JPS60240833A - ガスタ−ビン燃焼方法及びガスタ−ビン燃焼器 - Google Patents

ガスタ−ビン燃焼方法及びガスタ−ビン燃焼器

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JPS60240833A
JPS60240833A JP9564584A JP9564584A JPS60240833A JP S60240833 A JPS60240833 A JP S60240833A JP 9564584 A JP9564584 A JP 9564584A JP 9564584 A JP9564584 A JP 9564584A JP S60240833 A JPS60240833 A JP S60240833A
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JP
Japan
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air
combustion
fuel
amount
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JP9564584A
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Katsuo Wada
和田 克夫
Yoji Ishibashi
石橋 洋二
Osamu Arai
修 荒井
Ryoichiro Oshima
大島 亮一郎
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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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
    • F23R3/26Controlling the air flow

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  • 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】 〔発明の利用分野〕・ 本発明はガスタービン燃焼方法及びガスタービン燃焼器
に係ゆ、特に燃焼ガス中のNOx発生量を低減した燃焼
方法及び燃焼器に関する。
〔発明の背景〕
燃焼反応において発生するNOx量は、第1図に示す傾
向にあることが知られている。即ち第1図は横軸に燃料
当量比、たて軸に発生NOx量(及び火炎温度)をとっ
たものであるが、図中の実線で示す如く完全燃焼条件で
ある燃料当量比φ=1でNOx発生大、燃料Rich(
φ〉1)または燃料1ead (φ〈1)でNOx発生
小となる。
ガスタービン燃焼器の場合Leanで排出されるので、
この領域を考えると、φが小はどNOx発生が少なくな
るがφ−0,2に近づくと不完全燃焼゛と繕り、今度は
COの発生が大となって、燃焼効率が悪くなる。通常は
NOx量とCO量のバランスをねらってφ=0,4〜0
.6が選定される。
ところで第1図は、空気と燃料とが良く混合している場
合のデータであって、単に空気中に燃料を噴射する燃焼
方式(拡散燃焼と称する)では混合が悪いため、局部的
にφは1に近づき、NOX発生も犬になる。混合を良く
する方法として空気に旋回を与えるとか、乱流渦を作る
とかいろいろ工夫されているが、燃焼反応の前に空気と
燃料を混合させる予混合方式が最も有効である。しかし
予混合気は逆に燃料が分散しているため着火し難く、φ
=0.4〜0.6に達しないとCOの発生が太で、良好
な燃焼を行わない。ガスタービンの燃焼器は空気量一定
の状態で燃料が負荷に応じて増減するため、見かけ上φ
は0から1.0間を変動するものであり、あらゆる負荷
にてNOx−?COの発生を少なくすることは非常に難
しいことである。
1 旧くけ良好な燃焼効率の達成のみをめたため、負荷
の上昇でφを増加し、必然的にNOx発生も増大するも
のであった。しかし近年環境問題から低NOx化がめら
れて、上記のような予混合燃焼を利用するものが現われ
るに至っている。予混合燃焼はφの値をほぼ一定に保つ
ことが理想であるので、負荷変動を分担する拡散燃焼と
組合せた2vl燃焼方式が必要となる。例えば第2図(
a)に示す従来の燃焼器では、同図(b)の如く燃料F
、で60饅負荷まで立上げておき(拡散燃焼方式)、こ
の時点で燃料Ftを投入する。F2は予混合燃焼をねら
っているので、−気に所定のφ(約0.6)になるまで
燃料を投入する。その後は第2図ら)に示す通り一定の
φを保つべく、燃料は一定制御する必要がある しかし
この従来例では、通常の負荷i0@贅範囲である40チ
〜100チの間において燃料切換を行うので、通常の負
荷調整範囲に不連続域を有することになり、このため信
頼性に欠けることがある。またNOx値についても、6
oチ負荷で拡散燃焼のFlが67チも占めるため、部分
負荷NOx値が大になる。
この問題を解決すべく第2図(a)の燃焼器を用いて第
3図(a)の如き構成とした掃案がなされている。
即ち図のようにバイパス弁1を設けて、25%負荷で予
混合燃焼のF!を投入する時、φを所定の値にすべく、
このバイパス弁1で空気量を逃がして少なくしておく。
第3図(b)の符号Iの如く負荷上昇に伴ってバイパス
弁を閉じれば、同図の符号iのようにFlのφけほぼ一
定値を保ち得る。しかしこの構造の場合は、同図■の如
く給料F1の空気量もバイパス弁によって減少するので
、F1燃焼部の燃焼温度を高くとらないと、所定の負荷
にならない。従って第3図(a)の構造でもF1燃焼部
の信頼性に欠けることになる。特に25饅以下の負荷で
厳しい。
本発明は、バイパス弁を閉にして空気量を確保すること
を考えて開発されたものである。この場合は弁操作に不
連続を生じ、信頼性上の問題となる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、拡散燃焼部の温度高を生じさせること
なく、予混合燃焼を低負荷から高負荷まで安定に行えて
信頼性に富み、良好で広負荷範囲にわたる低NOx化を
実現できるガスタービン燃焼方法及び燃焼器を提供する
にある。
〔発明の概要〕
この目的を達成すべく、本発明のガスタービン燃焼方法
は、第1段燃料を空気と混合し、燃焼ガスを発生する第
1段燃焼と、第2段燃料をおらがじめ空気と予混合させ
、この混合体を燃焼させる第2段燃焼とを行わせるガス
タービン燃焼方法において、第1段の空気量を変化させ
ることなく、第2段の予混合用空気量を第2段燃料量に
比例させて変化させる構成とする。
また本発明のガスタービン燃焼器は、第1段燃料を空気
と混合し、燃焼ガスを発生する第1段燃焼部と、第2段
燃料をあらかじめ空気と予混合させ、この混合体を燃焼
させる第2段燃焼部とからなるガスタービン燃焼器にお
いて、第1段の空気量を変化させることなく、第2段燃
焼部の予混合用空気量を第2段燃料量に比例させて変化
させ得る流1t−調・隻装置を設けたことを特徴とする
特〔発明の実施例〕 以下本発明の一実施例について第4図乃至第7図を参照
して説明する。
第4図は本例装置を示す断面図である。このガスタービ
ン燃焼器は、第1段燃料PIを空気AIと混合して拡散
燃焼させ燃焼ガスを発生する第1段燃焼部と、第2段燃
料F雪をあらかじめ空気AIと予混合させ、この混合体
を燃焼させる第2段燃焼部とからなる。第4図において
は第1段燃焼部は具体的には副室1であり、第2段燃焼
部は主室2である。更にこのガスタービン燃焼器には、
第1段の空気A10量を変化させることなく、第2段燃
焼部の予混合空気人雪の量を第2段燃料F3の量に比例
させて変化させる流量調整装置を設ける。
本実施例ではこの第2段燃焼部の予混合空気量を変化さ
せる流量v!4整は、第2段燃焼の外周に設けた空気流
量可変円筒4によね行なう構成を採用している。
更に詳しくは、この実施例は次のような構成になってい
る。前述の如くこの燃焼器は、拡散燃焼を行なう副室1
と、予混合燃焼を行なう主室2によりなる。第1段燃料
F1は、副室1の一端に数個のノズルにより噴射される
。第2段燃料F1は、スワラ−3内に噴射され空気AI
と予混合した後、主室2内に入って燃焼する。主室2の
外周には空気流量可変円筒4があり、リンク機構5によ
って外部装置により燃焼器軸線上を移動する。第2段燃
料F鵞の投入時には、この円筒4は第4図に示す破線で
描いた位置4′にあり、よって副室1側にある。この位
置にちるため、円筒4は空気A!の流入孔6を閉状態に
しており、流入空気量は少なく、燃料当量比φを所定の
値に設定できる。即ち、第5図の如く負荷25チで燃料
F3を投入したとすれば、同図(C)のように燃料投入
時(符号X参照)には、空気A冨の量を第5図(b)の
■で示すように小さいものに押えておくことができ、第
5図(1)のように所定燃料当量比に設定できる(符号
■参照)。この場合、余分の空気は希釈空気A3の空気
孔7を通るため、第1段の空気A1の値は変動させない
。第5図(b)に符号■で示す通りである。負荷の上昇
に伴って円筒4はトラビン8の側に移動する。これに伴
い空気孔6は開方向、空気孔7は閉方向となる。これに
より、第2段燃料の量に比例して、この第2段穿気景A
鵞は増加するので、1gz段燃料Fsの予混合比φは一
定に保たれる。即ち、第5図(C)の燃料F!の変化■
に比例して、空気A雪の量も同図(b)に■で示すよう
に変化し、よって同図(a)に示すように第2段の燃料
当量比φは一定に維持されるのである(X参照)。
第6図及び第7図を用いて空気量可変内#4のfeiI
th方法を説明する。この円筒4は第4図のH−H断面
図である第6図に示すように、燃焼器1の外周に同心的
にカバーしており、外筒2に3点のスライド支持で保持
されている。外筒2はガスタービン1台に数個あり、全
周をリング3がとりまいている。このリング3が油圧装
置によって矢印イに動くと、リング3に結合するピンa
が上部リンク機構を介してビンbの回転動きをもたらす
即ち第7図の如く、ビンaがイ方向に動くと、ビンbは
矢印方向に回転し、これが下部リンク機構により、ピン
Cを矢印口方向に動かす。このように下部リンク機構を
介してピンCとこれに結合する円筒4が@線上の口方向
に摺動することになるわけである。本実施例では、以上
のような機構によって、燃料Ftに比例した空気A!の
量を流入させるべく、円筒4を制御するのである。
以上によって、低負荷(第5図では25%負荷で記入し
であるが、空気量Alの絞り程度により、任意に設定で
きる。)から予混合燃焼を活用することができ、かつ低
負荷にて空気量AIを減じることがないので、副室1の
燻焼温度を過大にすることがない。また流量可変円筒4
の動きも負荷に比例した一方向動きとすることができる
。従って従来技術で指摘した問題点を全て解決すること
ができる。
〔発明の効果〕
上述の如く本発明によれば、低負荷から高負荷まで、安
定した状態で予混合燃焼を活用することができるので、
広い負荷帯について低NOx化が達成できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はNOxの発生傾向を示す図面である。 第2図(a)(b)は各々従来技術の燃焼器の構造図及
び作動説明図である。第3図(a)(b)は別の従来技
術の燃焼器の構造図及び作動説明図である。第4図乃至
第7図は本発明の一実施例を示し、第4図はその構造を
示す断面図、第5図はその燃焼器の動作特性説明図、第
6図は第4図のH−H線断面図であって本例の流量可変
機構の構造を説明する図面、第7図は同じくその機構を
示す構成図である。 1・・・第1段燃焼部(副室)、2・・・第2段燃焼部
(副室)、4・・・流量調整装置(空気流量可変円筒)
、A1・・・第1段の空気、A!・・・第2段の空気、
Fl・・・第1段の燃料、F2・・・第2段の燃料。 代理人 弁理士 秋本正実 て量もミルφ も2図 (CL) (b) 論荷 帛3図 (CL) 9筒 も5図 負街

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、第1段燃料を空気と混合し、燃焼ガスを発生する第
    1段燃焼と、第2段燃料をあらかじめ空気と予混合させ
    、この混合体を燃焼させる第2段燃焼とを行なわせるガ
    スタービン燃焼方法において、第1段の空気量を変化さ
    せることなく、第2段の予混合用空気量を第2段燃料量
    に比例させて変化させる構成としたことを特徴とするガ
    スタービン燃焼方法。 2 第1段燃料を空気と混合し、燃焼ガスを発生する第
    1段燃焼部と、第2段燃料をあらかじめ空気と予混合さ
    せ、この混合体を燃焼させる第2段燃焼部とからなるガ
    スタービン燃焼器において、第1段の空気量を変化させ
    ることなく、第2段燃焼部の予混合用空気量を第2段燃
    料量に比例させて変化させ得る流量調整装置を設けたこ
    とを特徴とするガスタービン燃焼器。 3、第2段燃焼部の外周に設けた空気流量可変円筒によ
    り、第2段燃焼部の予混合空気量を変化させることを特
    徴とする特許請求の範囲第2項に記範のガスタービン燃
    焼器。
JP9564584A 1984-05-15 1984-05-15 ガスタ−ビン燃焼方法及びガスタ−ビン燃焼器 Granted JPS60240833A (ja)

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