JPH11311416A - 低エミッションガスタ―ビン燃焼器 - Google Patents
低エミッションガスタ―ビン燃焼器Info
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- JPH11311416A JPH11311416A JP11071218A JP7121899A JPH11311416A JP H11311416 A JPH11311416 A JP H11311416A JP 11071218 A JP11071218 A JP 11071218A JP 7121899 A JP7121899 A JP 7121899A JP H11311416 A JPH11311416 A JP H11311416A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/04—Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants
- F02C7/05—Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants having provisions for obviating the penetration of damaging objects or particles
- F02C7/055—Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants having provisions for obviating the penetration of damaging objects or particles with intake grids, screens or guards
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
- F23R3/04—Air inlet arrangements
- F23R3/06—Arrangement of apertures along the flame tube
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】拡散炎燃焼器の運転の低コストおよび簡易性と
予混合燃焼器の低エミッションとを組み合わせた改良型
ガスタービン燃焼器を提供する。 【解決手段】圧縮機と協働してガスタービンを駆動する
最適化された燃焼器は、上流の燃料入口領域および下流
のタービン入口領域を有する円筒形燃焼器外壁を備え
る。燃焼器内部でのＮＯｘ生成を低減するための混合穴
の配列が、燃焼器外壁の外周に燃料入口領域に隣接して
配置されている。燃焼器への希釈空気の入口を与える希
釈穴の配列が、燃焼器外壁の中間部に配置されている、
予混合燃焼器の低エミッションとを組み合わせた改良型
ガスタービン燃焼器を提供する。 【解決手段】圧縮機と協働してガスタービンを駆動する
最適化された燃焼器は、上流の燃料入口領域および下流
のタービン入口領域を有する円筒形燃焼器外壁を備え
る。燃焼器内部でのＮＯｘ生成を低減するための混合穴
の配列が、燃焼器外壁の外周に燃料入口領域に隣接して
配置されている。燃焼器への希釈空気の入口を与える希
釈穴の配列が、燃焼器外壁の中間部に配置されている、
Description
【０００１】
【技術分野】この発明は、一般に工業用タービンエンジ
ン、特にその燃焼器に関する。
ン、特にその燃焼器に関する。
【０００２】
【背景技術】工業用発電ガスタービンエンジンでは、圧
縮機で空気を圧縮し、圧縮空気を燃焼器で燃料と混合
し、点火して燃焼ガスを生成する。燃焼ガスはタービン
に流れ、タービンは、圧縮機に動力供給するシャフトを
駆動するためのエネルギーを抽出し、またたとえば発電
機に動力供給するための出力パワーを生成する。タービ
ンは、代表的には、発電機に動力供給して送電線路網
（ユーティリティグリッド）に電力を送り出すために、
比較的大きなベース負荷で長期間運転される。
縮機で空気を圧縮し、圧縮空気を燃焼器で燃料と混合
し、点火して燃焼ガスを生成する。燃焼ガスはタービン
に流れ、タービンは、圧縮機に動力供給するシャフトを
駆動するためのエネルギーを抽出し、またたとえば発電
機に動力供給するための出力パワーを生成する。タービ
ンは、代表的には、発電機に動力供給して送電線路網
（ユーティリティグリッド）に電力を送り出すために、
比較的大きなベース負荷で長期間運転される。
【０００３】過去１０年ほどの間に、タービン発電所か
らのエミッション（排ガス排出量）を低減する法的規制
条件が、格段に増加している。世界中の環境機関が、現
行および新規タービン両方からのＮＯｘ、ＣＯその他の
汚染物質の排出量の低減を要求している。従来のタービ
ン燃焼器は、燃料と空気が別々に自由に燃焼室に入り、
燃料と空気の混合が燃焼と同時に起こる、非予混合の拡
散炎に依拠している。代表的な拡散炎は、化学量論的条
件またはその近傍で燃焼する領域により規定される。得
られる火炎温度は３０００°Ｆ（１６５０℃）を超え
る。約２８５０°Ｆ（１５６５℃）を超える温度では２
原子の窒素が酸素と迅速に反応するので、拡散炎は通常
比較的高レベルのＮＯｘエミッションを生成する。
らのエミッション（排ガス排出量）を低減する法的規制
条件が、格段に増加している。世界中の環境機関が、現
行および新規タービン両方からのＮＯｘ、ＣＯその他の
汚染物質の排出量の低減を要求している。従来のタービ
ン燃焼器は、燃料と空気が別々に自由に燃焼室に入り、
燃料と空気の混合が燃焼と同時に起こる、非予混合の拡
散炎に依拠している。代表的な拡散炎は、化学量論的条
件またはその近傍で燃焼する領域により規定される。得
られる火炎温度は３０００°Ｆ（１６５０℃）を超え
る。約２８５０°Ｆ（１５６５℃）を超える温度では２
原子の窒素が酸素と迅速に反応するので、拡散炎は通常
比較的高レベルのＮＯｘエミッションを生成する。
【０００４】ピーク温度を下げ、これによりＮＯｘエミ
ッションを低減するために、水または水蒸気を燃焼器に
噴射する方法が通常用いられる。しかし、水または水蒸
気の噴射は、比較的経費のかさむ手段であり、一酸化炭
素バーンアウト反応を鎮静する望ましくない副作用を起
こす。その上、水または水蒸気噴射法は、現在多くの地
域で要求されているきわめて低い汚染物質レベルをクリ
アする能力の点で限界がある。さらに、この方法は、遠
隔地のパイプライン基地などの、水や水蒸気が得られな
い施設には使用できない。
ッションを低減するために、水または水蒸気を燃焼器に
噴射する方法が通常用いられる。しかし、水または水蒸
気の噴射は、比較的経費のかさむ手段であり、一酸化炭
素バーンアウト反応を鎮静する望ましくない副作用を起
こす。その上、水または水蒸気噴射法は、現在多くの地
域で要求されているきわめて低い汚染物質レベルをクリ
アする能力の点で限界がある。さらに、この方法は、遠
隔地のパイプライン基地などの、水や水蒸気が得られな
い施設には使用できない。
【０００５】従来の拡散炎燃焼器にはこのような制約が
あるため、リーン予混合タービン燃焼器が開発された。
リーン予混合燃焼器は、希釈剤を注入することなく、き
わめて低いＮＯｘおよびＣＯエミッションを達成するこ
とができる。リーン予混合燃焼器は、燃焼前に燃料と空
気を混合し、これによりＮＯｘ形成につながる高温条件
を回避する。しかし、このエミッション低減は、簡易性
およびコストと引き換えに得られる。予混合燃焼器には
たいていの場合、多数の燃料噴射器または燃料ノズル、
多数の燃料マニホールド、多数のパージマニホールド、
そして多数の燃料制御弁を設けるので、予混合燃焼器の
コストは従来の拡散炎燃焼器の５〜１０倍になる。さら
に、予混合燃焼器は、通常、多数の運転モードを有す
る。リーン予混合燃焼器は、狭い負荷範囲にわたっての
み、代表的にはベース負荷近くでのみ、予混合モードで
運転でき、予混合燃焼の低エミッションを達成できる。
しかし、低負荷時には、可燃性限界のために、予混合燃
焼器を拡散炎燃焼器として運転しなければならないこと
が多い。このモード切替の必要から、燃焼システムのコ
ストと複雑さが増大する。
あるため、リーン予混合タービン燃焼器が開発された。
リーン予混合燃焼器は、希釈剤を注入することなく、き
わめて低いＮＯｘおよびＣＯエミッションを達成するこ
とができる。リーン予混合燃焼器は、燃焼前に燃料と空
気を混合し、これによりＮＯｘ形成につながる高温条件
を回避する。しかし、このエミッション低減は、簡易性
およびコストと引き換えに得られる。予混合燃焼器には
たいていの場合、多数の燃料噴射器または燃料ノズル、
多数の燃料マニホールド、多数のパージマニホールド、
そして多数の燃料制御弁を設けるので、予混合燃焼器の
コストは従来の拡散炎燃焼器の５〜１０倍になる。さら
に、予混合燃焼器は、通常、多数の運転モードを有す
る。リーン予混合燃焼器は、狭い負荷範囲にわたっての
み、代表的にはベース負荷近くでのみ、予混合モードで
運転でき、予混合燃焼の低エミッションを達成できる。
しかし、低負荷時には、可燃性限界のために、予混合燃
焼器を拡散炎燃焼器として運転しなければならないこと
が多い。このモード切替の必要から、燃焼システムのコ
ストと複雑さが増大する。
【０００６】上述したところから明らかなように、拡散
炎燃焼器の運転の低コストおよび簡易性と予混合燃焼器
の低エミッションとを組み合わせた改良型ガスタービン
燃焼器が当業界で求められている。
炎燃焼器の運転の低コストおよび簡易性と予混合燃焼器
の低エミッションとを組み合わせた改良型ガスタービン
燃焼器が当業界で求められている。
【０００７】
【発明の概要】この発明の、圧縮機と協働してガスター
ビンを駆動する最適化された燃焼器は、上流の燃料入口
端および下流のタービン入口端を有する円筒形燃焼器外
壁を備える。燃焼器内部でのＮＯｘ生成を低減するため
の混合穴の配列が、燃焼器外壁の外周に燃料入口端に隣
接して配置されている。燃焼器への希釈空気の入口を与
える希釈穴の配列が、燃焼器外壁の中間部に配置されて
いる。
ビンを駆動する最適化された燃焼器は、上流の燃料入口
端および下流のタービン入口端を有する円筒形燃焼器外
壁を備える。燃焼器内部でのＮＯｘ生成を低減するため
の混合穴の配列が、燃焼器外壁の外周に燃料入口端に隣
接して配置されている。燃焼器への希釈空気の入口を与
える希釈穴の配列が、燃焼器外壁の中間部に配置されて
いる。
【０００８】
【好適な実施態様の説明】図１に、低ＮＯｘ燃焼器を圧
縮機およびタービンと流れ連通関係に連結した工業用ガ
スタービンエンジンを線図的に示す。図１に例示した工
業用発電ガスタービンエンジン１０は、空気１４を圧縮
する圧縮機１２を含み、少なくとも１つの燃焼器１８
で、圧縮空気１４を燃料１６と混合し、点火する。ター
ビン２０が圧縮機１２に駆動シャフト２２で連結され、
駆動シャフト２２の一部は後方に延在して発電を行う発
電機（図示せず）にパワーを供給する。運転中は、圧縮
機１２が排出する圧縮空気１４を燃料１６と混合、点火
して、燃焼ガス２４を発生し、タービン２０により燃焼
ガス２４からエネルギーを抽出し、これによりシャフト
２２を回転して圧縮機１２に動力供給するとともに、発
電機または他の外部負荷を駆動するための出力パワーを
生成する。燃焼器１８は、内部に燃焼室２８を画定する
円筒形燃焼器壁２６を備える。
縮機およびタービンと流れ連通関係に連結した工業用ガ
スタービンエンジンを線図的に示す。図１に例示した工
業用発電ガスタービンエンジン１０は、空気１４を圧縮
する圧縮機１２を含み、少なくとも１つの燃焼器１８
で、圧縮空気１４を燃料１６と混合し、点火する。ター
ビン２０が圧縮機１２に駆動シャフト２２で連結され、
駆動シャフト２２の一部は後方に延在して発電を行う発
電機（図示せず）にパワーを供給する。運転中は、圧縮
機１２が排出する圧縮空気１４を燃料１６と混合、点火
して、燃焼ガス２４を発生し、タービン２０により燃焼
ガス２４からエネルギーを抽出し、これによりシャフト
２２を回転して圧縮機１２に動力供給するとともに、発
電機または他の外部負荷を駆動するための出力パワーを
生成する。燃焼器１８は、内部に燃焼室２８を画定する
円筒形燃焼器壁２６を備える。
【０００９】従来の燃焼器は、図２に示すように、燃焼
器の外周に複数組の一次空気穴を配置した構成をとるの
が代表的である。混合穴と呼ばれる第１組の空気穴５０
は、適当な量の空気を燃焼室２８内の反応領域に供給す
る。ほとんどの従来の燃焼器において、第１組の空気穴
５０はその中央領域に配置されている。第２組の空気穴
５４が燃焼室の下流端に配置されて、移行部材（図示せ
ず）やタービン入口（図示せず）に入る前に燃焼ガス２
４を急冷する。
器の外周に複数組の一次空気穴を配置した構成をとるの
が代表的である。混合穴と呼ばれる第１組の空気穴５０
は、適当な量の空気を燃焼室２８内の反応領域に供給す
る。ほとんどの従来の燃焼器において、第１組の空気穴
５０はその中央領域に配置されている。第２組の空気穴
５４が燃焼室の下流端に配置されて、移行部材（図示せ
ず）やタービン入口（図示せず）に入る前に燃焼ガス２
４を急冷する。
【００１０】従来の燃焼器を設計した当初、生成するＮ
Ｏｘエミッション（排出）にほとんど注意を払わなかっ
た。当初の設計目的は、代表的には、完全燃焼を達成す
ること、妥当な圧力降下、長い部品寿命（低い金属温
度）、良好な火炎安定性、ターンダウン比および点火特
性、そして所望の排気温度分布などであった。これらの
目的を達成したら、設計作業は完了した。その結果、従
来の燃焼器は比較的多量のＮＯｘエミッションを生成す
る。
Ｏｘエミッション（排出）にほとんど注意を払わなかっ
た。当初の設計目的は、代表的には、完全燃焼を達成す
ること、妥当な圧力降下、長い部品寿命（低い金属温
度）、良好な火炎安定性、ターンダウン比および点火特
性、そして所望の排気温度分布などであった。これらの
目的を達成したら、設計作業は完了した。その結果、従
来の燃焼器は比較的多量のＮＯｘエミッションを生成す
る。
【００１１】この発明の１実施例による、最適化された
燃焼器１００を図３に示す。燃焼器１００は、燃料入口
端１０６およびタービン入口端１０７を有する円筒形燃
焼器外壁１０２を備える。燃焼器壁１０２は、代表的に
は、公称直径（ｄ）が約９〜約１５インチ、公称長さ
（Ｌ）が約３５〜約５０インチの範囲である。燃焼器壁
１０２は、ハステロイ（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ）Ｘなどの
通常の燃焼ライナー材料のいずれかから作成することが
できるが、それに限定されるものではない。
燃焼器１００を図３に示す。燃焼器１００は、燃料入口
端１０６およびタービン入口端１０７を有する円筒形燃
焼器外壁１０２を備える。燃焼器壁１０２は、代表的に
は、公称直径（ｄ）が約９〜約１５インチ、公称長さ
（Ｌ）が約３５〜約５０インチの範囲である。燃焼器壁
１０２は、ハステロイ（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ）Ｘなどの
通常の燃焼ライナー材料のいずれかから作成することが
できるが、それに限定されるものではない。
【００１２】この発明の１実施例では、複数の混合穴１
０４を燃焼器１００の燃料入口端１０６の近くに配置し
て、混合空気１０５用の入口を構成する。代表的には、
混合穴１０４の直径は約０．５〜約１インチの範囲であ
る。混合穴１０４の数は、代表的には、燃焼器１００の
全体寸法に応じて変えることができる。本発明の１実施
例では、混合穴１０４の数は約５〜約２０穴の範囲であ
る。
０４を燃焼器１００の燃料入口端１０６の近くに配置し
て、混合空気１０５用の入口を構成する。代表的には、
混合穴１０４の直径は約０．５〜約１インチの範囲であ
る。混合穴１０４の数は、代表的には、燃焼器１００の
全体寸法に応じて変えることができる。本発明の１実施
例では、混合穴１０４の数は約５〜約２０穴の範囲であ
る。
【００１３】代表的には、混合穴１０４を燃料入口端１
０６から軸線方向約３〜約１０インチの範囲に配置す
る。さらに、必ずしも必要ではないが、混合穴１０４を
燃焼器壁１０２の円周方向に等間隔に分布させる。この
発明の１実施例では、混合穴１０４を燃焼器壁１０２の
円周のまわりに軸線方向に離間した少なくとも２列の穴
として配置し、燃焼器１００に入る混合空気１０５を軸
線方向に離す。混合空気１０５の比較的大きな部分を燃
料入口端１０６またはその付近で燃焼器１００中に導入
することにより、燃料−空気混合特性が改良される。空
気の大部分をこのように導入することにより、化学量論
的状態で生起する燃焼の量を減らし、したがってＮＯｘ
エミッションを低減する。
０６から軸線方向約３〜約１０インチの範囲に配置す
る。さらに、必ずしも必要ではないが、混合穴１０４を
燃焼器壁１０２の円周方向に等間隔に分布させる。この
発明の１実施例では、混合穴１０４を燃焼器壁１０２の
円周のまわりに軸線方向に離間した少なくとも２列の穴
として配置し、燃焼器１００に入る混合空気１０５を軸
線方向に離す。混合空気１０５の比較的大きな部分を燃
料入口端１０６またはその付近で燃焼器１００中に導入
することにより、燃料−空気混合特性が改良される。空
気の大部分をこのように導入することにより、化学量論
的状態で生起する燃焼の量を減らし、したがってＮＯｘ
エミッションを低減する。
【００１４】燃焼器１００にはさらに、複数の希釈穴１
０８を燃焼器壁１０２に配置して、燃焼器１００への希
釈空気１１０の進入区域を与える。希釈空気１１０を供
給して、タービン入口（図示せず）または移行部材（図
示せず）に入る前に、燃焼ガス２４の温度を下げる。代
表的には、希釈穴１０８の直径は約１．２５〜約３．０
インチの範囲である。希釈穴１０８の数は、代表的に
は、燃焼器１００の全体寸法に応じて変えることができ
る。本発明の１実施例では、希釈穴１０８の数は約４〜
約１２穴の範囲である。
０８を燃焼器壁１０２に配置して、燃焼器１００への希
釈空気１１０の進入区域を与える。希釈空気１１０を供
給して、タービン入口（図示せず）または移行部材（図
示せず）に入る前に、燃焼ガス２４の温度を下げる。代
表的には、希釈穴１０８の直径は約１．２５〜約３．０
インチの範囲である。希釈穴１０８の数は、代表的に
は、燃焼器１００の全体寸法に応じて変えることができ
る。本発明の１実施例では、希釈穴１０８の数は約４〜
約１２穴の範囲である。
【００１５】代表的には、希釈穴１０８を燃料入口端１
０６から軸線方向約５〜約２０インチの範囲に配置す
る。希釈空気１１０の比較的大きな部分を燃料入口端１
０６の比較的近くで燃焼器１００中に導入することによ
り、燃焼器１００の一酸化炭素バーンオフ（消滅）期間
が短縮される。このＣＯ消滅期間の短縮はＣＯレベルの
上昇につながる。燃焼器１００内での高レベルのＣＯ生
成は低レベルのＮＯｘ生成により相殺される。したがっ
て、この軸線方向にずらした空気孔の巧みな組み合わせ
により、大幅に改良されたＮＯｘ生成レベルと増大した
ＣＯ生成レベルを有する最適化燃焼器が得られる。
０６から軸線方向約５〜約２０インチの範囲に配置す
る。希釈空気１１０の比較的大きな部分を燃料入口端１
０６の比較的近くで燃焼器１００中に導入することによ
り、燃焼器１００の一酸化炭素バーンオフ（消滅）期間
が短縮される。このＣＯ消滅期間の短縮はＣＯレベルの
上昇につながる。燃焼器１００内での高レベルのＣＯ生
成は低レベルのＮＯｘ生成により相殺される。したがっ
て、この軸線方向にずらした空気孔の巧みな組み合わせ
により、大幅に改良されたＮＯｘ生成レベルと増大した
ＣＯ生成レベルを有する最適化燃焼器が得られる。
【００１６】混合穴１０４および希釈穴１０８を（従来
の燃焼器とは対照的に、図２参照）燃焼器１００の燃料
入口端１０６に向かって軸線方向にずらすことにより、
燃焼器の最適設計が得られる。さらに、完全燃焼、妥当
な圧力降下、長い部品寿命、良好な火炎安定性、ターン
ダウン比および点火特性、そして所望の排気温度分布を
維持しながら、拡散炎・非予混合燃焼器用の最適設計が
達成される。
の燃焼器とは対照的に、図２参照）燃焼器１００の燃料
入口端１０６に向かって軸線方向にずらすことにより、
燃焼器の最適設計が得られる。さらに、完全燃焼、妥当
な圧力降下、長い部品寿命、良好な火炎安定性、ターン
ダウン比および点火特性、そして所望の排気温度分布を
維持しながら、拡散炎・非予混合燃焼器用の最適設計が
達成される。
【００１７】本発明の別の実施例によれば、燃焼器１０
０はさらに、複数のルーバー１１２を備える。１実施例
では、燃焼器１００は、燃焼器壁１０２の円周に沿って
等間隔に分布する１列あたり３２個のルーバー１１２を
１７列備える。本発明の１実施例では、燃焼器１００の
全長（Ｌ）が４３．８０インチであり、そしてそれぞれ
３２個のルーバー１１２を有する列を、燃料入口端１０
６に関して、つぎの軸線方向位置、すなわち３．１２イ
ンチ、４．１２インチ、５．１２インチ、５．２７イン
チ、６．６２インチ、７．３７インチ、８．１２イン
チ、８．８７インチ、９．６２インチ、１１．１２イン
チ、１２．６２インチ、１４．３７インチ、１６．１２
インチ、１７．８７インチ、２０．３７インチ、２２．
８７インチ、および２５．３７インチの軸線方向位置に
配置する。
０はさらに、複数のルーバー１１２を備える。１実施例
では、燃焼器１００は、燃焼器壁１０２の円周に沿って
等間隔に分布する１列あたり３２個のルーバー１１２を
１７列備える。本発明の１実施例では、燃焼器１００の
全長（Ｌ）が４３．８０インチであり、そしてそれぞれ
３２個のルーバー１１２を有する列を、燃料入口端１０
６に関して、つぎの軸線方向位置、すなわち３．１２イ
ンチ、４．１２インチ、５．１２インチ、５．２７イン
チ、６．６２インチ、７．３７インチ、８．１２イン
チ、８．８７インチ、９．６２インチ、１１．１２イン
チ、１２．６２インチ、１４．３７インチ、１６．１２
インチ、１７．８７インチ、２０．３７インチ、２２．
８７インチ、および２５．３７インチの軸線方向位置に
配置する。
【００１８】本発明の別の実施例では、燃焼器２１０は
図４に示すとおりの設計である。図４では、燃焼器２１
０は、冷間圧延加工前に、頂部２１２および底部２１４
を有する機械加工部品として示されている。燃焼器２１
０の公称長さ（Ｌ）が約４６インチで、公称幅（Ｗ）が
約３４インチである。複数の第１混合穴２１６が頂部２
１２から軸線方向約４．６インチに位置する。第１混合
穴２１６の数は、燃焼器２１０の全体寸法に応じて変わ
る。１実施例では、第１混合穴２１６の数は約５であ
る。第１混合穴２１６の公称直径は約０．８７５インチ
である。
図４に示すとおりの設計である。図４では、燃焼器２１
０は、冷間圧延加工前に、頂部２１２および底部２１４
を有する機械加工部品として示されている。燃焼器２１
０の公称長さ（Ｌ）が約４６インチで、公称幅（Ｗ）が
約３４インチである。複数の第１混合穴２１６が頂部２
１２から軸線方向約４．６インチに位置する。第１混合
穴２１６の数は、燃焼器２１０の全体寸法に応じて変わ
る。１実施例では、第１混合穴２１６の数は約５であ
る。第１混合穴２１６の公称直径は約０．８７５インチ
である。
【００１９】複数の第２混合穴２１８が頂部２１２から
軸線方向約６．６インチに位置する。第２混合穴２１８
の数は、燃焼器２１０の全体寸法に応じて変わる。１実
施例では、第２混合穴２１８の数は約４である。第２混
合穴２１８の公称直径は約０．７６インチである。複数
の第１希釈穴２２０が頂部２１２から軸線方向約９イン
チに位置する。第１希釈穴２２０の数は、燃焼器２１０
の全体寸法に応じて変わる。１実施例では、第１希釈穴
２２０の数は約４である。第１希釈穴２２０の公称直径
は約１．７５インチである。
軸線方向約６．６インチに位置する。第２混合穴２１８
の数は、燃焼器２１０の全体寸法に応じて変わる。１実
施例では、第２混合穴２１８の数は約４である。第２混
合穴２１８の公称直径は約０．７６インチである。複数
の第１希釈穴２２０が頂部２１２から軸線方向約９イン
チに位置する。第１希釈穴２２０の数は、燃焼器２１０
の全体寸法に応じて変わる。１実施例では、第１希釈穴
２２０の数は約４である。第１希釈穴２２０の公称直径
は約１．７５インチである。
【００２０】複数の第２希釈穴２２２が頂部２１２から
軸線方向約１７．８５インチに位置する。第２希釈穴２
２２の数は、燃焼器２１０の全体寸法に応じて変わる。
１実施例では、第２希釈穴２２２の数は約４である。第
２希釈穴２２２の公称直径は約１．７５インチである。
最適化燃焼器形状の１実施例は、図４に示すような、下
記の基本設計基準を用いれば、あらゆるサイズの燃焼器
に適用することができる。（表１参照）各燃焼器は、燃
料入口端２１２、タービン入口端２１４および全長
（Ｌ）を有する。複数の第１混合穴２１６が燃焼器壁２
１７に設けられ、燃料入口端２１２から軸線方向約０．
０８Ｌ〜約０．１２Ｌの範囲に位置する。
軸線方向約１７．８５インチに位置する。第２希釈穴２
２２の数は、燃焼器２１０の全体寸法に応じて変わる。
１実施例では、第２希釈穴２２２の数は約４である。第
２希釈穴２２２の公称直径は約１．７５インチである。
最適化燃焼器形状の１実施例は、図４に示すような、下
記の基本設計基準を用いれば、あらゆるサイズの燃焼器
に適用することができる。（表１参照）各燃焼器は、燃
料入口端２１２、タービン入口端２１４および全長
（Ｌ）を有する。複数の第１混合穴２１６が燃焼器壁２
１７に設けられ、燃料入口端２１２から軸線方向約０．
０８Ｌ〜約０．１２Ｌの範囲に位置する。
【００２１】複数の第２混合穴２１８が燃焼器壁２１７
に設けられ、燃料入口端２１２から軸線方向約０．１２
Ｌ〜約０．１５Ｌの範囲に位置する。複数の第１希釈穴
２２０が燃焼器壁２１７に設けられ、燃料入口端２１２
から軸線方向約０．１８Ｌ〜約０．２２Ｌの範囲に位置
する。複数の第２希釈穴２２２が燃焼器壁２１７に設け
られ、燃料入口端２１２から軸線方向約０．３５Ｌ〜約
０．４２Ｌの範囲に位置する。
に設けられ、燃料入口端２１２から軸線方向約０．１２
Ｌ〜約０．１５Ｌの範囲に位置する。複数の第１希釈穴
２２０が燃焼器壁２１７に設けられ、燃料入口端２１２
から軸線方向約０．１８Ｌ〜約０．２２Ｌの範囲に位置
する。複数の第２希釈穴２２２が燃焼器壁２１７に設け
られ、燃料入口端２１２から軸線方向約０．３５Ｌ〜約
０．４２Ｌの範囲に位置する。
【００２２】
【表１】
【００２３】標準燃焼器と本発明の１実施例による最適
化燃焼器からのＮＯｘ排出量の比較を図５のグラフに示
す。図５に示すように、負荷に応じて、最適化燃焼器の
ＮＯｘ排出物レベルは、標準燃焼器のそれより４０〜５
０％低かった。標準燃焼器と最適化燃焼器からのＣＯ排
出量の比較を図６のグラフに示す。図６に示すように、
負荷に応じて、最適化燃焼器のＣＯ排出量は、前述した
ように、標準燃焼器と比べて増加した。
化燃焼器からのＮＯｘ排出量の比較を図５のグラフに示
す。図５に示すように、負荷に応じて、最適化燃焼器の
ＮＯｘ排出物レベルは、標準燃焼器のそれより４０〜５
０％低かった。標準燃焼器と最適化燃焼器からのＣＯ排
出量の比較を図６のグラフに示す。図６に示すように、
負荷に応じて、最適化燃焼器のＣＯ排出量は、前述した
ように、標準燃焼器と比べて増加した。
【００２４】以上、この発明の特徴だけを説明し、図示
したが、当業者には種々の変更や変形が明らかである。
このような変更や変形も本発明の要旨の範囲内に包含さ
れる。
したが、当業者には種々の変更や変形が明らかである。
このような変更や変形も本発明の要旨の範囲内に包含さ
れる。
【図１】本発明による低ＮＯｘ燃焼器を圧縮機およびタ
ービンと流れ連通関係に連結した工業用ガスタービンエ
ンジンの一部の線図である。
ービンと流れ連通関係に連結した工業用ガスタービンエ
ンジンの一部の線図である。
【図２】従来の燃焼器の側面図である。
【図３】本発明の１実施例による燃焼器の側面図であ
る。
る。
【図４】本発明の他の実施例による燃焼器の展開図であ
る。
る。
【図５】標準燃焼器と本発明の最適化燃焼器からのＮＯ
ｘレベルを比較するグラフである。
ｘレベルを比較するグラフである。
【図６】標準燃焼器と本発明の最適化燃焼器からのＣＯ
レベルを比較するグラフである。
レベルを比較するグラフである。
１００ 最適化された燃焼器 １０２ 燃焼器外壁 １０４ 混合穴 １０６ 燃料入口端 １０７ タービン入口端 １０８ 希釈穴 １１０ 希釈空気 ２１０ 最適化された燃焼器 ２１２ 燃料入口端 ２１４ タービン入口端 ２１６，２１８ 混合穴 ２１７ 燃焼器外壁 ２２０，２２２ 希釈穴
フロントページの続き (72)発明者 ケヴィン・マイケル・エルウォード アメリカ合衆国、サウス・カロライナ州、 シンプソンヴィル、スタッフォードシャ ー・ウェイ、39番 (72)発明者 ロバート・リー・ヒリズ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、オニオ ンタ、ボックス・121、エイチシー64 (72)発明者 ミルトン・ブラッドフォード・ヒルト アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スロー ンズヴィル、アールディ・ナンバー１、ボ ックス・119 (72)発明者 ジョン・フランシス・ラブ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スリン ガーランズ、メルヴィル・コート、903番 (72)発明者 ローイントン・イラック・パブリ アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネ クタデイ、リディウス・ストリート、3532 番 (72)発明者 リチャード・ベンジャミン・シーファー アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ニスカ ユナ、グランド・ブールヴァード、2110番 (72)発明者 リチャード・アーサー・シモンズ アメリカ合衆国、サウス・カロライナ州、 シンプソンヴィル、サマーウォーク・プレ イス、115番
Claims (4)
- 【請求項１】 圧縮機と協働してガスタービンを駆動す
る燃焼器（１００）において、 上流の燃料入口端（１０６）および下流のタービン入口
端（１０７）を有する円筒形燃焼器外壁（１０２）と、 前記燃焼器外壁（１０２）の外周に前記燃料入口端（１
０６）に隣接して配置された、燃焼器内部でのＮＯｘ生
成を低減するための混合穴（１０４）の配列と、 前記燃焼器外壁（１０２）の中間部に配置された、燃焼
器（１００）への希釈空気（１１０）の入口を与える希
釈穴（１０８）の配列とを備える最適化された燃焼器
（１００）。 - 【請求項２】 前記混合穴（１０４）が前記燃焼器壁
（１０２）の周りに円周方向等間隔に分布した、請求項
１記載の最適化燃焼器。 - 【請求項３】 圧縮機と協働してガスタービンを駆動す
る燃焼器（１００）において、 上流の燃料入口端（１０６）および下流のタービン入口
端（１０７）を有し、長さが約３５インチ〜約５０イン
チの範囲にある、円筒形燃焼器外壁（１０２）と、 直径が約０．５インチ〜約１．０インチの範囲にあり、
前記燃料入口端（１０６）から軸線方向約３インチ〜約
１０インチに配置された、燃焼器内部でのＮＯｘ生成を
低減するための混合穴（１０４）の配列と、 直径が約１．２５インチ〜約３．０インチの範囲にあ
り、前記燃料入口端（１０６）から軸線方向約５インチ
〜約２０インチに配置された希釈穴（１０８）の配列と
を備える、最適化された燃焼器（１００）。 - 【請求項４】 燃料入口端（２１２）およびタービン入
口端（２１４）を有する全長Ｌの燃焼器（２１０）にお
いて、 燃焼器外壁（２１７）と、 前記燃焼器外壁（２１７）に配置され、燃料入口端（２
１２）から軸線方向約０．０８Ｌ〜約０．１２Ｌの範囲
に位置する複数の第１混合穴（２１６）と、 前記燃焼器外壁（２１７）に配置され、燃料入口端（２
１２）から軸線方向約０．１２Ｌ〜約０．１５Ｌの範囲
に位置する複数の第２混合穴（２１８）と、 前記燃焼器外壁（２１７）に配置され、燃料入口端（２
１２）から軸線方向約０．１８Ｌ〜約０．２２Ｌの範囲
に位置する複数の第１希釈穴（２２０）と、 前記燃焼器外壁（２１７）に配置され、燃料入口端（２
１２）から軸線方向約０．３５Ｌ〜約０．４２Ｌの範囲
に位置する複数の第２希釈穴（２２２）とを備える最適
化された燃焼器（２１０）。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/040,978 US6192689B1 (en) | 1998-03-18 | 1998-03-18 | Reduced emissions gas turbine combustor |
| US09/040978 | 1998-03-18 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11311416A true JPH11311416A (ja) | 1999-11-09 |
| JP3770749B2 JP3770749B2 (ja) | 2006-04-26 |
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ID=21914052
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07121899A Expired - Fee Related JP3770749B2 (ja) | 1998-03-18 | 1999-03-17 | 低エミッションガスタービン燃焼器 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6192689B1 (ja) |
| EP (1) | EP0943868B1 (ja) |
| JP (1) | JP3770749B2 (ja) |
| KR (1) | KR100312540B1 (ja) |
| TW (1) | TW532464U (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008020180A (ja) * | 2006-07-14 | 2008-01-31 | General Electric Co <Ge> | タービンエンジンにおけるＮＯｘエミッションを低減するのを可能にするための装置及びガスタービンエンジン |
| JP2008032386A (ja) * | 2006-07-26 | 2008-02-14 | General Electric Co <Ge> | 燃焼器ライナ及びガスタービンエンジンアセンブリ |
| JP2008101898A (ja) * | 2006-09-12 | 2008-05-01 | General Electric Co <Ge> | 燃焼器内の空気燃料混合気の均質性を改良するための混合孔配列及び方法 |
| JP2013228192A (ja) * | 2012-04-24 | 2013-11-07 | General Electric Co <Ge> | 化学量論的燃焼のための燃焼器装置 |
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| DE10020598A1 (de) | 2000-04-27 | 2002-03-07 | Rolls Royce Deutschland | Gasturbinenbrennkammer mit Zuleitungsöffnungen |
| US6966186B2 (en) * | 2002-05-01 | 2005-11-22 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Non-catalytic combustor for reducing NOx emissions |
| US20060130486A1 (en) * | 2004-12-17 | 2006-06-22 | Danis Allen M | Method and apparatus for assembling gas turbine engine combustors |
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| BE501690A (ja) | 1950-03-07 | |||
| US2947485A (en) | 1954-02-05 | 1960-08-02 | Bauer Bros Co | Disc refiner |
| FR1493144A (fr) | 1966-08-19 | 1967-08-25 | Lucas Industries Ltd | Perfectionnements aux appareils de combustion pour moteurs de turbines à gaz |
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- 1998-03-18 US US09/040,978 patent/US6192689B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-03-15 KR KR1019990008572A patent/KR100312540B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1999-03-17 JP JP07121899A patent/JP3770749B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1999-03-18 EP EP99302089A patent/EP0943868B1/en not_active Expired - Lifetime
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| TW532464U (en) | 2003-05-11 |
| EP0943868A2 (en) | 1999-09-22 |
| US6192689B1 (en) | 2001-02-27 |
| EP0943868A3 (en) | 2000-03-22 |
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