JPS60147033A - ガスタ−ビン予混合燃焼器 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は天然ガス・石炭ガス等のガス燃料を対象とした
ガスタービン燃焼器に関する。

〔発明の背景〕

ガスタービン燃焼器では大気汚染物質である窒素酸化物
（以下ＮＯｘ　）の低減が現在の課題であるが、天然ガ
スのように、燃料中に窒素化合物を含まず、断熱火炎温
度の高い燃料を使用する場合には空気中の窒素から生成
されるサーマルＮ　Ｏｘが問題となる。このサーマルＮ
Ｏｘ　ｋ低減するためには、燃料の空気に対する比率を
理論燃焼時の比率よりも大きくするか、又は、小さくす
ることにより、火炎温度を下げることが最も有効である
。

しかし、単に従来燃焼器の空気配分全変更しても、燃料
と空気が完全に混合するためには、一定の時間が必要な
ため、実際の燃焼反応帯の温度は理論燃焼時の温度に近
い値であυ、ＮＯｘ低減効果は小さい。

一方、燃料中に窒素化合物を含む燃料の場合は、窒素化
合物が空気中の酸素と反応して生成されるフューエルＮ
Ｏｘが問題となる。この場合、反応域の酸素濃度を下げ
ることがＮ　Ｏｘ低減に有効であシ、燃料リッチ燃焼に
よって対処するが、従来燃焼器ではサーマルＮ　０７［
同様、低減効果が少ない。そこで、この欠点を取り除く
方法として考えられたのが燃料と空気を予め所定濃度に
混合して、燃焼器に供給する予混合燃焼であり、その具
体例が第１図である。燃焼室１に供給される空気は空気
口６から予混合管５にはいり、燃料供給口２、燃料マニ
ホールド３、燃料噴口４を通って供給される燃料ガスと
予混合管５の内部で混合される。

この燃焼器を用いて定格出力時に燃料希薄燃焼をする設
計をすると部分負荷時には燃料希薄度合が大きくなり過
ぎ、燃焼効率が著しく低下する。逆に、定格出力時に燃
料過濃燃焼の設計をすると部分負荷時の燃料希薄度合は
改善されるが、無負荷近傍では、やはシ、燃焼効率が著
しく低下し、実用不可となる欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明はガス燃料と空気を予混合燃焼することにより窒
素酸化物の生成を抑制し、かつ、特別な制御を行なうこ
となく広燃空比範囲で保炎するガスタービン燃焼器構造
を提供するにある。

〔発明の概要〕

カスタービン燃焼器において負荷変動に対して空気供給
分布を変更することなく、予混合燃焼を広作動範囲で笑
施し、ＮＯｘ生成抑制と高効率燃焼を達成するためには
保炎狽域に、常時、一定濃度軛囲の燃料を供給し、負荷
上昇時にはその周囲の一部１＃度範囲の燃料供給領域を
連続的に広げるだめに予混合用空気の一部を保炎用よど
み頭載に供給し、残りをその周囲に供給する燃焼室構造
を考案し、この予混合用空気通路に設ける燃料ノズルの
特性を低負荷時には保炎用望見側に多く噴射して保炎性
を確保し、高負荷時には予混合用空気通路全体に燃料を
等分布噴射して所定の混合気濃度が侍られる構造として
、ＮＯｘ抑制と高効率燃焼を実現する。

〔発明の実施列〕

以下、本発明の実施列を第２図により説明する。

ガスタービン燃焼器は本図に記載しない圧縮機で　２圧
縮された空気を燃焼室１に導く外筒、外筒端面を閉じる
ための工／ドグレート、燃焼室１に燃料を供給する燃料
ノズル９、本図に記載しない点火装置等から成る。

予混合用空気は燃焼室１の上流先端部に設けた空気ダク
ト１１先端の空気口６から供給され、その一部はよどみ
流れ１２を形成し、他は、その周囲を下流に流れる。こ
のよどみ流れは燃焼を安定して進行させる保炎機能をも
つものであり、缶形燃焼器では第３図に示すように空気
ダクト１１の中心を燃焼室１の中心軸から離れた位置に
設け、空気ダクト１１から燃焼室１への断面積拡大を急
激に行なうことにより形成している。環状形燃焼器でも
同様に空気ダクト１１を燃焼室の中心円の内側又は外側
に設けることにより、よどみ流れ１２を形成することは
可能である。

次に、予混合用空気中へのガス燃料噴射は、燃料と空気
の混合を短時間に完了するためには燃料噴口４の一個当
シの面積を小さくシ、噴口数を多くして燃料噴流と空気
との接触面ｆＲを大きくとることが大切である。そして
空気ダクト１１内部の燃料濃度分布を高負荷時には均一
としてＮ　Ｏｘ抑制に有効な燃料過濃又は燃料希薄混合
気を形成し、低負荷時にはよどみ流れ１２に近い空気ダ
クト側の燃料濃度を高くシ、反対側を低燃料濃度として
よどみ流れ１２での燃焼割合を高くして保炎性と高燃焼
効率を確保する。

この燃料噴射量分布特性を実現するための燃料ノズルが
第４図である。燃料は１０の方向に流れており、多数の
小噴口４の上流側に絞シ１３を設け、絞シ下流側の断面
積拡大を急激に行なうことにより、絞り下流壁面近傍に
よどみ流れ１４が形成され、壁面静圧は燃料全圧に近い
値となる。また、その下流では燃料通路面積を１晒次減
少する構造とし、下流はど燃料流量が減少し、動圧が減
少することによる流量分布不均一化を防止している。

この構造を採用することによシ、燃料ノズル壁面静圧と
外側空気静圧との差で流れる燃料の速度分布を低流量時
には上流側で多く、下流はど少ない分布とし、高流輩時
には全体がほぼ均一になる第５図の流量分布が実現され
る。この結果、空気側がガスタービン負荷に関係なく均
一な流れであることを考慮すると、第６図に示すように
保炎領域、すなわち、よどみ流れ１２の燃料濃度は負荷
変動に対する変化幅が小さく、予混合燃焼であっても全
領域で保炎が可能でるる。一方の主流１５は負荷によっ
て燃料碌度が可変するが、その濃度分布はよどみ流れ１
２と地続するものであるため、火炎はよどみ流れに迎続
して形成され、負荷変動に対する火炎安ＺＥ性は良好で
あ１ハ全負有■！ｌｉｊ≧囲で直効半燃焼が可能でおる
。

〔発明の効果〕

本発明によれば空気配分制御、燃料ノズル本数を催」隣
することなく、ガスタービン広作動範囲で予混合１燃焼
ができ、窒業酸化物の低減と高効率燃焼ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は予混合ガスタービン燃焼器の従来の断面図、第
２図は本発明のガスタービン燃焼器の断面図、第３図は
第２図を空気供給口側から見た正面図、第４図は燃料ノ
ズル断面図、第５図は燃料噴出流量分布図、第６図は・
保炎領域燃料濃度変化特性図である。 ■・・・燃焼室、２・・・燃料供給口、３・・・燃料マ
ニホールド、４・・・燃料噴口、５・・・予混合管、６
用空気口、９・・・燃料ノズル、１２・・・よどみ流れ
、１３・・・絞シ、１４・・・よどみ流れ。 第　１　図 、、５　ｚ 第２５ 第３　口　第４え

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一端を開いて、他端を閉じ、その途中に多数個の孔
   を設けた管状燃料ノズルにおいて、前記開口端に最も近
   い孔の上流側に絞りを設け、その下流の拡大割合を絞り
   下流壁面でよどみが生じるように片側ひろが９角度を７
   度以上としたことを特徴とするガスタービン予混合燃焼
   器。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記管状燃料ノズ
   ルを、燃焼室の頭部から供給する燃焼用空気の入口中心
   を前記燃焼室の頭部中心からずらし、前記燃焼室の頭部
   の空気入口の中心部に、燃料入口を設けたことを特徴と
   するガスタービン予混合燃焼器。