WO2005059442A1

WO2005059442A1 - ガスタービン用燃焼器

Info

Publication number: WO2005059442A1
Application number: PCT/JP2003/016120
Authority: WO
Inventors: Satoshi Dodo; Susumu Nakano; Kuniyoshi Tsubouchi; Shouhei Yoshida; Yoshitaka Hirata
Original assignee: Hitachi, Ltd.
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2005-06-30
Also published as: US8397510B2; JP4422104B2; JPWO2005059442A1; CN1878987A; CN100504174C; US20070256416A1; AU2003289368A1

Abstract

本発明は、高い温度の空気を用いても安定な燃焼を行わせることができるガスタービン用燃焼器を提供することにある。本発明は、燃料と空気を燃焼室2内に噴出する第1のバーナ5と、この第1のバーナ5による火炎の先端部に対応した位置に、燃料と空気の循環噴流を生じさせる第2のバーナ8とを設けたのである。

Description

ガスタービン用燃焼器

技術分野

本発明は、ガスタービン用燃焼器に係り、特に、燃焼器'入口の空気温度が高い塲合に好適なガス夕一ビン用燃焼器に関する。

明背景技術 · 従来、燃'焼器入口の空気温度が高くて書も安定した燃焼を可能としたガスタービン用燃焼器は、例えば特開 2 0 0 2— 2 5 7 3 4 4号公報に開示されているように、既に提案されている。

上記従来の技術にガスターピン用燃焼器によれば、燃焼を緩慢に行わせることができ、その結果、高い温度の空気を用いても安定な燃焼を行わせること力 Sできる。

しかしな力 Sら、上記従来の技術によるガスタービン用燃焼器は、パイ口ットパーナによる燃料と空気の噴出方向と緩慢燃焼用パーナによる燃料と空気の噴出方向とがほぼ平行であるので、パイロットパーナの燃焼ガスと緩慢燃焼用パーナの混合気とが平行に流れて混合が遅くなり、その結果、安定な燃焼を行わせることは困難であった。

本発明の目的は、高い温度の空気を用いても安定な燃焼を行わせることができるガスタービン用燃焼器を提供することにある。

発明の開示

本発明は上記目的を達成するために、燃料と空気を燃焼室内に噴出する第 1のパーナと、この第 1のバ一ナによる火炎の先端部に対応した位置に、燃料と空気の循環噴流を生じさせる第 2のパーナとを設けたのである。

以上説明したように本発明によれば、第 2のパ一ナを、第 1のパーナによる火炎の先端部に対応した位置に設けることにより、第 2のパーナによる燃料と空気の混合気が第 1のパーナによる燃焼ガスと広い接触面積で接触し、噴流衝突に起因する強い乱れによって混合するようになる。その結果、燃焼器入口側の空気温度が高くても燃焼器内に高温鎮域を局所的に発生させることのない緩慢な燃焼を行うことができ、逆ゃ自発火を発生させることなく安定した燃焼を行うことができるのである。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明によるガスタービン用燃焼器の第 1の実施の形態を示す縦断側面図である。

第 2図は、図 1に示すガスターピン用燃焼器の一酸化炭素濃度と燃焼ガス温度の反応計算による変化を示す線図である。

第 3図は、図 1に示すガスターピン用燃焼器の第 2次燃焼領驟での当量比と混合平均温度との関係を示す線図である。

第 4図は、図 1に示すガスタービン用燃焼器の第 2次燃焼領驟での第 2燃料ノズルからの燃料の到達距離と噴射角との関係を示す線 0である。第 5図は、本発明によるガスタービン用燃焼器の第 2の実施の形態を示す縦断側面図である。

第 6図は、図 5に示すガスタービン用燃焼器の一酸化炭素濃度と燃焼ガス温度の反応計算による変化を示す線図である。

第 7図は、本発明によるガスタービン用燃焼器の第 3の実施の形態を示す縦断側面図である。発明を実施するための最良の形態

以下本発明によるガスタービン用燃焼器の第 1の実施の形態を、図 1 に示す逆流缶型再生式ガスタービン用燃焼器に基づいて説明する。本実施の形態は、燃焼器入口の空気温度が 6 5 9 °C 燃焼器出口断面の平均ガス温度が 9 8 0 、都市ガス「 1 3 A」を燃料とする仕様の燃'焼器で、比較的小容量の発電を行い、負荷運転範囲の狭い再生式ガスタービン発電設備に好適なガス夕一ビン用燃焼器である。そして、本実施の形態における燃焼器出口断面での燃焼ガス平均流速、燃焼器総括での当量比及び空気と燃料の配分を表 1に示す。

〔表 1〕

本実施の形態による燃焼器 1は、燃焼室 2を形成する断面円形をなす筒状の燃焼器ライナー 3と、この燃焼器ライナー 3の上流側を塞ぐライナーキヤップ 4と、このライナ一キヤップ 4の中心に形成した/ イ口ットパーナからなる第 1のパーナ 5と、この第 1のパーナ 5の上流側に設けたエンド力パー 6と'、このェンドカパー 6に一端側が固定され他端側が前記燃焼器ライナー 3の外周部側に隙間を介して延在する外筒 7と、前記燃焼器ライナー 3の周壁を貫通して形成された複数の第 2のパーナ 8とを有している。

前記第 1のパーナ 5は、燃焼器 1の着火から起動 ·暧機運転及び例えば 8 0 %までの部分負荷運転を負担するものである。この第 1のパーナ 5は、前記燃焼器ライナ一 3と同心的に形成され、その中央部には下流端が前記ライナーキャップ 4の中央に位置し上流端が前記エンドカバー 6の中心部を貫通して延在する第 1燃料ノズル 9を有している。この第 1燃料ノズル 9の下流端には、第 1燃料噴出孔 1 0が設けられ、第 1燃料ノズル 9の外周には、この第 1燃料ノズル 9と同心の空気導入筒 1 1 が隙間をもって形成され、この隙間に旋回翼 1 2が設けられている。この空気導入筒 1 1の下流側はライナ一キャップ 4から燃焼ライナー 3内に開口し、上流側はエンドカバ一 6で塞がれている。そして、この空気導入筒 1 1のェンドカバー 6側寄りに第 1空気導入孔 1 3が設けられている。

前記燃焼器ライナ一 3は、下流側が弾性シール部材 1 4を介して図示しないトランジッシヨンピースに連結されている。そして、この燃焼器ライナー 3の下流には、出口側のガス温度分布を平滑化するために昇温された空気を導入するための希釈孔 1 5が例えば周方向 6箇所に設けられている。この外、実際には、燃焼器ライナー 3に位置を固定するストッパや、信頼性を確保するためのフィルム冷却スロットが設けられているが、煩雑になるので図示は省略した。

前記複数の第 2のパーナ 8は、前記燃焼器ライナー 3の周壁に設けた第 2空気導入孔 1 6と、この第 2空気導入孔 1 6に夫々対向する前記外筒 7·の周壁を貫通するように設けた第 2燃料ノズル 1 7とから構成されている。これら第 2のパーナ 8は、第 1のパーナ 5寄りに位置し、例えば周方向 3箇所に設けられている。

上記構成の燃焼器 1において、燃焼用空気は、図示しない圧縮機によつて圧縮され、さらに図示しない再生熱交換器によって昇温された状態で、図中右側の燃焼器ライナ一 3と外筒 7との隙間から図中左方向に案内される。この案内された燃焼用空気の一部は前記希釈孔 1 5及び前記第 2空気導入孔 1 6を通過して燃焼器ライナー 3内の燃焼室 2に導入され、残りは前記第 1空気導入孔 1 3から空気導入筒 1 1に入り旋回翼 1 2で旋回力を付与された後、ライナ一キヤップ 4から燃焼室 2内に噴出される。燃焼室 2内に入って燃焼に寄与した後の燃焼ガスは、トランジシヨンピースへ流出する。尚、前記第 1空気導入孔 1 3から空気導入筒 1 1に入り旋回翼 1 2で旋回力を付与された高温高圧の空気は、燃焼室 2に入って急速に膨脹するために、第 1燃料ノズル 9の下流側に循環流領域を形成する。

さらに、燃料は、第 1燃料ノズル 9及び第 2燃料ノズル 1 7から燃焼室 2内に噴射され、第 1燃料ノズル 9からの燃料は先に噴射され空気の循環流領域に対して噴射される。この第 1燃料ノズル 9からの燃料を含め、燃焼し打つ 2内に噴射された燃料は先の燃焼用空気と混合ざれて希薄混合気となって燃焼される。燃料は燃焼室外で空気と混合することはないので、自発火や逆火は発生しない。

ところで、パイロットパーナ 5は、燃焼器全体の燃焼安定性を右する上、着火起動から 8 0 %部分負荷までを担う広範囲で使用されるため、本実施の形態においては、拡散燃焼方式のパーナとしている。特に、窒素酸化物（以下 N O xと称する）の排出量を低く抑制しなければならない場合には、第 1燃料ノズル 9の第 1燃料噴出孔 1 0を小口径で多孔化することが有効である。さらに、低 N O Xとなる燃焼性能が要求される場合には、第 1燃料噴出孔 1 0を第 1燃料ノズル 9の先端だけでなく、空気導入筒 1 1の出口近傍にも設けて燃料/空気の混合を促進することが有効である。ただし、第 1燃料噴出孔 1 0を全て空気導入筒 1 1の出口近傍に設けると、着火性能及び耐吹き消え性能を損なうので、空気導入筒 1 1 .の出口近傍に設ける第 1燃料噴出孔 1 0の数は、全体の半数程度に限定すべきである。

一方、第 2空気導入孔 1 6から燃焼室 2内に噴出する空気には、同位置に設置した第 2燃料ノズル 1 7から放射状に燃料が噴射される。ただし、第 2燃料ノズル 1 7から噴射された直後の燃料は、第 2空気導入孔 1 6から噴射される空気の流速が大きく、また周囲の燃焼ガスとの剪断が強いため、燃焼反応が始まってもすぐに火炎が吹き消えてしまう。その結果、第 2燃料ノズル 1 7の近傍では火炎が保持せず、そのため、第 2燃料ノズル 1 7に近い燃焼器ライナー 3の壁面には局所的な高温領域が現れないので信頼性確保の観点から有利である。また、周方向の 3箇所の第 2空気導入孔 1 6から噴出した空気は、パイロットバ一ナ 5からの燃焼ガス燃焼器ライナー 3の中心部近傍で互いに衝突して淀み領域を形成し、第 2空気導入孔 1 6の上流側と下流側とに夫々循環流領域を形成する。これら循環流領域内では、空気の流速は低下しており、充分に伝播火炎が維持できる条件となるため、第 2燃料ノズル 1 7から噴出された燃料は循環流内にて燃焼反応を開始する。この際、反応を開始する時点では燃料 Z空気は当量比 0 . 4 1と云う希薄混合気となっているため、混合気への熱の拡散に依存した緩慢な酸化反応に律速される反応形態をとり、局所高温部を生じない低 N O X燃焼を実現できる。このとき、第 2空気導入孔 1 6と第 2燃料ノズル 1 7'との設置位置を、パイロットパーナ 5による火炎の先端部近傍に対向させることにより、第 2空気導入孔 1 6から導入された空気と第 2燃料ノズル 1 7から噴射された燃料の混合気体が、第 2空気導入孔 1 6から導入された空気噴流が衝突によつて淀むことで生じる大きな乱れを利用し、パイ口ッ卜パーナ 5 ίこよる火炎の燃焼ガスに対して広い接触面積をもって接触混合するので、速やかな混合効果を奏することができる。

次に、上述した希薄混合気の緩慢燃焼反応について化学反応シミュレ —シヨンを行った結果を、図 2について説明する。図 2において、横軸は第 2空気導入孔から希釈孔 1 5までの距離を燃焼器ライナ一 3の全長で規格化したものであり、図 1に示す燃焼器 1では、希釈孔 1 5の位置が 0 . 6 6 8にある。図 2において下方の曲線は燃焼器内の燃焼ガス流通方向に沿う燃焼ガス温度の変化を示し、上方の曲線は燃焼ガス琉通方向に沿う一酸化炭素濃度を反応の指標として示す。

第 2のバ一ナ 8からの燃料と空気により形成された当量比 0 . 4 1の希薄混合気は、燃焼器ライナー 3の径方向中心部近傍の淀み領域でパイロットパーナ 5からの 1 1 5 2 °Cの燃焼ガスと混合し、混合平均温度 8 6 6 °Cの希薄混合気となる。この希薄混合気は、上述のように、緩慢に燃料が酸化されて一酸化炭素を発生しながら徐々に発熱して温度上昇して行き、一酸化炭素濃度が極大値に達した後に急速に熱発生が行われて一酸化炭素濃度が低下する。この間に必要な滞留時間は、図 1に示す燃焼器 1の混合気平均温度が 8 6 6 t:の場合で、約 3 0 ms程度であ ^、未燃排出物抑制のために、 3 5 msを確保できるように、希釈孔 1 5の位置を第 2空気導入孔 1 6の下流に置いている。

図 3は、第 2空気導入孔 1 6から希釈孔 1 5までの領域（第 2次燃焼領域）の滞留時間を 3 5 ms としたときに、第 2のパーナ 8からの燃料と空気で定義される当量比と、第 2のパーナ 8からの燃料及び空気とパイロットパーナ 5からの燃焼ガスの混合平均温度について、 9 9 %以上の高燃焼効率が得られる条件を示す。図 3に示す近似直線の右上側の条件、即ち、混合平均温度 Tmix と当量費 Φについて Φ≥ 0 . 0 0 1 0 3 4 5 6 7 + T mi x + 1 . 2 7 1 8 1であれば高燃焼効率が確保されるが、あまり混合平均温度を高くしたり当量比を大きくすると、反応が急速に進行して窒素酸化物の排出量が増加する。また、滞留時間を長く取れば、図 3に示す上記条件より希薄な当量比でも高燃焼効率が得られるが、燃焼器 1の長さの増大を招くことになる。

本実施の形態による燃焼器 1においては、第 2燃料ノズル 1 7から供給される燃料が噴射直後から拡散燃焼を行わないように、第 2空気導入孔 1 6からの空気の噴出流速を 5 O m/s 以上となるように確保することが低 N O X燃焼性能を実現するために重要である。また、第 2空気導入孔 1 6からの空気の噴流が、パイロットバ一ナ 5による燃焼ガス（火炎）の先端部で、燃焼器ライナー 3の径方向中心部まで至り、そこで互いに衝突して淀み領域を形成し、その上流側及び下流側に循環流領域を形成することも燃焼安定性を確保する点から重要である。

第 2空気導入孔 1 6からの空気を燃焼器ライナ一 3の径方向中心部まで噴出させるためには、燃焼器ライナ一 3の断面で定義する平均空気流速に対する第 2空気導入孔 1 6からの空気の流速の比を 3倍程度以上に設計することが適当であり、燃焼器ライナー 3の表面積に対する開口部面積の比率を 2 0〜 3 0 %、燃焼器 1の全圧損失係数を 4 0〜 5 0に設計することが望ましい。

図 1に示す実施の形態では、開口面積率が 2 1 . 0 4 %、全圧損失係数が 4 4 . 6であり、第 2空気導入孔 1 6からの空気の噴出流速は 6 9 . 2 m/ sである。ただし、開口面積率や全圧損失係数の選定には、燃焼器 1に許容され得る圧力損失の制限との兼ね合いがあるため、一概に最適値を決定することはできない。第 2空気導入孔 1 6からの空気の噴出流速としては、予熱による高温化と乱流による燃焼速度の增カ Πを考慮すると、 5 0〜 7 0 m/ sが適当である。第 2燃料ノズル 1 7から放射状に噴射される燃料は、上述のように、噴射流速が大きいために、すぐには燃焼せず、燃焼器ライナー 3の径方向中心部近傍の淀み領域まで到達する間に第 2空気導入孔 1 6からの空気と混合して混合気となる。このとき、燃焼の噴射角度が過小であると、燃料は一箇所に集中して空気と混合されない。その結果、燃焼器ライナ一 3の径方向中心部近傍の空気の淀み領域付近の循環流領域内に至ってから拡散混合して燃焼すると云う拡散燃焼となるので、局所高温部を発生し、高濃度の N O xを排出することになる。そのため、本実施の形態においては、第 2燃料ノズル 1 7の噴射角度を適正に選択することが低 N O X燃焼性能を実現するために重要である。

そこで、第 2燃料ノズル 1 7の噴射角度について、第 2空気導入孔 1 6からの空気噴流中での燃料到達距離を検討した結果を図 4に示す。横軸は、第 2空気導入孔 1 6からの空気噴流軸に沿った燃料移動距離を燃焼器ライナー 3の半径で規格化した値であり、縦軸は、第 2燃料ノズル 1 7からの燃料の到達距離を第 2空気導入孔 1 6の半径で規格化した値である。

本実施の形態による燃焼器 1では、第 2空気導入孔 1 6からの空気噴流軸に沿って燃焼器ライナー 3の径方向中心部まで進行したときに、燃料が第 2空気導入孔 1 6からの空気噴流の外縁に到達するように、第 2 燃料ノズル 1 7の噴射角を 3 5 ° に選定している。

一般に、再生式ガスタービンは、燃焼器の入口空気温度が高いが、燃焼器の出口（ガスターピンの入口）の燃焼ガス温度は比較的低く、燃焼器での温度上昇が小さくなるため、燃焼器総括での当量比が小さく火炎の吹き消えに対して厳しい仕様となる。本実施の形態に示す燃焼器を適用する再生式ガスタービンは、特に、再生効率が高く、燃焼器入口の空気温度が高いにもかかわらず、燃焼器出口の燃焼ガス温度は一般の産業用ガスタービンに比べて極めて低いため、空気が過剰で吹き消えが生じやすい。このため、燃焼器出口での断面平均燃焼ガス流速を通常のガス夕一ビンよりも.低い 2 8m/s としている。本実施の形態による燃焼器を実用するに際し、吹き消えを防止し、燃焼効率を確保する観点から、燃焼器出口断面の平均燃焼ガス流速を 2 0〜5 OmZ sとし、通常の燃焼器出口の燃焼ガス流速 40〜7 OmZ sに比べて遅く設計することが望ましい。

次に、本発明によるガス夕一ビン用燃焼器の第 2の実施の形態を、図 5に示す逆流缶型再生式ガス夕一ビン用燃焼器に基づいて説明する。本実施の形態による燃焼器 1を適用する再生式ガス夕一ビンは、燃焼器 1の入口の空気温度が 6 54°C、出口断面における平均燃尭ガス温度が 9 6 0で、都市ガス「 1 3 A」を燃料とする仕様の燃焼器である。また、本実施の形態における燃焼器出口断面での燃焼ガス平均琉速、燃焼器総括での当量比及び空気と燃料の配分を表 2に示す。そして、第 1の実施の形態による燃焼器よりもやや大型ながら、比較的小容量の発電を行うのに適した再生式ガス夕一ビンの燃焼器である。

〔表 2〕

NO. 項目単位数値

1 出入口平均流速 m/ s 2 8. 0

2 燃焼器総括当量比 ― 0. 1 3 3

3 燃焼器入口空気温度。C 6 5 4

4 燃焼器ライナー開口面積率 % 2 0

5 第 1次空気比率 % 4

6 第 2次空気比率 % 9

7 第 3次空気比率 % 1 9

8 冷却空気比率 % 3 0

9 希釈空気比率 % 3 9

1 0 第 1次燃料比率 % 1 3

1 1 第 2次燃料比率 % 2 9

1 2 第 3次燃料比率 % 5 8

1 3 パイ口ットパーナ当量比一 0. 44 8

1 4 第 2次パーナ当量比一 0. 4 5 2 1

本実施の形態と第 1の実施の形態と異なる部分は、低 N O X燃焼による運転範囲を、 6 0 %負荷から定格負荷までの広範囲とするために、第 1のパーナ 5と第 2のパーナ 8の外に、前記第 2 のパーナ 8の下流側に前記第 2のパーナ 8と同構成の第 3のパーナ 1 9 を設けた点である。したがって、図 1 と同符号は同一物を示すので、再度の説明は省略する。図 5に示す燃焼器 1も図 1の燃焼器と同じように、大きく分けて、燃焼室 2を形成する断面円形をなす筒状の燃焼器ライナー 3と、この燃焼器ライナ一 3の上流側を塞ぐライナーキヤップ 4 と、このライナーキヤップ 4の中心に形成したパイ口ットパーナからなる第 1のパーナ 5と、この第 1のバ一ナ 5の上流側に設けたェンドカバ一 6と、このェンドカバー 6に一端側が固定され他端側が前記燃焼器ライナー 3の外周部側に隙間を介して延在する外筒 7と、前記燃焼器ライナー 3の周壁を貫通して形成された複数の第 2のパーナ 8とを有し、さらに第 2のパーナ 8の下流側に前記燃焼器ライナー 3の周壁を貫通して形成された複数の第 3 のパーナを有している。

前記第 1のパーナ 5は、着火から起動 ·暖機及び 6 0 %部分負荷運転を担い、第 1燃料ノズル 9の周囲で空気導入筒 1 1との間に旋回翼 1 2 を有する旋回通路を設け、この旋回通路に通じる第 1空気導入孔 1 3を空気導入筒 1 1に 2列で周方向 6箇所設けている。ライナーキャップ 4 には、第 1のパーナ 5からの熱を遮蔽するために、旋回翼 4 Wを有する遮熱用空気スロット 4 Sが設けられている。前記燃焼器ライナー 3には、希釈孔 1 5 , トランジッシヨンピースに対するスプリングシール 1 4及び第 2のパーナ 8のための第 2空気導入孔 1 6が設けられているほか、第 2空気導入孔 1 6 より下流側に第 3のバ一ナ 1 9用の第 3空気導入孔 2 0が形成されている。そして第 2空気導入孔 1 6と第 3空気導入孔 2 0には、導入された空気が燃焼器ライナ一 3の径方向中心部に到達できるように、案内筒 2 1が燃焼室 2内に突設されており、またこれら案内筒 2 1が燃焼ガスによって焼損することがないように、その上流側と下流側の近傍に保護空気孔 2 2を設けている。

前記複数の第 2のパーナ 8は、前記燃焼器ライナ一 3の周壁に設けた周方向 6箇所の第 2空気導入孔 1 6に夫.々対向する前記外筒 7の周壁を貫通するように設けた第 2燃料ノズル 1 7とから構成されている。前記第 3のパーナ 1 9は、前記第 2のパーナ 8と同様に、前記燃焼器ライナ一 3の周壁に設けた周方向 6箇所の第 3空気導入孔 2 0に夫々対向する前記外筒 7の周壁を貫通するように設けた第 3燃料ノズル 2 3とから構成されている。

上記構成の燃焼器 1において、燃焼用空気は、 0示しない圧縮機によつて圧縮され、さらに図示しない再生熱交換器によつて昇温された状態で、図中右側の燃焼器ライナー 3と外筒 7との隙間から図中左方向に案内される。この案内された燃焼用空気の一部は、周方向 6箇所に設けた希釈孔 1 5，周方向 6箇所に設けた第 3空気導入孔 2 0及び周方向 6箇所に設けた第 2空気導入孔 1 6から燃焼室 2内に導入され、さらに周方向 6箇所に 2列に設けた第 1空気導入孔 1 3から空気導入筒 1 1を経由して燃焼室 2内に導入され、トランジッションピースへ流出する。

一方、燃料は第 1燃料ノズル 9，第 2燃料ノズル 1 7及び第 3燃料ノズル 2 3から燃焼室 2内に噴射される。全ての燃料は、直接燃焼室 2内に噴射されており、燃焼室 2外で空気と混合する予混合気のような構成部品が存在しないので、原理的には自発火あるいは逆火と云った事故が生じない点で第 1の実施の形態と同じである。

本実施の形態に示す第 1のパーナ 5では、第 1燃料ノズル 9の噴射孔を小口径 ·多孔化し、噴射孔の半数を空気導入筒 1 1の出口近傍に設けて燃料と空気の混合を促進した構成としている。

本実施の形態の燃焼器 1における希薄混合気の緩慢な燃焼反応について、化学反応シミュレーションを行った結果を図 6に示す。図 6において、横軸は第 2空気導入孔 1 6から希釈孔 1 5までの距離を燃焼器ライナ一 3の全長で規格化したものであり、図 5に示す燃焼器 1では、希釈孔 1 5の位置が0 . 6 0の位置にある。図 6の下方の曲線は、燃焼器内の燃焼ガス流通方向に沿う燃焼ガス温度の変化を示し、上方の曲線は燃焼ガス流通方向に沿う一酸化炭素濃度を反応の指標として示す。

希薄混合気の緩慢な燃焼反応の進行は、図 2に示す第 1の実施の形態と同じであるが、本実施の形態では混合平均温度を第 2のパーナ 8について 9 3 1 、第 3のパーナ 1 9について 9 6 1 °Cと、第 1の実施の形態よりも高く設計しているため、必要な滞留時間が短く、反応の進行が早い。左記の表 2に示す通り、第 3のパーナ 1 9の当量比のほうが第 2 のパーナ 8よりも低いにもかかわらず反応が早く進行するのは、第 3のパーナ 1 9に関して第 1のバ一ナ 5と第 2のパーナ 8との双方の燃料の発熱が寄与して混合平均温度が高くなるためである。

上述のように、第 1のパーナ 5による火炎の下流側に交差するように燃料と空気を噴出させるパーナを、第 2のパーナ 8及び第 3のパーナ 1 9のように、多段化することにより、ここの段についての混合流量を減少させることができるので、各段のパーナにおける混合平均温度を高くすることができる。その上、燃焼ガスの丁流側では、上流側の発熱を利 4 用できるので、より高い混合平均温度が実現でき、一層希薄な混合器を燃焼させることが可能になる。尚、この際、各段におけるパーナ 8， 1 9の空気導入孔 1 6， 2 0の周方向の配置は、燃焼器出口燃焼ガス温度の偏差を小さく抑制するために、千鳥状に配置することが望ましい。本発明による第 3の実施の形態を図 7に基づいて説明する。図 7に示す燃焼器 1も、図 1及び図 5に示す燃焼器と同様に、逆流缶型燃焼器である。本実施の形態による燃焼器 1は、先の二つの実施の形態に比べて極めて小規模な発電を行う再生式ガス夕一ビン用燃焼器であり、燃焼器入口の空気温度は 4 7 0 ⁿC、燃焼器出口の断面平均燃焼ガス温度が 8 6 0 °Cで、灯油を燃料とする仕様の燃焼器である。

本実施の形態においては、燃料が液体燃料の灯油であるため、コーキング防止のために第 1燃料ノズル 2 の周囲に空気を流すようにフローガイド 2 5を設けた点や、第 1燃料ノズル 2 4や第 2燃料ノズル 2 6を液体燃料に合った構造にした点が異なる以外、第 1の実施の形態による燃焼器 1の構造や燃料及び空気の流通はほとんど同じである。産業上の利用可能性

以上のように、本発明によるガスタービン用燃焼器は、燃焼器入口の空気温度が高いガスタービン用燃焼器に用いるのに適している。

Claims

請求の範囲

1 . 燃料と空気を燃焼室内に噴出する第 1のパーナと、この第 1のバーナによる火炎の先端部に対応した位置に、燃料と空気の循環噴流を生じさせる第 2のパーナとを設けナこことを特徴とするガスタービン用燃焼器。

2 . 燃料と空気を燃焼室内に噴出する第 1のパーナと、この第 1のパーナによる火炎の下流側に交差するように燃料と空気を噴出させる第 2のパーナとを設けたことを特徵とするガス夕一ビン用燃焼器。

3 . 燃料と空気を燃焼室内に噴出する第 1のパーナと、この第 1のバーナによる火炎の流通方向に対して交差するように燃料と空気を案内する第 2のバ一ナを設けたことを特徴とするガス夕一ビン用燃焼器。

4 . 前記第 2のパーナは、前記燃焼室を形成する周壁を貫通して設けられていることを特徴とする請求項 1， 2又は 3記載のガスタービン用燃焼器。

5 . 前記第 2のパーナは複数のパーナから構成され、これら複数のバーナは、燃料と空気が前記燃焼室の中心部近傍で衝突するように配置されていることを特徴とする請求項 1， 2又は 3記載のガス夕一ビン用燃焼器。

6 . 前記第 2のパーナは、前記燃焼室の中心部近傍で、燃料が空気の噴出流の外側に位置するような燃料噴射ノズルを備えていることを特徴とする請求項 1， 2又は 3記載のガスタービン用燃焼器。

7 . 前記第 2のパーナは、前記燃焼室を形成する周壁に、燃料と空気を燃焼室中心部に案内する案内筒を設けており、この案内筒は前記燃焼室内に突出していることを特徴とする請求項 1， 2又は 3記載のガスタービン用燃焼器。

8 . 燃料と空気を燃焼室内に噴出する第 1のパーナと、この第 1のバーナによる火炎の先端部に対応した位置に、燃料と空気の循環噴流を生じさせる第 2のパーナとを設け、かつ、前記燃焼室内の反応領域の終端部近傍に、混合気の循環噴流を生じさせる第 3のパーナを設けたことを特徵とするガス夕一ビン用燃焼器。

9 . 燃焼安定性を確保するパイロットパーナを燃焼室の上流側に設けると共に、前記パイ口ットパーナによる火炎の先端部に希薄混合気の循環噴流を生じさせる希薄混合気案内手段を設けたことを特徴とするガス夕 —ビン用燃焼器。