JPS61105029A

JPS61105029A - 予混合型ガスタ−ビン燃焼器

Info

Publication number: JPS61105029A
Application number: JP22724784A
Authority: JP
Inventors: Kazuoki Kitahara; 北原　一起; Noriyuki Sakai; 規行酒井
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1984-10-29
Filing date: 1984-10-29
Publication date: 1986-05-23

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】（産業上の利用分野）この発明は、予め予混合装置で空気と燃料の混合気を造
ったのち、この混合気を燃焼器本体へ供給して燃焼させ
る予混合型ガスタービン燃焼器に関するものである。

（従来技術）従来、予め予混合装置において空気と燃料が所定の割合
で混合された均質な混合気を造ったのち、この混合気を
燃焼器本体へ供給して燃焼させると、低温燃焼が可能に
なり、ガスタービンの排気中に含まれる窒素耐化物Ｎｏ
ｗを低減できることは知られている。しかしながら、従
来の予混合型ガスタービン燃焼器はいずれも、実験的に
予混合を行なったものであって、ガスタービンの異なる
運転状態を実験的に設定したうえで、その運転状態に応
じて予混合気の混合比等を手動操作で変えるものにすぎ
ず、ガスタービンの異なる運転状態に応じて自動的かつ
適確に予混合装置を作動させる実用的な予混合型ガスタ
ービン燃焼器は、未だに実現されていない。

（発明の目的）この発明は、上記従来の問題に鑑み、てなされたもので
、ガスタービンの異なる運転状態に応じて自動的かつ適
確に予混合装置を作動させ、Ｎｏｗを有効に低減できる
実用的な予混合型ガスタービン燃焼器を提供することを
目的とする。

（発明の構成）上記目的を達成するために、この発明は、燃焼器本体の
パイロット燃料供給弁と予混合装置の予混合用燃料供給
弁とに燃料を分配する分配弁を設ける一方で、予混合装
置を、上記燃焼器本体の周壁に接続されて上記混合気を
燃焼室内に導入する導入管と、この導入管の上流側端部
に設けられた上記予混合用燃料供給弁、導入管の外周側
から旋回させながら予混合用空気を導入する空気導入手
段、およびこの空気導入手段の開度を調整して空気導入
量を制御する空気量制御手段とで形成するとともに、こ
の予混合装置を駆動する駆動装置を、エンジン回転数、
圧縮機からの空気圧力、上記各燃料供給弁から供給され
る燃料の圧力もしくは流量のうちの少なくとも１つを表
わす入力信号に基づき、上記空気量制御手段および分配
弁のそれぞれの開度を演算する演算器と、この演算結果
に基づいて、上記空気量制御手段と分配弁を駆動する駆
動機とで形成することにより、ガスタービンの異なる運
転状態に応じて自動的に予混合装置を制御するようにし
ている。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面にしたがって説明する。

第１図において、１１はガスタービンの筒形の燃焼器本
体で、圧縮機（図示せず）から送られる高圧空気Ａの通
路１２内にたとえば複数個が並設されて、燃焼装置を構
成し、燃焼ガスＧをその排気口１３からタービン（図示
せず）へ送り出す。

燃焼器本体１１はステー１４により通路壁１５に支持さ
れる。

上記燃焼器本体１１の内部には燃焼室１７が形成され、
上流側端部１１ａには、外部から上記燃焼室１７へ燃料
Ｆと燃焼用空気Ａ、をそれぞれ供給するパイロット燃料
供給弁１８および燃焼用空気孔１９が設けられている。

燃焼用空気孔１９は、軸方向と径方向にそれぞれ設けら
れており。

軸方向の燃焼用空気孔１９に対抗する位置には燃焼用空
気Ａ、を旋回させながら導入するための案内羽根２０が
装着されている。

２１は上記燃焼室１７内に所定の濃度の混合気Ｍを供給
する予混合装置であり、燃焼器本体１１の周壁１１ｂに
接続されて上記混合′ＡＭを燃焼室１７内に導入する導
入管２２と、この導入管２２の上流側端部に装着された
予混合用燃料供給弁２３、空気案内羽根、（第２図参照
）を備えた空気導入手段２４．および筒体からなる空気
量制御手段２５とを有している。この予混合装置２１は
、上記空気導入手段２４を通して導入管２２の外周側か
ら旋回させながら予混合用空気Ａ２を導入し、上記予混
合用燃料供給弁２３から噴射された燃料Ｆと混合させて
混合気Ｍを造り、上記空気量制御手段２５のスライドに
より上記空気導入手段２４の開度を調整して空気導入量
を制御し、混合気Ｍの混合比を最適に調整する。

上記予混合装置２１は、第３図に示すように、燃焼器本
体１１の外周に複数個設けられており、各予混合装置２
１の導入管２２から燃焼室１７に導入された混合気Ｍを
燃焼室１７内でほぼ均一な速度で一定方向へ旋回させ、
燃焼の安定化を図っている。

また、第１図の燃焼器本体１１の周壁１１ａにおける導
入管２２の接続部よりも下流側には、希釈用空気Ａ３を
導入するための希釈用空気孔２７が設けられている。

さらに、３０は主燃料ラインで、下流でバイロット燃料
ライン３１と予混合ライン３２とに分岐している。上記
主燃料ライン３０を流れる燃料の量は、スロットル操作
部材（図示せず）により操作される燃料調量弁２９によ
り制御され、この主燃料ライン３０からパイロット燃料
ライン３１と予混合ライン３２へ分配される燃料の分配
比は、予混合ライン３２に設けられた分配弁３３により
制御される。すなわち、分配弁３３を開放すると燃料の
全量が予混合装置２１の予混合用燃料供給弁２３へ供給
され、分配弁３３を閉じると燃料の全量がパイロット燃
料供給弁１８へ供給される。

上記予混合装置２１と分配弁３３は、第４図に示すよう
に、駆動装置３４により駆動される。駆動装置３４は、
上記空気量制御手段２５と分配弁３３のそれぞれの開度
を演算する演算器３５と、空気量制御手段２５を駆動す
る駆動モータ（駆動機）３６と、分配弁３３を駆動する
アクチュエータ（駆動機）３７とからなる。

上記演算器３５は１回転数センサー３８から出力される
エンジン回転数信号ａ、圧力センサー３９から出力され
る圧縮機吐出側の空気圧力信号ｂ、圧力センサー４０か
も出力される燃料圧力信号Ｃ１および圧力センサー４１
から出力される燃料流量信号ｄを受けて、予め設定され
た数式にしたがって上記空気量制御手段２５と分配弁３
３のそれぞれの開度を演算し、この演算結果に基づいて
、上記駆動モータ３６と７クチユエータ３７が作動して
、上記空気量制御手段２５と分配弁３３を駆動すφよう
になっている。

上記駆動モータ３６は、第５図に明示するように、その
回転軸４５の先端のビニオン４６で空気量制御手段２５
の外側に形成されたラック４７にかみ合って、上記ビニ
オン４６の回転により空気量制御手段２５を第４図の軸
方向４８へ移動させ、空気導入手段２４の開度を調整す
る。

つぎに、上記構成の作動について説明する。

（１）第４図の各信号ａ、ｂ、ｃ、ｄの値が大きい高負
荷時：従来の噴霧燃焼では高負荷時にＮｏｔが大量に発生する
恐れがあるため、予混合装置２１を充分活用して、Ｎｏ
ｔの゛低減を図る必要がある。そこで、燃料の大部分を
予混合装置２１の予混合用燃料供給弁２３から供給し、
第１図のパイロット燃料供給弁１８からは一部の燃料を
供給するだけとする。したがって、第４図の駆動装置３
４により、自動的に空気量制御手段２５を開放方向（左
方向）へ移動させるとともに、分配弁３３を開放させる
。

ここで、予混合用空気Ａ２は空気導入手段２４から旋回
しながら導入管２２内に導入されるので、予混合用燃料
供給弁２３から供給される燃料Ｆと激しく混ざり合って
蒸発φ混合する。したがって、第１図の混合気Ｍは均質
なガスとなって燃焼室１７内へ入り、低温燃焼を可能に
する。その結果、ＮＯｘの低減が実現される。

この低温燃焼を実現するには、予混合装置２工での混合
比、すなわち、予混合用空気Ａ２と予混合用燃料供給弁
２３から供給される燃料Ｆとの重量比を正確に制御して
、燃料Ｆの過剰による燃焼温度の上昇を抑制する必要が
あり、この制御を駆動装置３４の特に演算器３５で行な
っている。

（２）第４図の各信号ａ、ｂ、ｃ、ｄの値が小さい低負
荷時、ならびに負荷変動の大きい遷移時：低負荷時にお
いては、圧縮機の圧縮比の低下にともなって空気温度が
下がることから、燃料の蒸発性能が低下するとともに、
燃焼可能な温度領域が狭くなるので、予混合方式では安
定燃焼が実現されない、他方、この低負荷時には空気温
度が低いことから、ＮＯｘの排出量自体が少ないので、
Ｎｏｗを低減させる必要性は比較的少ない。

また、負荷変動の大きい遷移時においては、燃料供給量
が大幅に変動するため、予混合装置２１内で混合比を一
定に保つことは困難である。他方、この遷移時は時間的
に短いので、やはり、ＮＯｘを低減させる必要性が比較
的少ない。

そこで、低負荷時および遷移時には、燃料の大部分もし
くは全部を第１図のバイロフト燃料供給弁１８から供給
し、予混合装置２１の予混合用燃料供給弁２３からは一
部の燃料を供給するだけか、または全く燃料を供給しな
いものとする。したがって、第４図の駆動装置３４によ
り、自動的に空気量制御手段２５を閉塞方向（右方向）
へ移動させるとともに、分配弁３３を閉じる。こうして
、第１図のパイロット燃料供給弁１８の下流近傍での噴
霧燃焼により、安定燃焼および燃焼効率の向上を図る。

この発明のガスタービン燃焼器は以上のように作動する
ので、排出するＮＯｘの量は、通常型のガスタービン燃
焼器から排出されるＮｏｗの量よりもはるかに少なくな
る。

なお、上記実施例では、第３図の予混合装置２１を燃焼
器本体１１の周囲に５つ設けたが、予混合装置２１の数
量は５つに限定されるものではなく、この数量は燃焼装
置の容量等に応じて適宜法めればよい。

また、第４図の演算器３５は、エンジン回転数信号ａ、
圧縮機の空気圧力信号ｂ、燃料圧力信号Ｃ１および燃料
流量信号ｄのすべてを受（する必要はなく、これら各信
号の少なくとも１つを受けて演算を行なうようにすれば
よい。

（発明の効果）以上説明したように、この発明によれば、ガスタービン
の異なる運転状態に応じて自動的かつ適確に予混合装置
を作動させ、ＮＯｘを有効に低減できる実用的な予混合
型ガスタービン燃焼器が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す概略構成図斜視図、
第２図は第１図の■−■線に沿った断面図、第３図は第
１図のｍ−■線の方向から見た正面図、第４図は第１図
の予混合装置および駆動装置の要部を示す側面図、第５
図は第４図の■−Ｖ線に沿った断面図である。１１・・・燃焼器本体、１７・・・燃焼室、１８・・・
パイロット燃料供給弁、１９・・・燃焼用空気孔、２１
・・・予混合装置、２２・・・導入管、２３・・・予混
合用燃料供給弁、２４・・・空気導入手段、２５・・・
空気量制御手段、３３・・・分配弁、３４・・・駆動装
置、３５・・・演算器、３６．３７・・・駆動機、ａ・
・・エンジン回転数信号、ｂ・・・空気圧力信号、Ｃ・
・・燃料圧力信号、ｄ・・・燃料流量信号。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内部に燃焼室が形成され、上流側端部に外部から
上記燃焼室へ燃料と燃焼用空気をそれぞれ供給するパイ
ロット燃料供給弁および燃焼用空気孔を有する燃焼器本
体と、上記燃焼室内に所定の濃度の混合気を供給する予
混合装置と、この予混合装置の予混合用燃料供給弁と上
記パイロット燃料供給弁とに燃料を分配する分配弁と、
上記予混合装置および分配弁を駆動する駆動装置とを有
し、上記予混合装置は、上記燃焼器本体の周壁に接続さ
れて上記混合気を燃焼室内に導入する導入管と、この導
入管の上流側端部に設けられた上記予混合用燃料供給弁
、導入管の外周側から旋回させながら予混合用空気を導
入する空気導入手段、およびこの空気導入手段の開度を
調整して空気導入量を制御する空気量制御手段とを具備
し、上記駆動装置は、エンジン回転数、圧縮機からの空
気圧力、上記各燃料供給弁から供給される燃料の圧力も
しくは流量のうちの少なくとも１つを表わす入力信号に
基づき、上記空気量制御手段および分配弁のそれぞれの
開度を演算する演算器と、この演算結果に基づいて、上
記空気量制御手段と分配弁を駆動する駆動機とを具備し
てなる予混合型ガスタービン燃焼器。