JPS6235016B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスタービン燃焼器に関する。

ガスタービン燃焼器における大気汚染物質とし
ては、炭化水素や一酸化炭素の如き燃料未燃成分
とともに光化学スモツグの原因物質とみなされて
いるNOxの発生が特に大きな問題となつてい
る。

ガスタービンにおける低NOx化技術は大きく
分けて低NOx燃焼技術と排煙脱硝技術がある
が、ガスタービンの環境対策をより経済的に達成
するためには、低NOx燃焼器によりその発生源
においてできる限りの低NOx化を図ることが重
要である。

この低NOx化のため、本発明者らは種々の燃
焼器を試作試験した結果、ガスタービン燃焼器の
広い作動範囲にわたつて安定燃焼を持続させるべ
く、燃焼器長手方向に１次及び２次の燃焼室に設
け、これらの燃焼室にそれぞれ１次及び２次の燃
料と空気の予混合物を噴射させる予混合燃焼器が
非常に有利であるとの結論を得、すでに提案して
いる。ところで、この予混合燃焼器の着火条件を
実験的に種々検討を行つた結果、２次燃焼室にお
ける２次燃焼火炎は１次燃焼室における１次燃焼
火炎によつて着火可能であるが、２次燃焼火炎が
速かに着火するためには、相当量の２次燃料を噴
射しないと着火しないということが明らかになつ
た。しかしながら、燃料を増加させるとNOxが
発生しやすくなり、本来の目的の低NOx化を阻
害することになる。また、２次燃焼火炎の着火遅
れが進むとタービンの速かな負荷運転ができなく
なる欠点がある。

この２次燃焼火炎の着火遅れの原因を種々検討
した結果、その原因は２次空気流によつて１次燃
焼火炎のまわりに空気層が形成され１次燃焼火炎
による２次燃焼火炎の着火ができなくなること、
１次燃焼室の多数の小孔から流入する壁面冷却空
気の１次燃焼火炎の冷却作用により１次燃焼火炎
による２次燃料の加熱と反応の伝播を阻害してい
ること、等であることがわかつた。

本発明の目的は、上述の点に鑑み、２次燃焼火
炎の着火特性を改善し、タービンのスムーズな負
荷運転を可能とし、以つて、低NOx化が充分計
れるガスタービン燃焼器を提供するにある。その
特徴とするところは、１次の燃料と空気の予混合
物を供給して１次燃焼火炎を形成する第１の燃焼
室と、２次の燃料と空気の予混合物を供給して２
次燃焼火炎を形成する第２の燃焼室とを燃焼器の
長手方向に接続して設けたものにおいて、前記第
１の燃焼室と第２の燃焼室との間に、前記２次燃
焼火炎の前記１次燃焼火炎による着火を助長させ
る３次の燃料と空気の予混合物を供給する供給装
置を設けた点にある。

以下、本発明の一実施例を図面に沿つて詳細に
説明する。第１図において、燃焼器外筒１の内部
に２次燃焼室ライナ２とこのライナ２より断面積
の小さい１次燃焼室ライナ３とを燃焼器長手方向
に接続し、この接続位置、即ち、１次燃焼室ライ
ナ２の断面積拡大部に２次燃料ノズル５及び２次
旋回器６、また１次燃焼室ライナ３の反燃料噴射
方向端部即ち、頭部に１次燃料ノズル１０及び１
次旋回器７をそれぞれ設ける。１次燃焼管８から
供給された１次燃料１０４を１次燃料ノズル１０
で空気１００と予混合し、１次旋回器７から旋回
流として噴出し、予混合である１次燃焼火炎１０
７を形成する。２次燃料管９から供給された２次
燃料１０５は２次燃料ノズル５から２次旋回器６
へ噴射され、この旋回器６で２次燃料１０５と２
次燃焼空気１０２が混合され噴射される。旋回混
合気流として２次燃焼室内へ流入し、２次燃焼火
炎１０８を形成する。１次燃焼火炎１０７は着火
栓１１により着火され、次いで２次燃焼火炎１０
８は１次燃焼火炎１０７により着火され、これに
よつて生じた燃焼ガスは矢印１０６の如く燃焼器
の長手方向に進行し、ガスタービンに供給され
る。尚４は２次燃焼室ライナ２壁に設けられた希
釈空気１０１を給入する孔、１０３は同ライナ２
の壁に設けられた壁面冷却空気である。

かかる燃焼器において、ガスタービン起動時か
ら低負荷領域まで１次燃焼のみで運転し、高負荷
領域は１次燃焼に２次燃焼を加えることにより全
作動領域を運転するものである。このようにして
負荷に応じて燃料を分割供給し、２段階の燃焼を
させることによりスムースな負荷運転を行うこと
ができる。

このように構成された予混合燃焼器において、
２次燃料の供給開始前に前記１次燃焼ライナ３頭
部の２重壁開口部に設けられた３次燃料管１２に
より３次燃料１０９を供給し、燃焼器外筒１とラ
イナ室２との間から供給される冷却空気１０３と
同様の冷却空気１１０との可燃混合気１１１とし
て２次燃焼室内の１次、２次燃焼火炎１０７，１
０８の間に流出せしめることにより、１次燃焼火
炎１０７の外周に沿つて高温の３次火炎を形成す
ることが可能となる。この結果、２次空気流によ
つて１次燃焼火炎と２次燃焼火炎の間に空気層が
形成され、あたかも２つの火炎が分離されようと
したものを、２つの火炎に３次の火炎を供給する
ことにより空気層を除去し、１次燃焼火炎の１次
燃焼火炎による着火を迅速にすることができる。
また、燃焼器の１次燃焼室ライナ冷却用の低温冷
却空気流１０４による１次火炎の冷却作用により
２次燃焼火炎の着火性能を低下させる要因を除外
することができる。従つて、本発明の採用により
従来燃焼器の欠点であつた２次燃焼火炎の着火遅
れが大巾に改良され、ガスタービンの負荷運転は
スムースな運転となる。また１次燃焼室の冷却空
気流が１次燃焼室ライナ３内の１次燃焼火炎１０
７を直接冷却しないため、低負荷運転時の未燃成
分の発生が抑制できる。

このように、本発明の一実施例によれば、１次
燃焼室ライナを２重壁構造とし、２重壁内を３次
の燃料と冷却空気の予混合物を通して１次燃焼火
炎１０７と２次燃焼火炎と間に供給することによ
り１次燃焼火炎１０７と２次燃焼火炎１０８との
間の空気層を除去することができ、また、冷却空
気による１次燃焼室内に形成される１次火炎の冷
却作用を除外でき、未燃成分の発生を抑制でき
る。従つて、２次燃料の供給時に、１次燃焼室の
冷却空気中に３次の燃料を供給し、３次の燃焼火
炎の形成により２次燃焼火炎への火移りを容易に
し、着火遅れを短縮化し、ガスタービンの負荷運
転をスムースとすることが可能である。従つて、
従来のように２次燃焼全域にわたつて高濃度の空
気燃料混合物を供給する心配がなく低NOx化の
ガスタービン燃焼器が実現できる。

次に、本発明の他の実施例を第２図より説明す
ると、１次燃焼室ライナ３は第１図と同じく２重
壁構造とし、このライナ３の２重壁の下流端は２
次燃焼室ライナ２内に開口させ、頭部上流端は密
閉構造とし、３次燃料管１２と３次燃焼室冷却空
気管１３が１次燃焼室ライナ３の壁面に形成され
た供給管に接続されている。かかる構造におい
て、３次の冷却空気管１３を用いて適当に圧力及
び流量が調整された３次冷却空気１１０を３次燃
料１０９とともに供給することにより、１次、２
次火炎の間の空気層を除去して２次火炎の着火遅
れを短縮化することができるとともに、１次燃焼
室ライナ壁面の冷却を一層確実に行うことができ
ることになる。特に１次燃焼室ライナ内の１次燃
焼火炎の燃焼量が小さいときは、３次冷却空気１
１０の量を小さく設定し、燃焼量が大きくなると
この３次冷却空気１１０の量を大きくし、壁面冷
却効果を増すことができる。

以上述べた通り、本発明によれば、２次燃焼火
炎の着火遅れをなくすると共に、スムースな負荷
運転を可能とし、以つて、低NOx化が充分発揮
できるガスタービン燃焼器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すガスタービン
燃焼器の断面図、第２図は本発明の他の実施例を
示すガスタービン燃焼器の断面図である。 ２……２次燃焼室ライナ、３……１次燃焼室ラ
イナ、８……１次燃料管、９……２次燃料管、１
３……３次冷却空気管、１０２……２次燃焼空
気、１０４……１次燃料、１０５……２次燃料、
１０９……３次燃料、１１０……３次冷却空気。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １次の燃料と空気の予混合物を供給して１次
   燃焼火炎を形成する第１の燃焼室と、２次の燃料
   と空気の予混合物を供給して２次燃焼火炎を形成
   する第２の燃焼室とを燃焼器の長手方向に接続し
   て設けたものにおいて、前記第１の燃焼室の断面
   積よりも第２の燃焼室の断面積を大きく設定し、
   前記第１の燃焼室と第２の燃焼室との間に形成さ
   れる断面拡大部に前記１次燃焼火炎から前記２次
   燃焼火炎への着火を助長させる３次の燃料と空気
   の予混合物を供給する供給装置を開口させたこと
   を特徴とするガスタービン燃焼器。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のガスタービン燃
   焼器において、前記供給装置として、前記第１の
   燃焼室の外壁に沿つて前記３次の燃料と空気の予
   混合物を供給する供給管を設けたことを特徴とす
   るガスタービン燃焼器。