JPH06213445A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents
ガスタービン燃焼器Info
- Publication number
- JPH06213445A JPH06213445A JP562593A JP562593A JPH06213445A JP H06213445 A JPH06213445 A JP H06213445A JP 562593 A JP562593 A JP 562593A JP 562593 A JP562593 A JP 562593A JP H06213445 A JPH06213445 A JP H06213445A
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- Japan
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- stage burner
- fuel
- burner
- combustor
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Abstract
(57)【要約】
【構成】燃焼器上流側に起動用の第１段バーナ１を設
け、燃焼器下流側に予混合火炎を形成する第２段バーナ
２を設ける。第１段バーナ１には燃料と空気の混合気体
を旋回流として噴出する手段を設け、この旋回流の中央
に形成される循環流２３の作用により火炎を安定化す
る。さらに、この旋回流中に燃料を噴出する手段１１、
１２を設け、燃焼器の起動を容易にする。 【効果】第１段バーナの火炎安定性よく、かつ、ＮＯｘ
排出量が少ない。また、第１段バーナには突出部がな
く、冷却が容易である。
け、燃焼器下流側に予混合火炎を形成する第２段バーナ
２を設ける。第１段バーナ１には燃料と空気の混合気体
を旋回流として噴出する手段を設け、この旋回流の中央
に形成される循環流２３の作用により火炎を安定化す
る。さらに、この旋回流中に燃料を噴出する手段１１、
１２を設け、燃焼器の起動を容易にする。 【効果】第１段バーナの火炎安定性よく、かつ、ＮＯｘ
排出量が少ない。また、第１段バーナには突出部がな
く、冷却が容易である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービン燃焼器に関
する。
する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービン燃焼器のＮＯｘの低減には
予混合燃焼法が有力である。特開平3−175211号公報に
記載の燃焼器では、燃焼器上流側に１次燃焼室を、１次
燃焼室の下流に２次燃焼室を設け、１次燃焼室中に拡散
火炎を形成する第１段バーナを、２次燃焼室中に予混合
火炎を形成する第２段バーナを設け、予混合火炎の安定
性向上とＮＯｘ低減のために、第２段バーナ出口開口部
近傍にブラフボディ型の保炎器を設けた燃焼器が提案さ
れている。
予混合燃焼法が有力である。特開平3−175211号公報に
記載の燃焼器では、燃焼器上流側に１次燃焼室を、１次
燃焼室の下流に２次燃焼室を設け、１次燃焼室中に拡散
火炎を形成する第１段バーナを、２次燃焼室中に予混合
火炎を形成する第２段バーナを設け、予混合火炎の安定
性向上とＮＯｘ低減のために、第２段バーナ出口開口部
近傍にブラフボディ型の保炎器を設けた燃焼器が提案さ
れている。
【０００３】ここで、ＮＯｘをさらに低減するには、第
１段バーナでも予混合火炎を形成可能とする構造が望ま
しい。特開平3−175211 号公報に記載の燃焼器では、第
１段バーナの出口開口部の近傍にもブラフボディ型保炎
器を設け、第１段バーナの運転範囲拡大のため、ブラフ
ボディ型保炎器の中央部より拡散燃焼用の燃料を噴出す
る構造とした燃焼器がさらに提案されている。
１段バーナでも予混合火炎を形成可能とする構造が望ま
しい。特開平3−175211 号公報に記載の燃焼器では、第
１段バーナの出口開口部の近傍にもブラフボディ型保炎
器を設け、第１段バーナの運転範囲拡大のため、ブラフ
ボディ型保炎器の中央部より拡散燃焼用の燃料を噴出す
る構造とした燃焼器がさらに提案されている。
【０００４】ブラフボディ型保炎器を用いると、予混合
火炎の安定性が良く、ＮＯｘ排出量も低くなるが、実用
化にあたって保炎器の冷却が課題となる。特開平3−175
211号公報に記載の燃焼器の場合、第２段バーナに設け
た保炎器の冷却は、保炎器内部に冷却媒体を流す方法等
で比較的容易に達成できるが、第１段バーナの保炎器
は、保炎器中央部より燃料を噴出する必要があるため構
造が複雑であり、冷却が困難であるという問題があっ
た。
火炎の安定性が良く、ＮＯｘ排出量も低くなるが、実用
化にあたって保炎器の冷却が課題となる。特開平3−175
211号公報に記載の燃焼器の場合、第２段バーナに設け
た保炎器の冷却は、保炎器内部に冷却媒体を流す方法等
で比較的容易に達成できるが、第１段バーナの保炎器
は、保炎器中央部より燃料を噴出する必要があるため構
造が複雑であり、冷却が困難であるという問題があっ
た。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来技
術ではＮＯｘ排出量の低減は可能であるが、第１段バー
ナの保炎器の冷却が困難であった。
術ではＮＯｘ排出量の低減は可能であるが、第１段バー
ナの保炎器の冷却が困難であった。
【０００６】本発明の目的は、安定性が良好で冷却が容
易な第１段バーナを有するガスタービン燃焼器を提供す
ることにある。
易な第１段バーナを有するガスタービン燃焼器を提供す
ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、燃焼器の上流
側に設けた起動用の第１段バーナと、前記第１段バーナ
の下流側に設けた予混合火炎を形成する第２段バーナを
設けた燃焼器において、第１段バーナから、燃料と空気
の混合気体を旋回流として噴出する手段と、第１段バー
ナで拡散火炎を形成する手段とを有する燃焼器である。
側に設けた起動用の第１段バーナと、前記第１段バーナ
の下流側に設けた予混合火炎を形成する第２段バーナを
設けた燃焼器において、第１段バーナから、燃料と空気
の混合気体を旋回流として噴出する手段と、第１段バー
ナで拡散火炎を形成する手段とを有する燃焼器である。
【０００８】ここで、第２段バーナの保炎手段としては
ブラフボディ型保炎器が望ましい。第１段バーナと第２
段バーナは同一の燃焼器中に設けてもよいし、あるい
は、燃焼器の上流側に１次燃焼室を、１次燃焼室の下流
に２次燃焼室を設け、１次燃焼室中に第１段バーナを、
２次燃焼室中に第２段バーナを設ける構造としてもよ
い。
ブラフボディ型保炎器が望ましい。第１段バーナと第２
段バーナは同一の燃焼器中に設けてもよいし、あるい
は、燃焼器の上流側に１次燃焼室を、１次燃焼室の下流
に２次燃焼室を設け、１次燃焼室中に第１段バーナを、
２次燃焼室中に第２段バーナを設ける構造としてもよ
い。
【０００９】第１段バーナで拡散火炎を形成する手段と
しては、第１段バーナから噴出される旋回流の中央に形
成される循環流中に燃料を噴出する手段がよい。また、
この燃料噴出手段は第１段バーナ中に複数個設けてもよ
い。
しては、第１段バーナから噴出される旋回流の中央に形
成される循環流中に燃料を噴出する手段がよい。また、
この燃料噴出手段は第１段バーナ中に複数個設けてもよ
い。
【００１０】
【作用】特開平3−175211 号公報の燃焼器では、保炎手
段としてブラフボディ型保炎器を使用している。この保
炎器は火炎安定性には優れているが、突出部を有するた
め、保炎器が加熱されやすく、保炎器の冷却が必要であ
る。
段としてブラフボディ型保炎器を使用している。この保
炎器は火炎安定性には優れているが、突出部を有するた
め、保炎器が加熱されやすく、保炎器の冷却が必要であ
る。
【００１１】本発明の燃焼器の第１段バーナでは、旋回
流を形成し保炎する手段を採用しているため、バーナの
近傍に突出部がなく、冷却の必要があまりない。特に、
第１段バーナは起動時に使用するため、予混合燃焼させ
るための燃料供給系と、拡散燃焼させるための燃料供給
系とが必要であり、構造が複雑になる。従って、保炎部
の冷却が困難であるため、冷却の必要性が少ない本発明
の第１段バーナが適している。
流を形成し保炎する手段を採用しているため、バーナの
近傍に突出部がなく、冷却の必要があまりない。特に、
第１段バーナは起動時に使用するため、予混合燃焼させ
るための燃料供給系と、拡散燃焼させるための燃料供給
系とが必要であり、構造が複雑になる。従って、保炎部
の冷却が困難であるため、冷却の必要性が少ない本発明
の第１段バーナが適している。
【００１２】一方、第２段バーナには、旋回流を形成し
保炎する手段の適用が難しい。それは、第２段バーナか
ら噴出される燃料と空気の混合気体噴流の中央部には第
１段バーナから発生した燃焼気体が流入するため、旋回
流の中央部に循環流を形成するのが難しいからである。
保炎する手段の適用が難しい。それは、第２段バーナか
ら噴出される燃料と空気の混合気体噴流の中央部には第
１段バーナから発生した燃焼気体が流入するため、旋回
流の中央部に循環流を形成するのが難しいからである。
【００１３】このため、第２段バーナにはブラフボディ
型保炎器の使用が望ましい。第２段バーナは起動時に使
用しないため、拡散燃焼させるための機構が不要であ
る。このため、第１段バーナと比べて構造が簡単であ
り、保炎部の冷却も容易である。
型保炎器の使用が望ましい。第２段バーナは起動時に使
用しないため、拡散燃焼させるための機構が不要であ
る。このため、第１段バーナと比べて構造が簡単であ
り、保炎部の冷却も容易である。
【００１４】
【実施例】以下、図面に従い本発明を説明する。
【００１５】図１は、本発明の一実施例のガスタービン
燃焼器の断面図である。
燃焼器の断面図である。
【００１６】燃焼器は、外筒１７，内筒１８，１次燃焼
室１９，２次燃焼室２０，第１段バーナ１，第２段バー
ナ２，トランジションピース１５などから構成される。
室１９，２次燃焼室２０，第１段バーナ１，第２段バー
ナ２，トランジションピース１５などから構成される。
【００１７】空気１４は、図示しない空気圧縮器により
圧縮された後、燃焼器中に流入する。空気１４は、外筒
１７と内筒１８の間を流れ、混合室６を経て第１段バー
ナ１から１次燃焼室１９中へ、第２段バーナ２から２次
燃焼室２０中へ噴出される。一部の空気１４は、燃焼器
壁面の冷却用に用いられる。１次及び２次燃焼室で発生
した燃焼気体１３はトランジションピース１５を経てタ
ービン翼１６へ導入され、図示しないタービン及びター
ビンと接続された発電機を駆動する。
圧縮された後、燃焼器中に流入する。空気１４は、外筒
１７と内筒１８の間を流れ、混合室６を経て第１段バー
ナ１から１次燃焼室１９中へ、第２段バーナ２から２次
燃焼室２０中へ噴出される。一部の空気１４は、燃焼器
壁面の冷却用に用いられる。１次及び２次燃焼室で発生
した燃焼気体１３はトランジションピース１５を経てタ
ービン翼１６へ導入され、図示しないタービン及びター
ビンと接続された発電機を駆動する。
【００１８】第１段バーナ１は１次燃焼室１９の中心軸
付近に設け、１次燃焼室１９の下流にリング状の第２段
バーナ２を設ける。第２段バーナ２の出口開口部にはブ
ラフボディ型保炎器３を設ける。スライドリング５を移
動させることにより、第２段バーナ２に流入する空気量
を負荷に応じて調節する。
付近に設け、１次燃焼室１９の下流にリング状の第２段
バーナ２を設ける。第２段バーナ２の出口開口部にはブ
ラフボディ型保炎器３を設ける。スライドリング５を移
動させることにより、第２段バーナ２に流入する空気量
を負荷に応じて調節する。
【００１９】第１段バーナ１に流入する空気は、１次予
混合燃焼用燃料噴出口１１から噴出した１次予混合燃焼
用燃料１２と混合室６で混合される。燃料と空気の混合
気体は、旋回器８を経て１次燃焼室１９中へ旋回流とし
て噴出される。この旋回流の中央に循環流２３が形成さ
れる。拡散燃焼用燃料噴出口１０を第１段バーナ１の中
央に設け、循環流２３中に燃料を噴出する。ガスタービ
ンの起動時にはこの拡散燃焼用燃料噴出口１０から燃料
を噴出し、安定な拡散火炎を形成する。ガスタービン負
荷が高くなるのに対応し、第１段バーナ１へ予混合燃焼
用の燃料も供給する。一方、拡散燃焼用の燃料流量を減
じる。さらにガスタービン負荷が高いときには、第２段
バーナ２へも燃料を供給する。このように運転すること
で、起動時から最大負荷時まで常に安定な火炎を形成
し、かつ、ＮＯｘ排出量を減じることができる。
混合燃焼用燃料噴出口１１から噴出した１次予混合燃焼
用燃料１２と混合室６で混合される。燃料と空気の混合
気体は、旋回器８を経て１次燃焼室１９中へ旋回流とし
て噴出される。この旋回流の中央に循環流２３が形成さ
れる。拡散燃焼用燃料噴出口１０を第１段バーナ１の中
央に設け、循環流２３中に燃料を噴出する。ガスタービ
ンの起動時にはこの拡散燃焼用燃料噴出口１０から燃料
を噴出し、安定な拡散火炎を形成する。ガスタービン負
荷が高くなるのに対応し、第１段バーナ１へ予混合燃焼
用の燃料も供給する。一方、拡散燃焼用の燃料流量を減
じる。さらにガスタービン負荷が高いときには、第２段
バーナ２へも燃料を供給する。このように運転すること
で、起動時から最大負荷時まで常に安定な火炎を形成
し、かつ、ＮＯｘ排出量を減じることができる。
【００２０】本発明の燃焼器では第１段バーナ１では旋
回流により火炎を安定化し、ブラフボディ型保炎器を使
用していないためバーナ出口に突出部がなく、バーナ焼
損の恐れは少ない。一方、第２段バーナ２から混合気体
を旋回流として噴出しても、第１段バーナ１で発生した
燃焼気体がこの旋回流の中央部に流入するため循環流は
形成できない。従って、第２段バーナ２にはブラフボデ
ィ型保炎器を使用する。
回流により火炎を安定化し、ブラフボディ型保炎器を使
用していないためバーナ出口に突出部がなく、バーナ焼
損の恐れは少ない。一方、第２段バーナ２から混合気体
を旋回流として噴出しても、第１段バーナ１で発生した
燃焼気体がこの旋回流の中央部に流入するため循環流は
形成できない。従って、第２段バーナ２にはブラフボデ
ィ型保炎器を使用する。
【００２１】図２は、拡散燃焼用燃料噴出口１０の変形
例である。図１の燃焼器と同様に循環流２３中に燃料を
噴出するが、循環流２３中に局所的な高温部ができない
よう、複数の拡散燃焼用燃料噴出口１０から燃料を供給
する。
例である。図１の燃焼器と同様に循環流２３中に燃料を
噴出するが、循環流２３中に局所的な高温部ができない
よう、複数の拡散燃焼用燃料噴出口１０から燃料を供給
する。
【００２２】第２段バーナ２に設置する保炎器は必ずし
もブラフボディ型保炎器でなくてもよく、例えば、図３
に示すように、リセス型保炎器を設置しても良い。ま
た、第１段バーナ１に設ける旋回器は、必ずしもバーナ
出口付近に設けなくともよく、図３に示すように、バー
ナ入口付近に設けても良い。なお、このようにバーナ入
口付近に旋回器を設けたときには、さらに、混合室６中
での燃料と空気の混合が促進されるという効果もある。
ただし、この時には旋回の強度によっては循環流２３が
混合室６中にも形成されることがあり、この時には逆火
が生じるので、旋回の強度に注意して設計する必要があ
る。
もブラフボディ型保炎器でなくてもよく、例えば、図３
に示すように、リセス型保炎器を設置しても良い。ま
た、第１段バーナ１に設ける旋回器は、必ずしもバーナ
出口付近に設けなくともよく、図３に示すように、バー
ナ入口付近に設けても良い。なお、このようにバーナ入
口付近に旋回器を設けたときには、さらに、混合室６中
での燃料と空気の混合が促進されるという効果もある。
ただし、この時には旋回の強度によっては循環流２３が
混合室６中にも形成されることがあり、この時には逆火
が生じるので、旋回の強度に注意して設計する必要があ
る。
【００２３】図３に示したように、バーナ入口付近に旋
回器９を設け燃料と空気の混合を促進する一方、逆火を
防ぐためには、図４に示すようにバーナ出口付近にさら
に旋回器８を設け、一旦、旋回強度を弱めた後、再度旋
回を与えるのが良い。また、拡散燃焼用燃料噴出口１０
は図４に示すように旋回器８中に設けても良い。
回器９を設け燃料と空気の混合を促進する一方、逆火を
防ぐためには、図４に示すようにバーナ出口付近にさら
に旋回器８を設け、一旦、旋回強度を弱めた後、再度旋
回を与えるのが良い。また、拡散燃焼用燃料噴出口１０
は図４に示すように旋回器８中に設けても良い。
【００２４】図５は、燃焼室が１次燃焼室１９と２次燃
焼室２０に分離していない燃焼器への適用例である。燃
焼室２１の上流側に第１段バーナ１を、第１段バーナ１
の下流に第２段バーナ２を設ける。スライドリング５を
移動させることにより稀釈空気口の面積を変え、燃焼用
の空気量を制御する。
焼室２０に分離していない燃焼器への適用例である。燃
焼室２１の上流側に第１段バーナ１を、第１段バーナ１
の下流に第２段バーナ２を設ける。スライドリング５を
移動させることにより稀釈空気口の面積を変え、燃焼用
の空気量を制御する。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、保炎器を焼損させるこ
となく、起動時から最大負荷時まで常に安定な火炎を形
成し、かつＮＯｘ排出量の少ないガスタービン燃焼器が
提供される。
となく、起動時から最大負荷時まで常に安定な火炎を形
成し、かつＮＯｘ排出量の少ないガスタービン燃焼器が
提供される。
【図１】本発明の一実施例の燃焼器の断面図。
【図２】図１の燃焼器の拡散燃焼ノズルの断面図。
【図３】図１の燃焼器の第１段バーナ及び拡散燃焼ノズ
ルの断面図。
ルの断面図。
【図４】図１の燃焼器の旋回器の設置方法を説明するた
めの断面図。
めの断面図。
【図５】本発明の燃焼器の変形例の断面図。
１…第１段バーナ、２…第２段バーナ、３…ブラフボデ
ィ型保炎器、４…稀釈空気口、５…スライドリング、６
…混合室、８…旋回器、１０，２５…拡散燃焼用燃料噴
出口、１１…１次予混合燃焼用燃料噴出口、１２…１次
予混合燃焼用燃料、１３…燃焼気体、１４…空気、１５
…トランジションピース、１６…タービン翼、１７…外
筒、１８…内筒、１９…１次燃焼室、２０…２次燃焼
室、２３…循環流、２４，２６…２次予混合燃焼用燃
料。
ィ型保炎器、４…稀釈空気口、５…スライドリング、６
…混合室、８…旋回器、１０，２５…拡散燃焼用燃料噴
出口、１１…１次予混合燃焼用燃料噴出口、１２…１次
予混合燃焼用燃料、１３…燃焼気体、１４…空気、１５
…トランジションピース、１６…タービン翼、１７…外
筒、１８…内筒、１９…１次燃焼室、２０…２次燃焼
室、２３…循環流、２４，２６…２次予混合燃焼用燃
料。
フロントページの続き (72)発明者 伊藤 和行 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 小豆畑 茂 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 黒田 倫夫 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内
Claims (6)
- 【請求項１】燃焼器上流側に設けた起動用の第１段バー
ナと、前記第１段バーナの下流側に設けた予混合火炎を
形成する第２段バーナを設けた燃焼器において、 前記第１段バーナから、燃料と空気の混合気体を旋回流
として噴出する手段と、前記第１段バーナで拡散火炎を
形成する手段とを有することを特徴とするガスタービン
燃焼器。 - 【請求項２】燃焼器上流側に設けた起動用の第１段バー
ナと、前記第１段バーナの下流側に設けた予混合火炎を
形成する第２段バーナを設けた燃焼器において、 前記第２段バーナの出口開口部の近傍に保炎器を設け、
前記第１段バーナから、燃料と空気の混合気体を旋回流
として噴出する手段と、前記第１段バーナで拡散火炎を
形成する手段とを有することを特徴とするガスタービン
燃焼器。 - 【請求項３】請求項１または２において、前記燃焼器の
上流側に１次燃焼室を、前記１次燃焼室の下流に２次燃
焼室をそれぞれ設け、 前記１次燃焼室中に前記第１段バーナを、前記２次燃焼
室中に前記第２段バーナを設け、前記第１段バーナで発
生した燃焼気体が前記第２段バーナから噴出される燃料
と空気の混合気体噴流の中央部を通過するように構成し
たガスタービン燃焼器。 - 【請求項４】請求項１または２において、前記第１段バ
ーナから燃料と空気の混合気体を旋回流として噴出する
手段と、前記旋回流の中央に形成される循環流中に燃料
を噴出する手段とを有するガスタービン燃焼器。 - 【請求項５】請求項１または２において、前記第１段バ
ーナから燃料と空気の混合気体を旋回流として噴出する
手段と、前記旋回流の中央に形成される循環流中に燃料
を噴出する手段を複数個有するガスタービン燃焼器。 - 【請求項６】請求項１または２において、前記第１段バ
ーナから燃料と空気の混合気体を旋回流として噴出する
手段と、前記第１段バーナの出口開口部近傍に設けた燃
料噴出手段とを有するガスタービン燃焼器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP562593A JPH06213445A (ja) | 1993-01-18 | 1993-01-18 | ガスタービン燃焼器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP562593A JPH06213445A (ja) | 1993-01-18 | 1993-01-18 | ガスタービン燃焼器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06213445A true JPH06213445A (ja) | 1994-08-02 |
Family
ID=11616346
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP562593A Pending JPH06213445A (ja) | 1993-01-18 | 1993-01-18 | ガスタービン燃焼器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06213445A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8172568B2 (en) * | 2007-08-10 | 2012-05-08 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Combustor |
-
1993
- 1993-01-18 JP JP562593A patent/JPH06213445A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8172568B2 (en) * | 2007-08-10 | 2012-05-08 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Combustor |
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