JPH07198143A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】全負荷帯において、燃焼室への空気流入部の剥
離を押さえ、流れを整流することにより、良好な燃焼制
御を行うと共に、ＮＯｘの低減を行うこと。 【構成】燃焼器１０２内の燃焼室４２に流入する空気
が、空気供給口４２１の開口面積を制御リング９２等を
変化させることにより制御される場合、制御リング９２
と連動する整流装置５０を設けることにより、燃焼室４
２への流入を滑らかにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービン燃焼器に
関し、特に広い範囲の負荷変動に対応し、かつＮＯｘ排
出量を低減することが可能な多段の燃焼室を備え、かつ
各燃焼室への燃焼用空気の流量配分を制御し得るように
形成されている燃焼器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近のガスタービン燃焼器においては、
燃料を複数段に分けて供給する燃焼方式が多く用いられ
ている。この理由は、燃焼量を制御して負荷変動に細か
く対応すると共に、燃焼器内全般にわたって均一かつ低
温度の燃焼を実現して、ＮＯｘ排出量を大幅に低減する
ことが可能となるためである。

【０００３】このような燃焼器の例としては、例えば２
段燃焼方式を用いたものが特開昭61−22127号公報に見
られる。

【０００４】近年環境に対する大気汚染防止の点から、
低ＮＯｘ化に対する要求が一段と強まっている。ＮＯｘ
発生量を押さえ、かつ燃焼量を制御するには、各段での
燃料流量と空気流量の比がある値になるよう精度良く調
節することが必須である。空気流量調節のための機構を
備えた燃焼器の例としては、例えば２段燃焼方式の燃焼
器に対して、リング状の流量調整機構を用いた特公平3
−45287号公報に記載されたものがある。この方式によ
れば、制御リングの移動距離に応じて、２段目の燃焼室
の空気供給口の開口面積が変化し、従って供給される空
気量が決定される。

【０００５】上記の多段燃焼方式では通常、空気はその
外部に設けられた通路から分岐して各燃焼室へ流入す
る。このため、流れはその一部分が曲げられ、局所的に
剥離域が形成され、流路の有効段面積が減少すると共に
圧力損失が増加する。この結果、燃焼器への空気供給が
阻害され、必要供給量が確保できない場合が生じ、大き
な問題となる。燃焼器においては、全体寸法が規定され
ており、したがって流路面積をむやみに広げることは困
難である。また、圧縮機からの高圧空気を有効に利用す
るためにも、流路での圧力損失をなるべく押さえる必要
がある。一方、空気量を確保するために、下流側流路の
断面積を減少させ、強制的に燃焼室に流入させる制御板
を備えた構造が特願平4−287267 号に示されている。こ
の例では、圧力損失の増加を防ぐために制御板を負荷に
応じて移動させている。しかるにこの例では、剥離に伴
う実質的な流路断面積の減少や圧力損失の増加に対して
は、積極的に考慮されていない。

【０００６】すなわち、燃焼を制御するには空気流量を
細かく制御する必要があり、その際流れに剥離が生じた
り、圧力損失が著しく増大するのを防ぐことが重要であ
るにもかかわらず、現状では十分な配慮はなされていな
い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ガスタービ
ン燃焼器において、燃焼室空気供給口の流れを制御する
ことにより剥離による流入流量の減少を防ぎ、また圧力
損失の増加を押さえることにより、各段の燃焼室におけ
る良好な燃焼性能を確保すると同時に、ＮＯｘ排出量を
低減するための手段を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、燃焼
器内の各段の燃焼室に空気を供給する空気供給流路内に
ガイドベーン等の整流機構を設置するとともに、供給口
開口面積の変化に連動してその位置を移動させ、燃焼器
への滑らかな空気流入を実現するものである。

【０００９】

【作用】本発明においては、燃焼室へ流入する流線を制
御することにより、負荷に応じて空気供給口の面積が変
化した場合においても、著しい剥離を防止することがで
きる。すなわちこの方法を用いることにより、燃焼室へ
の空気供給を安定して確保でき、燃焼を良好な状態に維
持すると同時に、ＮＯｘ排出量を低減することが可能と
なる。

【００１０】

【実施例】以下、図示した実施例に基づいて本発明の詳
細な説明を行う。

【００１１】図１により説明する。ガスタービンは圧縮
機１０１で加圧した空気を燃焼器１０２に導き、燃焼に
より発生した高温，高圧の高速ガスによりタービン１０
３を駆動し、動力を得る。図１は２段の燃焼室を持った
燃焼器について示してある。燃焼器１０２は、管中心部
に点火用のパイロットノズル(パイロットバーナー)４
０、及び低負荷帯用の第１段燃焼室４１を有し、さらに
周辺側に高負荷帯用の第２段燃焼室４２を有する。４
３，４４はそれぞれ第１段、及び第２段燃焼用の燃料ノ
ズルであり、４５は第２段燃焼用の燃料供給室である。
燃焼室で燃焼されたガスはトランジションピース３１を
経てタービン１０３に至る。圧縮機から導入された空気
２０１はトランジションピース３１の外周と外筒３２に
より形成される間隙に流入し、トランジションピース３
１、及び燃焼室の外壁となるライナ３３を冷却しつつ燃
焼室に導かれる。第２段燃焼室４２の空気供給口４２１
の外周には、リンク機構９１により軸方向に移動可能な
制御リング９２が取り付けられている。この制御リング
を移動させて空気供給口の開口面積を変化させ、第２段
燃焼室に供給される空気量を制御する。空気供給口の下
流側には整流用のガイドベーン５０が設置されており、
支持棒（支持具）６０により制御リングと連結されてい
る。このようにガイドベーンは制御リングと連動して移
動し、空気が滑らかに第２段燃焼室へ流入するよう制御
する。

【００１２】図２は図１に示した本発明に係る構造をよ
り詳しく示したものである。起動時にはまず第１段燃焼
室４１に点火する。この際第２段燃焼室４２には空気を
供給しないため、制御リング９２は破線で示したＡの位
置に置かれ、第２段燃焼室の空気供給口４２１は閉じら
れる。一方ガイドベーン５０と燃料供給室４５との間に
は、第１段燃焼室側への流路８０が形成される。定格運
転時には、制御リング９２は実線で示したＢの位置に移
動し、空気供給口４２１は全開となる。同時にガイドベ
ーン５０は上流側に移動し、第１段燃焼室側への流路の
大部分は塞がれるとともに、流れは滑らかに第２段燃焼
室へ導かれる。

【００１３】図３は従来の方式を用いた場合の流れの様
子を、可視化実験等で調べた結果を模式的に示したもの
である。実験の結果、制御リング９２の背面には剥離域
７０が発生し、流線を下流側に押しやることにより空気
供給口の実質的な断面積を減少させて、流入を阻害する
ことが明らかになった。流線７１はある角度θ(７２)を
持って流入する。容易に理解されるように、θ＝９０゜
に近いほど流入流量は多い。図４は本発明に係る実施例
を用いた場合の流れの様子の模式図であり、制御リング
の位置は図３と同一である。剥離域７０の大きさは減少
し、流線７１の角度θは図３の場合より大きくなり流れ
が滑らかに流入すると同時に流入流量も増加し、予混合
燃焼の希薄化が促進され、ＮＯｘ低減に大きく貢献す
る。

【００１４】図５は本発明に係る別の実施例であり、図
３，図４に示した制御リング９２後流側に発生する剥離
域７０を除去し、より一層圧力損失を低減させる目的
で、燃焼室４２内部にもガイドベーン５１を設置したも
のである。

【００１５】図６はガイドベーン５１，５２を複数個設
置した別の実施例である。このように小さいガイドベー
ンを多数設けることにより、曲がり流路内の整流効果を
増進することができる。この効果により、断面内速度分
布はより一様となり、混合の均一化が促進され、ＮＯｘ
低減に寄与できる。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、いずれの負荷帯におい
ても燃焼室へ流入する空気の整流が効果的に行われ、剥
離による流量の減少および圧力損失の増加が押さえら
れ、燃焼室への空気供給が良好に行われる。この結果、
良好な燃焼制御が可能となり、さらに低ＮＯｘ化が図れ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】整流装置を備えた燃焼器の断面図である。

【図２】整流装置の詳細図である。

【図３】従来方式を用いた場合の流れの模式図である。

【図４】本方式を用いた場合の流れの模式図である。

【図５】整流装置を燃焼室内に設置した場合の断面図で
ある。

【図６】整流装置を複数個備えた場合の断面図である。

【符号の説明】

３１…トランジションピース、３２…外筒、３３…燃焼
室ライナ、４０…パイロットバーナー、４１…第１段燃
焼室、４２…第２段燃焼室、４３，４４…燃料ノズル、
４５…燃料供給室、５０，５１…整流用ガイドベーン、
６０…支持具、９２…空気流量制御用制御リング、１０
２…燃焼器、２０１…流入空気流量。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空気量を制御する目的で燃焼室空気供給口
   の開口面積を変化させる手段を有するガスタービン用燃
   焼器において、開口面積の変化に連動して移動する整流
   機構を設置したことを特徴とするガスタービン燃焼器。