JPS61110817A - 燃焼装置 - Google Patents

燃焼装置

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JPS61110817A
JPS61110817A JP23108084A JP23108084A JPS61110817A JP S61110817 A JPS61110817 A JP S61110817A JP 23108084 A JP23108084 A JP 23108084A JP 23108084 A JP23108084 A JP 23108084A JP S61110817 A JPS61110817 A JP S61110817A
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JP
Japan
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fuel
premixing
injection nozzle
air
inner cylinder
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Pending
Application number
JP23108084A
Other languages
English (en)
Inventor
Fukuo Maeda
福夫 前田
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS61110817A publication Critical patent/JPS61110817A/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
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/30Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply comprising fuel prevapourising devices
    • F23R3/32Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply comprising fuel prevapourising devices being tubular

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、例えば、火力光lプラントにおけるガスター
ビンに使用される燃焼装置に係り、特に、N0X(窒素
酸化物)を低減化する燃焼装置に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
従来のガスタービンは、第5図に示されるように、空気
圧縮機aを駆動することにより、給気管すから流入した
空気を圧縮し、この圧縮空気を吐出管Cを通して燃焼装
置Iを構成する外筒体dと内筒体eと・の間に形成され
た空気通路fを通して上記内筒体eの基部e1に設けら
れた噴射ノズルQの近傍のスワラ−hへ一次空気として
圧送して旋回流を形成すると共に、残りの圧縮空気で上
記内°筒体eを冷却しながら、この内筒体eの周壁に穿
設された多数の通気孔1から上記内筒体e内へ圧送し、
噴射ノズルQに接続した燃料管(燃料供給管)g、から
圧送された燃料を上記噴射ノズルqから上記内筒体e内
に噴射し、旋回流による一次空気と混合し、点火器jで
点火して一次燃焼領域にで燃焼させると共に、さらに、
この−次燃焼ガスを上記各通気孔iから流入した圧縮空
気(ジェット空気)によって二次燃焼領1+で二次燃焼
させて、高温ガスを生成し、この高温ガスを高温ガス供
給路mを通してタービンnへ供給し、こ)で、タービン
nを回転して仕事をした後、機外へ排出するようになっ
ている。
他方、上記タービンnは梅電機O及び上記空気圧縮na
を共に、駆動するようになっている。
特に、上述したガスタービンに使用される一本の噴射ノ
ズル(燃焼バーナー)qは、−微燃焼領域にで約200
0℃程度の高温度になり、この−次燃焼領fik内では
、サーマルNOXと称する多量のNOXが発生し、これ
が公害問題の原因になっている。
そこで、サーマルNOXを低減する手段として、燃焼温
度の低下、高温ガス中の滞留時間の減少、酸素11度の
低下等があるけれども、実際のガスタービンnにおける
燃焼装置は、圧力損の制限、燃焼バーナとしての噴射ノ
ズルqの構造上及び運転上の信頼性等に関連して実現可
能な技術的手段は、燃焼温度を低下することにある。
即ち、噴射ノズルqの温度低下手段は、NOX低減効率
も大きい関係上、上記−微燃焼領域kにおける燃焼温度
を低下させるために、この−微燃焼領域kに水噴射や蒸
気噴射を施し、直接的に、−次燃焼領域温度、又は、酸
素濃度を低減し、これによって、低NOX化を図るよう
になっている。
しかし、上述した低NOX化の技術手段は、コンバイン
ドサイクルの発電プラントでは、サイクル効率を低下さ
せるばかりでなく、プラント建設コストを増大させる等
の難点がある。
なお、水や蒸気噴射によるフンバインドサイクルの発電
プラントでは、サイクル効率の低下を防止するために、
−微燃焼領域kにおけるスワラ−hからの旋回気流の風
量や二次燃焼領tl+の空気ジェット11等を変化させ
て、上記両燃焼領域k。
1の当量比を制御し1、燃焼温度を低下させ、これによ
って、NOXを低減させることもあるが、これは、NO
Xを有効に低減するには、充分ではない。
′そこで、第6図及び第7図に示されるように、低NO
X化の各技術手段が提案されている。即ち、ガスタービ
ンにお、ける燃焼装置は、第6図に示されるように、ス
ワラ−hの周りに複数の噴射ノズルpを配設し、これに
よって、燃料の供給を分散させて燃焼温度の低下を図る
ものである。
又一方、第7図に示されるガスタービンの燃焼装置は、
内筒体eの一部に枝管qを付設し、この枝管qに補助バ
ーナーγを設け、これによって、補助バーナーγによる
燃料が内局体e内に噴出する前に圧力空気を混合して予
混合ガスとして、上記内筒体e内に供給し、高温ガスに
よって着火・燃焼し、燃料稀薄な当量比によって燃焼さ
せることにより燃焼温度を低減させ、これに起因してN
OXを低減させるようにしたものである。
しかしながら、上述した燃焼装置は、予混合ガスを生成
するように構成しているため、予混合ガスへの逆火現象
による吹消えやパイロット火炎の安定性に問題がある。
特に、このパイロット火炎の安定性及び吹消え現象は、
タービンプラントにおける運転上の信頼性や部分負荷運
転時のCOの増大と関係しているため、パイロット火炎
は、燃焼の安定性のよい拡散燃焼手段を採用している′
けれども、これは、火炎の安定化、部分負荷時のCOの
増大防止対策等のために、パイロット火炎の占める燃料
割合を減少することが困難である。つまり、この場合、
パイロット火炎によって、NOXが発生し、噴射ノズル
ロ、γ全体で発生するN OX!の大部分を占めるよう
になり、噴射ノズルQ、γの多数化や予混合化によって
かなりの低NOX化を図ることは、できるけれども、こ
れによってNOXを低減することは困難である。
このように、上述した燃焼装置における水噴射、蒸気噴
射手段や噴射ノズルγの多数化及び予混合化による各技
術手段は、発電プラントの発電効率、火炎の安定化並び
に信頼性のある運転の確保、部分負荷運転時のCOの低
減及び燃焼効率の向上を充分に達成することは困難であ
り、しかも、脱硝装置の高効率化に伴う建設コストや運
転維持費等を増大する等の欠点がある。
〔発明の目的〕
本発明は、上述゛した欠点を解消するために、外筒体の
基部に通気ダクトや複数の主噴射ノズルを設けると共に
、内筒体に通気ガイド筒を設けて旋回流や空気ジェット
による火炎の安定化及び予混合用燃料の分配化を図り、
予混合割合を大幅に増大して低NOX化を図ることを目
的とする燃焼装置を提供するものである。
〔発明の概要〕
本発明は、外筒体の基部に予混合ダクト及びスワラ−を
備えた内筒体を同心的に設け、この内筒体の基部と上記
予混合ダクトの基部との間に複数の主噴射ノズルを配設
し、上記予混合ダクトの位置する上記内向体の周壁に複
数の通気ガイド筒を付設して予混合割合を増大して低N
OX化を図るように構成したものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を図示の一実施例について説明する。
第1図及び第2図において、符@1は、燃焼装置におけ
る円筒形をなす外筒体であって、この外筒体1の基部1
aには予混合ダクト2及びスワラ−3を備えた内筒体4
が同心的に設けられており、この予混合ダクト2と上記
外筒体1との間には空気圧縮機の給気管に連通した空気
通路5が形成されている。又、この予混合ダクト2の位
置する上記内筒体4の周壁には、複数の通気ガイド簡6
が上記内筒体4の中心方向く軸心方向)に向って付設さ
れており、この通気ガイド筒6は、逆火現象を防止する
と共に燃料の希釈化を図っている。さらに、上記予混合
ダクト2は、上記各通気ガイド筒6に連通ずる冷却通路
7を形成しており、この冷却通路7は上記空気通路5に
連通している。
一方、上記スワラ−3の位置する内筒体4の中央部には
燃料管8に連結したパイロット噴射ノズル9が設けられ
ており、上記冷却通路7の位置する上記予混合ダクト2
の基部には、複数の主噴射ノズル11が独立した燃料供
給管10に連通するようにして配設されている。なお、
空気通路5に位置する上記内筒体4には複数の通気孔1
2が穿設されており、この各通気孔12には、空気ジェ
ットが流入するようになっている。
従って、図示されない空気圧縮機からの高圧空気は、上
記空気通路5から各通気孔12へ空気ジェットとして流
入すると共に、上記内筒体4及び予混合ダクト2を冷却
しながら冷却通路7へ流入する。しかして、上記主噴射
ノズル11の燃料と予混合する燃焼用空気の当量比は、
定格運転時、0.7〜0.5の間になるように決められ
ており、上記噴射ノズル11の燃料は常に制御されてい
る。
又、上記定格運転時における全燃料に対する割合は、約
70〜80%程度に設定される。
又一方、上記高圧空気の一部は、上記スワラ−3用とし
て上記内筒体4内に旋回流入するようになっており、定
格運転時においては、パイロット噴射ノズル9の燃料が
噴射されて、スワラ−3の空気と予混合される。
なお、上記予混合ダクト2及びスワラ−3の混合ガスの
平均流速は、逆火現象を防止するため、火炎伝播速度よ
り大きくなるように予混合ダクト2の形状によって決め
られている。
このようにして、パイロット噴射ノズル9がらの燃料は
、スワラ−3による旋回流によって拡散燃焼用燃料とし
てパイロット火炎を形成すると共に、上記冷W流路7を
形成した予混合ダクト2がらの燃焼用空気を各通気ガイ
ド筒6を通して予混合ジェット気流となって逆流領域の
流れの安定化を図っている。
又、上記主噴射ノズル11の燃料と予混合する燃焼用空
気は、約70〜80%程度供給されて、70〜80%程
度の予混合が可能となり、さらに、パイロット噴射ノズ
ル9の空気は、約30〜70%程度を予混合することに
より、全燃料の大部分を予混合することが可能となる。
次に、第3図に示されるグラフは、NOXと燃料空気比
較の関係を示したグラフであって、これは、予混合割合
の増加と共に、ガスタービンにおける燃焼装置に発生す
るNOXの低減状況を示したものである。即ち、このグ
ラフからも明らかなように、NOXの低減化は、主噴射
ノズル11の予混合割合を増加させることにより可能で
ある。
又一方、上記パイロット噴射ノズル9の燃流聞は、約2
0〜30%程度にするのが望ましく、第4図のグラフは
、パイロット噴射ノズル9の予混合割合とNOXとの関
係を示したものである。即ち、このグラフからも明らか
なように、パイロット噴射ノズル9の予混合割合は、約
30%以上が望ましく、それ以上の予混合割合を増大す
ると、NOXは低下するが、火炎不安定性が増大する。
従って、上記パイロット噴射ノズル9の燃料の予混合割
合は、約30〜70%が望ましい。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明によれば、外筒体1の基部1a
に予混合ダクト2及びスワラ−3を備えた内向体4を同
心的に設け、この内筒体4の基部と上記予混合ダクト2
の基部との間に複数の主噴射ノズル11を配設し、上記
予混合ダクト2の位置する上記内筒体4の周壁に複数の
通気ガイド筒6を付設しであるので、低NOX化を図る
ことができるばかりでなく、上記内筒体4を有効に冷部
するから、耐久性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による燃焼装置を線図的に示す断面図
、第2図は、第1図中の鎖線A−Aに沿う横断面図、第
3図は、NOXと燃料空気比との関係を示すグラフ、第
4図は、NOXと予混合割合との関係を示すグラフ、第
5図乃至第7図は、従来の燃焼装置を線図的に示す各断
面図である。 1・・・外筒体、2・・・予混合ダクト、3・・・スワ
ラ−14・・・内筒体、5・・・空気通路、6・・・通
気ガイド筒、7・・・冷却通路、9・・・パイロット噴
射ノズル、11・・・主噴射ノズル。 出願人代理人  猪  股     清第1 図 第2図 第3図 第4因

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、外筒体の基部に予混合ダクト及びスワラーを備えた
    内筒体を同心的に設け、この内筒体の基部と上記予混合
    ダクトの基部との間に複数の主噴射ノズルを配設し、上
    記予混合ダクトの位置する上記内筒体の周壁に複数の通
    気ガイド筒を付設したことを特徴とする燃焼装置。 2、各通気ガイド筒を内筒体の中心方向に配設したこと
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の燃焼装置。
JP23108084A 1984-11-01 1984-11-01 燃焼装置 Pending JPS61110817A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02309123A (ja) * 1989-05-23 1990-12-25 Toshiba Corp ガスタービン燃焼器
KR100395643B1 (ko) * 2000-10-04 2003-08-21 한국기계연구원 가스터빈 연소기
EP2857658A1 (en) * 2013-10-01 2015-04-08 Alstom Technology Ltd Gas turbine with sequential combustion arrangement

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