JPH10176831A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

ガスタービン燃焼器

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JPH10176831A
JPH10176831A JP35272696A JP35272696A JPH10176831A JP H10176831 A JPH10176831 A JP H10176831A JP 35272696 A JP35272696 A JP 35272696A JP 35272696 A JP35272696 A JP 35272696A JP H10176831 A JPH10176831 A JP H10176831A
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JP
Japan
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combustion
combustor
evaporation
gas
gas turbine
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Application number
JP35272696A
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English (en)
Inventor
Tsukasa Saito
司 斉藤
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
Application filed by IHI Corp filed Critical IHI Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 予蒸発予混合燃焼法により窒素酸化物の低減
を図る場合でもパイロットバーナを別に設けること無
く、広範囲で安定した燃焼を可能とするガスタービン燃
焼器を提供すること。 【解決手段】 予蒸発予混合管22の先端部の燃焼器2
1との連結部23に旋回羽根としてのスワラ24を設け
る。このスワラ24によって燃焼ガスの流れに遠心力が
作用して中心部に燃焼ガスの流れの遅い部分ができ、こ
れによって予蒸発予混合管22の先端部近傍に火炎をと
どめ、パイロットバーナを設けること無く、広範囲(ガ
スタービンの負荷の変化範囲や燃料供給量の変化範囲)
で安定した燃焼を継続できるようにしている。したがっ
て、パイロットバーナからの窒素酸化物の発生分がな
く、より一層の窒素酸化物の低減を図ることができるよ
うになる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ガスタービンで
の燃焼にともなう窒素酸化物の低減を図るために予蒸発
予混合燃焼を行う場合でも火炎の安定性を向上すること
ができるガスタービン燃焼器に関する。
【0002】
【従来の技術】ガスタービンは、圧縮機で圧縮された空
気と燃料を燃焼器で燃焼させ、発生する高温・高圧の燃
焼ガスをタービン中で膨張させることによって外部に出
力を取り出し、発電機、プロペラ、車両、機械の駆動な
どに用いられ、高温・高圧の燃焼ガスほど大きな出力を
得ることができる。
【0003】一方、特に開放サイクルのタービンでは、
仕事をした燃焼ガスは排ガスとして大気中に排出される
ため、大気汚染の問題があり、特に高温燃焼にとなって
発生する窒素酸化物の排出が問題となっており、燃焼温
度が高いほど窒素酸化物の発生量が増大する。
【0004】このようなガスタービン燃焼器から排出さ
れる窒素酸化物は、燃焼温度を低くすることによって低
減することができることから、低NOxバーナ,多段燃
焼,排ガス循環燃焼,水噴射等の種々の方法が提案され
ている。
【0005】このような窒素酸化物の低減を可能とする
燃焼方法の一つに、予蒸発予混合燃焼法とよばれるもの
があり、噴射された燃料と空気を予め蒸発混合して均一
で希薄な混合燃料ガス(混合気)を作り、これを燃焼器
に送って燃焼させることで、燃焼温度を低くした燃焼を
可能として窒素酸化物の低減を図るようにしており、混
合燃料ガスが希薄なほど窒素酸化物の低減を図ることが
できる。
【0006】この予蒸発予混合燃焼法によるタービン燃
焼器は、例えば図3に概略断面を示すように、燃焼器1
1の上流側に円周上等間隔に複数の予蒸発予混合管12
を設け、これら予蒸発予混合管12の基端部に取り付け
た燃料噴射弁13から噴出された灯油等の液体燃料や天
然ガス等の気体燃料を空気と蒸発混合させて空気過剰で
均一な混合燃料ガスを形成し、この混合燃料ガスを燃焼
器11内に供給して燃焼させ、高温高圧の燃焼ガスを発
生するようになっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな予蒸発予混合燃焼法によるタービン燃焼器では、混
合燃料ガスを希薄にすることによって窒素酸化物の発生
を抑えることができるものの、燃料の濃度が低いため安
定した火炎を得て燃焼を継続することができる範囲が狭
く、実用上窒素酸化物の低減化には限界がある。
【0008】そこで、実際のタービン燃焼器10では、
複数本の予蒸発予混合管12が配置された円の中心部に
常時火炎を発生するパイロット噴射弁14を備えたパイ
ロットバーナ15を設け、燃料濃度を高めることによっ
て燃焼を安定させることが行われているが、このパイロ
ットバーナ15による燃焼によっても同様に窒素酸化物
が生成され、その窒素酸化物の発生量が全発生量の1/
3〜1/2程度と多いことから、予蒸発予混合燃焼法に
よる窒素酸化物の低減効果が大幅に疎外されてしまうと
いう問題がある。
【0009】この発明は、かかる従来技術の有する課題
に鑑みてなされたもので、予蒸発予混合燃焼法により窒
素酸化物の低減を図る場合でもパイロットバーナを別に
設けること無く、広範囲で安定した燃焼を可能とするガ
スタービン燃焼器を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するこの
発明の請求項1記載のガスタービン燃焼器は、予蒸発予
混合管の基端部から供給される燃料と空気とを予め蒸発
混合して燃焼器内に供給するガスタービン燃焼器におい
て、前記予蒸発予混合管の先端部の前記燃焼器との連結
部に旋回流を形成して火炎を安定して存在させる再循環
領域を形成する旋回羽根を設けたことを特徴とするもの
である。
【0011】このガスタービン燃焼器によれば、予蒸発
予混合管の先端部の燃焼器との連結部に旋回羽根を設け
るようにしており、旋回羽根によって燃焼ガスの流れに
遠心力が生じて中心部に形成される低圧部によって燃焼
ガスの流れの遅い部分ができ、燃焼器の先端からも戻る
ような再循環流が生じ、これによって予蒸発予混合管の
先端部近傍に火炎をとどめ、パイロットバーナを設ける
こと無く、広範囲(ガスタービンの負荷の変化範囲や燃
料供給量の変化範囲)で安定した燃焼を継続できるよう
にしている。
【0012】これにより、パイロットバーナからの窒素
酸化物の発生分がなくなるとともに、より希薄な混合燃
料ガスでの燃焼を可能として、より一層の窒素酸化物の
低減を図ることができるようになる。
【0013】また、この発明の請求項2記載のガスター
ビン燃焼器は、請求項1記載の構成に加え、前記予蒸発
予混合管で予め蒸発混合して前記燃焼器内に供給される
燃料の前記旋回羽根近傍の濃度を高めて供給することを
特徴とするものである。
【0014】このガスタービン燃焼器によれば、旋回羽
根近傍の燃料の濃度を高めて供給するようにしており、
旋回羽根近傍に保持された火炎により希薄な混合燃料ガ
スへの着火性が増大し、一層安定した燃焼を継続するこ
とができるようになる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面に基づき詳細に説明する。図1および図2は、
この発明のガスタービン燃焼器にかかり、図1(a)は
一つの予蒸発予混合管部分を抽出した縦断面図、図1
(b)は混合燃料ガスの濃度分布の説明図、図2(a)
は全体の縦断面図、図2(b)は(a)中のB−B断面
図である。
【0016】このガスタービン燃焼器20は、図2に示
すように、一端が開口する大径円筒状の燃焼器21を備
えており、その一端部に小径の予蒸発予混合管22が複
数本、図示例では6本の予蒸発予混合管22が円周上に
等間隔に配置されて、燃焼器21内と連通するようにな
っている。
【0017】そして、これら6本の予蒸発予混合管22
の燃焼器21とのそれぞれの連結部23には、図1に拡
大して示すように、外周に旋回羽根としてのスワラ24
が設けられ、予蒸発予混合管22とは別に高温圧縮空気
が供給されるようになっている。
【0018】このような予蒸発予混合管22のそれぞれ
の基端部には、中心部に燃料噴射弁25が設けられると
ともに、燃料噴射弁25の周囲に予蒸発予混合用のスワ
ラ(旋回羽根)26が取付けられて燃焼用の高温圧縮空
気を旋回しながら供給するようになっている。
【0019】なお、このガスタービン燃焼器20では、
点火用に図示しないイグナイタが設けてあるが、火炎保
持用のパイロットバーナは必要がなく設置してない。
【0020】このように構成したガスタービン燃焼器2
0では、予蒸発予混合管22の基端部の燃料噴射弁25
から灯油等の液体燃料や天然ガス等の気体燃料が噴射さ
れると同時に、その外周のスワラ26を介して予蒸発予
混合用の高温圧縮空気が供給されると、予蒸発予混合管
22の内部で噴射された燃料と高温圧縮空気による旋回
空気流とが混合され、燃料が蒸発されるとともに、高温
圧縮空気と混合し、均一で希薄な混合燃料ガスが形成さ
れる。
【0021】こうして予蒸発予混合管22内で形成され
た均一で希薄な混合燃料ガスが予蒸発予混合管22の先
端部から燃焼器21内に供給されて希薄混合燃焼が行な
われる。なお、起動時の点火は、図示しないイグナイタ
等によって行われる。
【0022】このような燃焼器21内での希薄混合燃焼
による火炎は、予蒸発予混合管22から噴射される混合
燃料ガスの供給速度(図1での左側から右側への速度)
と噴射された混合燃料ガスの先端からの燃焼速度(図1
での右側から左側への速度)とが釣り合った位置に存在
することになるが、このガスタービン燃焼器20では、
予蒸発予混合管22の先端部の燃焼器21との連結部2
3にスワラ24が設けてあることから、噴射される混合
燃料ガスにスワラ24からの旋回空気流によって遠心力
が加わり、外周側に拡がるとともに、中心部に低圧部が
生じてこの部分の流れが遅くなって中心側に戻るような
流れができる一方、先端部分でも中心側に向かう流れが
形成されて再循環領域が形成され、これらにより、混合
燃料ガスの供給速度と混合燃料ガスの燃焼速度との釣り
合う位置が予蒸発予混合管22の先端近傍となって火炎
が安定して存在することになる。
【0023】この予蒸発予混合管22の先端近傍の安定
した火炎を火種として均一で希薄な混合燃料ガスであっ
ても燃焼器21内で安定して希薄混合燃焼を行うことが
できる。
【0024】これにより、このタービン燃焼器20で
は、パイロットバーナを設けること無く希薄な混合燃料
ガスでも安定した燃焼が可能となり、従来のパイロット
バーナで生成される全排出量の1/3〜1/2程度の窒
素酸化物を減少することができるとともに、より希薄な
混合燃料ガスでも安定した火炎により着火されて安定燃
焼が可能となり、より一層の窒素酸化物の生成の抑制を
図ることができる。
【0025】さらに、このガスタービン燃焼器20で
は、より安定した火炎を燃焼器21内に形成するため、
各燃料噴射弁25により噴射される燃料の濃度を、図1
(b)に示すように、旋回羽根を構成するスワラ24近
傍だけを濃くするようにしている。
【0026】このような燃料濃度をスワラ24近傍だけ
を高めるようにすることで、着火性が高まり、保炎性を
一層高めることができ、パイロットバーナを設けること
無く、広範囲(ガスタービンの負荷の変化範囲や燃料供
給量の変化範囲)で安定した燃焼を継続することができ
る。
【0027】これにより、パイロットバーナからの窒素
酸化物の発生分がなく、より一層の窒素酸化物の低減を
図ることができる。
【0028】このような燃料に濃度分布を持たせるため
には、例えば燃焼噴射弁25の外周側の噴射口を大きく
することや外周に別に燃料噴射弁を設ける等で対応する
ことができ、特に天然ガスなどの気体燃料の場合には、
比較的容易に対応することができる。
【0029】なお、上記実施の形態では、燃焼器に複数
本の予蒸発予混合管を円周上に等間隔に配置して設ける
場合で説明したが、さらに中心部にも設けるようにした
り、複数本に替え1本の予蒸発予混合管のみで構成する
ようにしても良い。
【0030】
【発明の効果】以上、実施の形態とともに詳細に説明し
たように、この発明の請求項1記載のガスタービン燃焼
器によれば、予蒸発予混合管の先端部の燃焼器との連結
部に旋回羽根を設けるようにしたので、旋回羽根によっ
て燃焼ガスの流れに遠心力が生じて中心部に形成される
低圧部によって燃焼ガスの流れの遅い部分ができ、燃焼
器の先端からも戻るような再循環流が生じ、これによっ
て予蒸発予混合管の先端部近傍に火炎をとどめ、パイロ
ットバーナを設けること無く、広範囲(ガスタービンの
負荷の変化範囲や燃料供給量の変化範囲)で安定した燃
焼を継続することができる。
【0031】これにより、パイロットバーナからの窒素
酸化物の発生分がなくなるとともに、より希薄な混合燃
料ガスでの燃焼を可能として、より一層の窒素酸化物の
低減を図ることができる。
【0032】また、この発明の請求項2記載のガスター
ビン燃焼器によれば、旋回羽根近傍の燃料の濃度を高め
て供給するようにしたので、旋回羽根近傍に保持された
火炎により、希薄な混合燃料ガスへの着火性が増大し、
一層安定した燃焼を継続することができる。
【0033】これにより、より希薄な混合気でも安定し
た燃焼が可能となり、その結果、よりいっそうの窒素酸
化物の生成の抑制が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のガスタービン燃焼器にかかり、
(a)は一つの予蒸発予混合管部分を抽出した縦断面
図、(b)は混合燃料ガスの濃度分布の説明図である。
【図2】この発明のガスタービン燃焼器にかかり、
(a)は全体の縦断面図、(b)は(a)中のB−B断
面図である。
【図3】従来のガスタービン燃焼器にかかり、(a)は
全体の縦断面図、(b)は(a)中のB−B断面図であ
る。
【符号の説明】
20 ガスタービン燃焼器 21 燃焼器 22 予蒸発予混合管 23 連結部 24 スワラ(旋回羽根) 25 燃料噴射弁 26 スワラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F23R 3/32 F23R 3/32

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 予蒸発予混合管の基端部から供給される
    燃料と空気とを予め蒸発混合して燃焼器内に供給するガ
    スタービン燃焼器において、前記予蒸発予混合管の先端
    部の前記燃焼器との連結部に旋回流を形成して火炎を安
    定して存在させる再循環領域を形成する旋回羽根を設け
    たことを特徴とするガスタービン燃焼器。
  2. 【請求項2】 前記予蒸発予混合管で予め蒸発混合して
    前記燃焼器内に供給される燃料の前記旋回羽根近傍の濃
    度を高めて供給することを特徴とする請求項1記載のガ
    スタービン燃焼器。
JP35272696A 1996-12-13 1996-12-13 ガスタービン燃焼器 Pending JPH10176831A (ja)

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JP35272696A JPH10176831A (ja) 1996-12-13 1996-12-13 ガスタービン燃焼器

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JP35272696A JPH10176831A (ja) 1996-12-13 1996-12-13 ガスタービン燃焼器

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7694521B2 (en) 2004-03-03 2010-04-13 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Installation structure of pilot nozzle of combustor
CN103201472A (zh) * 2010-10-14 2013-07-10 三菱重工业株式会社 船舶用废气脱硝装置
CN103697500A (zh) * 2013-12-24 2014-04-02 北京航空航天大学 一种双油路四旋流预膜式主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7694521B2 (en) 2004-03-03 2010-04-13 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Installation structure of pilot nozzle of combustor
CN103201472A (zh) * 2010-10-14 2013-07-10 三菱重工业株式会社 船舶用废气脱硝装置
CN103697500A (zh) * 2013-12-24 2014-04-02 北京航空航天大学 一种双油路四旋流预膜式主燃级的预混预蒸发低污染燃烧室

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