JPH06281146A - Burner for combustor - Google Patents

Burner for combustor

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JPH06281146A
JPH06281146A JP7181193A JP7181193A JPH06281146A JP H06281146 A JPH06281146 A JP H06281146A JP 7181193 A JP7181193 A JP 7181193A JP 7181193 A JP7181193 A JP 7181193A JP H06281146 A JPH06281146 A JP H06281146A
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JP
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injection port
fuel injection
nozzle
fuel
burner
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JP7181193A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoji Ishibashi
洋二 石橋
Kazumi Iwai
一躬 岩井
Tamio Innami
民雄 印南
Noriyuki Hayashi
則行 林
Hiroshi Inoue
洋 井上
Shohei Yoshida
正平 吉田
Shigeyuki Akatsu
茂行 赤津
Toshibumi Sasao
俊文 笹尾
Shigeru Azuhata
茂 小豆畑
Kazuyuki Ito
和行 伊藤
Tadahisa Masai
忠久 政井
Isao Sato
勲 佐藤
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Hitachi Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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Abstract

PURPOSE:To reduce NOx and the combustion vibration by rapidly promoting the diffusion of a fuel and air by a method wherein a second fuel injection port is arranged on the upstream side of a fuel injection port on the peripheral surface of a nozzle, and a flame holder is arranged on the upstream side of the second fuel injection port. CONSTITUTION:A combustor is equipped with an outer cylinder 11 and cover 12, and is arranged between a turbine casing 10 and compressor casing 26. Also, the combustor is constituted to be a two stage model with a plurality of burners 5A, 7A. In addition. the respective burners 5A, 7A are constituted of respective nozzles 5, 6 and combustion air passages 2, 3. In the meantime, a combustion chamber 1 which is surrounded by a combustion cylinder 4 is formed, and a flame holder 8 is arranged at the exit of the second stage burner 7A. Then, a primary fuel feeding pipe 21 is arranged at the center of the first stage nozzle 5 to divide a secondary fuel feeding passage 22, and at the same time, a first stage fuel 201 which is fed from the secondary fuel feeding passage 22 is fed into a fuel-air stream from a secondary fuel injection port 24.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は例えばガスタ−ビンの燃
焼器等に採用されている燃焼器用バーナの改良に係り、
特にノズル本体の長手方向に燃焼用圧縮空気が流通する
ように形成されている燃焼器用バーナの改良に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement of a burner for a combustor used in, for example, a gas turbine combustor.
In particular, it relates to an improvement of a burner for a combustor which is formed so that compressed air for combustion flows in the longitudinal direction of the nozzle body.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えばガスタービンの排気中のNOxを
低減するために、予混合燃焼と拡散燃焼を組み合わせた
二段燃焼器が開発されている。
2. Description of the Related Art For example, in order to reduce NOx in the exhaust gas of a gas turbine, a two-stage combustor combining premixed combustion and diffusion combustion has been developed.

【0003】この二段燃焼器は、例えば米国特許第4、
898、001号明細書にも開示されているように燃焼
器の上流側には、燃焼器中へ突出する燃料ノズルを有す
る拡散燃焼バーナがあり、その下流側の外周には燃料と
空気の混合気体を燃焼室へ供給して燃焼させる予混合燃
焼バーナがある。極一般にはこのいずれのバーナも燃料
と空気の比率が理論混合比よりも小さくなる条件、すな
わち稀薄燃焼させることによりNOxの発生量を抑制し
ている。
This two-stage combustor is disclosed, for example, in US Pat.
898,001, there is a diffusion combustion burner with a fuel nozzle projecting into the combustor upstream of the combustor, and a fuel and air mixture on the downstream outer periphery thereof. There is a premixed combustion burner that supplies gas to the combustion chamber for combustion. In general, all of these burners suppress the amount of NOx generated by making the ratio of fuel and air smaller than the theoretical mixing ratio, that is, by performing lean combustion.

【0004】この場合拡散燃焼バーナのNOx発生度合
は予混合燃焼バーナよりも高い。このため一層の低NO
x化を図るためには予混合燃焼させる燃焼比率(全燃焼
に対する予混合燃焼の燃焼割合)を大きくしていく必要
がある。
In this case, the degree of NOx generation of the diffusion combustion burner is higher than that of the premixed combustion burner. For this reason, it is even lower NO
In order to achieve x, it is necessary to increase the combustion ratio for premixed combustion (combustion ratio of premixed combustion to total combustion).

【0005】この場合拡散燃焼バーナの容量を小さく
し、予混合燃焼バーナの容量を大きくしていくと拡散燃
焼バーナの保炎作用の低下のため予混合燃焼バーナ火炎
の安定性が低下し、燃焼振動が発生しやすくなる。また
部分負荷運転時は基本的には予混合気の燃空比(燃料と
空気の混合比)を一定に保つ事が必要であるため、予混
合器に入る空気量の制御、若しくはバーナの本数切り替
えが行われている。
In this case, if the capacity of the diffusion combustion burner is decreased and the capacity of the premixed combustion burner is increased, the stability of the premixed combustion burner decreases due to a decrease in the flame holding action of the diffusion combustion burner, and combustion Vibration is likely to occur. Also, during partial load operation, it is basically necessary to keep the fuel-air ratio of the premixture (mixing ratio of fuel and air) constant, so control the amount of air entering the premixer or the number of burners. Switching is taking place.

【0006】一方予混合火炎の保炎については、前述の
引例のように予混合出口部の予混合気流中に鈍頭体を配
置し、その後流に形成される渦で火炎を安定させるもの
と、他方特開昭59−101551号公報に開示されて
いるように外周側に予混合気流を形成し、その中心部に
拡散燃焼させる拡散燃焼バーナを配置したものが知られ
ている。
On the other hand, regarding the flame holding of the premixed flame, it is assumed that a blunt body is arranged in the premixed airflow at the premixing outlet as in the above-mentioned reference, and the flame is stabilized by the vortex formed in the subsequent flow. On the other hand, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-101551, there is known one in which a premixed airflow is formed on the outer peripheral side and a diffusion combustion burner for diffusive combustion is arranged at the center thereof.

【0007】後者の場合には低負荷運転領域は専ら拡散
燃焼バーナで作動させ、高負荷運転領域は拡散燃焼バー
ナを極力小さくして専ら予混合燃焼バーナを作動させN
Oxの発生を抑制するようにしている。
In the latter case, the diffusion combustion burner is exclusively operated in the low load operation region, and the diffusion combustion burner is made as small as possible in the high load operation region to exclusively operate the premixed combustion burner.
The generation of Ox is suppressed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このように形成された
燃焼バーナは通常の運転であれば特に問題になることは
ないのであるが、負荷変化が著しいときなどには、たと
え燃料流量を絞り込んだ小さい拡散燃焼であっても、そ
の周囲に負荷に対応した予混合火炎が存在することから
燃焼振動を生じ易く、すなわち不安定燃焼となり、かつ
極めて多量のNOxが発生する嫌いがあった。
The combustion burner thus formed does not cause any particular problem during normal operation, but when the load change is remarkable, the fuel flow rate is narrowed down. Even with a small diffusion combustion, there is a premixed flame corresponding to the load around it, so that combustion oscillation is likely to occur, that is, unstable combustion occurs, and an extremely large amount of NOx is disliked.

【0009】本発明はこれに鑑みなされたものでその目
的とするところは、たとえ負荷変動の激しい燃焼器に用
いられる燃焼バーナであっても、燃焼振動が少なく広い
安定作動域を有し、かつ低NOx化を図ることのできる
この種燃焼器バーナを提供するにある。
The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a combustion burner used in a combustor having a large load fluctuation, which has a wide stable operation range with little combustion oscillation. It is an object of the present invention to provide a combustor burner of this kind capable of reducing NOx.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、ノズ
ルの周囲にノズルの長手方向に燃焼用圧縮空気が流通す
る空気流路を備えている燃焼器用バーナにおいて、ノズ
ルの周表面でノズル先端の燃料噴射口よりは上流側の位
置に、第二の燃料噴射口を設け、かつこの第二の燃料噴
射口の上流側に保炎器を設けるようになし所期の目的を
達成するようにしたものである。
That is, according to the present invention, in a burner for a combustor which is provided with an air flow passage around the nozzle in the longitudinal direction of the nozzle, the compressed air for combustion flows, and A second fuel injection port is provided at a position upstream of the fuel injection port, and a flame stabilizer is provided upstream of the second fuel injection port to achieve the intended purpose. It is a thing.

【0011】[0011]

【作用】すなわちこの構成であると、保炎器後流にでき
る空気渦により、第二燃料噴射口より噴射された燃料と
空気との拡散が急激に進むために、局部的な高温燃焼部
が形成されることはなくなり、この部分で発生するNO
xの量は少なくなり、さらにこの保炎器後流で燃焼した
燃焼ガスがその下流側で燃焼している燃焼火炎中に無理
なく混合して燃焼するので、その燃焼は安定となり、し
たがって全体としてNOx発生が少なく、かつ広い安定
領域を有するこの種燃焼器バーナを得ることができるの
である。
In other words, with this structure, the air vortex that can be formed in the wake of the flame stabilizer rapidly diffuses the fuel injected from the second fuel injection port and the air. No more formation, NO generated in this part
The amount of x becomes small, and further, the combustion gas burned in the downstream of the flame stabilizer mixes and burns in the combustion flame burning downstream of the flame stabilizer, and the combustion becomes stable. Therefore, as a whole, It is possible to obtain this kind of combustor burner which produces little NOx and has a wide stable region.

【0012】[0012]

【実施例】以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細
に説明する。なお本発明の燃焼器用バーナはノズルの周
囲に燃焼用の圧縮空気が流通しているものであれば、如
何なるものにも採用可能であるが、ここではガスタービ
ン燃焼器に採用した場合の例について述べる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments. The burner for a combustor of the present invention can be used in any one as long as compressed air for combustion flows around the nozzle, but here is an example in the case of being adopted in a gas turbine combustor. Describe.

【0013】図1にはそのガスタービンの燃焼器が示さ
れている。燃焼器はタービンケーシング10と圧縮機ケ
ーシング26の間に配置され、燃焼器外筒11と燃焼器
外筒カバー12とを備えている。
FIG. 1 shows the combustor of the gas turbine. The combustor is arranged between the turbine casing 10 and the compressor casing 26, and includes a combustor outer cylinder 11 and a combustor outer cylinder cover 12.

【0014】燃焼器は内周側に1段目のバーナ5Aをも
ち、その下流の外周側に2段目のバーナ7Aを有する2
段燃焼器であり、1段目のバーナ5Aは、1段目のノズ
ル5と1段目燃焼空気流路2からなり、2段目のバーナ
7Aは2段目のノズル6と2段目空気流路3からなり、
その下流に燃焼筒4にかこまれた燃焼室1を形成し、更
にその下流に燃焼器尾筒9が連なり、燃焼器内で発生し
た高温作動ガス210はタービンノズル13へ供給され
る。
The combustor has a first stage burner 5A on the inner peripheral side and a second stage burner 7A on the downstream outer peripheral side.
The first stage burner 5A is composed of the first stage nozzle 5 and the first stage combustion air flow path 2, and the second stage burner 7A is the second stage nozzle 6 and the second stage air. Consists of channel 3,
A combustion chamber 1 surrounded by a combustion cylinder 4 is formed downstream thereof, and a combustor transition piece 9 is connected further downstream thereof, and a high temperature working gas 210 generated in the combustor is supplied to a turbine nozzle 13.

【0015】圧縮機から吐出される圧縮空気100のう
ち1段目の燃焼空気102及び2段目の燃焼空気101
がそれぞれ1段目燃料,2段目燃料と燃焼する。更に図
示されていないが、圧縮空気の一部は燃焼筒の壁面冷却
空気や各バーナのつなぎ部分から燃焼器内に流入する。
Of the compressed air 100 discharged from the compressor, the first stage combustion air 102 and the second stage combustion air 101.
Burn with the first-stage fuel and the second-stage fuel, respectively. Although not shown in the figure, part of the compressed air flows into the combustor from the wall cooling air of the combustion cylinder and the joint portion of each burner.

【0016】2段目のバーナ7Aはその出口部に保炎器
8が設けられており、この保炎器8の下流に形成される
循環流に予混合気110′がまき込まれ持続燃焼する。
The burner 7A of the second stage is provided with a flame stabilizer 8 at the outlet thereof, and the premixed gas 110 'is introduced into the circulation flow formed downstream of the flame stabilizer 8 to perform continuous combustion. .

【0017】1段目のバーナ5Aについてはその要部を
示した図2に基づき説明する。1段目のバーナ5Aは、
外周側円筒15の軸芯側に複数枚の仕切板14を介して
1段目燃焼ノズル5が取り付けられている。仕切板14
によって形成される複数の区画された空気流路の下流は
燃焼器内に開口し、上流側は仕切板より更に上流側が環
状の空気流入口となっており、ここには渦発生板(絞り
板)16が取り付けられており、渦発生板16には各区
画された空気流路に対応した空気流入口17が設けられ
ている。
The burner 5A of the first stage will be described with reference to FIG. The first stage burner 5A is
The first-stage combustion nozzle 5 is attached to the shaft center side of the outer peripheral side cylinder 15 via a plurality of partition plates 14. Partition plate 14
The downstream of the plurality of divided air flow paths formed by the above is opened in the combustor, and the upstream side is a ring-shaped air inlet further upstream from the partition plate. ) 16 is attached, and the vortex generating plate 16 is provided with an air inlet 17 corresponding to each divided air flow path.

【0018】1段目のノズル5には、その中心に一次燃
料供給管21が取付けられており、一次燃料管21と1
段目のノズル5によって区画された空間は二次燃料供給
路22として機能し、一次燃料供給管から供給される1
段目燃料200は1段目空気流路の出口近傍の流気流路
内に一次の燃料噴射口23を通して噴出し、二次燃料供
給路から供給される1段目燃料201は空気流路内の仕
切板上流端近傍に設けられた二次の燃料噴射口24を通
して燃焼空気流中へ供給される。ここで、一次燃料供給
管21及び二次燃料供給管22に供給されるそれぞれの
燃料200,201は図示されていないが独立燃料供給
系統から供給され、ガスタービン起動時から軽負荷時は
専ら一次燃料供給管から、ガスタービン高負荷運転時は
専ら二次燃料供給管から燃料を供給して運転する。
A primary fuel supply pipe 21 is attached to the center of the nozzle 5 of the first stage.
The space defined by the nozzle 5 in the stage functions as the secondary fuel supply passage 22 and is supplied from the primary fuel supply pipe 1.
The first-stage fuel 200 is ejected through the primary fuel injection port 23 into the airflow passage near the outlet of the first-stage air passage, and the first-stage fuel 201 supplied from the secondary fuel supply passage is in the air passage. It is supplied into the combustion air flow through a secondary fuel injection port 24 provided near the upstream end of the partition plate. Here, although not shown, the respective fuels 200 and 201 supplied to the primary fuel supply pipe 21 and the secondary fuel supply pipe 22 are supplied from an independent fuel supply system, and the primary fuel is exclusively supplied from the time of starting the gas turbine to the time of light load. During high-load operation of the gas turbine from the fuel supply pipe, fuel is exclusively supplied from the secondary fuel supply pipe for operation.

【0019】更に、外周側円筒15の出口端近傍に半径
方向に空間19を有するスペーサリング18が取り付け
られ、この空間19を通して遮へい空気103が燃焼器
内へ流入する。なお、1段目のバーナはスペーサリング
18に取り付けられバネシール20を介して2段目のバ
ーナの内周側に装着される。
Further, a spacer ring 18 having a space 19 in the radial direction is attached near the outlet end of the outer peripheral cylinder 15, and the shielding air 103 flows into the combustor through this space 19. The first stage burner is attached to the spacer ring 18 and is attached to the inner peripheral side of the second stage burner via the spring seal 20.

【0020】図3,図4は図2のそれぞれAーA,Bー
B線に沿う断面図であり、空気流入口17は仕切り板1
4間のほぼ中間に対応させて設けられている。また、燃
料噴射口23および第二の燃料噴口24は仕切り板で区
画された流路のほぼ中央位置に設けられている。
FIGS. 3 and 4 are sectional views taken along the lines A--A and B--B in FIG. 2, respectively.
It is provided so as to correspond to almost the middle of the four. Further, the fuel injection port 23 and the second fuel injection port 24 are provided at approximately the center position of the flow passage defined by the partition plate.

【0021】かかる構造の1段目のバーナにおいては、
一次の燃料噴射口23から噴出する燃料は空気流路内で
空気と混合しながら燃焼室内へ供給されるが、区画され
た流路の出口付近であり、燃料濃度に濃淡が存在し、安
定燃焼となる。
In the first stage burner having such a structure,
The fuel ejected from the primary fuel injection port 23 is supplied into the combustion chamber while being mixed with air in the air flow passage, but is near the outlet of the divided flow passage, and the fuel concentration has a density and stable combustion. Becomes

【0022】一方、二次の燃料噴射口24から噴射され
た燃料は渦発生板16によって誘起される渦によって空
気と急速混合し、出口においてはほとんど均一な燃料濃
度となり、前述の火炎に保持されて低NOx燃焼する。
On the other hand, the fuel injected from the secondary fuel injection port 24 is rapidly mixed with air by the vortex induced by the vortex generation plate 16, and the fuel concentration becomes almost uniform at the outlet and is held in the above-mentioned flame. And burns low NOx.

【0023】また、図1に示す2段燃焼器においては、
燃焼条件によっては、1段目の火炎と2段目の火炎が干
渉して燃焼振動が発生したり、火炎が不安定になる現象
が発生する場合がある。これは主に火炎が保持される保
炎器近傍でお互いの火炎が干渉することによるものであ
る。しかしながらこの構成であると、作用については後
述するが、拡散燃焼の周囲に予混合燃焼が近接して設け
られることからこれらが防止されるのである。さらに1
段目のバーナの外周に遮へい空気103を流すことによ
り火炎保持部での火炎干渉を抑制できることになり一層
燃焼の安定性が向上する。
Further, in the two-stage combustor shown in FIG.
Depending on the combustion conditions, the first-stage flame and the second-stage flame may interfere with each other to cause combustion vibration, or a phenomenon in which the flame becomes unstable. This is mainly due to the fact that the flames interfere with each other in the vicinity of the flame stabilizer that holds the flame. However, with this configuration, although the operation will be described later, these are prevented because the premixed combustion is provided in the vicinity of the diffusion combustion in the vicinity thereof. 1 more
By flowing the shielding air 103 around the outer periphery of the burner at the stage, flame interference in the flame holding portion can be suppressed, and combustion stability is further improved.

【0024】図5は他の実施例を示すものであり、ここ
では環状の空気入口部に旋回器25、すなわち空気を旋
回させて保炎する保炎器がそれぞれ区画された流路に対
応して設けられている。この場合には旋回流102′に
よって空気と燃料の混合が促進され、前述した効果をさ
らに向上させることができる。
FIG. 5 shows another embodiment. Here, a swirler 25, that is, a flame stabilizer for swirling the air to hold a flame, corresponds to each of the flow paths divided in the annular air inlet portion. Is provided. In this case, the swirling flow 102 'promotes the mixing of air and fuel, and the above-mentioned effect can be further improved.

【0025】図6にはさらに他の実施例が示されてい
る。なお図1と同一部品には同一符号を付したのでその
説明は省略する 図において燃料203は燃料ノズル5に供給され、燃料
ノズルの先端近傍の燃料噴口23より燃焼室に噴射され
燃焼する。ノズル本体の周表面で前記燃料噴口23より
は上流側の位置に、第二の燃料噴口24が設けられてい
る。この第二の燃料噴口24は燃料穴24Aに連通して
いる。燃料穴24Aより出た燃料は燃料室24Bに入
り、絞り部24Cを通り燃料室24Dに入り絞り部24
Eを通り保炎器16の下流側に供給される。
FIG. 6 shows still another embodiment. The same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and thus the description thereof will be omitted. In the drawing, the fuel 203 is supplied to the fuel nozzle 5, and is injected into the combustion chamber from the fuel injection port 23 near the tip of the fuel nozzle and burned. A second fuel injection port 24 is provided at a position upstream of the fuel injection port 23 on the peripheral surface of the nozzle body. The second fuel injection port 24 communicates with the fuel hole 24A. The fuel discharged from the fuel hole 24A enters the fuel chamber 24B, passes through the throttle portion 24C and enters the fuel chamber 24D, and the throttle portion 24
It is supplied to the downstream side of the flame stabilizer 16 through E.

【0026】なお燃料室24B、絞り部24C、燃料室
24D、絞り部24Eは燃料の周方向の流量分布を均一
にするために設けたものであり、例えば燃料穴24Aが
周方向に多数均等に設けた場合には、絞り部は一段でも
差し支えなく、また燃料の通路がかなり長い場合には、
この絞り部は不必要としても良い。
The fuel chamber 24B, the throttle portion 24C, the fuel chamber 24D, and the throttle portion 24E are provided in order to make the flow distribution of the fuel in the circumferential direction uniform. For example, many fuel holes 24A are evenly provided in the circumferential direction. If it is provided, the throttle part may be one stage, and if the fuel passage is quite long,
This throttle may be unnecessary.

【0027】一方燃焼空気流102は燃焼室に供給され
るが、この場合保炎器の上流側へ燃焼空気絞り板130
を設けるようにすると、すなわち燃焼空気がノズルの周
囲に流速が増すように案内板を設けるようにすると、保
炎器部の流速が増し渦による混合度が向上し有効であ
る。
On the other hand, the combustion air flow 102 is supplied to the combustion chamber. In this case, the combustion air throttle plate 130 is provided upstream of the flame stabilizer.
When the guide plate is provided so that the flow velocity of the combustion air increases around the nozzle, the flow velocity of the flame stabilizer increases and the mixing degree due to the vortex improves, which is effective.

【0028】図7はノズルの正面を示したものであり燃
料ノズルの先端近傍には、複数個の燃料噴口23が設け
られている。また絞り部もノズルの周囲に複数個設けら
れている。保炎器16はこの絞り部を有する通路の外周
に設けられている。
FIG. 7 shows the front of the nozzle, and a plurality of fuel injection holes 23 are provided near the tip of the fuel nozzle. Also, a plurality of narrowed portions are provided around the nozzle. The flame stabilizer 16 is provided on the outer circumference of the passage having the throttle portion.

【0029】この保炎器はこの場合円形上を成している
が、この保炎器は円形上でなければならないわけではな
く、例えば楕円形や角形あるいは星型であっても何等差
し支えない。要は燃焼空気流が保炎器によってその後流
の空気流に渦が発生して火炎が保持できればよいわけで
ある。
Although the flame stabilizer has a circular shape in this case, the flame stabilizer does not have to have a circular shape, and may have an elliptical shape, a rectangular shape, or a star shape, for example. The point is that the combustion air flow should be able to hold the flame by generating vortices in the subsequent air flow by the flame stabilizer.

【0030】また保炎器16の上流側壁と燃焼空気流と
のなす角が直角でなくても保炎はできるが、できるだけ
直角の方が保炎の性能的には有効である。
Flame can be maintained even if the angle between the upstream side wall of the flame stabilizer 16 and the combustion air flow is not right, but the right angle is effective in terms of flame holding performance.

【0031】図8及び図9は絞り部の形状および位置を
示したもので、この絞り部24Cおよび絞り部24Eは
燃料通路の出口における燃料の周方向の分布をできるだ
け均一にするためにずらして設けるようにした場合のも
のであり、勿論これらの位置、大きさ、形状は燃料孔2
4Aとの関連、さらに燃料室24Bや燃料室24Dの容
積および燃料の通路の長さとの関連において決定される
べき正確のものである。
FIGS. 8 and 9 show the shape and position of the throttle portion. The throttle portions 24C and 24E are displaced so as to make the circumferential distribution of fuel at the outlet of the fuel passage as uniform as possible. However, the positions, sizes, and shapes of these are of course the same as those of the fuel holes 2.
4A, as well as the volume of the fuel chambers 24B and 24D and the length of the fuel passages, which is an exact determination.

【0032】特にこの絞り部の通路24Cの通過面積
は、絞り部の通路24Eの通過面積に比べて小さくして
周方向の燃料量の均一化を図ると有効である。
Particularly, it is effective to make the passage area of the passage 24C of the throttle portion smaller than the passage area of the passage 24E of the throttle portion to make the fuel amount in the circumferential direction uniform.

【0033】また図8より判るように絞り部の燃料通路
24Cの間に燃料孔24Aが設けられている。これは燃
料孔24Aから噴出する燃料の動圧の影響を無くして燃
料量の分布の均一化を目的としたもので、必ずしもこの
配置関係でなければならない理由はなく、一つの理想的
な配置の関係として捉えるべきものである。
Further, as can be seen from FIG. 8, a fuel hole 24A is provided between the fuel passages 24C in the throttle portion. This is intended to eliminate the influence of the dynamic pressure of the fuel ejected from the fuel holes 24A and to make the distribution of the fuel amount uniform, and there is no reason that this arrangement relationship is always necessary. It should be understood as a relationship.

【0034】次に図10に基づき本実施例バーナのその
周囲空気および燃料の流動状況について説明する。
Next, the flow condition of the ambient air and fuel of the burner of this embodiment will be described with reference to FIG.

【0035】まず燃料203は上流にて燃料を一部供給
した後、燃料ノズル5に設けられた燃料孔23より燃料
噴流23Aとして燃料室1に噴射する。これに伴い燃料
噴流の随伴流23Bが発生する。一方燃焼空気流102
はリング状の保炎器16によりリングのエッジ16Aを
起点として燃焼空気流の渦102Aが生じ、その一部は
燃料噴流の随伴流となる。もし保炎器16の火炎保持面
16Bの位置に燃料孔23が存在すると燃料噴流23A
の影響を強く受けて燃焼空気流の渦102Aはその大半
が燃料噴流の随伴流23Bとして燃料噴流23Aに引き
づられてしまい、火炎保持面上に安定な火炎を作ること
ができなくなる。つまり燃料孔4は火炎保持面26より
或る程度後流に設ける事が重要である。
First, the fuel 203 is partially supplied upstream, and then injected into the fuel chamber 1 as a fuel jet 23A from a fuel hole 23 provided in the fuel nozzle 5. Along with this, an accompanying flow 23B of the fuel jet is generated. Meanwhile, the combustion air flow 102
Is generated by the ring-shaped flame stabilizer 16 from the edge 16A of the ring as a starting point, and a vortex 102A of the combustion air flow is generated, and a part of the vortex 102A becomes an accompanying flow of the fuel jet. If the fuel hole 23 exists at the position of the flame holding surface 16B of the flame stabilizer 16, the fuel jet 23A
Under the influence of the above, most of the vortex 102A of the combustion air flow is dragged by the fuel jet 23A as the accompanying flow 23B of the fuel jet, and it becomes impossible to form a stable flame on the flame holding surface. That is, it is important that the fuel hole 4 be provided to a certain extent downstream of the flame holding surface 26.

【0036】また燃料205は燃料の流れ206として
火炎保持面16Bの面上に供給され、リングのエッジ1
6Aまで達する。そしてここで火炎を発生し燃焼空気流
の渦102Aで安定な火炎を作ることができるのであ
る。したがって火炎保持面16Bの上では燃料の流れ2
06によって火炎との直接的な接触が無くなり、伝熱形
態としては単純に輻射による伝熱のみとなり、保炎器1
6の過熱や焼損を防止することができるのである この燃料の流れ206が図のように保炎器の下面に沿っ
て流れるためには、燃料の流れ206の流速が燃焼空気
流の渦102Aの旋回流速より小さいことが必要条件と
なるので、最高の性能を発揮するためには、前述した絞
り部24C、24Eにおける燃料の減速や燃料の通路の
断面積の設定は慎重に行う必要がある。しかし実験の結
果ではこの燃料205は供給する全燃料量の2〜5%程
度であり、バーナの設計上ではそれほど問題となること
はないであろう。
The fuel 205 is also supplied as a fuel flow 206 onto the flame holding surface 16B, and the ring edge 1
Reach 6A. A flame is generated here, and a stable flame can be created by the vortex 102A of the combustion air flow. Therefore, on the flame holding surface 16B, the fuel flow 2
By 06, direct contact with the flame is eliminated, and the heat transfer form is simply heat transfer by radiation.
In order for this fuel flow 206 to flow along the lower surface of the flame stabilizer as shown in the figure, the flow velocity of the fuel flow 206 is due to the vortex 102A of the combustion air flow. Since it is a necessary condition that it is smaller than the swirling flow velocity, it is necessary to carefully set the deceleration of the fuel and the setting of the cross-sectional area of the fuel passage in the throttle portions 24C and 24E described above in order to exert the best performance. However, as a result of the experiment, the fuel 205 is about 2 to 5% of the total amount of the fuel to be supplied, and it will not be a serious problem in the burner design.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、保炎器後流にできる空気渦により、第二燃料噴射口
より噴射された燃料と空気との拡散が急激に進むため
に、局部的な高温燃焼部が形成されることはなくなり、
この部分で発生するNOxの量は少なくなり、さらにこ
の保炎器後流で燃焼した燃焼ガスがその下流側で燃焼し
ている燃焼火炎中に混合して燃焼するので、その燃焼は
不安定になることはなく、したがって燃焼振動も少なく
広い安定作動域を有し、かつ低NOx化を図ることので
きるこの種燃焼器バーナを得ることができる。
As described above, according to the present invention, the diffusion of the fuel injected from the second fuel injection port and the air rapidly progresses due to the air vortex which can be formed in the wake of the flame stabilizer. The local high temperature combustion part is no longer formed,
The amount of NOx generated in this part is small, and the combustion gas burned in the downstream of the flame stabilizer is mixed and burned in the combustion flame burning in the downstream side of the flame stabilizer. Therefore, a combustor burner of this kind can be obtained which has a wide stable operation range with little combustion oscillation and can achieve low NOx.

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

【図1】本発明の燃焼器用バーナを備えたガスタービン
燃焼器を示す縦断側面図である。
FIG. 1 is a vertical sectional side view showing a gas turbine combustor provided with a burner for a combustor of the present invention.

【図2】本発明の燃焼用バーナを示す縦断側面図であ
る。
FIG. 2 is a vertical sectional side view showing a combustion burner of the present invention.

【図3】図2のAーA線に沿う断面図である。3 is a sectional view taken along the line AA of FIG.

【図4】図2のBーB線に沿う断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.

【図5】本発明の燃焼用バーナの他の実施例を示す縦断
側面図である。
FIG. 5 is a vertical sectional side view showing another embodiment of the combustion burner of the present invention.

【図6】本発明の燃焼用バーナのさらに他の実施例を示
す縦断側面図である。
FIG. 6 is a vertical sectional side view showing still another embodiment of the combustion burner of the present invention.

【図7】図6のC矢印方向より見た正面図である。FIG. 7 is a front view seen from the direction of arrow C in FIG.

【図8】図6のDーD線に沿う断面図である。8 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG.

【図9】図6のEーE線に沿う断面図である。9 is a sectional view taken along the line EE of FIG.

【図10】本発明の燃焼用バーナにおける燃料流と空気
流との関係を示すバーナ要部の縦断側面図である。
FIG. 10 is a vertical cross-sectional side view of the main part of the burner showing the relationship between the fuel flow and the air flow in the combustion burner of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…燃焼室、2…空気流路、5…ノズル、16…保炎
器、23…燃料噴射口、24…第二の燃料噴射口、
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Combustion chamber, 2 ... Air flow path, 5 ... Nozzle, 16 ... Flame stabilizer, 23 ... Fuel injection port, 24 ... Second fuel injection port,

フロントページの続き (72)発明者 印南 民雄 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 林 則行 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 井上 洋 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 吉田 正平 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 赤津 茂行 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 笹尾 俊文 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 小豆畑 茂 茨城県日立市幸町三町目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 伊藤 和行 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 政井 忠久 茨城県日立市幸町三町目2番1号 日立エ ンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 佐藤 勲 茨城県日立市幸町三町目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内Front page continued (72) Inventor Tamio Inami 502 Jinritsu-cho Machinery Research Center, Tsuchiura-shi, Ibaraki Pref.Hitachi Seisakusho Co., Ltd. (72) Inventor Noriyuki Hayashi 502 Jinta-cho, Tsuchiura-shi Ibaraki Pref. (72) Inventor Hiroshi Inoue, 502 Kintatemachi, Tsuchiura-City, Ibaraki Prefecture, Institute of Mechanical Research, Hiritsu Seisakusho Co., Ltd. (72) Shohei Yoshida, 502, Jinmachi-cho, Tsuchiura, Ibaraki Prefecture, Institute of Mechanical Research, Hitate Co., Ltd. (72) Invention Shigeru Akazu, 502, Jinritsucho, Tsuchiura-shi, Ibaraki, Institute of Mechanical Research, Hiritsu Seisakusho Co., Ltd. (72) Toshifumi Sasao, 502, Jinmachi, Tsuchiura-shi, Ibaraki, Institute of Mechanical Research, Hiritsu, Ltd. (72) Inventor, Shigeru Shodohata, Ibaraki Hachimachi, Hitachi, Ltd. 3-1-1, Hitachi Ltd. Hitachi factory (72) Inventor, Kazuyuki Ito 7-1-1, Omika-cho, Hitachi, Ibaraki Hitachi Ltd. Hitachi Research Laboratory (72) ) Inventor Tadahisa Masai San-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Eye No. 2 No. 1 Hitachi Engineering Co., Ltd. in the (72) inventor Isao Sato Hitachi City, Ibaraki Prefecture Saiwaicho Sanchome No. 1 No. 1 stock company Hitachi, Ltd. Hitachi in the factory

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下流側先端近傍に燃料噴射口を有するノ
ズルと、該ノズルの周囲で、かつノズルの長手方向に燃
焼用圧縮空気が流通する空気流路とを備えた燃焼器用バ
ーナにおいて、 前記ノズルの周表面で前記燃料噴射口よりは上流側の位
置に、第二の燃料噴射口を設け、かつ該第二の燃料噴射
口の上流側に保炎器を設けたことを特徴とする燃焼器用
バーナ。
1. A burner for a combustor, comprising: a nozzle having a fuel injection port near a tip on a downstream side; and an air flow path around the nozzle and in which compressed combustion air flows in a longitudinal direction of the nozzle. Combustion characterized in that a second fuel injection port is provided at a position upstream of the fuel injection port on the peripheral surface of the nozzle, and a flame stabilizer is provided upstream of the second fuel injection port. Dexterous burner.
【請求項2】 下流側先端近傍に燃料噴射口を有するノ
ズルと、該ノズルの周囲に燃焼用圧縮空気が流通する空
気流通路とを備え、拡散燃焼が行なわれる燃焼器用バー
ナにおいて、 前記ノズルの周表面で前記燃料噴射口よりは上流側の位
置に、第二の燃料噴射口を設け、かつ該第二の燃料噴射
口より噴出した燃料を予混合燃焼させるようにしたこと
を特徴とする燃焼器用バーナ。
2. A combustor burner in which diffusion combustion is performed, comprising a nozzle having a fuel injection port near a downstream end and an air flow passage around which the compressed combustion air flows, Combustion characterized in that a second fuel injection port is provided at a position upstream of the fuel injection port on the peripheral surface, and the fuel injected from the second fuel injection port is premixed and burned. Dexterous burner.
【請求項3】 前記燃料噴射口と前記第二の燃料噴射口
とは夫々独立した燃料供給装置を備えていることを特徴
とする請求項2記載の燃焼器用バーナ。
3. The burner for a combustor according to claim 2, wherein the fuel injection port and the second fuel injection port are each provided with an independent fuel supply device.
【請求項4】 下流側先端近傍に燃料噴射口を有するノ
ズルと、該ノズルの周囲で、かつノズルの長手方向に燃
焼用圧縮空気が流通する空気流路とを備えた燃焼器用バ
ーナにおいて、 前記ノズルの周表面で前記燃料噴射口よりは上流側の位
置に、第二の燃料噴射口を設け、かつ該第二の燃料噴射
口の上流側に保炎器を設けるとともに前記第二の燃料噴
射口より噴射される燃料が前記保炎器の燃焼室側表面に
沿うように形成したことを特徴とする燃焼器用バーナ。
4. A burner burner, comprising: a nozzle having a fuel injection port near a downstream end thereof; and an air flow path around the nozzle and in which compressed combustion air flows in the longitudinal direction of the nozzle. A second fuel injection port is provided at a position upstream of the fuel injection port on the peripheral surface of the nozzle, and a flame stabilizer is provided upstream of the second fuel injection port and the second fuel injection is provided. A burner for a combustor, characterized in that fuel injected from a mouth is formed along a surface of the flame stabilizer on the combustion chamber side.
【請求項5】 下流側先端近傍に燃料噴射口を有するノ
ズルと、該ノズルの周囲で、かつノズルの長手方向に燃
焼用空気が流通する空気流路とを備えた燃焼器用バーナ
において、 前記ノズルの周表面で前記燃料噴射口よりは上流側の位
置に、第二の燃料噴射口を設けるとともに、該第二の燃
料噴射口の上流側に保炎器を設け、かつ該保炎器の上流
側に燃焼用空気を絞り込む絞り部を設けるようにしたこ
とを特徴とする燃焼器用バーナ。
5. A burner for a combustor, comprising: a nozzle having a fuel injection port near a downstream end thereof; and an air passage around the nozzle and in which combustion air flows in the longitudinal direction of the nozzle, wherein the nozzle is a nozzle. A second fuel injection port is provided at a position upstream of the fuel injection port on the circumferential surface of, and a flame stabilizer is provided upstream of the second fuel injection port, and the flame stabilizer is provided upstream of the flame stabilizer. A burner for a combustor, characterized in that a throttle portion for narrowing combustion air is provided on the side.
【請求項6】 下流側先端近傍に燃料噴射口を有するノ
ズルと、該ノズルの周囲で、かつノズルの長手方向に燃
焼用空気が流通する空気流路とを備えた燃焼器用バーナ
において、 前記ノズルの周表面で前記燃料噴射口よりは上流側の位
置に、第二の燃料噴射口を設けるとともに、該第二の燃
料噴射口の上流側に保炎器を設け、かつ該保炎器の上流
側に、燃焼用空気がノズル表面に沿って流通するよう案
内するガイドを設けるようにしたことを特徴とする燃焼
器用バーナ。
6. A burner for a combustor, comprising: a nozzle having a fuel injection port near a downstream end thereof; and an air flow path around the nozzle and in which combustion air flows in a longitudinal direction of the nozzle. A second fuel injection port is provided at a position upstream of the fuel injection port on the circumferential surface of, and a flame stabilizer is provided upstream of the second fuel injection port, and the flame stabilizer is provided upstream of the flame stabilizer. A burner for a combustor, characterized in that a guide for guiding combustion air to flow along the nozzle surface is provided on the side.
【請求項7】 下流側先端近傍に燃料噴射口を有するノ
ズルと、該ノズルの周囲で、かつノズルの長手方向に燃
焼用空気が流通する空気流路とを備えた燃焼器用バーナ
において、 前記ノズルに、前記燃料噴射口よりは上流側に開口した
噴射口を有する燃料供給部を設けるとともに、該第二の
燃料供給部の燃料流通路内に絞り部を設け、かつ該第二
の燃料供給部の噴射口の上流側に保炎器を設けるように
したことを特徴とする燃焼器用バーナ。
7. A burner for a combustor, comprising: a nozzle having a fuel injection port near a downstream end thereof; and an air flow path around the nozzle and in which combustion air flows in a longitudinal direction of the nozzle, wherein the nozzle is a nozzle. A fuel supply part having an injection port that is open upstream of the fuel injection port, a throttle part is provided in the fuel flow passage of the second fuel supply part, and the second fuel supply part A burner for a combustor, characterized in that a flame stabilizer is provided on the upstream side of the injection port.
【請求項8】 前記燃料噴射口と前記第二の燃料噴射口
に供給される燃料はガス燃料であることを特徴とする請
求項7記載の燃焼器用バーナ。
8. The burner for a combustor according to claim 7, wherein the fuel supplied to the fuel injection port and the second fuel injection port is a gas fuel.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010169385A (en) * 2009-01-23 2010-08-05 General Electric Co <Ge> Bundled multi-tube nozzle for turbomachine
EP3848635A4 (en) * 2018-09-06 2022-05-25 Ihi Corporation Liquid fuel injector

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