JP2006162117A - Gas turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスタービンに関するものであり、特に、触媒を組み入れた構造を有するガスタービンに関するものである。 The present invention relates to a gas turbine, and more particularly to a gas turbine having a structure incorporating a catalyst.
従来のガスタービンの概要について説明する。図9は、従来のガスタービンにおける、燃焼器及びその周辺部分の概略構成を模式的に示す縦断面図である。ガスタービンの燃焼器は、同図に示すように、燃焼室としての内部空間を備えた尾筒10と、予混合気を形成するための機構を備えた内筒2を有しており、内筒2はその後端で尾筒10に連絡している。
An outline of a conventional gas turbine will be described. FIG. 9 is a longitudinal sectional view schematically showing a schematic configuration of a combustor and its peripheral portion in a conventional gas turbine. As shown in the figure, the combustor of the gas turbine has a
内筒2の軸心位置には、パイロットコーン5に連通したパイロットノズル3が配置されており、パイロットノズル3の周辺部には、予混合器であるメインバーナ6に連通したメインノズル4が配設されている。加えて、パイロットノズル3先端付近外周でパイロットコーン5との間には、パイロットスワラ7が配設されており、またメインノズル4先端付近外周でメインバーナ6との間には、メインスワラ8が配設されている。以上のようにして、燃焼器1が構成されている。
A
メインノズル4に供給される主燃料は、メインバーナ6において予混合気を形成する。一方、パイロットノズル3に供給されるパイロット燃料は、パイロットノズル3によりパイロット火炎(拡散火炎)を生成する。そして、予混合気は尾筒10に噴射され、尾筒10内でパイロット火炎により着火されて、尾筒10内に予混合火炎を生成する。なお、尾筒10の外周面よりケーシング側へとバイパスエルボ9が突設しており、ここから尾筒10内に空気を導入する。またその先端には、尾筒10内に導入される空気の量を調節するために開閉制御し得るバイパス弁BVが設けられている。
The main fuel supplied to the
また、内筒2の周りには、これを同心状に囲むように外筒11が設けられている。この内筒2とこれを囲んだ外筒11との間には、空気流路12が形成されており、外筒11の内周壁にはトップハット燃料ノズル20が立設している。そして、この空気流路12を経て供給される空気(白抜きの矢印αで示す)に燃料を混合し、後流に形成される燃焼域に至る距離を十分に確保して、均一な燃料混合気を得るようにしている。
An
具体的には、トップハット燃料ノズル20から噴射されるトップハット燃料が、空気流路12を経て供給される空気と混合された後、空気流路12から内筒2にかけて設けられたターニングベーン19に沿ってUターンし、パイロットノズル3側へ供給される。なお、17は外筒11が突設する車室ケーシングである。
Specifically, the top hat fuel injected from the top
一方、尾筒10はその後端でタービン13に連絡している。上記燃焼器1で生成された高温,高圧の燃焼ガスは、尾筒10から矢印βのようにタービン13へと噴き出す。タービン13は静翼13a及び動翼13bを有しており、尾筒10から噴き出した燃焼ガスが静翼13aを通過して所定の流れとなり、更に動翼13bに吹き付けられてこれを駆動し、タービン13を回転させる。
On the other hand, the
その他、予混合燃焼器におけるパイロット燃焼器で発生する高い濃度のNOxを、その信頼性を損なうことなく低減するようにしたガスタービン燃焼器が、特許文献1に開示されている。これは、パイロット燃焼器とメイン燃焼器とを有する予混合燃焼方式のガスタービン燃焼器において、上記パイロット燃焼器を予混合触媒燃焼器としたものである。
ガスタービンの燃焼器は、従来より、部分負荷状態から100%負荷状態の広い範囲で、安定且つ低環境負荷の燃焼が求められている。しかしながら、上述したような従来の燃焼器においては、高負荷帯域での燃焼時のNOx低減のため、希薄予混合燃焼が行われており、これは均一で希薄な予混合気を燃焼させるので、部分負荷時(特に低負荷時)のような燃焼温度が低い条件では、未燃分の発生が多くなる傾向にある。なお、未燃分の種類としてはCO,UHC(未燃炭化水素),スモーク等が挙げられる。市場ニーズとしては、このような部分負荷時の未燃分低減も、重要なポイントとなっている。 Conventionally, a combustor of a gas turbine has been required to be stable and have a low environmental load in a wide range from a partial load state to a 100% load state. However, in the conventional combustor as described above, lean premixed combustion is performed in order to reduce NOx during combustion in a high load zone, and this burns uniform and lean premixed gas, Under conditions where the combustion temperature is low, such as during partial load (especially during low load), there is a tendency for more unburned matter to be generated. In addition, CO, UHC (unburned hydrocarbon), smoke, etc. are mentioned as a kind of unburned part. In terms of market needs, the reduction of unburned fuel during such partial loads is also an important point.
本発明は、このような問題点に鑑み、燃焼器等に触媒を適用することにより、部分負荷時の未燃分を低減させて燃焼効率を改善し、且つ安定に燃焼を行い運転することを可能としたガスタービンを提供することを目的とする。 In view of such problems, the present invention reduces the unburned content at the time of partial load by applying a catalyst to a combustor or the like, improves combustion efficiency, and performs stable combustion and operation. An object is to provide a gas turbine that is made possible.
上記目的を達成するために、本発明では、内筒の軸心位置に配置されたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周辺に配設され外周に予混合器を備えた複数のメインノズルとを有し、該メインノズルから予混合気として前記内筒の下流にある燃焼室を形成する尾筒内に噴射された燃料が、該尾筒内で前記パイロットノズルにより生成した拡散火炎により着火されて、該尾筒内に予混合火炎を生成するようにした燃焼器を備えたガスタービンにおいて、前記尾筒内へ空気を導入するバイパス管内部に、触媒層と該触媒層へ燃料を供給する燃料ノズルとを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention has a pilot nozzle disposed at the axial center position of the inner cylinder and a plurality of main nozzles disposed around the pilot nozzle and provided with a premixer on the outer periphery. The fuel injected from the main nozzle into the tail cylinder that forms a combustion chamber downstream of the inner cylinder as a premixed gas is ignited by the diffusion flame generated by the pilot nozzle in the tail cylinder, In a gas turbine having a combustor configured to generate a premixed flame in the tail cylinder, a fuel layer for supplying fuel to the catalyst layer and the catalyst layer inside a bypass pipe for introducing air into the tail cylinder It is characterized by comprising.
また、内筒の軸心位置に配置されたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周辺に配設され外周に予混合器を備えた複数のメインノズルとを有し、該メインノズルから予混合気として前記内筒の下流にある燃焼室を形成する尾筒内に噴射された燃料が、該尾筒内で前記パイロットノズルにより生成した拡散火炎により着火されて、該尾筒内に予混合火炎を生成するようにした燃焼器を備えたガスタービンにおいて、前記尾筒の内壁面に触媒コーティングを施したことを特徴とする。 In addition, it has a pilot nozzle arranged at the axial center position of the inner cylinder, and a plurality of main nozzles arranged around the pilot nozzle and provided with a premixer on the outer periphery, and from the main nozzle as premixed gas The fuel injected into the tail cylinder that forms the combustion chamber downstream of the inner cylinder is ignited by the diffusion flame generated by the pilot nozzle in the tail cylinder to generate a premixed flame in the tail cylinder. In the gas turbine provided with the combustor, the inner wall surface of the tail cylinder is coated with a catalyst.
また、内筒の軸心位置に配置されたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周辺に配設され外周に予混合器を備えた複数のメインノズルとを有し、該メインノズルから予混合気として前記内筒の下流にある燃焼室を形成する尾筒内に噴射された燃料が、該尾筒内で前記パイロットノズルにより生成した拡散火炎により着火されて、該尾筒内に予混合火炎を生成するようにした燃焼器を備えたガスタービンにおいて、前記予混合器の周囲に触媒層を設け、該触媒層にトップハット燃料の一部を供給するようにしたことを特徴とする。また、前記トップハット燃料を、前記触媒層と、前記予混合器及び前記パイロットノズルに備えた保炎器とに対して、それぞれ別系統で供給するようにしたことを特徴とする。 In addition, it has a pilot nozzle arranged at the axial center position of the inner cylinder, and a plurality of main nozzles arranged around the pilot nozzle and provided with a premixer on the outer periphery, and from the main nozzle as premixed gas The fuel injected into the tail cylinder that forms the combustion chamber downstream of the inner cylinder is ignited by the diffusion flame generated by the pilot nozzle in the tail cylinder to generate a premixed flame in the tail cylinder. In the gas turbine provided with the combustor configured as described above, a catalyst layer is provided around the premixer, and a part of the top hat fuel is supplied to the catalyst layer. In addition, the top hat fuel is supplied to the catalyst layer and the flame stabilizer provided in the premixer and the pilot nozzle in separate systems.
また、内筒の軸心位置に配置されたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周辺に配設され外周に予混合器を備えた複数のメインノズルとを有し、該メインノズルから予混合気として前記内筒の下流にある燃焼室を形成する尾筒内に噴射された燃料が、該尾筒内で前記パイロットノズルにより生成した拡散火炎により着火されて、該尾筒内に予混合火炎を生成するようにした燃焼器を備えたガスタービンにおいて、前記尾筒の壁部内部に設けられている冷却通路の内壁面に触媒コーティングを施し、圧縮機出口に前記尾筒へ燃料を供給する燃料ノズルを設け、前記圧縮機からの空気に前記燃料ノズルからの燃料が混合された予混合気が、前記冷却通路を通って前記尾筒内に流入するようにしたことを特徴とする。また、前記予混合気により前記尾筒の壁部をインピンジメント冷却するようにしたことを特徴とする。 In addition, it has a pilot nozzle arranged at the axial center position of the inner cylinder, and a plurality of main nozzles arranged around the pilot nozzle and provided with a premixer on the outer periphery, and from the main nozzle as premixed gas The fuel injected into the tail cylinder that forms the combustion chamber downstream of the inner cylinder is ignited by the diffusion flame generated by the pilot nozzle in the tail cylinder to generate a premixed flame in the tail cylinder. In a gas turbine including a combustor configured to perform, a fuel nozzle that applies catalyst coating to an inner wall surface of a cooling passage provided in a wall portion of the tail tube, and supplies fuel to the tail tube at a compressor outlet The premixed gas in which the fuel from the fuel nozzle is mixed with the air from the compressor flows into the tail cylinder through the cooling passage. In addition, the wall of the tail tube is impingement cooled by the premixed gas.
また、内筒の軸心位置に配置されたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周辺に配設され外周に予混合器を備えた複数のメインノズルとを有し、該メインノズルから予混合気として前記内筒の下流にある燃焼室を形成する尾筒内に噴射された燃料が、該尾筒内で前記パイロットノズルにより生成した拡散火炎により着火されて、該尾筒内に予混合火炎を生成するようにした燃焼器を備えたガスタービンにおいて、タービン静翼及び/又はタービン動翼において、その内部より噴出した冷却空気が流れる表面の領域に、触媒コーティングを施したことを特徴とする。 In addition, it has a pilot nozzle arranged at the axial center position of the inner cylinder, and a plurality of main nozzles arranged around the pilot nozzle and provided with a premixer on the outer periphery, and from the main nozzle as premixed gas The fuel injected into the tail cylinder that forms the combustion chamber downstream of the inner cylinder is ignited by the diffusion flame generated by the pilot nozzle in the tail cylinder to generate a premixed flame in the tail cylinder. A gas turbine having a combustor configured as described above is characterized in that a catalyst coating is applied to a region of a surface of a turbine stationary blade and / or turbine rotor blade through which cooling air ejected from the inside flows.
また、内筒の軸心位置に配置されたパイロットノズルと、該パイロットノズルの周辺に配設され外周に予混合器を備えた複数のメインノズルとを有し、該メインノズルから予混合気として前記内筒の下流にある燃焼室を形成する尾筒内に噴射された燃料が、該尾筒内で前記パイロットノズルにより生成した拡散火炎により着火されて、該尾筒内に予混合火炎を生成するようにした燃焼器を備えたガスタービンにおいて、タービン静翼及び/又はタービン動翼の、ハブ側及びチップ側の表面に触媒コーティングを施したことを特徴とする。また、前記ハブ側及びチップ側の触媒コーティングを、タービンの後方段へ向かうにつれてそれぞれ翼の中央側へ延ばして施すようにしたことを特徴とする。 In addition, it has a pilot nozzle arranged at the axial center position of the inner cylinder, and a plurality of main nozzles arranged around the pilot nozzle and provided with a premixer on the outer periphery, and from the main nozzle as premixed gas The fuel injected into the tail cylinder that forms the combustion chamber downstream of the inner cylinder is ignited by the diffusion flame generated by the pilot nozzle in the tail cylinder to generate a premixed flame in the tail cylinder. A gas turbine having a combustor configured as described above is characterized in that a catalyst coating is applied to the hub side and tip side surfaces of a turbine stationary blade and / or a turbine rotor blade. In addition, the catalyst coating on the hub side and the tip side may be applied to the center side of the blades toward the rear stage of the turbine.
本発明によれば、燃焼器等に触媒を適用することにより、部分負荷時の未燃分を低減させて燃焼効率を改善し、且つ安定に燃焼を行い運転することを可能としたガスタービンを提供することができる。 According to the present invention, by applying a catalyst to a combustor or the like, a gas turbine that can reduce the unburned portion at the time of partial load, improve the combustion efficiency, and perform stable combustion and operation. Can be provided.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、上記従来例と共通する部分には同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is common in the said prior art example, and detailed description is abbreviate | omitted suitably.
図1は、本発明の実施例1に係るガスタービンにおける、燃焼器の概略構成を模式的に示す縦断面図である。同図では内筒2内部の図示を省略している。本実施例では、バイパスエルボ内部に触媒層及び燃料ノズルを設けた構成としている。具体的には、尾筒10に対するバイパスエルボ9の付け根部から内側にかけて触媒層14を配置し、更にその空気流上流側でバイパス弁BVとの間に、バイパスエルボ9内部へ突設するバイパスエルボ燃料ノズル15を配置している。
1 is a longitudinal sectional view schematically showing a schematic configuration of a combustor in a gas turbine according to a first embodiment of the present invention. In the same figure, illustration of the inside of the
この構成において、部分負荷時にはバイパスエルボ燃料ノズル15から燃料を噴出させ、触媒層14を通して希薄な燃料を燃焼させる。この燃焼ガスは、黒塗りの矢印γで示すように、尾筒10内に噴き出す。この場合、内筒2側においては、通常通りパイロット燃料及びメイン燃料、更にはトップハット燃料で燃焼を行うが、メイン燃料の一部をバイパスエルボ9側のバイパスエルボ燃料ノズル15から供給する形となる。具体的には、バイパスエルボ9側から流す燃料量は、全体に対しておよそ50%以下の配分、つまり内筒2側から流す燃料量は50%以上の配分となることを目安としている。
In this configuration, fuel is ejected from the bypass
本実施例の構成によれば、部分負荷時(特に低負荷時)のような燃焼温度が低い条件においても、一部の燃料についてバイパスエルボ9側で触媒燃焼を行うことができるので、その分、希薄な予混合気における未燃分を低減させることが可能となる。さらに、バイパスエルボ9側での燃焼による火炎を火種として、内筒2側からの燃焼ガス中の未燃分が尾筒10内で燃焼するという効果もある。本実施例では、内筒2側の構造に変更は無いため、従来より確立されている低NOx性能に対して影響を与えることは無い。また、触媒層14に入る予混合気の濃度を、バイパスエルボ燃料ノズル15からの燃料噴出量とバイパス弁BVの開度との両方で変化させることができるので、調整範囲が大きく有利である。
According to the configuration of the present embodiment, catalytic combustion can be performed on the
触媒層14の構造としては例えばハニカム構造が一般的であり、これは、耐酸化性ステンレス鋼或いはコージェライトセラミックス等を基材として、この表面に例えばパラジウム(Pd),白金(Pt)等を主体とした貴金属系の触媒を付着させたものが、主として用いられている。
As the structure of the
図2は、本発明の実施例2に係るガスタービンにおける、燃焼器の概略構成を模式的に示す図である。同図(a)は縦断面図であり、同図(b)は尾筒部分の横断面図である。本実施例では、同図(a)に示すように、尾筒10の内壁面に触媒コーティング16を施す構成としている。これにより、尾筒10の内壁面付近の比較的低温な部分において、従来は燃焼しきれず未燃分となっていた燃料が、この触媒に触れることで反応が促進されるので、未燃分を低減させることができる。
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a schematic configuration of the combustor in the gas turbine according to the second embodiment of the present invention. The figure (a) is a longitudinal cross-sectional view, and the figure (b) is a cross-sectional view of the tail tube portion. In this embodiment, the
また、同図(b)に示すように、尾筒10の内壁面より突出する多数の微小なフィン10aを設け、その表面に触媒コーティング16を施す構成とすれば、フィンを設けない場合よりも触媒の反応面積が増加して、未燃分を低減させる効果が大きくなる。なお、フィン10aを設ける代わりに、尾筒10の内壁面に溝を設け、その表面に触媒コーティング16を施す構成としても良い。また、触媒コーティング16を施す尾筒10の内壁面の範囲としては、同図(a)のように全体としても良いし、例えば特に低温となる範囲等の部分的なものとしても良い。
Further, as shown in FIG. 5B, if a configuration is provided in which a large number of
図3は、本発明の実施例3に係るガスタービンにおける、燃焼器の概略構成を模式的に示す図である。同図(a)は縦断面図であり、同図(b)は内筒部分の横断面図である。また、同図では上半部のみを図示している。本実施例では、内筒の基板部分を触媒層としている。具体的には、同図に示すように、メインバーナ6の周囲で内筒2とパイロットコーン5に囲まれた領域に、触媒層14を設けている。但し、メインバーナ6をこの触媒層14で支持するわけではなく、別途図示しない支持部材により支持している。なお、同図ではターニングベーンの図示を省略している。
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a schematic configuration of the combustor in the gas turbine according to the third embodiment of the present invention. The figure (a) is a longitudinal cross-sectional view, and the figure (b) is a cross-sectional view of an inner cylinder part. In addition, only the upper half is shown in the figure. In this embodiment, the substrate portion of the inner cylinder is used as the catalyst layer. Specifically, as shown in the figure, a
そして、トップハット燃料ノズル20からの燃料と空気流路12を経て供給される空気との予混合気の一部を、矢印aで示すように触媒層14に供給し、ここで反応させる。また、従来通りパイロットノズル3,メインノズル4からも燃料を供給するが、本実施例の構成によれば、部分負荷時のようにメインバーナ6から噴出されるメイン予混合気が薄い場合でも、その周囲から触媒層14で反応したガスが矢印bのように噴出しているため、これを火種としてメイン予混合気が比較的燃焼しやすくなり、未燃分を低減することができる。
Then, a part of the premixed gas of the fuel from the top
但し、同図(b)に示したように、例えばメインバーナ6のピッチ円(一点鎖線で示す)よりも内側(図中B側)は、パイロット火炎の影響により比較的高温となるため、未燃分の発生は少ない。従って、触媒層14をピッチ円の外側(図中A側)にのみ配置すること(この状態の図示は省略)で、未燃分低減の効果を或る程度保ちつつコストダウンを図ることができ、更には比較的高温な部分における触媒焼損の危険性を回避することが可能となる。
However, as shown in FIG. 5B, for example, the inner side (B side in the figure) of the pitch circle (indicated by the alternate long and short dash line) of the
図4は、本発明の実施例4に係るガスタービンにおける、燃焼器の概略構成を模式的に示す図である。同図では上半部のみを図示している。本実施例では、同図に示すように、ターニングベーン19を全周に渡ってパイロットコーン5と接続し、ターニングベーン19の内周とパイロットコーン5の外周との間に各メインバーナ6を配設した構成としている。この場合、各メインバーナ6はターニングベーン19の底部に接続され、その空気流上流側に向かって開口している。
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a schematic configuration of the combustor in the gas turbine according to the fourth embodiment of the present invention. In the figure, only the upper half is shown. In this embodiment, as shown in the figure, the turning
加えて、トップハット燃料ノズル20とは別に外筒11の内周壁に立設する触媒層用トップハット燃料ノズル21を設け、ここからターニングベーン19の内側に燃料を噴射し、この予混合気が矢印cで示すように触媒層14のみに流入するようにしている。一方、トップハット燃料ノズル20からの燃料はターニングベーン19の外側に噴射され、この予混合気が矢印aで示すようにメインバーナ6及びパイロットコーン5に流入するようにしている。つまり、トップハット燃料を、触媒層14と、メインバーナ6及びパイロットコーン5とに対して、それぞれ別系統で供給する構成としている。
In addition to the top
以上のような構成により、触媒層用トップハット燃料ノズル21から噴射する燃料を調節するだけで、触媒層14にて触媒燃焼させる燃料量を制御することが可能となる。また、触媒層14による圧力損失を考慮しつつ、ターニングベーン19の大きさや形状等を適宜設定して、メインバーナ6やパイロットコーン5に流入する空気量と、触媒層14を設けた領域に流入する空気量とを、従来のように触媒層が無い場合と同等になるようにすれば良い。これにより、高負荷帯域においては触媒層用トップハット燃料ノズル21からの燃料を遮断することで、従来の燃焼器と同等の燃焼性能が得られる。
With the configuration as described above, it is possible to control the amount of fuel that is catalytically burned in the
その他、トップハット燃料ノズル20を用いず、触媒層用トップハット燃料ノズル21のみを用いてこれを2系統化し、ここからターニングベーン19の内側と外側にそれぞれ燃料を噴射するようにしても良い。この場合、触媒層14に流入する燃料量と、メインバーナ6及びパイロットコーン5に流入する燃料量とを、それぞれ制御することとなる。これにより、ノズルの部品点数を減らしてコストダウンを図りつつ、トップハット燃料ノズル20を用いた場合と同様の効果を得ることが可能となる。
In addition, the top
図5は、本発明の実施例5に係るガスタービンにおける、燃焼器及びその周辺部分の概略構成を模式的に示す縦断面図である。本実施例では、図示しない圧縮機の出口において、車室ケーシング17の内壁面より立設する圧縮機出口燃料ノズル22を設け、ここから車室に燃料を噴射し、この予混合気が矢印dで示すように尾筒10の壁部を通って尾筒10内に流入するようにしている。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view schematically showing a schematic configuration of a combustor and its peripheral portion in a gas turbine according to
このとき、前記予混合気は尾筒10の壁部内部に従来より設けられている冷却通路(後述)を通って尾筒10内に流入するが、本実施例では一部の前記冷却通路の内壁面に触媒コーティングを施し、この冷却通路を通った予混合気を触媒にて反応させ、この燃焼ガスを尾筒10内に噴出させる構成としている。これにより、尾筒10の内壁面付近で生じる未燃分を低減させることができる。
At this time, the premixed gas flows into the
図6は、本実施例における尾筒の冷却通路の構成を模式的に示す図であり、同図(a)は横断面図、同図(b)は縦断面図である。同図に示すように、尾筒10の壁部内部には、その軸方向に延在する冷却通路10aが、例えば全周に渡って並設されている。そして、一部の冷却通路10aの内壁面には、触媒コーティング16が施されている。
6A and 6B are diagrams schematically showing the configuration of the cooling passage of the transition piece in the present embodiment, where FIG. 6A is a transverse sectional view and FIG. 6B is a longitudinal sectional view. As shown in the figure, inside the wall portion of the
この場合、冷却通路10aは、同図(a)に示すように、コーティングの有るものと無いものとを交互に配置しても良いし、また例えば数個に一個ずつコーティングの有るものを配置するといった構成としても良い。これにより、コーティングの無い冷却通路10aには冷却機能を持たせることができるので、尾筒10の壁部が触媒燃焼により高温になりすぎるのを防止することができる。
In this case, as shown in FIG. 5A, the
なお、同図(b)に示すように、上記圧縮機からの予混合気は、矢印dで示すように、尾筒10外周面に開けられた冷却空気入口10bから入って冷却通路10aを通り、尾筒10内周面に開けられた冷却空気出口10cから出て尾筒10内に流入する構成となっている。このとき図のように、冷却通路10aの内壁面に触媒コーティング16が施されていれば、ここを通る予混合気は触媒にて反応し、燃焼する。触媒コーティング16が施されていなければ、ここを通る予混合気は反応せず、尾筒10壁部の冷却を行う。
As shown in FIG. 5B, the premixed gas from the compressor enters through the cooling
さらに、本実施例を上記実施例1と組み合わせることにより、更に多くの燃料を触媒燃焼させることが可能となる。この場合、図1に示した上記実施例1の構成のうち、バイパスエルボ9内には触媒層14のみを配置すれば良く、バイパスエルボ燃料ノズル15は不用である。ここでは圧縮機からの予混合気のうち、バイパスエルボ9に流入したものが触媒層14にて反応する。
Further, by combining this embodiment with the first embodiment, more fuel can be catalytically combusted. In this case, in the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1, only the
また、図7に横断面図で示すように、尾筒10をインピンジメント冷却する構成としても良い。具体的には、尾筒10の外側をマニホールド23で覆い、マニホールド23の外周面にインピンジ孔23aを開け、圧縮機からの予混合気をこのインピンジ孔23aから矢印eで示すようにマニホールド23内に導入する。導入された予混合気は尾筒10の外周面に当接してここを冷却(インピンジメント冷却)した後、尾筒10外周面に開けられた冷却空気入口10bから入って冷却通路10aを通り、尾筒10内周面に開けられた冷却空気出口10cから出て尾筒10内に流入する。
Further, as shown in a cross-sectional view in FIG. 7, the
この場合、上記インピンジメント冷却により、尾筒10壁部を冷却できるので、冷却通路10aで冷却を行う必要はなくなる。従って、全ての冷却通路10aの内壁面に触媒コーティング16を施し、ここで触媒燃焼させることができるので、燃焼効率を更に向上させ未燃分を低減することが可能となる。
In this case, the wall of the
図8は、本発明の実施例6に係るガスタービンにおける、燃焼器及びその周辺部分の概略構成を模式的に示す縦断面図である。本実施例では、タービン13の静翼13a及び動翼13bの表面に、触媒コーティング16を施す構成としている。これにより、タービン入口温度が低い場合等に発生する未燃分をタービン13の内部で反応させ、タービン出口での燃焼効率を向上させる。
FIG. 8 is a longitudinal sectional view schematically showing a schematic configuration of a combustor and its peripheral portion in a gas turbine according to
具体的には、例えば同図(a)に示すように、静翼13a及び動翼13bの表面全面に触媒コーティング16を施す方法がある。但しこの場合、特に高温の燃焼ガスに曝される部分は触媒が劣化,損傷するおそれがある。そこで、図示しないが、各翼において、その内部より噴出した冷却空気が流れる表面の領域に、触媒コーティング16を集中して施すようにすると、この領域は冷却空気により冷却されるので、触媒が劣化,損傷することはなくなる。
Specifically, for example, as shown in FIG. 5A, there is a method in which a
また、同図(b)に示すように、比較的燃焼ガス温度の低いハブ側(タービン回転軸側)とチップ側(タービン外周側)の各翼表面に触媒コーティング16を施しても良い。さらに、同図(c)に示すように、燃焼ガス温度が低くなるタービンの後方段へ向かうにつれて、各翼のハブ側及びチップ側の触媒コーティング16を、それぞれ翼の中央側へ延ばして施す構成としても良い。このような構成により、触媒の劣化,損傷が未然に防止されて耐久性が向上するとともに、触媒の無駄を省いてコストダウンを図ることができる。
Further, as shown in FIG. 5B, a
その他、燃焼ガス温度が低くなるタービンの後方段の翼にのみ、その表面全面に触媒コーティング16を施すようにすると、触媒の施工が容易になる。また、ガスタービンの運転当初は各翼の表面全面に触媒コーティング16を施した状態にしておき、暫く運転した後、触媒の劣化,損傷が比較的小さい部分のみその補修を行うようにすると、次回の運転からは触媒を無駄なく効果的に使用することが可能となる。なお、以上の本実施例の構成において、触媒コーティング16を施すのは静翼13a或いは動翼13bのいずれか一方の翼としても良い。
In addition, if the
なお、特許請求の範囲で言うバイパス管は、実施例におけるバイパスエルボに対応しており、また保炎器はパイロットコーンに対応している。 Note that the bypass pipe in the claims corresponds to the bypass elbow in the embodiment, and the flame holder corresponds to the pilot cone.
1 燃焼器
2 内筒
3 パイロットノズル
4 メインノズル
5 パイロットコーン
6 メインバーナ
7 パイロットスワラ
8 メインスワラ
9 バイパスエルボ
10 尾筒
11 外筒
12 空気流路
13 タービン
14 触媒層
15 バイパスエルボ燃料ノズル
16 触媒コーティング
17 車室ケーシング
19 ターニングベーン
20 トップハット燃料ノズル
21 触媒層用トップハット燃料ノズル
22 圧縮機出口燃料ノズル
23 マニホールド
BV バイパス弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (9)
前記尾筒内へ空気を導入するバイパス管内部に、触媒層と該触媒層へ燃料を供給する燃料ノズルとを備えたことを特徴とするガスタービン。 A pilot nozzle disposed at an axial center position of the inner cylinder, and a plurality of main nozzles disposed around the pilot nozzle and provided with a premixer on the outer periphery, and the inner nozzle serves as a premixed gas from the main nozzle. The fuel injected into the tail cylinder that forms the combustion chamber downstream of the cylinder is ignited by the diffusion flame generated by the pilot nozzle in the tail cylinder, so that a premixed flame is generated in the tail cylinder. In a gas turbine equipped with a combustor,
A gas turbine comprising a catalyst layer and a fuel nozzle for supplying fuel to the catalyst layer inside a bypass pipe for introducing air into the transition piece.
前記尾筒の内壁面に触媒コーティングを施したことを特徴とするガスタービン。 A pilot nozzle disposed at an axial center position of the inner cylinder, and a plurality of main nozzles disposed around the pilot nozzle and provided with a premixer on the outer periphery, and the inner nozzle serves as a premixed gas from the main nozzle. The fuel injected into the tail cylinder that forms the combustion chamber downstream of the cylinder is ignited by the diffusion flame generated by the pilot nozzle in the tail cylinder, so that a premixed flame is generated in the tail cylinder. In a gas turbine equipped with a combustor,
A gas turbine, wherein a catalyst coating is applied to an inner wall surface of the tail cylinder.
前記予混合器の周囲に触媒層を設け、該触媒層にトップハット燃料の一部を供給するようにしたことを特徴とするガスタービン。 A pilot nozzle disposed at an axial center position of the inner cylinder, and a plurality of main nozzles disposed around the pilot nozzle and provided with a premixer on the outer periphery, and the inner nozzle serves as a premixed gas from the main nozzle. The fuel injected into the tail cylinder that forms the combustion chamber downstream of the cylinder is ignited by the diffusion flame generated by the pilot nozzle in the tail cylinder, so that a premixed flame is generated in the tail cylinder. In a gas turbine equipped with a combustor,
A gas turbine, wherein a catalyst layer is provided around the premixer, and a part of the top hat fuel is supplied to the catalyst layer.
前記尾筒の壁部内部に設けられている冷却通路の内壁面に触媒コーティングを施し、圧縮機出口に前記尾筒へ燃料を供給する燃料ノズルを設け、前記圧縮機からの空気に前記燃料ノズルからの燃料が混合された予混合気が、前記冷却通路を通って前記尾筒内に流入するようにしたことを特徴とするガスタービン。 A pilot nozzle disposed at an axial center position of the inner cylinder, and a plurality of main nozzles disposed around the pilot nozzle and provided with a premixer on the outer periphery, and the inner nozzle serves as a premixed gas from the main nozzle. The fuel injected into the tail cylinder that forms the combustion chamber downstream of the cylinder is ignited by the diffusion flame generated by the pilot nozzle in the tail cylinder, so that a premixed flame is generated in the tail cylinder. In a gas turbine equipped with a combustor,
A catalyst coating is applied to the inner wall surface of the cooling passage provided in the wall portion of the transition piece, a fuel nozzle for supplying fuel to the transition piece is provided at the outlet of the compressor, and the fuel nozzle is supplied to the air from the compressor. A gas turbine characterized in that the premixed gas mixed with the fuel from the gas flows into the tail tube through the cooling passage.
タービン静翼及び/又はタービン動翼において、その内部より噴出した冷却空気が流れる表面の領域に、触媒コーティングを施したことを特徴とするガスタービン。 A pilot nozzle disposed at an axial center position of the inner cylinder, and a plurality of main nozzles disposed around the pilot nozzle and provided with a premixer on the outer periphery, and the inner nozzle serves as a premixed gas from the main nozzle. The fuel injected into the tail cylinder that forms the combustion chamber downstream of the cylinder is ignited by the diffusion flame generated by the pilot nozzle in the tail cylinder, so that a premixed flame is generated in the tail cylinder. In a gas turbine equipped with a combustor,
A gas turbine characterized in that in a turbine stationary blade and / or a turbine blade, a catalyst coating is applied to a surface region through which cooling air ejected from the inside flows.
タービン静翼及び/又はタービン動翼の、ハブ側及びチップ側の表面に触媒コーティングを施したことを特徴とするガスタービン。 A pilot nozzle disposed at an axial center position of the inner cylinder, and a plurality of main nozzles disposed around the pilot nozzle and provided with a premixer on the outer periphery, and the inner nozzle serves as a premixed gas from the main nozzle. The fuel injected into the tail cylinder that forms the combustion chamber downstream of the cylinder is ignited by the diffusion flame generated by the pilot nozzle in the tail cylinder, so that a premixed flame is generated in the tail cylinder. In a gas turbine equipped with a combustor,
A gas turbine characterized in that a catalyst coating is applied to the hub side and tip side surfaces of a turbine stationary blade and / or a turbine rotor blade.
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012083099A (en) * | 2010-10-11 | 2012-04-26 | General Electric Co <Ge> | Combustor with lean pre-nozzle fuel injection system |
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| EP2808612A1 (en) * | 2013-05-31 | 2014-12-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Gas turbine combustion chamber with tangential late lean injection |
| CN116642202A (en) * | 2023-02-28 | 2023-08-25 | 中山大学 | Flame stabilizer with directional regulation and control fuel injection |
-
2004
- 2004-12-06 JP JP2004352288A patent/JP2006162117A/en not_active Withdrawn
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