JPS5855622A - 低NOxガスタ−ビン燃焼器 - Google Patents

低NOxガスタ−ビン燃焼器

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Publication number
JPS5855622A
JPS5855622A JP15364081A JP15364081A JPS5855622A JP S5855622 A JPS5855622 A JP S5855622A JP 15364081 A JP15364081 A JP 15364081A JP 15364081 A JP15364081 A JP 15364081A JP S5855622 A JPS5855622 A JP S5855622A
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JP
Japan
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air
combustion
combustor
gas turbine
gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP15364081A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshimitsu Minagawa
義光 皆川
Isao Sato
勲 佐藤
Takashi Omori
隆司 大森
Yoji Ishibashi
石橋 洋二
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP15364081A priority Critical patent/JPS5855622A/ja
Publication of JPS5855622A publication Critical patent/JPS5855622A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F23R3/26Controlling the air flow

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガスタービン用燃焼器に係わり、特に、燃焼
器で発生する窒素酸化物(NOx)を低減し、作動範囲
すべてにおいて安定な燃焼が得られ、しかも未燃物質の
発生が少い燃焼器構造及び燃焼用空気制御方法等に関す
る。
ガスタービンからの大気汚染物質としては、今日、NO
xがもつとも大きな問題となっており、その低減化技術
の開発に精力的な努力が続けられている。従来、ガスタ
ービンの低NOx化については、水または水蒸気を直接
燃焼器内へ噴射し、火炎温度の低下によるN Ox低減
化が主流をなしており、この方法によれば無対策時NO
xを約80%低減することが可能である。しかし、この
方法では発電効率の大巾な低下を招くのみならず、本来
水を使用しないことを特徴とするガスタービンの機動性
を低下させることになる。このため燃焼制御に立脚した
低NOx燃焼器の開発が重要課題として提起されている
燃焼制御による低N Ox化技術は、高NOx燃焼する
理論比況合気(例えば石油系燃料では空気量/燃料量z
15)近傍の燃焼を避けるところに基本的な原理があり
、これを実現するための方法としてこれまでにいくつか
提案されている。その1つの方法として希薄燃焼法があ
る。この方法は、燃焼器頭部を理論比以上の多量の燃焼
用空気が供給できる構造とし、燃料希薄の状態で燃焼さ
せようとするところに特徴がある。
ところでこの布薄燃法の場合、燃焼器頭部が空気過多で
あるという原因によって、い゛くつかの問題点を拘えて
いる。第1には、燃焼器頭部における燃焼用空気量が従
来型に比べ増大し、燃料の希薄割合が高まることによっ
て着火不可能になるという問題がある。さらに、ガスタ
ービン用燃焼器での作動範囲内では燃空比(燃料量/空
気量)が第1図のごとく負荷により変化し、しかも空気
量が一定であるあ・らこの燃空比変化に対応して燃焼器
頭部の1次空気過剰率は第2図のように変化する。ガス
タービン作動範囲内では燃焼器頭部空気過剰率が第2図
のように大巾に変化するため、定格負荷運転時には1次
空気過剰率が低く安定した燃焼が促たれるとしても、無
負荷運転時のような1次空気過剰率の高い状態ともなれ
ば、1次空気過剰率の過大から安定燃焼が保たれないと
いう第2の問題点がある。第3には、ガスタービンの定
格負荷運転時のように高燃空比状態では燃焼ガス温度が
高く、−酸化炭素CO1炭化水素HCなどの未燃物質の
発生が少量であっても、部分負荷運転時ともなれば燃焼
炎中に局所的過冷却部が生じて前記未燃物質を多量に発
生させ、ガスタービンの効率低下や新たな大気汚染(C
Oが対象となる)などの問題が生じてくる。従って、希
薄燃焼法においては、着火性、燃焼の安定性及び未燃物
質の発生量などの面から燃焼器頭部供給空気量が制約さ
れ、これにより大巾なNOx低減化が達成できない状況
にある。
本発明の目的は、希薄燃焼法による大巾な低NOx化を
達成し、かつ希薄燃焼法を実施する際に生じる不着火、
不安定燃焼、未燃物質発生等の問題を解決し1着火性能
及び部分負荷特性に優れているガスタービン用燃焼器を
提供するにある。
従来の各問題点は、燃焼用空気配分がガスタービン作動
範囲の如何にかかわらず一定であり、しかも、ガスター
ビン作動範囲での燃空比が第1図のように変化し、これ
に伴い燃焼器頭部での1次空気過剰率が第2図のように
大巾に変化することに起因している。このため、本発明
のガスタービン用燃焼器は、ガスタービン作動範囲の全
領域において1次空気過剰率の変化を極力少なくするよ
うに構成している。すなわち、燃焼器頭部に設ける燃焼
用空気孔の一部、及び燃焼器後部に設ける燃焼ガス希釈
空気孔のそれぞれを自動的に開度調節できる空気配分制
御装置を設け、これにより頭部燃焼用空気量を調節でき
るようにし、第3図のように従来低NOx燃焼器に比べ
、問題の多い低負荷運転時での1次空気過剰率を小さく
、問題が少なく大巾低NOx化に必要な定格運転時の1
次空気過剰率を大きく取れるよう構成したところに特徴
がある。
以下、図面によシ本発明の詳細な説明する。第4図は本
発明によるガスタービン用燃焼器の一実施例の全体構成
を示す。空気圧縮機(図示せず)からの空気導入口1を
もったケーシング2の一方には、燃焼器外筒3を連結し
、他方にタービン(図示せず)をそれぞれ連結し、外筒
3及びケーシング2の内部には、燃焼器内筒4と、この
内筒4で生じた燃焼ガスをタービンに送り込む燃焼器尾
筒5とが配置されている。内筒4には燃料ノズル6をそ
の内部空間に臨ませて取付け、燃料ノズル6の外周には
燃焼空気用のスワラ100が設けられている。まだ、内
筒4は燃料ノズル6の位置する頭部が尾筒5の位置する
後部より小直径となっており、副燃焼室7及び主燃焼室
8に区分されている。そして、副燃焼室7の軸方向壁面
に対し、1次空気旋回器101.1次空気孔102及び
103゜2次空気旋回器104が、主燃焼室8の軸方向
壁面に対し、2次空気孔105、希釈空気孔・106を
設け、かつ、副燃焼室7及び主燃焼室8のそれぞれの壁
面にはルーバあるいはスリット等による冷却空気孔を多
数個備えている。
この燃焼器において、空気圧縮機からの空気200は、
外筒3と内筒4との間の環状空間を通り、スワラ100
,1次空気旋回器101.1次空気孔102及び103
.2次空か2回器104.2次空気孔105、希釈空気
孔106、それに前記冷却空気孔のそれぞれに分配供給
される。一方、燃料ノズル6より、液体もしくは気体の
燃料300が供ビれる。これにより、燃料300はスワ
ラ100.1次空気旋回器101.1次空気孔102及
び103  より供給される燃焼用空気によって高速旋
回流を伴った1次燃焼を行い、その後、2次空気旋回器
104からの空気で、さらに、旋回流が加速され、これ
に2次空気孔105からの空気流が作用して燃焼を終え
る。希釈空気孔106からの空気はタービンへ導ひく燃
焼ガスを所定の温度まで減温し、しかも、その燃焼ガス
温度のアンバランスを少なくする目的で使用される。こ
うして得られた燃焼ガスは尾筒5を通じてタービンへ供
給されるのである。
以上に述べたことは従来技術に属するものであり、この
燃焼器の特徴とするところは、副燃焼室7に設けられた
1次空気旋回器101、及び主燃焼室゛8に設けられた
希釈空気孔106のそれぞれに空気量を制御する自動開
閉装置9及び10を設けたところにある。さらに、尾筒
5の出口より燃焼ガスの一部をサンプリングし、NOx
、C01HCのガス濃度を検出するガス分析装置11、
及びガス分析装置11からの信号を受信演算し、演算結
果を前記自動開閉装置9.10へ送信するコンピュータ
12を備えたところにある。
第5図及び第6図は、1次空気旋回器101より供給さ
れる空気量比率G1o工(全空気量に対する比率)をパ
ラメータとし、ガスタービン負荷とNOx濃度、CO濃
度との関係をまとめた試験結果の一例である。G□。1
の増大とともにガスタービン作動範囲の全域においてN
Ox濃度は減少し、CO濃度はこれと反対に増大してい
る。これはGIO□の増大により、燃焼器頭部の希薄割
合が増加するためである。第4図の燃焼器はこの試験結
果のように010工の変化によってN Ox濃度、CO
濃度の大巾な増減を伴う。しかし、本発明の特徴とする
自動開閉装置9及び10、ガス分析装置111、コンピ
ュータ12を用いG□。□の空気量制御を行った場合に
は、第5図及び第6図の破′線で示すような結果が得ら
れる。この実施結果について詳述すると、ガスタービン
負荷に対する基準値として第5図の破線で示すNOx濃
度を与えておけば、各ガスタービン負荷における実NO
x濃度がこの基準値に合致するようG□。□を修正させ
(ガスタービン負荷の増加とともに増大)、その結果と
してCO濃度は第6図の破線が得られるのである。
ここで、G1oユの増減のために1次空気旋回器101
、希釈空気孔106の両者を開閉操作しているが、これ
はG1o□の増減量を大きく取るためには、1次空気旋
回器101の開閉操作のみで鼾十分であり、これを補足
するのに燃焼に直接影響のない希釈空気孔106を開閉
操作している。ようするに+GH6を増加させる時には
1次空気旋回器101の開く一方、これに見合って希釈
空気孔106を閉じるという逆操作を行い、空気旋回器
101からの空気量増加分だけ希釈空気孔106から吸
気量を減少させ、これにより他の空気孔への影響を少な
くしている。
以上のように、本実施例によればガスタービン作動範囲
の全領域を通じCO濃度及びNOx濃度を低く押えるこ
とができ、未燃物質発生の少な?状態で大きなNOx低
減化が達成できる。また、着火時ではGlolを少量に
調節できるので着火が容易にできるという効果がある。
第8図はもう1つの実施例で、先の実施例と異なる点は
、空気孔の開閉操作に、2次空気旋回器104を付は加
え、自動開閉装置13を新たに設けたところにある。こ
の2次空気旋回器104は、副燃焼室7−に生ずる旋回
燃焼ガス流れを加速するために設けられており、この作
用によって軸心に主燃焼室8側から副燃焼器7へ向は高
温ガス循環流が発生する。このため、CO濃度の低減に
効果がある。しかし、第8図に示すように定格負荷運転
時では、CO濃度に対し、2次空気旋回器104の無い
場合が好結果を得ている。この現象は、定格負荷運転近
傍ともなれば主燃焼火炎が主燃焼室8に移り、2次空気
旋回器104からの空気は燃焼大炎の冷却に使われてし
まうものと考えられる。そこで、ガスタービン負荷に応
じてコンピュータの信号により2天空−気旋回器104
を低負荷運転時には開操作、高負荷運転時には閉操作す
るよう構  。
成するよう、先の実施例と並行して実施させる。
本実施例によれば先の実施例に比べCO濃度の低減化に
大きな効果を発揮できる。
本発明によるとNOx量が増加する高負荷時においてN
OXの発生量が大巾に低減される。捷だ、空気量を低負
荷時には減少させることができるので、低負荷時におい
て増加する傾向にあるCOの発生量も低減できる。さら
に、着火時ならびに低負荷において空気量が低減される
ため、着火性が良好となり、かつ火炎の安定性を向上さ
せることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図、第3図はそれぞれガスタービン負荷に
対する燃空比変化、従来低NOx形及び本発明による低
NOx形燃焼器の1欠字気過剰膿化図、第4図は本発明
の一実施例の系統図、第5図及び第6図は本発明の実施
例によるそれぞれNoxCO発生量の説明図、第7図は
本発明の他の実施例の系統図、第8図は従来低NOx形
燃焼器における2次空気旋回器のCOにおよぼす影響の
説明図3・・・外筒、4・・・内筒、100〜106・
・・空気供給孔9.1O113・・・自動開閉装置、1
1・・・ガス分析茅 1 口 刀°゛スターヒ′〉頁行 茅2目 力°スターヒ°ン罠術 第3 目 力”スターヒ゛ン!5存 第ヰ霞 第1 第 rl  関 ]] 茅8目 刀スターヒー〉罠丙

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、頭部燃焼室及びこの頭部燃焼室よりも大直径の後部
    燃焼室より構成される燃焼器内筒と、この燃焼器内筒を
    覆う燃焼器外筒と、前記燃焼器内筒へ燃料を供給する燃
    料ノズルを備えたガスタービン用燃焼器において、前記
    頭部燃焼室に設けられた空気孔の一部と前記後部燃焼室
    に設けられた希釈空気孔のそれぞれに設けた自動開閉装
    置と、この自動開閉装置を操作するよう構成したコンピ
    ュータとからなり、前記ガスタービンの負荷に応じて前
    記自動開閉装置を最適状態に駆動することを特徴とする
    低N Oxガスタービン燃焼器。
JP15364081A 1981-09-30 1981-09-30 低NOxガスタ−ビン燃焼器 Pending JPS5855622A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6196333A (ja) * 1984-10-18 1986-05-15 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタ−ビン燃焼器バイパス弁制御方法
EP2784393A1 (de) * 2013-03-26 2014-10-01 Siemens Aktiengesellschaft Gasturbinenbrennkammer mit Sekundärluftklappen

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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