JPH11264541A - Gas turbine combustor - Google Patents

Gas turbine combustor

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Publication number
JPH11264541A
JPH11264541A JP6843198A JP6843198A JPH11264541A JP H11264541 A JPH11264541 A JP H11264541A JP 6843198 A JP6843198 A JP 6843198A JP 6843198 A JP6843198 A JP 6843198A JP H11264541 A JPH11264541 A JP H11264541A
Authority
JP
Japan
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combustion
gas turbine
fuel
combustion chamber
main
Prior art date
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Application number
JP6843198A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tatsuo Ishiguro
達男 石黒
Shigemi Bandai
重実 萬代
Koichi Nishida
幸一 西田
Masatoyo Oota
将豊 太田
Mitsuru Inada
満 稲田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Priority to EP99101474A priority patent/EP0935095A3/en
Priority to CA002260636A priority patent/CA2260636C/en
Priority to US09/244,030 priority patent/US6209326B1/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To resolve such a trouble that the sectional load factor increases partially and causes unstable combustion and that the occurrence of Nox increases, in a gas turbine combustor which is supplied with compressed air and fuel and brings the combustion (gas) to drive a gas turbine into existence. SOLUTION: Main fuel 15, which ignites by the flame kept by the pilot nozzle 2 arranged at the axis of a tubular upstream inner tube 6 made symmetrical about an axis and performs main combustion, is supplied to a gas turbine combustor, being divided in the direction of the flow of the air 21 for combustion within a combustion chamber which is so arranged as to let flow the air 21 for combustion made into a whirling flow by a swirler 3 arranged around a pilot nozzle 2. Hereby, the above-mentioned trouble is dissolved, and also the combustion gas comes to high temperature and high pressure conditions, and in case that it becomes the load to satisfy the self ignition condition of the main fuel 13, this combustor can materialize stable combustion state even if the user stops the supply of pilot fuel 13.

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、ガスタービンを駆
動する燃焼ガスを発生させるためのガスタービン燃焼
器、特に、燃焼器内の燃焼ガスの流れの方向に、メイン
燃料を分割して供給するようにし、燃焼室内における安
定燃焼とNOx発生を抑制できるようにしたガスタービ
ン燃焼器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas turbine combustor for generating a combustion gas for driving a gas turbine, and more particularly to a main fuel divided and supplied in a flow direction of the combustion gas in the combustor. Thus, the present invention relates to a gas turbine combustor capable of suppressing stable combustion and NOx generation in a combustion chamber.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガスタービンにおいては、ガスタービン
で駆動される圧縮機からの圧縮空気と燃料とをガスター
ビン燃焼器に供給して燃焼させ、高温、高圧の燃焼ガス
を発生させて、この燃焼ガスによりガスタービンを作動
させ、上述の圧縮機の駆動を行うとともに、発電機等を
駆動する外部出口を得るようにしている。図3は、上述
したように、圧縮空気と燃料とを供給して燃焼ガスを発
生させるようにした従来の燃焼器の部分縦断面図を示
す。
2. Description of the Related Art In a gas turbine, compressed air and fuel from a compressor driven by the gas turbine are supplied to a gas turbine combustor and burned to generate high-temperature, high-pressure combustion gas. The gas turbine is operated by the gas to drive the above-described compressor and to obtain an external outlet for driving a generator and the like. FIG. 3 is a partial longitudinal sectional view of a conventional combustor in which compressed air and fuel are supplied to generate combustion gas, as described above.

【0003】図に示すように、一般に、従来のガスター
ビン燃焼器1では、軸対称に形成された筒状の上流側内
筒6と、上流側内筒6の後端部に先端部が連結された下
流側内筒7とで囲まれて区画された燃焼室12が形成さ
れ、この燃焼室12の上流側壁部には、中央部にパイロ
ットノズル2が取り付けられると共に、パイロットノズ
ル2の外周には、パイロットノズル2の前方に供給され
る、燃焼用空気の一部としてのパイロット用空気4に旋
回流を発生させるパイロットスワーラ3が、周方向に等
ピッチに設けられている。
As shown in the figure, generally, in a conventional gas turbine combustor 1, an axially symmetrical cylindrical upstream inner cylinder 6, and a front end connected to a rear end of the upstream internal cylinder 6 are connected. A combustion chamber 12 is formed, which is defined by being surrounded by the downstream side inner cylinder 7, and a pilot nozzle 2 is attached to a central portion of the upstream side wall of the combustion chamber 12, and a pilot nozzle 2 is provided on an outer periphery of the pilot nozzle 2. The pilot swirlers 3 that generate a swirling flow in the pilot air 4 as a part of the combustion air supplied in front of the pilot nozzle 2 are provided at a constant pitch in the circumferential direction.

【0004】さらに、パイロットスワーラ3が設置さ
れ、パイロット用空気4を流すようにしたパイロット用
空気流路5の外側には、複数のメインノズル8が円周方
向に等間隔に複数本配設されている。また、各メインノ
ズル8の外周には、メイン用空気流路11を通ってメイ
ンノズル8の先端部に供給され、メイン燃焼をそれぞれ
行わせる燃焼用空気としてのメイン用空気10に、旋回
流を発生させるメインスワーラ9が周方向に等ピッチに
設けられている。
Further, a pilot swirler 3 is provided, and a plurality of main nozzles 8 are arranged at equal intervals in the circumferential direction outside a pilot air flow path 5 through which the pilot air 4 flows. ing. In addition, a swirling flow is supplied to the outer periphery of each main nozzle 8 through a main air flow path 11 to the front end of the main nozzle 8 and to main air 10 as combustion air for performing main combustion. The main swirlers 9 to be generated are provided at equal pitches in the circumferential direction.

【0005】このように構成されたガスタービン燃焼器
1の稼働時においては、パイロットスワーラ3によって
旋回流にされ、パイロット用空気流路5を介して燃焼室
12内に導入されたパイロット用空気4中に、パイロッ
トノズル2からパイロット燃料13を噴射して混合さ
せ、図示省略した点火栓で着火せしめ、パイロット用空
気流路5の出口外周から後方へ向けて拡開させて設けら
れた保炎用ダクト16の後流側に、保炎用の再循環領域
14を形成した後、この保炎により、メインスワーラ9
によって旋回流にされ、複数のメイン用空気通路11を
介してメインノズル8の先端部に供給されたメイン用空
気10に、それぞれのメイン用空気通路11の軸心部に
設けたメインノズル8から、メイン燃料15を噴射し、
混合された混合気に着火して、高温、高圧の燃焼火炎を
発生させるようにしている。
[0005] When the gas turbine combustor 1 thus configured is operated, the swirling flow is generated by the pilot swirler 3 and introduced into the combustion chamber 12 through the pilot air flow path 5. A pilot fuel 13 is injected from the pilot nozzle 2 and mixed therein, ignited by an ignition plug (not shown), and expanded from the outer periphery of the outlet of the pilot air flow path 5 rearward. After a recirculation area 14 for flame holding is formed on the downstream side of the duct 16, the main swirler 9 is
The swirling flow is applied to the main air 10 supplied to the tip of the main nozzle 8 through the plurality of main air passages 11, from the main nozzles 8 provided at the axial centers of the respective main air passages 11. , Injecting the main fuel 15,
The mixture is ignited to generate a high-temperature, high-pressure combustion flame.

【0006】この燃焼火炎による燃焼ガスは、図示しな
い燃焼室12の出口から導出され、静翼で調速されて動
翼に送られて、ガスタービンに駆動力を発生させる。
[0006] The combustion gas generated by the combustion flame is led out from the outlet of the combustion chamber 12 (not shown), is speed-controlled by the stationary blades, is sent to the moving blades, and generates a driving force for the gas turbine.

【0007】また、上述したパイロットノズル2、メイ
ンノズル8等を内部に配設するようにした上流側内筒6
の後端部に、その先端部が連結されて燃焼室12を、上
流側内筒6とともに形成する下流側内筒7は、図に示す
ように、後流側ほど外径が大きくされた複数の筒で形成
され、隣接して配置された下流側内筒7の連結部には、
隙間が形成されるようにしてあり、上流側内筒6および
下流側内筒7の外側を流れる圧縮空気の一部が、この隙
間から冷却空気17として下流側内筒7内に流入し、下
流側内筒7の内周面に沿って流れ、下流側内筒7を内部
から冷却して、高温、高圧の燃焼ガスから保護するよう
にしている。
The upstream inner cylinder 6 in which the pilot nozzle 2, the main nozzle 8 and the like are disposed inside.
As shown in the figure, a downstream inner cylinder 7 having a front end connected to a rear end thereof to form a combustion chamber 12 together with an upstream inner cylinder 6 has a plurality of outer diameters that are increased toward the downstream side. The connecting portion of the downstream inner cylinder 7 which is formed of
A gap is formed, and a part of the compressed air flowing outside the upstream-side inner cylinder 6 and the downstream-side inner cylinder 7 flows into the downstream-side inner cylinder 7 as cooling air 17 from this gap. It flows along the inner peripheral surface of the side inner cylinder 7 and cools the downstream inner cylinder 7 from the inside to protect it from high temperature and high pressure combustion gas.

【0008】上述したように、従来のガスタービン燃焼
器1では、パイロットノズル2およびメインノズル8等
が燃焼室12の上流側の上流側内筒6に配置されてお
り、パイロット燃料13およびメイン燃料15の全て、
すなわち、ガスタービンの作動に必要な全ての燃料が、
燃焼室12の上流側で供給されるようになっているため
に、供給された燃料の未燃燃料割合が、図4に示す未燃
燃料燃焼器軸方向分布に示されるように、上流側で大き
くはなるが、下流側に向けてなだらかに低減する分布の
ものになる。すなわち、燃焼室12内のある断面におい
て燃焼している燃料量の割合、いわゆる、断面負荷率が
上流側で大きくはなるものの、下流側のある程度の範囲
でも、ある程度の未燃焼料割合が維持され、断面負荷率
が分担されるために、燃焼室12内における燃焼は、安
定燃焼と低NOxを維持できるものとなっていた。
As described above, in the conventional gas turbine combustor 1, the pilot nozzle 2, the main nozzle 8, and the like are disposed in the upstream inner cylinder 6 on the upstream side of the combustion chamber 12, and the pilot fuel 13 and the main fuel All of 15,
In other words, all the fuel required to operate the gas turbine
Since the fuel is supplied on the upstream side of the combustion chamber 12, the unburned fuel ratio of the supplied fuel is increased on the upstream side as shown in the unburned fuel combustor axial distribution shown in FIG. Although the distribution becomes large, the distribution gradually decreases toward the downstream side. That is, although the ratio of the amount of fuel burning in a certain cross section in the combustion chamber 12, that is, the cross-sectional load factor increases on the upstream side, a certain unburned charge ratio is maintained in a certain range on the downstream side. Since the sectional load factor is shared, combustion in the combustion chamber 12 can maintain stable combustion and low NOx.

【0009】しかしながら、近年において、大型化、高
効率化のために、燃焼ガスの高温、高圧化が要求される
ようになってきているガスタービンにおいては、燃焼ガ
スの高温、高圧により、燃焼室12内に供給された燃料
の反応速度が高くなり、このために、上流側でガスター
ビンの運転に必要とする100%の燃料13,15を供
給するようにすると、上流側で直ちに燃焼して、未燃焼
料が下流側では殆んど分布しないようになり、断面負荷
率が上流側で上昇し、燃焼室12内の燃焼は、不安定な
燃焼状態になるとともに、NOxの発生が増大するとい
う問題が生じてきている。
However, in recent years, in gas turbines which require high temperature and high pressure of the combustion gas in order to increase the size and increase the efficiency, the high temperature and high pressure of the combustion gas cause The reaction speed of the fuel supplied to the inside of the fuel cell 12 increases, and therefore, if 100% fuels 13 and 15 required for the operation of the gas turbine are supplied on the upstream side, the fuel is immediately burned on the upstream side. The unburned fuel is hardly distributed on the downstream side, the cross-sectional load factor increases on the upstream side, the combustion in the combustion chamber 12 becomes unstable, and the generation of NOx increases. The problem has arisen.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、大型化、高
効率化のために燃焼ガスの高温、高圧化が要求されるよ
うになってきているガスタービンに、従来のガスタービ
ンと同様に燃焼室の上流側に100%の燃料を供給する
ようにした場合に生じる燃焼状態の不安定、又はNOx
発生の増大の不具合を解消できるようにしたガスタービ
ン燃焼器を提供することを課題とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a gas turbine which is required to have a high temperature and a high pressure of a combustion gas in order to increase the size and the efficiency, as well as a conventional gas turbine. Instability of combustion state or NOx caused when 100% fuel is supplied to the upstream side of the combustion chamber
An object of the present invention is to provide a gas turbine combustor capable of solving the problem of increased generation.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】このため、本発明のガス
タービン燃焼器は、次の手段とした。
For this reason, the gas turbine combustor of the present invention has the following means.

【0012】(1)軸対称に形成された筒状の上流側内
筒の軸心部に配設されたパイロットノズルの保炎により
着火してメイン燃焼を行うメイン燃料が、パイロットノ
ズルの外周に配設されたスワーラにより旋回流にされた
燃焼用空気を流すようにした、上流側内筒および上流側
内筒に先端部が連結された下流側内筒で形成された燃焼
室内における、燃焼用空気の流れの方向に分割されて供
給されるようにした。
(1) The main fuel, which ignites by the flame holding of the pilot nozzle disposed at the axial center of the axially symmetrical cylindrical upstream inner cylinder and performs main combustion, is provided on the outer periphery of the pilot nozzle. A combustion chamber formed by an upstream inner cylinder and a downstream inner cylinder having a distal end connected to the upstream inner cylinder, in which the swirling combustion air is caused to flow by the disposed swirler. The air was divided and supplied in the direction of the air flow.

【0013】(a)これにより、近年、大型化、高効率
化のために燃焼ガスの高温、高圧化が要求されるように
なり、この燃焼ガスの高温、高圧により、燃焼室内に供
給された燃料の反応速度が高くなるガスタービンにおい
ても、燃焼室内に供給された燃料の未燃燃料割合が、燃
焼室内を流れる燃焼空気の流れの方向に向けてなだらか
に変動する分布になるものにすることができる。
(A) Due to this, in recent years, it has become necessary to increase the temperature and pressure of the combustion gas in order to increase the size and increase the efficiency, and the combustion gas is supplied into the combustion chamber by the high temperature and pressure. Even in a gas turbine where the reaction speed of fuel increases, the proportion of unburned fuel in the fuel supplied to the combustion chamber should have a distribution that smoothly fluctuates in the direction of the flow of combustion air flowing through the combustion chamber. Can be.

【0014】すなわち、断面負荷率が、特に、上流側で
局所的に上昇することがなくなり、燃焼室内における燃
焼が安定した燃焼状態のものになるとともに、燃焼に伴
うNOxの発生を低減することができる。また、本発明
のガスタービン燃焼器は、上述(1)の手段に加え、次
の手段とした。
That is, the sectional load factor is prevented from locally increasing, particularly on the upstream side, so that the combustion in the combustion chamber is in a stable combustion state, and the generation of NOx due to the combustion is reduced. it can. Further, the gas turbine combustor of the present invention employs the following means in addition to the above-mentioned means (1).

【0015】(2)メイン燃料を前記燃焼室内に供給す
るメインノズルが、燃焼用空気の流れの方向に分割して
メイン燃料を供給するように定められた供給位置におけ
る、燃焼室を形成する上流側内筒および下流側内筒を貫
通して設けられるようにした。
(2) An upstream forming the combustion chamber at a supply position determined so that the main nozzle for supplying the main fuel into the combustion chamber is divided in the direction of the flow of the combustion air to supply the main fuel. It is provided so as to penetrate the side inner cylinder and the downstream inner cylinder.

【0016】(b)これにより、上述(a)に加え、未
燃燃料割合の燃焼室軸方向の分布が、各メインノズルか
らの噴射される燃料を個別に制御することにより、自在
に制御できるようになり、燃焼状態をより安定したもの
にできるとともに、NOxの発生を効果的に低減するこ
とができる。
(B) Accordingly, in addition to the above (a), the distribution of the unburned fuel ratio in the axial direction of the combustion chamber can be freely controlled by individually controlling the fuel injected from each main nozzle. As a result, the combustion state can be made more stable, and the generation of NOx can be effectively reduced.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明のガスタービン燃焼
器の実施の一形態を図面にもとづき説明する。図1は、
本発明のガスタービン燃焼器の実施の第1形態を示す部
分縦断面図である。なお、図において図3に示す従来の
ガスタービン燃焼器と同一部材、若しくは類似の部材に
は同符号を付し、説明は省略する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a gas turbine combustor according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG.
1 is a partial longitudinal sectional view showing a first embodiment of a gas turbine combustor according to the present invention. In the figure, the same or similar members as those of the conventional gas turbine combustor shown in FIG.

【0018】図に示すように、本実施の形態のガスター
ビン燃焼器20は、軸対称に形成された筒状の上流側内
筒6と上流側内筒6の後端部に先端部が連結された下流
側内筒7とで囲まれて、区画された燃焼室12が形成さ
れ、この燃焼室12の上流側壁部には、中央部にパイロ
ットノズル2が取り付けられると共に、パイロットノズ
ル2の外周には、パイロットノズル2の前方に供給され
る燃焼用空気21に旋回流を発生させる、基端部をパイ
ロットノズル2の外周面に固着したパイロットスワーラ
3が、周方向に等ピッチに設けられている。
As shown in the figure, the gas turbine combustor 20 of the present embodiment has a cylindrical upstream-side inner cylinder 6 formed axially symmetrically and a front end connected to a rear end of the upstream-side inner cylinder 6. A divided combustion chamber 12 is defined by being surrounded by the downstream inner cylinder 7, and a pilot nozzle 2 is attached to a central portion of the upstream side wall of the combustion chamber 12, and an outer periphery of the pilot nozzle 2 is formed. A pilot swirler 3 having a base end fixed to the outer peripheral surface of the pilot nozzle 2 for generating a swirling flow in the combustion air 21 supplied in front of the pilot nozzle 2 is provided at a constant pitch in the circumferential direction. I have.

【0019】さらに、パイロットスワーラ3の先端部を
固着する外周面とパイロットノズル2の外周面である内
周面との間に形成され、パイロットスワーラ3が設置さ
れ、燃焼用空気21を流すようにした、燃焼用空気流路
23出口側から燃焼室12の燃焼用空気21の流れる軸
方向には、間隔を設けて、上流側内筒6および下流側内
筒7を貫通させたメインノズル22a〜22fからなる
メインノズル22が複数本配設されている。
Further, a pilot swirler 3 is provided between the outer peripheral surface to which the tip of the pilot swirler 3 is fixed and the inner peripheral surface which is the outer peripheral surface of the pilot nozzle 2, so that the combustion air 21 flows. The main nozzles 22a to 22a through which the upstream inner cylinder 6 and the downstream inner cylinder 7 penetrate through the upstream inner cylinder 6 and the downstream inner cylinder 7 at intervals in the axial direction of the combustion air 21 in the combustion chamber 12 flowing from the exit side of the combustion air flow path 23. A plurality of main nozzles 22f are provided.

【0020】このように構成された、本実施の形態のガ
スタービン燃焼器20においては、パイロット燃料13
はパイロットノズル2より供給される。また、燃焼用空
気21はパイロットスワーラ3により、旋回力を与えら
れ燃焼室12へ供給される。このため、パイロットノズ
ル2の前方には、従来のガスタービン燃焼器1と同様
に、燃焼室12の上流側に保炎用再循環領域14が形成
され、保炎が行われる。
In the gas turbine combustor 20 of the present embodiment configured as described above, the pilot fuel 13
Is supplied from the pilot nozzle 2. Further, the swirling force is applied to the combustion air 21 by the pilot swirler 3 and supplied to the combustion chamber 12. For this reason, in front of the pilot nozzle 2, similarly to the conventional gas turbine combustor 1, a flame holding recirculation region 14 is formed upstream of the combustion chamber 12, and the flame holding is performed.

【0021】そして、ガスタービンの低負荷時には、燃
焼室12で発生する燃焼ガスの温度が低いため、メイン
ノズル22から燃焼室12内に供給されるメイン燃料1
5の反応速度が低いため、パイロットノズル2および上
流側内筒6と貫通して設けたメインノズル22aからだ
けメイン燃料15を供給するようにし、燃焼室12の上
流側においてメイン燃料15を100%供給するように
している。
When the load of the gas turbine is low, the temperature of the combustion gas generated in the combustion chamber 12 is low.
5, the main fuel 15 is supplied only from the main nozzle 22a provided to penetrate the pilot nozzle 2 and the upstream inner cylinder 6, and the main fuel 15 is supplied 100% upstream of the combustion chamber 12. I am trying to supply.

【0022】さらに、ガスタービンの高負荷時には、メ
イン燃料15を下流側内筒7を貫通して設けたメインノ
ズル22b〜22fからも供給するようにして、燃焼室
12の下流側でもメイン燃料15を供給するようにし
て、メイン燃料15の供給を、燃焼室12の軸方向に分
散させて供給されるようにしている。
Further, when the gas turbine is under heavy load, the main fuel 15 is also supplied from the main nozzles 22b to 22f provided through the downstream inner cylinder 7, so that the main fuel 15 is also provided on the downstream side of the combustion chamber 12. So that the supply of the main fuel 15 is distributed and supplied in the axial direction of the combustion chamber 12.

【0023】すなわち、ガスタービンの低負荷時には、
燃焼室12の上流側において、メイン燃料15を100
%供給することにより、燃焼室12内の軸方向における
メイン燃料15の未燃燃焼割合は、図2に示す実線のよ
うになり、ガスタービンの高負荷時は、ガスタービンの
運転に必要とするメイン燃料15を、燃焼室12の上流
側から下流側にかけて分割して供給することにより、燃
焼室12の軸方向におけるメイン燃料15の未燃燃焼割
合は、図2に示す点線のようになる。
That is, when the gas turbine has a low load,
On the upstream side of the combustion chamber 12, 100
By supplying%, the unburned combustion ratio of the main fuel 15 in the axial direction in the combustion chamber 12 becomes as shown by the solid line in FIG. 2. When the gas turbine is under a high load, it is necessary for the operation of the gas turbine. By dividing and supplying the main fuel 15 from the upstream side to the downstream side of the combustion chamber 12, the unburned combustion ratio of the main fuel 15 in the axial direction of the combustion chamber 12 becomes as shown by a dotted line in FIG.

【0024】このように、本実施の形態のガスタービン
燃焼器20では、燃焼ガスが低温、低圧になるガスター
ビンの低負荷時には、メイン燃料15の反応速度が低い
為に、燃焼室12上流側よりメイン燃料15の全てを供
給し、再循環流14によって保炎を行う事で、安全な燃
焼状態を実現する。すなわち、従来の燃焼器1と基本的
には同一の作動を行わせる。
As described above, in the gas turbine combustor 20 of the present embodiment, the reaction speed of the main fuel 15 is low when the load of the gas turbine is low and the pressure of the combustion gas is low. By supplying all of the main fuel 15 and performing flame holding by the recirculation flow 14, a safe combustion state is realized. That is, the same operation as that of the conventional combustor 1 is performed basically.

【0025】これに対して、燃焼ガスが高温、高圧にな
るガスタービンの高負荷時には、メイン燃料15の反応
速度が速くなり、燃焼室12上流側よりメイン燃料15
の100%を供給すると、燃焼室12上流側の断面負荷
率が上昇する為に、不安定な燃焼状態となってしまう。
この断面負荷率の上昇は、燃焼室12内に局所的に高温
ガス領域を形成する為に、NOxの発生が多くなってし
まう。このため、高負荷時には、メイン燃料15を分割
して燃焼室12の下流側でも供給するようにすることに
より、燃焼室12上流側の断面負荷率を下げ、断面負荷
率を燃焼室12の下流側に分散させることにより、安定
な燃焼状態を実現するとともに、燃焼室12内の局所的
な高温ガス領域を無くす事でNOxの発生を抑えること
ができる。
On the other hand, when the load of the gas turbine becomes high and the pressure of the combustion gas becomes high, the reaction speed of the main fuel 15 increases, and the main fuel 15 flows from the upstream side of the combustion chamber 12.
When 100% is supplied, the cross-sectional load factor on the upstream side of the combustion chamber 12 increases, resulting in an unstable combustion state.
This increase in the cross-sectional load factor causes a high-temperature gas region to be locally formed in the combustion chamber 12, so that the generation of NOx increases. For this reason, when the load is high, the main fuel 15 is divided and supplied also to the downstream side of the combustion chamber 12, so that the cross-sectional load factor on the upstream side of the combustion chamber 12 is reduced, and the cross-sectional load factor is reduced to the downstream side of the combustion chamber 12. By dispersing to the side, a stable combustion state is realized, and generation of NOx can be suppressed by eliminating a local high-temperature gas region in the combustion chamber 12.

【0026】さらに、燃焼ガスが高温、高圧条件にな
り、メイン燃料15の自己着火条件を満足するガスター
ビン負荷となった場合には、パイロットノズル2により
供給するようにしているパイロット燃料13を極端に減
少させ、又は供給を止めることにより、再循環領域14
へのパイロット燃料13を供給せずとも、安定な燃焼状
態を実現することができ、同時に、パイロット燃料13
の燃焼に伴い発生する局所的な高温ガス領域をより少く
して、NOxの発生を抑える事が可能となる。また、燃
焼に必要な空気を燃焼室12に供給する空気流路は、従
来パイロット用空気流路5と、複数個のメイン用空気流
路11との2系統設けるとしていたが、これが単一の燃
焼用空気流路23の設置で充分になるとともに、各メイ
ン用空気流路11毎に設けるようにしていたメインスワ
ーラ9の設置が不要になる。
Further, when the combustion gas becomes high temperature and high pressure conditions and the load of the gas turbine satisfies the self-ignition condition of the main fuel 15, the pilot fuel 13 supplied by the pilot nozzle 2 is extremely discharged. To the recirculation zone 14 by reducing
A stable combustion state can be realized without supplying the pilot fuel 13 to the
The generation of NOx can be suppressed by reducing the local high-temperature gas region generated due to the combustion of NO. In addition, the air flow path for supplying air required for combustion to the combustion chamber 12 is conventionally provided in two systems: the pilot air flow path 5 and a plurality of main air flow paths 11. The installation of the combustion air flow path 23 is sufficient, and the installation of the main swirler 9 provided for each main air flow path 11 becomes unnecessary.

【0027】なお、本実施の形態では説明を省略した
が、下流側内筒7を高温、高圧ガスから保護するように
した冷却空気17は、図3に示すものと同様にして燃焼
室12に導入され、下流側内筒7の内周面に沿って流れ
るようにし、下流側内筒7を冷却するようにしている。
Although the description is omitted in the present embodiment, the cooling air 17 for protecting the downstream inner cylinder 7 from high temperature and high pressure gas is supplied to the combustion chamber 12 in the same manner as shown in FIG. It is introduced and flows along the inner peripheral surface of the downstream inner cylinder 7 to cool the downstream inner cylinder 7.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のガスター
ビン燃焼器は、軸対称に形成された筒状の上流側内筒の
軸心部に配設されたパイロットノズルの保炎により着火
してメイン燃焼を行うメイン燃料が、パイロットノズル
の外周に配設されたスワーラにより、旋回流にされた燃
焼用空気を流すようにした燃焼室内における燃焼空気の
流れの方向に分割されて供給されるようにした。
As described above, the gas turbine combustor according to the present invention is ignited by the flame holding of the pilot nozzle disposed at the axial center of the axially inner cylindrical inner cylinder. The main fuel for performing main combustion is divided and supplied in a direction of the flow of combustion air in a combustion chamber in which swirling combustion air is caused to flow by a swirler arranged around the pilot nozzle. I did it.

【0029】これにより、近年、ガスタービンの高負荷
の時高温、高圧の燃焼ガスにより、燃焼室内に供給され
たメイン燃料の反応速度が高くなっても、燃焼室内に供
給されたメイン燃料の未燃燃料割合が、燃焼室内を流れ
る燃焼空気の流れの方向に向けてなだらかに変動する分
布のものにでき、断面負荷率が、上流側で局所的に上昇
することがなくなり、安定した燃焼状態になるととも
に、NOxの発生を低減することができる。
Thus, even if the reaction speed of the main fuel supplied into the combustion chamber is increased by the high-temperature and high-pressure combustion gas at a high load of the gas turbine in recent years, even if the main fuel supplied into the combustion chamber is not The fuel / fuel ratio can be made to have a distribution that fluctuates smoothly in the direction of the flow of combustion air flowing through the combustion chamber, and the cross-sectional load factor does not locally increase on the upstream side, resulting in a stable combustion state. In addition, the generation of NOx can be reduced.

【0030】さらに、燃焼ガスが高温、高圧条件にな
り、メイン燃料の自己着火条件を満足するガスタービン
負荷となった場合には、パイロットノズルにより供給す
るようにしているパイロット燃料を極端に減少させ、又
は供給を止めることにより再循環領域へのパイロット燃
料を供給せずとも、安定な燃焼状態を実現することがで
き、同時に局所的な高温ガス領域をより少くして、NO
xの発生を抑えることができる。
Further, when the temperature of the combustion gas is high and high pressure, and the load of the gas turbine satisfies the self-ignition condition of the main fuel, the pilot fuel supplied by the pilot nozzle is extremely reduced. Alternatively, without supplying the pilot fuel to the recirculation region by stopping the supply, a stable combustion state can be realized, and at the same time, the local high-temperature gas region is reduced, and NO
The occurrence of x can be suppressed.

【0031】また、本発明のガスタービン燃焼器は、メ
イン燃料を前記燃焼室内に供給するメインノズルが、前
記燃焼空気の流れの方向に分割して供給するように定め
られた供給位置における、燃焼室を形成する上流側内筒
および下流側内筒を貫通して設けるようにした。
Further, in the gas turbine combustor according to the present invention, the main nozzle for supplying main fuel into the combustion chamber is provided at a supply position determined so as to be divided and supplied in the direction of the flow of the combustion air. The chamber is formed so as to penetrate the upstream inner cylinder and the downstream inner cylinder that form the chamber.

【0032】これにより、未燃燃料の燃焼室軸方向の分
布が、各メインノズルから噴射される燃料を制御するこ
とにより、自在に制御できるようになり、燃焼状態をよ
り安定したものにできるとともに、NOxの発生をより
効果的に低減することができる。
Thus, the distribution of the unburned fuel in the axial direction of the combustion chamber can be freely controlled by controlling the fuel injected from each main nozzle, so that the combustion state can be made more stable. , NOx can be more effectively reduced.

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

【図1】本発明のガスタービン燃焼器の実施の第1形態
を示す部分断面図、
FIG. 1 is a partial sectional view showing a first embodiment of a gas turbine combustor according to the present invention;

【図2】図1に示す燃焼室の軸方向におけるメイン燃料
の未燃燃料割合を示す図、
FIG. 2 is a diagram showing an unburned fuel ratio of main fuel in an axial direction of a combustion chamber shown in FIG. 1;

【図3】従来のガスタービン燃焼器を示す部分縦断面
図、
FIG. 3 is a partial longitudinal sectional view showing a conventional gas turbine combustor.

【図4】図3に示す燃焼室の軸方向におけるメイン燃料
の未燃燃料割合を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an unburned fuel ratio of main fuel in an axial direction of a combustion chamber shown in FIG. 3;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガスタービン燃焼器 2 パイロットノズル 3 パイロットスワーラ 4 パイロット用空気 5 パイロット用空気流路 6 上流側内筒 7 下流側内筒 8 メインノズル 9 メインスワーラ 10 メイン用空気 11 メイン用空気流路 12 燃焼室 13 パイロット燃料 14 保炎用再循環領域 15 メイン燃料 16 保炎用ダクト 17 冷却空気 20 ガスタービン燃焼器 21 燃焼用空気 22,22a〜22f メインノズル 23 燃焼用空気流路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas turbine combustor 2 Pilot nozzle 3 Pilot swirler 4 Pilot air 5 Pilot air flow path 6 Upstream inner cylinder 7 Downstream inner cylinder 8 Main nozzle 9 Main swirler 10 Main air 11 Main air flow path 12 Combustion chamber DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Pilot fuel 14 Flame holding recirculation area 15 Main fuel 16 Flame holding duct 17 Cooling air 20 Gas turbine combustor 21 Combustion air 22, 22a to 22f Main nozzle 23 Combustion air flow path

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F23R 3/34 F23R 3/34 (72)発明者 太田 将豊 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 (72)発明者 稲田 満 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製作所内────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI F23R 3/34 F23R 3/34 (72) Inventor Masatoyo Ota 2-1-1, Araimachi Shinhama, Takasago-shi, Hyogo Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Inside the Takasago Research Laboratory (72) Inventor Mitsuru Inada 2-1-1, Shinhama, Arai-machi, Takasago City, Hyogo Prefecture Inside the Takasago Machinery Works, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 軸対称に形成された筒状の上流側内筒の
軸心部に配設され、保炎を行うようにしたパイロットノ
ズル、および前記パイロットノズルの外周に配設され、
燃焼用空気を旋回流にして前記上流側内筒および前記上
流側内筒に先端部が連結された下流側内筒で形成される
燃焼室内に供給するようにしたスワーラを備えたガスタ
ービン燃焼器において、メイン燃焼を行うメイン燃料が
前記燃焼室内における燃焼ガスの流れの方向に分割され
て、供給されるようにしたことを特徴とするガスタービ
ン燃焼器。
1. A pilot nozzle which is disposed at an axial center of a cylindrical upstream inner cylinder formed to be axially symmetrical and performs flame holding, and is disposed around an outer periphery of the pilot nozzle,
A gas turbine combustor including a swirler configured to supply combustion air into a combustion chamber formed by a swirling flow and formed into a combustion chamber formed by the upstream inner cylinder and a downstream inner cylinder having a distal end connected to the upstream inner cylinder. 3. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein the main fuel for performing the main combustion is divided and supplied in the direction of the flow of the combustion gas in the combustion chamber.
【請求項2】 前記メイン燃料を前記燃焼室内を供給す
るメインノズルが、前記燃焼ガスの流れの方向に分割し
て供給するようにした供給位置における、前記上流側内
筒および前記下流側内筒を貫通して設けられていること
を特徴とする請求項1のガスタービン燃焼器。
2. The upstream internal cylinder and the downstream internal cylinder at a supply position where a main nozzle that supplies the main fuel into the combustion chamber is supplied in a divided manner in a direction of the combustion gas flow. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein the gas turbine combustor is provided so as to pass therethrough.
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