JPH0772616B2 - 燃焼器及びその運転方法 - Google Patents
燃焼器及びその運転方法Info
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- JPH0772616B2 JPH0772616B2 JP1128851A JP12885189A JPH0772616B2 JP H0772616 B2 JPH0772616 B2 JP H0772616B2 JP 1128851 A JP1128851 A JP 1128851A JP 12885189 A JP12885189 A JP 12885189A JP H0772616 B2 JPH0772616 B2 JP H0772616B2
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- combustor
- gas supply
- premixed
- combustion
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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
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2270/00—Control
- F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
- F05D2270/31—Fuel schedule for stage combustors
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、たとえばガスタービン等に採用されている燃
焼器の改良に係り、特に予混合燃焼が行なわれる燃焼器
及びその運転方法に関するものである。
焼器の改良に係り、特に予混合燃焼が行なわれる燃焼器
及びその運転方法に関するものである。
従来一般に採用されている燃焼器は、低NOx化の点から
２段燃焼方式のものが主流である。すなわち燃焼筒の一
方端（燃焼器頭部）で火炎の安定性を目的とした拡散燃
焼が行なわれ、又その下流側で低NOx効果の大きい予混
合燃焼が行なわれるものである。
２段燃焼方式のものが主流である。すなわち燃焼筒の一
方端（燃焼器頭部）で火炎の安定性を目的とした拡散燃
焼が行なわれ、又その下流側で低NOx効果の大きい予混
合燃焼が行なわれるものである。
この種の燃焼器としては、たとえば米国特許第4292801
号等がある。この種燃焼器についてもう少し詳しく説明
すると、燃焼器は、燃焼器頭部に設けられている第１段
バーナ（拡散燃焼）と、燃焼器頭部から燃焼室中央部に
突出する如く設置された第２段バーナ（拡散燃焼）で構
成され、燃焼室は第２段バーナ出口近傍で燃焼室の径が
縮少するように形成されている。着火時は第１段バーナ
に燃料を供給して点火し、第１段燃焼室で拡散燃焼を行
う。更に燃焼負荷上昇に伴つて、第２段バーナへ燃料を
導入して第２段燃焼室内で拡散燃焼をする。その後、第
１段目の燃料を第２段目バーナへ移すと同時に第１段バ
ーナを消火させ、また第１段バーナへ燃料を再投入す
る。即ちこのときには第１段燃焼室は燃料と空気を混合
する予混合室の作用をする。したがつて、高負荷燃焼時
は第１段燃焼室からの予混合気を第２段バーナの熱源に
より燃焼を継続させるようにしたものである。
号等がある。この種燃焼器についてもう少し詳しく説明
すると、燃焼器は、燃焼器頭部に設けられている第１段
バーナ（拡散燃焼）と、燃焼器頭部から燃焼室中央部に
突出する如く設置された第２段バーナ（拡散燃焼）で構
成され、燃焼室は第２段バーナ出口近傍で燃焼室の径が
縮少するように形成されている。着火時は第１段バーナ
に燃料を供給して点火し、第１段燃焼室で拡散燃焼を行
う。更に燃焼負荷上昇に伴つて、第２段バーナへ燃料を
導入して第２段燃焼室内で拡散燃焼をする。その後、第
１段目の燃料を第２段目バーナへ移すと同時に第１段バ
ーナを消火させ、また第１段バーナへ燃料を再投入す
る。即ちこのときには第１段燃焼室は燃料と空気を混合
する予混合室の作用をする。したがつて、高負荷燃焼時
は第１段燃焼室からの予混合気を第２段バーナの熱源に
より燃焼を継続させるようにしたものである。
このように形成された燃焼器であると、所定負荷以上の
運転においては、主として予混合燃焼が行なわれること
から、低NOxの燃焼器として非常に有効なものとなる。
運転においては、主として予混合燃焼が行なわれること
から、低NOxの燃焼器として非常に有効なものとなる。
しかしながらこの種の燃焼器は、高負荷時においてはた
しかにNOxや未燃物質、たとえばCOの排出などは少なく
特に問題になることはないのであるが、すなわち燃焼室
内全体が充分燃焼しているので可燃混合気が未然のまま
燃焼器より排出されることは少ないのであるが、低負荷
時、すなわち可燃混合気が希薄となる条件下では、燃焼
室壁面の冷却空気の侵入及びその侵入冷却空気層の影響
も手伝いCO等の未燃排出量が増大する嫌いがあつた。
しかにNOxや未燃物質、たとえばCOの排出などは少なく
特に問題になることはないのであるが、すなわち燃焼室
内全体が充分燃焼しているので可燃混合気が未然のまま
燃焼器より排出されることは少ないのであるが、低負荷
時、すなわち可燃混合気が希薄となる条件下では、燃焼
室壁面の冷却空気の侵入及びその侵入冷却空気層の影響
も手伝いCO等の未燃排出量が増大する嫌いがあつた。
本発明はこれにかんがみなされたもので、たとえ低負荷
時であつても、すなわち可燃混合気が希薄の条件下でも
CO等の未燃ガス燃焼器より排出することのないこの種の
燃焼器を提供するにある。
時であつても、すなわち可燃混合気が希薄の条件下でも
CO等の未燃ガス燃焼器より排出することのないこの種の
燃焼器を提供するにある。
すなわち本発明は燃焼筒の一方側（頭部側）に設けられ
ている予混合気供給手段を、燃焼筒とほぼ同心状に配置
され、かつ燃焼器の高負荷帯域で作動する第１の予混合
気供給手段と、この第１の予混合気供給手段の外周部に
配置され、かつ少なくとも低負荷帯域で作動する第２の
予混合気供給手段とより形成す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。
ている予混合気供給手段を、燃焼筒とほぼ同心状に配置
され、かつ燃焼器の高負荷帯域で作動する第１の予混合
気供給手段と、この第１の予混合気供給手段の外周部に
配置され、かつ少なくとも低負荷帯域で作動する第２の
予混合気供給手段とより形成す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。
すなわちこのような構成であると、燃焼器の低負荷時に
は、第２の予混合気供給手段によるバーナ、すなわち燃
焼室の外周部の近いバーナが作動しているので、低負荷
時であつても、燃焼室外周部の燃焼ガス温度を高く保つ
ことができ、低負荷時に燃焼室外周部に生じがちな未燃
部分、すなわちCO等の発生を充分防止することができる
のである。
は、第２の予混合気供給手段によるバーナ、すなわち燃
焼室の外周部の近いバーナが作動しているので、低負荷
時であつても、燃焼室外周部の燃焼ガス温度を高く保つ
ことができ、低負荷時に燃焼室外周部に生じがちな未燃
部分、すなわちCO等の発生を充分防止することができる
のである。
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。
る。
第１図にはその燃焼器の一実施例が断面で示されてい
る。燃焼器は外筒１と、この外筒の内部に配置されてい
る内筒２（燃焼筒）と、この内筒２の後部（タービン
側）に配置されている尾筒３とを備え、そして内筒２の
頭部には後述する混合気供給手段が設けられている。
る。燃焼器は外筒１と、この外筒の内部に配置されてい
る内筒２（燃焼筒）と、この内筒２の後部（タービン
側）に配置されている尾筒３とを備え、そして内筒２の
頭部には後述する混合気供給手段が設けられている。
すなわち内筒２の頭部中央には予混合室４（第２の予混
合気供給用）が設けられており、又この予混合室の外
周、すなわち内筒内壁面近傍には第１段目の予混合バー
ナ８が設けられている。すなわち第１の予混合気供給手
段が設けられている。又さらにこの予混合バーナ８の噴
出口近傍の外周側には補助バーナ13が設けられている。
補助バーナ13の後流側に14として示されているものは補
助バーナの点火を行う着火栓である。
合気供給用）が設けられており、又この予混合室の外
周、すなわち内筒内壁面近傍には第１段目の予混合バー
ナ８が設けられている。すなわち第１の予混合気供給手
段が設けられている。又さらにこの予混合バーナ８の噴
出口近傍の外周側には補助バーナ13が設けられている。
補助バーナ13の後流側に14として示されているものは補
助バーナの点火を行う着火栓である。
補助バーナ３には補助燃料12と空気が供給され、又第１
段目の予混合バーナ８には第１の予混合気供給手段によ
り混合気、すなわち燃料６と空気７とが供給され、燃焼
室５に可燃混合気が供給されるように形成されている。
段目の予混合バーナ８には第１の予混合気供給手段によ
り混合気、すなわち燃料６と空気７とが供給され、燃焼
室５に可燃混合気が供給されるように形成されている。
前述した予混合室４にも燃料ノズル16より燃料18及び空
気19が供給され、この予混合室内で可燃混合気が形成さ
れ、この可燃混合気が、燃焼室５に供給される。
気19が供給され、この予混合室内で可燃混合気が形成さ
れ、この可燃混合気が、燃焼室５に供給される。
尚図中矢印20は圧縮機から供給される空気の流れを示し
ている。
ている。
次にこのように形成された燃焼器の動作及び運転方法に
ついてのべる。
ついてのべる。
まず燃料供給関係と運転方法について第２図に示す一具
体例で説明する。燃料23は、燃焼負荷帯に合わせて制御
される燃料圧力調節弁24を通過した後、補助燃料12、第
１段予混合燃料６、第２段予混合燃料18に分岐される。
これらの燃料は夫々各燃料供給管25,26,27及び燃料流量
調節弁28,29,30を介して供給され、このうち補助燃料12
と第１段予混合燃料６は、燃料器の中間部に配置されて
いるフランジ31部より供給され、補助燃料は燃料室５の
急拡大部９近傍に設置されている補助バーナ13に供給さ
れる。予混合燃料６は、フランジ31に設けられた燃料チ
ヤンバ32を介して予混合バーナ８の環状流路部33内に突
出している燃料ノズル34に至り、その先端部噴孔より予
混合バーナ８内に噴出する。第２段燃料18は、流量調節
弁30を介して、燃料ノズル16に供給される。この場合こ
れらの燃料は常に供給されているわけではなく次のよう
に行なわれる。即ち燃焼の起動時は、着火栓14を作動さ
せるとともに、流量調節弁28によつて、補助バーナ13か
ら燃料12を噴出させ、リセス部11に火炎を形成させる。
次に第１段予混合燃料６を流量調節弁29を介して所定量
流し、可燃混合気を形成して、これを予混合バーナ８か
ら噴出する。この可燃混合気は前記補助バーナ13によつ
て形成された火炎の熱源で燃焼する。更に高負荷燃焼に
おいては、燃焼器頭部に設置した予混合室４の燃料ノズ
ル16に第２段予混合燃料18を流量調節弁30を操作して導
き入れ、可燃混合気を燃焼室５内に供給する。これらの
運転制御は、タービン負荷帯に合せて制御機35の信号に
より自動操作される。
体例で説明する。燃料23は、燃焼負荷帯に合わせて制御
される燃料圧力調節弁24を通過した後、補助燃料12、第
１段予混合燃料６、第２段予混合燃料18に分岐される。
これらの燃料は夫々各燃料供給管25,26,27及び燃料流量
調節弁28,29,30を介して供給され、このうち補助燃料12
と第１段予混合燃料６は、燃料器の中間部に配置されて
いるフランジ31部より供給され、補助燃料は燃料室５の
急拡大部９近傍に設置されている補助バーナ13に供給さ
れる。予混合燃料６は、フランジ31に設けられた燃料チ
ヤンバ32を介して予混合バーナ８の環状流路部33内に突
出している燃料ノズル34に至り、その先端部噴孔より予
混合バーナ８内に噴出する。第２段燃料18は、流量調節
弁30を介して、燃料ノズル16に供給される。この場合こ
れらの燃料は常に供給されているわけではなく次のよう
に行なわれる。即ち燃焼の起動時は、着火栓14を作動さ
せるとともに、流量調節弁28によつて、補助バーナ13か
ら燃料12を噴出させ、リセス部11に火炎を形成させる。
次に第１段予混合燃料６を流量調節弁29を介して所定量
流し、可燃混合気を形成して、これを予混合バーナ８か
ら噴出する。この可燃混合気は前記補助バーナ13によつ
て形成された火炎の熱源で燃焼する。更に高負荷燃焼に
おいては、燃焼器頭部に設置した予混合室４の燃料ノズ
ル16に第２段予混合燃料18を流量調節弁30を操作して導
き入れ、可燃混合気を燃焼室５内に供給する。これらの
運転制御は、タービン負荷帯に合せて制御機35の信号に
より自動操作される。
第３図にはガスタービン作動範囲における燃料制御運転
方法の一例が示されている。この図は本燃焼器の補助バ
ーナ用燃料12、予混合バーナへの第１段燃料６と頭部予
混合室に導入する第２段燃料18をタービン負荷帯に対応
して示したものである。尚このときの火炎パターン、す
なわち燃料制御によつて燃焼室内に形成される火炎パタ
ーンは第４図に示したようになる。第３図において、燃
焼負荷によつて燃焼室内に導入される全燃料に対応し
て、起動時においては、補助バーナ燃料12を着火からタ
ービン無負荷近傍まで作動させ、燃焼室内に補助バーナ
火炎101（第４図）を形成させる。そして、無負荷近傍
（ａ点）では予混合バーナの第１段燃料６をステツプ状
に導入し、補助バーナ燃料12を、負荷帯を変化させるこ
となくステツプ状に減少させ、予混合バーナからの可燃
混合気で燃焼室内に予混合火炎102を作る。この場合、
補助バーナ燃料流量は着火から無負荷時まで作動させ、
その後、予混合バーナの火炎102で、タービン負荷25％
まで単独燃焼を行う。頭部予混合室の第２段燃料18の作
動範囲は、タービン負荷25〜100％で全燃料の25〜50％
を導入する。更にタービン負荷25％で頭部予混合室第２
段燃料18への燃料切換時は、予混合バーナの第１段燃料
６を50％から25％までステツプ状に減少すると同時に、
予混合室第２段燃料18をステツプ状に25％供給して燃焼
火炎103を形成する。その後予混合燃焼に用いる第１段
及び第２段燃料をタービン負荷帯に見合つた流量の1/2
に分割して定格時で全燃料の50-50の割合で運転するわ
けである。
方法の一例が示されている。この図は本燃焼器の補助バ
ーナ用燃料12、予混合バーナへの第１段燃料６と頭部予
混合室に導入する第２段燃料18をタービン負荷帯に対応
して示したものである。尚このときの火炎パターン、す
なわち燃料制御によつて燃焼室内に形成される火炎パタ
ーンは第４図に示したようになる。第３図において、燃
焼負荷によつて燃焼室内に導入される全燃料に対応し
て、起動時においては、補助バーナ燃料12を着火からタ
ービン無負荷近傍まで作動させ、燃焼室内に補助バーナ
火炎101（第４図）を形成させる。そして、無負荷近傍
（ａ点）では予混合バーナの第１段燃料６をステツプ状
に導入し、補助バーナ燃料12を、負荷帯を変化させるこ
となくステツプ状に減少させ、予混合バーナからの可燃
混合気で燃焼室内に予混合火炎102を作る。この場合、
補助バーナ燃料流量は着火から無負荷時まで作動させ、
その後、予混合バーナの火炎102で、タービン負荷25％
まで単独燃焼を行う。頭部予混合室の第２段燃料18の作
動範囲は、タービン負荷25〜100％で全燃料の25〜50％
を導入する。更にタービン負荷25％で頭部予混合室第２
段燃料18への燃料切換時は、予混合バーナの第１段燃料
６を50％から25％までステツプ状に減少すると同時に、
予混合室第２段燃料18をステツプ状に25％供給して燃焼
火炎103を形成する。その後予混合燃焼に用いる第１段
及び第２段燃料をタービン負荷帯に見合つた流量の1/2
に分割して定格時で全燃料の50-50の割合で運転するわ
けである。
次に燃料室内の燃焼状況（ガス温度,NOx濃度,CO濃度）
について、第５図，第６図の概念図を用いて説明する。
について、第５図，第６図の概念図を用いて説明する。
第５図は従来方式の拡散−予混合燃焼時の燃焼室上流側
の状態を示すもので、ガス温度は中央部が高温となり、
外周部に低温部が形成される。このため外側を流れる予
混合気は燃焼が良好に行なわれず、CO等の未燃成分の発
生源となる。特に燃焼室壁面には、冷却空気層があるた
めに一度発生した未燃分の除去はかなり困難となる。ま
た、燃焼室中央部の高温領域は、NOxの発生源となるた
め大幅な低NOx化燃焼は達成できない。一方、本発明の
ものでは内外配置で、かつ外側が低負荷時作動する完全
予混合構成となつているため、第６図に示す如くガス温
度の比較的均一化によるNOx,CO抑制を同時に低減するこ
とができる。すなわちこのような構成であると、燃焼室
の上流部外周側は比較的周囲の空気等の流動が少ないた
め、補助バーナの火炎が形成され易いこと、又低負荷時
にも燃焼室の外周側の過冷却が防止され未燃分の発生を
充分防止することができるのである。又負荷に応じて燃
焼拡大を図る場合、周囲の熱源（接触率等）が大きいた
め、下流側での熱拡散移動（火炎伝播及び燃焼性）が速
く、より希薄側の燃焼や燃焼室出口側の未燃分の発生を
抑制することが可能となる利点もある。
の状態を示すもので、ガス温度は中央部が高温となり、
外周部に低温部が形成される。このため外側を流れる予
混合気は燃焼が良好に行なわれず、CO等の未燃成分の発
生源となる。特に燃焼室壁面には、冷却空気層があるた
めに一度発生した未燃分の除去はかなり困難となる。ま
た、燃焼室中央部の高温領域は、NOxの発生源となるた
め大幅な低NOx化燃焼は達成できない。一方、本発明の
ものでは内外配置で、かつ外側が低負荷時作動する完全
予混合構成となつているため、第６図に示す如くガス温
度の比較的均一化によるNOx,CO抑制を同時に低減するこ
とができる。すなわちこのような構成であると、燃焼室
の上流部外周側は比較的周囲の空気等の流動が少ないた
め、補助バーナの火炎が形成され易いこと、又低負荷時
にも燃焼室の外周側の過冷却が防止され未燃分の発生を
充分防止することができるのである。又負荷に応じて燃
焼拡大を図る場合、周囲の熱源（接触率等）が大きいた
め、下流側での熱拡散移動（火炎伝播及び燃焼性）が速
く、より希薄側の燃焼や燃焼室出口側の未燃分の発生を
抑制することが可能となる利点もある。
したがつて、本発明では、タービン無負荷から定格負荷
までNOx,COの抑制をはかることができるため、非常に優
れた燃焼器を得ることができるのである。
までNOx,COの抑制をはかることができるため、非常に優
れた燃焼器を得ることができるのである。
尚以上の説明では補助バーナを形成するにあたり、一つ
の例を示してきたが、その他にも種々の構成が考えられ
よう。
の例を示してきたが、その他にも種々の構成が考えられ
よう。
第７図〜第12図は補助バーナの種々の例を示すものであ
る。
る。
まず第７図は補助燃料12を燃料層40の先端近傍の内側に
複数個の孔又はスリツト41を設け、その下端部に急拡大
部９と環状部10によりリセス部11を形成して補助バーナ
13を構成するようにしたものである。補助バーナ13の着
火時は、予混合バーナ８から空気７に対して補助燃料12
を噴孔41を噴出させ、着火栓で着火して火炎101を形成
させる。この火炎101は空気７の噴流がリセス部11で誘
起する渦流42によつて保持される。
複数個の孔又はスリツト41を設け、その下端部に急拡大
部９と環状部10によりリセス部11を形成して補助バーナ
13を構成するようにしたものである。補助バーナ13の着
火時は、予混合バーナ８から空気７に対して補助燃料12
を噴孔41を噴出させ、着火栓で着火して火炎101を形成
させる。この火炎101は空気７の噴流がリセス部11で誘
起する渦流42によつて保持される。
第８図は単独予混合補助バーナ43を設置した場合で、空
気44と燃焼12を混合してから燃焼室５内に火炎101を形
成する。これら予混合補助バーナに関しての応用例は、
第９図の予混合バーナ内に導入孔45を有するもの、第10
図に示したリセス部11の急拡大部９に噴出孔46を設けた
もの等があろう。
気44と燃焼12を混合してから燃焼室５内に火炎101を形
成する。これら予混合補助バーナに関しての応用例は、
第９図の予混合バーナ内に導入孔45を有するもの、第10
図に示したリセス部11の急拡大部９に噴出孔46を設けた
もの等があろう。
尚この場合、第９図，第10図に示すように燃焼室上流中
央部に設ける予混合室４の出口部に縮少部47,48を設
け、これにより、可燃混合気の流速を大きくして、逆火
防止すると、特に有効である。更に予混合バーナ８の火
炎を効果的に予混合室４の可燃混合気に移行する方法と
しては、第11図及び第12図に示す予混合バーナ８を予混
合室４に対して角度49を設けること、また、予混合室４
に直交50する構造とすることが考えられ、これによつ
て、予混合室４からの可燃混合気を効果的に燃焼するこ
とが可能である。
央部に設ける予混合室４の出口部に縮少部47,48を設
け、これにより、可燃混合気の流速を大きくして、逆火
防止すると、特に有効である。更に予混合バーナ８の火
炎を効果的に予混合室４の可燃混合気に移行する方法と
しては、第11図及び第12図に示す予混合バーナ８を予混
合室４に対して角度49を設けること、また、予混合室４
に直交50する構造とすることが考えられ、これによつ
て、予混合室４からの可燃混合気を効果的に燃焼するこ
とが可能である。
以上補助バーナの種々の例を記したが、この運転方法と
して次のようなことも考えられよう。すなわち予混合燃
焼による大幅な低NOx化を目的として、先ず補助バーナ
の燃料をタービン全負荷帯において導入し、燃焼室外周
側の保炎強化を行い、予混合バーナ及び予混合室からの
可燃混合気をより希薄側燃焼で低NOx化を実現する。又
さらに予混合バーナに燃空比制御機能を導入するように
すれば、前記補助バーナの火炎をベースに、予混合バー
ナと予混合室からの可燃混合気をより希薄側の燃焼条件
に設定することが可能となる。特に予混合バーナを燃空
比制御ができると、補助バーナからの火移りや予混合室
からの可燃混合気の燃焼形態を自在に設定できるので、
安定した予混合燃焼と運転制御が非常に有利となる。
して次のようなことも考えられよう。すなわち予混合燃
焼による大幅な低NOx化を目的として、先ず補助バーナ
の燃料をタービン全負荷帯において導入し、燃焼室外周
側の保炎強化を行い、予混合バーナ及び予混合室からの
可燃混合気をより希薄側燃焼で低NOx化を実現する。又
さらに予混合バーナに燃空比制御機能を導入するように
すれば、前記補助バーナの火炎をベースに、予混合バー
ナと予混合室からの可燃混合気をより希薄側の燃焼条件
に設定することが可能となる。特に予混合バーナを燃空
比制御ができると、補助バーナからの火移りや予混合室
からの可燃混合気の燃焼形態を自在に設定できるので、
安定した予混合燃焼と運転制御が非常に有利となる。
尚以上の説明では補助バーナを用いた場合の例について
述べてきたが（勿論この補助バーナはあつた方が円滑な
始動及び火炎の安定度の点で有利であるが）、必ず必要
なものではなく、たとえば、外周側の予混合バーナに着
火栓を設け、かつこの予混合バーナの燃空比を制御する
ようにして始動から低負荷時までこの予混合バーナを作
動させるようにしても同様な効果が得られるであろう。
述べてきたが（勿論この補助バーナはあつた方が円滑な
始動及び火炎の安定度の点で有利であるが）、必ず必要
なものではなく、たとえば、外周側の予混合バーナに着
火栓を設け、かつこの予混合バーナの燃空比を制御する
ようにして始動から低負荷時までこの予混合バーナを作
動させるようにしても同様な効果が得られるであろう。
第13図には従来のものと本発明のものの燃焼時のNOx特
性比較が示されている。従来のものも拡散燃焼量に対す
る予混合燃焼量の割合によつては、低NOx化領域が存在
する。しかしこの従来のNOx低減値よりも本発明の完全
予混合燃焼では、約1/2以下の低NOx化を図ることができ
る。又更に本発明の燃焼器では、第14図に示すように従
来のものに対して燃空比を希薄側に約30％移行してもCO
等の発生がない安定した燃焼を確立することが可能とな
る。
性比較が示されている。従来のものも拡散燃焼量に対す
る予混合燃焼量の割合によつては、低NOx化領域が存在
する。しかしこの従来のNOx低減値よりも本発明の完全
予混合燃焼では、約1/2以下の低NOx化を図ることができ
る。又更に本発明の燃焼器では、第14図に示すように従
来のものに対して燃空比を希薄側に約30％移行してもCO
等の発生がない安定した燃焼を確立することが可能とな
る。
以上種々述べてきたが、本発明は燃焼筒の一方端（頭部
側）に設けられている予混合バーナを、燃焼筒とほぼ同
心状に配置され、かつ燃焼器の高負荷帯域で作動する第
１の予混合バーナと、この第１の予混合バーナの外周部
に配置され、かつ少なくとも低負荷帯域で作動する第２
の予混合バーナとより形成するようになしたから、燃焼
器の低負荷時であつても、燃焼筒の内壁近傍、すなわち
燃焼室外周部の燃焼ガス温度を高く保つことができ、従
来この燃焼室外周部で生じがちであつた未燃成分、すな
わちCOの発生を充分防止することができる。
側）に設けられている予混合バーナを、燃焼筒とほぼ同
心状に配置され、かつ燃焼器の高負荷帯域で作動する第
１の予混合バーナと、この第１の予混合バーナの外周部
に配置され、かつ少なくとも低負荷帯域で作動する第２
の予混合バーナとより形成するようになしたから、燃焼
器の低負荷時であつても、燃焼筒の内壁近傍、すなわち
燃焼室外周部の燃焼ガス温度を高く保つことができ、従
来この燃焼室外周部で生じがちであつた未燃成分、すな
わちCOの発生を充分防止することができる。
さらに、負荷上昇時は、燃焼室上流中央部から可燃混合
気が供給されるので、可燃混合気が燃焼する過程で周囲
の熱源が大きい結果、下流方向での熱拡散移動が速く、
燃焼室出口での未燃分抑制を効果的に行うことができ
る。
気が供給されるので、可燃混合気が燃焼する過程で周囲
の熱源が大きい結果、下流方向での熱拡散移動が速く、
燃焼室出口での未燃分抑制を効果的に行うことができ
る。
第１図は本発明の燃焼器の一実施例を示す縦断側面図、
第２図はその燃料系と燃焼器の要部を示す縦断側面図、
第３図はタービン負荷に対する燃料流量及び作動バーナ
の関係を示す線図、第４図は各バーナにおける火炎形成
状態を示す線図、第５図は従来の燃焼器のガス温度及び
CO濃度を示す曲線図、第６図は本発明の燃焼器のガス温
度及びCO濃度を示す曲線図、第７図〜第12図は本発明の
補助バーナの変形例を示す縦断側面図、第13図は燃料の
割合とNOx排出濃度との関係を表わす曲線図、第14図は
空燃比に対する安定性を示す曲線図である。 １……外筒、２……内筒（燃焼筒）、３……尾筒、４…
…予混合室、５……燃焼室。
第２図はその燃料系と燃焼器の要部を示す縦断側面図、
第３図はタービン負荷に対する燃料流量及び作動バーナ
の関係を示す線図、第４図は各バーナにおける火炎形成
状態を示す線図、第５図は従来の燃焼器のガス温度及び
CO濃度を示す曲線図、第６図は本発明の燃焼器のガス温
度及びCO濃度を示す曲線図、第７図〜第12図は本発明の
補助バーナの変形例を示す縦断側面図、第13図は燃料の
割合とNOx排出濃度との関係を表わす曲線図、第14図は
空燃比に対する安定性を示す曲線図である。 １……外筒、２……内筒（燃焼筒）、３……尾筒、４…
…予混合室、５……燃焼室。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 文雄 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 橋本 孝 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 黒田 倫夫 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 桐上 清一 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 昭53−123712（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−173633（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−49820（ＪＰ，Ａ)
Claims (10)
- 【請求項１】内部に燃焼室を有する燃焼筒と、 前記燃焼室の一方側に設けられ、該燃焼室へ可燃混合気
を供給する予混合気供給手段とを備え、 前記燃焼室の他方側より燃焼ガスを排出するようになし
た燃焼器において、 前記予混合器気供給手段を、 前記燃焼筒の内壁部近傍部に配置され、かつ燃焼器の低
負荷時に作動する外側予混合気供給手段と、 該予混合気供給手段より燃焼筒の軸心側に配置され、か
つ燃焼器の高負荷時に作動する内側予混合気供給手段
と、 より形成し、かつ 前記外側予混合気供給手段の近傍に、着火栓を有し、か
つ燃焼器の始動時に作動する補助バーナを設けるように
したことを特徴とする燃焼器。 - 【請求項２】内部に燃焼室を有する燃焼筒と、 前記燃焼室の一方側に設けられ、前記燃焼室へ可燃混合
気を供給する予混合気供給手段とを備え、予混合燃焼を
行うようになした燃焼器において、 前記予混合気供給手段を、 燃焼筒とほぼ同心の中心部に配置され、かつ燃焼器の高
負荷時に作動する第１の予混合気供給手段と、 該第１の予混合気供給手段の外周部に配置され、かつ低
負荷時に作動する第２の予混合気供給手段と、 より形成したことを特徴とする燃焼器。 - 【請求項３】内部に燃焼室を有する燃焼筒と、 該燃焼筒の一方側に配置され、前記燃焼室へ可燃混合気
を供給する予混合気供給手段とを備え、予混合燃焼を行
うようになした燃焼器において、 前記予混合気供給手段を、 前記燃焼筒の軸心に配置され、かつ燃焼器の高負荷帯時
に作動する第１の予混合気供給手段と、 該第１の予混合気供給手段の外周部に配置され、かつす
べての負荷帯に作動している第２の予混合気供給手段
と、 より形成したことを特徴とする燃焼器。 - 【請求項４】内部に燃焼室を有する燃焼筒と、 該燃焼筒の一方側に配置され、前記燃焼室へ可燃混合気
を供給する予混合気供給手段と、 を備えた燃焼器において、 前記予混合気供給手段を、 前記燃焼筒の軸心位置に設けられ、かつ燃焼器の高負荷
帯域の部分で作動する第１の予混合気供給手段と、 該第１の予混合気供給手段の外周部に配置され、かつ少
なくとも低負荷帯域で作動する第２の予混合気供給手段
と、 より形成したことを特徴とする燃焼器。 - 【請求項５】内部に燃焼室を有する燃焼筒と、 該燃焼筒の一方側に配置され、かつ前記燃焼室に対面し
ている予混合気供給手段と、 を備えた燃焼器において、 前記予混合気供給手段を、 前記燃焼筒の軸心位置に設けられ、かつ燃焼器の高負荷
帯域で作動する第１の予混合気供給手段と、 該第１の予混合気供給手段の外周部に配置され、かつす
べての負荷帯域で作動する第２の予混合気供給手段と、 より形成するとともに、 前記第２の予混合気供給手段の外周部に、燃焼器の始動
時に着火燃焼する補助バーナを設けたことを特徴とする
燃焼器。 - 【請求項６】内部に燃焼室を有する燃焼筒と、 該燃焼筒の一方側に設けられ、かつ前記燃焼室へ対向配
置されている予混合気供給手段と、 を備えた燃焼器において、 前記予混合気供給手段を、 前記燃焼筒の径方向中央部に配置され、かつ燃焼器の高
負荷帯域で作動する第１の予混合気供給手段と、 該第１の予混合気供給手段の外周部に配置され、かつす
べての負荷帯域で作動する第２の予混合気供給手段と、 該第２の予混合気供給手段の外周部に配置され、かつ燃
焼器の低負荷帯域で作動する第３の予混合気供給手段と
より形成するようにしたことを特徴とする燃焼器。 - 【請求項７】内部に燃焼室を有する燃焼筒と、 該燃焼筒の一方側に設けられ、かつ前記燃焼室に対向配
置されている予混合気供給手段と、 を備えた燃焼器において、 前記予混合気供給手段を、 前記燃焼筒の径方向中央部に配置され、かつ燃焼器の高
負荷帯域で作動する第１の予混合気供給手段と、 該第１の予混合気供給手段の外周部に配置され、かつす
べての負荷帯域で作動する第２の予混合気供給手段と、 より形成するとともに、 前記第２の予混合気供給手段の近傍部に、該第２の予混
合気供給手段の着火を行う補助バーナを設けたことを特
徴とする燃焼器。 - 【請求項８】内部に燃焼室を有する燃焼筒と、該燃焼筒
の一方側に設けられ、前記燃焼室へ可燃混合気を供給す
る予混合気供給手段とを備え、予混合燃焼を行うように
なした燃焼器において、 前記予混合気供給手段を、少なくとも内外２段に形成す
るとともに、燃焼器の低負荷時には外側の予混合気供給
手段を作動させ、所定負荷以上の時には内外両者予混合
気供給手段を作動させるようにしたことを特徴とする燃
焼器。 - 【請求項９】内部に燃焼室を有する燃焼筒と、 該燃焼筒の一方側で、かつ燃焼筒の軸心部に配置された
第１の予混合気供給手段と、 該第１の予混合気供給手段の外周部に配置された第２の
予混合気供給手段と、 該第２の予混合気供給手段の近傍に配置され、該第２の
予混合気供給手段より供給された混合気の着火を行うバ
ーナと、 を備え、 燃焼器の低負荷帯域では、前記第２の予混合気供給手段
のバーナがその帯域の全負荷を負い、 燃焼器の高負荷帯域では、前記第１の予混合供給手段の
バーナと前記第２の予混合気供給手段のバーナとの両者
でその帯域の全負荷を負う ように前記第1,第２の予混合気供給手段の供給量を制御
するようにしたことを特徴とする燃焼器の運転方法。 - 【請求項１０】前記高負荷帯域で第1,第２の予混合バー
ナが負う負荷割合は両者同一であることを特徴とする請
求項８記載の燃焼器の運転方法。
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|---|---|---|---|
| JP1128851A JPH0772616B2 (ja) | 1989-05-24 | 1989-05-24 | 燃焼器及びその運転方法 |
| US07/523,347 US5201181A (en) | 1989-05-24 | 1990-05-14 | Combustor and method of operating same |
| EP90109121A EP0399336B1 (en) | 1989-05-24 | 1990-05-15 | Combustor and method of operating same |
| DE69028348T DE69028348T2 (de) | 1989-05-24 | 1990-05-15 | Brennkammer und ihre Arbeitsweise |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1128851A JPH0772616B2 (ja) | 1989-05-24 | 1989-05-24 | 燃焼器及びその運転方法 |
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|---|---|
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ID=14994948
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1128851A Expired - Fee Related JPH0772616B2 (ja) | 1989-05-24 | 1989-05-24 | 燃焼器及びその運転方法 |
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| EP (1) | EP0399336B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0772616B2 (ja) |
| DE (1) | DE69028348T2 (ja) |
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| US5465570A (en) * | 1993-12-22 | 1995-11-14 | United Technologies Corporation | Fuel control system for a staged combustor |
| JP2950720B2 (ja) * | 1994-02-24 | 1999-09-20 | 株式会社東芝 | ガスタービン燃焼装置およびその燃焼制御方法 |
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-
1990
- 1990-05-14 US US07/523,347 patent/US5201181A/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-05-15 DE DE69028348T patent/DE69028348T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-05-15 EP EP90109121A patent/EP0399336B1/en not_active Expired - Lifetime
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