JPH08226649A - Combustor - Google Patents

Combustor

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JPH08226649A
JPH08226649A JP7331859A JP33185995A JPH08226649A JP H08226649 A JPH08226649 A JP H08226649A JP 7331859 A JP7331859 A JP 7331859A JP 33185995 A JP33185995 A JP 33185995A JP H08226649 A JPH08226649 A JP H08226649A
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JP
Japan
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combustor
stage
passage
vortex generator
fuel
Prior art date
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Pending
Application number
JP7331859A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Arutohausu Rorufu
アルトハウス ロルフ
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ABB Management AG
Original Assignee
ABB Management AG
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Filing date
Publication date
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    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34Feeding into different combustion zones
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23MCASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/07002Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/03341Sequential combustion chambers or burners

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To minimize emission of all polluting substances generated at combustion, regardless of the kinds of fuels used for operating a combustor by improving the combustor or the method of operating the combustor. SOLUTION: A first ocmbustor stage 1 is arranged with at least a burner 100 for forming a high temperature gas 4, a plurality of vortex generator 200 downstream of the burner, and a means for blowing in either or both of gaseous fuel and liquid fuel 9 into the stream of main fluid on the downstream side of a vortex generator. A second combustor stage 2 connected in the direction of the flow has a cross-sectional bursting expansion part showing the cross section of starting point flow, and the burner is operated with a portion of the compressed air 17, while the remaining compressed air 17 is blown in on the downstream side of the burner.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、実質的に第1コン
バスタ段と、流動方向で見て前記第1コンバスタ段に後
置接続された第2コンバスタ段とから成り、前記第1コ
ンバスタ段を流体機械の下流側に配置し、前記第2コン
バスタ段を別の流体機械の上流側に配置した形式のコン
バスタ並びに該コンバスタを運転する方法に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The invention consists essentially of a first combustor stage and a second combustor stage downstream of the first combustor stage when viewed in the flow direction. The present invention relates to a combustor of a type that is arranged on the downstream side of a fluid machine and the second combustor stage is arranged on the upstream side of another fluid machine, and a method of operating the combustor.

【0002】[0002]

【従来の技術】広い負荷範囲を有するコンバスタの場
合、高い燃焼効率にも拘らず有害物質の放出量をどのよ
うにして少なくさせるかという問題が依然として提起さ
れる。その場合大抵はNOx放出の問題が前面に押出さ
れてはいるが、UHC(=不飽和炭化水素)及びCO放
出も近々のうちに極力低減させる必要があることが判っ
た。特に液状及び/又はガス状の燃料を使用する場合
に、或る燃料種、例えばオイル用として、しかも有害物
質放出量、例えばNOx放出量を最小限に抑えることを
志向してコンバスタを設計しても、この設計を別の運転
方式及び別の有害物質放出に関して満足のいくようには
転用できないことが、逸早く判っている。多段式コンバ
スタの場合に第2コンバスタ段を、より稀薄な燃料で運
転しようとする努力が払われている。それにも拘らず、
かかる稀薄化された燃料による運転は、燃料が少量であ
っても第2コンバスタ段において申し分のない完全燃焼
を得るために該第2コンバスタ段の入口で常に定温が維
持される場合にしか可能でなく、つまり第1コンバスタ
段において混合気は充分一定に保たれていなければなら
ない。しかし、これは例えば公知の拡散バーナーでは到
底不可能である。判明している限りでは、これを可能に
するようなコンバスタは従来技術では例挙することがで
きない。
In the case of combustors with a wide load range, the question of how to reduce the emission of harmful substances despite the high combustion efficiency still remains. In that case, although the problem of NOx emission is mostly pushed to the front, it was found that UHC (= unsaturated hydrocarbon) and CO emission should be reduced as soon as possible. Especially when liquid and / or gaseous fuel is used, the combustor is designed for a certain fuel type, for example, oil, and with the aim of minimizing the emission amount of harmful substances, for example NOx emission amount. However, it is empirically known that this design cannot be satisfactorily diverted with regard to different operating modes and different emission of harmful substances. In the case of multi-stage combustors, efforts are being made to operate the second combustor stage with leaner fuel. Nevertheless,
Operation with such a lean fuel is only possible if a constant temperature is always maintained at the inlet of the second combustor stage in order to obtain satisfactory complete combustion in the second combustor stage, even with small amounts of fuel. None, ie the air-fuel mixture must be kept sufficiently constant in the first combustor stage. However, this is not possible with known diffusion burners, for example. To the best of our knowledge, a combustor that makes this possible cannot be exemplified in the prior art.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
で述べた形式のコンバスタ並びに該コンバスタの運転法
を改良して、運転に使用される燃料種には関わり無く、
燃焼時に発生するすべての有害物質放出量を最小限に抑
えることである。
SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to improve the combustor of the type mentioned at the beginning and the operating method of said combustor, irrespective of the fuel species used for its operation.
The goal is to minimize the emission of all harmful substances generated during combustion.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明の構成手段は、第1コンバスタ段が頭部側に、
高熱ガスを形成するために少なくとも1つのバーナーを
有し、該バーナーの下流側に複数の渦発生器が配置さ
れ、該渦発生器の下流側では、主流体の流れ内へガス状
燃料及び液状燃料又はその何れかを噴入する手段が設け
られており、流動方向で接続している第2コンバスタ段
が、該第2コンバスタ段の起点流動横断面を表示する横
断面突発拡張部を有し、かつ前記バーナーが圧縮機空気
の一部分で運転される一方、該圧縮機空気の残余分が前
記バーナーの下流側で噴入される点にある。
According to the constitution means of the present invention for solving the above-mentioned problems, the first combustor stage is on the head side,
It has at least one burner for forming hot gas, a plurality of vortex generators are arranged downstream of the burner, and downstream of the vortex generators gaseous fuel and liquid are introduced into the flow of the main fluid. Means for injecting fuel or either are provided and the second combustor stage connected in the flow direction has a cross-section sudden extension that displays the origin flow cross-section of the second combustor stage. And the burner is operated with a portion of the compressor air, while the balance of the compressor air is injected downstream of the burner.

【0005】[0005]

【作用】本発明によるコンバスタの顕著な点は、ここで
は2つのバーナー特性が1つのコンビネーションにフォ
ーカスされることであり、その究極目的は特に、NOx
放出を零に限りなく近付けようとすることである。予混
合燃焼をベースとする第1コンバスタ段又は第1コンバ
スタ部分は、燃焼空気の一部分を通流させるにすぎず、
かつ後置接続された第2コンバスタ段又は第2コンバス
タ部分に対して高熱ガスを供給する。しかも該第2コン
バスタ段は全質量流によって通流させられる。この目的
は、僅かなvppmを有する可能な限り低い基本NOx
レベルを得るために、第1コンバスタ段を「予混合モー
ド(Premix−Mode)」においてできるだけ低
温で運転することである。この低温運転は、第1コンバ
スタ段の手前において燃焼空気の温度を500〜700
℃の温度オーダーに予熱することによって得られる。前
記燃焼空気は、圧縮機最終温度から所望の温度レベルへ
比較的簡単に昇温され、殊に該燃焼空気を、第1コンバ
スタ段へ導入する直前にコンバスタ自体の冷却空気とし
て使用するか又は組込まれた熱交換器エレメントに沿っ
て導くことによって簡単に昇温させることが可能であ
る。高熱ガスは次いで第1コンバスタ段の下流側で壁冷
却効果によって、かつ又、第1コンバスタ段においては
使用されなかった燃焼空気(圧縮機空気)の残余分を噴
入することによって、第2コンバスタ段において自己着
火するに至る温度に昇温され、しかもこの第2コンバス
タ段には、旋回流を惹起する渦発生器が装備されてい
る。
The advantage of the combustor according to the invention is that here the two burner characteristics are focused on one combination, the ultimate purpose of which is especially NOx.
The goal is to make the emission as close to zero as possible. The first combustor stage or first combustor section based on premixed combustion only allows a portion of the combustion air to flow through,
Further, the hot gas is supplied to the second combustor stage or the second combustor portion connected afterwards. Moreover, the second combustor stage is passed through by the total mass flow. The aim is to have the lowest possible basic NOx with a low vppm
In order to achieve the level, the first combustor stage is operated in the "premix-mode" at the lowest possible temperature. In this low temperature operation, the temperature of the combustion air is 500 to 700 before the first combustor stage.
It is obtained by preheating to the temperature order of ° C. Said combustion air is heated relatively easily from the compressor final temperature to the desired temperature level, in particular it is used or incorporated as cooling air for the combustor itself immediately before it is introduced into the first combustor stage. It is possible to easily raise the temperature by guiding it along the heat exchanger element. The hot gas is then injected downstream of the first combustor stage by the wall cooling effect and also by injecting the remainder of the combustion air (compressor air) not used in the first combustor stage. The stage is heated to a temperature at which it self-ignites, and this second combustor stage is equipped with a vortex generator that induces a swirling flow.

【0006】本発明の別の利点は、アイドリング時コン
バスタとして運転される第1コンバスタ段とは異なっ
て、第2コンバスタ段が一段式の負荷時コンバスタとし
て運転される点にある。第2コンバスタ段は、著しく良
好な混合に基づいて最高約1600℃のガス温度でNO
xをニュートラルにするように作動しかつ極めてフラッ
トに安定した温度/1〜2vppmのNOx特性をもっ
た総NOxポテンシャルを供給する。
Another advantage of the present invention is that the second combustor stage is operated as a single stage load combustor, unlike the first combustor stage which is operated as an idle combustor. The second combustor stage produces NO at gas temperatures up to about 1600 ° C. due to the significantly better mixing.
It operates to make x neutral and provides a very flat total NOx potential with stable NOx characteristics of 1-2 vppm.

【0007】更に本発明の別の利点は、第2コンバスタ
段への入口における温度の適合によって、種々異なった
燃料に対する点火遅延時間を最適に適合させることがで
きる点にある。
Yet another advantage of the present invention is that the adaptation of the temperature at the inlet to the second combustor stage allows the ignition delay times for different fuels to be optimally adapted.

【0008】なお本発明の課題を解決するための有利な
構成手段は、特許請求の範囲の請求項2以降に記載した
通りである。
The advantageous constituent means for solving the problems of the present invention are as described in the second and subsequent claims.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】次に図面に基づいて本発明の実施
例を詳説する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0010】なお図面では、本発明を理解する上で直接
必要としない総ての構成エレメントは省略されている。
幾多の図面において同一の構成エレメントには同一の符
号を付して表示した。また流動媒体の流動方向は矢印で
図示されている。
It should be noted that in the drawings, all component elements not directly necessary for an understanding of the present invention have been omitted.
The same constituent elements are denoted by the same reference numerals in many drawings. The flow direction of the fluid medium is indicated by an arrow.

【0011】図1によればコンバスタ軸線16から判る
ように、リング型コンバスタは実質的に、連繋した環状
又は準環状の円筒体の形状を有している。更に斯かるコ
ンバスタは軸方向、準軸方向又は螺旋状に配置された個
々に完結した所定数の燃焼室から成ることもできる。ま
た、コンバスタは本来1本の管から成ることもできる。
図1に示したリング型コンバスタは、相前後して接続さ
れた第1コンバスタ段1と第2コンバスタ段2とから成
り、しかも第2コンバスタ段2は本来の燃焼ゾーン11
をも包括している。第1コンバスタ段1は流動方向で見
て先ず、周方向に配置された所定数のバーナー100か
ら成り、該バーナーについては追って詳説する。図1に
示したコンバスタの以下の説明は、専ら図示の断面平面
のみに係る。当然のことながらコンバスタの全ての構成
部分は周方向で相当数配置されている。前記バーナー1
00の上流側では圧縮機(図示せず)が作用し、該圧縮
機内で、吸込まれた空気が圧縮される。次いで該圧縮機
から供給される圧縮機空気は10〜40バールの圧力を
有している。圧縮された空気のうちの30〜60%分は
バーナー100内へ流れるが、該バーナーの動作態様に
ついては図2〜5に基づいて詳説する。バーナー100
内への流入に先立って前記比率の空気分115は500
〜700℃の温度に加熱される。この加熱は、それに先
立って該空気分115がコンバスタのための冷却空気と
して直接使用されることによって行なわれる。また熱交
換器(図示せず)を通流させることによっても該空気分
115を予熱することも可能である。該予熱と減少空気
分とによって、第1コンバスタ段においてNOx放出率
は著しく低く、つまり1〜3vppmになる。従って第
1コンバスタ段1の終端部では、充分にNOxのない高
熱ガス4が取出される。第1コンバスタ段1から流出し
た後に前記高熱ガス4は流入ゾーン5内へ流入し、そこ
で約80〜120m/sに加速される。流入ゾーン5は
通路壁6の内壁面にかつ通路壁6の周方向に1列に配列
された渦発生エレメント(以下、渦発生器200と呼
ぶ)を装備しており、該渦発生器については追って詳説
する。高熱ガス4はこの渦発生器領域において壁冷却効
果と残余空気分17の噴入とによって、殊に有利には
「しみ出し冷却」によって800〜1100℃の温度に
され。この場合のしみ出し噴入は前記渦発生器200を
介して行なわれるのが有利である。全空気は次いで、流
入ゾーンに続く予混合ゾーン7においては、前記渦発生
器200の後流内にもはや再循環領域を発生せしめない
ように渦発生器200によって旋回させられる。ベンチ
ュリ通路として構成することのできる前記予混合ゾーン
7の内部には、燃料9と支援空気10との供給を引受け
る複数本の燃料ランス8が配置されている。個々の燃料
ランス8へのこれら媒体の供給は例えばリング導管(図
示せず)を介して行なうことができ、この場合燃料供給
は、渦発生器200内に組込まれた燃料ランス3を介し
て行なうこともできる。渦発生器200によって惹起さ
れた旋回流は、導入された燃料9並びに混合された支援
空気10を大容積に分配して燃料/空気混合気19を形
成するために役立つ。更にまた前記旋回流は、燃焼空気
と燃料とから成る混合気を均質化するためにも役立つ。
燃料ランス8によって高熱ガス4内へ噴入された燃料9
は、該高熱ガス4が燃料に関連した自己着火を開始でき
るような比熱を有している限り、自己着火を惹起する。
リング型コンバスタをガス状燃料で運転する場合には、
自己着火を開始させるために高熱ガス4の温度は、80
0℃よりも高くなければならない。このような燃焼の場
合には、すでに前述した通り、逆火の危険が当然存在し
ている。この問題は、予混合ゾーン7をベンチュリ通路
(詳細には図示せず)として構成する一方、燃料9の噴
入ノズルを予混合ゾーン7の最大狭窄部の領域に配置す
ることによって排除される。予混合ゾーン7内に狭窄部
を設けることによって、乱流は軸方向速度の上昇によっ
て低下され、乱流状の火炎速度の低下によって逆火の危
険も最小限に抑えられる。他面において燃料9の大容積
的な分配が一層保証される。それというのは、渦発生器
200に起因した旋回流の周方向成分が損なわれないか
らである。比較的短くされた予混合ゾーン7の後方には
燃焼ゾーン11が続いている。予混合ゾーン7と燃焼ゾ
ーン11との間の移行部は、半径方向の横断面突発拡径
部12によって形成され、該横断面突発拡径部は先ず燃
焼ゾーン11の通流横断面を表す。横断面突発拡径部1
2の領域において火炎面(着火面)21が生じる。予混
合ゾーン7の内部への火炎の逆火を避けるために、前記
火炎面21は安定的に維持されなければならない。この
目的を達成するために渦発生器200は、予混合ゾーン
7内では未だ再循環が起らないように設計される。横断
面の突発的な拡張の後に始めて旋回流の崩壊が生じる。
該旋回流は、横断面突発拡径部12の後方における流れ
の迅速な再構成を支援するので、燃焼ゾーン11の体積
をできるだけ完全に活用することによって短い構造長で
高い完全燃焼を得ることが可能である。前記の横断面突
発拡径部12の内部で流動縁ゾーンが運転中に形成さ
れ、該流動縁ゾーンにおいて、そこに支配する負圧によ
って剥離渦が発生し、該剥離渦つまり両コーナー渦20
に基づいて次いで前記火炎面21が安定化される。両コ
ーナー渦20は第2コンバスタ段2の内部の点火ゾーン
をも形成する。燃焼ゾーン11内で準備された高熱作動
ガス13は次いで、下流側で作用するタービン14を負
荷する。該タービン14からの排ガスは次いで蒸気循環
回路の運転のために援用され、その場合この循環回路は
1つのコンビプラント(複合設備)である。
According to FIG. 1, as can be seen from the combustor axis 16, the ring-type combustor is substantially in the form of an interconnecting annular or quasi-annular cylinder. Furthermore, such combustors can also consist of a predetermined number of individually completed combustion chambers arranged axially, quasi-axially or in a spiral. Also, the combustor can essentially consist of a single tube.
The ring-type combustor shown in FIG. 1 consists of a first combustor stage 1 and a second combustor stage 2 connected one behind the other, and the second combustor stage 2 is the original combustion zone 11
Is also included. When viewed in the flow direction, the first combustor stage 1 firstly consists of a certain number of burners 100 arranged in the circumferential direction, which burners will be explained in more detail later. The following description of the combustor shown in FIG. 1 relates exclusively to the cross-sectional plane shown. As a matter of course, all the constituent parts of the combustor are arranged in a considerable number in the circumferential direction. Burner 1
A compressor (not shown) operates on the upstream side of 00, and the sucked air is compressed in the compressor. The compressor air supplied from the compressor then has a pressure of 10-40 bar. Although 30 to 60% of the compressed air flows into the burner 100, the operation mode of the burner will be described in detail with reference to FIGS. Burner 100
Prior to the inflow into the inside, the air content 115 of the ratio is 500
Heat to a temperature of ~ 700 ° C. This heating is carried out prior to this by the air content 115 being used directly as cooling air for the combustor. It is also possible to preheat the air portion 115 by passing it through a heat exchanger (not shown). Due to the preheating and the reduced air content, the NOx emission rate in the first combustor stage is remarkably low, that is, 1 to 3 vppm. Therefore, at the terminal end of the first combustor stage 1, the high-heat gas 4 without sufficient NOx is taken out. After flowing out of the first combustor stage 1, the hot gas 4 flows into the inflow zone 5, where it is accelerated to approximately 80 to 120 m / s. The inflow zone 5 is equipped with vortex generating elements (hereinafter referred to as vortex generators 200) arranged on the inner wall surface of the passage wall 6 and in a row in the circumferential direction of the passage wall 6, and the vortex generator is I will explain in detail later. The hot gas 4 is brought to a temperature in the region of 800 to 1100 ° C. in this vortex generator region by the wall cooling effect and the injection of residual air 17, especially by "bleed-through cooling". The exudation injection in this case is advantageously performed via the vortex generator 200. The total air is then swirled by the vortex generator 200 in the premixing zone 7 following the inflow zone so that it no longer creates a recirculation zone in the wake of the vortex generator 200. Inside the premixing zone 7, which can be configured as a venturi passage, there are arranged a plurality of fuel lances 8 which undertake the supply of fuel 9 and supporting air 10. The supply of these media to the individual fuel lances 8 can take place, for example, via ring conduits (not shown), in which case the fuel supply takes place via the fuel lances 3 incorporated in the vortex generator 200. You can also The swirl flow induced by the vortex generator 200 serves to distribute the introduced fuel 9 as well as the mixed supporting air 10 into a large volume to form a fuel / air mixture 19. Furthermore, the swirling flow also serves to homogenize a mixture of combustion air and fuel.
Fuel 9 injected into the hot gas 4 by the fuel lance 8.
Causes autoignition as long as the hot gas 4 has a specific heat capable of initiating fuel-related autoignition.
When operating the ring type combustor with gaseous fuel,
In order to start self-ignition, the temperature of the hot gas 4 is 80
Must be above 0 ° C. In the case of such combustion, as already mentioned above, there is of course the risk of flashback. This problem is eliminated by configuring the premixing zone 7 as a Venturi passage (not shown in detail) while arranging the injection nozzle for the fuel 9 in the region of the maximum constriction of the premixing zone 7. By providing a constriction in the premixing zone 7, turbulence is reduced by increasing axial velocity and the risk of flashback is also minimized by reducing turbulent flame velocity. On the other hand, a large volume distribution of the fuel 9 is further guaranteed. This is because the circumferential component of the swirling flow caused by the vortex generator 200 is not impaired. A combustion zone 11 follows the relatively short premixing zone 7. The transition between the premixing zone 7 and the combustion zone 11 is formed by a radial cross-section radial bulge 12 which first represents the flow cross-section of the combustion zone 11. Expanded diameter section 1
A flame surface (ignition surface) 21 is generated in the area of 2. In order to avoid flame flashback into the interior of the premix zone 7, said flame surface 21 must be maintained stable. To this end, the vortex generator 200 is designed such that no recirculation takes place in the premixing zone 7. Only after a sudden expansion of the cross section does the swirl flow collapse.
The swirl flow assists the rapid reconstruction of the flow behind the sudden cross-section diametrical expansion 12, so that by utilizing the volume of the combustion zone 11 as completely as possible a high complete combustion with a short structural length can be obtained. It is possible. A flow edge zone is formed during operation inside the sudden expanded portion 12 of the cross section, and a separation vortex is generated in the flow edge zone due to the negative pressure prevailing there, and the separation vortex, that is, both corner vortices 20.
Then, the flame surface 21 is stabilized. Both corner vortices 20 also form an ignition zone inside the second combustor stage 2. The hot working gas 13 prepared in the combustion zone 11 then loads the turbine 14 working downstream. The exhaust gas from the turbine 14 is then used for the operation of the steam circulation circuit, which circulation circuit is then a combined plant.

【0012】以上の事項を纏めれば、高い流動速度に基
づいて流動通路内における後燃焼開始は排除されてい
る。オイル燃焼時には、水の添加によって直接的な点火
を阻止することが可能である。すでに述べたように後燃
焼を安定化するために横断面突発拡径部12が役立つ。
混合気の長い滞在に基づいて両方のコーナー渦20内に
おいて混合気の自己着火が生じる。火炎面21は燃焼ゾ
ーン11の中心へ向かって伝播する。両コーナー渦20
における両火炎面部分の合流点の直ぐ下流側においては
COの完全燃焼も終了されている。典型的な燃焼温度は
1300〜1600℃である。高熱ガス内へ燃料を噴入
する操作は、NOxを僅かしか(本発明では1〜2vp
p)発生させないために予め定められている。
In summary of the above matters, the start of after-combustion in the flow passage is excluded on the basis of the high flow velocity. When oil is burned, it is possible to prevent direct ignition by adding water. As already mentioned, the cross-section sudden expansion 12 serves to stabilize the afterburning.
Due to the long stay of the mixture, self-ignition of the mixture occurs in both corner vortices 20. The flame surface 21 propagates toward the center of the combustion zone 11. Both corner vortex 20
The complete combustion of CO has also been completed immediately downstream of the confluence of both flame surface portions in the above. Typical combustion temperatures are 1300 to 1600 ° C. The operation of injecting the fuel into the high-heat gas emits only a small amount of NOx (1-2 vp in the present invention).
p) It is predetermined so as not to generate.

【0013】提案された方法は、広い負荷範囲に関して
極めて良好な挙動を有している。第1コンバスタ段1に
おける混合が常に申し分なく一定に保たれるので、UH
C放出又はCO放出も阻止することが可能である。第2
コンバスタ段2への入口における温度が一定であること
によって、第2コンバスタ段2への燃料量には無関係
に、混合気の確実な自己着火が保証される。更に入口温
度は、燃料量が僅かであっても第2コンバスタ段2にお
いて充分な燃焼を得るほど高い。ガスタービン負荷に関
する出力制御は実質的に第2コンバスタ段2における燃
料量の適合によって行なわれる。
The proposed method has very good behavior over a wide load range. Since the mixing in the first combustor stage 1 is always perfectly constant, UH
It is also possible to block C or CO emissions. Second
The constant temperature at the inlet to the combustor stage 2 ensures a reliable self-ignition of the mixture, irrespective of the fuel quantity to the second combustor stage 2. Furthermore, the inlet temperature is high enough to obtain sufficient combustion in the second combustor stage 2 even with a small amount of fuel. Power control with respect to the gas turbine load is effected substantially by adapting the fuel quantity in the second combustor stage 2.

【0014】第1コンバスタ段1はアイドリング用コン
バスタとして運転され、また第2コンバスタ段2は一段
式の負荷用コンバスタとして稼働される。
The first combustor stage 1 is operated as an idling combustor and the second combustor stage 2 is operated as a one-stage load combustor.

【0015】バーナー100の構成を一層良く理解する
ためには、図2の説明と相俟って同時に、図3乃至図5
に示した個々の断面図を引合いに出しつつ説明するのが
有利である。更に、図2を必要以上に判りにくくしない
ために、図3乃至図5において概略的に図示したガイド
プレート121a,121bは図2ではただ示唆的に図
示されているにすぎない。
In order to better understand the construction of the burner 100, in conjunction with the description of FIG.
It is advantageous to refer to the individual cross-sections shown in FIG. Furthermore, in order not to unnecessarily obscure FIG. 2, the guide plates 121a, 121b schematically illustrated in FIGS. 3 to 5 are only shown in FIG.

【0016】図2に示したバーナー100は、2つの中
空截頭円錐形状の部分円錐体101,102から成り、
両方の部分円錐体は夫々の中心軸線を互いにずらして内
外に絡み合わされている。両部分円錐体101,102
の各中心軸線又は長手方向対称軸線101b,102b
相互のずれによって、鏡面対称式に両側に夫々1つの接
線方向の空気入口スリット119,120が解放され
(図3乃至図5)、該空気入口スリットを介して燃焼空
気115がバーナー100の内部へ、つまり円錐中空室
114内へ流入する。図示の部分円錐体101,102
の截頭円錐形状は流動方向に所定の固定角度を有してい
る。勿論、使用目的に応じて両部分円錐体101,10
2は流動方向に、トランペット状に漸増する円錐傾度又
はチューリップ状に漸減する円錐傾度を有することがで
きる。このトランペット状又はチューリップ状の形状に
ついては、当業者には造作なく追感することができるの
で、特別に図示することはしなかった。両方の部分円錐
体101,102は夫々1つの円筒形始端部分101
a,102aを有し、該円筒形始端部分も、やはり該部
分円錐体101,102に相応して互いにずらされて延
びているので、接線方向の空気入口スリット119,1
20はバーナー100の全長にわたって存在している。
前記円筒形始端部分の領域内にノズル103が設けられ
ており、該ノズルの噴射オリフィス104は、両部分円
錐体101,102によって形成された円錐中空室11
4の最狭横断面とほぼ合致している。該ノズル103の
噴射容量及び該ノズルの形式は各バーナー100の所定
のパラメータを基準として定められる。勿論バーナー1
00は純然たる円錐形に構成されていてもよく、つまり
円筒形始端部分101a,102aを有していなくても
よい。また両部分円錐体101,102は夫々1本の燃
料導管108,109を有し、該燃料導管は、接線方向
の空気入口スリット119,120に沿って配置されて
おりかつ複数の噴入ポート117を有し、該噴入ポート
を介して、殊に有利にはガス状燃料113が、矢印11
6によって略示したように、通流する燃焼空気115内
へ噴入される。前記燃料導管108,109は、空気と
燃料との最適の混合気を得るために、殊に有利には接線
方向流入端部で、円錐中空室114の入口の手前に配置
されている。流入ゾーン5の領域でバーナー100の出
口ポートは前壁110内へ移行し、該前壁内には所定数
の孔110aが設けられている。該孔は、必要に応じて
機能し、かつ希薄化空気又は冷却空気110bを流入ゾ
ーン5の前方部分に供給するようになっている。ノズル
103を通って導かれてくる燃料は、殊に有利には液状
燃料112であり、該液状燃料には、何れにしても、戻
し排ガスが加えられる。この液状燃料112は鋭角を成
して円錐中空室114内へ噴入される。従ってノズル1
03から燃料円錐体105が形成され、該燃料円錐体
は、接線方向に流入して回転する燃焼空気115によっ
て包囲される。軸方向で液状燃料112の濃度は、連続
的に流入燃焼空気115を通って最適の混合気に低減さ
れる。バーナー100をガス状燃料113で運転する場
合には、この運転をノズル103を介して行なうことも
できるが、噴入ポート117を介して行なうのが殊に有
利であり、その場合、この燃料と空気との混合気形成は
空気入口スリット119,120の端部で直接行なわれ
る。ノズル103を介して液状燃料112を噴入する場
合には、バーナー100の端部で、全横断面にわたって
最適の均質な燃料濃度が得られる。燃焼空気115が付
加的に予熱されるか又は戻し排ガスによって濃厚化され
ている場合には、これによって液状燃料112の気化が
持続的に助成される。同等のことは、ガス状燃料の代り
に液状燃料を燃料導管108,109を介して供給する
場合に当て嵌まる。部分円錐体101,102を構成す
る場合、バーナー100の出口で燃焼空気115の所望
の流動フィールドを生ぜしめ得るようにするために、円
錐頂角及び接線方向の空気入口スリット119,120
の幅に関しては、狭い限度範囲が厳守されねばならな
い。臨界旋回数がバーナー100の出口で生じる。すな
わち、そこでは又、火炎安定作用を伴った逆流ゾーン
(渦崩壊ゾーン)が形成される。一般的に言えることで
あるが、接線方向の空気入口スリット119,120の
極小化は、逆流ゾーン106を形成するために予め定め
られている。更にバーナー100の構造は殊に、接線方
向の空気入口スリット119,120の大きさを変化す
るのに適しており、従ってバーナー100の構造長を変
化させずに比較的大きな運転帯域を得ることが可能であ
る。勿論また部分円錐体101,102は別の平面内で
も相互にシフト可能であり、これによって両方の部分円
錐体のオーバーラップを制御することすらも可能であ
る。更にまた逆向きの回動によって両部分円錐体10
1,102を螺旋状に互いに絡み合わせることも可能で
ある。
The burner 100 shown in FIG. 2 comprises two hollow truncated cone-shaped partial cones 101, 102,
Both partial cones are intertwined inward and outward with their central axes offset from each other. Both partial cones 101, 102
Each central axis or longitudinal symmetry axis 101b, 102b
Due to the mutual displacement, tangential air inlet slits 119 and 120 are released on both sides in a mirror-symmetrical manner (FIGS. 3 to 5), and the combustion air 115 is introduced into the burner 100 through the air inlet slits. That is, it flows into the conical hollow chamber 114. Illustrated partial cones 101, 102
The truncated cone shape has a predetermined fixed angle in the flow direction. Of course, depending on the purpose of use, both partial cones 101, 10
2 can have a gradually increasing conical gradient in a trumpet manner or a conical gradient in a tulip manner in the flow direction. This trumpet-like or tulip-like shape is not specifically illustrated because it can be sensed by those skilled in the art without making any effort. Both partial cones 101, 102 each have one cylindrical starting end portion 101.
a, 102a, the cylindrical leading end portions also extending offset from each other corresponding to the partial cones 101, 102, so that the tangential air inlet slits 119, 1
20 is present over the entire length of the burner 100.
A nozzle 103 is provided in the region of the cylindrical starting end portion, the injection orifice 104 of which is a conical hollow chamber 11 formed by both partial cones 101, 102.
It almost agrees with the narrowest cross section of No. 4. The injection capacity of the nozzle 103 and the type of the nozzle are determined with reference to predetermined parameters of each burner 100. Of course burner 1
00 may be constructed in a purely conical shape, that is, it may not have the cylindrical starting end portions 101a, 102a. Each of the partial cones 101, 102 also has a fuel conduit 108, 109 which is arranged along a tangential air inlet slit 119, 120 and which has a plurality of injection ports 117. Through the injection port, particularly preferably gaseous fuel 113,
It is injected into the combusting air 115 flowing therethrough, as schematically indicated by 6. The fuel conduits 108, 109 are arranged before the inlet of the conical hollow chamber 114, particularly preferably at the tangential inlet end, in order to obtain an optimum mixture of air and fuel. In the region of the inflow zone 5, the outlet port of the burner 100 transitions into the front wall 110, which is provided with a certain number of holes 110a. The holes function as required and are adapted to supply the lean or cooling air 110b to the front part of the inflow zone 5. The fuel introduced through the nozzle 103 is particularly preferably a liquid fuel 112, to which the return exhaust gas is added. The liquid fuel 112 is injected into the conical hollow chamber 114 at an acute angle. Therefore nozzle 1
A fuel cone 105 is formed from 03, which is surrounded by combustion air 115 which flows in tangentially and rotates. In the axial direction, the concentration of the liquid fuel 112 is continuously reduced through the incoming combustion air 115 to the optimum mixture. If the burner 100 is operated with gaseous fuel 113, this operation can also be carried out via the nozzle 103, but it is particularly advantageous if it is carried out via the injection port 117, in which case this fuel Formation of the air-fuel mixture takes place directly at the ends of the air inlet slits 119, 120. When injecting the liquid fuel 112 through the nozzle 103, an optimum homogeneous fuel concentration is obtained at the end of the burner 100 over the entire cross section. If the combustion air 115 is additionally preheated or enriched by the return exhaust gas, this continuously supports the vaporization of the liquid fuel 112. The same applies if liquid fuel is supplied via fuel conduits 108, 109 instead of gaseous fuel. When constructing the partial cones 101, 102, the cone apex angle and tangential air inlet slits 119, 120 are provided in order to be able to produce the desired flow field of the combustion air 115 at the outlet of the burner 100.
Narrow limits must be adhered to for the width of the. A critical swirl number occurs at the exit of burner 100. That is, there is also a backflow zone (vortex breakdown zone) with a flame stabilizing effect. Generally speaking, the minimization of the tangential air inlet slits 119, 120 is predetermined to form the backflow zone 106. Furthermore, the structure of the burner 100 is particularly suitable for changing the size of the tangential air inlet slits 119, 120, so that a relatively large operating band can be obtained without changing the structural length of the burner 100. It is possible. Of course, the partial cones 101, 102 can also be shifted relative to one another in another plane, so that it is even possible to control the overlap of both partial cones. Furthermore, by turning in the opposite direction, both partial cones 10
It is also possible to spirally entangle 1 and 102 with each other.

【0017】ところで図3乃至図5に基づいてガイドプ
レート121a,121bの幾何学的な形状は明らかで
ある。該ガイドプレートは流れ導入機能を有し、しかも
その長さに応じて両部分円錐体101,102の各端部
を燃焼空気115に対して流動方向に延長させる。円錐
中空室114内への燃焼空気115の通路誘導は、円錐
中空室114への通路入口域に配置された旋回支点12
3を中心としてガイドプレート121a,121bを開
閉することによって最適化され、これが特に必要になる
のは、接線方向の空気入口スリット119,120の元
のギャップ大きさを前述の動機(モティーブ)に基づい
て変化させねばならない場合である。勿論また前記の動
的な対処手段は、必須のガイドプレートを部分円錐体1
01,102との一体的な固定構成部分として形成する
ことによって、静的に設けられていてもよい。同じくバ
ーナー100はガイドプレートなしに運転されてもよ
く、或いはガイドプレートに代る別の補助手段を設ける
ことも可能である。
By the way, the geometrical shapes of the guide plates 121a and 121b are clear based on FIGS. 3 to 5. The guide plate has a flow introducing function, and further extends the ends of both partial cones 101, 102 in the flow direction with respect to the combustion air 115 depending on the length thereof. The passage of the combustion air 115 into the conical hollow chamber 114 is guided by the swirl fulcrum 12 located in the passage inlet area of the conical hollow chamber 114.
3 is optimized by opening and closing the guide plates 121a and 121b, and this is especially necessary because the original gap size of the air inlet slits 119 and 120 in the tangential direction is based on the above-mentioned motive (motive). This is the case when it has to be changed. Of course, the above-mentioned dynamic coping measures also make the essential guide plate a partial cone 1.
It may be provided statically by forming it as an integral fixed component with 01, 102. Similarly, the burner 100 may be operated without a guide plate, or it is possible to provide another auxiliary means instead of a guide plate.

【0018】図6、図7及び図8では本来の流入ゾーン
5は図示されていない。これに対して太い矢印によって
高熱ガス4が図示されており、これによって流動方向が
規定されている。これらの図面によれば渦発生器20
0,201,202は実質的に、流体の擦過流動自在の
3つの三角形面、つまり1つの屋根面210と2つの側
壁面211及び213とから成っている。長手延在方向
で見て前記の屋根面210及び側壁面211,213は
所定の角度で流動方向に延びている。殊に有利には直角
三角形から成る渦発生器200,201,202の側壁
面は、その長辺側でもって、すでに述べた通路壁6に固
定され、殊に有利には気密に固着されている。両方の側
壁面211と213は高さ辺側において互いに矢尻角α
を成して突合せラインを形成するように方位づけられて
いる。該突合せラインはシャープな接合エッジ216と
して構成されており、かつ各側壁面の密接している通路
壁6に対して垂直に直立している。矢尻角αを形成する
両側壁面211,213は図4では形状、サイズ及び方
位づけの点で対称的であり、かつ対称軸線217の両側
に配置されている。該対称軸線217の方向は通路軸線
方向に等しい。
The original inflow zone 5 is not shown in FIGS. 6, 7 and 8. On the other hand, the high temperature gas 4 is shown by a thick arrow, and the flow direction is defined by this. According to these drawings, the vortex generator 20
Reference numerals 0, 201 and 202 substantially consist of three triangular surfaces through which the fluid can flow freely, that is, one roof surface 210 and two side wall surfaces 211 and 213. The roof surface 210 and the side wall surfaces 211 and 213 extend in the flow direction at a predetermined angle when viewed in the longitudinal extension direction. The side walls of the vortex generators 200, 201, 202, which are particularly preferably right-angled triangles, are fixed on their long sides to the previously mentioned passage wall 6, particularly preferably airtightly. . Both side wall surfaces 211 and 213 are at the side of the height with respect to each other at the arrowhead angle α.
Are oriented to form a butt line. The butt line is constructed as a sharp joining edge 216 and stands perpendicular to the adjacent passage wall 6 of each side wall surface. Both side wall surfaces 211 and 213 forming the arrowhead angle α are symmetrical in shape, size and orientation in FIG. 4 and are arranged on both sides of the axis of symmetry 217. The direction of the symmetry axis 217 is equal to the passage axis direction.

【0019】前記屋根面210は、流体の通流する通路
に対して直角な横方向に延びている極めて肉薄に形成さ
れた横方向エッジ215でもって、両側壁面211,2
13と同じ通路壁6に接している。屋根面210の両長
手方向エッジ212,214は、流動通路の内部へ向か
って張出すように侵入している両側壁面211,213
の長手方向エッジに合致している。屋根面210は通路
壁6に対して仰角θを成して延びている。屋根面210
の両長手方向エッジ212,214は、接合エッジ21
6と相俟って尖端218を形成している。渦発生器20
0,201,202は勿論、適当な形式で通路壁6に固
着された底面を有していてもよい。とは言え、このよう
な底面は、渦発生器の作用態様には如何なる関係もな
い。
The roof surface 210 has both lateral wall surfaces 211 and 211 with a very thin lateral edge 215 extending laterally at a right angle to the passage through which the fluid flows.
It is in contact with the same passage wall 6 as 13. Both longitudinal edges 212 and 214 of the roof surface 210 penetrate both side wall surfaces 211 and 213 so as to project toward the inside of the flow passage.
Coincides with the longitudinal edge of the. The roof surface 210 extends at an elevation angle θ with respect to the passage wall 6. Roof surface 210
Both longitudinal edges 212, 214 of the
6 and 6 together form a tip 218. Vortex generator 20
0, 201, 202 may of course also have a bottom surface which is fixed to the passage wall 6 in a suitable manner. However, such a bottom surface has nothing to do with the working mode of the vortex generator.

【0020】渦発生器200,201,202の作用態
様は次の通りである。すなわち:屋根面210の両長手
方向エッジ212,214を経て流れる際に、図6に略
示したように主流体は1対の逆向きの渦に変換される。
両渦の渦軸線は主流体の軸線内に位置している。旋回数
及び(渦崩壊が所望される限りでは)渦の崩壊点は、仰
角θと矢尻角αとを適当に選択することによって決定さ
れる。前記角度の増加に伴なって渦流の強さ、もしくは
旋回数は増大し、かつ渦崩壊点は渦発生器200,20
1,202自体の作用開始領域内にまで上流側へ向かっ
てシフトされる。適用に応じて前記の仰角θと矢尻角α
とは、設計上の条件並びに混合プロセス自体によって規
定される。この場合なお、図9に基づいて追って詳説す
る通り、渦発生器は長さと高さについても適合されねば
ならない。
The mode of operation of the vortex generators 200, 201, 202 is as follows. That is: As it flows through both longitudinal edges 212, 214 of the roof surface 210, the main fluid is transformed into a pair of opposite vortices, as schematically shown in FIG.
The vortex axes of both vortices are located within the axis of the main fluid. The number of turns and the collapse point of the vortex (as long as vortex breakdown is desired) are determined by appropriate choice of elevation angle θ and arrowhead angle α. As the angle increases, the strength of the vortex flow, or the number of swirl increases, and the vortex breakdown point becomes the vortex generators 200, 20.
1,202 is shifted upstream into the action initiation area of itself. The elevation angle θ and the arrowhead angle α depending on the application
Are defined by design conditions as well as the mixing process itself. In this case, the vortex generator must also be adapted in length and height, as will be explained in more detail below with reference to FIG.

【0021】図6では両方の側壁面211,213の接
合エッジ216は、渦発生器200の下流側エッジを形
成している。従って、流体の通流する通路に対して直角
に延びている屋根面210の横方向エッジ215は、通
路流体の負荷を最初に受けるエッジである。
In FIG. 6, the joining edge 216 of both sidewall surfaces 211, 213 forms the downstream edge of the vortex generator 200. Therefore, the lateral edge 215 of the roof surface 210 that extends at right angles to the passage through which the fluid flows is the edge that initially receives the passage fluid load.

【0022】図7では、図6に示した渦発生器をベース
とした所謂「ハーフ(1/2)形渦発生器」が図示され
ている。ここに図示した渦発生器201では両側壁面の
うちの一方の側壁面211だけが矢尻角を有し、つまり
α/2の矢尻角を有しているにすぎない。他方の側壁面
は方位を流動方向に真直ぐに整合されている。対称形の
渦発生器とは異なり、図面に略示した通り、この場合は
矢尻角α/2を有している方の側にだけ渦が発生される
にすぎない。従って該渦発生器201の下流側には渦中
立ゾーンは存在せず、流体の流れに渦が与えられる。
FIG. 7 shows a so-called "half (1/2) type vortex generator" based on the vortex generator shown in FIG. In the vortex generator 201 shown here, only one side wall surface 211 of both side wall surfaces has an arrowhead angle, that is, an arrowhead angle of α / 2. The other side wall surface is oriented so that the direction is straight to the flow direction. Unlike a symmetrical vortex generator, as schematically shown in the drawings, in this case vortices are generated only on the side having the arrowhead angle α / 2. Therefore, there is no vortex neutral zone on the downstream side of the vortex generator 201, and a vortex is given to the fluid flow.

【0023】図6の実施形態に対して図8が異なってい
る点は、渦発生器202のシャープな接合エッジ216
が、通路流の負荷を先ず最初に受ける部位であることで
ある。従って該渦発生器202は、図6に示した渦発生
器200に対して180°転回されている訳である。図
面から判るように互いに逆向きの両渦流はその旋回方向
を変じている。
FIG. 8 differs from the embodiment of FIG. 6 in that the sharp junction edge 216 of the vortex generator 202 is used.
However, it is the part that first receives the load of the passage flow. Therefore, the vortex generator 202 is rotated by 180 ° with respect to the vortex generator 200 shown in FIG. As can be seen from the drawing, both vortex flows opposite to each other change their swirling directions.

【0024】図9には、通路5内に組込まれた渦発生器
200の原理的な幾何学的形状が図示されている。原則
として接合エッジ216の高さhは、発生渦が渦発生器
200の直ぐ下流側ですでに通路高さH全体を占めるよ
うな大きさに達するように、通路高さH又は、渦発生器
の所属した通路部分の高さに調和されている。これによ
って、流体の負荷を受ける横断面積内に均等な速度分布
が生じる。接合エッジ216の高さhと通路高さHとの
選択すべき比率=h/Hに対して影響を及ぼすことにな
る別の決定的なファクターは、渦発生器に沿って流れる
際に生じる圧力降下である。比率=h/Hが大きくなる
に伴なって圧力損失率も増大するのは明らかである。
FIG. 9 shows the principle geometry of the vortex generator 200 incorporated in the passage 5. In principle, the height h of the joining edge 216 is such that the passage height H or the vortex generator is such that the generated vortex reaches such a size that it already occupies the entire passage height H immediately downstream of the vortex generator 200. It is in harmony with the height of the aisle to which he belongs. This results in an even velocity distribution within the fluid-loaded cross-sectional area. Another decisive factor which will have an effect on the selectable ratio of the height h of the joining edge 216 to the passage height H = h / H is the pressure created when flowing along the vortex generator. It is a descent. It is clear that the pressure loss rate increases as the ratio = h / H increases.

【0025】渦発生器200,201,202は主とし
て、2流体を互いに混合するために使用される。高熱ガ
スとしての主流体4は矢印方向で横方向エッジ215又
は接合エッジ216に衝突する。何れにしても支援空気
成分を加えられた(図1参照)ガス状燃料及び/又は液
状燃料の形の二次流体は、主流体よりも著しく小さな質
量流を有している。図1から特に良く判るように本例で
は該二次流体は渦発生器の下流側で主流体へ導入され
る。
The vortex generators 200, 201, 202 are primarily used to mix the two fluids together. The main fluid 4 as the hot gas impinges on the lateral edge 215 or the joining edge 216 in the direction of the arrow. In any case, the secondary fluid in the form of gaseous fuel and / or liquid fuel, to which the supporting air component has been added (see FIG. 1), has a significantly smaller mass flow than the main fluid. As can be seen particularly well from FIG. 1, in this example the secondary fluid is introduced into the main fluid downstream of the vortex generator.

【0026】図1の図示例では4個の渦発生器200が
通路5の全周にわたって間隔をおいて配分されている。
勿論また、通路壁6に沿って間隙を空けないように複数
の渦発生器を周方向で互いに相接し合うように配列する
ことも可能である。渦発生器の個数及び配列を選択する
場合、究極的には、発生すべき渦が決定的である。
In the illustrated example of FIG. 1, four vortex generators 200 are distributed over the entire circumference of the passage 5 at intervals.
Of course, it is also possible to arrange a plurality of vortex generators so as to be in contact with each other in the circumferential direction so as not to leave a gap along the passage wall 6. When selecting the number and arrangement of vortex generators, the vortices to be generated are ultimately deterministic.

【0027】図10乃至図16では、高熱ガス4内へ燃
料を導入するための可能態様が図示されている。これら
の実施態様は、多種多様な方式で互いに、かつ例えば図
1から判るように中央の燃料噴入部と組合せることがで
きる。
10 to 16 there are illustrated possible modes for introducing fuel into the hot gas 4. These embodiments can be combined with each other in a wide variety of ways and with a central fuel injector, for example as can be seen in FIG.

【0028】図10では燃料は、渦発生器の下流側に配
設されている複数の通路壁孔220を介して噴入される
だけでなく、付加的な複数の壁孔221を介しても噴入
される。該付加的な壁孔221は側壁面211,213
の直ぐ傍でしかも該側壁面の長手延在方向で、渦発生器
の配置された同一の通路壁内に穿孔されている。壁孔2
21を通しての燃料導入は発生渦に付加的な運動量を与
え、これによって渦発生器の耐用寿命は更に延命され
る。
In FIG. 10, the fuel is injected not only through a plurality of passage wall holes 220 arranged downstream of the vortex generator, but also through a plurality of additional wall holes 221. It is injected. The additional wall hole 221 has side wall surfaces 211 and 213.
Is drilled in the same passage wall in which the vortex generator is arranged, in the vicinity of and in the direction of longitudinal extension of the side wall surface. Wall hole 2
The introduction of fuel through 21 imparts additional momentum to the vortex generator, which further extends the useful life of the vortex generator.

【0029】図11及び図12では燃料は1条のスリッ
ト222又は複数の壁孔223を介して噴入され、その
場合、両噴入手段すなわちスリット222及び壁孔22
3は、流体の通流する通路に対して直角な横方向に延び
る屋根面210の横方向エッジ215の直ぐ前でかつ該
横方向エッジの延在方向で、渦発生器の配置されている
同一の通路壁6内に配置されている。壁孔223又はス
リット222の幾何学的形状は、燃料を主流体4の流れ
内へ所定の噴射角度で噴入させ、かつ直ぐ後方に配置さ
れた渦発生器に沿って防護膜として流動して該渦発生器
を高熱の主流体4に対して遮蔽するように選ばれてい
る。
In FIGS. 11 and 12, fuel is injected through one slit 222 or a plurality of wall holes 223, in which case both injection means, namely the slit 222 and the wall hole 22.
3 is the same as the arrangement of the vortex generator immediately before the lateral edge 215 of the roof surface 210 extending in the lateral direction perpendicular to the passage through which the fluid flows and in the extending direction of the lateral edge. Is disposed inside the passage wall 6. The geometry of the wall holes 223 or the slits 222 allows the fuel to be injected into the flow of the main fluid 4 at a predetermined injection angle and to flow as a protective film along the vortex generator located immediately behind. It is chosen to shield the vortex generator from the hot main fluid 4.

【0030】以下に説明する実施態様では二次流体は先
ず、図示を省いたガイド手段を介して通路壁6を通って
渦発生器の中空内室へ導入される。これによって、それ
以外の対策手段を講じることなしに渦発生器の内部冷却
の可能性が得られる。
In the embodiment described below, the secondary fluid is first introduced into the hollow interior of the vortex generator through the passage wall 6 via guide means not shown. This gives the possibility of internal cooling of the vortex generator without any further measures.

【0031】図13では、主流体4の通流する通路に対
して直角な横方向に延びる横方向エッジ215の直ぐ後
方でかつ該横方向エッジに沿って屋根面210内に穿孔
された複数の壁孔224を介して燃料は主流体内へ噴入
される。ここでは渦発生器の冷却作用は内部よりも外部
で多く行なわれる。噴出する二次流体は、屋根面210
に沿って流れる際に、該屋根面を高熱の主流体4に対し
て遮蔽する防護膜層を形成する。
In FIG. 13, a plurality of holes perforated in the roof surface 210 immediately behind and along a lateral edge 215 extending transversely at right angles to the passage through which the main fluid 4 flows. Fuel is injected into the main fluid through the wall holes 224. Here, the cooling action of the vortex generator takes place more on the outside than on the inside. The secondary fluid ejected is the roof surface 210.
A protective film layer is formed which shields the roof surface against the main fluid 4 of high heat when flowing along.

【0032】図14では燃料は、対称軸線217に沿っ
て屋根面210の領域内で階段状に配列された複数の壁
孔225を介して噴入される。この変化態様を用いれ
ば、燃料が先ず渦の外周域で導入されるので、通路壁6
は高熱の主流体4に対して特に良好に防護される。
In FIG. 14, fuel is injected through a plurality of wall holes 225 arranged stepwise in the area of the roof surface 210 along the axis of symmetry 217. If this variation is used, the fuel is first introduced in the outer peripheral region of the vortex, so that the passage wall 6
Is protected particularly well against the hot main fluid 4.

【0033】図15では燃料は、屋根面210の両方の
長手方向エッジ212,214内に位置している複数の
壁孔226を介して主流体4内へ噴入される。この解決
手段は渦発生器の良好な冷却を保証する。それというの
は燃料が極限的なエッジで噴出するので、従って渦発生
器の全内壁面を完全にすすぐことになるからである。二
次流体はこの場合、発生する渦内へ直接送り込まれるの
で、これによって規定の流動条件が生じる。
In FIG. 15, fuel is injected into the main fluid 4 through a plurality of wall holes 226 located in both longitudinal edges 212, 214 of the roof surface 210. This solution ensures good cooling of the vortex generator. This is because the fuel gushes at the extreme edges and therefore completely rinses the entire inner wall surface of the vortex generator. In this case, the secondary fluid is fed directly into the vortex that is generated, which gives rise to defined flow conditions.

【0034】図16では、両方の側壁面211及び21
3において一方では両長手方向エッジ212及び214
の領域内に、また他方では接合エッジ216の領域内に
穿孔された複数の壁孔227を介して燃料噴入が行なわ
れる。この変化態様は、図10の壁孔221の場合及び
図15の壁孔226の場合に類似した作用効果を奏す
る。
In FIG. 16, both sidewall surfaces 211 and 21 are shown.
3 on the one hand both longitudinal edges 212 and 214
Fuel injection is carried out through a plurality of wall holes 227 which are drilled in the region of the, and on the other hand, in the region of the joining edge 216. This variation has the same effect as the case of the wall hole 221 of FIG. 10 and the case of the wall hole 226 of FIG.

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

【図1】第1コンバスタ段と第2コンバスタ段とを有す
るリング型に構成されたコンバスタの概略的な構成図で
ある。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a ring-type combustor having a first combustor stage and a second combustor stage.

【図2】一部破断して示したリング型コンバスタの第1
コンバスタ段の斜視図である。
FIG. 2 is a first partially cutaway ring-type combustor.
It is a perspective view of a combustor step.

【図3】図2のIII−III断面線に沿った第1コン
バスタ段の断面図である。
3 is a cross-sectional view of the first combustor stage taken along the line III-III of FIG.

【図4】図2のIV−IV断面線に沿った第1コンバス
タ段の断面図である。
4 is a cross-sectional view of the first combustor stage taken along the line IV-IV in FIG.

【図5】図2のV−V断面線に沿った第1コンバスタ段
の断面図である。
5 is a cross-sectional view of the first combustor stage taken along section line VV of FIG.

【図6】渦発生器の斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of a vortex generator.

【図7】渦発生器の実施形態の変化態様の斜視図であ
る。
FIG. 7 is a perspective view of a variation of an embodiment of the vortex generator.

【図8】図6に示した渦発生器の配置形態の変化態様の
斜視図である。
8 is a perspective view of a variation of the arrangement of the vortex generator shown in FIG.

【図9】予混合通路内に配置された渦発生器の概略構成
図である。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a vortex generator arranged in a premix passage.

【図10】渦発生器に関連した燃料供給方式の第1実施
態様である。
FIG. 10 is a first embodiment of a fuel supply system associated with a vortex generator.

【図11】渦発生器に関連した燃料供給方式の第2実施
態様である。
FIG. 11 is a second embodiment of the fuel supply system associated with the vortex generator.

【図12】渦発生器に関連した燃料供給方式の第3実施
態様である。
FIG. 12 is a third embodiment of the fuel supply system associated with the vortex generator.

【図13】渦発生器に関連した燃料供給方式の第4実施
態様である。
FIG. 13 is a fourth embodiment of the fuel supply system associated with the vortex generator.

【図14】渦発生器に関連した燃料供給方式の第5実施
態様である。
FIG. 14 is a fifth embodiment of the fuel supply system associated with the vortex generator.

【図15】渦発生器に関連した燃料供給方式の第6実施
態様である。
FIG. 15 is a sixth embodiment of the fuel supply system associated with the vortex generator.

【図16】渦発生器に関連した燃料供給方式の第7実施
態様である。
FIG. 16 is a seventh embodiment of the fuel supply system associated with the vortex generator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1コンバスタ段、 2 第2コンバスタ段、
3 燃料ランス、4 高熱ガス、 5 流入ゾ
ーン、 6 通路壁、 7 予混合ゾーン、 8
燃料ランス、 9 燃料、 10 支援空気、
11 本来の燃焼ゾーン、 12 横断面突発拡張
部、 13 高熱作動ガス、 14タービン、 16
コンバスタ軸線、 17 残余空気分、 18圧
縮機、 19 燃料−空気混合気、 20 コーナ
ー渦、 21 火炎面、 100 バーナー、 1
01,102 部分円錐体、 101a,102a
円筒形始端部分、 101b,102b 長手方向
対称軸線、 103 ノズル、 104 噴射オリ
フィス、 106 逆流ゾーン、 108,109
燃料導管、 110 前壁、 110a 孔、
110b希薄化空気又は冷却空気、 112 液状燃
料、 113 ガス状燃料、 114 円錐中空
室、 115 空気分又は燃焼空気、 116 流
入方向を示す矢印、 117 噴入ポート、 11
9,120 空気入口スリット、 121a,121
b ガイドプレート、 123 旋回支点、20
0,201,202 渦発生器、 210 屋根
面、 211 側壁面、 212 長手方向エッ
ジ、 213 側壁面、 214 長手方向エッ
ジ、 215 横方向エッジ、 216 接合エッ
ジ、 217 対称軸線、 218 尖端、 22
0 通路壁孔、 221 壁孔、 222 スリ
ット、 223,224,225,226,227
壁孔、 α矢尻角、 L 渦発生器の長さ、 H
通路高さ、 h 接合エッジの高さ、 θ 仰角
1 first combustor stage, 2 second combustor stage,
3 fuel lance, 4 high-temperature gas, 5 inflow zone, 6 passage wall, 7 premixing zone, 8
Fuel lance, 9 fuel, 10 support air,
11 Original combustion zone, 12 Cross section sudden expansion part, 13 High heat working gas, 14 Turbine, 16
Combustor axis, 17 residual air, 18 compressor, 19 fuel-air mixture, 20 corner vortex, 21 flame front, 100 burner, 1
01, 102 partial cones, 101a, 102a
Cylindrical starting portion, 101b, 102b longitudinal symmetry axis, 103 nozzle, 104 injection orifice, 106 backflow zone, 108, 109
Fuel conduit, 110 front wall, 110a hole,
110b diluted air or cooling air, 112 liquid fuel, 113 gaseous fuel, 114 conical hollow chamber, 115 air content or combustion air, 116 arrow showing inflow direction, 117 injection port, 11
9,120 Air inlet slit, 121a, 121
b guide plate, 123 turning fulcrum, 20
0,201,202 Vortex generator, 210 Roof surface, 211 Side wall surface, 212 Longitudinal edge, 213 Side wall surface, 214 Longitudinal edge, 215 Transverse edge, 216 Junction edge, 217 Symmetric axis, 218 Tip, 22
0 passage wall hole, 221 wall hole, 222 slit, 223, 224, 225, 226, 227
Wall hole, α arrowhead angle, L Vortex generator length, H
Passage height, h Junction edge height, θ elevation angle

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 実質的に第1コンバスタ段(1)と、流
動方向で見て前記第1コンバスタ段(1)に後置接続さ
れた第2コンバスタ段(2)とから成り、前記第1コン
バスタ段(1)を流体機械(18)の下流側に配置し、
前記第2コンバスタ段(2)を別の流体機械(14)の
上流側に配置した形式のコンバスタにおいて、第1コン
バスタ段(1)が頭部側に、高熱ガス(4)を形成する
ために少なくとも1つのバーナー(100)を有し、該
バーナー(100)の下流側に複数の渦発生器(20
0,201,202)が配置され、該渦発生器(20
0,201,202)の下流側では、主流体の流れ内へ
ガス状燃料及び液状燃料又はその何れか(9)を噴入す
る手段が設けられており、流動方向で接続している第2
コンバスタ段(2)が、該第2コンバスタ段の起点流動
横断面を表示する横断面突発拡張部(12)を有し、か
つ前記バーナー(100)が圧縮機空気(17)の一部
分で運転される一方、該圧縮空気(17)の残余分が前
記バーナー(100)の下流側で噴入されることを特徴
とする、コンバスタ。
1. A first combustor stage (1), and a second combustor stage (2) downstream of the first combustor stage (1) when viewed in the flow direction. Arranging the combustor stage (1) downstream of the fluid machine (18),
In a combustor of the type in which the second combustor stage (2) is arranged upstream of another fluid machine (14), the first combustor stage (1) forms a hot gas (4) on the head side. It has at least one burner (100) and a plurality of vortex generators (20) downstream of the burner (100).
0, 201, 202) and the vortex generator (20
(0, 201, 202), a means for injecting a gaseous fuel and / or a liquid fuel (9) into the flow of the main fluid is provided on the downstream side, and is connected in the flow direction.
The combustor stage (2) has a cross-section sudden extension (12) displaying the origin flow cross-section of the second combustor stage, and the burner (100) is operated on a portion of the compressor air (17). On the other hand, the combustor, wherein the remainder of the compressed air (17) is injected downstream of the burner (100).
【請求項2】 1つの渦発生器(200)が、流動方向
に延びていて流体の擦過流動自在な3つの面を有し、そ
の内の1つの面が屋根面(210)を、また他の2つの
面が側壁面(211,213)を形成し、該両側壁面
(211,213)が共に、流体の通流する通路(5)
の同一通路壁セグメントに密接して互いに矢尻角(α)
を形成しており、前記屋根面(210)が、流体の通流
する通路(5)に対して直角な横方向にに延びる横方向
エッジ(215)でもって、前記の両側壁面(211,
213)の場合と同一の通路壁セグメントに接してお
り、前記屋根面(210)の両長手方向エッジ(21
2,214)が、前記通路(5)内へ張出すように侵入
して延びる両側壁面(211,213)の長手方向エッ
ジと合致しかつ前記通路(5)の前記通路壁セグメント
に対して仰角(θ)をとって延びている、請求項1記載
のコンバスタ。
2. One vortex generator (200) has three surfaces extending in the flow direction and through which fluid can flow through, one of which serves as a roof surface (210) and the other. Of the two surfaces form side wall surfaces (211 and 213), and both side wall surfaces (211 and 213) together form a passage (5) through which a fluid flows.
Closer to the same passage wall segment of each other, the arrowhead angle (α)
And said roof surface (210) forms a lateral edge (215) extending laterally at right angles to the passage (5) through which the fluid flows, said side wall surfaces (211;
213) contacting the same passage wall segment and both longitudinal edges (21) of said roof surface (210).
2, 214) coincide with the longitudinal edges of the side wall surfaces (211, 213) extending into and penetrating into the passage (5) and an elevation angle with respect to the passage wall segment of the passage (5). The combustor according to claim 1, wherein the combustor extends along (θ).
【請求項3】 渦発生器(200)の、矢尻角(α)を
形成する両側壁面(211,213)が渦発生器(20
0)の対称軸線(217)に対して対称的に配置されて
いる、請求項2記載のコンバスタ。
3. The vortex generator (200) is provided on both side wall surfaces (211, 213) forming an arrowhead angle (α).
3. The combustor according to claim 2, which is arranged symmetrically with respect to the axis of symmetry (217) of (0).
【請求項4】 矢尻角(α,α/2)を形成する両側壁
面(211,213)が、互いに突合わさる接合エッジ
(216)を有し、該接合エッジが、屋根面(210)
の長手方向エッジ(212,214)と相俟って1つの
尖端(218)を形成しており、かつ前記接合エッジ
(216)が円形の通路(5)の半径線内に位置してい
る、請求項2記載のコンバスタ。
4. Both side wall surfaces (211, 213) forming an arrowhead angle (α, α / 2) have joint edges (216) abutting each other, and the joint edges are roof surfaces (210).
Forming a point (218) in combination with the longitudinal edges (212, 214) of said, and said joining edge (216) being located within the radius of the circular passageway (5), The combustor according to claim 2.
【請求項5】 接合エッジ(216)及び屋根面(21
0)の両長手方向エッジ(22,214)又はその何れ
かが少なくともシャープなエッジとして構成されてい
る、請求項4記載のコンバスタ。
5. Joining edge (216) and roof surface (21)
5. The combustor according to claim 4, wherein both longitudinal edges (22, 214) of (0) are configured as at least sharp edges.
【請求項6】 渦発生器(200)の対称軸線(21
7)が通路軸線に対して平行に延在し、両側壁面(21
1,213)の接合エッジ(216)が、前記渦発生器
(200)の下流側エッジを形成し、かつ、流体の通流
する通路(5)に対して直角な横方向に延びる屋根面
(210)の横方向エッジ(215)が、主流体(4)
の負荷を最初に受けるエッジである、請求項1から4ま
でのいずれか1項記載のコンバスタ。
6. The axis of symmetry (21) of the vortex generator (200).
7) extends parallel to the passage axis, and both side wall surfaces (21
1, 213) join edges (216) form a downstream edge of the vortex generator (200) and extend laterally at right angles to the passage (5) through which the fluid flows (5). 210) lateral edge (215) is the main fluid (4)
The combustor according to any one of claims 1 to 4, wherein the combustor is an edge that first receives the load.
【請求項7】 通路(5)の高さ(H)に対する渦発生
器の高さ(h)の比が、発生渦を渦発生器(200)の
直ぐ下流側で前記通路(5)の高さ(H)全体及び、前
記渦発生器(200)の配設された通路部分の高さ
(h)全体を占めさせるように選定されている、請求項
1記載のコンバスタ。
7. The ratio of the height (h) of the vortex generator to the height (H) of the passage (5) is such that the height of the passage (5) is directly downstream of the vortex generator (200). 2. The combustor according to claim 1, which is selected to occupy the entire height (H) and the entire height (h) of the passage portion in which the vortex generator (200) is arranged.
【請求項8】 バーナー(100)が、流動方向で互い
に内外で絡み合うように組合された2つの中空の部分円
錐体(101,102)から成り、各部分円錐体の長手
方向対称軸線(101b,102b)が互いにずらされ
て延在しており、前記両方の部分円錐体(101,10
2)の隣接し合った壁が、その長手延在方向で燃焼空気
流(115)用の接線方向通路(119,120)を形
成しており、かつ、両部分円錐体(101,102)に
よって形成された円錐中空室(114)内には少なくと
も1本の燃料ノズル(103)が配置されている、請求
項1記載のコンバスタ。
8. A burner (100) consists of two hollow partial cones (101, 102) which are interlocked inwardly and outwardly with each other in the direction of flow, the longitudinal symmetry axis (101b, 101b, 101b) of each partial cone. 102b) extend offset from one another and both partial cones (101, 10)
2) the adjoining walls form in their longitudinal direction tangential passages (119, 120) for the combustion air flow (115) and by means of both partial cones (101, 102) 2. The combustor according to claim 1, wherein at least one fuel nozzle (103) is arranged in the conical hollow chamber (114) formed.
【請求項9】 接線方向通路(119,120)の領域
で、その長手延在方向に別の複数の燃料ノズル(11
7)が配置されている、請求項8記載のコンバスタ。
9. A plurality of further fuel nozzles (11) in the direction of their longitudinal extension in the area of the tangential passages (119, 120).
9. The combustor according to claim 8, wherein 7) is arranged.
【請求項10】 両部分円錐体(101,102)が流
動方向に固定角度で拡張しているか、或いは漸増又は漸
減する円錐傾度を有している、請求項8記載のコンバス
タ。
10. The combustor according to claim 8, wherein both partial cones (101, 102) expand at a fixed angle in the flow direction or have a conical gradient that increases or decreases.
【請求項11】 両部分円錐体(101,102)がス
パイラル状に互いに組合されている、請求項8記載のコ
ンバスタ。
11. The combustor according to claim 8, wherein both partial cones (101, 102) are spirally connected to each other.
【請求項12】 コンバスタがリング型コンバスタであ
る、請求項1記載のコンバスタ。
12. The combustor according to claim 1, wherein the combustor is a ring combustor.
【請求項13】 渦発生器(200,201,202)
の下流側区間がベンチュリ通路状に構成されており、か
つ該ベンチュリ通路状区間の最大狭窄部の領域で燃料
(9)が噴入される、請求項1記載のコンバスタ。
13. Vortex generator (200, 201, 202)
2. The combustor according to claim 1, wherein a downstream section of the venturi is formed in a Venturi passage shape, and the fuel (9) is injected in the region of the maximum constriction of the Venturi passage section.
【請求項14】 実質的に第1コンバスタ段と、流動方
向で見て前記第1コンバスタ段に後置接続された第2コ
ンバスタ段とから成り、前記第1コンバスタ段を流体機
械の下流側で稼働させ、前記第2コンバスタ段を別の流
体機械の上流側で稼働させる、請求項1記載のコンバス
タを運転する方法において、予熱部を予め通過させられ
た圧縮機空気(115)の一部分を第1コンバスタ段
(1)内へ流入させ、前記圧縮機空気の残余分(17)
を第1コンバスタ段(1)の下流側で、しかも燃料
(9)の噴入部の上流側で装入することを特徴とする、
コンバスタ運転法。
14. A substantially first combustor stage and a second combustor stage downstream of the first combustor stage when viewed in the flow direction, the first combustor stage being located downstream of the fluid machine. The method of operating a combustor according to claim 1, wherein the second combustor stage is operated and the second combustor stage is operated upstream of another fluid machine. One combustor stage (1) is caused to flow into the combustor stage (1) and the remainder of the compressor air (17)
Is charged on the downstream side of the first combustor stage (1) and on the upstream side of the injection portion of the fuel (9).
Combustor driving method.
【請求項15】 30〜60%の圧縮機空気分(11
5)を、予め500〜700℃に予熱した上で第1コン
バスタ段(1)内へ装入し、圧縮機空気残余分(17)
との混合によって燃焼温度800〜1050℃の空気混
合気を調製する、請求項14記載のコンバスタ運転法。
15. Compressor air content of 30-60% (11
5) is preheated to 500 to 700 ° C. in advance and then charged into the first combustor stage (1) to leave a compressor air residue (17).
The method of operating a combustor according to claim 14, wherein an air-fuel mixture having a combustion temperature of 800 to 1050 ° C is prepared by mixing with.
JP7331859A 1994-12-24 1995-12-20 Combustor Pending JPH08226649A (en)

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