JPH09303777A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

ガスタービン燃焼器

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JPH09303777A
JPH09303777A JP8117550A JP11755096A JPH09303777A JP H09303777 A JPH09303777 A JP H09303777A JP 8117550 A JP8117550 A JP 8117550A JP 11755096 A JP11755096 A JP 11755096A JP H09303777 A JPH09303777 A JP H09303777A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼ガス中に放出する冷却空気量を減少させ
て燃焼ガス温度上昇に伴うＮＯｘ発生を抑制し、かつ、
冷却系統設備や冷却媒体補助供給機等を必要としないガ
スタービン燃焼器を提供する。 【解決手段】 ガスタービン燃焼器の壁面１は、内部に
隔壁で区画された多数の流路を有する二重壁構造として
あり、上記流路と導通する冷却空気の入口孔２と、出口
孔３を設けてある。また、燃焼器の壁面１に任意の間隔
をもって、他の冷却媒体を供給及び回収する２つのヘッ
ダ８，９を設け、この両ヘッダ８，９内にあって、流路
と導通する他の冷却媒体入口孔４、出口孔５を設けてあ
る。前記冷却空気用流路と、他の冷却媒体用流路とを異
にする構成としてある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、タービン燃焼器に
関し、特に熱効率向上を目的にタービン入口温度を高く
し、また、低ＮＯｘ化のために燃焼器冷却空気を低減す
るように構成したガスタービン燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３〜図６に従来のガスタービン燃焼器
における燃焼器壁面の冷却技術を示す。図３，図４は圧
縮機により加圧された加圧空気の一部を用いて燃焼器壁
面を冷却する技術であり、図５，図６は冷却媒体として
蒸気などの第三の流体を用いて冷却する技術である。図
３，図５は、それぞれの冷却系統を示す図で、図４，図
６はそれぞれの燃焼器壁面の冷却構造図である。
【０００３】まず、冷却媒体として空気を用いた冷却技
術について、その一例を図３と図４により説明する。図
３において、圧縮機１０により加圧された加圧空気１１
は燃焼器１２へ導かれ、ここで燃料と共に燃焼し、燃焼
ガス１６となってタービン１３に送られ、タービン１３
を駆動する。
【０００４】ここで高温に曝される燃焼器１２の壁面を
冷却する手段として、加圧空気１１の一部を冷却空気６
として燃焼器１２に導入して冷却している。図４に燃焼
器１２の壁面冷却構造を示す。燃焼器壁面１は二重構造
となっており、その隙間には隔壁で区画された多数の流
路が設けられている。
【０００５】いま、燃焼器壁面１の外面に設けた多数の
冷却空気入口孔２ａから導入された冷却空気６は、隔壁
で区画された流路を通って、衝突噴流冷却、対流冷却に
よって燃焼器壁面１を冷却した後、冷却空気出口孔３ａ
から燃焼ガス１６中に放出される際、燃焼器壁面１の燃
焼ガス側をフィルム冷却する。
【０００６】次に、蒸気などの第三の冷却媒体を用いた
冷却技術について図５と図６により説明する。ガスター
ビンにおいては、近年、熱効率改善のため、空気に代え
て、冷却効果の高い蒸気を用いて、衝突噴流冷却、対流
冷却によって燃焼器壁面を冷却し、その冷却媒体を燃焼
ガス中に放出、あるいは全量回収する方法がとられてい
る。
【０００７】図５は第三の冷却媒体として蒸気を用いた
場合の一例を示す冷却系統図である。図５において、１
５は冷却媒体供給機で、ガスタービンの動力あるいは廃
熱を利用して冷却媒体７を供給するもので、ガスタービ
ン起動時には冷却媒体を供給することができないため、
冷却媒体供給機１５の供給条件が整うまで、冷却媒体補
助供給機１７によって冷却媒体７を供給する。
【０００８】その後、冷却媒体供給機１５の供給条件が
整った段階で冷却媒体切換器１８によって冷却媒体供給
機１５に切換え、冷却媒体７の供給を継続する。図６は
燃焼器壁面冷却構造の一例である。ここでは冷却媒体
（蒸気）を全量回収する例を示している。
【０００９】冷却媒体供給機１５または冷却媒体補助供
給機１７から供給された冷却媒体７は、その内部に冷却
媒体用流路を持つ、二重構造となった燃焼器壁面１の一
方の外表面に設けられた冷却媒体供給ヘッダ８から導入
される。
【００１０】冷却媒体７は、冷却媒体供給ヘッダ８の内
部にあって燃焼器壁面１に設けられ、二重壁の隙間の冷
却媒体流路と導通する冷却媒体入口孔４から流入して、
燃焼器壁面１を衝突噴流冷却、対流冷却によって冷却し
た後、燃焼器壁面１の他方の外表面に設けられた冷却媒
体出口孔５から、冷却媒体回収ヘッダ９を介して回収さ
れるものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従来の冷却方式のうち
圧縮機によって加圧された空気を冷却に用いる場合、所
定のタービン入口温度にするには、図７に示すように燃
焼器を冷却した後、冷却空気を燃焼ガス中に放出するた
め燃焼ガス温度が低下する分、燃焼ガス温度を前以って
高くすることが必要である。燃焼ガス温度の上昇はＮＯ
ｘ発生を指数関数的に上昇させるため、低ＮＯｘ化の一
つの障害となっている。
【００１２】蒸気などの第三の冷却媒体７を用いて燃焼
器１を冷却する場合にも、燃焼ガス１６中に冷却媒体を
放出する方法を用いると先述の空気による冷却方式と同
様に、燃焼ガス温度を上昇させる必要がある為にＮＯｘ
発生量上昇の問題がある。
【００１３】また、冷却媒体７を回収する場合にも、図
５に示すようにガスタービンの動力あるいは廃熱を利用
した冷却媒体供給機１５を用いるため、ガスタービン起
動時には別の冷却媒体補助供給機１７を設けなければな
らないという問題がある。加えて、この場合には冷却媒
体補助供給機１７と、ガスタービンの動力あるいは廃熱
を利用した冷却媒体供給機１５とを切替える冷却媒体切
換器１８が必要となる問題もあった。
【００１４】本発明は、燃焼ガス中に放出する冷却空気
量を減少させて燃焼ガス温度上昇に伴うＮＯｘ発生を抑
制し、かつ、冷却系統設備や冷却媒体補助供給機等を必
要としないガスタービン燃焼器を提供することを課題と
している。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するため、ガスタービン負荷の低いとき、つまり、燃
焼器燃焼負荷の低い場合には、圧縮機により加圧された
空気の一部を冷却媒体として用い、ガスタービンの負荷
が上昇し、ガスタービンプラント内の第三の冷却媒体供
給機が機能し始めると、例えば燃焼器温度または、ガス
タービン負荷信号によって、冷却後、燃焼ガス中に放出
せず回収する方式の第三の冷却媒体を用いた冷却を追加
するように構成したガスタービン燃焼器を提供する。
【００１６】前記した本発明のガスタービン燃焼器の壁
面冷却構造としては、内部に隔壁で区画された多数の流
路を有する二重構造となった燃焼器の壁面に、該流路と
導通する冷却空気の入口孔、出口孔を設けると共に、燃
焼器外壁面に任意の間隔をもって、第三の冷却供給ヘッ
ダと回収ヘッダを備え、該両ヘッダ内にあって、流路と
導通するそれぞれ冷却媒体入口孔、出口孔を設け、か
つ、冷却空気と第三の冷却媒体との流路を異にした構造
に具体化できる。
【００１７】このように構成した本発明のガスタービン
燃焼器によれば、ガスタービン負荷に対応して、低負荷
時には、冷却後に燃焼ガス主流中に放出する空気冷却の
みによって燃焼器壁面を冷却し、負荷が上昇すると、冷
却後に燃焼ガス主流中に放出しないで回収する、冷却効
果の高い第三の冷却媒体を供給する手段を追加するの
で、冷却系統を第三の冷却媒体を供給／停止するだけの
開閉弁のみで制御でき、冷却系統を簡略化できると共に
信頼性が向上する。
【００１８】また、第三の冷却媒体を回収する方法をと
るので、冷却媒体全量を燃焼ガス中に放出する方法に比
べ、負荷の低いときにのみ燃焼器壁面を冷却するのに十
分な冷却空気だけを燃焼ガス主流中に放出するだけです
むため、従来必要とされた予め高くしていた燃焼ガス温
度を低くすることができ、ＮＯｘ生成量を抑制できる。
【００１９】このように、本発明のガスタービン燃焼器
では燃焼器冷却系統において、従来必要とした第三の冷
却媒体補助供給機を必要とせず、又、冷却媒体切換器に
替えて、供給／停止の開閉弁のみに簡素化できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明によるガスタービン
燃焼器について図１及び図２に示した実施の形態に基づ
いて具体的に説明する。なお、以下の実施の形態におい
て、図３〜図６に示した従来の装置と同じ構成の部分に
は同じ符号を付してあり、それらについての重複する説
明は省略する。
【００２１】図１及び図２に示すように、本実施形態に
よるガスタービン燃焼器では、ガスタービン負荷の低い
とき、すなわち、燃焼器燃焼負荷の小さい時には、ガス
タービン圧縮機１０により加圧された冷却空気６を二重
構造となった燃焼器壁面１にある冷却空気入口孔２より
導入し、衝突噴流冷却、対流冷却によって燃焼器壁面１
を冷却させ、その後、冷却空気出口孔３より出して壁面
をフィルム冷却させる。
【００２２】ガスタービン負荷が高くなり、第三の冷却
媒体供給機１５が作動するようになると、冷却媒体供給
ヘッダ８に第三の冷却媒体７を供給する。第三の冷却媒
体７は二重構造となった燃焼器壁面１にある冷却媒体入
口孔４から燃焼器壁面１内へ供給され、対流冷却により
燃焼器壁面１を冷却した後、冷却媒体出口孔５を通って
冷却媒体回収ヘッダ９から回収される。すなわち、この
場合、冷却空気６による冷却と第三の冷却媒体７による
冷却が同時に行われることになる。
【００２３】なお、二重構造となった燃焼器壁面１内部
は、多数の隔壁で区画された多数の流路が設けられてお
り、冷却空気６と第三の冷却媒体７とは異なる流路を流
れ燃焼器壁面１を冷却するように構成している。この場
合、冷却空気６と第三の冷却媒体７の流路は交互に隣接
する様に配してもよく、幾本かの流路をグループとし
て、このグループを交互に配してもよい。
【００２４】以上説明した燃焼器壁面の冷却系統図を図
２に示している。ガスタービン負荷の低いとき、つま
り、燃焼器燃焼負荷の低い場合には、圧縮機１０により
加圧された加圧空気１１の一部を冷却空気６として用
い、ガスタービンの負荷が上昇しガスタービンプラント
内の第三の冷却媒体供給機１５が機能し始めると燃焼器
温度または、ガスタービン負荷信号によって冷却媒体開
閉弁１４を開き、冷却後、燃焼ガス１６中に放出せず回
収する第三の冷却媒体７を用いた冷却を追加する方法に
より、燃焼ガス温度の上昇に伴うＮＯｘ発生量の増大を
抑制する。
【００２５】従って、このガスタービン燃焼器によると
従来必要とした図５に示す第三の冷却媒体補助供給機１
７を必要とせず、また、冷却媒体切換器１８に代えて供
給／停止の冷却媒体開閉弁１４のみに簡略化できる冷却
系統としている。
【００２６】
【発明の効果】以上のように、本発明のガスタービン燃
焼器ではガスタービン負荷の低いときには空気のみによ
って燃焼器壁面を冷却し、負荷が上昇すると第三の冷却
媒体による冷却を追加することにより、燃焼ガス中に放
出する冷却空気量が減少でき、前以って必要とされた燃
焼ガス温度の上昇分を少くできることにより、ＮＯｘ発
生量の増大を抑制し、冷却系統設備も第三の冷却媒体補
助供給機を必要とせず、冷却媒体切換器に代えて供給／
停止の冷却媒体開閉弁のみに簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空気と第三の冷却媒体による複合冷却
構造を示す燃焼器の模式図。
【図２】本発明の空気と第三の冷却媒体による複合冷却
を用いたガスタービン系統図。
【図３】空気による冷却を用いる従来のガスタービン系
統図。
【図４】空気による冷却を用いる従来の空気冷却燃焼器
の模式図。
【図５】第三の冷却媒体による冷却を用いる従来のガス
タービン系統図。
【図６】第三の冷却媒体による冷却を行う従来の燃焼器
の模式図。
【図７】燃焼ガス温度とタービン入口温度の関係を示す
説明図。
【符号の説明】
１ 燃焼器壁面 ２ 冷却空気入口孔 ３ 冷却空気出口孔 ４ 第三の冷却媒体入口孔 ５ 第三の冷却媒体出口孔 ６ 冷却空気 ７ 第三の冷却媒体 ８ 第三の冷却媒体供給ヘッダ ９ 第三の冷却媒体回収ヘッダ １０ 圧縮機 １１ 加圧空気 １２ 燃焼器 １３ タービン １４ 第三の冷却媒体開閉弁 １５ 第三の冷却媒体供給機 １６ 燃焼ガス １７ 第三の冷却媒体補助供給機 １８ 第三の冷却媒体切換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西田 啓之 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガスタービン負荷の低いときには、燃焼
    器壁面を圧縮機により加圧された空気を冷却媒体として
    冷却し、ガスタービン負荷が高くなると冷却後回収する
    他の冷却媒体による冷却を追加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。
  2. 【請求項２】 内部に隔壁で区画された多数の流路を有
    する二重壁構造とした前記燃焼器壁面に、上記流路と導
    通する冷却空気の入口孔、出口孔を設けると共に、燃焼
    器外壁面に任意の間隔をもって、他の冷却媒体を供給及
    び回収する２つのヘッダを設け、該両ヘッダ内にあっ
    て、流路と導通する他の冷却媒体入口孔、出口孔を設
    け、かつ、前記冷却空気用の流路と、他の冷却媒体用流
    路とを異にする構成としたことを特徴とする請求項１に
    記載のガスタービン燃焼器。
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