JPH07280267A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents
ガスタービン燃焼器Info
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- JPH07280267A JPH07280267A JP6070416A JP7041694A JPH07280267A JP H07280267 A JPH07280267 A JP H07280267A JP 6070416 A JP6070416 A JP 6070416A JP 7041694 A JP7041694 A JP 7041694A JP H07280267 A JPH07280267 A JP H07280267A
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- premixing
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/34—Feeding into different combustion zones
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D23/00—Assemblies of two or more burners
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2206/00—Burners for specific applications
- F23D2206/10—Turbines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
- F23D2900/00008—Burner assemblies with diffusion and premix modes, i.e. dual mode burners
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】拡散燃焼と予混合燃焼を同じ燃焼室で行うガス
タービンの低ＮＯｘ燃焼器に於いて、燃焼安定性と運用
性向上及びＮＯｘ低減を図る低ＮＯｘ燃焼器を提供する
こと。 【構成】拡散燃焼燃料ノズル２Ａを予混合ノズル３Ａの
上流に設置し、且つ拡散燃料ノズル２Ａと予混合ノズル
３の間に円錐形の隔壁５を設置することにより、高温の
拡散火炎９Ｂが形成できる。更に拡散火炎９Ｂを安定燃
焼させるため、拡散燃料分散用空気４Ａを旋回羽根７に
て旋回流８として噴出し、拡散燃焼用燃料ノズル２Ａ後
流に高温の循環流８を形成する。また円錐形の隔壁５に
することにより、隔壁冷却空気４Ｂの低減が図れる。 【効果】本発明により、拡散火炎安定性向上及び一酸化
炭素等の未燃分低減が可能となる。また、冷却空気減少
による予混合空気増加にて、より一層の低ＮＯｘ化が図
れる。
タービンの低ＮＯｘ燃焼器に於いて、燃焼安定性と運用
性向上及びＮＯｘ低減を図る低ＮＯｘ燃焼器を提供する
こと。 【構成】拡散燃焼燃料ノズル２Ａを予混合ノズル３Ａの
上流に設置し、且つ拡散燃料ノズル２Ａと予混合ノズル
３の間に円錐形の隔壁５を設置することにより、高温の
拡散火炎９Ｂが形成できる。更に拡散火炎９Ｂを安定燃
焼させるため、拡散燃料分散用空気４Ａを旋回羽根７に
て旋回流８として噴出し、拡散燃焼用燃料ノズル２Ａ後
流に高温の循環流８を形成する。また円錐形の隔壁５に
することにより、隔壁冷却空気４Ｂの低減が図れる。 【効果】本発明により、拡散火炎安定性向上及び一酸化
炭素等の未燃分低減が可能となる。また、冷却空気減少
による予混合空気増加にて、より一層の低ＮＯｘ化が図
れる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービンの燃焼器に
係り、特に窒素酸化物(以下ＮＯｘと称する)を低減する
のに好適なガスタービン燃焼器に関する。
係り、特に窒素酸化物(以下ＮＯｘと称する)を低減する
のに好適なガスタービン燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】天然ガスや灯・軽油等の燃焼時に発生す
るＮＯｘは、空気中の窒素が酸化されて発生するサーマ
ルＮＯｘである。サーマルＮＯｘの生成は温度依存性が
高く、一般に窒素含有量の少ない燃料を使用するガスタ
ービンでは、火炎温度の低減が低ＮＯｘ燃焼法の基本思
想である。ガスタービンの燃焼器は、ボイラ等で使用さ
れる燃焼器と異なり、ガスタービン負荷に応じて燃料流
量は変化するが、空気流量はほぼ一定であり、燃料と空
気との質量流量比である燃空比が部分負荷から１００％
定格負荷の間で大きく変化する。また燃料流量が最大と
なる定格負荷付近でも、燃料の完全燃焼に必要な理論空
気量の２倍近い多量の空気が供給される。従って、大過
剰の空気で火炎を形成する稀薄燃焼が適用でき、これが
現状の燃焼器で採用されるＮＯｘ低減法の主流技術であ
る。
るＮＯｘは、空気中の窒素が酸化されて発生するサーマ
ルＮＯｘである。サーマルＮＯｘの生成は温度依存性が
高く、一般に窒素含有量の少ない燃料を使用するガスタ
ービンでは、火炎温度の低減が低ＮＯｘ燃焼法の基本思
想である。ガスタービンの燃焼器は、ボイラ等で使用さ
れる燃焼器と異なり、ガスタービン負荷に応じて燃料流
量は変化するが、空気流量はほぼ一定であり、燃料と空
気との質量流量比である燃空比が部分負荷から１００％
定格負荷の間で大きく変化する。また燃料流量が最大と
なる定格負荷付近でも、燃料の完全燃焼に必要な理論空
気量の２倍近い多量の空気が供給される。従って、大過
剰の空気で火炎を形成する稀薄燃焼が適用でき、これが
現状の燃焼器で採用されるＮＯｘ低減法の主流技術であ
る。
【０００３】気体燃料の燃焼法は、燃料と空気とが混合
しながら燃焼する拡散燃焼法と、燃料と空気とを予め混
合してノズルより噴出する予混合燃焼法に大別される。
拡散燃焼は火炎安定性に優れ、広い燃空比範囲で火炎を
形成できるが、燃料と空気とが混合しながら燃焼するた
め、火炎内で空間的に燃空比は大きく変化し、稀薄燃焼
を試みても燃料の一部は燃料過剰の状態で燃焼する。従
って、局所的に火炎温度が高くなり、多量のＮＯｘが発
生し易い。
しながら燃焼する拡散燃焼法と、燃料と空気とを予め混
合してノズルより噴出する予混合燃焼法に大別される。
拡散燃焼は火炎安定性に優れ、広い燃空比範囲で火炎を
形成できるが、燃料と空気とが混合しながら燃焼するた
め、火炎内で空間的に燃空比は大きく変化し、稀薄燃焼
を試みても燃料の一部は燃料過剰の状態で燃焼する。従
って、局所的に火炎温度が高くなり、多量のＮＯｘが発
生し易い。
【０００４】予混合燃焼では、燃料と空気とを燃焼室に
投入する前に混合する。従ってこの燃焼法は、拡散燃焼
よりは火炎内の燃空比の均一化を図り易く、混合の不均
一による局所的な高温部の形成を逃れられるため、ＮＯ
ｘ低減の効果は大きいが、安定に火炎を形成できる燃空
比，噴出速度の条件が拡散燃焼より狭い。特に、ガスタ
ービンの起動から１００％負荷までの運転、あるいは緊
急時の負荷遮断運転では、燃料流量が幅広く変化するた
め、予混合燃焼だけでガスタービンを運用するのは困難
であり、起動からある部分負荷までは拡散燃焼を使用
し、ある負荷以上で予混合燃焼を開始する二段燃焼法が
採用される。二段燃焼法を採用する燃焼器でも、拡散燃
焼用と予混合燃焼用の燃焼室をそれぞれ独立して設ける
燃焼器と（例えば、特開昭61−22106号，特開昭61−221
27号）、拡散と予混合燃焼を同じ燃焼室で行う燃焼器が
ある（例えば、特開昭63−161318号）。
投入する前に混合する。従ってこの燃焼法は、拡散燃焼
よりは火炎内の燃空比の均一化を図り易く、混合の不均
一による局所的な高温部の形成を逃れられるため、ＮＯ
ｘ低減の効果は大きいが、安定に火炎を形成できる燃空
比，噴出速度の条件が拡散燃焼より狭い。特に、ガスタ
ービンの起動から１００％負荷までの運転、あるいは緊
急時の負荷遮断運転では、燃料流量が幅広く変化するた
め、予混合燃焼だけでガスタービンを運用するのは困難
であり、起動からある部分負荷までは拡散燃焼を使用
し、ある負荷以上で予混合燃焼を開始する二段燃焼法が
採用される。二段燃焼法を採用する燃焼器でも、拡散燃
焼用と予混合燃焼用の燃焼室をそれぞれ独立して設ける
燃焼器と（例えば、特開昭61−22106号，特開昭61−221
27号）、拡散と予混合燃焼を同じ燃焼室で行う燃焼器が
ある（例えば、特開昭63−161318号）。
【０００５】また、ガスタービン負荷の上昇、即ち燃料
流量の増加と共に燃空比が増加し火炎温度が上昇するた
め、負荷の上昇にともないＮＯｘ発生量は増加する。二
段燃焼法を採用すると予混合燃焼開始後にはＮＯｘ排出
量を低減できるが、予混合燃焼開始前の拡散燃焼時には
ＮＯｘ発生量が増える。広い負荷範囲でＮＯｘを抑制す
るには、できるだけ低いガスタービン負荷で予混合燃焼
を開始するが、拡散燃焼でのＮＯｘの発生を抑制する必
要がある。
流量の増加と共に燃空比が増加し火炎温度が上昇するた
め、負荷の上昇にともないＮＯｘ発生量は増加する。二
段燃焼法を採用すると予混合燃焼開始後にはＮＯｘ排出
量を低減できるが、予混合燃焼開始前の拡散燃焼時には
ＮＯｘ発生量が増える。広い負荷範囲でＮＯｘを抑制す
るには、できるだけ低いガスタービン負荷で予混合燃焼
を開始するが、拡散燃焼でのＮＯｘの発生を抑制する必
要がある。
【０００６】予混合火炎を形成するには混合気の噴出速
度と燃空比をある範囲内に設定する必要がある。噴出速
度が高く燃空比が小さくなると火炎は吹き消え、噴出速
度が低く燃空比が大きくなると混合気噴出ノズル内に火
炎が入る、所謂、逆火となる。火炎形成に必要な燃料と
空気量はノズル口径で決定され、ノズル口径を大きくす
れば、安定燃焼に必要な速度で噴出するのに必要な空気
と燃料が増え、予混合燃焼のできるガスタービン負荷は
高くなる。ノズル口径を小さくすれば、少ない空気と燃
料とで安定に予混合火炎を形成できるが、予混合燃焼で
きる燃料が少なくなり、拡散燃焼で燃焼する燃料の割合
が増加するためＮＯｘ発生量は増える。従って、高負荷
運転時のＮＯｘを減少しようとすると、予混合ノズルを
大きくするため、予混合燃焼で運転できるガスタービン
負荷は高くなる。
度と燃空比をある範囲内に設定する必要がある。噴出速
度が高く燃空比が小さくなると火炎は吹き消え、噴出速
度が低く燃空比が大きくなると混合気噴出ノズル内に火
炎が入る、所謂、逆火となる。火炎形成に必要な燃料と
空気量はノズル口径で決定され、ノズル口径を大きくす
れば、安定燃焼に必要な速度で噴出するのに必要な空気
と燃料が増え、予混合燃焼のできるガスタービン負荷は
高くなる。ノズル口径を小さくすれば、少ない空気と燃
料とで安定に予混合火炎を形成できるが、予混合燃焼で
きる燃料が少なくなり、拡散燃焼で燃焼する燃料の割合
が増加するためＮＯｘ発生量は増える。従って、高負荷
運転時のＮＯｘを減少しようとすると、予混合ノズルを
大きくするため、予混合燃焼で運転できるガスタービン
負荷は高くなる。
【０００７】これらの課題を解決するための一例とし
て、拡散燃焼と予混合燃焼用の空気流量を調整する機構
を設け、空気流量配分の最適化により広い負荷範囲でＮ
Ｏｘや一酸化炭素等を低減する燃焼器が既に提案されて
いる(例えば、特開昭60−９１１４１号，特開昭６０−2
18535号，特開昭61−153316号，特開昭61−52523 号，
特開昭61−153316号）。また予混合ノズルを複数個設
け、負荷に応じて使用するノズルの数を変える燃焼器も
提案されている（例えば実開平2−100060号）。
て、拡散燃焼と予混合燃焼用の空気流量を調整する機構
を設け、空気流量配分の最適化により広い負荷範囲でＮ
Ｏｘや一酸化炭素等を低減する燃焼器が既に提案されて
いる(例えば、特開昭60−９１１４１号，特開昭６０−2
18535号，特開昭61−153316号，特開昭61−52523 号，
特開昭61−153316号）。また予混合ノズルを複数個設
け、負荷に応じて使用するノズルの数を変える燃焼器も
提案されている（例えば実開平2−100060号）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】これらの燃焼器でもこ
れまでより少ないＮＯｘ排出量でガスタービンを運用で
きるが、更に性能を向上するには、次の課題がある。燃
焼室を分ける場合には、それぞれの燃焼を独立して行わ
せるため、火炎同志の干渉が避けられ安定に火炎を形成
できるが、燃焼用空気も拡散と予混合火炎用に分離する
ため、予混合燃焼の割合を大きくできない。また同じ燃
焼室で拡散と予混合火炎を形成し、空気を拡散と予混合
火炎用燃料の燃焼に共用する場合には、たとえばガスタ
ービン負荷の低いときには、予混合火炎用の空気で拡散
火炎の燃空比が小さくなり未燃分が排出され易くなるこ
とがある等の課題がある。
れまでより少ないＮＯｘ排出量でガスタービンを運用で
きるが、更に性能を向上するには、次の課題がある。燃
焼室を分ける場合には、それぞれの燃焼を独立して行わ
せるため、火炎同志の干渉が避けられ安定に火炎を形成
できるが、燃焼用空気も拡散と予混合火炎用に分離する
ため、予混合燃焼の割合を大きくできない。また同じ燃
焼室で拡散と予混合火炎を形成し、空気を拡散と予混合
火炎用燃料の燃焼に共用する場合には、たとえばガスタ
ービン負荷の低いときには、予混合火炎用の空気で拡散
火炎の燃空比が小さくなり未燃分が排出され易くなるこ
とがある等の課題がある。
【０００９】また、広い負荷範囲で更にＮＯｘを低減す
る為には、予混合ノズルを大きくして予混合燃焼割合を
増大すると共に、低い負荷から予混合燃焼を開始し、拡
散燃焼で発生するＮＯｘを極力少なくする必要がある。
る為には、予混合ノズルを大きくして予混合燃焼割合を
増大すると共に、低い負荷から予混合燃焼を開始し、拡
散燃焼で発生するＮＯｘを極力少なくする必要がある。
【００１０】前記従来技術のうち、空気流量調整機構を
設けた燃焼器では、低い負荷で予混合燃焼を行う為に、
予混合燃焼用の空気量を減少させると、予混合気の噴出
速度も小さくなり、逆火の可能性がある。従って、特に
予混合ノズル口径を大きくした時に、予混合開始負荷を
下げるのに十分ではなかった。
設けた燃焼器では、低い負荷で予混合燃焼を行う為に、
予混合燃焼用の空気量を減少させると、予混合気の噴出
速度も小さくなり、逆火の可能性がある。従って、特に
予混合ノズル口径を大きくした時に、予混合開始負荷を
下げるのに十分ではなかった。
【００１１】一方、予混合ノズルを複数個設け、負荷に
応じて使用するノズルの数を変える燃焼器では、軸心に
対し同心状に複数の環状予混合ノズルを設けた構造であ
るため、使用する予混合ノズルの数を増やしてゆく時、
比較的低温度の予混合火炎を用いて、次の予混合ノズル
に着火しなければならず、２段目以降の予混合ノズルの
着火性が悪くなる問題点があった。さらに、隣合う予混
合ノズルの火炎が接触する面積が広く、予混合火炎同志
が干渉して、圧力変動（燃焼振動）が大きくなり、燃焼
器の寿命が短くなるという問題もあった。
応じて使用するノズルの数を変える燃焼器では、軸心に
対し同心状に複数の環状予混合ノズルを設けた構造であ
るため、使用する予混合ノズルの数を増やしてゆく時、
比較的低温度の予混合火炎を用いて、次の予混合ノズル
に着火しなければならず、２段目以降の予混合ノズルの
着火性が悪くなる問題点があった。さらに、隣合う予混
合ノズルの火炎が接触する面積が広く、予混合火炎同志
が干渉して、圧力変動（燃焼振動）が大きくなり、燃焼
器の寿命が短くなるという問題もあった。
【００１２】そこで本発明は、広い負荷範囲にわたって
安定燃焼でき、ＮＯｘの低減を図ることができるガスタ
ービンの燃焼器を提供することを第１の目的とする。
安定燃焼でき、ＮＯｘの低減を図ることができるガスタ
ービンの燃焼器を提供することを第１の目的とする。
【００１３】また、拡散燃焼と予混合燃焼を同じ燃焼室
で行う燃焼器において、燃焼安定性と運用性を向上する
燃焼器を提供することを第２の目的とする。
で行う燃焼器において、燃焼安定性と運用性を向上する
燃焼器を提供することを第２の目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るための本発明に係るガスタービン燃焼器は、燃焼器中
心部に設置された拡散燃焼用の燃料噴出ノズルと、その
外周に設置された燃料と空気の混合気を噴出する環状の
予混合ノズルとを有するガスタービン燃焼器において、
前記環状の予混合ノズルを円周方向に分割して複数の予
混合室を形成すると共に、前記ガスタービンの低負荷運
転時には、前記複数の予混合室のうち所定数の予混合室
に燃料を投入し、高負荷運転時には、全ての予混合室に
燃料を投入するように構成したことを特徴とするまた、
前記予混合ノズルの混合気出口近傍に、該混合気に渦を
発生させる保炎器を設置してもよい。
るための本発明に係るガスタービン燃焼器は、燃焼器中
心部に設置された拡散燃焼用の燃料噴出ノズルと、その
外周に設置された燃料と空気の混合気を噴出する環状の
予混合ノズルとを有するガスタービン燃焼器において、
前記環状の予混合ノズルを円周方向に分割して複数の予
混合室を形成すると共に、前記ガスタービンの低負荷運
転時には、前記複数の予混合室のうち所定数の予混合室
に燃料を投入し、高負荷運転時には、全ての予混合室に
燃料を投入するように構成したことを特徴とするまた、
前記予混合ノズルの混合気出口近傍に、該混合気に渦を
発生させる保炎器を設置してもよい。
【００１５】更に、前記複数の予混合室に供給される空
気の流量を、前記複数の予混合室毎に調整する空気流量
調整手段を設けてもよい。
気の流量を、前記複数の予混合室毎に調整する空気流量
調整手段を設けてもよい。
【００１６】また、上記第２の目的を達成するための本
発明に係るガスタービン燃焼器は、燃焼器中心部に設置
された拡散燃焼用の燃料噴出ノズルと、その外周に設置
された燃料と空気の混合気を噴出する環状の予混合ノズ
ルとを有するガスタービン燃焼器において、前記予混合
ノズルの混合気出口近傍に円環状の流れの抵抗体となる
保炎器を設け、前記拡散燃焼用燃料ノズルを前記予混合
ノズルの混合気出口より上流側に設置し、且つ拡散燃焼
用燃料噴出ノズルと予混合ノズルとの間を、拡散火炎を
安定に形成するのに十分な循環流が形成されるように半
径方向に離し、更に、前記拡散燃焼用燃料ノズルと予混
合ノズルとの間に円錐状の隔壁を設置することを特徴と
する。
発明に係るガスタービン燃焼器は、燃焼器中心部に設置
された拡散燃焼用の燃料噴出ノズルと、その外周に設置
された燃料と空気の混合気を噴出する環状の予混合ノズ
ルとを有するガスタービン燃焼器において、前記予混合
ノズルの混合気出口近傍に円環状の流れの抵抗体となる
保炎器を設け、前記拡散燃焼用燃料ノズルを前記予混合
ノズルの混合気出口より上流側に設置し、且つ拡散燃焼
用燃料噴出ノズルと予混合ノズルとの間を、拡散火炎を
安定に形成するのに十分な循環流が形成されるように半
径方向に離し、更に、前記拡散燃焼用燃料ノズルと予混
合ノズルとの間に円錐状の隔壁を設置することを特徴と
する。
【００１７】また、前記拡散燃焼用燃料ノズルは、燃料
に旋回流を発生させるのに十分な空気が供給され、この
空気によって拡散燃焼用燃料を旋回して噴出することを
特徴とする。
に旋回流を発生させるのに十分な空気が供給され、この
空気によって拡散燃焼用燃料を旋回して噴出することを
特徴とする。
【００１８】更に、前記拡散燃焼用燃料ノズルに供給さ
れる空気流量は、燃焼器流入空気全量の１０％以下であ
ることを特徴とする。
れる空気流量は、燃焼器流入空気全量の１０％以下であ
ることを特徴とする。
【００１９】更にまた、前記円錐状の隔壁は、拡散燃焼
用の燃焼空気により冷却され、この冷却空気を予混合ノ
ズル近傍に導いてから燃焼室内に投入することを特徴と
する。
用の燃焼空気により冷却され、この冷却空気を予混合ノ
ズル近傍に導いてから燃焼室内に投入することを特徴と
する。
【００２０】前記拡散燃焼用燃料噴出ノズルと予混合ノ
ズル間の半径方向距離は、前記予混合ノズル内輪との比
にして０.２〜０.４とし、前記円錐状隔壁の広がり角を
予混合ノズル出口の面から３０゜〜６０゜とすることが
好ましい。
ズル間の半径方向距離は、前記予混合ノズル内輪との比
にして０.２〜０.４とし、前記円錐状隔壁の広がり角を
予混合ノズル出口の面から３０゜〜６０゜とすることが
好ましい。
【００２１】また、本発明の他の特徴は、複数の予混合
ノズルと、そのノズルに燃料を供給するための複数の流
量制御系統を有し、負荷に応じて作動させる予混合ノズ
ルの数を変化させるガスタービン燃焼器の運転方法にお
いて、前記予混合ノズルの作動数を増やす時は、増やす
前から作動していた前記予混合ノズルの燃料量を減らす
と共に新たに作動する予混合ノズルに燃料を投入し、前
記予混合ノズルの数を減らす時には、作動停止させる予
混合ノズルの燃料量を減らすと共に、作動している残り
の予混合ノズルの燃料を増加させて運転することにあ
る。
ノズルと、そのノズルに燃料を供給するための複数の流
量制御系統を有し、負荷に応じて作動させる予混合ノズ
ルの数を変化させるガスタービン燃焼器の運転方法にお
いて、前記予混合ノズルの作動数を増やす時は、増やす
前から作動していた前記予混合ノズルの燃料量を減らす
と共に新たに作動する予混合ノズルに燃料を投入し、前
記予混合ノズルの数を減らす時には、作動停止させる予
混合ノズルの燃料量を減らすと共に、作動している残り
の予混合ノズルの燃料を増加させて運転することにあ
る。
【００２２】
【作用】本発明の第１の特徴に係るガスタービン燃焼器
によれば、燃焼器中心部に設置された拡散燃焼用の燃料
噴出ノズルの外周に設置された環状の予混合ノズルを、
円周方向に分割して複数の予混合室を形成すると共に、
前記ガスタービンの低負荷運転時、つまり燃料流量が少
ない時には、複数の予混合室のうち所定数の予混合室に
のみ燃料を供給するので、使用する予混合燃焼室の燃空
比を、分割数の倍率で高くすることができる。従って予
混合ノズルの分割数を増やすことにより、より低い負荷
から予混合燃焼を開始でき、部分負荷でのＮＯｘ値を低
減することができる。
によれば、燃焼器中心部に設置された拡散燃焼用の燃料
噴出ノズルの外周に設置された環状の予混合ノズルを、
円周方向に分割して複数の予混合室を形成すると共に、
前記ガスタービンの低負荷運転時、つまり燃料流量が少
ない時には、複数の予混合室のうち所定数の予混合室に
のみ燃料を供給するので、使用する予混合燃焼室の燃空
比を、分割数の倍率で高くすることができる。従って予
混合ノズルの分割数を増やすことにより、より低い負荷
から予混合燃焼を開始でき、部分負荷でのＮＯｘ値を低
減することができる。
【００２３】さらに、分割された各予混合ノズルから噴
出される予混合気は、どれも中央部に設けた拡散燃焼用
ノズルの火炎と接触できることになる。従って各予混合
ノズルは、予混合火炎よりも高温となる拡散火炎によっ
て着火されることになり、負荷上昇時、より安定に、使
用する予混合ノズルの数を増加させてゆくことができ
る。
出される予混合気は、どれも中央部に設けた拡散燃焼用
ノズルの火炎と接触できることになる。従って各予混合
ノズルは、予混合火炎よりも高温となる拡散火炎によっ
て着火されることになり、負荷上昇時、より安定に、使
用する予混合ノズルの数を増加させてゆくことができ
る。
【００２４】また、複数の予混合ノズルを使用している
時、隣り合う予混合火炎の接触する面積が小さく、予混
合火炎同志の干渉が少なくなり、燃焼振動も低減でき
る。
時、隣り合う予混合火炎の接触する面積が小さく、予混
合火炎同志の干渉が少なくなり、燃焼振動も低減でき
る。
【００２５】更に、予混合ノズルの混合気出口に保炎器
を設けることによって、火炎の安定性及び着荷性をより
高めることができる。
を設けることによって、火炎の安定性及び着荷性をより
高めることができる。
【００２６】更にまた、複数の予混合室に供給される空
気の流量を、複数の予混合室毎に調整する空気流量調整
手段を設けることによって、低負荷時の燃空比が低くな
る運転状態にあっても空気流量を増加させて所望の燃空
比を維持することができる。この場合においては、予混
合ノズルを分割しないもの比べ空気流量の補正を小さく
することができ、負荷変動に応じた燃空比の制御が容易
になるので、火炎の安定性を向上することができ、また
ＮＯｘの低減も図れる。
気の流量を、複数の予混合室毎に調整する空気流量調整
手段を設けることによって、低負荷時の燃空比が低くな
る運転状態にあっても空気流量を増加させて所望の燃空
比を維持することができる。この場合においては、予混
合ノズルを分割しないもの比べ空気流量の補正を小さく
することができ、負荷変動に応じた燃空比の制御が容易
になるので、火炎の安定性を向上することができ、また
ＮＯｘの低減も図れる。
【００２７】また、本発明の第２の特徴に係るガスター
ビン燃焼器によれば、拡散燃料ノズルと予混合ノズル間
に円錐形の隔壁を設け、拡散燃料ノズルが予混合ノズル
の上流に設置されるようにすることにより、拡散燃料と
予混合ノズルから噴出されるされる多量の空気との混合
を遅らせることができ、燃焼器中心部に比較的燃空比が
高い、高温の拡散火炎を形成することができる。また、
拡散燃焼用燃料噴出ノズルと予混合ノズルとの間を、拡
散火炎を安定に形成するのに十分な循環流が形成される
ように半径方向に離すことによって、更に拡散燃焼火炎
の安定性を向上させることができる。この拡散燃焼用燃
料噴出ノズルと予混合ノズルとの間の半径方向の距離を
予混合ノズル内輪との比にして０.２〜０.４とすること
によって、前述した循環流を好適に形成することができ
る。
ビン燃焼器によれば、拡散燃料ノズルと予混合ノズル間
に円錐形の隔壁を設け、拡散燃料ノズルが予混合ノズル
の上流に設置されるようにすることにより、拡散燃料と
予混合ノズルから噴出されるされる多量の空気との混合
を遅らせることができ、燃焼器中心部に比較的燃空比が
高い、高温の拡散火炎を形成することができる。また、
拡散燃焼用燃料噴出ノズルと予混合ノズルとの間を、拡
散火炎を安定に形成するのに十分な循環流が形成される
ように半径方向に離すことによって、更に拡散燃焼火炎
の安定性を向上させることができる。この拡散燃焼用燃
料噴出ノズルと予混合ノズルとの間の半径方向の距離を
予混合ノズル内輪との比にして０.２〜０.４とすること
によって、前述した循環流を好適に形成することができ
る。
【００２８】隔壁を円錐形にする他の利点は、拡散燃焼
用の燃焼室を形成するに当り、円筒形の燃焼室に比べ
て、燃焼室壁の表面積が小さくてすむため、これを冷却
する冷却空気流量を低減できる。低ＮＯｘ燃焼器におい
ては、空気をできるたけ予混合燃焼用に使用することが
重要であり、冷却空気を低減し予混合空気を増加すれば
それだけＮＯｘを低減できる。
用の燃焼室を形成するに当り、円筒形の燃焼室に比べ
て、燃焼室壁の表面積が小さくてすむため、これを冷却
する冷却空気流量を低減できる。低ＮＯｘ燃焼器におい
ては、空気をできるたけ予混合燃焼用に使用することが
重要であり、冷却空気を低減し予混合空気を増加すれば
それだけＮＯｘを低減できる。
【００２９】隔壁の冷却空気を更に少なくするため、空
気供給側、即ち燃焼室と反対の隔壁表面に空気を衝突さ
せ、表面の境界層を乱して、冷却の熱伝達率を高くす
る。この冷却空気は、できるだけ予混合火炎の燃焼に使
用されるよう、予混合ノズル近傍より燃焼室内に投入す
る。予混合気流れの中心に流れの抵抗体を設け、その後
流に形成される高温の燃焼ガスの循環流で保炎する、所
謂、ブラフボディと呼ばれる保炎装置を予混合火炎の安
定化に使用する場合、火炎は抵抗体の縁に沿って形成さ
れ、縁から外周に向かって伝幡する。予混合気噴流でも
中心部より外周部は燃焼が遅れ、予混合ノズル内だけで
はなく、その近傍から噴出される空気も予混合火炎の温
度低減の効果を有する。
気供給側、即ち燃焼室と反対の隔壁表面に空気を衝突さ
せ、表面の境界層を乱して、冷却の熱伝達率を高くす
る。この冷却空気は、できるだけ予混合火炎の燃焼に使
用されるよう、予混合ノズル近傍より燃焼室内に投入す
る。予混合気流れの中心に流れの抵抗体を設け、その後
流に形成される高温の燃焼ガスの循環流で保炎する、所
謂、ブラフボディと呼ばれる保炎装置を予混合火炎の安
定化に使用する場合、火炎は抵抗体の縁に沿って形成さ
れ、縁から外周に向かって伝幡する。予混合気噴流でも
中心部より外周部は燃焼が遅れ、予混合ノズル内だけで
はなく、その近傍から噴出される空気も予混合火炎の温
度低減の効果を有する。
【００３０】また、本発明の他の特徴に係るガスタービ
ン燃焼器の運転方法によれば、予混合ノズルの作動数を
増やす時は、増やす前から作動していた前記予混合ノズ
ルの燃料量を減らすと共に新たに作動する予混合ノズル
に燃料を投入し、予混合ノズルの数を減らす時には、作
動停止させる予混合ノズルの燃料量を減らすと共に、作
動している残りの予混合ノズルの燃料を増加させて運転
するので、予混合ノズルの作動数の変化に伴う燃料供給
量の変化の急激な変動を抑制することができ、負荷の急
変を防止することができる。
ン燃焼器の運転方法によれば、予混合ノズルの作動数を
増やす時は、増やす前から作動していた前記予混合ノズ
ルの燃料量を減らすと共に新たに作動する予混合ノズル
に燃料を投入し、予混合ノズルの数を減らす時には、作
動停止させる予混合ノズルの燃料量を減らすと共に、作
動している残りの予混合ノズルの燃料を増加させて運転
するので、予混合ノズルの作動数の変化に伴う燃料供給
量の変化の急激な変動を抑制することができ、負荷の急
変を防止することができる。
【００３１】
【実施例】図１に本発明の一実施例を示す。ガスタービ
ンは空気圧縮機，燃焼器，タービンから構成され、空気
圧縮機からの空気は燃焼器へ導入され、ここで燃料を燃
焼し高温の気体となってタービンへ導かれる。燃焼器は
燃焼室１，拡散燃焼用燃料ノズル２Ａ，予混合ノズル
３，この予混合ノズル３を複数個に分割する分割板２
０，この分割板により形成された予混合室から構成され
る。空気圧縮機からの燃焼用空気４は、燃焼器下流か
ら、燃焼室を形成するライナ表面を冷却して、燃焼器上
流へ導かれる。燃焼室へは、空気は拡散燃料分散用空気
４Ａ，隔壁冷却空気４Ｂ，予混合燃焼用空気４Ｃとして
供給される。燃料は拡散燃焼用燃料ノズル２Ａ，予混合
燃焼用燃料ノズル２Ｂから噴出される。
ンは空気圧縮機，燃焼器，タービンから構成され、空気
圧縮機からの空気は燃焼器へ導入され、ここで燃料を燃
焼し高温の気体となってタービンへ導かれる。燃焼器は
燃焼室１，拡散燃焼用燃料ノズル２Ａ，予混合ノズル
３，この予混合ノズル３を複数個に分割する分割板２
０，この分割板により形成された予混合室から構成され
る。空気圧縮機からの燃焼用空気４は、燃焼器下流か
ら、燃焼室を形成するライナ表面を冷却して、燃焼器上
流へ導かれる。燃焼室へは、空気は拡散燃料分散用空気
４Ａ，隔壁冷却空気４Ｂ，予混合燃焼用空気４Ｃとして
供給される。燃料は拡散燃焼用燃料ノズル２Ａ，予混合
燃焼用燃料ノズル２Ｂから噴出される。
【００３２】拡散燃焼用燃料ノズル２Ａは燃焼器中心に
設置され、その外周に円錐形の隔壁５を介して、円環状
の予混合ノズル３が配置される。この時の拡散燃焼用燃
料ノズル２Ａと予混合ノズル３との間の半径方向の距離
は、拡散火炎９Ｂの燃焼ガスが拡散火炎９Ｂの後流側か
ら拡散燃焼用燃料ノズル２Ａの燃料出口側まで充分に循
環できるように離しておくことが重要である。このよう
な循環流を発生させることにより、拡散火炎９Ｂの安定
性を向上させることができる。
設置され、その外周に円錐形の隔壁５を介して、円環状
の予混合ノズル３が配置される。この時の拡散燃焼用燃
料ノズル２Ａと予混合ノズル３との間の半径方向の距離
は、拡散火炎９Ｂの燃焼ガスが拡散火炎９Ｂの後流側か
ら拡散燃焼用燃料ノズル２Ａの燃料出口側まで充分に循
環できるように離しておくことが重要である。このよう
な循環流を発生させることにより、拡散火炎９Ｂの安定
性を向上させることができる。
【００３３】拡散燃焼用燃料ノズル２Ａは燃料噴出口か
ら噴出されるが、その外周に拡散燃料分散用空気４Ａの
流路６を設け、燃料噴出用空気４Ａと共に燃焼室１内へ
噴出される。拡散燃料分散用空気４Ａは流路６出口に設
けられた旋回羽根により旋回流８として、燃焼室１内へ
投入される。拡散燃料分散用空気４Ａを使わずに、燃料
を直接旋回流８として噴出しようとすると、ガスタービ
ン負荷即ち燃料流量によって旋回成分の運動量が変化す
る。これを避け、燃料流量に依らず常に或る程度の旋回
の運動量を確保するため、拡散燃料分散用空気４Ａを旋
回流８として投入する。この拡散燃料分散用空気４Ａ
は、燃料噴流に旋回の運動量を与えるのに必要な空気で
充分であり、燃焼器へ導入される空気の１０％以下、通
常は２〜３％である。また、本実施例では、拡散燃料分
散用空気４Ａは燃焼室中心に向って噴出される。
ら噴出されるが、その外周に拡散燃料分散用空気４Ａの
流路６を設け、燃料噴出用空気４Ａと共に燃焼室１内へ
噴出される。拡散燃料分散用空気４Ａは流路６出口に設
けられた旋回羽根により旋回流８として、燃焼室１内へ
投入される。拡散燃料分散用空気４Ａを使わずに、燃料
を直接旋回流８として噴出しようとすると、ガスタービ
ン負荷即ち燃料流量によって旋回成分の運動量が変化す
る。これを避け、燃料流量に依らず常に或る程度の旋回
の運動量を確保するため、拡散燃料分散用空気４Ａを旋
回流８として投入する。この拡散燃料分散用空気４Ａ
は、燃料噴流に旋回の運動量を与えるのに必要な空気で
充分であり、燃焼器へ導入される空気の１０％以下、通
常は２〜３％である。また、本実施例では、拡散燃料分
散用空気４Ａは燃焼室中心に向って噴出される。
【００３４】燃焼器外周部に設置される円環状の予混合
ノズル３は、予混合燃焼用燃料ノズル２Ｂと、ノズル入
口から導入される空気の混合部３Ａ，ノズル出口に設置
される環状の保炎リング３Ｂから構成される。予混合火
炎用の燃料９Ａと空気は混合部で混合された燃焼室１内
へ投入される。ノズル出口の保炎リング３Ｂ後流には循
環流１０が形成され、予混合燃焼時にはこの循環流１０
が高温の燃焼ガスとなり、予混合火炎９Ａはこの燃焼ガ
スで安定化される。
ノズル３は、予混合燃焼用燃料ノズル２Ｂと、ノズル入
口から導入される空気の混合部３Ａ，ノズル出口に設置
される環状の保炎リング３Ｂから構成される。予混合火
炎用の燃料９Ａと空気は混合部で混合された燃焼室１内
へ投入される。ノズル出口の保炎リング３Ｂ後流には循
環流１０が形成され、予混合燃焼時にはこの循環流１０
が高温の燃焼ガスとなり、予混合火炎９Ａはこの燃焼ガ
スで安定化される。
【００３５】拡散燃焼時には、予混合ノズル３からの空
気は拡散燃焼用に使用される。この燃焼器は、ガスター
ビンの起動から負荷の低いときには拡散燃焼だけが使用
され、負荷が高くなると予混合燃焼と拡散燃焼が併用さ
れる。従って負荷の低い時、即ち燃料流量の少ないとき
に使用される拡散火炎９Ｂにとっては、予混合ノズル３
からの空気は過剰であり、空気全量が拡散燃焼の反応域
に投入されると失火あるいは未燃分排出量の増加とな
る。本実施例の燃焼器では、予混合ノズル３からの空気
は、保炎リングによって内周空気（４Ｄ）と外周空気
（４Ｅ）の二つの流れに分割される。このように空気の
流れを分割すると、外周の空気は拡散燃焼用の燃料との
混合が遅れ、燃焼器中心に形成される拡散火炎９Ｂに使
用される空気は低減され、安定な火炎が形成され易くな
る。
気は拡散燃焼用に使用される。この燃焼器は、ガスター
ビンの起動から負荷の低いときには拡散燃焼だけが使用
され、負荷が高くなると予混合燃焼と拡散燃焼が併用さ
れる。従って負荷の低い時、即ち燃料流量の少ないとき
に使用される拡散火炎９Ｂにとっては、予混合ノズル３
からの空気は過剰であり、空気全量が拡散燃焼の反応域
に投入されると失火あるいは未燃分排出量の増加とな
る。本実施例の燃焼器では、予混合ノズル３からの空気
は、保炎リングによって内周空気（４Ｄ）と外周空気
（４Ｅ）の二つの流れに分割される。このように空気の
流れを分割すると、外周の空気は拡散燃焼用の燃料との
混合が遅れ、燃焼器中心に形成される拡散火炎９Ｂに使
用される空気は低減され、安定な火炎が形成され易くな
る。
【００３６】拡散燃焼用燃料ノズル２Ａと予混合ノズル
３間は円錐形の隔壁５が設置される。この隔壁により、
拡散燃焼用燃料は、燃焼用空気４、即ち予混合ノズル３
からの空気との混合が遅れ、燃焼器中心部に形成される
拡散火炎９Ｂの安定性が確保される。
３間は円錐形の隔壁５が設置される。この隔壁により、
拡散燃焼用燃料は、燃焼用空気４、即ち予混合ノズル３
からの空気との混合が遅れ、燃焼器中心部に形成される
拡散火炎９Ｂの安定性が確保される。
【００３７】この隔壁５の詳細構造を図２及び図３に示
す。図２は隔壁５を燃焼器上流側から見た図である。図
３は隔壁５の断面を拡大したものである。
す。図２は隔壁５を燃焼器上流側から見た図である。図
３は隔壁５の断面を拡大したものである。
【００３８】隔壁５は、その上流に、ほぼこれに平行に
多孔板１１が配置され、多孔板からの空気噴流が各壁に
衝突する。隔壁と多孔板１１間は多孔板１１からの噴流
が衝突して隔壁を冷却するのに充分な距離をとり、冷却
空気４Ｂは隔壁と多孔板間の流路１２を通って、予混合
ノズル３近傍から燃料室１へ投入される。
多孔板１１が配置され、多孔板からの空気噴流が各壁に
衝突する。隔壁と多孔板１１間は多孔板１１からの噴流
が衝突して隔壁を冷却するのに充分な距離をとり、冷却
空気４Ｂは隔壁と多孔板間の流路１２を通って、予混合
ノズル３近傍から燃料室１へ投入される。
【００３９】本実施例では円錐形隔壁の広がり角αは３
４°隔壁の高さｈは、環状の予混合ノズルの内輪の直径
Ｈとの比にしてｈ／Ｈ＝０.３２ である。このα及びｈ
／Ｈは３０°〜６０°及び０.２〜０.４の範囲内が好ま
しい。ｈ／Ｈをこのような範囲に定めることによって、
前述したような拡散火炎９Ｂの燃焼ガスの循環流が充分
に形成されるようになる。
４°隔壁の高さｈは、環状の予混合ノズルの内輪の直径
Ｈとの比にしてｈ／Ｈ＝０.３２ である。このα及びｈ
／Ｈは３０°〜６０°及び０.２〜０.４の範囲内が好ま
しい。ｈ／Ｈをこのような範囲に定めることによって、
前述したような拡散火炎９Ｂの燃焼ガスの循環流が充分
に形成されるようになる。
【００４０】図４は、拡散燃焼用燃料の噴出孔出口を予
混合ノズル出口と同じ面にした時、即ちα＝０°とした
燃焼器と、図１の実施例の燃焼器のＣＯ排出特性の比較
を示す。α＝０°の燃焼器はある燃空比範囲でＣＯ排出
量が多くなる。即ち、拡散燃焼用燃料ノズルを上流側に
引き、燃料が予混合ノズルからの空気と混じる前に良く
分散できるようにすることが重要である。
混合ノズル出口と同じ面にした時、即ちα＝０°とした
燃焼器と、図１の実施例の燃焼器のＣＯ排出特性の比較
を示す。α＝０°の燃焼器はある燃空比範囲でＣＯ排出
量が多くなる。即ち、拡散燃焼用燃料ノズルを上流側に
引き、燃料が予混合ノズルからの空気と混じる前に良く
分散できるようにすることが重要である。
【００４１】以下、本発明に係る実施例について図面に
基づいて説明する。
基づいて説明する。
【００４２】図５は、本発明の第２の実施例のガスター
ビン用低ＮＯｘ燃焼器の概略構成図である。この燃焼器
は、中央に拡散燃焼用の燃料ノズル１０５が設けられて
おり、その外周側に環状の予混合ノズル１０３が設けら
れている。この予混合ノズル１０３は分割板１０８によ
り周方向に２分割されており、上半分の予混合室104Aと
下半分の予混合室１０４Ｂが形成されている。
ビン用低ＮＯｘ燃焼器の概略構成図である。この燃焼器
は、中央に拡散燃焼用の燃料ノズル１０５が設けられて
おり、その外周側に環状の予混合ノズル１０３が設けら
れている。この予混合ノズル１０３は分割板１０８によ
り周方向に２分割されており、上半分の予混合室104Aと
下半分の予混合室１０４Ｂが形成されている。
【００４３】圧縮機（図示せず）からの高圧空気１０９
は、外筒１０１と、内部に燃焼室を形成する内筒１０２
の間を通り、予混合ノズル用空気と拡散燃料ノズル用空
気に分岐される。予混合ノズル用空気は予混合ノズル１
０３の入口に設けられている旋回器１０７を通り、予混
合燃焼用燃料ノズル１０６Ａ，１０６Ｂから噴出された
燃料と予混合室１０４Ａ，１０４Ｂ内で予混合され、予
混合ノズル１０３の出口で燃焼し、予混合火炎１１６
Ａ，１１６Ｂを形成する。尚、予混合火炎は旋回器１０
７を通った空気の旋回によって保炎される。
は、外筒１０１と、内部に燃焼室を形成する内筒１０２
の間を通り、予混合ノズル用空気と拡散燃料ノズル用空
気に分岐される。予混合ノズル用空気は予混合ノズル１
０３の入口に設けられている旋回器１０７を通り、予混
合燃焼用燃料ノズル１０６Ａ，１０６Ｂから噴出された
燃料と予混合室１０４Ａ，１０４Ｂ内で予混合され、予
混合ノズル１０３の出口で燃焼し、予混合火炎１１６
Ａ，１１６Ｂを形成する。尚、予混合火炎は旋回器１０
７を通った空気の旋回によって保炎される。
【００４４】一方、拡散燃料ノズル用空気は、予混合ノ
ズル１０３と、拡散燃焼用燃料ノズル１０５の間を通
り、旋回器１１９によって旋回され、燃料と共に、燃焼
室内に噴出される。この拡散燃焼用燃料は、予混合ノズ
ル１０３から噴出される空気と混合しながら燃焼して拡
散火炎１１５を形成する。従って拡散燃料ノズル用空気
は、拡散燃焼用燃料が、予混合ノズル３から噴出される
空気と混合できるように、燃料の噴流を広げるのに必要
な量あれば十分であり、拡散燃焼に必要な量より少なく
ても良い。
ズル１０３と、拡散燃焼用燃料ノズル１０５の間を通
り、旋回器１１９によって旋回され、燃料と共に、燃焼
室内に噴出される。この拡散燃焼用燃料は、予混合ノズ
ル１０３から噴出される空気と混合しながら燃焼して拡
散火炎１１５を形成する。従って拡散燃料ノズル用空気
は、拡散燃焼用燃料が、予混合ノズル３から噴出される
空気と混合できるように、燃料の噴流を広げるのに必要
な量あれば十分であり、拡散燃焼に必要な量より少なく
ても良い。
【００４５】燃料１１０は、ガスタービンの負荷信号１
１４に基づき、燃料流量制御装置１１２により、各ノズ
ルに供給される燃料が分割される。つまり、拡散燃焼用
燃料１１０Ｃは、燃料流量制御装置１１２からの制御信
号１１３Ｃによって燃料制御弁１１１Ｃの開度すなわち
燃料流量が調整されて拡散燃焼用ノズル１５に供給され
る。同様に、予混合燃焼用燃料１１０Ａ（もしくは１１
０Ｂ）は、燃料流量制御装置１１２からの制御信号１１
３Ａ（１１３Ｂ）によって燃料制御弁１１Ａ（１１Ｂ）
の開度すなわち燃料流量が調整され予混合燃焼用燃料ノ
ズル１６Ａ（１６Ｂ）に供給され、予混合室１４Ａ(１
４Ｂ)内で空気と混合される。ここで２つの予混合室１
４Ａ，１４Ｂに燃料を供給する燃料ノズル１０６Ａ，１
０６Ｂは、それぞれ本実施例では５本ずつ設けてある
が、燃料と空気の混合度が悪くならなければ何本でもか
まわない。
１４に基づき、燃料流量制御装置１１２により、各ノズ
ルに供給される燃料が分割される。つまり、拡散燃焼用
燃料１１０Ｃは、燃料流量制御装置１１２からの制御信
号１１３Ｃによって燃料制御弁１１１Ｃの開度すなわち
燃料流量が調整されて拡散燃焼用ノズル１５に供給され
る。同様に、予混合燃焼用燃料１１０Ａ（もしくは１１
０Ｂ）は、燃料流量制御装置１１２からの制御信号１１
３Ａ（１１３Ｂ）によって燃料制御弁１１Ａ（１１Ｂ）
の開度すなわち燃料流量が調整され予混合燃焼用燃料ノ
ズル１６Ａ（１６Ｂ）に供給され、予混合室１４Ａ(１
４Ｂ)内で空気と混合される。ここで２つの予混合室１
４Ａ，１４Ｂに燃料を供給する燃料ノズル１０６Ａ，１
０６Ｂは、それぞれ本実施例では５本ずつ設けてある
が、燃料と空気の混合度が悪くならなければ何本でもか
まわない。
【００４６】次に、上記構成の燃焼器における燃焼制御
動作について説明する。図６に示すように、低負荷時に
は、拡散燃焼用ノズル１０５のみに燃料を供給し、拡散
燃焼単独運動を行い、予混合開始負荷に到達した時、拡
散燃焼用燃料を減らし、その分だけ予混合燃焼用燃料ノ
ズル１０６Ａに燃料を供給し、拡散燃焼用ノズルと、上
半分の予混合ノズルにて運転を行う、さらに高い負荷
で、上半分の予混合燃焼用燃料ノズル６Ａの燃料を半減
し、下半分の予混合燃焼用燃料ノズル１０６Ｂにも同量
の燃料を供給し、全ノズルを作動させ、２つの予混合ノ
ズルの燃空比が等しくなるように制御しながら全負荷ま
で負荷上昇する。この時の予混合ノズルの燃空比及び、
燃焼器出口のＮＯｘ濃度はそれぞれ図７，図８中の実線
のようになる。
動作について説明する。図６に示すように、低負荷時に
は、拡散燃焼用ノズル１０５のみに燃料を供給し、拡散
燃焼単独運動を行い、予混合開始負荷に到達した時、拡
散燃焼用燃料を減らし、その分だけ予混合燃焼用燃料ノ
ズル１０６Ａに燃料を供給し、拡散燃焼用ノズルと、上
半分の予混合ノズルにて運転を行う、さらに高い負荷
で、上半分の予混合燃焼用燃料ノズル６Ａの燃料を半減
し、下半分の予混合燃焼用燃料ノズル１０６Ｂにも同量
の燃料を供給し、全ノズルを作動させ、２つの予混合ノ
ズルの燃空比が等しくなるように制御しながら全負荷ま
で負荷上昇する。この時の予混合ノズルの燃空比及び、
燃焼器出口のＮＯｘ濃度はそれぞれ図７，図８中の実線
のようになる。
【００４７】図７には、安定した予混合燃焼が出来る燃
空比の上限値と下限値が示されており、この上下限値の
範囲内で予混合ノズルを運用する必要があるため、複数
の予混合ノズルを作動させる時に各ノズル間に燃空比の
差があると、運用できる負荷範囲が狭くなってしまうの
で、作動している予混合ノズルの燃空比はすべて等しく
なるように制御を行うことが必要である。また予混合ノ
ズル全部に燃料を供給する場合に比べ、上半分の予混合
ノズルのみに燃料を供給すると、予混合ノズルの燃空比
は２倍となることから、予混合ノズルを２分割にするこ
とにより、分割しない時の約１／２の燃料流量に相当す
る負荷より予混合燃焼を開始できることになる。その結
果拡散燃焼単独運転負荷を下げられ図８に示すように、
拡散燃焼単独運転時のＮＯｘ値を低減でき、広い負荷範
囲での低ＮＯｘ化が実現できる。尚、本実施例は予混合
ノズルを２分割した例を示したが、分割数を増やすこと
により、予混合開始負荷をさらに下げ、拡散燃焼単独運
転時のＮＯｘ値をさらに低減できる。参考のため、図
７，図８に、予混合ノズルを３等分した時の特性を破線
で示している。
空比の上限値と下限値が示されており、この上下限値の
範囲内で予混合ノズルを運用する必要があるため、複数
の予混合ノズルを作動させる時に各ノズル間に燃空比の
差があると、運用できる負荷範囲が狭くなってしまうの
で、作動している予混合ノズルの燃空比はすべて等しく
なるように制御を行うことが必要である。また予混合ノ
ズル全部に燃料を供給する場合に比べ、上半分の予混合
ノズルのみに燃料を供給すると、予混合ノズルの燃空比
は２倍となることから、予混合ノズルを２分割にするこ
とにより、分割しない時の約１／２の燃料流量に相当す
る負荷より予混合燃焼を開始できることになる。その結
果拡散燃焼単独運転負荷を下げられ図８に示すように、
拡散燃焼単独運転時のＮＯｘ値を低減でき、広い負荷範
囲での低ＮＯｘ化が実現できる。尚、本実施例は予混合
ノズルを２分割した例を示したが、分割数を増やすこと
により、予混合開始負荷をさらに下げ、拡散燃焼単独運
転時のＮＯｘ値をさらに低減できる。参考のため、図
７，図８に、予混合ノズルを３等分した時の特性を破線
で示している。
【００４８】次に本発明に係る他の実施例の燃焼器につ
いて図９を用いて説明する。本実施例の燃焼器は、第１
の実施例のものに対して、予混合器１０３の入口の施回
器１０７をなくし、その代りに予混合器１０３の出口に
保炎器１１７を設けたものである。この保炎器１１７は
環状の予混合器１０３に対応して環状に形成され、その
断面は頂点が上流側を向くように配された二等辺三角形
状をしており、保炎器１１７の後流側に発生する循環流
によって、予混合火炎１１６Ａ，１１６Ｂを安定に保持
するものである。
いて図９を用いて説明する。本実施例の燃焼器は、第１
の実施例のものに対して、予混合器１０３の入口の施回
器１０７をなくし、その代りに予混合器１０３の出口に
保炎器１１７を設けたものである。この保炎器１１７は
環状の予混合器１０３に対応して環状に形成され、その
断面は頂点が上流側を向くように配された二等辺三角形
状をしており、保炎器１１７の後流側に発生する循環流
によって、予混合火炎１１６Ａ，１１６Ｂを安定に保持
するものである。
【００４９】この保炎器１１７による予混合火炎の保持
は、第１の実施例で示した施回器１０７による施回流保
炎に比べ、安定燃焼可能な燃空比範囲が広いため、予混
合ガスの燃空比を小さくできることから、よりＮＯｘの
低減を図ることができる。ここで、予混合ノズル１０３
出口の予混合ガスの流れ方向は、保炎器１１７により径
方向に曲げられることになる。つまり、予混合ノズル１
１３内の中心軸側のガス流れは保炎器１１７によってさ
らに中心軸（内径）側に曲げられ、逆に、予混合ノズル
１０３内の外径側のガス流れは、保炎器１１７によって
さらに外径側に曲げられる。従って、従来技術に示され
るような、軸心に対し円心状に複数の予混合ノズルを設
けた燃焼器にこの保炎器を適用した場合、予混合ノズル
が径方向に並んでいるため隣り合う予混合ノズル出口の
火炎同志の干渉が激しくなり、その結果燃焼振動がさら
に大きくなってしまう問題があり、本発明のように、予
混合ノズルは周方向に分割して、予混合火炎同志の干渉
を防止する必要がある。
は、第１の実施例で示した施回器１０７による施回流保
炎に比べ、安定燃焼可能な燃空比範囲が広いため、予混
合ガスの燃空比を小さくできることから、よりＮＯｘの
低減を図ることができる。ここで、予混合ノズル１０３
出口の予混合ガスの流れ方向は、保炎器１１７により径
方向に曲げられることになる。つまり、予混合ノズル１
１３内の中心軸側のガス流れは保炎器１１７によってさ
らに中心軸（内径）側に曲げられ、逆に、予混合ノズル
１０３内の外径側のガス流れは、保炎器１１７によって
さらに外径側に曲げられる。従って、従来技術に示され
るような、軸心に対し円心状に複数の予混合ノズルを設
けた燃焼器にこの保炎器を適用した場合、予混合ノズル
が径方向に並んでいるため隣り合う予混合ノズル出口の
火炎同志の干渉が激しくなり、その結果燃焼振動がさら
に大きくなってしまう問題があり、本発明のように、予
混合ノズルは周方向に分割して、予混合火炎同志の干渉
を防止する必要がある。
【００５０】次に本発明に係る他の実施例の燃焼器につ
いて図１０を用いて説明する。本実施例の燃焼器は第２
の実施例のものに対して、予混合器１０３をＬ字状に屈
曲させ、予混合器の入口を外径側に向け、そこに空気流
量調整機構１１８を設けたものである。また空気流量調
整機構１１８を軸方向に動かせるように駆動機構も設け
てある。
いて図１０を用いて説明する。本実施例の燃焼器は第２
の実施例のものに対して、予混合器１０３をＬ字状に屈
曲させ、予混合器の入口を外径側に向け、そこに空気流
量調整機構１１８を設けたものである。また空気流量調
整機構１１８を軸方向に動かせるように駆動機構も設け
てある。
【００５１】この空気流量調整機構１１８が軸方向に移
動することにより、予混合ノズル１０３の入口開度面積
が変化し、予混合ノズル１０３に入る空気流量を変化さ
せることができる。従って、予混合開始負荷等の予混合
ノズルの燃空比が低くなる時に、空気流量調整機構１８
により、予混合燃焼用空気量を減少させ予混合ノズルの
燃空比を高くでき、さらに負荷上昇つまり燃料流量増加
に合わせて予混合燃焼用空気を増加させてゆくことがで
きることから、燃空気の変化を小さくでき、より低ＮＯ
ｘ化と燃焼安定化が実現できる。
動することにより、予混合ノズル１０３の入口開度面積
が変化し、予混合ノズル１０３に入る空気流量を変化さ
せることができる。従って、予混合開始負荷等の予混合
ノズルの燃空比が低くなる時に、空気流量調整機構１８
により、予混合燃焼用空気量を減少させ予混合ノズルの
燃空比を高くでき、さらに負荷上昇つまり燃料流量増加
に合わせて予混合燃焼用空気を増加させてゆくことがで
きることから、燃空気の変化を小さくでき、より低ＮＯ
ｘ化と燃焼安定化が実現できる。
【００５２】尚、本実施例のように、空気流量調整機構
１１８を取付けるために予混合ノズル１０３をＬ字状に
屈曲する場合、従来技術では、予混合ノズルを径方向に
並べているため、外径側に向けた各ノズル入口の位置を
軸方向にずらす必要がある。その結果、内径側のノズル
と外径側のノズルで、予混合室の長さが異なってしま
い、流量特性や燃料と空気の混合特性等がノズル毎に異
なり、均一な燃焼が困難になる問題があったが、本発明
のように予混合ノズルを周方向に分割すれば、前記問題
が解決できる。
１１８を取付けるために予混合ノズル１０３をＬ字状に
屈曲する場合、従来技術では、予混合ノズルを径方向に
並べているため、外径側に向けた各ノズル入口の位置を
軸方向にずらす必要がある。その結果、内径側のノズル
と外径側のノズルで、予混合室の長さが異なってしま
い、流量特性や燃料と空気の混合特性等がノズル毎に異
なり、均一な燃焼が困難になる問題があったが、本発明
のように予混合ノズルを周方向に分割すれば、前記問題
が解決できる。
【００５３】
【発明の効果】本発明によれば、燃料と多量の空気との
混合が遅らせ、燃焼器中心部に高温の拡散火炎を形成で
き、且つ拡散燃料分割空気が旋回をかけると、拡散燃焼
用燃料ノズル後流に高温循環流を形成でき、より一層の
拡散火炎安定性向上及び一酸化炭素等の未燃分低減が可
能となる。
混合が遅らせ、燃焼器中心部に高温の拡散火炎を形成で
き、且つ拡散燃料分割空気が旋回をかけると、拡散燃焼
用燃料ノズル後流に高温循環流を形成でき、より一層の
拡散火炎安定性向上及び一酸化炭素等の未燃分低減が可
能となる。
【００５４】また、隔壁を円錐形にすることにより、拡
散燃焼用燃焼室の表面積を小さくでき、その分冷却空気
量を減少させることができる。このことにより、予混合
燃焼空気増加によるＮＯｘ低減が図れる。
散燃焼用燃焼室の表面積を小さくでき、その分冷却空気
量を減少させることができる。このことにより、予混合
燃焼空気増加によるＮＯｘ低減が図れる。
【００５５】さらに、本発明によれば、予混合ノズルを
部分的に使用できることから、予混合開始負荷を低減で
き、広い負荷範囲で低ＮＯｘ運用が可能となる。
部分的に使用できることから、予混合開始負荷を低減で
き、広い負荷範囲で低ＮＯｘ運用が可能となる。
【図１】本発明の１実施例に係るガスタービン燃焼器の
構造図。
構造図。
【図２】円錐形の隔壁の燃焼器上流側から見た構造図。
【図３】円錐形の隔壁の断面構造図。
【図４】拡散燃料噴射ノズルの噴射傾き角によるＣＯの
発生量を説明する図。
発生量を説明する図。
【図５】本発明に係る第２の実施例の燃焼器の概略構成
図。
図。
【図６】本発明の燃焼器における燃料流量運用例を説明
する図。
する図。
【図７】本発明の燃焼器の予混合ノズル燃空比の運用例
を説明する図。
を説明する図。
【図８】本発明の燃焼器におけるＮＯｘ特性例。
【図９】本発明に係る他の実施例の燃焼器の概略構成
図。
図。
【図１０】本発明に係る他の実施例の燃焼器の概略構成
図。
図。
１…燃焼室、２Ａ…拡散燃焼用燃料ノズル、２Ｂ，１０
６…予混合燃焼用燃料ノズル、３…予混合ノズル、３Ａ
…混合部、３Ｂ…保炎リング、４…燃焼用空気、４Ａ…
拡散燃料分散用空気、４Ｂ…隔壁冷却空気、４Ｃ…予混
合燃焼用空気、４Ｄ…内周空気、４Ｅ…外周空気、５…
円錐形の隔壁、６…流路、７…旋回羽根、８…旋回流、
９Ａ…予混合火炎、９Ｂ…拡散火炎、１０…循環流、１
１…多孔板、１２…隔壁と多孔板間の流路、１０１…外
筒、１０２…内筒、１０３…予混合ノズル、１０４Ａ，
１０４Ｂ…予混合室、１０５…拡散燃焼用ノズル、１０
７…旋回器、１０８…予混合ノズル分割板、１０９…空
気、１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ…燃料、１
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ…燃料制御弁、１１２…燃料流
量制御装置、１１３Ａ，１１３Ｂ，１１３Ｃ…制御信
号、１１４…負荷信号、１１５…拡散火炎、１１６Ａ，
１１６Ｂ…予混合火炎、１１７…保炎器、１１８…空気
流量調整機構。
６…予混合燃焼用燃料ノズル、３…予混合ノズル、３Ａ
…混合部、３Ｂ…保炎リング、４…燃焼用空気、４Ａ…
拡散燃料分散用空気、４Ｂ…隔壁冷却空気、４Ｃ…予混
合燃焼用空気、４Ｄ…内周空気、４Ｅ…外周空気、５…
円錐形の隔壁、６…流路、７…旋回羽根、８…旋回流、
９Ａ…予混合火炎、９Ｂ…拡散火炎、１０…循環流、１
１…多孔板、１２…隔壁と多孔板間の流路、１０１…外
筒、１０２…内筒、１０３…予混合ノズル、１０４Ａ，
１０４Ｂ…予混合室、１０５…拡散燃焼用ノズル、１０
７…旋回器、１０８…予混合ノズル分割板、１０９…空
気、１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ…燃料、１
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ…燃料制御弁、１１２…燃料流
量制御装置、１１３Ａ，１１３Ｂ，１１３Ｃ…制御信
号、１１４…負荷信号、１１５…拡散火炎、１１６Ａ，
１１６Ｂ…予混合火炎、１１７…保炎器、１１８…空気
流量調整機構。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２３Ｒ 3/34 (72)発明者 飯塚 信之 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 渡辺 泰行 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 新井 博幸 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 小林 成嘉 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 大塚 雅哉 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所エネルギー研究所内 (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
Claims (10)
- 【請求項１】燃焼器中心部に設置された拡散燃焼用の燃
料噴出ノズルと，その外周に設置された燃料と空気の混
合気を噴出する環状の予混合ノズルとを有するガスター
ビン燃焼器において、 前記環状の予混合ノズルを円周方向に分割して複数の予
混合室を形成すると共に、 前記ガスタービンの低負荷運転時には、前記複数の予混
合室のうち所定数の予混合室に燃料を投入し、高負荷運
転時には、全ての予混合室に燃料を投入するように構成
したことを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 【請求項２】燃焼器中心部に設置された拡散燃焼用の燃
料噴出ノズルと，その外周に設置された燃料と空気の混
合気を噴出する環状の予混合ノズルとを有するガスター
ビン燃焼器において、 前記予混合ノズルの混合気出口近傍に、該混合気に渦を
発生させる保炎器を設置すると共に、かつ、 前記環状の予混合ノズルを円周方向に分割して複数の予
混合室を形成し、 前記ガスタービンの低負荷運転時には、前記複数の予混
合室のうち所定数の予混合室に燃料を投入し、高負荷運
転時には、全ての予混合室に燃料を投入するように構成
したことを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 【請求項３】燃焼器中心部に設置された拡散燃焼用の燃
料噴出ノズルと，その外周に設置された燃料と空気の混
合気を噴出する環状の予混合ノズルとを有するガスター
ビン燃焼器において、 該複数の予混合室に供給される空気の流量を、前記複数
の予混合室毎に調整する空気流量調整手段を設けると共
に、かつ、 前記環状の予混合ノズルを円周方向に分割して複数の予
混合室を形成し、 前記ガスタービンの低負荷運転時には、前記複数の予混
合室のうち所定数の予混合室に燃料を投入し、高負荷運
転時には、全ての予混合室に燃料を投入するように構成
したことを特徴とするガスタービン燃焼器。 - 【請求項４】燃焼器中心部に設置された拡散燃焼用の燃
料噴出ノズルと，その外周に設置された燃料と空気の混
合気を噴出する環状の予混合ノズルとを有するガスター
ビン燃焼器において、 前記予混合ノズルの混合気出口近傍に円環状の流れの抵
抗体となる保炎器を設け、 前記拡散燃焼用燃料ノズルを前記予混合ノズルの混合気
出口より上流側に設置し、 且つ拡散燃焼用燃料噴出ノズルと予混合ノズルとの間
を、拡散火炎が安定に形成するのに十分な拡散燃焼火炎
の燃焼ガスの循環流が形成されるように半径方向に離
し、 更に、前記拡散燃焼用燃料ノズルと予混合ノズルとの間
に円錐状の隔壁を設置することを特徴とするガスタービ
ン燃焼器。 - 【請求項５】前記拡散燃焼用燃料ノズルは、燃料に旋回
流を発生させるのに十分な空気が供給され、この空気に
よって拡散燃焼用燃料を旋回して噴出することを特徴と
する請求項４記載のガスタービン燃焼器。 - 【請求項６】前記拡散燃焼用燃料ノズルに供給される空
気流量は、燃焼器流入空気全量の１０％以下であること
を特徴とする請求項５記載のガスタービン燃焼器。 - 【請求項７】前記円錐状の隔壁は、拡散燃焼用の燃焼空
気により冷却され、この冷却空気を予混合ノズル近傍に
導いてから燃焼室内に投入することを特徴とする請求項
４記載のガスタービン燃焼器。 - 【請求項８】前記拡散燃焼用燃料噴出ノズルと予混合ノ
ズル間の半径方向距離を、前記予混合ノズル内輪との比
にして０.２〜０.４とし、前記円錐状隔壁の広がり角を
予混合ノズル出口の面から３０゜〜６０゜とすることを
特徴とする請求項４記載のガスタービン燃焼器。 - 【請求項９】拡散燃焼用の燃焼噴射ノズルと，空気と燃
料の混合気を噴出する複数の予混合ノズルと，これらの
ノズルに燃料を供給するための複数の燃料供給系統を有
し、ガスタービンの負荷に応じて作動させる予混合ノズ
ルの数を制御させるガスタービン燃焼器の運転方法にお
いて、 前記予混合ノズルの作動数を増加させる時には、既に作
動していた前記予混合ノズルに供給される燃料量を減少
させると共に、新たに作動する予混合ノズルに燃料を投
入するようにし、 前記予混合ノズルの作動数を減少させる時には、作動停
止させる予混合ノズルの燃料量を減らすと共に、作動を
継続する残りの予混合ノズルの燃料を増加させるように
して運転することを特徴とするガスタービン燃焼器の運
転方法。 - 【請求項１０】燃焼器中心部に設置された拡散燃焼用の
燃料噴出ノズルと，その外周に設置された燃料と空気の
混合気を噴出する環状の予混合ノズルと，該予混合ノズ
ルに燃料を噴出する複数個の予混合燃料ノズルとを有す
るガスタービン燃焼器において、 前記環状の予混合ノズルを円周方向に分割して複数の予
混合室を形成し、 前記予混合燃料ノズル供給される複数の燃料系統に各々
燃料制御弁を設け、 ガスタービンの負荷に基づいて前記燃料制御弁に開度制
御信号を指令する燃料流量制御装置を備え、 前記ガスタービンの低負荷運転時には、前記複数の予混
合室のうち所定数の予混合室に燃料を投入し、高負荷運
転時には、全ての予混合室に燃料を投入するように構成
したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6070416A JP2954480B2 (ja) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | ガスタービン燃焼器 |
| US08/416,651 US5899074A (en) | 1994-04-08 | 1995-04-05 | Gas turbine combustor and operation method thereof for a diffussion burner and surrounding premixing burners separated by a partition |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6070416A JP2954480B2 (ja) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | ガスタービン燃焼器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07280267A true JPH07280267A (ja) | 1995-10-27 |
| JP2954480B2 JP2954480B2 (ja) | 1999-09-27 |
Family
ID=13430855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6070416A Expired - Lifetime JP2954480B2 (ja) | 1994-04-08 | 1994-04-08 | ガスタービン燃焼器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5899074A (ja) |
| JP (1) | JP2954480B2 (ja) |
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