JPH1183017A - ガスタービン用燃焼器 - Google Patents

ガスタービン用燃焼器

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JPH1183017A
JPH1183017A JP9242690A JP24269097A JPH1183017A JP H1183017 A JPH1183017 A JP H1183017A JP 9242690 A JP9242690 A JP 9242690A JP 24269097 A JP24269097 A JP 24269097A JP H1183017 A JPH1183017 A JP H1183017A
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JP
Japan
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air
wall
combustor
combustion
steam
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Pending
Application number
JP9242690A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigemi Bandai
重実 萬代
Masatoyo Oota
将豊 太田
Katsunori Tanaka
克則 田中
Shinji Akamatsu
真児 赤松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Priority to DE69816383T priority patent/DE69816383T2/de
Priority to EP98116007A priority patent/EP0900982B1/en
Priority to US09/145,499 priority patent/US6105372A/en
Priority to CA002246218A priority patent/CA2246218C/en
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Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04Air inlet arrangements
    • F23R3/10Air inlet arrangements for primary air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/20Heat transfer, e.g. cooling
    • F05B2260/202Heat transfer, e.g. cooling by film cooling

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蒸気冷却壁を有する燃焼器において、冷却壁
面近傍の混合流の低速域における燃料濃度の増大を抑制
することによりNOx 排出量の低減及び燃料振動の抑制
がなされた燃焼器を得る。 【解決手段】 燃焼室の周壁が蒸気により冷却される蒸
気冷却壁にて構成されたガスタービン用燃焼器におい
て、上記燃焼室の上流寄りの上記周壁に、燃焼室内に空
気を注入するための空気穴を設け、同空気穴から上記周
壁の壁面近傍に空気を供給するように構成し、この空気
のフィルム流により壁面近傍における燃料濃度の上昇を
抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はガスタービンの燃焼
器に関し、特に周壁を蒸気で冷却するようにした燃焼器
に関する。
【0002】
【従来の技術】図3にはガスタービンプラントの配置構
成図が示されている。図3において、6はコンプレッ
サ、7は燃焼器、8は同コンプレッサ6と同軸のタービ
ンである。9は上記タービン8を駆動後の排気ガスエネ
ルギを回収するための排ガスボイラである。
【0003】上記ガスタービンプラントにおいて、ター
ビン8と同軸駆動されるコンプレッサ6により圧縮され
た燃焼用空気は燃焼器7に導かれる。同燃焼器7におい
ては上記加圧空気中に燃料を噴射して燃焼せしめる。こ
の燃焼ガスはガスタービン8に導かれて膨張仕事をなし
た後排ガスボイラ9に導かれる。ガスタービン8の出力
軸には発電機(図示省略)が連結され、駆動される。
【0004】上記排ガスボイラ9においては、ガスター
ビンからの排気ガスにより水を加熱して蒸気を発生せし
める。この蒸気は蒸気タービン(図示省略)に導かれて
これを駆動する。また上記蒸気の一部は冷却蒸気として
上記燃焼器7に導かれ、同燃焼器7の周壁の冷却に使用
される。
【0005】図2には上記冷却蒸気により周壁を冷却す
るようにした燃焼器7の1例が示されている。かかる蒸
気冷却式の燃焼器7は、タービン入口温度1500℃程
度の高温の燃焼ガスが生成される燃焼器に採用されてい
る。図2において、2は蒸気冷却壁(周壁)であり、上
記排ガスボイラ9により発生した蒸気のうちの蒸気ター
ビン(図示省略)にて膨張仕事をなして一定温度まで降
温した蒸気が冷却蒸気として内部を通流することにより
壁面が冷却されるようになっている。
【0006】10は上記蒸気冷却壁2で囲まれた燃焼室
であり、同燃焼室10内には上記コンプレッサ6からの
圧縮空気が導入されている。また上記燃焼室10の上流
側の壁部には、中央部にパイロットノズル4が取付けら
れるとともに、同パイロットノズル4の外側には複数の
メインノズル3が円周方向等間隔に配設されている。2
aは燃焼ガスの出口である。
【0007】上記燃焼器7の稼動時において、燃焼室1
0内に導入された加圧空気中にパイロットノズル4から
燃料を噴射して着火せしめ、次いでこの着火火炎中に複
数のメインノズル3から燃料を噴射して空気と混合さ
せ、燃焼火炎5を形成する。燃焼ガスは出口2aから導
出され、ガスタービン8に送られてこれを駆動する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】図2に示されるような
従来の蒸気冷却式の燃焼器7においては、蒸気冷却壁2
の内周面近傍における空気流の低速域、即ち図2のB部
における燃料濃度が大きくなる(濃度が濃くなる)傾向
にある。このため、上記B部にて生起された火炎5が蒸
気冷却壁2の内面近傍を上流側(ノズル3,4側)へ伝
播され、その結果、燃焼温度の上昇によるNOx (窒素
酸化物)の排出量の増加や、急激な燃焼による燃焼振動
の増大等の不具合の発生をみるという問題点を有してい
る。
【0009】本発明の目的は、蒸気冷却壁を有する燃焼
器において、冷却壁面近傍の混合流の低速域における燃
料濃度の増大を抑制することによりNOx 排出量の低減
及び燃料振動の抑制がなされた燃焼器を得ることにあ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は上記のような問
題点を解決するもので、その要旨とする手段は、燃焼室
の周壁が蒸気により冷却される蒸気冷却壁にて構成され
たガスタービン用燃焼器において、上記燃焼室の上流寄
りの上記周壁に、燃焼室内に空気を注入するための空気
穴を設け、同空気穴から上記周壁の壁面近傍に空気を供
給するように構成したことにある。
【0011】上記のようなガスタービン燃焼器にあって
は、燃焼室内において、コンプレッサからの圧縮空気中
にパイロットノズル及びメインノズルから燃料が噴射さ
れるが、この際において、燃焼室内の上流寄り、つまり
ノズル寄りの周壁近傍の部位における空気流の低速域で
は燃料濃度が上昇する(濃くなる)。
【0012】然るに本発明においては、かかる低速域に
空気穴から空気を供給しているので、この希釈空気が周
壁近傍の上記低速域にフィルム流を形成し、このフィル
ム流によってこの部位の燃料濃度の上昇が抑制される。
【0013】これによって燃焼室中央部から発達した火
炎が周壁面に沿って上流側へと伝播するのが阻止され、
かかる火炎の伝播による燃焼温度の上昇及びこれに伴な
うNOx 排出量の増大が抑制されるとともに、燃焼圧
力、温度の急上昇による燃焼振動の発生が防止される。
【0014】
【発明の実施の形態】以下図1〜図2及び図3を参照し
て本発明の実施形態につき詳細に説明する。
【0015】本発明は図3に示されるガスタービンプラ
ントの燃焼器に適用されるものである。図3において、
6はガスタービンのコンプレッサ、7は燃焼器、8は同
コンプレッサと同軸配置されたタービン、9は同タービ
ンからの排気ガスエネルギを回収するための排ガスボイ
ラである。
【0016】上記ガスタービンプラントにおいて、ター
ビン8と同軸駆動されるコンプレッサ6により圧縮され
た燃焼用空気は燃焼器7に導かれる。燃焼器7において
は上記加圧空気中に燃料を噴射して燃焼せしめる。この
燃焼ガスはガスタービン8に導かれて膨張仕事をなした
後排ガスボイラ9に導かれる。ガスタービン8の出力軸
には発電機(図示省略)が連結され、駆動される。
【0017】上記排ガスボイラ9においては、ガスター
ビンからの排気ガスにより水を加熱して蒸気を発生せし
める。この蒸気は蒸気タービン(図示省略)に導かれて
これを駆動する。また上記蒸気の一部は冷却蒸気として
上記燃焼器7に導かれ、同燃焼器7の周壁の冷却に使用
される。
【0018】本発明は上記のように構成されたガスター
ビンの燃焼器7の改良に係るものであり、図1は本発明
の実施形態に係るガスタービンの燃焼器の要部断面図、
図2は図1のA部拡大断面図である。
【0019】図1において、2は蒸気冷却壁、即ち周壁
であり、上記排ガスボイラ9により発生した蒸気のうち
の蒸気タービン(図示省略)にて膨張仕事をなして一定
温度まで降温した蒸気が冷却蒸気として内部を通流する
ことにより壁面が冷却されるようになっている。
【0020】10は上記蒸気冷却壁2で囲まれた燃焼室
であり、同燃焼室10内には上記コンプレッサ6からの
圧縮空気が導入されている。また上記燃焼室10の上流
側の壁部には、中央部にパイロットノズル4が取付けら
れるとともに、同パイロットノズル4の外側には複数の
メインノズルが円周方向等間隔に配設されている。2a
は燃焼ガスの出口である。以上の構成は図2に示す従来
のものと同様である。
【0021】本発明の実施形態は上記燃焼器の周壁(蒸
気冷却壁)を改良している。即ち図1において、上記燃
焼器7の周壁即ち蒸気冷却壁2の上流側部位、つまり上
記メインノズル3の外側寄りの部位には、周方向に沿っ
て適宜な間隔で以って複数個の空気穴1が穿設されてい
る。上記空気穴1は1列あるいは複数列(この実施形態
では2列)穿設され、各空気穴1にはコンプレッサ6の
出口に接続される空気管11を通してコンプレッサ出口
の加圧空気が導かれ、同空気はこの空気穴1から燃焼室
10内に噴出せしめられるようになっている。
【0022】上記構成からなるガスタービンの運転時に
おいて、燃焼器7の燃焼室10内に導入された加圧空気
中にパイロットノズル4から燃料を噴射して着火せし
め、次いでこの着火火炎中に複数のメインノズル3から
燃料を噴射して空気と混合させ、燃焼火炎5を形成す
る。このようにして生成された燃焼ガスは燃焼室の出口
2aから導出され、ガスタービン8に送られてこれを駆
動する。
【0023】かかる燃焼室10内での燃焼時において、
同燃焼室10の上流寄り、つまりノズル3,4寄りの蒸
気冷却壁2の壁面近傍は空気流の低速域となっており、
このため図4に示される従来の燃焼器にあっては、同低
速域では燃料濃度が上昇する(濃くなる)。
【0024】しかしながら本発明の実施形態において
は、蒸気冷却壁2に穿設された複数の空気穴から上記低
速域に空気を供給しているので、この希釈空気が上記低
速域にフィルム流を形成し、このフィルム流によってか
かる部位の燃料濃度の上昇が抑制される。
【0025】これによって燃焼室10の中央部から発達
した火炎が上流側へと伝播するのが阻止され、かかる火
炎の伝播による燃焼温度の上昇が抑制され、これに伴な
うNOx の排出量が低減される。また、燃焼圧力及び温
度の急上昇による燃焼振動の発生が回避される。
【0026】
【発明の効果】本発明は以上のように構成されており、
本発明によれば、燃焼室内の上流の周壁近傍の空気流の
低速域に空気穴から希釈空気を供給することにより、同
低速域における燃料濃度の上昇が抑制される。これによ
って燃焼火炎が上記低速域に伝播されるのが阻止され、
かかる火炎の伝播による燃焼温度の上昇及びこれに伴な
うNOx 排出量の増大が抑制されるとともに、燃焼圧力
及び温度の急上昇による燃焼振動の発生が防止される。
【0027】従って本発明によれば、燃焼器の周壁に空
気穴を設けるという、きわめて簡単かつ低コストの手段
で以って、NOx 排出量が低減され、燃焼振動の発生が
防止されたガスタービンを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るガスタービン用燃焼器
の要部断面図。
【図2】図1のA部拡大断面図。
【図3】ガスタービンプラントの配置構成図。
【図4】従来の燃焼器を示す図1応当図。
【符号の説明】
1 空気穴 2 蒸気冷却壁(周壁) 3 メインノズル 4 パイロットノズル 5 火炎 7 燃焼器 10 燃焼室 11 空気管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 赤松 真児 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

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃焼室の周壁が蒸気により冷却される蒸
    気冷却壁にて構成されたガスタービン用燃焼器におい
    て、上記燃焼室の上流寄りの上記周壁に、燃焼室内に空
    気を注入するための空気穴を設け、同空気穴から上記周
    壁の壁面近傍に空気を供給するように構成したことを特
    徴とするガスタービン用燃焼器。
JP9242690A 1997-09-08 1997-09-08 ガスタービン用燃焼器 Pending JPH1183017A (ja)

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JP9242690A JPH1183017A (ja) 1997-09-08 1997-09-08 ガスタービン用燃焼器
DE69816383T DE69816383T2 (de) 1997-09-08 1998-08-25 Gasturbinenbrennkammer
EP98116007A EP0900982B1 (en) 1997-09-08 1998-08-25 Gas turbine combustor
US09/145,499 US6105372A (en) 1997-09-08 1998-09-02 Gas turbine combustor
CA002246218A CA2246218C (en) 1997-09-08 1998-09-02 Gas turbine combustor

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