔離する段階と、隔離燃焼域内に局所的に比
較的高い燃料空気比を発生させるべく、非ベース負荷運
転状態で燃料を隔離燃焼域内に供給して、すべての流れ
が全燃焼域内の燃焼に関与する場合よりも高温且つ完全
な燃焼を隔離燃焼域内で可能にする段階とを備えてい
る。
【００１２】本発明による他の好適な実施例では、ター
ビン用燃焼器を動作させる次のような方法が提供され
る。即ち、この方法は、包囲体と、燃焼域とを有してい
る燃焼器を設ける段階と、ベース負荷状態で希薄予混合
式低放出量タービン運転をもたらすべく燃焼域内で燃焼
を起こすように、希薄な予混合された燃料及び空気の流
れを燃焼域内に供給する段階と、それぞれが包囲体を通
る全流の一部を含んでいる少なくとも２つの個別流界を
包囲体内に形成する段階と、隔離燃焼域を形成すべく、
これらの流界を互いに隔離する段階と、隔離燃焼域内に
局所的に比較的高い燃料空気比を発生させるべく、非ベ
ース負荷運転状態で燃料を隔離燃焼域内に供給して、す
べての流れが全燃焼域内の燃焼に関与する場合よりも高
温且つ完全な燃焼を隔離燃焼域内で可能にする段階とを
備えている。
ビン用燃焼器を動作させる次のような方法が提供され
る。即ち、この方法は、包囲体と、燃焼域とを有してい
る燃焼器を設ける段階と、ベース負荷状態で希薄予混合
式低放出量タービン運転をもたらすべく燃焼域内で燃焼
を起こすように、希薄な予混合された燃料及び空気の流
れを燃焼域内に供給する段階と、それぞれが包囲体を通
る全流の一部を含んでいる少なくとも２つの個別流界を
包囲体内に形成する段階と、隔離燃焼域を形成すべく、
これらの流界を互いに隔離する段階と、隔離燃焼域内に
局所的に比較的高い燃料空気比を発生させるべく、非ベ
ース負荷運転状態で燃料を隔離燃焼域内に供給して、す
べての流れが全燃焼域内の燃焼に関与する場合よりも高
温且つ完全な燃焼を隔離燃焼域内で可能にする段階とを
備えている。
【００１３】
【発明の目的】従って、本発明の主目的は、本発明を適
用しなければ希薄予混合式であるようなガッタ保炎燃焼
装置の形状を利用して、非ベース負荷状態での拡散燃焼
モード運転時の燃焼過程を改善することにより、ベース
負荷運転状態での希薄予混合ガッタ保炎燃焼用に設計さ
れたタービン用燃焼器の運転を簡便にする新規で改良さ
れた装置及び方法を提供することである。
用しなければ希薄予混合式であるようなガッタ保炎燃焼
装置の形状を利用して、非ベース負荷状態での拡散燃焼
モード運転時の燃焼過程を改善することにより、ベース
負荷運転状態での希薄予混合ガッタ保炎燃焼用に設計さ
れたタービン用燃焼器の運転を簡便にする新規で改良さ
れた装置及び方法を提供することである。
【００１４】本発明の上述及び他の目的及び利点は、以
下の詳述及び図面から更に明らかとなろう。
下の詳述及び図面から更に明らかとなろう。
【００１５】
【実施例の記載】次に、本発明の好適な実施例を図面に
より詳述する。図１には従来の燃焼器が示されており、
この燃焼器は、総体的に筒形のハウジング１０を具備し
ており、ハウジング１０は、燃料噴射器として設け得る
中央管１２と、半径方向に延在していると共に周方向に
相隔たっている複数の概してＶ形のガッタ１４とを有し
ている。ガッタ１４は真っ直ぐな矢印で示す空気流内に
配置されている。希薄予混合燃焼用に設計された燃焼器
におけるＶ形ガッタは、上流向きの頂部を有しており、
Ｖ形ガッタの両脚部は、頂部から相反する周方向且つ下
流方向に同角度で延在しており、ガッタの下流に乱流状
の伴流を生成し、保炎用の再循環域を設定する。予混合
された燃料及び空気は、包囲体１０内の管１２の外側の
区域内にある任意の適当な手段によって、又は管１２内
から、若しくはその両方によって、ガッタの上流に送り
出される。このとき、希薄予混合燃焼がガッタの下流の
燃焼域内で発生する。前述のように、希薄予混合燃焼モ
ードは、ベース負荷運転時に効率が高く、放出量が少な
い。しかしながら、非ベース負荷運転では、装置の一定
形状が効率の低下と、放出量の増加とをもたらし易い。
より詳述する。図１には従来の燃焼器が示されており、
この燃焼器は、総体的に筒形のハウジング１０を具備し
ており、ハウジング１０は、燃料噴射器として設け得る
中央管１２と、半径方向に延在していると共に周方向に
相隔たっている複数の概してＶ形のガッタ１４とを有し
ている。ガッタ１４は真っ直ぐな矢印で示す空気流内に
配置されている。希薄予混合燃焼用に設計された燃焼器
におけるＶ形ガッタは、上流向きの頂部を有しており、
Ｖ形ガッタの両脚部は、頂部から相反する周方向且つ下
流方向に同角度で延在しており、ガッタの下流に乱流状
の伴流を生成し、保炎用の再循環域を設定する。予混合
された燃料及び空気は、包囲体１０内の管１２の外側の
区域内にある任意の適当な手段によって、又は管１２内
から、若しくはその両方によって、ガッタの上流に送り
出される。このとき、希薄予混合燃焼がガッタの下流の
燃焼域内で発生する。前述のように、希薄予混合燃焼モ
ードは、ベース負荷運転時に効率が高く、放出量が少な
い。しかしながら、非ベース負荷運転では、装置の一定
形状が効率の低下と、放出量の増加とをもたらし易い。
【００１６】本発明によれば、図２(A) 〜図２(D) 及び
図３に示すように、一定形状の希薄予混合燃焼装置が設
けられており、この燃焼装置は、ベース負荷状態で高効
率且つ低放出量で動作可能であり、しかも非ベース負
荷、例えばベース負荷より低い負荷の運転状態で、拡散
方式による燃焼を可能にするので、燃焼効率及び放出量
がかなり改善される。これを達成するため、特に図２
(B) 及び図３に示すように、概して筒形の包囲体２０
と、後述のように燃料噴射に用い得る軸方向に延在して
いる中央管２２と、半径方向に延在していると共に周方
向に相隔たっている複数のＶ形ガッタ２６及び２８とを
有している燃焼器が設けられている。Ｖ形ガッタ２６及
び２８は、半径方向に内側の列及び外側の列をなすよう
にそれぞれ配列されている。ガッタ２６及び２８の各々
は、概してＶ形の形状に形成されており、頂部３０（図
２(A) ）と、この頂部から、包囲体２０を通る流れの下
流方向に延在している一対の脚部３２及び３４とを有し
ている。しかしながら、内側の列のＶ形ガッタ２６は、
次のように、即ち、その脚部３４が流れの軸方向に対し
てある角度をなして延在しており、その角度が他の脚部
３２が流れの軸方向に対してなしている角度より大きい
ように傾斜している。特定の好適な実施例では、内側の
列のＶ形ガッタ２６の脚部３２は、流れの軸方向とほぼ
平行に延在している。
図３に示すように、一定形状の希薄予混合燃焼装置が設
けられており、この燃焼装置は、ベース負荷状態で高効
率且つ低放出量で動作可能であり、しかも非ベース負
荷、例えばベース負荷より低い負荷の運転状態で、拡散
方式による燃焼を可能にするので、燃焼効率及び放出量
がかなり改善される。これを達成するため、特に図２
(B) 及び図３に示すように、概して筒形の包囲体２０
と、後述のように燃料噴射に用い得る軸方向に延在して
いる中央管２２と、半径方向に延在していると共に周方
向に相隔たっている複数のＶ形ガッタ２６及び２８とを
有している燃焼器が設けられている。Ｖ形ガッタ２６及
び２８は、半径方向に内側の列及び外側の列をなすよう
にそれぞれ配列されている。ガッタ２６及び２８の各々
は、概してＶ形の形状に形成されており、頂部３０（図
２(A) ）と、この頂部から、包囲体２０を通る流れの下
流方向に延在している一対の脚部３２及び３４とを有し
ている。しかしながら、内側の列のＶ形ガッタ２６は、
次のように、即ち、その脚部３４が流れの軸方向に対し
てある角度をなして延在しており、その角度が他の脚部
３２が流れの軸方向に対してなしている角度より大きい
ように傾斜している。特定の好適な実施例では、内側の
列のＶ形ガッタ２６の脚部３２は、流れの軸方向とほぼ
平行に延在している。
【００１７】同様に、半径方向に外側の列のＶ形ガッタ
２８は、流れの方向に対してある角度だけずれている脚
部を有している。詳述すると、外側の列のガッタ２８で
は、各ガッタの脚部３２は脚部３４より流れの軸方向に
対して大きな角度で延在しており、脚部３４は好ましく
は、流れの軸方向とほぼ平行に延在している。即ち、Ｖ
形ガッタ２６及び２８は、内側及び外側のガッタが次の
ような脚部、即ち、Ｖ形ガッタの他の脚部より流れの軸
方向に対して大きな角度をなして、互いに反対向きに延
在している脚部を有するように設けられている。脚部を
このように傾けることにより、ガッタは、流れの軸方向
に対するそれらの傾斜の結果として、ガッタの下流にお
ける流れの周方向を表す矢印Ａ及びＢで示すように、相
反する周方向の流れ成分を生成するように形成され且つ
配置されている。その結果、互いに反対向きに回転する
２つの隔離されている同心流の流界又は流域が、ガッタ
の下流に形成されており、各流界はガッタを通り過ぎる
全流の一部を含んでいる。構造上の目的で、中間部２４
が内側の列のガッタ２６の外端の周囲と、外側の列のガ
ッタ２８の内端とに設けられていることを理解された
い。
２８は、流れの方向に対してある角度だけずれている脚
部を有している。詳述すると、外側の列のガッタ２８で
は、各ガッタの脚部３２は脚部３４より流れの軸方向に
対して大きな角度で延在しており、脚部３４は好ましく
は、流れの軸方向とほぼ平行に延在している。即ち、Ｖ
形ガッタ２６及び２８は、内側及び外側のガッタが次の
ような脚部、即ち、Ｖ形ガッタの他の脚部より流れの軸
方向に対して大きな角度をなして、互いに反対向きに延
在している脚部を有するように設けられている。脚部を
このように傾けることにより、ガッタは、流れの軸方向
に対するそれらの傾斜の結果として、ガッタの下流にお
ける流れの周方向を表す矢印Ａ及びＢで示すように、相
反する周方向の流れ成分を生成するように形成され且つ
配置されている。その結果、互いに反対向きに回転する
２つの隔離されている同心流の流界又は流域が、ガッタ
の下流に形成されており、各流界はガッタを通り過ぎる
全流の一部を含んでいる。構造上の目的で、中間部２４
が内側の列のガッタ２６の外端の周囲と、外側の列のガ
ッタ２８の内端とに設けられていることを理解された
い。
【００１８】図２(B) 及び図３を参照すると、Ｖ形ガッ
タの配向及び配列により生ずる周方向に互いに反対向き
に回転する同心流は、Ｖ形ガッタの下流の両同心流の間
に境界層又はせん断層Ｉを生成する。即ち、それぞれが
ガッタを通り過ぎる全流の一部を含んでいるような相隔
たっている２つの個別流界が、ガッタ２６及び２８の下
流に存在している。
タの配向及び配列により生ずる周方向に互いに反対向き
に回転する同心流は、Ｖ形ガッタの下流の両同心流の間
に境界層又はせん断層Ｉを生成する。即ち、それぞれが
ガッタを通り過ぎる全流の一部を含んでいるような相隔
たっている２つの個別流界が、ガッタ２６及び２８の下
流に存在している。
【００１９】全体的に傾斜した形状の内側及び外側の列
のガッタ２６及び２８は、希薄予混合燃焼方式を用いる
従来の燃焼装置におけるＶ形ガッタとほぼ同様に機能す
る。即ち、内側及び外側の両列のＶ形ガッタの各々は、
ガッタの下流に再循環する乱流状の伴流を生成し、この
伴流は保炎に役立つ。希薄予混合方式において、互いに
反対向きに回転する流れの旋回作用は、希薄予混合燃焼
過程に悪影響を及ぼさない。本発明によりＶ形ガッタを
傾けることにより、非ベース負荷運転状態で拡散燃焼方
式の使用が望ましいときの燃焼過程が改善される。せん
断層Ｉは、個別流界を構成している２つの同心域を隔離
している。従って、非ベース負荷運転状態では、内側の
列のガッタ２６と外側の列のガッタ２８とによってそれ
ぞれ画成されている個別流界又は流域の１つにおける拡
散燃焼モードの燃焼のために、燃料を中央管２２から直
接空気流に噴射し得る。後述の理由で、燃料は好ましく
は、内側の列のガッタ２６によって画成されている区域
内に噴射される。拡散燃焼モードにおいて、保炎はＶ形
ガッタによって促進される。重要なことは、局所的に比
較的高い燃料空気比が、包囲体を通る全空気流の一部の
みにおいて発生することであり、これにより、包囲体２
０を通流するすべての空気が燃焼に直接関与する場合よ
りも高温且つ完全な燃焼が発生し得る。比較的高い局在
火炎温度は、一酸化炭素及び未燃炭化水素の放出量を少
なくする。拡散燃焼モードは、希薄予混合燃焼モードで
の運転時に用いる全燃焼域の一部のみにおいて、隔離燃
焼域を設定することに注意されたい。いずれの燃焼モー
ドの運転にも、燃焼装置の形状の変更は必要でない。
のガッタ２６及び２８は、希薄予混合燃焼方式を用いる
従来の燃焼装置におけるＶ形ガッタとほぼ同様に機能す
る。即ち、内側及び外側の両列のＶ形ガッタの各々は、
ガッタの下流に再循環する乱流状の伴流を生成し、この
伴流は保炎に役立つ。希薄予混合方式において、互いに
反対向きに回転する流れの旋回作用は、希薄予混合燃焼
過程に悪影響を及ぼさない。本発明によりＶ形ガッタを
傾けることにより、非ベース負荷運転状態で拡散燃焼方
式の使用が望ましいときの燃焼過程が改善される。せん
断層Ｉは、個別流界を構成している２つの同心域を隔離
している。従って、非ベース負荷運転状態では、内側の
列のガッタ２６と外側の列のガッタ２８とによってそれ
ぞれ画成されている個別流界又は流域の１つにおける拡
散燃焼モードの燃焼のために、燃料を中央管２２から直
接空気流に噴射し得る。後述の理由で、燃料は好ましく
は、内側の列のガッタ２６によって画成されている区域
内に噴射される。拡散燃焼モードにおいて、保炎はＶ形
ガッタによって促進される。重要なことは、局所的に比
較的高い燃料空気比が、包囲体を通る全空気流の一部の
みにおいて発生することであり、これにより、包囲体２
０を通流するすべての空気が燃焼に直接関与する場合よ
りも高温且つ完全な燃焼が発生し得る。比較的高い局在
火炎温度は、一酸化炭素及び未燃炭化水素の放出量を少
なくする。拡散燃焼モードは、希薄予混合燃焼モードで
の運転時に用いる全燃焼域の一部のみにおいて、隔離燃
焼域を設定することに注意されたい。いずれの燃焼モー
ドの運転にも、燃焼装置の形状の変更は必要でない。
【００２０】本発明の利点は又、外側の列のガッタによ
って生ずる流界におけるよりむしろ内側の列のガッタに
よって生ずる隔離された流界において、拡散燃焼モード
を適用することにより得られる。燃焼器の軸線に沿った
区域でガッタ面積の占有割合が大きいので、内側の列の
ガッタは空気流を遮断する度合いが比較的高く、従っ
て、その区域で、燃焼器を通る流れの再循環が多大にな
る。この再循環は拡散燃焼モードの燃焼中に導入される
燃料の燃焼時間を増す。しかしながら、反対の形状を用
いてもよいこと、即ち、隔離された外側流界における遮
断の度合いを高めることにより、即ち、最外列のＶ形ガ
ッタ２８の数若しくは面積のいずれか、又は両方を増す
ことにより、隔離された外側流界において拡散燃焼モー
ドを適用できることを理解されたい。
って生ずる流界におけるよりむしろ内側の列のガッタに
よって生ずる隔離された流界において、拡散燃焼モード
を適用することにより得られる。燃焼器の軸線に沿った
区域でガッタ面積の占有割合が大きいので、内側の列の
ガッタは空気流を遮断する度合いが比較的高く、従っ
て、その区域で、燃焼器を通る流れの再循環が多大にな
る。この再循環は拡散燃焼モードの燃焼中に導入される
燃料の燃焼時間を増す。しかしながら、反対の形状を用
いてもよいこと、即ち、隔離された外側流界における遮
断の度合いを高めることにより、即ち、最外列のＶ形ガ
ッタ２８の数若しくは面積のいずれか、又は両方を増す
ことにより、隔離された外側流界において拡散燃焼モー
ドを適用できることを理解されたい。
【００２１】以上、本発明の最適な実施例と考えられる
ものについて説明したが、本発明は、開示した実施例に
限定されるものではなく、本発明の範囲内で様々な改変
及び対等な構成が可能であることを理解されたい。
ものについて説明したが、本発明は、開示した実施例に
限定されるものではなく、本発明の範囲内で様々な改変
及び対等な構成が可能であることを理解されたい。
【図１】先行技術の燃焼器の概略を示す縦断面図であ
る。
る。
【図２】図２(A) は半径方向に延在しているガッタの、
図３の線２Ａ−２Ａにほぼ沿った端面図であって、空気
流をそらせて周方向の流れ成分を生成するための流れ内
のガッタの位置を示す図であり、図２(B) は図３に示す
燃焼器の線２Ｂ−２Ｂにほぼ沿った断面端面図であっ
て、非ベース負荷運転状態での燃焼改善のために流界を
隔離する本発明による旋回ガッタの構成を示す図であ
り、図２(C) 及び図２(D) はそれぞれ図２(B) の線２Ｃ
−２Ｃ及び線２Ｄ−２Ｄにほぼ沿った断面図であって、
ガッタを示す図である。
図３の線２Ａ−２Ａにほぼ沿った端面図であって、空気
流をそらせて周方向の流れ成分を生成するための流れ内
のガッタの位置を示す図であり、図２(B) は図３に示す
燃焼器の線２Ｂ−２Ｂにほぼ沿った断面端面図であっ
て、非ベース負荷運転状態での燃焼改善のために流界を
隔離する本発明による旋回ガッタの構成を示す図であ
り、図２(C) 及び図２(D) はそれぞれ図２(B) の線２Ｃ
−２Ｃ及び線２Ｄ−２Ｄにほぼ沿った断面図であって、
ガッタを示す図である。
【図３】図３は図１と同様の図であって、燃焼器におけ
る本発明による旋回ガッタの構成を示す図である。
る本発明による旋回ガッタの構成を示す図である。
２０ 包囲体 ２２ 中央管 ２４ 中間部 ２６ 内側配列Ｖ形ガッタ ２８ 外側配列Ｖ形ガッタ Ｉ せん断層（境界層）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バーナード・アンドレ・ティバールト，ジ ュニア アメリカ合衆国、ニューヨーク州、クリフ トン・パーク、サキソニイ・ストリート、 ９番
Claims (9)
- 【請求項１】 タービンのベース負荷運転時に希薄な予
混合された燃料及び空気の流れを受け入れると共に燃焼
域内で燃焼させて少量の放出物を生成する包囲体と、 該包囲体内にあり、前記予混合された燃料及び空気の燃
焼時に前記燃焼域内の火炎を安定化する手段と、 それぞれが前記包囲体を通る全流の一部を含んでいる少
なくとも２つの個別流界に前記包囲体を通る流れを隔離
する手段と、 非ベース負荷運転状態で比較的高温且つ比較的完全な燃
焼を可能にすべく、少なくとも１つの前記個別流体流界
内で拡散方式により局所的に比較的高い燃料空気比で燃
焼を発生させるように、前記非ベース負荷状態でのター
ビン運転中に前記個別流界の少なくとも１つに燃料を導
入する手段とを備えたタービン用燃焼器。 - 【請求項２】 前記隔離手段は、前記１つの流界を画成
すべく前記包囲体を通る流れの軸線を中心として周方向
の流れ成分を生成するように設けられている請求項１に
記載の燃焼器。 - 【請求項３】 前記隔離手段は、２つの個別流界を画成
すべく前記包囲体を通る流れの軸線を中心として反対向
きの周方向の流れ成分を生成するように前記包囲体内に
配向されており、前記１つの流界は、前記２つの個別流
界の１つを含んでいる請求項１に記載の燃焼器。 - 【請求項４】 前記隔離手段は、前記両流界を互いに実
質的に隔離するせん断流層を反対向きの流れの間に生成
すべく、前記両個別流界が互いに実質的に同心であると
共に互いに境を接しているように設けられている請求項
３に記載の燃焼器。 - 【請求項５】 前記燃料導入手段は、前記両同心流界の
うちの半径方向に内側の流界内に燃料を導入している請
求項４に記載の燃焼器。 - 【請求項６】 包囲体と燃焼域とを有している燃焼器を
設ける段階と、 ベース負荷状態で希薄予混合式低放出量タービン運転を
もたらすべく、前記燃焼域内で燃焼を起こすように、希
薄な予混合された燃料及び空気の流れを前記燃焼域内に
供給する段階と、 それぞれが前記包囲体を通る全流の一部を含んでいる少
なくとも２つの個別流界を前記包囲体内に形成する段階
と、 隔離燃焼域を形成すべく、前記流界を隔離する段階と、 前記隔離燃焼域内に局所的に比較的高い燃料空気比を発
生させるべく、非ベース負荷運転状態で燃料を前記隔離
燃焼域内に送給して、すべての流れが全燃焼域内の燃焼
に関与する場合よりも高温且つ完全な燃焼を前記隔離燃
焼域内で可能にする段階とを備えたタービン用燃焼器を
動作させる方法。 - 【請求項７】 前記形成段階は、周方向の流れに対する
各流界の成分を生成する段階を含んでいる請求項６に記
載の方法。 - 【請求項８】 前記形成段階は、互いに反対向きの周方
向の流れに対する前記流界の成分を生成する段階を含ん
でいる請求項６に記載の方法。 - 【請求項９】 前記隔離段階は、一方の流界を他方の流
界から隔離すべく、前記２つの流界の間にせん断境界を
形成する段階を含んでいる請求項６に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/851,776 US5267851A (en) | 1992-03-16 | 1992-03-16 | Swirl gutters for isolating flow fields for combustion enhancement at non-baseload operating conditions |
| US851776 | 1992-03-16 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0618035A true JPH0618035A (ja) | 1994-01-25 |
Family
ID=25311653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5048467A Withdrawn JPH0618035A (ja) | 1992-03-16 | 1993-03-10 | タービン用燃焼器及びタービン用燃焼器を動作させる方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5267851A (ja) |
| EP (1) | EP0561591A3 (ja) |
| JP (1) | JPH0618035A (ja) |
| KR (1) | KR930019990A (ja) |
| CN (1) | CN1080044A (ja) |
| NO (1) | NO930928L (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| CH687832A5 (de) * | 1993-04-08 | 1997-02-28 | Asea Brown Boveri | Brennstoffzufuehreinrichtung fuer Brennkammer. |
| CH687347A5 (de) * | 1993-04-08 | 1996-11-15 | Abb Management Ag | Wärmeerzeuger. |
| US5487274A (en) * | 1993-05-03 | 1996-01-30 | General Electric Company | Screech suppressor for advanced low emissions gas turbine combustor |
| US5435126A (en) * | 1994-03-14 | 1995-07-25 | General Electric Company | Fuel nozzle for a turbine having dual capability for diffusion and premix combustion and methods of operation |
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| US6301875B1 (en) * | 2000-05-31 | 2001-10-16 | Coen Company, Inc. | Turbine exhaust gas duct heater |
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| CN103134078B (zh) * | 2011-11-25 | 2015-03-25 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种阵列驻涡燃料-空气预混器 |
| KR102005545B1 (ko) * | 2013-08-12 | 2019-07-30 | 한화에어로스페이스 주식회사 | 선회기 |
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| CN105953241A (zh) * | 2016-05-30 | 2016-09-21 | 江苏沃尔特环保有限公司 | 一种高效燃烧的内燃式沼气焚烧火炬 |
| CN105953242A (zh) * | 2016-05-30 | 2016-09-21 | 江苏沃尔特环保有限公司 | 一种内燃式沼气焚烧火炬 |
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