JPH10132278A - ガスタービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービン用燃焼器において、希薄空燃比
燃焼を行うに際し、逆火を防止する。 【解決手段】 燃焼器１０は、各延長燃料管２２から対
応するベンチュリ２０に噴射された燃料がそのベンチュ
リ２０に高速度で流れ込む空気に混合するように対応す
る数の延長燃料管２２に流体的に連通した複数のベンチ
ュリ２０を有する。Ｖ溝型火炎保持器２４は、燃焼器１
０内で安定した状態で燃焼火炎を保持するためにベンチ
ュリ２０の列の下流側に配置される。火炎保持器２４の
近傍の空燃混合物の高速により、ベンチュリ２０内の空
燃混合の結果として、破壊的な逆火状態が防止される。
燃焼器１０内の安定した火炎は、最小の音響的外乱を実
現し、そして燃焼器１０内の全圧力損失の低さが、ター
ビン装置の作動効率レベルを高くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮空気の中で燃
料を燃やすことのできる燃焼器に関する。特に、本発明
は、燃焼域の火炎が安定した超低ＮＯｘ条件で燃焼器が
作動するようなベンチュリ型燃料・空気混合装置と火炎
安定化装置とを有するガスタービン用燃焼器に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンにおいては、燃料は１以上
の燃焼器の中で、圧縮機によって生成された圧縮空気内
で燃やされる。伝統的に、かかる燃焼器は、燃料と空気
のほぼ化学量論比的な混合物が形成されて拡散型燃焼過
程で燃焼する一次燃焼ゾーンを有していた。全体的な空
燃比は化学量論比より相当小さいけれども、一次燃焼ゾ
ーンにおける空燃混合物の局部的に濃い性質により、空
燃混合物は起動時に容易に点火され、広い範囲の点火温
度において良好な火炎安定性が得られた。

【０００３】残念なことに、そのような略化学量論比の
空燃混合物は一次燃焼ゾーンにおいて非常に高い温度を
生じた。一次燃焼ゾーンにおける高温は、大気汚染物と
考えられているＮＯｘの生成を増進する。

【０００４】ＮＯｘの生成が、稀薄空燃混合比の燃焼に
より低減されることは知られている。しかしながら、そ
のような稀薄燃焼は、局部的に濃いゾーンを生ずること
無く燃焼空気の全体に亘って燃料が良く分布されること
を必要とする。残念なことに、稀薄空燃混合物を供給す
るために設計された既知の燃焼器構造において、空気が
燃焼時の火炎前端に好ましくない低速度で供給される。
低い火炎速度での燃料の燃焼は、火炎前端の好ましい位
置よりも上流側に火炎を逆進させることが知られてい
る。従って、好ましい火炎前面より上流の位置の燃料
は、低速度の空気中で逆火状態で点火される。燃焼器内
の逆火状態は、ＮＯｘの生成を受容レベル以上に増大
し、タービンの総合運転効率を好ましくないレベルに低
下させ、そして燃焼装置の長期の破壊をもたらす。

【０００５】従って、燃料と空気の非常に稀薄な混合で
燃料を燃やすことができ、そしてＮＯｘの生成を低減し
且つ安定した燃焼を実現するために逆火を避けるに十分
に高い速度で燃料が空気中で燃焼する燃焼器を提供する
ことに価値がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の一般
的な目的は、燃料と空気の非常に稀薄な混合で燃料を燃
やすことができ、そしてＮＯｘの生成を低減し且つ安定
した燃焼を実現するために逆火を避けるに十分に高い速
度で燃料が空気中で燃焼する燃焼器を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】簡単に言えば、この目的
及び本発明の他の目的は、（ａ）空気を圧縮する圧縮
機、（ｂ）前記圧縮された空気の中で燃料を燃やすこと
により高温ガスを生成す燃焼器、及び（ｃ）前記燃焼器
によって生成された前記高温ガスを膨張させるタービン
を有するガスタービンにおいて達成される。本発明の一
実施形態によれば、燃焼器は、（ｉ）燃焼域、（ii) 中
心に配置された第１燃料ノズル、（iii)前記第１燃料ノ
ズルの回りに円周方向に配設された複数の第２燃料ノズ
ル、（iv）前記圧縮された空気と前記燃焼域とに流体的
に連通しており、前記複数の第２燃料ノズルの数に対応
した数を有する複数のベンチュリであって、前記第２燃
料ノズルのそれぞれが燃料を該ベンチュリに供給するた
めに前記ベンチュリの対応する一に流体的に連通してい
る前記ベンチュリ及び（ｖ）その複数のベンチュリの近
くに配置された１以上の火炎保持器を有する。

【０００８】

【発明の実施の形態】ガスタービン装置の、特にそのタ
ービン装置の燃焼部の作動が、ウエスチングハウス・エ
レクトリック・コーポレーションに譲渡された米国特許
第５，３５９，８４７号…ピルスバリー他…に記載され
ているが、それは引用により本明細書に完全に記載され
た形で組み込まれる。

【０００９】図１を参照するに、燃焼器１０はパイロッ
ト燃料ノズル組立体１２を有している。燃焼器１０の点
火のために、少量の燃料が燃料供給源（図示しない。）
からパイロット燃料ノズル組立体１２へ供給される。し
かる後、燃料はパイロット燃料ノズル組立体１２によっ
てパイロット域１４へ噴射される。パイロット燃料ノズ
ル組立体１２からの燃料は、既知のやり方で電気的に点
火され、その結果火炎がパイロット域１４の中に生ず
る。その火炎は、パイロット燃料ノズル組立体１２から
パイロット域１４へ噴射される燃料の燃焼によりパイロ
ット域１４内で維持される。

【００１０】タービンの圧縮機部からの圧縮空気１６
は、燃焼器１０の外壁１８の周りを流れ、燃焼器１０の
内部の前端部に流入する。その後、空気は、燃焼器の中
心軸の回りに環状列をなして配設された複数のベンチュ
リ２０に流入する。図１及び図２を参照するに、ベンチ
ュリ２０は、燃焼器１０の外壁１８の近くに、３個の同
軸の環状列をなして配設されるのが好ましい。好適な実
施形態において、燃焼器１０は８０個のベンチュリ２０
が取り付けられる。

【００１１】ベンチュリ２０の数に対応した数の、複数
の延長燃料管２２が、燃焼器の中心軸の回りに環状の列
を成して配設されている。各延長燃料管２２は、燃料供
給源（図示しない。）に連通している。延長燃料管２２
は、ベンチュリ２０の配置と同様な態様で環状の列を成
して配設されていて、各延長燃料管２２の先端は、対応
するベンチュリ２０の入口に連通している。

【００１２】燃料は、延長燃料管２２の各々から対応す
るベンチュリ２０の中へ噴射される。米国特第５，３５
９，８４７号に記載されているように、好適な実施例に
おいて延長燃料管は、液体油又はガス燃料、或いはその
双方をベンチュリ２０へ供給することができる。その燃
料噴射ランスは、燃料を、内側管内を運ばれている油と
共に、そして要求により外側管から供給されるガスと共
に、供給するための同軸管を有する。スリーブ２１は、
ベンチュリ２２の間の空間、及び最外円のベンチュリと
燃焼器１０の外壁１８の間の空間を封止し、実質的に全
部の燃焼空気１６がベンチュリ２０に流入することを確
実にする。部材の膨脹と収縮に備えるために最内円のベ
ンチュリ２０とパイロット燃料ノズル組立体１２の間に
小さい隙間を設けることができる。

【００１３】燃料が延長燃料管２２によりベンチュリ２
０内へ噴出されると、同様にベンチュリ２０へ流れ込む
圧縮機部からの燃焼空気と混ざり合う。燃料がベンチュ
リ２０の喉部に達すると、このゾーンの高速により空気
と非常に良好に混合される。液体燃料がベンチュリ２０
の中に噴出されると、ベンチュリ２０内の空気の速度
が、燃料の液滴を微粒化して燃焼のための空気中への燃
料の実質的に高いレベルの混合を実現する。

【００１４】燃焼器１０のための起動シーケンスの後
で、火炎がパイロット域の中で良好に生成されたとき
に、燃料が前述した要領で延長燃料管２２からベンチュ
リ２０へ噴出される。ベンチュリ２０から出た空燃混合
物の流れは、図１及び図３（ａ），（ｂ）に示されるよ
うにベンチュリ２０の近くに位置するＶ溝型火炎保持器
列２４の近くへ流れ下がる。Ｖ溝型火炎保持器は、畔形
連結部材２８により数箇所で連結された３個の連続した
環状通路２６を有する。その火炎保持器列２４は、二重
壁構造で製作されるのが好ましい。その火炎保持器列２
４は、燃焼器１０の内部空気流或いは蒸気流によって冷
却される。

【００１５】空燃混合物がベンチュリ２０を出て火炎保
持器２４の近くに流入すると、燃料は前述の始動シーケ
ンスの間に出来上がったパイロットゾーン１４から火炎
により着火される。ベンチュリ２０を出た燃料の火炎
は、連結部材２８によって火炎保持器２４の周りに半径
方向に分配され、Ｖ溝型通路の中に保持される。燃料を
燃やすために、火炎保持器２４の下流側の主燃焼域３０
内に燃焼火炎ができる。その火炎が主燃焼域３０内に確
保されれば、従来型のパイロットノズル組立体１２への
燃料供給は、ＮＯｘ放出量を低減するために稀薄空燃比
を実現するために減少することができる。

【００１６】ベンチュリ２０の内部並びに火炎保持器２
４の上流及び周囲の燃焼器内部空気速度は非常に高く
て、火炎が逆進して破壊的な逆火状態を生じない。更
に、火炎は低速度で火炎保持器２４の下流の再循環ゾー
ンで安定化される。火炎が不動の位置で安定化されてい
るので、火炎前端の高速運動から生ずる音響パルスが発
生しないようになっている。又、燃焼器の総合運転効率
は、燃焼器内の全体的な圧力損失が小さいので改善され
る。

【００１７】本発明は、その精神及び本質的な性質から
離れること無く他の特定の形態で実施化され得るから、
従って、本発明の範囲を示すものとしては、前述の明細
書の記載よりはむしろ添付の特許請求の範囲を参照すべ
きである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による燃焼器の縦断面図である。

【図２】本発明によるベンチュリの列を示す図１の２−
２線に沿う部分矢視図である。

【図３】本発明によるＶ溝型保炎器の上流から視た図及
び下流側から視た図である。

【符号の説明】

１０ 燃焼器、１２ パイロット燃料ノズル組立体、１
４ パイロット域、１６ 圧縮空気、１８ 外壁、２０
ベンチュリ、２１ スリーブ、２２ 延長燃料管、２
４ 火炎保持器、２６ 環状通路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ａ）空気を圧縮する圧縮機、 ｂ）前記圧縮された空気の中で燃料を燃焼することによ
   り高温ガスを生成す燃焼器であって、（ｉ）燃焼域、
   （ii) 中心に配置された第１燃料ノズル、（iii)前記第
   １燃料ノズルの回りに円周方向に配設された複数の第２
   燃料ノズル、（iv）前記圧縮された空気と前記燃焼域と
   に流体的に連通しており、前記複数の第２燃料ノズルの
   数に対応した数を有する複数のベンチュリであって、前
   記第２燃料ノズルのそれぞれが燃料を該ベンチュリに供
   給するために前記ベンチュリの対応する一に流体的に連
   通している前記ベンチュリ、及び（ｖ）その複数のベン
   チュリの近くに配置された１以上の火炎保持器を有する
   前記燃焼器、並びに ｃ）前記燃焼器によって生成された前記高温ガスを膨張
   させるタービンを有するガスタービン。