JPH06272863A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

ガスタービン燃焼器

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JPH06272863A
JPH06272863A JP6205693A JP6205693A JPH06272863A JP H06272863 A JPH06272863 A JP H06272863A JP 6205693 A JP6205693 A JP 6205693A JP 6205693 A JP6205693 A JP 6205693A JP H06272863 A JPH06272863 A JP H06272863A
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premixing duct
premixing
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duct
fuel
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Yasuo Okamoto
安夫 岡本
Isamu Suzuki
勇 鈴木
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Abstract

(57)【要約】 【目的】予混合ダクトの内面に付着した燃料を蒸発さ
せ、充分に空気と混ぜる。 【構成】予混合ダクト24を、燃焼器ライナの外周部に
配する。予混合ダクト24の出口部分を、3つの通路に
分け、各通路に絞り部34a,34b,34cを設け
る。予混合ダクト24の外面およびの少なくとも一方の
内面に、伝熱促進突起41を設け、予混合ダクト24の
内面に付着した燃料を蒸発させる。予混合ダクト24に
空気口43を設ける。この空気口43から流入する空気
により、予混合ダクト24の内面に付着した燃料を吹き
飛ばす。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、空気と燃料とを予混合
して燃焼させるガスタービン燃焼器に係り、特に低NO
x化を図ることができるガスタービン燃焼器に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、タービンの熱効率を向上させるた
め、タービン入口温度、すなわちガスタービン燃焼器の
出口温度の高温化が図られているが、ガスタービン燃焼
器の出口温度が高くなると、それに伴ないNOx(窒素
酸化物)の濃度も高くなる。ガスタービン燃焼器のNO
x発生の主な要因は、ガスタービン燃焼器内における燃
焼ガスの局所的な高温化が挙げられる。
【0003】従来、燃焼器内で発生するNOxの低減法
としては、2段予混合燃焼方式あるいは水や蒸気を注入
する方式等が提案されているが、2段混合燃焼方式は、
燃焼室上流側第1段燃焼域を、高温ガス域として少量の
第1段燃料を用い安定した火炎(拡散火炎)を形成し、
この高温燃焼ガスによって燃えにくい第2段燃焼域の稀
薄予混合気を安定に燃焼させ、局所的高温部分の発生を
防止するとともに、NOxの発生を抑制する方式であ
る。
【0004】この方式を用いた装置は、例えば特開昭6
1−105029号公報に示されているように、第2段
燃焼域へ稀薄予混合気を導くために燃料を導入するノズ
ルおよび空気を導入するスワラと、ノズルおよびスワラ
から導かれた燃料および空気を予混合する円管状の予混
合予蒸発部(予混合ダクト)とから構成されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記従来のガスタービ
ン燃焼器において、ノズルから噴霧された燃料は、スワ
ラにて旋回流となった空気と混合され、下流に行くに従
って燃料は蒸発してさらによく空気と混合され、予混合
ダクトの出口である燃焼室の第2段燃焼域へと導かれて
燃焼されるが、予混合ダクトでの燃料の壁面付着等によ
り、燃料と空気との混合効果が促進されず、NOx発生
量を必ずしも低減できないという問題がある。また、燃
料の壁面付着により、予混合ダクトのメタル温度分布が
不均一となり、予混合ダクトが損傷するおそれもある。
【0006】本発明は、かかる現況に鑑みなされたもの
で、燃焼器の出口温度が高くなってNOx発生量が多く
なる場合であっても、予混合ダクトにおいて混合を充分
に促進させ、NOx発生量を確実に低減ささせることが
できるガスタービン燃焼器を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成する手段として、燃料と空気とを予混合させて燃焼室
に予混合ガスを供給する予混合ダクトを、燃焼器ライナ
の外周部に配置するとともに、前記予混合ダクトの出口
部分を複数の通路に分岐したガスタービン燃焼器におい
て、前記予混合ダクトの外面および内面の少なくとも一
方に、伝熱促進用の小突起を設けるようにしたことを特
徴とする。
【0008】そして、本発明においては、予混合ダクト
の壁面に、少なくとも1つの空気口を設けるようにする
ことが好ましい。
【0009】
【作用】本発明に係るガスタービン燃焼器においては、
予混合ダクトの外面および内面の少なくとも一方に、伝
熱促進用の小突起が設けられている。このため、予混合
ダクトの外面あるいは内面に燃料液滴が付着した場合で
あっても、前記小突起により蒸発、均一混合が促進さ
れ、逆火に対するマージンが大きくとれる。
【0010】そして、本発明において、予混合ダクトの
壁面に、少なくとも1つの空気口を設けることにより、
予混合ダクトの内面に燃料液滴が付着しても、これを吹
き飛ばして微粒化し、蒸発を促進させることが可能とな
る。
【0011】
【実施例】以下、本発明を図面を参照して説明する。
【0012】図2は、本発明に係るガスタービン燃焼器
の一例を示すもので、この燃焼器は図示しない圧縮機と
ガスタービンとの間に複数個設けられ、圧縮機からの吐
出チャンバ内に収容される。そして、燃焼器外筒13の
上流端はヘッドプレート14で閉塞され、このヘッドプ
レート14の中央部には第1段燃料系6aに接続される
第1段燃料取入口15aおよび第1段燃料ノズル15が
設けられる。ヘッドプレート14の外径側には第2段燃
料導入管16が設けられており、その外端に第2段燃料
系6bと接続して燃料を取り入れる第2段燃料取入口1
7、その内部に第2段燃料ノズル18(図3)が設置さ
れる。そして、その内径側には蒸気ヘッダ19、蒸気5
0を取り入れる蒸気取入口20および蒸気噴射ノズル2
1が設置されている。
【0013】燃焼器外筒13の内側には燃焼室5に圧縮
機からの圧縮空気を導くフロースリーブ22が設けら
れ、その内周側に燃焼室5の外壁を形成するライナ2が
設けられている。ライナ2の上流端にはライナキャップ
23が取り付けられ、この中央部にスワラ1および第1
段燃料ノズル15が設置されている。そして、燃焼器外
筒13の下流端には燃焼器ラッパ52が設けられ、また
ライナ2の後端部にはトランジションピース53が装着
される。
【0014】ライナ2の胴部外周には例えば8組の予混
合ダクト24が配設され、この予混合ダクト24は上流
側においてライナキャップ23に取り付けられた支持具
25によって支持されており、下流側は予混合ダクト2
4に固定された支持プレート26の外周側に支持リング
27を巻回することによって、8組の予混合ダクト24
をライナ2に支持させている。このライナ2はその上流
端がライナ支持具51を介してフロースリーブ22に支
持されている。
【0015】ここで、予混合ダクト24の出口部は三方
に分岐され、各々の出口端がライナ2に固定されたスリ
ーブ28a,28b,28cに挿入されており、このス
リーブ28a,28b,28cの外周端は予混合ダクト
24の支持プレート26と接触している。また予混合ダ
クト24の前後2箇所の支持部ではダクトの軸方向に対
してスライド可能となっており、支持リング27は弾性
を有し、半径方向に拡径・縮径可能となっている。
【0016】さらに、図3に示すように8組の予混合ダ
クト24間には、点火器29、火炎検出器(図示せず)
および火炎伝播管31が設置されており、この火炎伝播
管31は燃焼器外筒13の周面に設けた火炎伝播管外筒
54に嵌着され、その内面を火炎伝播孔55としてい
る。点火器29も同様に燃焼器外筒13の周面に取り付
けられ、この先端部がライナ2に形成した点火器挿入孔
56に臨んでいる。
【0017】予混合ダクト24の入口開口部には、図3
に示すように各々2組の第2段燃料ノズル18の先端が
位置しており、このノズル先端部には予混合ダクト24
内部に向いて位置決めされた第2段燃料ノズル孔32が
多数穿設されている。また、予混合ダクト24は図1に
示すように入口部に空気7を反転流入させるガイド33
が設けられとともに、3つの分岐後の通路に各々絞り部
34a,34b,34cが形成されている。これらの絞
り部34は例えば図4(A)〜(C)に示すような形状
であって、つまり分岐直後の面積A1 から出口部面積A
2 までの縮小流路であればよく、A1 >A2 の関係であ
ればよい。
【0018】前記予混合ダクト24には、図1に示すよ
うに、その内面および外面に、伝熱促進突起41が所要
数設けられており、燃料液滴42(図2)が、ガスター
ビン運転条件により予混合ダクト24内面に付着した場
合でも、これを蒸発させて均一混合させることができる
ようになっている。
【0019】この予混合ダクト24にはまた、図1およ
び図2に示すように、その長手方向中間部に、空気口4
3が設けられており、燃料液滴42が予混合ダクト24
内面に付着した場合でも、空気口43から流入する空気
7によりこれを吹き飛ばし、その微粒化を図って蒸発を
促進させることができるようになっている。
【0020】図5は図2のA部を拡大して示し、予混合
ダクト24の出口端が挿入されたライナ2に固定された
スリーブ28bには予混合ダクト出口端外周を空気で対
流冷却させるように多数の孔35が穿設されている。図
示しないが他のスリーブ28a,28cについても同様
な構造となっている。そして、図5においてスリーブ2
8bの外周方向におけるライナ2の内周にはライナ内リ
ング57が設けられ、またスリーブ28bの外周にはス
リーブ冷却フランジ58が固定されている。
【0021】次に、本実施例の作用を説明する。
【0022】図示しない圧縮機から吐出される空気7
は、フロースリーブ22とライナ2との間を燃焼器上端
側に向けて流入し、その一部はライナ冷却孔36(図
5)等からライナ冷却用空気として流れ、また他の一部
はスワラ1等から一次燃焼空気として、さらに一部は予
混合ダクト24に予混合ガス生成用として、さらに他の
一部は希釈空気孔37より希釈空気として燃焼室5内に
流入する。
【0023】一方、第1段燃料系6aの燃料は第1段燃
料ノズル本体先端部に設けた第1段燃料ノズル孔38
(図2)からスワラ1を介して燃焼室5内に流入して上
記一次燃焼空気と主に拡散混合して拡散燃焼する。
【0024】他方、第2段燃焼系6bの燃料は第2段燃
料取入口17、第2燃料導入管16を通り、第2段燃料
ノズル18を介して予混合ダクト24内に噴射され、空
気と予混合して予混合ガス8となって燃焼器5内に流入
して予混合燃焼を行なう。そして、燃焼器5内で燃焼に
供され、高温の燃焼ガスとなった燃焼ガス60はトラン
ジションピース53内に形成された案内路を通って図示
しないガスタービンに導かれる。燃焼ガスがガスタービ
ンを通過する際に膨張して仕事をし、発電機を回転駆動
させる。
【0025】本実施例において予混合ガス供給孔は例え
ば24個あるが、3個の孔に対して1つの予混合ダクト
が対応するので、全体では予混合ダクト8本、第2段燃
料ノズル16個によって構成されている。また、予混合
ダクト入口から分岐前までの予混合ガスの流速を30〜
50m/secとして、分岐後の絞り部34以降では60m
/sec以上に増速させているため、火炎伝播速度より速く
なってガスタービンの実用運転条件において逆火せず、
かつ圧力損失が少ないことが実験によって確認された。
【0026】また、予混合ダクト24は入口部に空気導
入用のガイド33を有しているため、流入する空気の流
れを乱すことがなく、加えて予混合ダクト24入口から
出口までの形状を滑かで連続的に変化する形状としたの
で、予混合ダクト24内部で発生する乱れも少なく、こ
れにより一段と圧力損失が減少するとともに耐逆火性能
を向上させている。
【0027】そして、予混合ダクト24の内、外面に設
けた伝熱促進突起41により、ガスタービン運転条件で
ダクト内面に燃料液滴42が付着しても、これを蒸発さ
せて均一混合が促進され、逆火に対するマージンが大き
くとれる。
【0028】また、予混合ダクト24の中間における空
気口43は、予混合ダクト24内面に付着した燃料を吹
き飛ばし、微粒化を図りながら蒸発促進を行なう作用が
ある。
【0029】さらに、各予混合ダクト出口端のライナ2
内に挿入されている部分をスリーブ28a,28b,2
8cに穿設した多数の孔35から流入する空気によって
対流冷却しているために、予混合ダクト出口端壁面を温
度上昇させることがない。その結果、予混合ダクト表面
を高温着火源とするような逆火も防止することができ
る。
【0030】しかして、予混合ダクト24の内面および
外面に伝熱促進突起41を設け、また予混合ダクト24
の中間部に空気口43を設けているので、予混合ダクト
24における燃料と空気との混合を促進させ、NOx発
生量を確実に低減させることができる。
【0031】なお、本発明は前記実施例に限らず種々の
変更が可能である。例えば、予混合ダクトの形状や構造
および伝熱促進突起や、中間部に設けた空気口は、形
状、個数など種々変化させることが可能である。また、
ライナの冷却構造、希釈空気口を削除したものや、第一
段燃料ノズルの個数、第二段燃料ノズル個数や予混合ダ
クトとの相対位置等、種々の変形が可能である。他に
も、燃焼器外筒、火炎伝播管を燃焼器ラッパ内に一体と
した構造も可能である。さらに、このガスタービン燃焼
器は種々のタイプのガスタービンプラントやコンバイン
ドサイクル発電プラントに適用することができる。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、予混合ダ
クトの外面および内面の少なくとも一方に、伝熱促進用
の小突起を設けるようにしているので、万一燃料が予混
合ダクトの内面に付着した場合であってもこれを蒸発さ
せ、空気と充分混合させてNOx発生量を確実に低減さ
せることができる。
【0033】そして、本発明において、予混合ダクトの
壁面に、少なくとも1つの空気口を設けることにより、
予混合ダクトの内面に付着した燃料が、空気口から流入
する空気によって吹き飛ばされ、空気との混合をより促
進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るガスタービン燃焼器に
用いられる予混合ダクトを示す部分断面斜視図。
【図2】ガスタービン燃焼器の全体構成を示す断面図。
【図3】図2のIII −III 線断面図。
【図4】(A),(B),(C)は予混合ダクトの絞り
部を示す説明図。
【図5】図2のA部拡大斜視図。
【符号の説明】
2 ライナ 5 燃焼室 13 燃焼器外筒 22 フロースリーブ 24 予混合ダクト 28a,28b,28c スリーブ 32 第2段燃料ノズル 34a,34b,34c 絞り部 41 伝熱促進突起 43 空気口

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料と空気とを予混合させて燃焼室に予
    混合ガスを供給する予混合ダクトを、燃焼器ライナの外
    周部に配置するとともに、前記予混合ダクトの出口部分
    を複数の通路に分岐したガスタービン燃焼器において、
    前記予混合ダクトの外面および内面の少なくとも一方
    に、伝熱促進用の小突起を設けたことを特徴とするガス
    タービン燃焼器。
  2. 【請求項2】 予混合ダクトは、その壁面に少なくとも
    1つの空気口を有していることを特徴とする請求項1記
    載のガスタービン燃焼器。
JP06205693A 1993-03-22 1993-03-22 ガスタービン燃焼器 Expired - Fee Related JP3414432B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014173836A (ja) * 2013-03-12 2014-09-22 General Electric Co <Ge> 燃焼器用の空気拡散器

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014173836A (ja) * 2013-03-12 2014-09-22 General Electric Co <Ge> 燃焼器用の空気拡散器

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