JPH0618038A - Combustor for gas turbine and method of operating the same - Google Patents

Combustor for gas turbine and method of operating the same

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JPH0618038A
JPH0618038A JP4173101A JP17310192A JPH0618038A JP H0618038 A JPH0618038 A JP H0618038A JP 4173101 A JP4173101 A JP 4173101A JP 17310192 A JP17310192 A JP 17310192A JP H0618038 A JPH0618038 A JP H0618038A
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pilot
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Abstract

PURPOSE:To enable stable operation over a long period of time by suppressing generation of NOx and CO to an exceedingly low level in full load range including rated load and partial load in a gas turbine and maintaining stable condition of combustion in a full range of operation. CONSTITUTION:A combustor liner 25 is received in a combustor containing casing 23, and a main burner and a pilot burner 33, respectively, are provided on a head portion 25a of the combustor liner 25. The pilot burner 33 comprises a diffusion combustion burner 36 and a plurality of premix lean combustion burners 37 disposed on the outer peripheral portion of the diffusion combustion burner 36.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は燃料を空気と予混合して
燃焼させるガスタービン用の燃焼器に係り、特に低NO
x 化を図ったガスタービン燃焼器およびその運転方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas turbine combustor for premixing fuel with air for combustion, and particularly to a low NO
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a gas turbine combustor designed to be x and an operating method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料と空気の当量比が1.0に近い燃焼
域では、燃焼温度が局所的に高温になり、多量のNOx
が発生するので、NOx の発生を抑制する手段として当
量比を下げた予混合稀薄燃焼方式が採られているが、こ
の燃焼方式のみでは燃焼が不安定になるので、拡散燃焼
方式と組み合せた2段燃焼方式が採用されている。
2. Description of the Related Art In a combustion region where the equivalence ratio of fuel and air is close to 1.0, the combustion temperature locally rises and a large amount of NOx is generated.
Therefore, the premixed lean combustion method with a reduced equivalence ratio is adopted as a means for suppressing the generation of NOx. However, since combustion is unstable only with this combustion method, it has been combined with the diffusion combustion method. The staged combustion method is adopted.

【0003】2段燃焼方式を適用した従来のガスタービ
ン燃焼器としては、例えば、特開平2−309123号
公報等に開示したものがある。
A conventional gas turbine combustor to which the two-stage combustion system is applied is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-309123.

【0004】このガスタービン燃焼器1は図9に示すよ
うに構成され、図示しないガスタービンと圧縮機2との
間に配置される。圧縮機2で圧縮された吐出空気をガス
タービン燃焼器1の燃焼器ライナ3内の燃焼室4に案内
し、この燃焼室4で燃料と混合させて燃焼し、その燃焼
ガスをトランジションピース5を介してガスタービンに
案内し、このガスタービンを駆動させて仕事をするよう
になっている。
The gas turbine combustor 1 is constructed as shown in FIG. 9, and is arranged between a gas turbine (not shown) and the compressor 2. The discharge air compressed by the compressor 2 is guided to the combustion chamber 4 in the combustor liner 3 of the gas turbine combustor 1, mixed with fuel in the combustion chamber 4 and burned, and the combustion gas is transferred to the transition piece 5. It guides to a gas turbine through and drives this gas turbine to work.

【0005】ガスタービン燃焼器1はガスタービンケー
シング6にスリーブケーシング7を介して取り付けら
れ、このスリーブケーシング7のフランジ部にヘッドプ
レート8が装着される。ヘッドプレート8とスリーブケ
ーシング7の間に圧縮機2からの吐出空気を案内するフ
ロースリーブ9が設けられる。
The gas turbine combustor 1 is attached to a gas turbine casing 6 via a sleeve casing 7, and a head plate 8 is attached to a flange portion of the sleeve casing 7. A flow sleeve 9 for guiding the discharge air from the compressor 2 is provided between the head plate 8 and the sleeve casing 7.

【0006】ヘッドプレート8には、拡散燃焼方式のパ
イロットバーナ10が取り付けられる一方、このパイロ
ットバーナ10の外周部に予混合稀薄燃焼方式のメイン
バーナ11が設けられる。
A diffusion burn type pilot burner 10 is attached to the head plate 8, and a premixed lean burn type main burner 11 is provided on the outer peripheral portion of the pilot burner 10.

【0007】パイロットバーナ10は先端に圧縮機2か
らの吐出空気を撹拌するスワラ12が設けられ、このス
ワラ12が燃焼器ライナ3の頭部リング13に差し込ま
れる。パイロットバーナ10への燃料Aは外側のフラン
ジ14に接続されるパイロット燃料供給配管(図示せ
ず)により供給される。
The pilot burner 10 is provided at its tip with a swirler 12 for stirring the air discharged from the compressor 2, and the swirler 12 is inserted into the head ring 13 of the combustor liner 3. Fuel A to the pilot burner 10 is supplied by a pilot fuel supply pipe (not shown) connected to the outer flange 14.

【0008】一方、メインバーナ11は予混合稀薄燃焼
式バーナで、パイロットバーナ10の外周側に周方向に
等ピッチに設けられた燃料噴射ノズル15とこの燃料噴
射ノズル15の燃料噴射側に対向して配置される予混合
管16とから構成される。
On the other hand, the main burner 11 is a premixed lean burn type burner, which is opposed to the fuel injection nozzles 15 of the pilot burner 10 which are provided on the outer peripheral side at equal pitches in the circumferential direction and the fuel injection side of this fuel injection nozzle 15. And a premixing pipe 16 arranged in the same manner.

【0009】予混合管16は燃焼器ライナ3とフロース
リーブ9の間に配置され、3つに分かれた予混合燃料の
噴出口16aが燃焼器ライナ3に差し込まれている。予
混合管16の入口部には、ヘッドプレート8の外側に接
続する燃料供給管18から燃料噴射ノズル15を通して
燃料が供給され、パイロットバーナ10とは別系統の燃
料Bが供給される。
The premixing pipe 16 is arranged between the combustor liner 3 and the flow sleeve 9, and a premixed fuel injection port 16 a which is divided into three parts is inserted into the combustor liner 3. Fuel is supplied to the inlet of the premixing pipe 16 from a fuel supply pipe 18 connected to the outside of the head plate 8 through a fuel injection nozzle 15, and a fuel B of a different system from the pilot burner 10 is supplied.

【0010】他方、圧縮機2で圧縮された吐出空気Cは
燃焼器ライナ3とフロースリーブ9の間を通って流れ、
一部は冷却空気C1 として燃焼器ライナ3を冷却し、残
りの一部は燃焼用空気C2 としてパイロットバーナ10
のスワラ12から吹き出され、パイロットバーナ10か
ら噴射された燃料Aと撹拌され、燃焼室4内で燃焼す
る。
On the other hand, the discharge air C compressed by the compressor 2 flows between the combustor liner 3 and the flow sleeve 9,
A part of the cooling air C1 cools the combustor liner 3, and a part of the remaining cooling air C2 serves as the combustion air C2.
Of the swirler 12, is agitated with the fuel A injected from the pilot burner 10, and burns in the combustion chamber 4.

【0011】さらに、残りの吐出空気は予混合用空気C
3 として予混合管16の入口部から流入する。流入した
予混合用空気C3 は燃料噴射ノズル15から噴射された
燃料Bと予混合されて予混合稀薄燃料となり噴出口16
aから燃焼室4に噴出されて燃焼する。このメインバー
ナ11の予混合稀薄燃焼は上流側のパイロットバーナ1
0の燃焼による保炎機能に助けられて燃焼を維持してい
る。
Further, the remaining discharge air is premixed air C.
3 flows in from the inlet of the premixing pipe 16. The inflowing premixed air C3 is premixed with the fuel B injected from the fuel injection nozzle 15 to become a premixed lean fuel, and the injection port 16
It is ejected from a to the combustion chamber 4 and burns. The premixed lean combustion of the main burner 11 is performed by the pilot burner 1 on the upstream side.
The combustion is maintained with the help of the flame holding function by the combustion of zero.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】パイロットバーナ10
に拡散燃焼を、メインバーナ11には予混合稀薄燃焼を
組み合せた2段燃焼方式を従来のガスタービン燃焼器に
採用したものがあり、この2段燃焼方式は通常の拡散燃
焼方式に比べて、大幅な低NOx が図られる優れた燃焼
方式であるが、環境保全の面から、より一層NOx の低
減化が望まれている。
PROBLEM TO BE SOLVED BY THE INVENTION Pilot burner 10
There is a conventional gas turbine combustor that employs a two-stage combustion system that combines diffuse combustion in the main burner 11 and premixed lean combustion in the main burner 11. This two-stage combustion system is Although this is an excellent combustion method that can achieve a significantly low NOx, further reduction of NOx is desired from the viewpoint of environmental protection.

【0013】NOx は燃料の燃焼過程において空気中の
窒素と酸素が反応して発生するが、その発生は局所の燃
焼温度とその温度場での滞留時間に大きく依存してい
る。したがって、NOx を低減するには、まず局所の燃
焼温度をできる限り低くすること、そしてその温度場で
の滞留時間を短かくすることが有効な手段である。
NOx is generated by the reaction of nitrogen and oxygen in the air during the combustion process of fuel, and its generation largely depends on the local combustion temperature and the residence time in the temperature field. Therefore, in order to reduce NOx, it is effective means to lower the local combustion temperature as low as possible and to shorten the residence time in the temperature field.

【0014】滞留時間を短かくするには、ガスタービン
燃焼器1を小さくして燃焼ガスの流速を上げることが効
果的であるが、同時に燃焼負荷率は高くなり、燃焼器ラ
イナ3のメタル温度も高くなるので、ガスタービン燃焼
器1の冷却空気流量を増加させなければならない。その
ために、燃焼用空気が減少したり、あるいは、燃焼用空
気の減少ができない場合には、ガスタービン燃焼器1の
メタル温度が計画値よりも高くなり、ガスタービン燃焼
器1の損傷や寿命の低下をもたらすことになる。
In order to shorten the residence time, it is effective to make the gas turbine combustor 1 small to increase the flow velocity of the combustion gas, but at the same time, the combustion load factor becomes high and the metal temperature of the combustor liner 3 increases. Therefore, the cooling air flow rate of the gas turbine combustor 1 must be increased. Therefore, when the combustion air decreases or when the combustion air cannot be decreased, the metal temperature of the gas turbine combustor 1 becomes higher than the planned value, and damage or life of the gas turbine combustor 1 is reduced. Will cause a decline.

【0015】一方、燃焼温度を下げるとNOx の発生は
指数関数的に減少し、例えば、燃料が天然ガスの場合、
燃料組成のばらつきによっても多少異なるが、燃焼温度
が1700℃前後を境に、この温度よりも高くなるとN
Ox は急激に増加し出し、この温度よりも低くなるとN
Ox は殆ど発生しなくなる。当然、滞留時間にも影響を
受けることが考えられるが、通常のガスタービンに使用
されるガスタービン燃焼器1では、この温度域で滞留時
間は殆ど影響するものではない。
On the other hand, when the combustion temperature is lowered, the generation of NOx decreases exponentially. For example, when the fuel is natural gas,
Depending on the variation in the fuel composition, the combustion temperature will be N700 when the combustion temperature rises above 1700 ° C.
Ox starts to increase rapidly, and when it becomes lower than this temperature, it becomes N
Ox hardly occurs. Of course, the residence time may also be affected, but in the gas turbine combustor 1 used for a normal gas turbine, the residence time hardly affects in this temperature range.

【0016】予混合稀薄燃焼は燃焼前に燃料と空気を予
め混合しておき、予混合の当量比を1.0以下で燃焼さ
せる燃焼方式であるが、当量比を燃焼温度が1700℃
を超えないような値に選定することにより、NOx の発
生を極めて低いレベルに抑えることができる。
Premixed lean combustion is a combustion system in which fuel and air are premixed before combustion and the premixed equivalence ratio is burned at 1.0 or less, but the equivalence ratio is 1700 ° C.
By selecting a value that does not exceed, it is possible to suppress the generation of NOx to an extremely low level.

【0017】前述の拡散燃焼/予混合稀薄燃焼の2段燃
焼方式においても、定格負荷状態では、予混合稀薄燃焼
での燃焼温度が1700℃を超えないように予混合の当
量比が選定されているので、この燃焼でのNOx の発生
は殆どなく、この2段燃焼方式でのNOx の発生は殆ど
が拡散燃焼に依存していることになる。
Even in the above-described two-stage combustion system of diffusion combustion / premixed lean combustion, the equivalent ratio of premixing is selected so that the combustion temperature in premixed lean combustion does not exceed 1700 ° C. under the rated load condition. Therefore, almost no NOx is generated in this combustion, and most NOx generation in this two-stage combustion method depends on diffusion combustion.

【0018】したがって、NOx の低減を図るには、拡
散燃焼と予混合稀薄燃焼に供される燃料流量の割合をN
Ox が発生する拡散燃焼側にはできるだけ少なく、NO
x の発生が殆どない予混合稀薄燃焼側には多くするこ
と、そして拡散燃焼から予混合稀薄燃焼への燃料の切換
をできるだけ低負荷側で行なうことが重要である。
Therefore, in order to reduce NOx, the ratio of the fuel flow rate to be used for diffusion combustion and premixed lean combustion is N
As little as possible on the diffusion combustion side where Ox is generated, NO
It is important to increase the amount on the premixed lean combustion side where x is rarely generated and to switch the fuel from the diffusion combustion to the premixed lean combustion on the low load side as much as possible.

【0019】まず拡散燃焼と予混合稀薄燃焼に供される
燃料流量の割合について述べる。予混合稀薄燃焼の火炎
温度が低いために、予混合稀薄燃焼単独では失火したり
あるいは失火しないまでも不安定燃焼を起こして、燃焼
振動が生じたり、COが多量に発生したりするおそれが
ある。そのために、予混合稀薄燃焼が安定した燃焼状態
を維持できるように、拡散燃焼によって高温の燃焼領域
を形成して予混合稀薄燃焼に対する保炎機能の役目を担
わせる必要がある。このため、拡散燃焼への燃料流量の
割合を過度に低くすることはできない。
First, the ratio of the fuel flow rate used for diffusion combustion and premixed lean combustion will be described. Since the flame temperature of the premixed lean combustion is low, the premixed lean combustion alone may cause misfire, or unstable combustion may occur even if the misfire does not occur, resulting in combustion oscillation and a large amount of CO. . Therefore, in order that the premixed lean combustion can maintain a stable combustion state, it is necessary to form a high-temperature combustion region by diffusion combustion and play a role of a flame holding function for the premixed lean combustion. For this reason, the ratio of the fuel flow rate to diffusion combustion cannot be made too low.

【0020】次に拡散燃焼から予混合稀薄燃焼への燃料
の切換について述べる。
Next, the fuel switching from diffusion combustion to premixed lean combustion will be described.

【0021】切換をできるだけ低負荷側で行なえば、切
換点を最大値とするような部分負荷におけるNOx の発
生を低減できることは言うまでもないが、余りにも低負
荷側で燃料の切換を行なうと、まず拡散燃焼への燃料供
給量が少ないので、拡散燃焼によって形成される高温の
燃焼領域が狭くなり、予混合稀薄燃焼の保炎の役目を充
分に発揮することができなくなる。
Needless to say, if the switching is performed on the low load side as much as possible, it is possible to reduce the generation of NOx in the partial load that maximizes the switching point. Since the amount of fuel supplied to the diffusion combustion is small, the high-temperature combustion region formed by the diffusion combustion becomes narrow, and the flame holding function of the premixed lean combustion cannot be fully exerted.

【0022】図10に示すように、予混合稀薄燃焼にお
いては、予混合燃料の当量比は低くなり過ぎてしまい、
上記の高温の燃焼領域が狭いことと相俟って、予混合稀
薄燃焼は前述と同様、失火したりあるいは失火しないま
でも不安定燃焼を起こして、燃焼振動が生じたり、CO
が多量に発生したりする。したがって、予混合稀薄燃焼
が安定した燃焼状態を維持するためには、拡散燃焼へ最
小限の燃料流量の供給が必要であり、また燃料の切換を
余り低負荷側で行なうことはできなくなる。
As shown in FIG. 10, in the premixed lean combustion, the equivalence ratio of the premixed fuel becomes too low,
In combination with the narrow high-temperature combustion region, the premixed lean combustion causes misfiring or unstable combustion even if the misfiring does not occur, resulting in combustion oscillation, CO
Occurs in large quantities. Therefore, in order to maintain a stable combustion state in the premixed lean combustion, it is necessary to supply the minimum amount of fuel flow to the diffusion combustion, and it becomes impossible to switch the fuel on the low load side.

【0023】予混合稀薄燃焼方式は低NOx 化の手段と
して優れた燃焼方式であるが、予混合管内での逆火の可
能性を持っており、このような逆火現象が発生すると大
きな事故を招き、ガスタービンの運転の信頼性を著しく
低下させることになる。逆火は、燃料組成、温度、当量
比の条件の基で、予混合燃料の流速が火炎伝播速度より
も低くなることによって発生する。このため、予混合管
内の流速は火炎伝播速度よりも速くなるようにすること
が肝要であり、さらに、予混合管16内で局所的に火炎
伝播速度よりも低い領域が生じないような滑かな形状が
求められる。
The premixed lean combustion method is an excellent combustion method as a means for reducing NOx, but it has the possibility of flashback in the premixing pipe, and if such a flashback phenomenon occurs, a serious accident will occur. As a result, the reliability of operation of the gas turbine is significantly reduced. Flashback occurs when the flow velocity of the premixed fuel becomes lower than the flame propagation velocity under the conditions of fuel composition, temperature, and equivalence ratio. For this reason, it is important to make the flow velocity in the premixing pipe faster than the flame propagation velocity, and further, in the premixing pipe 16, a smooth region where a region lower than the flame propagation velocity does not occur is generated. Shape is required.

【0024】以上述べたように、NOx は殆どが拡散燃
焼によって発生するが、拡散燃焼に供される燃料流量の
割合が多いので、部分負荷を含めてNOx の発生量はま
だ高いレベルにあり、タービン燃焼器1の低NOx 化に
おいては、必ずしもまだ充分ではない。
As described above, most of NOx is generated by diffusion combustion, but since the proportion of the fuel flow rate used for diffusion combustion is large, the amount of NOx generated, including partial load, is still at a high level. The reduction of NOx in the turbine combustor 1 is not always sufficient.

【0025】また、パイロットバーナ10からメインバ
ーナ11に燃料を切り換えるときに、メインバーナ11
の当量比が低く、このときに、COが発生したり、不安
定な燃焼が生じたりする場合があり、低CO化や安定燃
焼による運転信頼性の面からは、必ずしも充分ではなか
った。また、予混合管16内の平均流速は火炎伝播速度
よりも速くとられていても、局所的に速度の遅い領域が
生じて、逆火に対する裕度が必ずしも充分ではない。
When the fuel is switched from the pilot burner 10 to the main burner 11, the main burner 11
Is low, and CO may be generated or unstable combustion may occur at this time, which is not always sufficient in terms of operation reliability due to low CO and stable combustion. Further, even if the average flow velocity in the premixing pipe 16 is set to be higher than the flame propagation velocity, a region where the velocity is locally generated locally and the margin against flashback is not always sufficient.

【0026】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、ガスタービンの定格負荷および部分負荷を含め
た全負荷帯において、NOx の発生やCOの発生を極め
て低いレベルに抑え、全運転領域で安定した燃焼状態を
維持し、長期間安定した運転ができる信頼性の高いガス
タービン燃焼器およびその運転方法を提供することを目
的とする。
The present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and suppresses the generation of NOx and CO to an extremely low level in the entire load zone including the rated load and the partial load of the gas turbine, and performs the entire operation. An object of the present invention is to provide a highly reliable gas turbine combustor capable of maintaining a stable combustion state in a region and performing stable operation for a long time, and an operating method thereof.

【0027】本発明の他の目的は、予混合稀薄燃焼の逆
火に対して予混合管に裕度を持たせ、燃料制御も容易で
長期間安定した運転ができ、低NOx 、低COの信頼性
の高いガスタービン燃焼器およびその運転方法を提供す
るにある。
Another object of the present invention is to provide a premixing tube with a margin against flashback of premixed lean combustion, to facilitate fuel control, to perform stable operation for a long period of time, and to reduce NOx and CO. (EN) Provided is a highly reliable gas turbine combustor and its operating method.

【0028】[0028]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係るガスタービン燃焼器は、請求項1に記
載したように、燃焼器収納ケーシング内に燃焼器ライナ
を収納し、この燃焼器ライナのヘッド部にメインバーナ
とパイロットバーナをそれぞれ設け、上記パイロットバ
ーナは拡散燃焼バーナとこの拡散燃焼バーナの外周部に
配置された複数の予混合稀薄燃焼バーナとから構成した
ものである。
In order to solve the above problems, a gas turbine combustor according to the present invention has a combustor liner housed in a combustor housing casing as set forth in claim 1. A main burner and a pilot burner are respectively provided in the head portion of the combustor liner, and the pilot burner is composed of a diffusion combustion burner and a plurality of premixed lean combustion burners arranged on the outer peripheral portion of the diffusion combustion burner.

【0029】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、上記課題を解決するために、請求項2に記載したよ
うに、予混合稀薄燃焼バーナは、燃料噴射ノズルとこの
燃料噴射ノズルの燃料噴射側に対向して設置される予混
合管とを有し、上記予混合管は入口部から管途中まで直
管状をなし、噴出口に近付くに従って断面積が滑かに減
少し、かつ噴出口が配置された円周上の接線方向に所要
の傾斜角度を持たせて湾曲させたり、また、請求項3に
記載したように、メインバーナはパイロットバーナの外
周部に配置される予混合稀薄燃焼バーナであり、上記メ
インバーナは複数の燃料噴射ノズルとこれらの燃料噴射
ノズルの燃料噴射側に対向して設置される予混合管とが
燃焼器ライナの周りに内周側と外周側で多重に配置さ
れ、外周側の予混合管の噴出口は内周側の予混合管の噴
出口より下流側に位置されたり、さらに、請求項4に記
載したように、メインバーナの予混合管は入口部から管
途中まで直管状をなし、噴出口に近付くに従って断面積
が滑かに減少し、かつ燃焼器ライナのコーン状ヘッド部
に接続される噴出口の軸線が燃焼器ライナのライナ面に
ほぼ垂直をなすように形成されたものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the gas turbine combustor according to the present invention has a premixed lean burner as described in claim 2, in which a fuel injection nozzle and fuel injection of this fuel injection nozzle are provided. And a premixing pipe installed facing each other, the premixing pipe has a straight tubular shape from the inlet portion to the middle of the pipe, the cross-sectional area smoothly decreases as it approaches the jet outlet, and the jet outlet is The premixed lean burner is arranged such that the main burner is curved in a tangential direction on the circumference of the pilot burner with a required inclination angle, and the main burner is arranged on the outer peripheral portion of the pilot burner. In the main burner, a plurality of fuel injection nozzles and a premixing pipe installed to face the fuel injection side of these fuel injection nozzles are multiply arranged around the combustor liner on the inner peripheral side and the outer peripheral side. Premixed tube on the outer peripheral side The ejection port is located downstream of the ejection port of the premixing pipe on the inner peripheral side, and further, as described in claim 4, the premixing pipe of the main burner has a straight tubular shape from the inlet portion to the middle of the pipe, The cross-sectional area decreases smoothly as it approaches the jet, and the axis of the jet connected to the cone-shaped head of the combustor liner is formed so as to be substantially perpendicular to the liner surface of the combustor liner. is there.

【0030】さらに、上記課題を解決するために、本発
明に係るガスタービン燃焼器は、請求項5に記載したよ
うに、タービン燃料供給系統に燃料圧力制御弁と燃料流
量制御弁を順次設置し、この燃料流量制御弁の下流側か
らタービン燃料供給系統をパイロット燃料供給系統とメ
イン燃料供給系統に分岐させ、分岐された一方パイロッ
ト燃料供給系統はパイロット燃料分配弁の下流側から拡
散燃焼用燃料供給系統と予混合稀薄燃焼用燃料供給系統
に分岐されて、パイロットバーナの各燃料管に接続さ
れ、上記予混合稀薄燃焼用燃料供給系統にはオン−オフ
弁と流量調整オリフィスが設置される一方、他方のメイ
ン燃料供給系統はメイン燃料分配弁の下流側から複数の
予混合稀薄燃料供給系統に分岐されてメインバーナの各
燃料管に接続され、外周側に配置の燃料噴射ノズルに供
給される予混合稀薄燃料供給系統にはオン−オフ弁と流
量調整オリフィスが設けられたものである。
Further, in order to solve the above problems, in the gas turbine combustor according to the present invention, as described in claim 5, a fuel pressure control valve and a fuel flow rate control valve are sequentially installed in the turbine fuel supply system. , The turbine fuel supply system is branched from the downstream side of the fuel flow control valve into the pilot fuel supply system and the main fuel supply system, while the branched pilot fuel supply system is supplied from the downstream side of the pilot fuel distribution valve to the fuel for diffusion combustion. The system and the premixed lean combustion fuel supply system are branched and connected to each fuel pipe of the pilot burner, while the premixed lean combustion fuel supply system is provided with an on-off valve and a flow rate adjusting orifice. The other main fuel supply system is branched from the downstream side of the main fuel distribution valve into a plurality of premixed lean fuel supply systems and connected to each fuel pipe of the main burner, The premixed lean fuel supply system to be supplied to the fuel injection nozzle arranged in the circumferential side on - in which off valve and flow adjustment orifice is provided.

【0031】また、上記課題を解決するために、本発明
に係るガスタービン燃焼器の運転方法は、請求項6に記
載したように、ガスタービンの着火から回転上昇過程に
おいては、パイロットバーナの拡散燃焼バーナのみを作
動させ、ガスタービンが無負荷定格回転数に到達する前
に、パイロット燃料供給系統の一部を切り換えて、パイ
ロットバーナを拡散燃焼バーナと予混合稀薄燃焼バーナ
の双方を作動させ、ガスタービンが無負荷から所要の低
負荷までの負荷帯はパイロットバーナの双方のバーナを
燃焼させる燃焼状態を継続し、ガスタービンが所要の低
負荷でメインバーナの内周側に配置されている燃料噴射
ノズルを作動させ、パイロットバーナとメインバーナの
双方で、ガスタービンの所要の低負荷から中間負荷まで
の負荷帯を運転し、さらに、ガスタービンが所要の中間
負荷でメインバーナの外周側に配置されている燃料噴射
ノズルを作動させて内周側および外周側配置の燃料噴射
ノズルを作動させ、ガスタービンが所要の中間負荷から
定格負荷までの負荷帯はパイロットバーナとメインバー
ナの全ての燃料供給系統を作動させて運転するガスター
ビン燃焼器の運転方法である。
In order to solve the above-mentioned problems, the method of operating a gas turbine combustor according to the present invention is, as described in claim 6, in the process of igniting a gas turbine and diffusing the pilot burner during the process of increasing the rotation. Only the combustion burner is operated, and before the gas turbine reaches the no-load rated speed, a part of the pilot fuel supply system is switched so that the pilot burner operates both the diffusion combustion burner and the premixed lean combustion burner. In the load zone from no load to the required low load of the gas turbine, the combustion state in which both burners of the pilot burner are burned is continued, and the gas turbine with the required low load is located on the inner peripheral side of the main burner. Operate the injection nozzles and operate both the pilot burner and the main burner in the load range from the required low load to the intermediate load of the gas turbine. Further, the gas turbine operates the fuel injection nozzles arranged on the outer peripheral side of the main burner at the required intermediate load to operate the fuel injection nozzles arranged on the inner peripheral side and the outer peripheral side, and the gas turbine operates from the required intermediate load. The load zone up to the rated load is the operating method of the gas turbine combustor that operates by operating all fuel supply systems of the pilot burner and the main burner.

【0032】さらに、本発明に係るガスタービン燃焼器
の運転方法は、上記課題を解決するために、請求項7に
記載したように、ガスタービンが無負荷定格回転数に到
達する前に、パイロットバーナの予混合稀薄燃焼バーナ
を作動させたとき、予混合管内の当量比はCOの発生が
急激に増加する最小当量比よりも大きく、次に、ガスタ
ービンが所要の低負荷でメインバーナの内周側に配置さ
れている燃料噴射ノズルを作動させるとき、切換直前に
おいて、パイロットバーナの予混合管内の当量比はNO
x の発生が急激に増加する当量比よりも小さく、切換直
後においては、パイロットバーナの予混合管内の当量比
およびメインバーナの内周側に配置されている予混合管
内の当量比はCOの発生が急激に増加する当量比よりも
大きく、さらに、ガスタービンが所要の中間負荷でメイ
ンバーナの外周側に配置されている燃料噴射ノズルを作
動させるとき、切換直前において、メインバーナの内周
側に配置されている予混合管内の当量比はNOx の発生
が急激に増加する当量比よりも小さく、切換直後におい
ては、メインバーナの内周側および外周側に配置されて
いる予混合管内の当量比は双方ともCOの発生が急激に
増加する当量比よりも大きく、そしてガスタービンが定
格負荷の状態において、メインバーナの内周側および外
周側に配置されている予混合管内の当量比はNOx の発
生が急激に増加する当量比よりも小さく、かつ、パイロ
ットバーナはガスタービンが所要の低負荷運転時から定
格負荷運転時までの負荷帯ではほぼ一定の燃料流量を保
持するように燃料制御するガスタービン燃焼器の運転方
法である。
Further, in order to solve the above-mentioned problems, the method of operating a gas turbine combustor according to the present invention, as set forth in claim 7, before the gas turbine reaches the no-load rated speed, the pilot. When the premixed lean burn burner of the burner is operated, the equivalence ratio in the premixing pipe is larger than the minimum equivalence ratio at which the generation of CO rapidly increases. When operating the fuel injection nozzles arranged on the circumferential side, immediately before switching, the equivalence ratio in the premixing pipe of the pilot burner is NO.
The generation ratio of x is smaller than the equivalence ratio that rapidly increases, and immediately after switching, the equivalence ratio in the premixing pipe of the pilot burner and the equivalence ratio in the premixing pipe located on the inner peripheral side of the main burner are Is larger than the equivalence ratio that rapidly increases, and when the gas turbine operates the fuel injection nozzles arranged on the outer peripheral side of the main burner at the required intermediate load, the gas turbine is moved to the inner peripheral side of the main burner immediately before switching. The equivalence ratio in the premixing pipes arranged is smaller than the equivalence ratio in which the generation of NOx suddenly increases, and immediately after switching, the equivalence ratios in the premixing pipes arranged on the inner and outer peripheral sides of the main burner. Are both larger than the equivalence ratio at which CO generation increases rapidly, and are arranged on the inner and outer peripheral sides of the main burner when the gas turbine is at the rated load. The equivalence ratio in the premixing pipe is smaller than the equivalence ratio in which the generation of NOx increases rapidly, and the pilot burner uses a gas turbine with almost constant fuel in the load range from the required low load operation to the rated load operation. A method of operating a gas turbine combustor in which fuel is controlled so as to maintain a flow rate.

【0033】[0033]

【作用】本発明のガスタービン燃焼器は、燃焼器ライナ
のヘッド部にパイロットバーナとメインバーナをそれぞ
れ設ける一方、パイロットバーナは拡散燃焼バーナとこ
の拡散燃焼バーナの外周部に配置された複数の予混合稀
薄燃焼バーナとを備え、パイロットバーナが拡散燃焼と
予混合稀薄燃焼の2つのバーナを有するので、このパイ
ロットバーナとメインバーナでガスタービン燃焼器内で
の燃焼状態を調節することにより、ガスタービンの定格
負荷および部分負荷を含めた全負荷帯において、NOx
の発生やCOの発生を極めて低いレベルに維持し、全運
転領域で安定した燃焼状態を維持し、長期間安定した運
転を確保でき、信頼性が高い。
In the gas turbine combustor of the present invention, a pilot burner and a main burner are respectively provided in the head portion of the combustor liner, while the pilot burner is provided with a diffusion combustion burner and a plurality of preliminary burners arranged on the outer peripheral portion of the diffusion combustion burner. Since the pilot burner has two burners of diffusion combustion and premixed lean burn, it is equipped with a mixed lean burn burner. By adjusting the combustion state in the gas turbine combustor with this pilot burner and the main burner, the gas turbine is controlled. NOx in the full load range including the rated load and partial load of
Is maintained at a very low level, a stable combustion state is maintained in all operating regions, stable operation can be secured for a long time, and reliability is high.

【0034】また、パイロットバーナに予混合稀薄燃焼
バーナを備える一方、メインバーナは予混合稀薄燃焼バ
ーナであり、各予混合稀薄燃焼バーナの燃料噴射ノズル
の燃料噴射側に対向して配置される予混合管は請求項2
から請求項4に示すように構成したので、予混合管内を
流れる予混合稀薄燃料の流速を、常時火災伝播速度以上
に安定的に保つことができ、逆火現象を防止し、予混合
稀薄燃焼の逆火に対して予混合管に裕度を持たせること
ができ、燃料制御も容易で長期間安定した運転を確保で
きる。
Further, while the pilot burner is provided with a premixed lean burner, the main burner is a premixed lean burner, and the main burner is arranged to face the fuel injection side of the fuel injection nozzle of each premixed lean burner. The mixing tube is claim 2.
According to the present invention, the flow velocity of the premixed lean fuel flowing in the premixing pipe can be constantly maintained at a speed higher than the fire propagation speed, the flashback phenomenon can be prevented, and the premixed lean combustion can be prevented. The premixing tube can have a tolerance against flashback, and fuel control is easy and stable operation can be secured for a long time.

【0035】また、このガスタービン燃焼器の運転方法
によると、ガスタービンの着火から回転上昇過程におい
てはパイロットバーナの内、拡散燃焼バーナのみを作動
させるが、この拡散燃焼は保炎機能に優れ、安定した燃
焼状態を維持しながら、ガスタービンの回転上昇を行な
う。ガスタービンが無負荷定格回転数に到達する前に、
パイロット燃料系統の一部を切り換えてパイロッバーナ
は拡散燃焼バーナと予混合稀薄燃焼バーナの2系統を作
動させる。
According to the method of operating the gas turbine combustor, only the diffusion combustion burner of the pilot burners is operated during the process of ignition and rotation increase of the gas turbine, but this diffusion combustion has an excellent flame holding function. The rotation of the gas turbine is increased while maintaining a stable combustion state. Before the gas turbine reaches the unloaded rated speed,
By switching a part of the pilot fuel system, the pilot burner operates two systems of a diffusion combustion burner and a premixed lean burner.

【0036】パイロット燃料供給系統の一部を切り換え
た直後では、拡散燃焼バーナに供給される燃料流量は減
少するが、拡散燃焼バーナが安定して燃焼するための最
小燃料流量を確保しておき、ガスタービンが無負荷定格
回転数に到達した時点でもこの状態が維持されている。
したがって、従来のパイロットバーナが拡散燃焼のみの
燃焼であるのに比べて、このパイロットバーナでは、拡
散燃焼バーナに供給される燃料流量が大幅に減少し、N
Ox は燃料流量にほぼ比例して減少することから、無負
荷運転状態において、既に、低NOx 化が図られてい
る。パイロットバーナの予混合稀薄燃焼バーナは拡散燃
焼バーナの外周に設けられているので、拡散燃焼の火炎
が予混合稀薄燃焼に対して保炎機能を持っており、さら
に、予混合内の当量比はCOの発生が急激に増加する当
量比よりも大きいので、COの発生は少なく、安定した
燃焼状態が得られる。
Immediately after switching a part of the pilot fuel supply system, the fuel flow rate supplied to the diffusion combustion burner decreases, but the minimum fuel flow rate for stable combustion of the diffusion combustion burner is secured, This state is maintained even when the gas turbine reaches the unloaded rated speed.
Therefore, in comparison with the conventional pilot burner which uses only diffusion combustion, the flow rate of the fuel supplied to the diffusion combustion burner is significantly reduced in this pilot burner.
Since Ox decreases almost in proportion to the fuel flow rate, NOx reduction has already been achieved in the no-load operation state. Since the premixed lean burn burner of the pilot burner is installed on the outer circumference of the diffusion burner, the flame of diffusion combustion has a flame holding function against the lean lean burn of premixing. Since the generation of CO is larger than the equivalence ratio that rapidly increases, the generation of CO is small and a stable combustion state can be obtained.

【0037】パイロットバーナへの燃料流量が増加する
と拡散燃焼バーナと予混合稀薄燃焼バーナには比例的に
燃料が増加して、ガスタービンは負荷運転状態となる。
ガスタービンが所要のある低負荷において、メイン燃料
供給系統を作動させ、パイロットバーナに供給されてい
る燃料の一部をメインバーナの内周側に配置されている
燃料噴射ノズルに燃料流量の総和を変えないで切り換
え、メインバーナを作動させる。
When the fuel flow rate to the pilot burner is increased, the fuel is proportionally increased in the diffusion combustion burner and the premixed lean combustion burner, and the gas turbine is in a load operating state.
When the gas turbine requires a low load, the main fuel supply system is operated, and a portion of the fuel supplied to the pilot burner is summed to the fuel injection nozzles arranged on the inner peripheral side of the main burner. Switch without changing and operate the main burner.

【0038】まず、メインバーナへの切換直後におい
て、パイロットバーナの拡散燃焼バーナに供給されてい
る燃料流量が、従来の拡散燃焼のみのパイロットバーナ
に比べて大幅に少ないので、拡散燃焼バーナからのNO
x の発生は大幅に低減される。また、予混合管内の当量
比はNOx の発生が急激に増加する当量比よりも小さい
ので、パイロットバーナ全体としては、NOx は大幅に
低減され、部分負荷運転時におけるパイロットバーナと
メインバーナの燃料切換直前のNOx 発生のピークを極
めて低いレベルに抑えることができる。
First, immediately after switching to the main burner, the flow rate of fuel supplied to the diffusion combustion burner of the pilot burner is much smaller than that of the conventional diffusion combustion only pilot burner.
The occurrence of x is greatly reduced. Also, since the equivalence ratio in the premixing pipe is smaller than the equivalence ratio at which the generation of NOx rapidly increases, NOx is greatly reduced for the pilot burner as a whole, and fuel switching between the pilot burner and the main burner during partial load operation is performed. The peak of NOx generation immediately before can be suppressed to an extremely low level.

【0039】次に、切換直後においては、パイロッバー
ナの拡散燃焼バーナに供給される燃料流量は減少するの
でNOx はさらに減少する。パイロットバーナの予混合
管内の当量比およびメインバーナの内周側に配置されて
いる予混合管内の当量比はCOの発生が急激に増加する当
量比よりも大きくとられており、しかも、パイロットバ
ーナは無負荷運転時とほぼ同じ燃焼状態を維持してお
り、メインバーナの燃焼に対して充分な保炎機能を保持
しているので、メインバーナは安定した燃焼を確保する
ことができる。
Immediately after the switching, the flow rate of fuel supplied to the diffusion combustion burner of the pyro-burner is reduced, so that NOx is further reduced. The equivalence ratio in the premixing pipe of the pilot burner and the equivalence ratio in the premixing pipe located on the inner peripheral side of the main burner are set to be larger than the equivalence ratio at which CO generation increases rapidly. Maintains a combustion state almost the same as that during no-load operation and maintains a sufficient flame holding function against combustion of the main burner, so that the main burner can secure stable combustion.

【0040】さらに負荷上昇した領域では、パイロット
バーナへの燃料供給量はほぼ一定値になるように制御さ
れるので、パイロットバーナの燃焼状態はほとんど変化
せずに、定格負荷までこの状態を維持している。ある中
間負荷において、メインバーナの燃料供給系統にあるオ
ン−オフ弁の弁開度を閉から開にして、メインバーナの
内周側に配置されている燃料噴射ノズルに供給される燃
料の一部を総量を変えないで外周側に配置されている燃
料噴射ノズルに切り換えてメインバーナの2系統を作動
させる。
In the region where the load is further increased, the fuel supply amount to the pilot burner is controlled so as to be a substantially constant value, so that the combustion state of the pilot burner hardly changes and this state is maintained up to the rated load. ing. At a certain intermediate load, the valve opening of the on-off valve in the fuel supply system of the main burner is changed from closed to open, and a part of the fuel supplied to the fuel injection nozzle arranged on the inner peripheral side of the main burner. Is switched to the fuel injection nozzle arranged on the outer peripheral side without changing the total amount, and the two systems of the main burner are operated.

【0041】切換直前において、メインバーナの内周側
に配置されている予混合管内の当量比はNOx の発生が
急激に増加する当量比よりも小さいので、メインバーナ
でのNOx の発生はほとんどなく、パイロットバーナで
の僅かなNOx の発生があるのみである。
Immediately before the switching, the equivalence ratio in the premixing pipe arranged on the inner peripheral side of the main burner is smaller than the equivalence ratio at which the generation of NOx rapidly increases. Therefore, NOx is hardly produced in the main burner. However, there is only a small amount of NOx generated in the pilot burner.

【0042】切換直後においては、メインバーナの内周
側および外周側に配置されている予混合管内の当量比は
双方ともCOの発生が急激に増加する当量比よりも大き
いので、COの発生はほとんど見られず、また、パイロ
ットバーナの保炎機能により、メインバーナは安定した
燃焼状態を保持できる。
Immediately after the switching, since the equivalence ratios in the premixing pipes arranged on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the main burner are both larger than the equivalence ratio at which the CO generation abruptly increases, the CO generation does not occur. It is rarely seen, and the flame holding function of the pilot burner allows the main burner to maintain a stable combustion state.

【0043】さらに、負荷が上昇して定格負荷の運転状
態においては、メインバーナの予混合管内の当量比はN
Ox の発生が急激に増加する当量比よりも小さいので、
上記と同様に、メインバーナでのNOx の発生はほとん
どなく、パイロットバーナでの僅かなNOx の発生があ
るのみで、燃焼器全体としてNOx の発生は極めて低い
レベルに抑えることができる。
Further, when the load rises and the operating condition is the rated load, the equivalence ratio in the premixing tube of the main burner is N.
Since the generation of Ox is smaller than the equivalence ratio that increases rapidly,
Similar to the above, almost no NOx is generated in the main burner, and only a small amount of NOx is generated in the pilot burner, and the NOx generation in the combustor as a whole can be suppressed to an extremely low level.

【0044】[0044]

【実施例】以下、本発明に係るガスタービン燃焼器の一
実施例について添付図面を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a gas turbine combustor according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0045】図1は本発明のガスタービン燃焼器の組立
断面を、図2は図1に示すガスタービン燃焼器の縦断面
をそれぞれ示す。図3は図1に示すガスタービン燃焼器
のIII −III 線に沿う断面図である。
FIG. 1 shows an assembled cross section of the gas turbine combustor of the present invention, and FIG. 2 shows a vertical cross section of the gas turbine combustor shown in FIG. FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III of the gas turbine combustor shown in FIG.

【0046】ガスタービン燃焼器20はガスタービン2
1と圧縮機22の間に位置され、燃焼器収納ケーシング
を兼ねるガスタービンケーシング23内に周方向に沿っ
て数個あるいは十数個配置されている。ガスタービン燃
焼器20はガスタービンケーシング23にヘッドプレー
ト24を介して取り付けられる。
The gas turbine combustor 20 is the gas turbine 2
1 and the compressor 22, and several or a dozen or more are arranged along the circumferential direction in a gas turbine casing 23 that also serves as a combustor housing casing. The gas turbine combustor 20 is attached to a gas turbine casing 23 via a head plate 24.

【0047】ガスタービン燃焼器20はガスタービンケ
ーシング23内に収容される燃焼器ライナ25を有す
る。燃焼器ライナ25は内部のコーン状ヘッド部に燃焼
室26を画成する一方、この燃焼室26の下流側に燃焼
ガスの混合域27が形成され、燃焼ガスはトランジショ
ンピース28を介してガスタービン21の入口側に供給
されてガスタービン21を駆動するようになっている。
The gas turbine combustor 20 has a combustor liner 25 housed in a gas turbine casing 23. The combustor liner 25 defines a combustion chamber 26 in a conical head portion inside thereof, and a combustion gas mixing area 27 is formed on the downstream side of the combustion chamber 26. The combustion gas is passed through a transition piece 28 to a gas turbine. The gas turbine 21 is driven by being supplied to the inlet side of the gas turbine 21.

【0048】一方、燃焼器ライナ25はガスタービンケ
ーシング23のヘッドプレート24側内周フランジに取
り付けられたフロースリーブ30で覆われており、この
フロースリーブ30と燃焼器ライナ25との間に空気流
路31が形成され、この空気流路31に圧縮機22から
の吐出空気Cが案内されるようになっている。空気流路
31の途中にはガイドベーン32が設置され、このガイ
ドベーン32で吐出空気Cを案内している。
On the other hand, the combustor liner 25 is covered with a flow sleeve 30 attached to the inner peripheral flange of the gas turbine casing 23 on the side of the head plate 24, and an air flow is provided between the flow sleeve 30 and the combustor liner 25. A passage 31 is formed, and the discharge air C from the compressor 22 is guided to the air passage 31. A guide vane 32 is installed in the middle of the air flow path 31, and the discharge air C is guided by the guide vane 32.

【0049】また、ヘッドプレート24には中央側にパ
イロットバーナ33が、周辺側にメインバーナ34が設
置される。パイロットバーナ33は燃焼器ライナ25の
頂部リング35に差し込まれ、拡散燃焼バーナ36とこ
の拡散燃焼バーナ36の周りに配置される複数の予混合
稀薄燃焼バーナ37とを有し、これらの拡散燃焼バーナ
36および予混合稀薄燃焼バーナ37はヘッダディスク
38であるパイロットバーナフランジに取り付けられ
る。
A pilot burner 33 is installed on the center side of the head plate 24, and a main burner 34 is installed on the peripheral side thereof. The pilot burner 33 is plugged into the top ring 35 of the combustor liner 25 and has a diffusion combustion burner 36 and a plurality of premixed lean combustion burners 37 arranged around the diffusion combustion burner 36. 36 and the premixed lean burn burner 37 are mounted on a pilot burner flange which is a header disc 38.

【0050】ヘッダディスク38はヘッドプレート24
の中央開口部を覆うように固定され、その内側中央部に
拡散燃焼バーナ36が、周辺に複数の予混合稀薄燃焼バ
ーナ37がそれぞれ設置される。ヘッダディスク38の
外側には取付フランジ付きの2本の燃料供給管39,4
0が接続され、このうち中央の燃料供給管39は拡散燃
焼用燃料供給管でヘッダディスク38内の中央流路を介
して拡散燃焼バーナ36に連通される。拡散燃焼バーナ
36の拡散燃料バーナ管41はスリーブ状の拡散燃焼用
空気管42内を通される。拡散燃焼用空気管42には圧
縮機22からの吐出空気Cがフロースリーブ30を通っ
て案内される一方、その先端に吐出空気を撹拌する拡散
燃焼用スワラー43が取り付けられる。
The header disk 38 is the head plate 24.
Is fixed so as to cover the central opening of the above, a diffusion combustion burner 36 is installed in the inner central portion thereof, and a plurality of premixed lean combustion burners 37 are installed in the periphery thereof. Two fuel supply pipes 39, 4 with mounting flanges are provided on the outer side of the header disk 38.
0 is connected, of which the central fuel supply pipe 39 is a fuel supply pipe for diffusion combustion and communicates with the diffusion combustion burner 36 via the central flow passage in the header disk 38. The diffusion fuel burner pipe 41 of the diffusion combustion burner 36 is passed through a sleeve-shaped diffusion combustion air pipe 42. Discharge air C from the compressor 22 is guided through the flow sleeve 30 to the diffusion combustion air pipe 42, and a diffusion combustion swirler 43 for stirring the discharge air is attached to the tip thereof.

【0051】また、他方の燃料供給管40は予混合稀薄
燃焼用燃料供給管でヘッダディスク38内に形成される
トーラス状の燃料ヘッダ44に連通され、この燃料ヘッ
ダ44に予混合稀薄燃焼バーナ37の燃料噴射ノズル4
5がそれぞれ連通される。予混合稀薄燃焼バーナ37は
燃料噴射ノズル45とその燃料噴射側に対向して配置さ
れる予混合管46とから構成される。
The other fuel supply pipe 40 is a fuel supply pipe for premixed lean combustion and is communicated with a torus-shaped fuel header 44 formed in the header disk 38. The fuel header 44 is connected to the premixed lean burner 37. Fuel injection nozzle 4
5 are communicated with each other. The premixed lean combustion burner 37 is composed of a fuel injection nozzle 45 and a premixing pipe 46 which is arranged so as to face the fuel injection side.

【0052】予混合稀薄燃焼バーナ37の予混合管46
は、入口部から管途中まで直管状をなし、噴出口46a
に向って断面積が滑かに減少している。各予混合管46
の噴出口46aは周方向に配列され、各噴出口46aを
配列した円周上の接線方向に所要の傾斜角度を持たせて
湾曲している。
Premixing Premixing tube 46 of lean burn burner 37
Has a straight pipe shape from the inlet to the middle of the pipe, and has a spout 46a.
The cross-sectional area decreases smoothly toward. Each premixing pipe 46
The jet outlets 46a are arranged in the circumferential direction, and are curved with a required inclination angle in the tangential direction on the circumference where the jet outlets 46a are arranged.

【0053】なお、符号47はパイロットバーナ33を
補強する補強プレートである。
Reference numeral 47 is a reinforcing plate for reinforcing the pilot burner 33.

【0054】また、パイロットバーナ33の外側に位置
されるメインバーナ34は内周側と外周側で2系統の予
混合稀薄燃焼バーナ50,51をそれぞれ備えており、
各系統の予混合稀薄燃焼バーナ50,51はそれぞれ周
方向に沿って複数個ずつ等ピッチに設けられる。
Further, the main burner 34 located outside the pilot burner 33 is provided with two systems of premixed lean burners 50 and 51 on the inner peripheral side and the outer peripheral side, respectively.
A plurality of premixed lean burners 50, 51 of each system are provided at equal pitches along the circumferential direction.

【0055】このうち、内周側の予混合稀薄燃焼バーナ
50は、ヘッドプレート24に取り付けられる燃料噴射
ノズル53とこのノズルの燃料噴射側に対向して配置さ
れる予混合管54とを有する。各燃料噴射ノズル53は
ヘッドプレート24内に形成されたトーラス状の内側燃
料ヘッダ55に連通され、この内側燃料ヘッダ55には
ヘッドプレート24の外側から接続フランジ付の内側燃
料供給管56が連通している。
Of these, the premixed lean burn burner 50 on the inner peripheral side has a fuel injection nozzle 53 attached to the head plate 24 and a premixing pipe 54 arranged so as to face the fuel injection side of this nozzle. Each fuel injection nozzle 53 communicates with a torus-shaped inner fuel header 55 formed in the head plate 24, and an inner fuel supply pipe 56 with a connection flange communicates with the inner fuel header 55 from the outside of the head plate 24. ing.

【0056】また、予混合管54は入口部から管途中ま
で直管状をなし、噴出口54aに近付くに従って湾曲し
て断面積が滑かに減少している。予混合管54の噴出口
54aは燃焼器ライナ25のコーン状ヘッド部25aに
接続され、その際、予混合管54の噴出口54aの軸線
が燃焼器ライナ25のライナ面にほぼ垂直となるように
形成される。
Further, the premixing pipe 54 has a straight tubular shape from the inlet portion to the middle of the pipe, and is curved as the approaching the ejection port 54a and the cross-sectional area is smoothly reduced. The jet port 54a of the premixing pipe 54 is connected to the cone-shaped head portion 25a of the combustor liner 25, and at this time, the axis of the jet port 54a of the premixing pipe 54 is substantially perpendicular to the liner surface of the combustor liner 25. Is formed.

【0057】一方、外周側の予混合稀薄燃焼バーナ51
もヘッドプレート24に取り付けられる燃料噴射ノズル
57とこのノズル57の燃料噴射側に対向して設置され
る予混合管58とを有する。各燃料噴射ノズル57はヘ
ッドプレート24内に形成されるトーラス状の外側燃料
ヘッダ59に連通される。この燃料ヘッダ59にはヘッ
ドプレート24の外側から接続フランジ付の外側燃料供
給配管60が接続され、連通している。
On the other hand, the premixed lean burn burner 51 on the outer peripheral side
Also has a fuel injection nozzle 57 attached to the head plate 24, and a premixing pipe 58 installed facing the fuel injection side of the nozzle 57. Each fuel injection nozzle 57 communicates with a torus-shaped outer fuel header 59 formed in the head plate 24. An outer fuel supply pipe 60 with a connecting flange is connected to and communicates with the fuel header 59 from the outside of the head plate 24.

【0058】また、外周側の予混合稀薄燃焼バーナ51
の予混合管58は入口部から管途中まで直管状をなし、
噴出口58aに近付くに従って湾曲して断面積が滑かに
減少し、燃焼器ライナ25のコーン状ヘッド部25aに
接続される。各予混合管58の噴出口58aは内周側予
混合管54の噴出口54aより下流側に位置され、ま
た、噴出口58aの軸線は燃焼器ライナ25のライナ面
にほぼ垂直をなすように形成される。
Further, the premixed lean burn burner 51 on the outer peripheral side is provided.
The pre-mixing tube 58 of is a straight tube from the inlet to the middle of the tube,
As it approaches the ejection port 58a, it is curved and the cross-sectional area is smoothly reduced, and it is connected to the cone-shaped head portion 25a of the combustor liner 25. The jet port 58a of each premixing pipe 58 is located downstream of the jet port 54a of the inner peripheral side premixing pipe 54, and the axis of the jet port 58a is substantially perpendicular to the liner surface of the combustor liner 25. It is formed.

【0059】なお、各予混合管46,54,58は予混
合管支持リング62に適宜ブラケットを介して支持され
る。符号63は燃焼器ライナ支持金具である。
The premixing tubes 46, 54 and 58 are supported by the premixing tube support ring 62 via brackets as appropriate. Reference numeral 63 is a combustor liner support fitting.

【0060】上記燃焼器ライナ25はコーン状ヘッド部
25a内が燃焼室26として形成される一方、この燃焼
室26の下流側に燃焼ガスの混合域27が続いており、
この混合域27内に圧縮機22からの吐出空気の一部が
冷却空気C1 として吹き込まれるようになっている。
In the combustor liner 25, the inside of the cone-shaped head portion 25a is formed as a combustion chamber 26, and a combustion gas mixing area 27 continues to the downstream side of the combustion chamber 26.
A part of the air discharged from the compressor 22 is blown into the mixing area 27 as cooling air C 1 .

【0061】また、ガスタービン燃焼器20に燃料を供
給するタービン燃料供給系統65は図4に示すように構
成される。図示しない燃料供給装置から燃料が供給され
るタービン燃料供給系統65は燃料圧力制御弁66と燃
料流量制御弁67とを有し、燃料流量制御弁67の下流
側でパイロット燃料供給系統68とメイン燃料供給系統
69に分岐される。
A turbine fuel supply system 65 for supplying fuel to the gas turbine combustor 20 is constructed as shown in FIG. A turbine fuel supply system 65 to which fuel is supplied from a fuel supply device (not shown) has a fuel pressure control valve 66 and a fuel flow control valve 67, and a pilot fuel supply system 68 and a main fuel are provided downstream of the fuel flow control valve 67. It is branched to the supply system 69.

【0062】分岐された一方のパイロット燃料供給系統
68はパイロット燃料分配弁70の下流側から拡散燃焼
用燃料供給系統71と予混合稀薄燃焼用燃料供給系統7
2とに分岐されてパイロットバーナ33の拡散燃焼用燃
料供給管39および予混合稀薄燃焼用燃料供給管40に
接続される。予混合稀薄燃焼用燃料供給系統72にはオ
ン−オフ弁73と流量調整オリフィス74が設置され
る。
One of the branched pilot fuel supply systems 68 is arranged from the downstream side of the pilot fuel distribution valve 70 to the diffusion combustion fuel supply system 71 and the premixed lean combustion fuel supply system 7.
2 is connected to the diffusion combustion fuel supply pipe 39 and the premixed lean combustion fuel supply pipe 40 of the pilot burner 33. An on / off valve 73 and a flow rate adjusting orifice 74 are installed in the fuel supply system 72 for premixed lean combustion.

【0063】また、他方のメイン燃料供給系統69はメ
イン燃料分配弁75の下流側から内側予混合稀薄燃料供
給系統76と外側予混合稀薄燃料供給系統77とに分岐
され、メインバーナ34の内側燃料供給管56および外
側燃料供給管60にそれぞれ接続される。外側予混合稀
薄燃料供給系統77にはオン−オフ弁78と流量調整オ
リフィス79がそれぞれ設けられる。
The other main fuel supply system 69 is branched from the downstream side of the main fuel distribution valve 75 into an inner premixed lean fuel supply system 76 and an outer premixed lean fuel supply system 77, and the inner fuel of the main burner 34 is separated. It is connected to the supply pipe 56 and the outer fuel supply pipe 60, respectively. The outer premixed lean fuel supply system 77 is provided with an on-off valve 78 and a flow rate adjusting orifice 79, respectively.

【0064】ところで、ガスタービン燃焼器20はガス
タービンのほぼ円周上に数個あるいは十数個配置される
が、このうち、ある2つのガスタービン燃焼器20,2
0にはそれぞれ1つ計2つの着火器80(第3図参照)
が取り付けられる。着火器80を取り付けたガスタービ
ン燃焼器20とは別の2つのガスタービン燃焼器にはそ
れぞれに1つ計2つの火炎検出器81が取り付けられ、
また、全てのガスタービン燃焼器20間に火炎伝播管8
2が設けられている。
By the way, the gas turbine combustors 20 are arranged on the circumference of the gas turbine in a number of several or a dozen or more. Among them, two gas turbine combustors 20, 2 are provided.
There are two igniters 80, one for each 0 (see FIG. 3).
Is attached. Two flame detectors 81, one in total, are attached to each of the two gas turbine combustors different from the gas turbine combustor 20 to which the igniter 80 is attached,
Further, the flame propagation pipe 8 is provided between all the gas turbine combustors 20.
Two are provided.

【0065】ガスタービンの起動時において、上記着火
器80が作動して着火器80が設けられているガスター
ビン燃焼器20の着火が行なわれる。隣接するガスター
ビン燃焼器には燃焼ガスの一部が火炎伝播管82を通っ
て流入して着火され、以後順次着火されていき全ガスタ
ービン燃焼器20の着火が行なわれる。ガスタービン燃
焼器での着火状態は火炎伝播管81で火炎を検知してガ
スタービンの着火完了を確認する。
When the gas turbine is started, the igniter 80 is operated to ignite the gas turbine combustor 20 provided with the igniter 80. A part of the combustion gas flows into the adjacent gas turbine combustor through the flame propagation tube 82 and is ignited, and thereafter, all the gas turbine combustors 20 are ignited sequentially. The ignition state of the gas turbine combustor is detected by the flame propagation pipe 81 to confirm the completion of ignition of the gas turbine.

【0066】次に、ガスタービン燃焼器の作用を説明す
る。
Next, the operation of the gas turbine combustor will be described.

【0067】圧縮機22はガスタービン21と一体的に
駆動され、この圧縮機22の駆動により圧縮された吐出
空気Cは、燃焼器ライナ25とフロースリーブ30の間
を通って燃焼器頂部に向って流れ、一部は冷却空気C1
として燃焼器ライナ25を冷却して燃焼ガス中に混入
し、残りはパイロットバーナ33およびメインバーナ3
4の燃焼用空気として供給される。
The compressor 22 is driven integrally with the gas turbine 21, and the discharge air C compressed by the driving of the compressor 22 passes between the combustor liner 25 and the flow sleeve 30 and is directed to the top of the combustor. Flow, part of which is cooling air C 1
As a result, the combustor liner 25 is cooled and mixed into the combustion gas, and the rest is the pilot burner 33 and the main burner 3.
4 is supplied as combustion air.

【0068】一方、タービン燃料は図示しない外部燃料
供給装置からガスタービン燃焼器20に供給されて、燃
焼室26内で燃焼し、その高温高圧の燃焼ガスDはガス
タービン燃焼器20からトランジションピース28を通
ってガスタービン21に導かれ、ガスタービン21を駆
動して膨脹し、仕事をする。
On the other hand, the turbine fuel is supplied to the gas turbine combustor 20 from an external fuel supply device (not shown) and burned in the combustion chamber 26, and the high-temperature and high-pressure combustion gas D is transferred from the gas turbine combustor 20 to the transition piece 28. It is guided to the gas turbine 21 through and drives the gas turbine 21 to expand and work.

【0069】外部燃料供給装置からのタービン燃料は、
具体的にはパイロットバーナ33およびメインバーナ3
4を介して燃焼器ライナ25の燃焼室26に供給され
る。このうち、パイロットバーナ33は拡散燃焼バーナ
36と予混合稀薄燃焼バーナ37を有し、拡散燃焼用バ
ーナ36に拡散燃焼用燃料供給管39を介して拡散燃焼
用燃料が供給される。
Turbine fuel from the external fuel supply system is
Specifically, the pilot burner 33 and the main burner 3
4 to the combustion chamber 26 of the combustor liner 25. Among them, the pilot burner 33 has a diffusion combustion burner 36 and a premixed lean combustion burner 37, and the diffusion combustion fuel is supplied to the diffusion combustion burner 36 via a diffusion combustion fuel supply pipe 39.

【0070】拡散燃焼バーナ36の拡散燃焼バーナ管4
1先端には拡散燃焼用スワラ43が設けられており、ス
ワラ43の内輪には燃料噴射口41aを備えている。こ
の燃料噴射口43aから燃料が噴出し、噴出した燃料は
拡散燃焼バーナ管41とその外側にある拡散燃焼用空気
管42とで形成される空気通路部80に送り込まれた燃
焼用空気により拡散燃焼用スワラ43から混合拡散して
吹き出され、燃焼室26内で燃焼する。拡散燃焼は拡散
燃焼用スワラ43の撹拌効果によって、燃焼域中心部に
保炎域81を形成しているので、それ自身で安定した燃
焼を維持する機能を有している。
Diffusion combustion burner tube 4 of diffusion combustion burner 36
A swirler 43 for diffusion combustion is provided at one end, and a fuel injection port 41a is provided on an inner ring of the swirler 43. Fuel is ejected from the fuel injection port 43a, and the ejected fuel is diffused and burned by the combustion air sent to the air passage portion 80 formed by the diffusion combustion burner pipe 41 and the diffusion combustion air pipe 42 located outside thereof. The mixed swirler 43 mixes, diffuses, and blows it out, and burns in the combustion chamber 26. In the diffusion combustion, the flame holding region 81 is formed at the center of the combustion region due to the stirring effect of the swirler 43 for diffusion combustion, and therefore has a function of maintaining stable combustion by itself.

【0071】また、予混合稀薄燃焼バーナ37は拡散燃
焼バーナ36の周りに設けられ、ヘッダディスク38の
内側に取り付けられる複数の予混合稀薄燃焼用燃料噴射
ノズル45を備え、この燃料噴射ノズル45に予混合稀
薄燃焼用燃料供給管40から燃料ヘッダ44を経て予混
合稀薄燃焼バーナ用燃料が供給される。
The premixed lean burn burner 37 is provided around the diffusion burner 36, and is provided with a plurality of premixed lean burn fuel injection nozzles 45 mounted inside the header disk 38. Premixed lean burner fuel is supplied from the premixed lean burn fuel supply pipe 40 through the fuel header 44.

【0072】供給された予混合稀薄燃焼バーナ用燃料は
燃料噴射ノズル45のノズル口から予混合管46内に噴
出される。噴出された燃料は、予混合管46内で予混合
用空気と混合して予混合管46の噴出口46aから噴出
される。
The supplied fuel for the premixed lean burner is jetted from the nozzle port of the fuel injection nozzle 45 into the premixing pipe 46. The ejected fuel is mixed with premixing air in the premixing pipe 46 and ejected from the ejection port 46 a of the premixing pipe 46.

【0073】噴出された予混合燃料は拡散燃料火炎域8
2の火炎を包むようなスワール流を形成しており、中心
部の拡散燃焼火炎はこの予混合稀薄燃焼に対して保炎機
能を果している。このため、パイロットバーナ33の予
混合稀薄燃焼バーナ37は安定した燃焼を維持すること
ができる。
The premixed fuel jetted out is the diffusion fuel flame region 8
A swirl flow is formed so as to enclose the flame of No. 2 and the diffusion combustion flame at the center plays a flame holding function against this premixed lean combustion. Therefore, the premixed lean burner 37 of the pilot burner 33 can maintain stable combustion.

【0074】ところで、予混合稀薄燃焼バーナ37の予
混合管46は燃料と空気が充分に混合するための長さが
必要なために、予混合稀薄燃焼バーナ37の内側にある
拡散燃焼バーナ管41は長くなる。この拡散燃焼バーナ
管41の剛性を下げないために数個の補強プレート47
がヘッダディスク38に固定され、拡散燃焼バーナ管4
1と、拡散燃焼用空気管42を接合している。
By the way, since the premixing pipe 46 of the premixed lean burner 37 needs a length for sufficiently mixing the fuel and air, the diffusion combustion burner pipe 41 inside the premixed lean burner 37 is required. Becomes longer. In order not to reduce the rigidity of this diffusion combustion burner pipe 41, several reinforcing plates 47
Is fixed to the header disk 38, and the diffusion combustion burner tube 4 is
1 and the diffusion combustion air pipe 42 are joined.

【0075】一方、メインバーナ34においては、複数
の予混合管54が内周側に、他の予混合管58が外周側
に、それぞれ円周上等ピッチで周方向に配置されてお
り、燃焼器ライナ25の周りに位置している。内周側の
予混合管54の噴出口54aは燃焼室26の上流側に、
外周側の予混合管58の噴出口58aがその直ぐ下流側
に位置するように燃焼器ライナ25に差し込まれてい
る。
On the other hand, in the main burner 34, the plurality of premixing pipes 54 are arranged on the inner peripheral side, and the other premixing pipes 58 are arranged on the outer peripheral side in the circumferential direction at equal pitches on the circumference, and the combustion is performed. It is located around the vessel liner 25. The injection port 54a of the premixing pipe 54 on the inner peripheral side is provided on the upstream side of the combustion chamber 26,
The injection port 58a of the premixing tube 58 on the outer peripheral side is inserted into the combustor liner 25 so as to be located immediately downstream thereof.

【0076】予混合管54,58は付属する支持金物8
4によって燃焼器ライナ25の頂部(ヘッド部)に取り
付けられた予混合管支持リング62のそれぞれ2つのブ
ラケット85にピンで結合されている。
The premixing tubes 54 and 58 are attached to the supporting metal 8
4 are pinned to each two brackets 85 of a premix tube support ring 62 mounted to the top (head) of the combustor liner 25.

【0077】ヘッドプレート24には、パイロットバー
ナ33の燃料噴射ノズル45と同様、メインバーナ34
にも内周側および外周側に数個の予混合稀薄燃焼用燃料
噴射ノズル53,57が取り付けられており、これら燃
料噴射ノズル先端部が各々対応する予混合管54,58
の入口部に差し込まれている。
Like the fuel injection nozzle 45 of the pilot burner 33, the head plate 24 has a main burner 34.
Also, several fuel injection nozzles 53, 57 for premixed lean combustion are attached to the inner and outer circumferences, and the tip portions of these fuel injection nozzles respectively correspond to the premixing tubes 54, 58.
Is inserted at the entrance of the.

【0078】ヘッドプレート24の内部には、トーラス
状の内側燃料ヘッダ55と外側の燃料ヘッダ59が二重
に設けられていて、各ヘッダ55,59が燃料噴射ノズ
ル53,57に通じている。内側および外側の燃料ヘッ
ダ55,59はヘッドプレート24の外側の内側および
外側燃料供給管56,60と接続している。これらの内
側および外側の燃料供給管56,60を通してメインバ
ーナ34の予混合稀薄燃焼バーナ用燃料が供給される。
供給された燃料は燃料噴射ノズル53,57から予混合
管54,58内に噴出され、噴出された燃料は予混合管
54,58内で予混合用空気と混合してそれぞれの噴出
口54a,58aから燃焼室26に噴出される。
Inside the head plate 24, a torus-shaped inner fuel header 55 and an outer fuel header 59 are doubly provided, and the respective headers 55, 59 communicate with the fuel injection nozzles 53, 57. The inner and outer fuel headers 55 and 59 are connected to the outer and inner fuel supply pipes 56 and 60 of the head plate 24. Fuel for the premixed lean burn burner of the main burner 34 is supplied through these inner and outer fuel supply pipes 56 and 60.
The supplied fuel is ejected from the fuel injection nozzles 53 and 57 into the premixing pipes 54 and 58, and the ejected fuel is mixed with the premixing air in the premixing pipes 54 and 58, and the respective ejection ports 54a, It is ejected from the combustion chamber 26 from 58a.

【0079】内側の予混合管54から噴出される予混合
燃料はパイロットバーナ33の燃焼火炎域に向けられて
おり、噴出流同士が中心部で衝突して減速し、高温燃焼
雰囲気と相俟って、この領域でメインバーナ34の予混
合稀薄燃焼に対する保炎域を形成することができ、予混
合稀薄燃焼は安定した燃焼を維持することができる。
The premixed fuel ejected from the inner premixing pipe 54 is directed to the combustion flame region of the pilot burner 33, and the ejected flows collide with each other at the center to decelerate and cooperate with the high temperature combustion atmosphere. Thus, a flame holding region for the premixed lean combustion of the main burner 34 can be formed in this region, and the premixed lean combustion can maintain stable combustion.

【0080】外側の予混合管58の予混合稀薄燃焼も上
記と同様の燃焼形態をとっており、予混合管58から噴
出される予混合燃料は上流側の保炎域を形成する高温燃
焼領域に噴出されるので、この燃焼も安定した燃焼を維
持することができる。
The premixed lean combustion in the outer premixing tube 58 has the same combustion mode as above, and the premixed fuel injected from the premixing tube 58 has a high temperature combustion region forming an upstream flame holding region. Since this is ejected to, it is possible to maintain stable combustion.

【0081】図5にパイロットバーナ33およびメイン
バーナ34の予混合管46,54,58内の流速分布を
示す。予混合燃料は噴出口に近付くに従って断面積が減
少して流速が速くなり、予混合管46,54,58の全
域で管内流速は火炎伝播速度よりも速く、しかも円管形
状なので局所的な減速域がなく、逆火に対する充分な裕
度を備えている。
FIG. 5 shows the flow velocity distribution in the premixing pipes 46, 54 and 58 of the pilot burner 33 and the main burner 34. The cross-sectional area of the premixed fuel decreases and the flow velocity becomes faster as it approaches the injection port, and the pipe internal flow velocity is faster than the flame propagation velocity throughout the premixing pipes 46, 54, 58, and is locally decelerated because of the circular pipe shape. It has no area and has sufficient tolerance against flashback.

【0082】メインバーナ34の燃焼域下流側には、パ
イロットバーナ33とメインバーナ34の燃焼ガスおよ
び燃焼器ライナ25の冷却空気C1 が混合する燃焼ガス
混合域27があり、ここで均質化が図られた燃焼ガスD
は下流側に設けられたトランジションピース28を通っ
てガスタービン21に導かれる。
On the downstream side of the combustion area of the main burner 34, there is a combustion gas mixing area 27 in which the combustion gases of the pilot burner 33 and the main burner 34 and the cooling air C1 of the combustor liner 25 are mixed. Combustion gas D
Is guided to the gas turbine 21 through a transition piece 28 provided on the downstream side.

【0083】また、ガスタービン燃焼器20は、燃焼器
頂部の円周上に、数個の燃焼器ライナ支持金具63を備
え、フロースリーブ30から張り出した支持棒63aが
燃焼器ライナ支持金具63に嵌め込まれる。また、燃焼
器ライナ25は燃焼ガス混合域27の端部がその下流側
にあるトランジションピース28に差し込まれて、燃焼
器ライナ25の位置が決められている。フロースリーブ
30は燃焼器ライナ25と同軸上に配置され、ガスター
ビンケーシング23に取り付けられている。フロースリ
ーブ30の内面円周上に設けられたガイドベーン32に
より、吐出空気がその上部側の燃焼器ライナ25の外面
に沿って流れ、燃焼器ライナ25を冷却している。
Further, the gas turbine combustor 20 is provided with several combustor liner support fittings 63 on the circumference of the top of the combustor, and the support rods 63a protruding from the flow sleeve 30 are attached to the combustor liner support fittings 63. Be fitted. The position of the combustor liner 25 is determined by inserting the end of the combustion gas mixing area 27 into the transition piece 28 located downstream of the combustor liner 25. The flow sleeve 30 is arranged coaxially with the combustor liner 25, and is attached to the gas turbine casing 23. The guide vanes 32 provided on the inner circumference of the flow sleeve 30 allow the discharge air to flow along the outer surface of the combustor liner 25 on the upper side thereof and cool the combustor liner 25.

【0084】また、ガスタービン燃焼器20にタービン
燃料を供給する燃料供給系統は図4に示すように構成さ
れている。この燃料供給系統65において、上流側か
ら、燃料圧力制御弁66、燃料流量制御弁67が設けら
れ、燃料流量制御弁67の下流で燃料供給系統65はパ
イロットバーナ33へ供給するパイロット燃料供給系統
68とメインバーナ34へ供給するメイン燃料供給系統
69に分岐される。
A fuel supply system for supplying turbine fuel to the gas turbine combustor 20 is constructed as shown in FIG. In this fuel supply system 65, a fuel pressure control valve 66 and a fuel flow rate control valve 67 are provided from the upstream side, and the fuel supply system 65 downstream of the fuel flow rate control valve 67 supplies the pilot burner 33 with a pilot fuel supply system 68. And a main fuel supply system 69 for supplying to the main burner 34.

【0085】パイロット燃料供給系統68にはパイロッ
ト燃料分配弁70が、メイン燃料供給系統69にはメイ
ン燃料分配弁75が取り付けられている。
A pilot fuel distribution valve 70 is attached to the pilot fuel supply system 68, and a main fuel distribution valve 75 is attached to the main fuel supply system 69.

【0086】パイロット燃料供給系統68はパイロット
燃料分配弁70の下流側で、再び拡散燃料供給系統71
と予混合稀薄燃料供給系統72の2つの系統71,72
に分岐されており、一方の拡散燃料供給系統71は燃料
マニホールド管86を介して各ガスタービン燃焼器20
の拡散燃焼バーナ36の燃料供給管39に接続して拡散
燃焼用燃料が供給される。他方の予混合稀薄燃料供給系
統72にも燃料マニホールド管86は設けられており、
同様の機能を有している。予混合稀薄燃料供給系統72
には、オン−オフ弁73と流量調整オリフィス74が設
けられており、予混合稀薄燃焼バーナ37の燃料供給管
40に接続し、予混合稀薄燃料を供給する。流量調整オ
リフィス74で予め拡散燃焼バーナ36と予混合稀薄燃
焼バーナ37への燃料配分を設定しておく。
The pilot fuel supply system 68 is located downstream of the pilot fuel distribution valve 70, and again the diffusion fuel supply system 71 is provided.
And two systems 71 and 72 of a premixed lean fuel supply system 72
And one diffusion fuel supply system 71 is connected to each gas turbine combustor 20 via a fuel manifold pipe 86.
The fuel for diffusion combustion is supplied by being connected to the fuel supply pipe 39 of the diffusion combustion burner 36. The other premixed lean fuel supply system 72 is also provided with the fuel manifold pipe 86,
It has the same function. Premixed lean fuel supply system 72
Is provided with an on-off valve 73 and a flow rate adjusting orifice 74, which is connected to the fuel supply pipe 40 of the premixed lean burner 37 to supply the premixed lean fuel. Fuel distribution to the diffusion combustion burner 36 and the premixed lean combustion burner 37 is set in advance by the flow rate adjusting orifice 74.

【0087】また、メイン燃料供給系統69もメイン燃
料分配弁75の下流側で、2つの予混合稀薄燃料供給系
統76,77に分岐される。一方は内側の燃料供給管5
6に接続して予混合稀薄燃料が供給される。もう一方の
予混合稀薄燃料供給系統77には、パイロット燃料供給
系統68と同様に、オン−オフ弁78と流量調整オリフ
ィス79が設けられており、予混合稀薄燃料供給管60
に接続して、予混合稀薄燃料を供給する。この予混合稀
薄燃料供給系統76,77でも同様に、燃料噴射ノズル
53,57への燃料配分が設定される。
The main fuel supply system 69 is also branched into two premixed lean fuel supply systems 76 and 77 on the downstream side of the main fuel distribution valve 75. One is the inner fuel supply pipe 5
Connected to 6 to supply premixed lean fuel. Like the pilot fuel supply system 68, the other premixed lean fuel supply system 77 is provided with an on-off valve 78 and a flow rate adjusting orifice 79, and the premixed lean fuel supply pipe 60 is provided.
To supply premixed lean fuel. In this premixed lean fuel supply system 76, 77, fuel distribution to the fuel injection nozzles 53, 57 is similarly set.

【0088】ところで、このガスタービン燃焼器20に
おいては、パイロットバーナ33に拡散燃焼バーナ35
と予混合稀薄燃焼バーナ37の2つのバーナを備え、ま
たメインバーナ34に2系統の予混合稀薄燃焼バーナ5
0,51を設けたので、これらのパイロットバーナ33
とメインバーナ34によって、低NOx 化と低CO化を
実現化する作用を有する。
In the gas turbine combustor 20, the pilot burner 33 and the diffusion combustion burner 35 are used.
And a premixed lean burn burner 37, and the main burner 34 has two systems of the premixed lean burn burner 5
Since 0 and 51 are provided, these pilot burners 33
The main burner 34 and the main burner 34 have the effect of realizing low NOx and low CO.

【0089】図6(A)および(B)はガスタービンの
運転において、ガスタービン負荷に対する当量比、燃料
流量の運転計画を示すものであり、図7はガスタービン
負荷とNOx とCOの発生の関係を示すものである。
FIGS. 6 (A) and 6 (B) show the operation plan of the equivalence ratio to the gas turbine load and the fuel flow rate in the operation of the gas turbine, and FIG. 7 shows the gas turbine load and the generation of NOx and CO. It shows a relationship.

【0090】ガスタービン21はその着火から回転上昇
過程においてはパイロットバーナ33の内、拡散燃焼バ
ーナ36のみを作動させるが、この拡散燃焼は保炎機能
に優れ、安定した燃焼状態を維持しながら、ガスタービ
ン1の回転上昇を行なう。
The gas turbine 21 operates only the diffusion combustion burner 36 of the pilot burners 33 during the process of ignition and rotation up, but this diffusion combustion has an excellent flame holding function and maintains a stable combustion state. The rotation of the gas turbine 1 is increased.

【0091】ガスタービン21が無負荷定格回転数に到
達する前に、パイロットバーナ33の燃料供給系統72
にあるオン−オフ弁73の弁開度を閉から開にして拡散
燃焼バーナ36に供給されている燃料の一部を燃料流量
の総和を変えることなく予混合稀薄燃焼バーナ37に切
り換えて、パイロットバーナ33を拡散燃焼バーナ36
と予混合稀薄燃焼バーナ37の2系統71,72を作動
させる。
Before the gas turbine 21 reaches the unloaded rated speed, the fuel supply system 72 of the pilot burner 33.
The opening degree of the on-off valve 73 is changed from closed to open, and a part of the fuel supplied to the diffusion combustion burner 36 is switched to the premixed lean combustion burner 37 without changing the total fuel flow rate. Burner 33 and diffusion combustion burner 36
And two systems 71 and 72 of the premixed lean burner 37 are operated.

【0092】燃料の切換直後では、拡散燃焼バーナ36
に供給される燃料流量は減少するが、拡散燃焼バーナ3
6が安定して燃焼するための最小流量を確保しておき、
ガスタービン21が無負荷定格回転数に到達した時点で
もこの状態が維持される。したがって、従来のパイロッ
トバーナが拡散燃焼のみの燃焼であるのに比べて、この
パイロットバーナ33では、拡散燃焼バーナ36に供給
される燃料流量が大幅に減少し、NOx は図8に示すよ
うに、燃料流量にほぼ比例して減少することから、無負
荷運転状態において、既に、低NOx 化が図られてい
る。
Immediately after the fuel is switched, the diffusion combustion burner 36
Although the flow rate of fuel supplied to the
6 has a minimum flow rate for stable combustion,
This state is maintained even when the gas turbine 21 reaches the unloaded rated speed. Therefore, in comparison with the conventional pilot burner that only uses diffusion combustion, the flow rate of fuel supplied to the diffusion combustion burner 36 is significantly reduced in this pilot burner 33, and NOx is, as shown in FIG. Since it decreases almost in proportion to the fuel flow rate, the NOx reduction has already been achieved in the no-load operation state.

【0093】予混合稀薄燃焼バーナ37は拡散燃焼バー
ナ36の外周に設けられているので、拡散燃焼の火炎が
予混合稀薄燃焼に対して保炎機能を持っており、さら
に、予混合稀薄燃料の当量比はCOの発生が急激に増加
する当量比よりも大きいので、COの発生は少なく、安
定した燃焼状態が得られる。
Since the premixed lean burner 37 is provided on the outer circumference of the diffusion burner 36, the flame of the diffused combustion has a flame holding function against the premixed lean burn, and further the premixed lean fuel burns. Since the equivalence ratio is larger than the equivalence ratio at which CO generation rapidly increases, CO generation is small and a stable combustion state can be obtained.

【0094】パイロットバーナ33への燃料流量を増加
させると拡散燃焼バーナ36と予混合稀薄燃焼バーナ3
7に供給される燃料が比例的に増加して、負荷運転状態
となる。ガスタービン21が所要の低負荷において、パ
イロットバーナ33に供給されている燃料の一部をメイ
ンバーナ34の内周側に配置されている燃料噴射ノズル
53に燃料流量の総和を変えないで切り換え、メインバ
ーナ34を作動させる。
When the fuel flow rate to the pilot burner 33 is increased, the diffusion combustion burner 36 and the premixed lean burner 3
The fuel supplied to No. 7 increases proportionally to enter the load operation state. When the gas turbine 21 has a required low load, a part of the fuel supplied to the pilot burner 33 is switched to the fuel injection nozzle 53 arranged on the inner peripheral side of the main burner 34 without changing the total fuel flow rate. The main burner 34 is operated.

【0095】また、メインバーナ34への切換直前にお
いて、パイロットバーナ33の拡散燃焼バーナ36に供
給されている燃料流量が、従来の拡散燃焼のみのパイロ
ットバーナに比べて大幅に少ないので、拡散燃焼バーナ
36からのNOx の発生は大幅に低減される。また、パ
イロットバーナ33の予混合管46内の当量比はNOxの
発生が急激に増加する当量比よりも小さいのて、パイロ
ットバーナ33全体としては、NOx は大幅に低減さ
れ、部分負荷運転時におけるパイロットバーナ33とメ
インバーナ34の燃料切換直前のNOx 発生のピークを
極めて低いレベルに抑えることができる。
Immediately before switching to the main burner 34, the fuel flow rate supplied to the diffusion combustion burner 36 of the pilot burner 33 is much smaller than that of the conventional pilot burner of only diffusion combustion. The generation of NOx from 36 is greatly reduced. Further, the equivalence ratio in the premixing pipe 46 of the pilot burner 33 is smaller than the equivalence ratio at which the generation of NOx sharply increases, so the NOx of the pilot burner 33 as a whole is greatly reduced, and it is The peak of NOx generation immediately before fuel switching of the pilot burner 33 and the main burner 34 can be suppressed to an extremely low level.

【0096】次に、メインバーナ34への切換直前にお
いては、パイロットバーナ33の拡散燃焼バーナ36に
供給される燃料流量は減少するのでNOx はさらに減少
する。このときの拡散燃焼バーナ36は安定した燃焼す
るための最小燃料流量を確保している。パイロットバー
ナ33の予混合管46内の当量比やメインバーナ34の
内周側に配置されている予混合管54内の当量比はCO
の発生が急激に増加する当量比よりも大きくとられてお
り、しかも、パイロットバーナ33は無負荷運転時とほ
ぼ同じ燃焼状態を維持しており、メインバーナ34の燃
焼に対して充分な保炎機能を保持しているので、メイン
バーナ34は安定した燃焼を確保することができる。
Immediately before switching to the main burner 34, the flow rate of fuel supplied to the diffusion combustion burner 36 of the pilot burner 33 decreases, so that NOx further decreases. At this time, the diffusion combustion burner 36 secures the minimum fuel flow rate for stable combustion. The equivalence ratio in the premixing pipe 46 of the pilot burner 33 and the equivalence ratio in the premixing pipe 54 arranged on the inner peripheral side of the main burner 34 are CO
Is larger than the equivalence ratio that rapidly increases, and the pilot burner 33 maintains almost the same combustion state as during no-load operation. Since it retains its function, the main burner 34 can ensure stable combustion.

【0097】さらにガスタービン21のタービン負荷が
上昇した領域では、パイロットバーナ33への燃料供給
量はほぼ一定値になるように制御されるので、パイロッ
トバーナ33の燃焼状態はほとんど変化せずに、定格負
荷運転までこの状態を維持している。所要のある中間負
荷において、メインバーナ34の燃料供給系統77にあ
るオン−オフ弁78の弁開度を閉から開にして、メイン
バーナ34の内周側に配置されている燃料噴射ノズル5
3に供給される燃料の一部を総量を変えないで外周側に
配置されている燃料噴射ノズル57に切り換えてメイン
バーナ34の2系統76,77を作動させる。
Further, in the region where the turbine load of the gas turbine 21 is increased, the fuel supply amount to the pilot burner 33 is controlled to be a substantially constant value, so that the combustion state of the pilot burner 33 hardly changes, This state is maintained until rated load operation. At a required intermediate load, the valve opening degree of the on-off valve 78 in the fuel supply system 77 of the main burner 34 is changed from closed to open, and the fuel injection nozzle 5 arranged on the inner peripheral side of the main burner 34 is opened.
A part of the fuel supplied to No. 3 is switched to the fuel injection nozzle 57 arranged on the outer peripheral side without changing the total amount, and the two systems 76 and 77 of the main burner 34 are operated.

【0098】メインバーナ34の外周側への切換直前に
おいて、メインバーナ34の内周側に配置されている予
混合管54内の当量比はNOx の発生が急激に増加する
当量比よりも小さいので、メインバーナ34でのNOx
の発生はほとんどなく、パイロットバーナ33での僅か
なNOx の発生があるのみである。
Immediately before switching to the outer peripheral side of the main burner 34, the equivalence ratio in the premixing pipe 54 arranged on the inner peripheral side of the main burner 34 is smaller than the equivalence ratio at which the generation of NOx rapidly increases. , NOx in the main burner 34
Is hardly generated, and only a small amount of NOx is generated in the pilot burner 33.

【0099】切換直前においては、メインバーナ34の
内周側および外周側に配置されている予混合管54,5
8の当量比は双方ともCOの発生が急激に増加する当量
比よりも大きいので、COの発生はほとんど見られず、
また、パイロットバーナ33の保炎機能により、メイン
バーナ34は安定した燃焼状態を保持できる。
Immediately before switching, the premixing tubes 54, 5 arranged on the inner and outer peripheral sides of the main burner 34 are arranged.
Since both of the equivalence ratios of 8 are larger than the equivalence ratio at which CO generation rapidly increases, almost no CO generation is observed,
Further, the flame holding function of the pilot burner 33 allows the main burner 34 to maintain a stable combustion state.

【0100】さらに、ガスタービン21のタービン負荷
が上昇して定格負荷の状態においては、メインバーナ3
4の双方の予混合管54,58の当量比はNOx の発生
が急激に増加する当量比よりも小さいので、上記と同様
に、メインバーナ34でのNOx の発生があるのみで、
ガスタービン燃焼器20全体としてNOx の発生は極め
て低いレベルに抑えることができる。
Further, when the turbine load of the gas turbine 21 increases and the load is rated, the main burner 3
Since the equivalence ratio of both premixing pipes 54 and 58 of No. 4 is smaller than the equivalence ratio at which the generation of NOx sharply increases, similar to the above, only NOx is produced in the main burner 34,
Generation of NOx can be suppressed to an extremely low level in the gas turbine combustor 20 as a whole.

【0101】このように、このガスタービン燃焼器20
においては、パイロットバーナ33はガスタービン21
が無負荷定格回転数に到達する前に、拡散燃焼用燃料の
大部分が予混合稀薄燃焼用燃料に切り換わり、この燃料
流量の配分は負荷運転においても変わらない。パイロッ
トバーナ33の内、拡散燃焼バーナ36に供給される燃
料流量は従来の拡散燃焼だけのパイロットバーナに供給
される燃料流量に比べて大幅に減少させることができ
る。したがって、NOx は予混合稀薄燃焼ではほとんど
発生せず、そのほとんどが拡散燃焼で発生し、さらに、
NOx が拡散燃焼バーナ36に供給される燃料流量にほ
ぼ比例して発生することを考えると、従来の拡散燃焼だ
けのパイロットバーナの燃焼運転に比べて、このパイロ
ットバーナ33での燃焼によるNOx の発生を全負荷運
転域に亘って極めて低いレベルに抑え込むことができ
る。
Thus, this gas turbine combustor 20
The pilot burner 33 is installed in the gas turbine 21.
Before the engine reaches the no-load rated speed, most of the diffusion combustion fuel is switched to the premixed lean combustion fuel, and the distribution of the fuel flow rate does not change even in the load operation. Among the pilot burners 33, the fuel flow rate supplied to the diffusion combustion burner 36 can be significantly reduced as compared to the fuel flow rate supplied to the conventional pilot combustion only for diffusion combustion. Therefore, NOx hardly occurs in premixed lean combustion, most of it occurs in diffusion combustion, and
Considering that NOx is generated almost in proportion to the flow rate of the fuel supplied to the diffusion combustion burner 36, compared with the conventional combustion operation of the pilot burner only by diffusion combustion, the generation of NOx by the combustion in the pilot burner 33 is generated. Can be suppressed to an extremely low level over the full load operation range.

【0102】従来の拡散燃焼だけのパイロットバーナの
ターン・ダウン比に比べて、このパイロットバーナ33
では拡散燃焼バーナ36のターン・ダウン比は、負荷運
転域で燃料流量が少ないので、小さくすることができ
る。そのため、拡散燃焼バーナ36の燃料噴射差圧を充
分高くとることができるので、ガスタービン21の起動
から部分負荷を含め、広い運転範囲で安定した燃焼状態
が得られ、さらに、COの発生を低減することができ
る。
Compared to the turn-down ratio of the conventional pilot burner using only diffusion combustion, this pilot burner 33
Then, the turn-down ratio of the diffusion combustion burner 36 can be reduced because the fuel flow rate is small in the load operation region. Therefore, the fuel injection differential pressure of the diffusion combustion burner 36 can be made sufficiently high, so that a stable combustion state can be obtained in a wide operating range from the start of the gas turbine 21 to a partial load, and further the generation of CO can be reduced. can do.

【0103】燃料の切換時、例えば、ガスタービン21
が無負荷定格回転数に到達する前に、パイロットバーナ
33の拡散燃焼から予混合稀薄燃焼への切換、ある低負
荷でのパイロットバーナ33の燃焼状態からメインバー
ナ34の燃焼への切換、メインバーナ34での予混合稀
薄燃焼の1系統から2系統への切換で(ガスタービン2
1を停止させる場合では切換は逆になる)、これらの切
換時を含めて、ガスタービン21の全負荷領域におい
て、このガスタービン燃焼器20ではパイロットバーナ
33とメインバーナ34の予混合稀薄燃焼の当量比はN
Ox が急激に発生する空燃比よりも小さく、かつ、CO
が急激に発生する当量比よりも大きい範囲に入るように
燃料流量が制御されているので、予混合稀薄燃焼による
NOx およびCOの発生はいずれも極めて少ない。
When the fuel is switched, for example, the gas turbine 21
Before reaching the no-load rated speed, the pilot burner 33 switches from diffusion combustion to premixed lean combustion, the combustion state of the pilot burner 33 at a certain low load switches to combustion of the main burner 34, and the main burner By switching from one system to two systems of premixed lean combustion at 34
1 is stopped), the switching is reversed. Including the switching, the gas turbine combustor 20 in the gas turbine combustor 20 includes the premixed lean combustion of the pilot burner 33 and the main burner 34. Equivalent ratio is N
Ox is smaller than the air-fuel ratio that suddenly occurs, and CO
Since the fuel flow rate is controlled so as to fall within a range larger than the equivalence ratio at which NOx rapidly occurs, the generation of NOx and CO due to premixed lean combustion is extremely small.

【0104】したがって、ガスタービン21の無負荷か
ら定格負荷の全負荷範囲において、このガスタービン燃
焼器は低NOx 、低COを実現することができる。そし
て、パイロットバーナ33の予混合稀薄燃焼は拡散燃焼
火炎を包むように燃焼するので、予混合稀薄燃焼に対す
る保炎機能は良好で、パイロットバーナ33の予混合稀
薄燃焼は安定した燃焼状態が得られる。メインバーナ3
4の予混合稀薄燃焼に対しても同様に保炎機能は良好
で、メインバーナ34は安定した燃焼状態を維持するこ
とができる。
Therefore, in the full load range of the gas turbine 21 from no load to the rated load, this gas turbine combustor can realize low NOx and low CO. Since the premixed lean combustion of the pilot burner 33 burns so as to enclose the diffusion combustion flame, the flame holding function against the premixed lean combustion is good, and the stable combustion state of the premixed lean combustion of the pilot burner 33 is obtained. Main burner 3
The flame holding function is similarly good for the premixed lean combustion of No. 4, and the main burner 34 can maintain a stable combustion state.

【0105】パイロットバーナ33とメインバーナ34
の燃料供給系統は各々2系統ずつあり、合計4系統にな
り、従来に比べて、オン−オフ弁がパイロット燃料供給
系統68とメイン燃料供給系統69に各々1つ、合計2
つ追加されているが、これらの複雑な燃料制御弁ではな
く、回転数、負荷あるいは燃料流量の信号で開閉するだ
けの単純な作動を行なう弁であり、燃料供給系統が増加
したにも拘らず、燃料制御系は複雑にはならず、従来と
同じレベルを維持できる。したがって、ガスタービン2
1の運転信頼性を何ら損うことなく制御することができ
る。
Pilot burner 33 and main burner 34
There are two fuel supply systems each for a total of four systems. Compared to the conventional system, one on-off valve is provided for each of the pilot fuel supply system 68 and the main fuel supply system 69, for a total of two systems.
However, it is not a complicated fuel control valve but a valve that operates simply by opening and closing with signals of rotation speed, load or fuel flow rate, despite the fact that the fuel supply system has increased. The fuel control system does not become complicated and can maintain the same level as before. Therefore, the gas turbine 2
1 can be controlled without impairing the operation reliability.

【0106】[0106]

【発明の効果】以上に述べたように本発明に係るガスタ
ービン燃焼器においては、燃焼器ライナのヘッド部にパ
イロットバーナとメインバーナをそれぞれ設ける一方、
パイロットバーナは拡散燃焼バーナの外周部に配置され
た複数の予混合稀薄燃焼バーナとを備え、パイロットバ
ーナが拡散燃焼と予混合稀薄燃焼の2つのバーナを有す
るので、このパイロットバーナとメインバーナでガスタ
ービン燃焼器内での燃焼状態を調節することにより、ガ
スタービンの定格負荷および部分負荷を含めた全負荷帯
において、NOx の発生やCOの発生を極めて低いレベ
ルに維持し、全運転領域で安定した燃焼状態を維持し、
長期間安定した運転を確保でき、信頼性が高い。
As described above, in the gas turbine combustor according to the present invention, the pilot burner and the main burner are respectively provided on the head portion of the combustor liner,
The pilot burner is provided with a plurality of premixed lean burners arranged on the outer periphery of the diffusion combustion burner. Since the pilot burner has two burners, diffusion combustion and premixed lean burn, the pilot burner and the main burner use gas. By adjusting the combustion state in the turbine combustor, NOx and CO generation are maintained at extremely low levels in all load zones including the rated load and partial load of the gas turbine, and stable in all operating regions. Maintain the burning state,
It can secure stable operation for a long time and is highly reliable.

【0107】また、パイロットバーナに予混合稀薄燃焼
バーナを備える一方、メインバーナは予混合稀薄燃焼バ
ーナであり、各予混合稀薄燃焼バーナの燃料噴射ノズル
の燃料噴射側に対向して配置される予混合管は請求項2
から請求項4に示すように構成したので、予混合管内を
流れる予混合稀薄燃料の流速を常時火災伝播速度以上に
安定的に保つことができ、逆火現象を防止し、予混合稀
薄燃焼の逆火に対して予混合管に裕度を持たせることが
でき、燃料制御も容易で長期間安定した運転を確保でき
る。
Further, while the pilot burner is equipped with a premixed lean burner, the main burner is a premixed lean burner, and the main burner is arranged to face the fuel injection side of the fuel injection nozzle of each premixed lean burner. The mixing tube is claim 2.
According to the present invention, the flow velocity of the premixed lean fuel flowing in the premixing pipe can be always kept stable above the fire propagation speed, the flashback phenomenon can be prevented, and the premixed lean combustion can be prevented. The premixing tube can have a margin against flashback, the fuel can be easily controlled, and stable operation can be secured for a long time.

【0108】また、このガスタービン燃焼器の運転方法
によると、ガスタービンの着火から回転上昇過程やガス
タービンが無負荷定格回転数に到達する過程、ガスター
ビンが無負荷から所要のある低負荷に至る負荷帯の過
程、ガスタービンが所要のある低負荷から中間負荷まで
の負荷帯の過程、さらに所要の中間負荷から定格負荷ま
での負荷帯の過程に応じてパイロットバーナの拡散燃焼
バーナや予混合稀薄燃焼バーナならびにメインバーナの
内周側および外周側の予混合稀薄燃焼バーナを運転計画
に従って適宜調節制御したので、ガスタービンの定格負
荷や部分負荷を含めた全ての負荷帯でNOx やCOの発
生を極めて低いレベルに抑えることができ、低NOx 化
や低CO化が図れる。この低NOx 化や低CO化を図っ
ても、全運転領域で安定した燃焼状態を維持し、長期間
安定した運転を保証することができる。
Further, according to this method of operating the gas turbine combustor, the process of increasing the rotation from the ignition of the gas turbine, the process of reaching the no-load rated speed of the gas turbine, and the no-load of the gas turbine to the required low load. Diffusion combustion burner and premixing of the pilot burner according to the process of the load zone from the low load to the intermediate load required by the gas turbine, and the process of the load zone from the required intermediate load to the rated load. Since the lean burn burner and the premixed lean burn burner on the inner and outer circumferences of the main burner were appropriately adjusted and controlled according to the operation plan, NOx and CO were generated in all load zones including the rated load and partial load of the gas turbine. Can be suppressed to an extremely low level, and NOx and CO can be reduced. Even with this reduction in NOx and CO, it is possible to maintain a stable combustion state in the entire operating range and guarantee stable operation for a long period of time.

【0109】さらに、ガスタービン燃焼器のパイロット
バーナやメインバーナに用いられる予混合稀薄燃焼バー
ナの予混合管内に案内される予混合稀薄燃料の当量比
は、ガスタービンの起動から定格運転状態に至るまで、
その運転状態に応じて調節制御でされるので、パイロッ
トバーナはメインパーナの燃焼に対して充分な保炎機能
を有し、メインバーナは安定した燃焼を確保でき、低N
Ox 化や低CO化を図ることができ、さらに、ガスター
ビンの負荷が上昇して定格負荷の状態においては、メイ
ンバーナの双方の予混合管内の当量比はNOx の発生が
急激に増加する当量比よりも小さいので、メインバーナ
でのNOx の発生はほとんどなく、パイロットバーナで
の僅かなNOx の発生があるのみで、ガスタービン燃焼
器全体としてNOx の発生は極めて低いレベルに抑える
ことができる。
Further, the equivalence ratio of the premixed lean fuel guided in the premixing pipe of the premixed lean burner used in the pilot burner or main burner of the gas turbine combustor is from the start of the gas turbine to the rated operating state. Until,
Since the pilot burner has a sufficient flame holding function against the combustion of the main burner, the main burner can ensure stable combustion and the low N
Ox and CO can be reduced, and when the load on the gas turbine rises and the load is at the rated load, the equivalence ratio in both premixing tubes of the main burner is equivalent to the amount at which NOx generation rapidly increases. Since the ratio is smaller than the ratio, almost no NOx is generated in the main burner, and only a small amount of NOx is generated in the pilot burner, and the NOx generation can be suppressed to an extremely low level in the gas turbine combustor as a whole.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係るガスタービン燃焼器の一実施例を
示す組立断面図。
FIG. 1 is an assembled sectional view showing an embodiment of a gas turbine combustor according to the present invention.

【図2】図1に示すガスタービン燃焼器の縦断面図。2 is a vertical cross-sectional view of the gas turbine combustor shown in FIG.

【図3】図1に示すガスタービン燃焼器のIII −III 線
に沿う断面図。
3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of the gas turbine combustor shown in FIG.

【図4】本発明に係るガスタービン燃焼器への燃料供給
系統を示す系統構成図。
FIG. 4 is a system configuration diagram showing a fuel supply system to a gas turbine combustor according to the present invention.

【図5】本発明のガスタービン燃焼器に用いられる予混
合管内の管内流速と火炎伝播速度との関係を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the in-pipe flow velocity in the premixing pipe used in the gas turbine combustor of the present invention and the flame propagation velocity.

【図6】(A)はガスタービンの運転におけるタービン
負荷と当量比(空燃比)の関係、(B)はタービン負荷
と燃料流量の関係を示す図。
FIG. 6A is a diagram showing a relationship between a turbine load and an equivalence ratio (air-fuel ratio) during gas turbine operation, and FIG. 6B is a diagram showing a relationship between a turbine load and a fuel flow rate.

【図7】本発明のガスタービン燃焼器のガスタービン負
荷に対するNOx 量とCO量を、従来のガスタービン燃
焼器のNOx 量、CO量と比較して示す図。
FIG. 7 is a diagram showing the NOx amount and CO amount with respect to the gas turbine load of the gas turbine combustor of the present invention in comparison with the NOx amount and CO amount of the conventional gas turbine combustor.

【図8】ガスタービン燃焼器のNOx とCOの発生と当
量比の関係を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the generation of NOx and CO in the gas turbine combustor and the equivalence ratio.

【図9】従来のガスタービン燃焼器を示す縦断面図。FIG. 9 is a vertical sectional view showing a conventional gas turbine combustor.

【図10】(A)および(B)は従来のガスタービン燃
焼器において、ガスタービンの運転における当量比と燃
料流量の計画をそれぞれ示す図。
10 (A) and 10 (B) are diagrams showing a plan of an equivalence ratio and a fuel flow rate in the operation of the gas turbine in the conventional gas turbine combustor, respectively.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 ガスタービン燃焼器 21 ガスタービン 22 圧縮機 24 ヘッドプレート 25 燃焼器ライナ 26 燃焼室 27 燃焼ガス混合域 30 フロースリーブ 31 空気流路 33 パイロットバーナ 34 メインバーナ 36 拡散燃焼バーナ 37 予混合稀薄燃焼バーナ 38 ヘッダディスク 39 拡散燃焼用燃料供給管 40 予混合稀薄燃焼用燃料供給管 41 拡散燃料バーナ管 42 拡散燃焼用空気管 43 拡散燃焼用スワラ 44 燃料ヘッダ 45,53,57 燃料噴射ノズル 46,54,58 予混合管 50,51 予混合稀薄燃焼バーナ 55 内側燃料ヘッダ 56 内側燃料供給管 59 外側燃料ヘッダ 60 外側燃料供給配管 65 タービン燃料供給系統 66 燃料圧力制御弁 67 燃料流量制御弁 68 パイロット燃料供給系統 69 メイン燃料供給系統 70 パイロット燃料分配弁 71 拡散燃焼用燃料供給系統 72 予混合稀薄燃焼用燃料供給系統 73,78 オン−オフ弁 74,79 流量調整オリフィス 75 メイン燃料分配弁 76 内側予混合稀薄燃料供給系統 77 外側予混合稀薄燃料供給系統 80 着火器 81 火炎検出器 82 火炎伝播管 20 Gas Turbine Combustor 21 Gas Turbine 22 Compressor 24 Head Plate 25 Combustor Liner 26 Combustion Chamber 27 Combustion Gas Mixing Region 30 Flow Sleeve 31 Air Flow Path 33 Pilot Burner 34 Main Burner 36 Diffusion Combustion Burner 37 Premixed Lean Burner 38 Header disk 39 Fuel supply pipe for diffusion combustion 40 Fuel supply pipe for premixed lean combustion 41 Diffusion fuel burner pipe 42 Air pipe for diffusion combustion 43 Diffusion combustion swirler 44 Fuel header 45,53,57 Fuel injection nozzle 46,54,58 Premixing pipe 50,51 Premixed lean burner 55 Inner fuel header 56 Inner fuel supply pipe 59 Outer fuel header 60 Outer fuel supply pipe 65 Turbine fuel supply system 66 Fuel pressure control valve 67 Fuel flow control valve 68 Pilot fuel supply system 69 Main fuel supply System 70 Pilot fuel distribution valve 71 Diffusion combustion fuel supply system 72 Premixed lean combustion fuel supply system 73, 78 On-off valve 74, 79 Flow rate adjustment orifice 75 Main fuel distribution valve 76 Inner premixed lean fuel supply system 77 Outside Premixed lean fuel supply system 80 Ignition device 81 Flame detector 82 Flame propagation tube

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃焼器収納ケーシング内に燃焼器ライナ
を収納し、この燃焼器ライナのヘッド部にメインバーナ
とパイロットバーナをそれぞれ設け、上記パイロットバ
ーナは拡散燃焼バーナとこの拡散燃焼バーナの外周部に
配置された複数の予混合稀薄燃焼バーナとから構成した
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。
1. A combustor liner is housed in a combustor housing casing, and a main burner and a pilot burner are provided at a head portion of the combustor liner. The pilot burner is a diffusion combustion burner and an outer peripheral portion of the diffusion combustion burner. A gas turbine combustor characterized by comprising a plurality of premixed lean burners arranged in the.
【請求項2】 予混合稀薄燃焼バーナは、燃料噴射ノズ
ルとこの燃料噴射ノズルの燃料噴射側に対向して設置さ
れる予混合管とを有し、上記予混合管は入口部から管途
中まで直管状をなし、噴出口に近付くに従って断面積が
滑かに減少し、かつ噴出口が配置された円周上の接線方
向に所要の傾斜角度を持たせて湾曲させた請求項1記載
のガスタービン燃焼器。
2. A premixed lean combustion burner has a fuel injection nozzle and a premixing pipe installed so as to face the fuel injection side of the fuel injection nozzle, and the premixing pipe extends from the inlet portion to the middle of the pipe. The gas according to claim 1, which is in the shape of a straight tube, the cross-sectional area of which decreases smoothly as it approaches the ejection port, and which is curved with a required inclination angle in the tangential direction on the circumference where the ejection port is arranged. Turbine combustor.
【請求項3】 メインバーナはパイロットバーナの外周
部に配置される予混合稀薄燃焼バーナであり、上記メイ
ンバーナは複数の燃料噴射ノズルとこれらの燃料噴射ノ
ズルの燃料噴射側に対向して設置される予混合管とが燃
焼器ライナの周りに内周側と外周側で多重に配置され、
外周側の予混合管の噴出口は内周側の予混合管の噴出口
より下流側に位置された請求項1記載のガスタービン燃
焼器。
3. The main burner is a premixed lean combustion burner arranged on the outer peripheral portion of the pilot burner, and the main burner is installed so as to face a plurality of fuel injection nozzles and the fuel injection side of these fuel injection nozzles. A premixing tube is placed around the combustor liner in multiple layers on the inner and outer peripheral sides,
The gas turbine combustor according to claim 1, wherein the injection port of the premixing pipe on the outer peripheral side is located downstream of the injection port of the premixing pipe on the inner peripheral side.
【請求項4】 メインバーナの予混合管は入口部から管
途中まで直管状をなし、噴出口に近付くに従って断面積
が滑かに減少し、かつ燃焼器ライナのコーン状ヘッド部
に接続される噴出口の軸線が燃焼器ライナのライナ面に
ほぼ垂直をなすように形成された請求項1記載のガスタ
ービン燃焼器。
4. The premixing pipe of the main burner has a straight tubular shape from the inlet to the middle of the pipe, the cross-sectional area of which is reduced smoothly as it approaches the ejection port, and it is connected to the cone-shaped head of the combustor liner. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein an axis of the jet port is formed so as to be substantially perpendicular to a liner surface of the combustor liner.
【請求項5】 タービン燃料供給系統に燃料圧力制御弁
と燃料流量制御弁を順次設置し、この燃料流量制御弁の
下流側からタービン燃料供給系統をパイロット燃料供給
系統とメイン燃料供給系統に分岐させ、分岐された一方
パイロット燃料供給系統はパイロット燃料分配弁の下流
側から拡散燃焼用燃料供給系統と予混合稀薄燃焼用燃料
供給系統に分岐されて、パイロットバーナの各燃料管に
接続され、上記予混合稀薄燃焼用燃料供給系統にはオン
−オフ弁と流量調整オリフィスが設置される一方、他方
のメイン燃料供給系統はメイン燃料分配弁の下流側から
複数の予混合稀薄燃料供給系統に分岐されてメインバー
ナの各燃料管に接続され、外周側に配置の燃料噴射ノズ
ルに供給される予混合稀薄燃料供給系統にはオン−オフ
弁と流量調整オリフィスが設けられたことを特徴とする
ガスタービン燃焼器。
5. A fuel pressure control valve and a fuel flow control valve are sequentially installed in the turbine fuel supply system, and the turbine fuel supply system is branched from a downstream side of the fuel flow control valve into a pilot fuel supply system and a main fuel supply system. The branched pilot fuel supply system is branched from the downstream side of the pilot fuel distribution valve to the diffusion combustion fuel supply system and the premixed lean combustion fuel supply system and connected to each fuel pipe of the pilot burner. An on-off valve and a flow control orifice are installed in the fuel mixture system for mixed lean combustion, while the other main fuel supply system is branched from the downstream side of the main fuel distribution valve into a plurality of premixed lean fuel supply systems. The premixed lean fuel supply system connected to each fuel pipe of the main burner and supplied to the fuel injection nozzle arranged on the outer peripheral side has an on-off valve and a flow adjustment orifice. A gas turbine combustor characterized in that the gas turbine combustor is provided.
【請求項6】 ガスタービンの着火から回転上昇過程に
おいては、パイロットバーナの拡散燃焼バーナのみを作
動させ、ガスタービンが無負荷定格回転数に到達する前
に、パイロット燃料供給系統の一部を切り換えて、パイ
ロットバーナを拡散燃焼バーナと予混合稀薄燃焼バーナ
の双方を作動させ、ガスタービンが無負荷から所要の低
負荷までの負荷帯はパイロットバーナの双方のバーナを
燃焼させる燃焼状態を継続し、ガスタービンが所要の低
負荷でメインバーナの内周側に配置されている燃料噴射
ノズルを作動させ、パイロットバーナとメインバーナの
双方で、ガスタービンの所要の低負荷から中間負荷まで
の負荷帯を運転し、さらに、ガスタービンが所要の中間
負荷でメインバーナの外周側に配置されている燃料噴射
ノズルを作動させて内周側および外周側配置の燃料噴射
ノズルを共に作動させ、ガスタービンが所要の中間負荷
から定格負荷までの負荷帯はパイロットバーナとメイン
バーナの全ての燃料供給系統を作動させて運転すること
を特徴とするガスタービン燃焼器。
6. In the process from ignition to rising of rotation of the gas turbine, only the diffusion combustion burner of the pilot burner is operated, and a part of the pilot fuel supply system is switched before the gas turbine reaches the no-load rated rotation speed. Then, the pilot burner operates both the diffusion combustion burner and the premixed lean burner, and the combustion state in which the burner burns both burners of the pilot burner in the load range from no load to the required low load of the gas turbine, The gas turbine operates the fuel injection nozzle located on the inner peripheral side of the main burner at the required low load, and the load range from the required low load to the intermediate load of the gas turbine is set at both the pilot burner and the main burner. In operation, the gas turbine operates the fuel injection nozzle located on the outer peripheral side of the main burner at the required intermediate load. The fuel injection nozzles on the inner and outer circumferences are operated together, and the gas turbine is operated by operating all fuel supply systems of the pilot burner and the main burner in the load range from the required intermediate load to the rated load. Characteristic gas turbine combustor.
【請求項7】 ガスタービンが無負荷定格回転数に到達
する前に、パイロットバーナの予混合稀薄燃焼バーナを
作動させたとき、予混合管内の当量比はCOの発生が急
激に増加する最小当量比よりも大きく、次に、ガスター
ビンが所要の低負荷でメインバーナの内周側に配置され
ている燃料噴射ノズルを切り換えて作動させるとき、切
換直前において、パイロットバーナの予混合管内の当量
比はNOx の発生が急激に増加する当量比よりも小さ
く、切換直後においては、パイロットバーナの予混合管
内の当量比およびメインバーナの内周側に配置されてい
る予混合管内の当量比はCOの発生が急激に増加する当
量比よりも大きく、さらに、ガスタービンが所要の中間
負荷でメインバーナの外周側に配置されている燃料噴射
ノズルを作動させるとき、切換直前において、メインバ
ーナの内周側に配置されている予混合管内の当量比はN
Ox の発生が急激に増加する当量比よりも小さく、切換
直前においては、メインバーナの内周側および外周側に
配置されている予混合管内の当量比は双方ともCOの発
生が急激に増加する当量比よりも大きく、そしてガスタ
ービンが定格負荷の状態において、メインバーナの内周
側および外周側に配置されている予混合管内の当量比は
NOx の発生が急激に増加する当量比よりも小さく、か
つ、パイロットバーナはガスタービンが所要の低負荷運
転時から定格負荷運転時までの負荷帯ではほぼ一定の燃
料流量を保持するように燃料制御することを特徴とする
ガスタービン燃焼器の運転方法。
7. When the premixed lean burn burner of the pilot burner is operated before the gas turbine reaches the no-load rated speed, the equivalence ratio in the premixing pipe is the minimum equivalence which causes a rapid increase in the generation of CO. When the gas turbine is operated by switching the fuel injection nozzle located on the inner peripheral side of the main burner at the required low load, the equivalence ratio in the premixing pipe of the pilot burner immediately before switching. Is smaller than the equivalence ratio at which the generation of NOx suddenly increases. Immediately after switching, the equivalence ratio in the premixing pipe of the pilot burner and the equivalence ratio in the premixing pipe arranged on the inner peripheral side of the main burner are If the gas turbine operates a fuel injection nozzle arranged on the outer peripheral side of the main burner at a required intermediate load, the generation ratio is larger than the equivalence ratio that rapidly increases. , Before switching straight, the equivalent ratio of the premixed tube is disposed on the inner peripheral side of the main burner N
The generation ratio of Ox is smaller than the equivalence ratio that rapidly increases, and immediately before switching, the equivalence ratios in the premixing pipes arranged on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the main burner both rapidly increase CO generation. The equivalence ratio is larger than the equivalence ratio, and the equivalence ratio in the premixing pipes located on the inner and outer circumference sides of the main burner is smaller than the equivalence ratio at which the NOx generation increases rapidly when the gas turbine is at the rated load. In addition, the pilot burner performs fuel control so that the gas turbine maintains a substantially constant fuel flow rate in the load range from the required low load operation to the rated load operation. .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003042451A (en) * 2001-06-18 2003-02-13 Siemens Ag Gas turbine having air compressor
US7524186B2 (en) * 2000-08-30 2009-04-28 Gencor Industries, Inc. Low emissions burner with premix flame stabilized by a diffusion flame
US8172568B2 (en) * 2007-08-10 2012-05-08 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Combustor
JP2012141078A (en) * 2010-12-28 2012-07-26 Kawasaki Heavy Ind Ltd Combustion device, and combustion control method of the combustion device
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