JPH1114055A - ガスタービン燃焼器及びその燃焼方法 - Google Patents

ガスタービン燃焼器及びその燃焼方法

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JPH1114055A
JPH1114055A JP9170179A JP17017997A JPH1114055A JP H1114055 A JPH1114055 A JP H1114055A JP 9170179 A JP9170179 A JP 9170179A JP 17017997 A JP17017997 A JP 17017997A JP H1114055 A JPH1114055 A JP H1114055A
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JP
Japan
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combustor
combustion
fuel
air
primary
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JP9170179A
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English (en)
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Tadashi Tsuji
正 辻
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

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  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低NOx 化及び高負荷燃焼化を達成するよう
にしたガスタービン燃焼器及びその燃焼方法を提供する
ことを課題とする。 【解決手段】 燃料中へ一次空気を投入して燃焼を行う
一次燃焼器と、同一次燃焼器の後流に配置され同一次燃
焼器の未燃分を含む燃焼ガス中へ二次空気を投入して燃
焼を行う二次燃焼器とを有し、一次燃焼器においては一
次空気量は燃料流量に対する理論混合比よりも少ないフ
ューエルリッチの逆拡散火炎でNOx の低減化を行い、
二次燃焼器においては二次空気量は燃料流量に対する理
論混合比よりも多いフューエルリーンの稀薄拡散火炎と
してNOx の低減化を引継ぐと共に冷却空気の必要量を
十分にとれるようにし、理想的な燃焼を達成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は低NOx 化及び高負
荷燃焼化を狙いとしたガスタービン燃焼器とその燃焼方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】図5及び図6に基づいて従来のものにつ
いて説明する。図5はガスタービン燃焼器内の主として
一次燃焼域の燃焼を、また図6は二次燃焼域での燃焼状
態を概念的に示している。
【0003】一次燃焼域においては、燃焼ノズル11か
ら一次燃焼器12の空気中に投入される燃料は、安定下
限量に保持されているのでその分量は極く少く、一次燃
焼器12内でいわゆる拡散火炎を上げて燃焼する。即ち
この拡散燃焼の結果、酸素13〜16%のO2 リッチの
高温エアガスが発生し、NOx はこの状況下で生成され
ることになる。
【0004】前記した一次燃焼器12で発生した高温エ
アガス(高温空気)は、二次燃焼器13に移行し、これ
に対して供給孔14から多量の空気を含む予混合燃料ガ
スが投入されて前記二次燃焼器13内は可燃限界近くの
燃空比となり、予混合火炎を上げて燃焼する。即ち、同
二次燃焼器13内では燃料リーンの火炎となって燃焼し
ている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記した従来のもので
は、以下列挙するような問題点を有するものである。
【0006】(1) 一次燃焼器は空気中へ燃料を投入
する様相のいわゆる拡散火炎であり、他方、二次燃焼器
は予混合燃料ガスによる予混合火炎であるため、一次燃
焼器で発生するNOx が排出NOx の多くを占め、低N
x 化に限界がある。
【0007】(2) 一次燃焼器、二次燃焼器がそれぞ
れ構造的に長円筒のため、全体として設備が長大とな
る。
【0008】(3) 二次燃焼器においては、予混合ガ
ス中に一次燃焼器の高温排気を投入する。この制御要素
は一次燃料と二次燃料との二因子であるが、空気量を操
作しないため最適比の制御に融通がきかない。
【0009】(4) 一次燃焼器、二次燃焼器とも空気
が多量に燃焼に向けられて使用されてしまうため、冷却
空気が十分とれず高負荷燃焼器には向かないものであ
る。
【0010】本発明はこのような従来のものにおける問
題点を解消し、低NOx 化及び高負荷燃焼化を達成する
ガスタービン燃焼器及びその燃焼方法を提供することを
課題とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は前記した課題を
解決すべくなされたもので、燃料中へ一次空気を投入し
て燃焼を行う一次燃焼器と、同一次燃焼器の後流に配置
され同一次燃焼器の未燃分を含む燃焼ガス中へ二次空気
を投入して燃焼を行う二次燃焼器とを有し、前記二次燃
焼器の燃焼ガスと二次空気の入口は周上に交互に配置さ
れたガスタービン燃焼器を提供するものである。
【0012】すなわち、一次燃焼器においては、燃料の
中へ空気を投入することにより逆拡散火炎伝播の燃焼を
行い、酸素分が実質的に0%のフューエルリッチの高温
燃料ガスを生成し、これによって一次燃焼におけるNO
x は下流のフューエルリッチ域で還元されて減少する。
【0013】次いでこの高温燃料ガスを二次燃焼器にお
いて二次空気中に投入することによって二次燃焼器内で
極端な稀薄拡散火炎(フューエルリーン状態)を形成さ
せ、これによって二次燃焼器に空気を自由に投入するこ
とができ、冷却空気の必要量を十分確保することができ
るようにしたものである。
【0014】また、本発明は、一次燃焼器と二次燃焼器
とを有したガスタービン燃焼器での燃焼に際し、一次燃
焼器において一次空気量は燃料流量に対する理論混合比
よりも少なく供給して燃焼を行い、次いで二次燃焼器に
おいて二次空気量は燃料流量に対する理論混合比よりも
多く供給して燃焼を行うようにしたガスタービン燃焼器
の燃焼方法を提供するものである。
【0015】すなわち、一次燃焼器でのフューエルリッ
チの燃焼、続いて二次燃焼器でのフューエルリーンの燃
焼を組み合せることにより、前者の燃焼における炎中の
低NOx 状況は、その低NOx 状態を維持したまま後者
の燃焼中に移行される。
【0016】なお、前者の一次燃焼器のフューエルリッ
チの炎中ではパイロットNOx は還元されて低減するこ
とができる。
【0017】また、一次燃焼器を基本形としたまま、二
次燃焼器は拡散火炎形または予混合火炎形のいずれをも
採用可能とする等、二次燃焼器の自由設計が可能となり
小型化が図れるとともに制御要素に変化をもたせること
もできるものである。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態を図1ない
し図4に基づいて説明する。図1は燃料ノズル部分を分
離して燃焼器の全貌を示した斜視図である。
【0019】燃焼器は燃料ノズル1、一次燃焼器2、二
次燃焼器3を主要部として構成されている。燃料ノズル
1には、着火用のパイロット燃料、パイロット空気及び
メイン燃料、メイン空気の投入流路が設けられている。
【0020】一次燃焼器2には、燃焼ガス(高温燃料ガ
ス)と二次空気の入口とが周上に交互に配置されたノズ
ル4を有している。なお、このノズル4は図2に
(a),(b),(c)でその断面図を示すように種々
の変形例を採用することができる。
【0021】即ち、一次燃焼器2の出口の形状は、燃料
の噴孔形に沿って単一ではないように火炎を分散して形
成するいわゆる分割火炎による低NOx 化を達成すべ
く、空気と燃料が交互に混合する形状をしている。
【0022】この分割火炎はマルチフレームの一つであ
り、空気との混合が良好でかつ火炎の一つ一つがコンパ
クトとなり、燃焼器の小型化が図れ、火炎温度が均一に
揃うためNOx 値が小さくなる。通常の希薄予混燃焼で
は逆火、吹き消え等燃焼振動が生じ易いのに比べ、この
マルチフレームでは安定性が極めて高くなる。
【0023】また、二次燃焼器3はその上流側と下流側
の肩部にそれぞれスクープ5,6を設け、ここに循環流
を形成してこの領域に火炎を閉じ込める火炎領域制御の
可能な構成となっている。
【0024】前記のように構成された本実施の形態にお
ける燃焼の進行状況について、図3及び図4を用いて説
明する。図3は一次燃焼器2内での燃焼の状況を、ま
た、図4は二次燃焼器3内での燃焼の状況をそれぞれ示
している。
【0025】まず一次燃焼器2内において、火炎形成手
順は、始めに燃料ノズル1において中央部に白抜き矢印
で示すパイロット燃料PF と、その周囲に破線矢印で示
すパイロット空気PA が供給され、着火したところに実
線矢印で示すメイン燃料MFとメイン空気MA が投入さ
れていわゆるエアリッチの拡散火炎が形成される。
【0026】その状況の中にメイン燃料が増されてい
き、領域Aでは一部のパイロット空気と、残部の殆んど
が燃料の投入状態となり、メイン燃料によるいわゆるフ
ューエルリッチ(O2 ;0%)の逆拡散火炎を形成し、
高温燃焼ガスを生成する。
【0027】次いでこの高温燃焼ガスは二次燃焼器3内
に移行し、この高温燃焼ガスに燃焼用空気のみが投入さ
れて領域Bは周囲からの大量の空気で炎が冷やされ、ク
エンチ火炎領域となり、極端な稀薄拡散火炎となって燃
焼する。
【0028】なお一次燃焼器2の外周を流れて、同一次
燃焼器2の冷却用として用いた冷却空気は、二次燃焼器
3内に流入して燃焼用空気として併せ用いられる。
【0029】以上本実施の形態によれば、まず一次燃焼
域において、空気が少く燃料が多い状況下で、燃料中へ
空気を投入する形態の逆拡散火炎により、NOx は還元
により減少し、ここで生成したフューエルリッチの高温
ガスを二次燃焼域への燃料として移送する。
【0030】次いで二次燃焼域においては、空気中へ前
記高温ガスを燃料として投入する極端な稀薄拡散火炎と
し、空気の投入の自由度を大きくして冷却空気を十分に
確保できる余地のあるようにしたものである。
【0031】そして、パイロット火炎についてはフュー
エルリッチの炎中で還元燃焼によりNOx を低減し、ま
た一次燃焼域、これに次いで二次燃焼域で、フューエル
リッチ、次いでフューエルリーンとNOx は低い状況の
まま移行し、全体として理想の低NOx 化を実現したも
のである。
【0032】以上、本発明を図示の実施の形態について
説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、
本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて
よいことはいうまでもない。
【0033】
【発明の効果】以上本発明によれば、燃料中へ一次空気
を投入して燃焼を行う一次燃焼器と、同一次燃焼器の後
流に配置され同一次燃焼器の未燃分を含む燃焼ガス中へ
二次空気を投入して燃焼を行う二次燃焼器とを有し、前
記二次燃焼器の燃焼ガスと二次空気の入口は周上に交互
に配置されてガスタービン燃焼器を構成したので、一次
燃焼器でフューエルリッチの逆拡散火炎でNOx の低減
化を行い、次いで二次燃焼器でフューエルリーンの稀薄
拡散火炎としてNOx の低減化を引継ぐと共に冷却空気
の必要量を十分にとれるようにし、理想的な燃焼を達成
するガスタービン燃焼器を得ることができたものであ
る。
【0034】また、請求項2に記載の発明によれば、一
次燃焼器と二次燃焼器とを有したガスタービン燃焼器で
の燃焼に際し、一次燃焼器において一次空気量は燃料流
量に対する理論混合比よりも少なく供給して燃焼を行
い、次いで二次燃焼器において二次空気量は燃料流量に
対する理論混合比よりも多く供給して燃焼を行うように
してガスタービン燃焼器の燃焼方法を構成したので、ま
ずフューエルリッチの燃焼において還元燃焼を実現して
低NOx 化を図り、この低NOx の高温ガスを用いてフ
ューエルリーンの燃焼を行い、低NOx 状況を継続し、
以って理想的な好適なガスタービン燃焼を実現すること
ができたものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係るガスタービン燃焼
器の全貌を示す斜視図。
【図2】図1のガスタービン燃焼器に於ける一次燃焼器
の出口形状を示すもので、(a),(b),(c)それ
ぞれ異る応用変形例の説明図。
【図3】図1のガスタービン燃焼器における一次燃焼器
の燃焼状況の説明図。
【図4】図1のガスタービン燃焼器における燃焼状況の
説明図。
【図5】従来のガスタービン燃焼器における一次燃焼器
の燃焼状況の説明図。
【図6】従来のガスタービン燃焼器における二次燃焼器
の燃焼状況の説明図。
【符号の説明】
1 燃料ノズル 2 一次燃焼器 3 二次燃焼器 4 ノズル 5,6 スクープ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料中へ一次空気を投入して燃焼を行う
    一次燃焼器と、同一次燃焼器の後流に配置され同一次燃
    焼器の未燃分を含む燃焼ガス中へ二次空気を投入して燃
    焼を行う二次燃焼器とを有し、前記二次燃焼器の燃焼ガ
    スと二次空気の入口は周上に交互に配置されたことを特
    徴とするガスタービン燃焼器。
  2. 【請求項2】 一次燃焼器と二次燃焼器とを有したガス
    タービン燃焼器での燃焼に際し、一次燃焼器において一
    次空気量は燃料流量に対する理論混合比よりも少なく供
    給して燃焼を行い、次いで二次燃焼器において二次空気
    量は燃料流量に対する理論混合比よりも多く供給して燃
    焼を行うようにしたことを特徴とするガスタービン燃焼
    器の燃焼方法。
JP9170179A 1997-06-26 1997-06-26 ガスタービン燃焼器及びその燃焼方法 Pending JPH1114055A (ja)

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