KR20240085702A

KR20240085702A - Combuster and gas turbine having the same

Info

Publication number: KR20240085702A
Application number: KR1020220170853A
Authority: KR
Inventors: 최낙정; 박정극; 박세익; 이상협; 신주곤
Original assignee: 한국전력공사; 한국중부발전(주); 한국서부발전 주식회사; 한국남부발전 주식회사; 한국동서발전(주)
Filing date: 2022-12-08
Publication date: 2024-06-17

Abstract

본 발명은 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈에 관한 것으로, 연소실과 연결되는 노즐챔버와, 상기 노즐챔버의 중앙부에 배치되고 연료분사노즐이 배치되는 센터폴과, 상기 센터폴의 외측면과 상기 노즐챔버의 내측면 사이에 배치되고, 상기 연분사노즐에서 분사되는 연료와 공기를 회전시켜 1차 혼합기체가 되도록 하는 베인 및, 상기 노즐챔버의 내부에서 상기 베인과 상기 연소실 사이에 배치되고, 상기 1차 혼합기체에 난류를 발생시켜 혼합율이 증가한 2차 혼합기체가 되도록 하는 혼합부를 포함하여 구성될 수 있다. The present invention relates to a combustor and a gas turbine including the same, comprising a nozzle chamber connected to a combustion chamber, a center pole disposed in the center of the nozzle chamber and on which a fuel injection nozzle is disposed, an outer surface of the center pole and the nozzle chamber. a vane disposed between the inner surface of the soft injection nozzle and rotating the fuel and air injected from the soft injection nozzle to form a primary gas mixture; and a vane disposed between the vane and the combustion chamber inside the nozzle chamber, wherein the primary It may be configured to include a mixing section that generates turbulence in the mixed gas to create a secondary mixed gas with an increased mixing ratio.

Description

Combustor and gas turbine including the same {COMBUSTER AND GAS TURBINE HAVING THE SAME}

본 발명은 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연소기의 노즐챔버에서 천연가스 등의 기존 연료와 공기 및 고농도 수소의 혼합율을 증가하여 연소효율을 개선한 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈에 관한 것이다. The present invention relates to a combustor and a gas turbine including the same, and more specifically, to a combustor and gas including the same that improve combustion efficiency by increasing the mixing ratio of air and high-concentration hydrogen with existing fuel such as natural gas in the nozzle chamber of the combustor. It's about turbines.

전 세계적 목표인 온실가스와 미세먼지 배출 저감을 달성하여 청정에너지 시대를 열기 위한 메가트렌드에 따라 국내 전력산업은 신재생에너지 증대, 탈석탄 및 LNG 전환 그리고 수소경제 활성화로 요약되는 대전환기를 맞이하고 있다.In accordance with the megatrend to open the era of clean energy by achieving the global goal of reducing greenhouse gas and fine dust emissions, the domestic power industry is entering a period of great change that is summarized by the increase in new and renewable energy, the transition from coal to LNG, and the activation of the hydrogen economy. there is.

가스터빈은 석탄화력 대비 온실가스 배출량이 50% 수준으로 낮아 기후변화 대응이 가능하고, 타 발전원 대비 기동시간이 짧아 출력 증·감발 속도가 높기 때문에 재생에너지 증대에 따른 계통 불안정성을 수용할 수 있다. 또한 최근 국가적 연료수급에 대한 에너지 안보 및 수소산업 활성화를 위한 가스터빈의 연료 다변화(fuel flexibility) 기술개발과 보급이 강조되고 있고, 수소 가스터빈 기술개발과 상용화가 「수소경제 활성화 로드맵」 에 반영되는 등 수소를 이용한 가스터빈 발전이 주목받고 있다.Gas turbines have 50% lower greenhouse gas emissions compared to coal-fired power plants, making it possible to respond to climate change. They also have a shorter start-up time compared to other power sources, allowing for higher output/decrease speeds, so they can accommodate system instability caused by the increase in renewable energy. . In addition, recent emphasis has been placed on the development and distribution of fuel flexibility technology for gas turbines for energy security in national fuel supply and demand and revitalization of the hydrogen industry, and the development and commercialization of hydrogen gas turbine technology is reflected in the “Hydrogen Economy Activation Roadmap.” Gas turbine power generation using hydrogen is attracting attention.

가스터빈 수소발전 기술은 천연가스·수소 혼소와 수소 전소(100%)로 구분할 수 있다. 현재 천연가스를 연료로 운영 중인 대부분의 가스터빈은 스월러를 이용하여 연료와 공기의 혼합이 더욱 잘 일어나도록 유도하고 있으며, 이러한 형상의 연소기의 경우 기기와 구조를 변경하지 않는 이상 고농도의 수소를 혼소하는 것은 불가능한 실정이다. Gas turbine hydrogen power generation technology can be divided into natural gas/hydrogen co-firing and hydrogen full-firing (100%). Most gas turbines currently operating with natural gas as fuel use swirlers to encourage better mixing of fuel and air, and in the case of this type of combustor, unless the device and structure are changed, high concentrations of hydrogen can be produced. Mixing fires is impossible.

한편, 천연가스를 연료로 운영 중인 대부분의 가스터빈 연소기는 NOx 저감을 목적으로 희박예혼합 연소기술을 적용하고 있고, 연료와 공기의 혼합을 위한 강한 스월유동방식을 채택하고 있다. Meanwhile, most gas turbine combustors operating with natural gas as fuel apply lean premixed combustion technology for the purpose of reducing NOx and adopt a strong swirl flow method for mixing fuel and air.

스월방식의 연소기는 내부의 낮은 유동속도에 의해서 재순환유동영역이 형성되고, 만약 기존의 천연가스에 수소가 주입된다면 화염전파속도가 증가하여 화염이 연소기 입구로 역행하는 문제가 발생할 수 있다.In a swirl-type combustor, a recirculating flow area is formed due to the low internal flow speed, and if hydrogen is injected into existing natural gas, the flame propagation speed increases, which may cause the flame to travel back to the combustor inlet.

가스터빈 메이저 제작사(GE, SIEMENS, MHPS)에 따르면, 기존 설비에 수소를 혼소할 경우 약 15~20% 수준까지 혼소할 수 있고, 그 이상의 혼소 조건에서는 역화문제로 인해서 연소기 변경이 필요하다고 보고하고 있다.According to major gas turbine manufacturers (GE, SIEMENS, MHPS), when co-firing hydrogen in existing facilities, co-firing can be achieved up to about 15-20%, and under co-firing conditions higher than that, changes to the combustor are required due to backfire problems. there is.

수소경제 활성화가 대두되고, 국가적 연료수급에 대한 에너지 안보 및 수소산업 활성화를 위해 가스터빈의 연료 다변화(fuel flexibility) 기술개발과 보급이 강조되고 있는 시점에서, 만약 기존 가스터빈 연소기의 대대적인 변경 없이 고농도의 수소를 혼소할 수 있는 기술이 개발된다면 기존 설비 이용률 향상을 통해 국가 자산가치의 손실을 줄이고, 수소 전소(100%)를 위한 대용량 수소 공급망이 갖춰지기 이전에 고농도 수소혼소 발전을 통해서 전원을 공급할 수 있는 가교역할을 할 수 있을 것이다. At a time when the revitalization of the hydrogen economy is on the rise and the development and distribution of fuel flexibility technology for gas turbines is emphasized to ensure energy security for national fuel supply and demand and revitalize the hydrogen industry, if it is possible to do so without major changes to the existing gas turbine combustor, If a technology capable of co-firing high-concentration hydrogen is developed, the loss of national asset value will be reduced by improving the utilization rate of existing facilities, and power generation will be achieved through high-concentration hydrogen co-firing before a large-capacity hydrogen supply chain for hydrogen-fueled combustion (100%) is established. It will be able to serve as a bridge to provide supply.

한편, 일반적으로 가스터빈은 압축기 섹션와 연소기 및 터빈 섹션을 포함하여 구성되고, 압축기 섹션의 회전에 의해 외부 공기가 흡입, 압축된 후 연소기로 보내지고, 연소기에서 압축공기와 연료의 혼합에 의해 연소가 이루어진다. 연소기에서 발생된 고온·고압의 가스는 터빈 섹션을 통과하면서 터빈의 로터를 회전시켜 발전기를 구동시킨다.Meanwhile, a gas turbine generally consists of a compressor section, a combustor, and a turbine section. External air is sucked in and compressed by the rotation of the compressor section, and then sent to the combustor. Combustion occurs by mixing compressed air and fuel in the combustor. It comes true. The high-temperature and high-pressure gas generated from the combustor passes through the turbine section and rotates the turbine rotor to drive the generator.

가스터빈의 구성 중 연소기는 압축기 섹션에서 압축된 공기에 연료를 분사, 혼합시켜 연소실에 연소가 이뤄지도록 한다. 연소실로 공기와 혼합된 연료를 공급할 때, 공기-연료 혼합율을 높이는 것이 중요하다. 공기-연료 혼합율을 개선되면 연소실에서 연소시 연소 진동이 감소하게 되어 전체적으로 가스터빈의 발전효율이 향상되게 된다. Among the components of a gas turbine, the combustor injects and mixes fuel with the compressed air in the compressor section to achieve combustion in the combustion chamber. When supplying fuel mixed with air to the combustion chamber, it is important to increase the air-fuel mixing ratio. If the air-fuel mixing ratio is improved, combustion vibration during combustion in the combustion chamber is reduced, thereby improving the overall power generation efficiency of the gas turbine.

여기서 고농도 수소를 일부 15~20% 정도의 혼소 또는 전소(100%)로 사용한다면, 혼합율은 더욱 중요한 인자가 된다. Here, if high-concentration hydrogen is used in co-firing (15 to 20%) or total combustion (100%), the mixing ratio becomes an even more important factor.

도 1에는 종래 가스터빈의 연소기(1)를 도시하고 있다. 도 1을 참고하면, 종래 연소기(1)는 노즐챔버(3), 센터폴(4) 및 베인(2)을 포함할 수 있다. Figure 1 shows the combustor 1 of a conventional gas turbine. Referring to FIG. 1, a conventional combustor 1 may include a nozzle chamber 3, a center pole 4, and a vane 2.

노즐챔버(3)는 압축기 섹션과 연결되며 압축기 섹션에서 압축된 공기가 노즐챔버(3)로 공급되며 화살표(B)와 같이 유동할 수 있다. The nozzle chamber (3) is connected to the compressor section, and air compressed from the compressor section is supplied to the nozzle chamber (3) and can flow as shown by arrow (B).

센터폴(4)은 노즐챔버(3)의 중앙부에 배치되고, 센터폴(4)에는 연료분사노즐(4a)이 배치되어 있다. 연료는 화살표(A)와 공급되며 연료분사노즐(4a)에서 베인(2) 방향으로 분사될 수 있다. The center pole 4 is disposed in the center of the nozzle chamber 3, and a fuel injection nozzle 4a is disposed on the center pole 4. Fuel is supplied as indicated by the arrow (A) and can be injected from the fuel injection nozzle (4a) toward the vane (2).

그리고 분사된 연료와 압축되어 공급된 공기는 베인(2)에서 회전하며 화살표(C)와 같이 혼합기체를 형성하게 된다. 혼합기체는 연소실로 공급되고 연소실에서 연소된다. Then, the injected fuel and compressed air rotate in the vane (2), forming a mixed gas as shown by arrow (C). The mixed gas is supplied to the combustion chamber and burned there.

그런데, 이러한 종래 연소기의 구조에서는 천연가스 등의 기존 연료와 공기 및 고농도의 수소를 혼소하지 못하거나 또는 혼합하여 사용하더라도 고농도 수소를 공기 및 연료와 제대로 혼합하지 못하여 연소불안정이 발생하고 연소효율이 낮아질 수 있다.However, in the structure of this conventional combustor, existing fuels such as natural gas cannot be co-combusted with air and high-concentration hydrogen, or even when mixed, high-concentration hydrogen cannot be properly mixed with air and fuel, resulting in combustion instability and lower combustion efficiency. You can.

국내특허 등록번호:10-1885413Domestic patent registration number: 10-1885413

본 발명은 상기와 같이 관련 기술분야의 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 연소기의 노즐챔버에서 천연가스 등의 기존연료와 공기 및 고농도 수소의 혼합율을 증가하여 연소효율을 개선한 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈을 제공하는 데에 있다.The present invention was created to solve the problems in the related technical field as described above. The purpose of the present invention is to improve combustion efficiency by increasing the mixing ratio of existing fuel such as natural gas, air, and high-concentration hydrogen in the nozzle chamber of the combustor. The object is to provide a combustor and a gas turbine including the same.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 연소기에 관한 것으로, 연소실과 연결되는 노즐챔버; 상기 노즐챔버의 중앙부에 배치되고 연료분사노즐이 배치되는 센터폴; 상기 센터폴의 외측면과 상기 노즐챔버의 내측면 사이에 배치되고, 상기 연료분사노즐에서 분사되는 연료와 공기를 회전시켜 1차 혼합기체가 되도록 하는 베인; 및 상기 노즐챔버의 내부에서 상기 베인과 상기 연소실 사이에 배치되고, 상기 1차 혼합기체에 난류를 발생시켜 연료-공기 혼합율이 증가한 2차 혼합기체가 되도록 하는 혼합부;를 포함할 수 있다. The present invention for achieving the above objects relates to a combustor, comprising: a nozzle chamber connected to a combustion chamber; A center pole disposed in the center of the nozzle chamber and on which a fuel injection nozzle is disposed; a vane disposed between the outer surface of the center pole and the inner surface of the nozzle chamber and rotating the fuel and air injected from the fuel injection nozzle to form a primary gas mixture; and a mixing unit disposed between the vane and the combustion chamber inside the nozzle chamber and generating turbulence in the primary gas mixture to produce a secondary gas mixture with an increased fuel-air mixing ratio.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 혼합부는, 상기 노즐챔버의 내부에서 상기 베인과 상기 연소실 사이에 배치되고, 상기 1차 혼합기체를 회전시켜 난류를 발생시키는 믹서유닛;을 포함할 수 있다. Additionally, in an embodiment of the present invention, the mixing unit may include a mixer unit disposed between the vane and the combustion chamber inside the nozzle chamber and generating turbulence by rotating the primary gas mixture.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 믹서유닛은, 상기 노즐챔버의 내측면에 길이방향을 따라 복수개가 배치되고, 상기 노즐챔버의 중앙측 방향으로 돌출되게 형성되는 지지프레임; 및 상기 지지프레임에 연결되고 상기 1차 혼합기체를 회전시켜 난류를 일으키는 제1 믹서윙;을 포함하고, 상기 제1 믹서윙은, 일단부는 상기 지지프레임에 연결되는 오목부; 및 일단부는 상기 오목부에 연결되고 타단부는 상기 지지프레임에 연결되며, 상기 오목부보다 상대적을 폭이 넓게 형성되는 볼록부;를 포함할 수 있다. In addition, in an embodiment of the present invention, the mixer unit includes a plurality of support frames disposed along the longitudinal direction on the inner surface of the nozzle chamber and protruding toward the center of the nozzle chamber; and a first mixer wing connected to the support frame and rotating the primary mixed gas to generate turbulence, wherein the first mixer wing includes a concave portion at one end connected to the support frame; and a convex portion connected to the concave portion at one end and connected to the support frame at the other end, and formed to be relatively wider than the concave portion.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제1 믹서윙의 일측부는, 상기 오목부에서 상기 볼록부로 갈수록 폭이 점차 넓어지는 유선형일 수 있다. Additionally, in an embodiment of the present invention, one side of the first mixer wing may have a streamlined shape whose width gradually increases from the concave portion to the convex portion.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제1 믹서윙은 상기 복수개의 지지프레임 중 서로 인접한 지지프레임들 사이에 복수개가 배치될 수 있다. Additionally, in an embodiment of the present invention, a plurality of first mixer wings may be disposed between adjacent support frames among the plurality of support frames.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 서로 인접한 지지프레임들 사이에 배치되는 상기 복수개의 제1 믹서윙들은 서로 교차되며 배치될 수 있다. Additionally, in an embodiment of the present invention, the plurality of first mixer wings disposed between the adjacent support frames may be arranged to intersect each other.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 믹서유닛은, 상기 서로 인접한 지지프레임들 사이에 배치되고 상기 1차 혼합기체를 회전시켜 난류를 일으키는 제2 믹서윙;을 더 포함하되, 상기 노즐챔버의 길이방향을 따라 상기 제1 믹서윙과 상기 제2 믹서윙은 서로 교대로 반복하여 배치될 수 있다. In addition, in an embodiment of the present invention, the mixer unit further includes a second mixer wing disposed between the adjacent support frames and causing turbulence by rotating the primary mixed gas, wherein Accordingly, the first mixer wing and the second mixer wing may be arranged alternately and repeatedly.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제2 믹서윙은, 양단부는 상기 서로 인접한 지지프레임에 연결되고, 중앙부는 절곡되는 유선 형상일 수 있다. Additionally, in an embodiment of the present invention, the second mixer wing may have a streamlined shape in which both ends are connected to the adjacent support frames and the central portion is bent.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제2 믹서윙은, 상기 서로 인접한 지지프레임 사이에 배치되고 상기 노즐챔버의 방사방향으로 절곡된 유선형상으로 형성되는 제2-1 가이드; 및 상기 서로 인접한 지지프레임 사이에 배치되고 상기 노즐챔버의 중앙측 방향으로 절곡된 유선형상으로 형성되는 제2-2 가이드;를 포함할 수 있다. In addition, in an embodiment of the present invention, the second mixer wing includes a 2-1 guide disposed between the adjacent support frames and formed in a streamlined shape bent in the radial direction of the nozzle chamber; and a 2-2 guide disposed between the adjacent support frames and formed in a streamlined shape bent toward the center of the nozzle chamber.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제2-1 가이드는 복수개가 배치되고, 상기 복수개의 제2-1 가이드는 소정 간격을 두고 서로 이격되며 배치되며, 상기 제2-2 가이드는 복수개가 배치되고, 상기 복수개의 제2-2 가이드는 소정 간격을 두고 서로 이격되며 배치될 수 있다. Additionally, in an embodiment of the present invention, a plurality of 2-1 guides are disposed, the plurality of 2-1 guides are disposed spaced apart from each other at a predetermined interval, and a plurality of 2-2 guides are disposed. , the plurality of 2-2 guides may be arranged to be spaced apart from each other at a predetermined interval.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 혼합부는, 상기 노즐챔버의 단부에서 상기 믹서유닛과 상기 연소실 사이에 배치되고, 상기 믹서유닛에서 발생한 2차 혼합기체를 상기 연소실로 균일하게 분사하는 노즐유닛;을 더 포함할 수 있다. In addition, in an embodiment of the present invention, the mixing unit is a nozzle unit disposed between the mixer unit and the combustion chamber at the end of the nozzle chamber and uniformly sprays the secondary mixed gas generated in the mixer unit into the combustion chamber. More may be included.

또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 노즐유닛은, 상기 노즐챔버의 단부에 배치되는 노즐판; 및 상기 노즐판에 배치되고, 상기 2차 혼합기체가 상기 연소실로 균일하게 분사하는 복수개의 노즐홀;을 포함할 수 있다. Additionally, in an embodiment of the present invention, the nozzle unit includes a nozzle plate disposed at an end of the nozzle chamber; and a plurality of nozzle holes disposed on the nozzle plate through which the secondary gas mixture is uniformly sprayed into the combustion chamber.

본 발명인 가스터빈은 케이싱; 상기 케이싱의 내부에 배치되고 유입된 공기를 압축하는 압축기 섹션; 상기 케이싱 내부에서 상기 압축기 섹션과 연결되며 배치되고, 압축된 공기를 연료와 혼합하여 연소하는 상기 연소기; 상기 케이싱 내부에서 상기 연소기와 연결되며 배치되고, 연소기체를 이용하여 동력을 생산하는 터빈 섹션; 및 상기 케이싱 내부에서 상기 터빈 섹션과 연결되며 배치되고, 연소기체를 외부로 배출하는 디퓨져;를 포함할 수 있다. The gas turbine of the present invention includes a casing; a compressor section disposed inside the casing and compressing the introduced air; The combustor is disposed inside the casing and connected to the compressor section, and combusts compressed air by mixing it with fuel; a turbine section connected to and disposed within the casing and the combustor, and producing power using combustion gas; and a diffuser disposed inside the casing and connected to the turbine section, and discharging combustion gas to the outside.

본 발명에 따르면, 기존 가스터빈의 연소기 구조를 변경하지 않고, 고농도 수소를 혼소할 수 있다. 이는 기존 가스터빈의 연소기 구조를 변경하지 않고, 혼합부를 연소기의 노즐챔버에 배치만으로도 고농도 수소를 사용할 수 있어 경제성이 높다. According to the present invention, high-concentration hydrogen can be co-combusted without changing the combustor structure of an existing gas turbine. This is highly economical because high-concentration hydrogen can be used simply by placing the mixing part in the nozzle chamber of the combustor without changing the combustor structure of the existing gas turbine.

천연가스 등의 기존연료와 고농도 수소가 혼소된 연료와 공기를 혼합하여 연소할 때, 기존 연소기에서 나타나는 연소불안정 문제를 줄일 수 있고, 고농도 수소를 연료로 사용함으로써 발생하는 역화문제를 해결할 뿐만 아니라 고온에서의 체류시간을 줄여 NOx를 저감시킬 수 있다.When existing fuels such as natural gas and high-concentration hydrogen are mixed with air for combustion, combustion instability problems that occur in existing combustors can be reduced, and not only does it solve the backfire problem caused by using high-concentration hydrogen as a fuel, but also reduces the high-temperature NOx can be reduced by reducing the residence time.

또한, 수소경제 활성화가 대두되고, 국가적 연료수급에 대한 에너지 안보 및 수소산업 활성화를 위해 가스터빈의 연료 다변화(fuel flexibility) 기술개발과 보급이 강조되고 있는 시점에서, 기존 가스터빈 연소기의 대대적인 변경 없이 고농도의 수소를 혼소할 수 있어 기존 설비 이용률 향상을 통해 국가 자산가치의 손실을 줄이고, 수소 전소(100%)를 위한 대용량 수소 공급망이 갖춰지기 이전에 고농도 수소혼소 발전을 통해서 전원을 공급할 수 있는 가교역할을 할 수 있다.In addition, at a time when the revitalization of the hydrogen economy is on the rise and the development and distribution of fuel flexibility technology for gas turbines is emphasized to ensure energy security for national fuel supply and demand and revitalize the hydrogen industry, major changes to existing gas turbine combustors are required. High-concentration hydrogen can be co-fired without gas, reducing the loss of national asset value by improving the utilization rate of existing facilities, and power can be supplied through high-concentration hydrogen co-fired power generation before a large-capacity hydrogen supply chain for hydrogen complete combustion (100%) is established. It can act as a bridge.

도 1은 종래 연소기의 구조를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스터빈의 구조를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연소기의 구조를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 혼합부의 구조를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 노즐판의 구조를 나타낸 도면.1 is a diagram showing the structure of a conventional combustor.
Figure 2 is a diagram showing the structure of a gas turbine according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram showing the structure of a combustor according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram showing the structure of a mixing unit according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram showing the structure of a nozzle plate according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various different forms. The present embodiments only serve to ensure that the disclosure of the present invention is complete and that common knowledge in the technical field to which the present invention pertains is not limited. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다. The shapes, sizes, proportions, angles, numbers, etc. disclosed in the drawings for explaining embodiments of the present invention are illustrative, and the present invention is not limited to the matters shown. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification. Additionally, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. When 'includes', 'has', 'consists of', etc. mentioned in the specification are used, other parts may be added unless 'only' is used. When a component is expressed in the singular, the plural is included unless specifically stated otherwise.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.When interpreting a component, it is interpreted to include the margin of error even if there is no separate explicit description.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들면, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다. In the case of a description of a positional relationship, for example, if the positional relationship of two parts is described as 'on top', 'on the top', 'on the bottom', 'next to', etc., 'immediately' Alternatively, there may be one or more other parts placed between the two parts, unless 'directly' is used.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.Although first, second, etc. are used to describe various elements, these elements are not limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one component from another. Accordingly, the first component mentioned below may also be the second component within the technical spirit of the present invention.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.The size and thickness of each component shown in the drawings are shown for convenience of explanation, and the present invention is not necessarily limited to the size and thickness of the components shown.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.Each feature of the various embodiments of the present invention can be partially or fully combined or combined with each other, and as can be fully understood by those skilled in the art, various technical interconnections and operations are possible, and each embodiment may be implemented independently of each other. It may be possible to conduct them together due to a related relationship.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다. 이하에서 설명하는 복수의 실시예들은 서로 상충되지 않는 한 중복하여 적용될 수 있다. Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. A plurality of embodiments described below may be applied overlappingly as long as they do not conflict with each other.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the combustor according to the present invention and the gas turbine including the same will be described in detail with reference to the attached drawings.

우선 도 2에 개시된 본 발명의 실시예에 따른 가스터빈(10)의 구성에 대해 설명하도록 한다.First, the configuration of the gas turbine 10 according to the embodiment of the present invention disclosed in FIG. 2 will be described.

도 2를 참조하면, 가스터빈은 기본적으로 외관을 형성하는 케이싱(casing;20), 공기를 압축하는 압축기 섹션(compressor section;40), 공기를 연소하는 연소기(combuster;100), 연소된 가스를 이용하여 발전하는 터빈섹션(turbine section;60), 배기가스를 배출하는 디퓨져(diffuser;70) 및 압축기섹션(40)과 터빈섹션(60)을 연결하여 회전동력을 전달하는 로터(rotor;30)를 포함하여 구성될 수 있다. Referring to FIG. 2, a gas turbine basically includes a casing (20) that forms the exterior, a compressor section (40) that compresses air, a combustor (100) that burns air, and a combusted gas. A turbine section (60) that generates power, a diffuser (70) that discharges exhaust gas, and a rotor (30) that transmits rotational power by connecting the compressor section (40) and the turbine section (60). It may be configured to include.

열역학적으로 가스터빈의 상류측에 해당하는 압축기 섹션(compressor section)으로는 외부의 공기가 유입되어 단열압축 과정을 거치게 된다. 압축된 공기는 연소기 섹션(combuster section)으로 유입되어 연료와 혼합되어 등압연소 과정을 거치고, 연소가스는 가스터빈의 하류측에 해당하는 터빈 섹션(turbine section)으로 유입되어 단열팽창 과정을 거치게 된다.Thermodynamically, external air flows into the compressor section, which is located on the upstream side of the gas turbine, and undergoes an adiabatic compression process. Compressed air flows into the combustor section, mixes with fuel, and undergoes an equal pressure combustion process. The combustion gas flows into the turbine section on the downstream side of the gas turbine and undergoes an adiabatic expansion process. .

공기의 흐름 방향을 기준으로 설명하면, 상기 케이싱(20)의 전방에 압축기 섹션(40)이 위치하고, 후방에 터빈 섹션(60)이 구비된다. When explaining based on the direction of air flow, the compressor section 40 is located in the front of the casing 20, and the turbine section 60 is provided in the rear.

상기 압축기 섹션(40)과 상기 터빈 섹션(60)은 하나의 로터(30)로 연결되며 상기 터빈 섹션(60)에서 발생된 회전토크가 상기 압축기 섹션(40)로 전달된다.The compressor section 40 and the turbine section 60 are connected by one rotor 30, and the rotational torque generated by the turbine section 60 is transmitted to the compressor section 40.

상기 압축기 섹션(40)에는 복수(예를 들어 14매)의 압축기 로터 디스크(40a)가 구비되고, 상기 각각의 압축기 로터 디스크(40a)들은 타이로드(미도시)에 의해서 축 방향으로 이격되지 않도록 체결된다. The compressor section 40 is provided with a plurality of compressor rotor disks 40a (for example, 14 pieces), and each compressor rotor disk 40a is kept from being spaced apart in the axial direction by a tie rod (not shown). It is concluded.

상기 각각의 압축기 로터 디스크(40a) 중앙을 상기 타이로드가 관통한 상태로 서로 축 방향을 따라서 정렬되어 있다. 상기 압축기 로터 디스크(40a)의 외주부 부근에는 이웃한 로터 디스크에 상대 회전이 불가능하도록 결합되는 플랜지(미도시)가 축 방향으로 돌출되게 형성된다.The tie rods penetrate the center of each compressor rotor disk 40a and are aligned with each other along the axial direction. Near the outer periphery of the compressor rotor disk 40a, a flange (not shown) coupled to an adjacent rotor disk to prevent relative rotation is formed to protrude in the axial direction.

상기 압축기 로터 디스크(40a)의 외주면에는 복수 개의 블레이드(blade;40b)(또는 bucket으로 지칭)가 방사상으로 결합되어 있다. 상기 각각의 블레이드(40b)는 도브 테일부(미도시)를 구비하여 상기 압축기 로터 디스크(40a)에 체결된다.A plurality of blades 40b (or referred to as buckets) are radially coupled to the outer peripheral surface of the compressor rotor disk 40a. Each blade 40b has a dove tail portion (not shown) and is fastened to the compressor rotor disk 40a.

도브 테일부의 체결방식은 탄젠셜 타입(tangential type)과 액셜 타입(axial type)이 있다. 이는 상용되는 가스터빈의 필요 구조에 따라 선택될 수 있다. 경우에 따라서는, 상기 도브 테일외의 다른 체결장치를 이용하여 상기 압축기 블레이드(40b)를 압축기 로터 디스크(40a)에 체결할 수 있다.There are two types of fastening methods for the dovetail part: tangential type and axial type. This can be selected depending on the required structure of a commercially available gas turbine. In some cases, the compressor blade 40b may be fastened to the compressor rotor disk 40a using a fastening device other than the dovetail.

이때 케이싱(20) 중 압축기 섹션(40)의 내주면에는 상기 압축기 블레이드(40b)의 상대 회전운동에 대한 베인(미도시)(또는 노즐이라 지칭)이 다이아프램(미도시)상에 장착되며 배치될 수 있다. At this time, on the inner peripheral surface of the compressor section 40 of the casing 20, a vane (not shown) (or referred to as a nozzle) for the relative rotational movement of the compressor blade 40b is mounted on a diaphragm (not shown) and arranged. You can.

타이로드(미도시)는 상기 복수 개의 압축기 로터 디스크(40a)들의 중심부를 관통하도록 배치되어 있다. A tie rod (not shown) is arranged to penetrate the center of the plurality of compressor rotor disks 40a.

상기 타이로드의 형태는 가스터빈에 따라 다양한 구조로 이뤄질 수 있으므로, 반드시 도면에 제시된 형태로 한정될 것은 아니다. Since the shape of the tie rod may have various structures depending on the gas turbine, it is not necessarily limited to the shape shown in the drawings.

하나의 타이로드가 압축기 로터 디스크(40a)의 중앙부를 관통하는 형태를 가질 수도 있고, 복수 개의 타이로드가 원주상으로 배치되는 형태를 가질 수도 있으며, 이들의 혼용도 가능하다.One tie rod may have a shape that penetrates the central part of the compressor rotor disk 40a, or a plurality of tie rods may have a shape arranged circumferentially, and a combination of these may be possible.

도시되지는 않았으나, 가스 터빈의 압축기에는 유체의 압력을 높이고 난 후 연소기 입구로 들어가는 유체의 유동각을 설계 유동각으로 맞추기 위하여 디퓨저의 다음 위치에 가이드깃 역할을 하는 베인이 설치될 수 있으며, 이를 디스윌러(desworler)라고 한다.Although not shown, in the compressor of a gas turbine, vanes that serve as guide blades may be installed at the next position of the diffuser to adjust the flow angle of the fluid entering the combustor inlet to the design flow angle after increasing the pressure of the fluid. It is called desworler.

상기 연소기(100)에서는 유입된 압축공기를 연료와 혼합, 연소시켜 높은 에너지의 고온, 고압 연소가스를 만들어 내며, 등압 연소과정으로 연소기(100) 및 터빈 섹션(60)의 부품이 견딜 수 있는 내열한도까지 연소가스온도를 높이게 된다.The combustor 100 mixes and combusts the incoming compressed air with fuel to produce high-energy, high-temperature, high-pressure combustion gas, and heat resistance that the components of the combustor 100 and the turbine section 60 can withstand through the isobaric combustion process. The combustion gas temperature is raised to the limit.

가스터빈의 연소시스템을 구성하는 연소기(100)는 셀 형태로 형성되는 케이싱(20) 내에 다수가 배열될 수 있다. A plurality of combustors 100 constituting the combustion system of a gas turbine may be arranged in a casing 20 formed in a cell shape.

연소기(100)의 구조는 도 3 내지 도 5를 설명할 때, 자세히 다루도록 한다.The structure of the combustor 100 will be discussed in detail when explaining FIGS. 3 to 5.

한편, 일반적으로 터빈 섹션(60)에서는 연소기(100)에서 나온 고온, 고압의 연소가스가 팽창하면서 터빈 섹션(60)의 회전날개에 충동, 반동력을 주어 기계적인 에너지로 변환한다.Meanwhile, in general, in the turbine section 60, the high-temperature, high-pressure combustion gas from the combustor 100 expands and converts it into mechanical energy by giving impulse and reaction force to the rotor blades of the turbine section 60.

터빈 섹션(60)에서 얻은 기계적 에너지는 압축기 섹션(40)에서 공기를 압축하는데 필요한 에너지로 공급되며 나머지는 발전기를 구동하는데 이용되어 전력을 생산하게 된다.The mechanical energy obtained from the turbine section 60 is supplied as the energy needed to compress air in the compressor section 40, and the remainder is used to drive the generator to produce electric power.

상기 터빈 섹션(60)에는 차실 내에 복수의 정익 및 동익이 교대로 배치 형성되어 구성되어 있고, 연소 가스에 의해 동익을 구동시킴으로써 발전기가 연결되는 출력축을 회전 구동시키고 있다. The turbine section 60 is composed of a plurality of stator blades and rotor blades arranged alternately in the cabin, and the rotor blades are driven by combustion gas to rotate the output shaft to which the generator is connected.

이를 위해, 상기 터빈 섹션(60)에는 복수의 터빈 로터 디스크(60a)가 구비된다. 상기 각각의 터빈 로터 디스크(60a)는 기본적으로는 상기 압축기 로터 디스크(40a)와 유사한 형태를 갖는다. For this purpose, the turbine section 60 is provided with a plurality of turbine rotor disks 60a. Each turbine rotor disk 60a basically has a similar shape to the compressor rotor disk 40a.

상기 터빈 로터 디스크(60a) 역시 이웃한 터빈 로터 디스크(60a)와 결합되기 위한 구비한 플랜지(미도시)를 구비하고, 방사상으로 배치되는 복수 개의 터빈 블레이드(60b)(또는 bucket으로 지칭)를 포함한다. 상기 터빈 블레이드(60b) 역시 도브테일 방식으로 상기 터빈 로터 디스크(60a)에 결합될 수 있다.The turbine rotor disk 60a also has a flange (not shown) for coupling to the neighboring turbine rotor disk 60a, and includes a plurality of turbine blades 60b (or buckets) arranged radially. do. The turbine blade 60b may also be coupled to the turbine rotor disk 60a in a dovetail manner.

이때 케이싱(20) 중 터빈 섹션(60)의 내주면에는 상기 터빈 블레이드(60b)의 상대 회전운동에 대한 베인(미도시)(또는 노즐이라 지칭)이 다이아프램(미도시)상에 장착되며 배치될 수 있다. At this time, a vane (not shown) (or referred to as a nozzle) for the relative rotational movement of the turbine blade 60b is mounted on a diaphragm (not shown) and placed on the inner peripheral surface of the turbine section 60 of the casing 20. You can.

상기와 같은 구조를 갖는 가스터빈에 있어서, 유입된 공기는 압축기 섹션(40)에서 압축되고, 연소기(100)에서 연소된 후, 터빈 섹션(60)로 이동되어 발전 구동하고, 디퓨저(70)를 통해 대기중으로 배출된다.In the gas turbine having the above structure, the introduced air is compressed in the compressor section 40, combusted in the combustor 100, and then moved to the turbine section 60 to generate and drive the diffuser 70. is released into the atmosphere through

본 발명의 실시예에 따른 가스터빈(10)에 대한 한 형태의 구조는 상기와 같으며, 이하에서는 이러한 가스터빈(10)에 적용되는 연소기(100)의 구조에 대해 설명하도록 한다.One type of structure for the gas turbine 10 according to an embodiment of the present invention is as described above, and hereinafter, the structure of the combustor 100 applied to this gas turbine 10 will be described.

도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 연소기(100)는 노즐챔버(110), 센터폴(130), 베인(120) 및 혼합부(200)를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 3 to 5 , the combustor 100 according to an embodiment of the present invention may include a nozzle chamber 110, a center pole 130, a vane 120, and a mixing unit 200.

노즐챔버(110)는 원통 형상일 수 있으며 연소실(150)과 연결될 수 있다. 압축기 섹션(40)에서 압축된 공기는 화살표(B1)와 같이 노즐챔버(110)로 공급될 수 있다. The nozzle chamber 110 may have a cylindrical shape and may be connected to the combustion chamber 150. Air compressed in the compressor section 40 may be supplied to the nozzle chamber 110 as indicated by arrow B1.

센터폴(130)은 노즐챔버(110)의 중앙부에 배치될 수 있으며, 복수개의 연료분사노즐이 배치될 수 있다. 연료는 화살표(A1)와 같이 센터폴(130)의 내부로 공급되고 연료분사노즐을 통해 베인(120) 방향으로 분사될 수 있다.The center pole 130 may be disposed in the central portion of the nozzle chamber 110, and a plurality of fuel injection nozzles may be disposed. Fuel may be supplied into the center pole 130 as shown by arrow A1 and injected in the direction of the vane 120 through the fuel injection nozzle.

여기서 연료는 천연가스 등의 기존연료와 고농도 수소가 혼합되거나 또는 고농도 수소 100%일 수 있다.Here, the fuel may be a mixture of existing fuel such as natural gas and high-concentration hydrogen, or may be 100% high-concentration hydrogen.

베인(120)은 센터폴(130)의 외측면과 노즐챔버(110)의 내측면 사이에 배치되고, 연료분사노즐에서 분사되는 연료와 공기를 회전시켜 혼합되도록 할 수 있다. 베인(120)에서는 연료와 공기가 혼합되며 화살표(C1)와 같이 1차 혼합기체를 형성할 수 있다. The vane 120 is disposed between the outer surface of the center pole 130 and the inner surface of the nozzle chamber 110, and can mix the fuel and air injected from the fuel injection nozzle by rotating them. In the vane 120, fuel and air are mixed to form a primary gas mixture as shown by arrow C1.

혼합부(200)는 노즐챔버(110)의 내부에서 베인(120)과 연소실(150) 사이에 배치되고, 1차 혼합기체에 난류를 발생시켜 연료-공기 혼합율이 증가한 2차 혼합기체를 형성할 수 있다. The mixing unit 200 is disposed between the vane 120 and the combustion chamber 150 inside the nozzle chamber 110, and generates turbulence in the primary gas mixture to form a secondary gas mixture with an increased fuel-air mixing ratio. You can.

본 발명의 실시예에서 혼합부(200)는 믹서유닛(210) 및 노즐유닛(220)을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the mixing unit 200 may include a mixer unit 210 and a nozzle unit 220.

믹서유닛(210)은 노즐챔버(110)의 내부에서 베인(120)과 연소실(150) 사이에 배치되고, 1차 혼합기체를 회전시켜 난류를 발생시키는 기능을 할 수 있다. The mixer unit 210 is disposed between the vane 120 and the combustion chamber 150 inside the nozzle chamber 110, and may function to generate turbulence by rotating the primary mixed gas.

이러한 믹서유닛(210)은 지지프레임(211), 제1 믹서윙(212) 및 제2 믹서윙(215)을 포함할 수 있다. This mixer unit 210 may include a support frame 211, a first mixer wing 212, and a second mixer wing 215.

지지프레임(211)은 노즐챔버(110)의 내측면에 길이방향을 따라 복수개가 배치되고, 노즐챔버(110)의 중앙측 방향으로 돌출되게 형성될 수 있다. 지지프레임(211)은 혼합기체의 흐름을 방해하지 않도록 빔 형상일 수 있다. A plurality of support frames 211 may be disposed along the longitudinal direction on the inner surface of the nozzle chamber 110 and may be formed to protrude toward the center of the nozzle chamber 110. The support frame 211 may be shaped like a beam so as not to impede the flow of mixed gas.

제1 믹서윙(212)은 지지프레임(211)에 연결되고 1차 혼합기체를 회전시켜 난류를 일으킬 수 있다. 이러한 제1 믹서윙(212)은 오목부(213) 및 볼록부(214)를 포함할 수 있다. The first mixer wing 212 is connected to the support frame 211 and can cause turbulence by rotating the primary mixed gas. This first mixer wing 212 may include a concave portion 213 and a convex portion 214.

오목부(213)는 상대적으로 폭이 좁은 형태일 수 있으며, 오목부(213)의 일단부는 지지프레임(211)에 연결될 수 있다. The concave portion 213 may have a relatively narrow width, and one end of the concave portion 213 may be connected to the support frame 211.

볼록부(214)는 오목부(213)보다 상대적으로 폭이 넓게 형성될 수 있으며, 일단부는 오목부(213)에 연결되고 타단부는 지지프레임(211)에 연결될 수 있다. The convex portion 214 may be formed to be relatively wider than the concave portion 213, and one end may be connected to the concave portion 213 and the other end may be connected to the support frame 211.

이때 제1 믹서윙(212)의 일측부는 오목부(213)에서 볼록부(214)로 갈수록 폭이 점차 넓어지게 형성될 수 있다. At this time, one side of the first mixer wing 212 may be formed to gradually widen in width from the concave portion 213 to the convex portion 214.

그리고 제1 믹서윙(212)은 복수개의 지지프레임(211) 중 서로 인접한 지지프레임(211)들 사이에 복수개개 배치될 수 있으며, 서로 인접한 지지프레임(211)들 사이에 배치되는 복수개의 제1 믹서윙(212)들은 서로 교차되며 배치될 수 있다. In addition, the first mixer wings 212 may be arranged individually between adjacent support frames 211 among the plurality of support frames 211, and a plurality of first mixer wings 212 may be arranged between the support frames 211 adjacent to each other. The mixer wings 212 may be arranged to intersect each other.

또한, 제2 믹서윙(215)은 서로 인접한 지지프레임(211)들 사이에 배치되고 1차 혼합기체를 회전시켜 난류를 일으키는 기능을 할 수 있다.In addition, the second mixer wing 215 is disposed between adjacent support frames 211 and can rotate the primary mixed gas to create turbulence.

이때 노즐챔버(110)의 길이방향을 따라 제1 믹서윙(212)과 제2 믹서윙(215)은 서로 교대로 반복하여 배치될 수 있다. At this time, the first mixer wing 212 and the second mixer wing 215 may be alternately and repeatedly arranged along the longitudinal direction of the nozzle chamber 110.

이러한 제2 믹서윙(215)의 양단부는 상기 서로 인접한 지지프레임(211)에 연결되고, 중앙부는 절곡되는 유선 형상일 수 있다. Both ends of the second mixer wing 215 may be connected to the adjacent support frames 211, and the central portion may have a bent streamline shape.

그리고 제2 믹서윙(215)은 서로 인접한 지지프레임(211) 사이에 배치되고 노즐챔버(110)의 방사방향으로 절곡된 유선형상으로 형성되는 제2-1 가이드(216) 및, 서로 인접한 지지프레임(211) 사이에 배치되고 상기 노즐챔버(110)의 중앙측 방향으로 절곡된 유선형상으로 형성되는 제2-2 가이드(217)를 포함할 수 있다.And the second mixer wing 215 includes a 2-1 guide 216 disposed between adjacent support frames 211 and formed in a streamlined shape bent in the radial direction of the nozzle chamber 110, and adjacent support frames. It may include a 2-2 guide 217 disposed between 211 and formed in a streamlined shape bent toward the center of the nozzle chamber 110.

여기서 제2-1 가이드(216)는 복수개가 배치되고, 복수개의 제2-1 가이드(216)는 소정 간격을 두고 서로 이격되며 배치될 수 있다. 제2-2 가이드(217)는 복수개가 배치되고, 상기 복수개의 제2-2 가이드(217)는 소정 간격을 두고 서로 이격되며 배치될 수 있다. Here, a plurality of 2-1 guides 216 may be arranged, and the plurality of 2-1 guides 216 may be arranged to be spaced apart from each other at a predetermined interval. A plurality of 2-2 guides 217 may be arranged, and the plurality of 2-2 guides 217 may be arranged to be spaced apart from each other at a predetermined interval.

상술한 제1,2 믹서윙의 형상에 따라 혼합율이 낮은 1차 혼합기체(C1)에 함유된 연료(B2)와 공기(A2)가 제1,2 믹서윙을 통과하면서 난류가 발생하게 된다. 여러 단으로 제1,2 믹서윙이 반복하여 교대로 배치되어 있으므로, 제1,2 믹서윙을 단계적으로 통과함에 따라 연료(B2)와 공기(A1)간에 난류 발생이 더욱 심화되며 연료-공기 혼합율이 증가하게 된다. Depending on the shape of the first and second mixer wings described above, turbulence is generated as the fuel (B2) and air (A2) contained in the primary gas mixture (C1) with a low mixing ratio pass through the first and second mixer wings. Since the first and second mixer wings are arranged alternately in multiple stages, turbulence between fuel (B2) and air (A1) becomes more severe as it passes through the first and second mixer wings step by step, and the fuel-air mixing ratio increases. This increases.

이에 따라 노즐유닛(220)을 통해 연소실(150)로 분사되는 2차 혼합기체(C2)에서는 연료와 공기의 혼합율은 높은 상태로 된다. Accordingly, the mixing ratio of fuel and air in the secondary gas mixture C2 injected into the combustion chamber 150 through the nozzle unit 220 is high.

한편, 노즐유닛(220)은 노즐챔버(110)의 단부에서 믹서유닛(210)과 연소실(150) 사이에 배치되고, 믹서유닛(210)에서 발생한 2차 혼합기체(C2)를 연소실(150)로 균일하게 분사하는 기능을 수행할 수 있다.Meanwhile, the nozzle unit 220 is disposed between the mixer unit 210 and the combustion chamber 150 at the end of the nozzle chamber 110, and directs the secondary mixed gas (C2) generated in the mixer unit 210 into the combustion chamber 150. It can perform the function of spraying evenly.

이러한 노즐유닛(220)은 노즐판(221) 및 노즐홀(223)을 포함할 수 있다. This nozzle unit 220 may include a nozzle plate 221 and a nozzle hole 223.

노즐판(221)은 노즐챔버(110)의 단부에 배치될 수 있으며, 원판 형상의 내열성 소재로 구성될 수 있다. The nozzle plate 221 may be placed at the end of the nozzle chamber 110 and may be made of a disk-shaped heat-resistant material.

노즐홀(223)은 노즐판(221)에 복수개가 배치될 수 있으며, 2차 혼합기체(C)가 연소실(150)로 균일하게 분사되도록 할 수 있다. A plurality of nozzle holes 223 may be disposed on the nozzle plate 221, and the secondary gas mixture C may be uniformly injected into the combustion chamber 150.

본 발명의 실시예에 따른 연소기(100)는 상술한 구조를 통해 고농도 수소를 포함한 연료라도 공기와의 혼합율을 개선할 수 있어, 연소효율을 높일 수 있다. Through the above-described structure, the combustor 100 according to an embodiment of the present invention can improve the mixing ratio with air even for fuel containing high concentration hydrogen, thereby increasing combustion efficiency.

또한, 기존 가스터빈의 연소기(100) 구조를 변경하지 않고, 혼합부(200)를 연소기(100)의 노즐챔버(110)에 배치만으로도 고농도 수소를 사용할 수 있어 경제성이 높다. In addition, high concentration hydrogen can be used simply by placing the mixing unit 200 in the nozzle chamber 110 of the combustor 100 without changing the structure of the combustor 100 of the existing gas turbine, making it highly economical.

또한, 천연가스 등의 기존연료와 고농도 수소가 혼소된 연료와 공기를 혼합하여 연소할 때, 기존 연소기(100)에서 나타나는 연소불안정 문제를 줄일 수 있고, 고농도 수소를 연료로 사용함으로써 발생하는 역화문제를 해결할 뿐만 아니라 고온에서의 체류시간을 줄여 NOx를 저감시킬 수 있다.In addition, when existing fuel such as natural gas and high-concentration hydrogen are mixed and burned with air, combustion instability problems that occur in the existing combustor 100 can be reduced, and backfire problems caused by using high-concentration hydrogen as fuel can be reduced. Not only can this solve the problem, but it can also reduce NOx by reducing the residence time at high temperatures.

이상의 사항은 연소기 및 이를 포함하는 가스터빈의 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다.The above merely shows specific examples of the combustor and the gas turbine including the same.

따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.Therefore, we wish to make it clear that those skilled in the art can easily understand that the present invention can be substituted and modified in various forms without departing from the spirit of the present invention as set forth in the claims below. do.

10:가스터빈 20:케이싱
30:로터 40:압축기 섹션
60:터빈 섹션 70:디퓨져
100:연소기 110:노즐챔버
120:베인 130:센터폴
150:연소실
200:혼합부 210:믹서유닛
211:지지프레임 212:제1 믹서윙
213:오목부 214:볼록부
215:제2 믹서윙 216:제2-1 가이드
217:제2-2 가이드 220:노즐유닛
221:노즐판 223:노즐홀10: Gas turbine 20: Casing
30: Rotor 40: Compressor section
60:Turbine section 70:Diffuser
100: Combustor 110: Nozzle chamber
120: Vane 130: Center pole
150: Combustion chamber
200: mixing section 210: mixer unit
211: Support frame 212: First mixer wing
213: Concave portion 214: Convex portion
215:2nd Mixer Wing 216:2-1 Guide
217: 2-2 guide 220: nozzle unit
221: nozzle plate 223: nozzle hole

Claims

A nozzle chamber connected to the combustion chamber;
A center pole disposed in the center of the nozzle chamber and on which a fuel injection nozzle is disposed;
a vane disposed between the outer surface of the center pole and the inner surface of the nozzle chamber and rotating the fuel and air injected from the fuel injection nozzle to form a primary gas mixture; and
a mixing unit disposed between the vane and the combustion chamber inside the nozzle chamber and generating turbulence in the primary gas mixture to produce a secondary gas mixture with an increased fuel-air mixing ratio;
Combustor, including.

According to paragraph 1,
The mixing part,
a mixer unit disposed between the vane and the combustion chamber inside the nozzle chamber and generating turbulence by rotating the primary gas mixture;
Containing a combustor.

According to paragraph 2,
The mixer unit is,
A plurality of support frames are disposed along the longitudinal direction on the inner surface of the nozzle chamber and are formed to protrude toward the center of the nozzle chamber; and
A first mixer wing connected to the support frame and rotating the primary mixed gas to create turbulence,
The first mixer wing,
One end portion is a concave portion connected to the support frame; and
a convex portion connected to the concave portion at one end and connected to the support frame at the other end, and formed to be relatively wider than the concave portion;
Combustor, including.

According to paragraph 3,
One side of the first mixer wing,
A combustor having a streamlined shape whose width gradually widens from the concave portion to the convex portion.

According to clause 4,
A combustor wherein a plurality of first mixer wings are disposed between adjacent support frames among the plurality of support frames.

According to clause 5,
The plurality of first mixer wings disposed between the adjacent support frames are disposed to cross each other.

According to clause 6,
The mixer unit is,
It further includes a second mixer wing disposed between the adjacent support frames and rotating the primary mixed gas to generate turbulence,
The combustor wherein the first mixer wing and the second mixer wing are alternately arranged along the longitudinal direction of the nozzle chamber.

In clause 7,
The second mixer wing has a streamlined shape in which both ends are connected to the adjacent support frames and the central part is bent.

According to clause 8,
The second mixer wing,
a 2-1 guide disposed between the adjacent support frames and formed in a streamlined shape bent in a radial direction of the nozzle chamber;
a 2-2 guide disposed between the adjacent support frames and formed in a streamlined shape bent toward the center of the nozzle chamber;
Combustor, including.

According to clause 9,
A plurality of the 2-1 guides are arranged, and the plurality of 2-1 guides are arranged to be spaced apart from each other at a predetermined interval,
A combustor wherein a plurality of 2-2 guides are disposed, and the plurality of 2-2 guides are spaced apart from each other at a predetermined interval.

According to paragraph 2,
The mixing part,
A nozzle unit disposed between the mixer unit and the combustion chamber at an end of the nozzle chamber and uniformly sprays the secondary gas mixture generated in the mixer unit into the combustion chamber.

According to clause 11,
The nozzle unit is,
a nozzle plate disposed at an end of the nozzle chamber; and
a plurality of nozzle holes disposed on the nozzle plate and through which the secondary gas mixture is uniformly sprayed into the combustion chamber;
Containing a combustor.

casing;
a compressor section disposed inside the casing and compressing the introduced air;
The combustor of claim 1, which is disposed inside the casing and connected to the compressor section and combusts compressed air by mixing it with fuel;
a turbine section connected to and disposed within the casing and the combustor, and producing power using combustion gas; and
a diffuser connected to and disposed within the casing with the turbine section and discharging combustion gas to the outside;
Including a gas turbine.