JPS6269020A - 空燃比制御機構 - 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〕 本発明はガスタービン燃焼方法およびガスタービン燃焼
器に係り、特に、燃焼ガス中のＮＯＸ発生量を低減した
空燃比制御機構。

〔発明の背景〕

燃焼反応において発生するＮＯア量は第３図に示す傾向
にあることが知られている。即ち、第３図は横軸に燃料
当量化、縦軸に発生ＮＯｘ及び大災温度をとったもので
あるが、図中に実線で示すように、完全燃焼条件である
燃料当世比φ＝１でＮｏ８発生量は最大、燃料リッチ（
φ〉１）または燃料希８（φく１）でＮＯ，発生量小と
なる。

ガスタービン燃焼器の場合、燃料希薄で排出されるので
、この領域を考えるとφが少ないほどＮＯ８発生が少な
くなるがφ＝０．２に近づくと不完全燃焼となり、今後
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のバランスをねらってφ＝０．４〜０．
８が選定される。

第３図は、空気と燃料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拡散燃焼では局部
的にφが１近くで燃焼する部分が存在するため燃焼へ安
定範囲は広いが逆にＮ　Ｏｘの発生も大きくなる。その
ため、燃焼の反応前に空気と燃料を混合させる予混合方
式が低Ｎ０８代には最も有効である。しかし、予混合気
は逆に燃料が分散しているため、着太し難く、φ＝０．
４〜０．８　の範囲でないとｃｏの発生が犬で良好な燃
焼を行えない、ガスタービンの燃焼器は基本的には空気
流量一定で、負荷変化のためには燃料を増減するので着
火から定格負荷の範囲で燃料を空気の比率、すなわち、
φがＯから１．０　の間で大幅に変化する。そのため予
混合燃焼を採用するためには燃焼を安定させ、かつＧＯ
の発生をなくする目的で燃料の投入法や空気の導入法に
特別な考慮が必要である。例えば、燃料を多投に入れ、
一段当りに関与する空気流量を少なくする事、一段目は
従来の拡散燃焼とし二段目は予混合燃焼とする拡散燃焼
と予混合燃焼の組合せた行なうこと予混合燃焼の分担負
荷範囲を広げるため燃料欲に応じて弁などの機械的機構
を用いて空気流量を可変とする、すなわち、空燃比を制
御するなどの方法をとる事が必要となる。このように、
空燃比負荷によって大幅に変化するガスタービン燃焼器
、あるいは、予混合燃焼採用ガスタービン燃焼器におい
て、燃料の変化に応じて空気流量を調整する機構をもつ
ものについては、例えば、特公昭４９−４６６６号公報
がある。

しかし、空燃比制御に機械的機構を用いる装置では機構
が高圧、高温高速気流におかれ、燃焼器の外部からこれ
を駆動するなどの手段をとるため、機械的に運動する部
分を空気が洩れないようにシールする事が必要であり、
また、機構が熱により変形したり、振動により摩耗した
りし、で、制御性や信頼性を維持出来なくなるようなこ
とがおこり得る。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、燃焼器における空燃比制御用の機械的
駆動機構の欠点をなくシ、可動部のなく制御性、信頼性
の高い空燃比制御機構を堤供することにある。

〔発明の概要〕

本発明のガスタービン燃焼方法は、空燃比制御を純流体
的に行う。

第４図は流体の流れの方向を外部からの同じ流体の微少
な流れによって変化させる偏向型比例増幅素子を示した
ものである。入力流から入る主噴流の流れに対して、制
御流をかえることにより直交して衝突する各噴流のモー
メンタムの作用で主噴流の流れ方向が偏向し、出口側に
ある二つの出力流の流社比が変化する。

このような素子は電気的信号を使わないで純流体的に機
器の制御を行う装置や分流バルブなどの形で応用されて
いる。

本発明はこの方法を、ガスタービンの燃焼器に適用し、
可動部の全くない空燃比制御を実現する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図および第２図により説明
する。

第１図は機械的機構をもつ空燃比制御型低ＮＯＶガスタ
ービン燃焼器を示したものである。

このガスタービン燃焼器は第一段燃料Ｆｌを空気Ａ１と
混合して拡散燃焼させ、燃焼ガスを発生する第一段燃焼
部１と第二段燃料Ｆ２をあらかじめ空気Ａ２と予混合さ
せ、この混合体を燃焼させる第二段燃焼部２とからなる
。この場合、第二段燃焼部２は予混合用空気Ａ２の景を
第二段燃料ＦＺの址に対応させ１機械的機構により変化
させる流量調整装置を設けている場合である。第二段燃
焼部の予混合空気を変化させる流量調整は第二段燃焼部
２の外周に設けた空気流量可変円筒４により行う。

第一段燃料Ｆｌは第一段燃焼部の一端に複数個のノズル
１０により噴射される。第二段燃焼部の燃料Ｆ２はスグ
ラー３内に設けた複数のノズル２０から噴射され空気Ａ
２と予混合した後、第二段燃焼部２内に入り燃焼する。

空気流量Ａ２の可変円筒４はリンク機構５によって外部
装置により燃焼器ｌｌ１Ｉ！！線上を移動する。第二段
燃料Ｆ２の投入時あるいは第一段燃料Ｆｌがある所定の
流量に達した時点で燃料切替に先行して円筒４は第１に
示す破線で描いた位置４′に設定される。この位置で円
筒４は空気Ａ２の流入窓６を絞り込んだ状態になってお
り、流入空気景は減少し、この減少分の一部は一段燃焼
空気Ａｌ希釈空気Ａｓおよびライナ空気に配与され燃焼
器内へ流入する。

このため、第一段燃焼の５量比は小さい方へ移行し、低
Ｎ　Ｏｘ燃焼する。第二段燃焼に関しては二段目の初期
投入景に見合った当量比に空気流量を設定できる。負荷
の上昇に伴って円筒４は尾頭８の側に移動し空気窓６は
開となる。これにより、第二段燃料量に対応してこの第
二段空気流量はＡ２は増加するので、第二段燃料Ｆ２の
当量比φは適切な範囲に保たれ、安定な予混合燃焼を負
荷の広い範囲にわたって維持出来る。

このような機械的な機構によって、空気流量を調整する
燃焼器において、第２図は本発明の可動部のない流！調
整機構を実施例として示したものである。

第２図において、９は空気流量配分のための流体素子ブ
ロックである。この流体素子ブロック９は第二段燃焼器
の囲りに円筒状にとりまいており内部は入口部１１から
下流に向ってノズル部１２、流量スプリット１８で構成
される。入口部１１は流れに対して開口しており、Ａ２
′　　の空気が流入するＡ　２ｒ　はノズル部で絞られ
噴流１７又は１７′のように下流に噴出するスプリット
１８はこの噴流の下流で通路１３．１４を構成するよう
に設置され噴流を二分して通路１３．１４に分流する役
目をする。通路１３はその下流が開口して流量Ａｉ′　
の主流にもどす。通路Ａ２は第二段燃焼部の空気窓６に
通じており、空気ｔ　Ａ　２として第二段燃焼部へ入る
ノズル部】２からの噴流の方向は１前述の偏向型比例増
幅素子の原理により、ノズル部１１の流れに交叉して流
出入する制御孔】９からの制御流の流量および流出入の
方向により１７叉は１７′に示すように噴流を任意の方
向に設定出来る。すなわち、制御ノズル１−８からの噴
流の流量およびその方向により流体素子ブロック９の入
口部１１から入る圧気Ａ２′　　は通路１３，１・１に
任意の流量に配分して流すことができる。このことは第
二段燃焼器へ入る空気流量を制御流Ａｃ　によって任意
に調整出来ることを示している。

制御流Ａｃの方向と空気量Ａ２の増減は、制御流ＡＣを
噴出させる噴出孔１９の位置を第２図図示と反対の側に
つけることにより選定が可能である。

また、制御＆ＡＣが０のときの噴流の方向を１７にセッ
トするば、制御流Ａｃは内部へ流れ込む方向に流すこと
により、噴流は１７から１７′の方向に移動し、初めに
ｊ−７′　にセットすれば、制御流ＡＣを外部へ取出す
ことにより、噴、Ａｃを１７′から１７の方向に移動さ
せることが出来る。

制御流Ａｃが０のとき、噴流をスプリット】−８が二分
する位置にセットすれば、Ａｃの出入によって空気流Ａ
２を制御する。

なお、制御流Ａｃの供給は外部の空気体又は燃焼空気の
一部を外部へ取出し昇圧して行なう。

制御流ＡＣの排出は、燃焼器内が高圧であるため外部の
Ａｃ流量調整弁の開閉により行うことが出来る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、燃焼器内での燃空比の制御を全く可動
部がな〈実施出来るので、機械的機構で行う場合に比べ
熱的変形や機構のガタなどによる制御精度の低下や不均
一性がふせげ、外部との間の可動部からの空気の洩れ防
止などの考慮が不必要となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例で予混合燃焼を採用した低
Ｎ　Ｏｘ型ガスタービン燃焼器で空燃比制御を機械的機
構で行う場合の構造図、第２図は第１図の燃焼器に対し
５本発明の可動部のない空燃比制御機構の一実施例を示
す図、第３図はＮＯ８の発生傾向を示す図、第４図は偏
向型流体穴Ｐの説明図である。 １・・・第一段燃焼部、２・・第二段燃焼部、Ａ１　・
第一段空気、Ａ２・・・第二段空気、Ｆ１第一段燃料。 Ｆ２・・・第二段燃料、６・・空気窓、９・・・流体末
子ブロック。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、負荷を燃料流量により調整するガスタービン燃焼器
   において、 燃料の投入量に応じて燃焼部入る空気流量を調整し空燃
   比の制御を行う手段を備え、前記空気流量を純流体素子
   によつて構成したことを特徴とする空燃比制御機構。