JP2758301B2 - ガスタービン燃焼器 - Google Patents
ガスタービン燃焼器Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/34—Feeding into different combustion zones
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2270/00—Control
- F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
- F05D2270/31—Fuel schedule for stage combustors
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、稀簿予混合燃焼方式の
主燃料系と拡散燃焼方式の副燃料系とを有する低ＮＯｘ
ガスタービン燃焼器に関する。
主燃料系と拡散燃焼方式の副燃料系とを有する低ＮＯｘ
ガスタービン燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ガスタービン燃焼器におけるＮ
Ｏｘ発生の主要因は、燃料と空気との当量比が１に近い
燃焼領域が燃焼ガス中に生じ、この燃焼領域において燃
焼ガスが局所的に高温化することにある。
Ｏｘ発生の主要因は、燃料と空気との当量比が１に近い
燃焼領域が燃焼ガス中に生じ、この燃焼領域において燃
焼ガスが局所的に高温化することにある。
【０００３】このような要因で発生するＮＯｘを抑制す
る方法としては、供給燃料を燃焼に必要な量以上の空気
と稀薄混合させたり、予め空気で均一に予混合させた
後、燃焼部へ供給するといった手段が用いられる。
る方法としては、供給燃料を燃焼に必要な量以上の空気
と稀薄混合させたり、予め空気で均一に予混合させた
後、燃焼部へ供給するといった手段が用いられる。
【０００４】この稀簿予混合燃焼方式に対して、実際に
はガスタービン燃焼器としての広い運転範囲をカバーす
ることを考慮して稀薄予混合燃焼方式の主燃料系と、拡
散燃焼方式の副燃料系とを併せ持つ燃焼器システムが一
般的に用いられている。
はガスタービン燃焼器としての広い運転範囲をカバーす
ることを考慮して稀薄予混合燃焼方式の主燃料系と、拡
散燃焼方式の副燃料系とを併せ持つ燃焼器システムが一
般的に用いられている。
【０００５】これは、低ＮＯｘ燃焼としては、稀薄予混
合方式が優れているが、広い作動範囲において燃焼火炎
を安定に保持するためには、別に拡散燃焼部が必要であ
るためである。
合方式が優れているが、広い作動範囲において燃焼火炎
を安定に保持するためには、別に拡散燃焼部が必要であ
るためである。
【０００６】図６はこの種の従来のガスタービン燃焼器
１の一例を示しており、これは燃料を供給する燃料供給
母管２の下流端部を、燃焼器ライナー３内で、稀薄予混
合燃焼せしめる主燃料系４と、拡散燃焼せしめる副燃料
系５とに分岐させており、ＮＯｘの発生は拡散燃焼部の
燃料供給割合に大きく依存するので、ＮＯｘを低減する
ためには、稀薄予混合燃焼部の燃料配分を多くし、拡散
燃焼部での燃焼をできる限り少なくすることが望まし
い。
１の一例を示しており、これは燃料を供給する燃料供給
母管２の下流端部を、燃焼器ライナー３内で、稀薄予混
合燃焼せしめる主燃料系４と、拡散燃焼せしめる副燃料
系５とに分岐させており、ＮＯｘの発生は拡散燃焼部の
燃料供給割合に大きく依存するので、ＮＯｘを低減する
ためには、稀薄予混合燃焼部の燃料配分を多くし、拡散
燃焼部での燃焼をできる限り少なくすることが望まし
い。
【０００７】通常、ガスタービン燃焼器においては、着
火から中間負荷までは、燃空比が低くなり、火炎温度も
低く、ＮＯｘの発生量が少ないため、主燃料系４として
の稀薄予混合燃焼系は用いられず、専ら副燃料系５とし
ての拡散燃料系でガスタービンの運転制御がなされる。
火から中間負荷までは、燃空比が低くなり、火炎温度も
低く、ＮＯｘの発生量が少ないため、主燃料系４として
の稀薄予混合燃焼系は用いられず、専ら副燃料系５とし
ての拡散燃料系でガスタービンの運転制御がなされる。
【０００８】しかし、上記中間負荷の切換点以上の負荷
運転では、副燃料系５は徐々に燃料に絞られ、総燃料流
量の大半が稀薄予混合燃焼系である主燃料系４へ流さ
れ、低ＮＯｘ燃焼運転が行なわれる。
運転では、副燃料系５は徐々に燃料に絞られ、総燃料流
量の大半が稀薄予混合燃焼系である主燃料系４へ流さ
れ、低ＮＯｘ燃焼運転が行なわれる。
【０００９】したがって、このガスタービン燃焼器では
燃料流量制御弁６の他に、主、副燃料系４，５毎に燃料
分配弁７，８を設け、これらの開度をガスタービン制御
装置９によりガスタービンの起動運転および負荷運転の
要求に合せて制御することにより、稀薄予混合燃焼と拡
散燃焼との配分を調整している。
燃料流量制御弁６の他に、主、副燃料系４，５毎に燃料
分配弁７，８を設け、これらの開度をガスタービン制御
装置９によりガスタービンの起動運転および負荷運転の
要求に合せて制御することにより、稀薄予混合燃焼と拡
散燃焼との配分を調整している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
ガスタービン燃焼器では、各運転状態に対する主燃料系
と副燃料系の燃料配分は例えば図７に示すように制御さ
れるので、この燃料流量に適合した主燃料系４および副
燃料系５の主、副燃料ノズル１０，１１の設計、つま
り、燃料ノズル面積の設定が必要となる。主、副燃料ノ
ズル１０，１１を通過する燃料流量は、燃料の入口状態
量と主、副燃料ノズル１０，１１の前後圧力比および燃
料ノズル面積で決定される。
ガスタービン燃焼器では、各運転状態に対する主燃料系
と副燃料系の燃料配分は例えば図７に示すように制御さ
れるので、この燃料流量に適合した主燃料系４および副
燃料系５の主、副燃料ノズル１０，１１の設計、つま
り、燃料ノズル面積の設定が必要となる。主、副燃料ノ
ズル１０，１１を通過する燃料流量は、燃料の入口状態
量と主、副燃料ノズル１０，１１の前後圧力比および燃
料ノズル面積で決定される。
【００１１】この燃料ノズル面積に対して、供給燃料流
量を流すのに必要な燃料供給圧力は図８に示すように変
化するが、副燃料系５は上記切換負荷前後で必要燃料の
急激な変化に抗してピーク圧力を生ずる。
量を流すのに必要な燃料供給圧力は図８に示すように変
化するが、副燃料系５は上記切換負荷前後で必要燃料の
急激な変化に抗してピーク圧力を生ずる。
【００１２】図８から判るように０〜１００％負荷範囲
において最大燃料供給圧力は１００％負荷時の主燃料ノ
ズル１０側で決定されるのではなく、上記切換負荷前後
の副燃料ノズル１１によって決定される。
において最大燃料供給圧力は１００％負荷時の主燃料ノ
ズル１０側で決定されるのではなく、上記切換負荷前後
の副燃料ノズル１１によって決定される。
【００１３】何故なら、一般に、燃料ノズル面積の設定
では燃料ノズル部分でのノズル圧力比（燃料供給入口圧
力／ノズル出口圧力）は、ある限界値を下回ると、燃焼
振動等の不安定現象を引き起こす原因となるため、全運
転範囲で掛る限界ノズル圧力比以上となるように主燃料
系４および副燃料系５の燃料ノズルのノズル面積が決定
される。
では燃料ノズル部分でのノズル圧力比（燃料供給入口圧
力／ノズル出口圧力）は、ある限界値を下回ると、燃焼
振動等の不安定現象を引き起こす原因となるため、全運
転範囲で掛る限界ノズル圧力比以上となるように主燃料
系４および副燃料系５の燃料ノズルのノズル面積が決定
される。
【００１４】特に、副燃料系５に対しては、燃料ノズル
圧力比が小さくなりがちな切換負荷以上の運転領域にお
いて限界ノズル圧力比以上となるように燃料ノズル面積
が設定される。その半面、切換負荷以下の運転領域では
逆に従来ガスタービン燃焼器と同様の燃料を単独で流す
必要があるため、この狭い燃料ノズル面積の下では供給
ガス燃料圧力を図８に示されるように従来の拡散燃焼型
のガスタービン燃焼器に比べて非常に高くしなければな
らないという欠点が生ずる。
圧力比が小さくなりがちな切換負荷以上の運転領域にお
いて限界ノズル圧力比以上となるように燃料ノズル面積
が設定される。その半面、切換負荷以下の運転領域では
逆に従来ガスタービン燃焼器と同様の燃料を単独で流す
必要があるため、この狭い燃料ノズル面積の下では供給
ガス燃料圧力を図８に示されるように従来の拡散燃焼型
のガスタービン燃焼器に比べて非常に高くしなければな
らないという欠点が生ずる。
【００１５】ところで、燃焼器で発生するＮＯｘは上述
したように主に副燃料系５の拡散燃焼部で左右されるた
め、切換負荷以上の運転領域において燃焼器の低ＮＯｘ
化を強化するためには副燃料系５の燃料の配分をできる
限り少なくする必要がある。したがって、ＮＯｘ低減化
が強化されればされる程、この燃料供給圧力のピークは
顕著になってくる。
したように主に副燃料系５の拡散燃焼部で左右されるた
め、切換負荷以上の運転領域において燃焼器の低ＮＯｘ
化を強化するためには副燃料系５の燃料の配分をできる
限り少なくする必要がある。したがって、ＮＯｘ低減化
が強化されればされる程、この燃料供給圧力のピークは
顕著になってくる。
【００１６】そして、供給ガス燃料は大型発電プラント
では低液化状態の燃料をポンプで使用圧力まで昇圧した
後、気化させて供給するが、一般の中小容量プラントや
都市部発電所では、０．５〜１．５kg／cm2 の低圧ガス
をガスタービン燃焼器に必要な圧力まで昇圧して供給す
るのが普通である。
では低液化状態の燃料をポンプで使用圧力まで昇圧した
後、気化させて供給するが、一般の中小容量プラントや
都市部発電所では、０．５〜１．５kg／cm2 の低圧ガス
をガスタービン燃焼器に必要な圧力まで昇圧して供給す
るのが普通である。
【００１７】したがって、上記従来例のように供給ガス
燃料圧力が高くなると、ガス燃料圧縮機の使用動力が増
えるばかりでなく、ガス燃料圧縮機そのものの設計が困
難となったり、系統機器の耐圧圧力も上昇し、プラント
効率やコストアップ、機器の安全性等で問題が増加して
いく。
燃料圧力が高くなると、ガス燃料圧縮機の使用動力が増
えるばかりでなく、ガス燃料圧縮機そのものの設計が困
難となったり、系統機器の耐圧圧力も上昇し、プラント
効率やコストアップ、機器の安全性等で問題が増加して
いく。
【００１８】そこで、本発明はこのような事情を考慮し
てなされたもので、その目的は簡単な構成により、従来
型のガスタービン燃焼器で使用されている供給ガス燃焼
圧力の下でも十分な全運転範囲において限界ノズル圧力
比を確保でき、安定した運転が可能な低ＮＯｘガスター
ビン燃焼器を提供することを目的とする。
てなされたもので、その目的は簡単な構成により、従来
型のガスタービン燃焼器で使用されている供給ガス燃焼
圧力の下でも十分な全運転範囲において限界ノズル圧力
比を確保でき、安定した運転が可能な低ＮＯｘガスター
ビン燃焼器を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明は、主燃料系およ
び副燃料系を有する低ＮＯｘガスタービン燃焼器におい
て、この副燃料系を２系統設けたことを特徴とする。
び副燃料系を有する低ＮＯｘガスタービン燃焼器におい
て、この副燃料系を２系統設けたことを特徴とする。
【００２０】つまり、本願の請求項１に記載の発明（以
下、第１の発明という）は、燃料をノズル孔から噴出せ
しめる主燃料ノズルと副燃料ノズルとを備えた燃焼器ラ
イナーと、前記主燃料ノズルに燃料を供給して、このノ
ズルから噴出される燃料を燃焼用空気と予混合して前記
燃焼器ライナー内で稀薄燃焼せしめる主燃料系と、前記
副燃料ノズルに燃料を供給してこのノズルから噴出され
る燃料を、旋回羽根を介して流入する燃焼用空気と混合
して前記燃焼器ライナー内で拡散燃焼せしめる複数系統
の副燃料系と、この複数系統の副燃料系および前記主燃
料系とに一端部を分岐させてこれらの燃料系に燃料を供
給する燃料供給母系とを有し、複数系統設けられた前記
副燃料ノズルを含む副燃料系のうちの少なくとも一系
と、前記主燃料系の各途中に、これら両系へ供給する燃
料の分配比率を制御する分配弁をそれぞれ介装し、前記
分配弁を有しない副燃料系には主燃料系統が導入された
定格負荷時に副燃料系に供給される燃料流量に対応した
燃料流路面積を有するオリフィスが介装されて成ること
を特徴とする。
下、第１の発明という）は、燃料をノズル孔から噴出せ
しめる主燃料ノズルと副燃料ノズルとを備えた燃焼器ラ
イナーと、前記主燃料ノズルに燃料を供給して、このノ
ズルから噴出される燃料を燃焼用空気と予混合して前記
燃焼器ライナー内で稀薄燃焼せしめる主燃料系と、前記
副燃料ノズルに燃料を供給してこのノズルから噴出され
る燃料を、旋回羽根を介して流入する燃焼用空気と混合
して前記燃焼器ライナー内で拡散燃焼せしめる複数系統
の副燃料系と、この複数系統の副燃料系および前記主燃
料系とに一端部を分岐させてこれらの燃料系に燃料を供
給する燃料供給母系とを有し、複数系統設けられた前記
副燃料ノズルを含む副燃料系のうちの少なくとも一系
と、前記主燃料系の各途中に、これら両系へ供給する燃
料の分配比率を制御する分配弁をそれぞれ介装し、前記
分配弁を有しない副燃料系には主燃料系統が導入された
定格負荷時に副燃料系に供給される燃料流量に対応した
燃料流路面積を有するオリフィスが介装されて成ること
を特徴とする。
【００２１】また、本願の請求項２に記載の発明（以
下、第２の発明という）は、複数系統設けられた各副燃
料系統の各ノズル孔を、旋回羽根内の同一の燃焼用空気
通風路で開口させたことを特徴とする。
下、第２の発明という）は、複数系統設けられた各副燃
料系統の各ノズル孔を、旋回羽根内の同一の燃焼用空気
通風路で開口させたことを特徴とする。
【００２２】
【作用】＜第１の発明＞
【００２３】副燃料系が２系統Ａ，Ｂあるので、例え
ば、図７に示すような各燃料系の燃料配分スケジュール
に従うとすると、負荷切換以後、徐々に閉止される側の
副燃料系、例えば副Ａの燃料ノズルを含めて、もう一方
の副燃料系Ｂの燃料ノズルおよび主燃料系の燃料ノズル
も全て図３に示すようにガスタービンの負荷上昇に伴い
単調な燃料流量特性とすることが可能となる。なお、図
３中、曲線Ｇが総燃料流量曲線、Ａが副Ａ燃料流量、曲
線Ｂが副Ｂ燃料流量、曲線Ｍが主燃料流量を示してい
る。
ば、図７に示すような各燃料系の燃料配分スケジュール
に従うとすると、負荷切換以後、徐々に閉止される側の
副燃料系、例えば副Ａの燃料ノズルを含めて、もう一方
の副燃料系Ｂの燃料ノズルおよび主燃料系の燃料ノズル
も全て図３に示すようにガスタービンの負荷上昇に伴い
単調な燃料流量特性とすることが可能となる。なお、図
３中、曲線Ｇが総燃料流量曲線、Ａが副Ａ燃料流量、曲
線Ｂが副Ｂ燃料流量、曲線Ｍが主燃料流量を示してい
る。
【００２４】つまり、ガスタービンの着火時は複数の副
燃料系両者の燃料ノズルが使用され、副燃料系の分配弁
は、１００％開度のままで、ガスタービンの起動シーケ
ンスに従う燃料流量の制御はその上位に位置する燃料流
量制御弁で調整される。ガスタービンが定格速度に達し
た後も、主燃料系に燃料を流し始める切換負荷までは負
荷燃料系両方の燃料ノズルの燃料流量はほぼ単調に増加
していく。
燃料系両者の燃料ノズルが使用され、副燃料系の分配弁
は、１００％開度のままで、ガスタービンの起動シーケ
ンスに従う燃料流量の制御はその上位に位置する燃料流
量制御弁で調整される。ガスタービンが定格速度に達し
た後も、主燃料系に燃料を流し始める切換負荷までは負
荷燃料系両方の燃料ノズルの燃料流量はほぼ単調に増加
していく。
【００２５】このとき、ガス燃料供給圧力の最大値をも
たらす副燃料系は定格時に残される副Ｂ系が分離してお
り、さらに、この副Ｂ燃料系の燃料は単調に増加してい
るので、従来型のガスタービン燃焼器の燃料ノズルと同
様に燃料ノズル圧力比が極端に高くなるのを防止するこ
とができる。
たらす副燃料系は定格時に残される副Ｂ系が分離してお
り、さらに、この副Ｂ燃料系の燃料は単調に増加してい
るので、従来型のガスタービン燃焼器の燃料ノズルと同
様に燃料ノズル圧力比が極端に高くなるのを防止するこ
とができる。
【００２６】一方、副Ａ燃料系は図３のＪ点負荷では、
燃料がゼロまで絞られるので、Ｊ点付近の負荷で限界ノ
ズル圧力比以下になっても、そこで副燃料分配弁を全閉
するため、従来型のような問題が生じない。つまり、切
換負荷点以上では主燃料系に燃料が導入され、それに応
じて副燃料系の片側、つまり副燃料系分配弁に接続する
方の燃料は絞られていく。
燃料がゼロまで絞られるので、Ｊ点付近の負荷で限界ノ
ズル圧力比以下になっても、そこで副燃料分配弁を全閉
するため、従来型のような問題が生じない。つまり、切
換負荷点以上では主燃料系に燃料が導入され、それに応
じて副燃料系の片側、つまり副燃料系分配弁に接続する
方の燃料は絞られていく。
【００２７】このとき、副燃料系分配弁は徐々に閉じら
れていくが、その系統に接続する副燃料系の燃料ノズル
のノズル圧力比が限界圧力比以下に低下する前に全閉さ
れる。
れていくが、その系統に接続する副燃料系の燃料ノズル
のノズル圧力比が限界圧力比以下に低下する前に全閉さ
れる。
【００２８】一方、主燃料系の分配弁は副燃料系の分配
弁開度を補うように徐々に開いていき、上記副燃料系分
配弁の全閉と同時に全開となる。その後の負荷増加と定
格状態までは、上流の燃料制御弁に依る調整で主燃料系
および副燃料系Ｂの燃料がさらに増加していく。
弁開度を補うように徐々に開いていき、上記副燃料系分
配弁の全閉と同時に全開となる。その後の負荷増加と定
格状態までは、上流の燃料制御弁に依る調整で主燃料系
および副燃料系Ｂの燃料がさらに増加していく。
【００２９】結局、このような３つの燃料ノズル部も基
本的にはガスタービンの負荷上昇と共に、その燃料流量
は単調に増加し、最大燃料流量点で適切なノズル圧力比
が確保されていれば、局所的な負荷帯域で高いノズル圧
力比が必要となることも避けられ、作動範囲で限界ノズ
ル圧力比を下回ることも避けられる。したがって、供給
ガス燃料圧力も従来のガスタービン燃焼器の場合と同じ
供給ガス燃料圧力で十分に対応することができる。 ＜第２の発明＞
本的にはガスタービンの負荷上昇と共に、その燃料流量
は単調に増加し、最大燃料流量点で適切なノズル圧力比
が確保されていれば、局所的な負荷帯域で高いノズル圧
力比が必要となることも避けられ、作動範囲で限界ノズ
ル圧力比を下回ることも避けられる。したがって、供給
ガス燃料圧力も従来のガスタービン燃焼器の場合と同じ
供給ガス燃料圧力で十分に対応することができる。 ＜第２の発明＞
【００３０】各副燃料ノズルの各ノズル孔が旋回羽根内
の燃焼空気通風路で開口しているので、副燃料が燃焼器
ライナー内の高温循環ガスと接触して点火する前に、新
鮮な燃焼用空気とある程度混合しているので、燃焼温度
の高温化を避けることができる上に、どのノズル孔も旋
回羽根内で開口していることにより、この旋回羽根を通
過して流入する一時燃焼用空気に沿って燃料が燃焼器ラ
イナー内に噴射、拡散されていく。
の燃焼空気通風路で開口しているので、副燃料が燃焼器
ライナー内の高温循環ガスと接触して点火する前に、新
鮮な燃焼用空気とある程度混合しているので、燃焼温度
の高温化を避けることができる上に、どのノズル孔も旋
回羽根内で開口していることにより、この旋回羽根を通
過して流入する一時燃焼用空気に沿って燃料が燃焼器ラ
イナー内に噴射、拡散されていく。
【００３１】したがって、空気旋回羽根の内向角、旋回
角を予混合燃料が均一に燃焼するような最適値に選定す
ることにより、一時燃焼域で形成される高温ガス循環流
を期待通りの状態にすることができ、燃焼効率を高める
ことができる。
角を予混合燃料が均一に燃焼するような最適値に選定す
ることにより、一時燃焼域で形成される高温ガス循環流
を期待通りの状態にすることができ、燃焼効率を高める
ことができる。
【００３２】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。
して説明する。
【００３３】図１は本願第１、第２の発明を含む一実施
例の系統図であり、図において、ガスタービン燃焼器１
１は図示しない燃料供給源に接続される燃料供給母管
（系）１２の途中に、上流側から下流側に向けて、閉弁
により燃料供給を停止する燃料止め弁１３と、燃料供給
流量を制御する燃料流量制御弁１４とを順次この順に介
装している。
例の系統図であり、図において、ガスタービン燃焼器１
１は図示しない燃料供給源に接続される燃料供給母管
（系）１２の途中に、上流側から下流側に向けて、閉弁
により燃料供給を停止する燃料止め弁１３と、燃料供給
流量を制御する燃料流量制御弁１４とを順次この順に介
装している。
【００３４】また、燃料供給母管１２はその下流端部
を、主燃料系１５と、複数、例えばＡ，Ｂ２系統の副燃
料系１６ａ，１６ｂの三股に分岐させており、主燃料系
１５の先端部を燃焼器ライナー１７の主燃料ノズル１８
に接続する一方、Ａ，Ｂ両副燃料系１６ａ，１６ｂの両
先端部を副燃料ノズル１９に接続している。
を、主燃料系１５と、複数、例えばＡ，Ｂ２系統の副燃
料系１６ａ，１６ｂの三股に分岐させており、主燃料系
１５の先端部を燃焼器ライナー１７の主燃料ノズル１８
に接続する一方、Ａ，Ｂ両副燃料系１６ａ，１６ｂの両
先端部を副燃料ノズル１９に接続している。
【００３５】副燃料ノズル１９は図２に示すように燃焼
器ライナー１７の頭部のほぼ中央部に装着されて燃料を
拡散燃焼せしめ、その循環する火炎を常時保持するもの
であり、Ａ副燃料系１６ａに接続される外管１９ａの内
部に、Ｂ副燃料系１６ｂに接続される内管１９ｂを同心
状に内蔵して２重管に構成されている。
器ライナー１７の頭部のほぼ中央部に装着されて燃料を
拡散燃焼せしめ、その循環する火炎を常時保持するもの
であり、Ａ副燃料系１６ａに接続される外管１９ａの内
部に、Ｂ副燃料系１６ｂに接続される内管１９ｂを同心
状に内蔵して２重管に構成されている。
【００３６】また、副燃料ノズル１９はその内端部を燃
焼器ライナー１７の頭部内に若干延出させており、その
内端部外周に、スワラー２１を同心状に設け、図示しな
いコンプレッサから吐出された燃焼用空気２０を図示し
ない旋回羽根により旋回させながら燃焼器ライナー１７
内へ通風させるようになっている。
焼器ライナー１７の頭部内に若干延出させており、その
内端部外周に、スワラー２１を同心状に設け、図示しな
いコンプレッサから吐出された燃焼用空気２０を図示し
ない旋回羽根により旋回させながら燃焼器ライナー１７
内へ通風させるようになっている。
【００３７】そして、副燃料ノズル１９は外、内管１９
ａ，１９ｂの各先端部にてそれぞれ穿設した複数のノズ
ル孔２２ａ…，２２ｂ…の各出口を、スワラー２１内の
燃焼用空気通風路に開口させ、しかも、これらノズル孔
２２ａ，２２ｂの開口方向と位置はいずれのノズル孔２
２ａ，２２ｂから噴出される燃料とも十分に予混合する
ように構成されている。スワラー２１はその内部の燃焼
用空気通風路を、燃焼器ライナー１７の頭部側周面に形
成された環状の予混合ダクト２３に連通させている。
ａ，１９ｂの各先端部にてそれぞれ穿設した複数のノズ
ル孔２２ａ…，２２ｂ…の各出口を、スワラー２１内の
燃焼用空気通風路に開口させ、しかも、これらノズル孔
２２ａ，２２ｂの開口方向と位置はいずれのノズル孔２
２ａ，２２ｂから噴出される燃料とも十分に予混合する
ように構成されている。スワラー２１はその内部の燃焼
用空気通風路を、燃焼器ライナー１７の頭部側周面に形
成された環状の予混合ダクト２３に連通させている。
【００３８】一方、主燃料ノズル１８は燃焼器ライナー
１７のヘッドプレートに装着されて、副燃料ノズル１９
による拡散燃焼の火炎に助けられて稀薄燃焼せしめるも
のであり、その主ノズル孔１８ａを予混合ダクト２３に
連通させ、主ノズル孔１８ａから噴出した燃料を図中破
線で示す燃焼用空気２０に予め均一に稀簿混合させ、こ
の予混合稀薄燃料を予混合ダクト２３の複数の出口２４
ａ，２４ａから燃焼器ライナー１７内へ均等に流入させ
るようになっている。また、スワラー２１は空気旋回羽
根の内向角と旋回角を、予混合燃焼が均一に燃焼するよ
うに最適値に設定している。
１７のヘッドプレートに装着されて、副燃料ノズル１９
による拡散燃焼の火炎に助けられて稀薄燃焼せしめるも
のであり、その主ノズル孔１８ａを予混合ダクト２３に
連通させ、主ノズル孔１８ａから噴出した燃料を図中破
線で示す燃焼用空気２０に予め均一に稀簿混合させ、こ
の予混合稀薄燃料を予混合ダクト２３の複数の出口２４
ａ，２４ａから燃焼器ライナー１７内へ均等に流入させ
るようになっている。また、スワラー２１は空気旋回羽
根の内向角と旋回角を、予混合燃焼が均一に燃焼するよ
うに最適値に設定している。
【００３９】そして、主燃料系１５と一方の副燃料系１
６ａとの途中には、図１に示すように主分配弁２５、副
分配弁２６をそれぞれ介装し、他方の副燃料系１６ｂの
途中に固定オリフィス２７を介装している。この固定オ
リフィス２７の燃料流路面積は図７に示すように主燃料
が導入された定格負荷時に副Ｂ燃料系１６ｂに供給され
る燃料流量に対応する値に設定されている。
６ａとの途中には、図１に示すように主分配弁２５、副
分配弁２６をそれぞれ介装し、他方の副燃料系１６ｂの
途中に固定オリフィス２７を介装している。この固定オ
リフィス２７の燃料流路面積は図７に示すように主燃料
が導入された定格負荷時に副Ｂ燃料系１６ｂに供給され
る燃料流量に対応する値に設定されている。
【００４０】主，副分配弁２５，２６、燃料止め弁１３
および燃料流量制御弁１４は図中二点鎖線で示す信号線
を介してガスタービン制御装置２８に電気的に接続さ
れ、開度が制御されるようになっている。
および燃料流量制御弁１４は図中二点鎖線で示す信号線
を介してガスタービン制御装置２８に電気的に接続さ
れ、開度が制御されるようになっている。
【００４１】ガスタービン制御装置２８は、例えば図７
で示す燃料配分スケジュールに従って、燃料止め弁１
３、燃料流量制御弁１４、主，副分配弁２５，２６の各
開度を制御するものであり、次に本実施例の作用を説明
する。まず、図示しないガスタービンは起動装置により
着火状態となる定格速度の約１５〜３０％にまで昇速さ
れる。
で示す燃料配分スケジュールに従って、燃料止め弁１
３、燃料流量制御弁１４、主，副分配弁２５，２６の各
開度を制御するものであり、次に本実施例の作用を説明
する。まず、図示しないガスタービンは起動装置により
着火状態となる定格速度の約１５〜３０％にまで昇速さ
れる。
【００４２】ここでガスタービン制御装置２８は燃料止
め弁１３を開けると共に、着火燃料を流すべく、燃料流
量制御弁１４の開度を調整する。このとき、主分配弁２
５は閉じられ、副分配弁２６は全開状態にある。主分配
弁２５および副分配弁２６の関係は図７に示すようなガ
スタービン負荷の一義的な関係で予め決められ、上記着
火状態から切り換えて、主分配弁２５は閉じられたまま
となる。
め弁１３を開けると共に、着火燃料を流すべく、燃料流
量制御弁１４の開度を調整する。このとき、主分配弁２
５は閉じられ、副分配弁２６は全開状態にある。主分配
弁２５および副分配弁２６の関係は図７に示すようなガ
スタービン負荷の一義的な関係で予め決められ、上記着
火状態から切り換えて、主分配弁２５は閉じられたまま
となる。
【００４３】切換点負荷以上では主燃料系１５の燃料が
導入されるので、徐々に主分配弁２５が開き、副分配弁
２６は閉じられる。図３のＪ点では主分配弁２５が全開
し、副分配弁２６は全閉する。この切換点負荷からＪ点
負荷までも燃料流量制御弁１４は、ガスタービン負荷要
求に応じて、総燃料流量を増やすように、その開度は大
きくなっている。図３に示された各燃料系統の圧力変化
を図４に示す。つまり、定格点でのガスタービン圧力比
が例えば約１６である場合の各部圧力変化が図４に示さ
れているが、副Ｂ燃料系ノズル入口圧力は従来例の場合
の圧力変化を示す図８に比べてピーク圧力が大幅に低下
しており、この場合の系統最大圧力でもなくなってい
る。結局、図８と比べ燃料系と最高圧力は例えば約１３
kg／cm2 低減できることが判る。
導入されるので、徐々に主分配弁２５が開き、副分配弁
２６は閉じられる。図３のＪ点では主分配弁２５が全開
し、副分配弁２６は全閉する。この切換点負荷からＪ点
負荷までも燃料流量制御弁１４は、ガスタービン負荷要
求に応じて、総燃料流量を増やすように、その開度は大
きくなっている。図３に示された各燃料系統の圧力変化
を図４に示す。つまり、定格点でのガスタービン圧力比
が例えば約１６である場合の各部圧力変化が図４に示さ
れているが、副Ｂ燃料系ノズル入口圧力は従来例の場合
の圧力変化を示す図８に比べてピーク圧力が大幅に低下
しており、この場合の系統最大圧力でもなくなってい
る。結局、図８と比べ燃料系と最高圧力は例えば約１３
kg／cm2 低減できることが判る。
【００４４】したがって、ガス燃料圧縮機の使用動力を
低減する上に、ガス燃料圧縮機自体の設計を容易とし、
系統機器の耐圧圧力が低下する。このために、プラント
効率と機器の安全性を高めると共に、コスト低減を図る
ことができる。また、副燃料ノズル孔２２ａ，２２ｂは
同一のスワラー２１の空気旋回羽根内に開口しており、
旋回羽根を通過して流入する一次燃焼用空気２３に沿っ
て副燃料が燃焼器内ライナー１７内に噴射、拡散され
る。
低減する上に、ガス燃料圧縮機自体の設計を容易とし、
系統機器の耐圧圧力が低下する。このために、プラント
効率と機器の安全性を高めると共に、コスト低減を図る
ことができる。また、副燃料ノズル孔２２ａ，２２ｂは
同一のスワラー２１の空気旋回羽根内に開口しており、
旋回羽根を通過して流入する一次燃焼用空気２３に沿っ
て副燃料が燃焼器内ライナー１７内に噴射、拡散され
る。
【００４５】そして、スワラー２１の空気旋回羽根の内
向角と旋回角を、予混合燃料が均一に燃焼するように最
適値に選定しているので、一次燃焼域で予混合燃料を巻
き込み、均一な燃焼を実現する循環流２９が形成され
る。このために、図５中、実線で示すように、本実施例
の燃焼効率は図中破線で示す従来例のものに比して燃焼
効率を向上することができる。
向角と旋回角を、予混合燃料が均一に燃焼するように最
適値に選定しているので、一次燃焼域で予混合燃料を巻
き込み、均一な燃焼を実現する循環流２９が形成され
る。このために、図５中、実線で示すように、本実施例
の燃焼効率は図中破線で示す従来例のものに比して燃焼
効率を向上することができる。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように本願第１の発明は、
主燃料系と副燃料系を有する低ＮＯｘのガスタービン燃
焼器において、この副燃料系を複数系統設け、しかも、
これに対応した各副燃料ノズルを持たせ、さらに主燃料
系統が導入された際に、その分削減される副燃料系の燃
料流量に対応した別の燃料ノズル面積を持つような２重
燃料ノズルとすることにより、運転途上で発生する過大
な供給燃料圧力を防止することができる。このために、
系統機器の耐圧圧力も下がり、コスト低減および機器の
安全性等で優れた効果をもたらす。
主燃料系と副燃料系を有する低ＮＯｘのガスタービン燃
焼器において、この副燃料系を複数系統設け、しかも、
これに対応した各副燃料ノズルを持たせ、さらに主燃料
系統が導入された際に、その分削減される副燃料系の燃
料流量に対応した別の燃料ノズル面積を持つような２重
燃料ノズルとすることにより、運転途上で発生する過大
な供給燃料圧力を防止することができる。このために、
系統機器の耐圧圧力も下がり、コスト低減および機器の
安全性等で優れた効果をもたらす。
【００４７】また、燃料系制御の点においても、オリフ
イスは主燃料系統が導入された定格 負荷時に副燃料系に
供給される燃料流量に対応する流路面積を有する孔を有
しており、副燃料系は定格負荷時において主燃料制御弁
にのみ依存調整され、系統別の燃料分配制御は２系統の
みであり、その制御を簡単に行なうことができる。
イスは主燃料系統が導入された定格 負荷時に副燃料系に
供給される燃料流量に対応する流路面積を有する孔を有
しており、副燃料系は定格負荷時において主燃料制御弁
にのみ依存調整され、系統別の燃料分配制御は２系統の
みであり、その制御を簡単に行なうことができる。
【００４８】また、本願第２の発明は、複数系統の副燃
料ノズル孔を同一の副燃料ノズルの空気旋回羽根内に別
々に設けたので、その燃焼域半径が拡がることによる予
混合燃料の一時燃焼域への巻込みに依る均一燃焼を達成
でき、多重化された副燃料系統を有する低ＮＯｘ燃焼器
における燃焼効率の改善および低ＮＯｘ効果を一段と進
めることができる。
料ノズル孔を同一の副燃料ノズルの空気旋回羽根内に別
々に設けたので、その燃焼域半径が拡がることによる予
混合燃料の一時燃焼域への巻込みに依る均一燃焼を達成
でき、多重化された副燃料系統を有する低ＮＯｘ燃焼器
における燃焼効率の改善および低ＮＯｘ効果を一段と進
めることができる。
【図１】本願第１の発明に係るガスタービン燃焼器の一
実施例の要部系統図。
実施例の要部系統図。
【図２】本願第２の発明に係るガスタービン燃焼器の一
実施例の要部系統図。
実施例の要部系統図。
【図３】図１で示す実施例における各燃料系毎の燃料流
量変化を示すグラフ。
量変化を示すグラフ。
【図４】図１で示す実施例における各燃料系毎の燃料供
給圧力変化を示すグラフ。
給圧力変化を示すグラフ。
【図５】図１で示す実施例の燃焼効率特性を従来例のも
のと比較して示すグラフ。
のと比較して示すグラフ。
【図６】従来例の部分系統図。
【図７】主燃料系と副燃料系の一般的な燃料配分変化を
示すグラフ。
示すグラフ。
【図８】図６で示す従来例の各燃料系毎の圧力変化を示
すグラフ。
すグラフ。
【符号の説明】１１…ガスタービン燃焼器、１２…燃料供給母管、１５
…主燃料系、１６ａ，１６ｂ…Ａ，Ｂ副燃料系、１７…
燃焼器ライナー、１８…主燃料ノズル、１９… 副燃料ノ
ズル、１９ａ…外管、１９ｂ…内管、２０…燃焼用空
気、２１…スワラー、２２ａ，２２ｂ…ノズル孔、２３
…予混合ダクト、２５…主分配弁、２６…副分配弁、２
７…固定オリフィス
…主燃料系、１６ａ，１６ｂ…Ａ，Ｂ副燃料系、１７…
燃焼器ライナー、１８…主燃料ノズル、１９… 副燃料ノ
ズル、１９ａ…外管、１９ｂ…内管、２０…燃焼用空
気、２１…スワラー、２２ａ，２２ｂ…ノズル孔、２３
…予混合ダクト、２５…主分配弁、２６…副分配弁、２
７…固定オリフィス
Claims (2)
- 【請求項１】 燃料をノズル孔から噴出せしめる主燃料
ノズルと副燃料ノズルとを備えた燃焼器ライナーと、前
記主燃料ノズルに燃料を供給して、このノズルから噴出
される燃料を燃焼用空気と予混合して前記燃焼器ライナ
ー内で稀薄燃焼せしめる主燃料系と、前記副燃焼ノズル
に燃料を供給してこのノズルから噴出される燃料を、旋
回羽根を介して流入する燃焼用空気と混合して前記燃焼
器ライナー内で拡散燃焼せしめる複数系統の副燃料系
と、この複数系統の副燃料系および前記主燃料系とに一
端部を分岐させてこれらの燃料系に燃料を供給する燃料
供給母系とを有し、複数系統設けられた前記副燃料ノズ
ルを含む副燃料系のうち少なくとも一系と、前記主燃料
系の各途中に、これら両系へ供給する燃料の分配比率を
制御する分配弁をそれぞれ介装し、前記分配弁を有しな
い副燃料系には主燃料系統が導入された定格負荷時に副
燃料系に供給される燃料流量に対応した燃料流路面積を
有するオリフィスが介装されて成ることを特徴とするガ
スタービン燃焼器。 - 【請求項２】 前記複数系統設けられた各副燃料系統の
各ノズル孔は、旋回羽根内の同一の燃焼用空気通風路で
開口させたことを特徴とする請求項１記載のガスタービ
ン燃焼器。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3315671A JP2758301B2 (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | ガスタービン燃焼器 |
| KR1019920022388A KR950011326B1 (ko) | 1991-11-29 | 1992-11-26 | 가스터빈 연소기 |
| KR1019920022388A KR930010361A (ko) | 1991-11-29 | 1992-11-26 | 가스터빈 연소기 |
| US07/982,583 US5311742A (en) | 1991-11-29 | 1992-11-27 | Gas turbine combustor with nozzle pressure ratio control |
| DE4240222A DE4240222C2 (de) | 1991-11-29 | 1992-11-30 | Gasturbinenbrenner |
| CA002084176A CA2084176C (en) | 1991-11-29 | 1992-11-30 | Gas turbine combustor |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3315671A JP2758301B2 (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | ガスタービン燃焼器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05149149A JPH05149149A (ja) | 1993-06-15 |
| JP2758301B2 true JP2758301B2 (ja) | 1998-05-28 |
Family
ID=18068176
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3315671A Expired - Fee Related JP2758301B2 (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | ガスタービン燃焼器 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP2758301B2 (ja) |
| KR (2) | KR950011326B1 (ja) |
| CA (1) | CA2084176C (ja) |
| DE (1) | DE4240222C2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2950720B2 (ja) * | 1994-02-24 | 1999-09-20 | 株式会社東芝 | ガスタービン燃焼装置およびその燃焼制御方法 |
| DE4446842B4 (de) † | 1994-12-27 | 2006-08-10 | Alstom | Verfahren und Vorrichtung zum Zuleiten eines gasförmigen Brennstoffs in einen Vormischbrenner |
| DE19505614A1 (de) * | 1995-02-18 | 1996-08-22 | Abb Management Ag | Verfahren zum Betrieb eines Vormischbrenners |
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