JPH05203148A - ガスタービン燃焼装置及びその制御方法 - Google Patents
ガスタービン燃焼装置及びその制御方法Info
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- JPH05203148A JPH05203148A JP4003644A JP364492A JPH05203148A JP H05203148 A JPH05203148 A JP H05203148A JP 4003644 A JP4003644 A JP 4003644A JP 364492 A JP364492 A JP 364492A JP H05203148 A JPH05203148 A JP H05203148A
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- combustion
- premixed
- supplied
- fuel nozzle
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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
- F23R3/286—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
-
- 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
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明はガスタービン燃焼器に係り、ＮＯｘ生
成の少ない燃焼方法構造を提供することを目的とする。 【構成】内筒１０３の端部中心に拡散燃焼用の第１燃料
ノズル１０５とスワーラ１５５を設け、その外周には複
数の環状予混合室１２３，１２４を設け、各予混合室に
は燃料供給用の燃料ノズル１０６，１０７を設けてい
る。また、各予混合室出口近傍の外周壁にはリセス型保
炎器１２１，１２２を設けて予混合気の燃焼安定性を高
めている。 【効果】この結果、少量の燃料を拡散燃焼するだけで大
部分の燃料を希薄予混合燃焼することができ、ＮＯｘ生
成を大幅に低減可能である。
成の少ない燃焼方法構造を提供することを目的とする。 【構成】内筒１０３の端部中心に拡散燃焼用の第１燃料
ノズル１０５とスワーラ１５５を設け、その外周には複
数の環状予混合室１２３，１２４を設け、各予混合室に
は燃料供給用の燃料ノズル１０６，１０７を設けてい
る。また、各予混合室出口近傍の外周壁にはリセス型保
炎器１２１，１２２を設けて予混合気の燃焼安定性を高
めている。 【効果】この結果、少量の燃料を拡散燃焼するだけで大
部分の燃料を希薄予混合燃焼することができ、ＮＯｘ生
成を大幅に低減可能である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービン燃焼器に係
り、特に希薄予混合燃焼器に関する。
り、特に希薄予混合燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】希薄予混合燃焼を主体とするガスタービ
ン燃焼器の一例は実開平2−100060 号公報に示されてお
り、その概略図を図６に示す。内筒中心軸上の燃料ノズ
ル105からは拡散燃焼用の燃料が噴射されて燃焼安定性
を高める働きをし、その外周の各予混合室１２３，１２
４，１２７からは燃料希薄予混合気が旋回して供給さ
れ、燃料ノズル１０５からの拡散燃焼によって補助され
ながら燃焼する。この場合、燃焼器断面平均ガス流速を
高めた状態で安定燃焼するためには燃料ノズル105から
供給する燃料流量比率を高めると同時に各予混合室で形
成する予混合気の燃料濃度をやや高くする必要があり、
火炎面の温度がやや上昇することによってＮＯｘ生成が
やや多くなる特性を有すると考えられる。
ン燃焼器の一例は実開平2−100060 号公報に示されてお
り、その概略図を図６に示す。内筒中心軸上の燃料ノズ
ル105からは拡散燃焼用の燃料が噴射されて燃焼安定性
を高める働きをし、その外周の各予混合室１２３，１２
４，１２７からは燃料希薄予混合気が旋回して供給さ
れ、燃料ノズル１０５からの拡散燃焼によって補助され
ながら燃焼する。この場合、燃焼器断面平均ガス流速を
高めた状態で安定燃焼するためには燃料ノズル105から
供給する燃料流量比率を高めると同時に各予混合室で形
成する予混合気の燃料濃度をやや高くする必要があり、
火炎面の温度がやや上昇することによってＮＯｘ生成が
やや多くなる特性を有すると考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はＮＯｘ
生成の多い拡散燃焼割合を少なくし、ＮＯｘ生成の少な
い予混合燃焼割合を多くすると同時にこの予混合気燃料
濃度を低くしても安定燃焼し、かつ、広負荷帯で燃焼可
能な低ＮＯｘガスタービン燃焼器を提供することであ
る。
生成の多い拡散燃焼割合を少なくし、ＮＯｘ生成の少な
い予混合燃焼割合を多くすると同時にこの予混合気燃料
濃度を低くしても安定燃焼し、かつ、広負荷帯で燃焼可
能な低ＮＯｘガスタービン燃焼器を提供することであ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明では拡散燃焼用の燃料ノズルを中心に設け、そ
の周囲に予混合燃焼用の複数環状予混合室を設け、各環
状予混合室の外周壁にはリセス型保炎器を設けている。
そして拡散燃焼用及び各予混合燃焼用燃料ノズルは各々
燃料流量制御機構を有している。ただし、最外周環状予
混合室の保炎器は壁面のリセス型保炎器の代りにブラフ
ボディ型保炎器の使用も可能である。
に本発明では拡散燃焼用の燃料ノズルを中心に設け、そ
の周囲に予混合燃焼用の複数環状予混合室を設け、各環
状予混合室の外周壁にはリセス型保炎器を設けている。
そして拡散燃焼用及び各予混合燃焼用燃料ノズルは各々
燃料流量制御機構を有している。ただし、最外周環状予
混合室の保炎器は壁面のリセス型保炎器の代りにブラフ
ボディ型保炎器の使用も可能である。
【０００５】
【作用】複数環状予混合室の軸心に設けた燃料ノズルか
ら噴射された燃料は上記燃料ノズル外周から供給される
空気と混合し、拡散燃焼する。この燃焼によって生成し
た高温の燃焼ガスが最内周の環状予混合室から供給され
る燃料希薄予混合気の点火エネルギーを与える。環状予
混合室出口近傍外周壁に設けたリセス型保炎器は環状予
混合室の内周側から点火エネルギーを与えられ、燃焼を
開始した予混合気が予混合室の外周側においても安定燃
焼するための保炎効果を有し、予混合気全体が熱効率の
高い燃焼を実現する。最内周予混合気が高効率燃焼する
ことにより、その外周の予混合気が点火するために必要
なエネルキーを内周側から供給され、燃焼を開始した予
混合気が予混合室出口近傍外周壁に設けたリセス型保炎
器の効果により、高効率燃焼する。これを順次、内周か
ら外周へと繰り返すことにより、燃料希薄予混合気が安
定して高効率で燃焼することが可能となり、低ＮＯｘ化
を達成できる。また、負荷の増大に応じて作動する燃料
ノズルの本数を内周側から順次増加するように制御する
ことにより、低負荷から高負荷まで燃焼希薄予混合気を
安定して高効率で燃焼することが可能となる。
ら噴射された燃料は上記燃料ノズル外周から供給される
空気と混合し、拡散燃焼する。この燃焼によって生成し
た高温の燃焼ガスが最内周の環状予混合室から供給され
る燃料希薄予混合気の点火エネルギーを与える。環状予
混合室出口近傍外周壁に設けたリセス型保炎器は環状予
混合室の内周側から点火エネルギーを与えられ、燃焼を
開始した予混合気が予混合室の外周側においても安定燃
焼するための保炎効果を有し、予混合気全体が熱効率の
高い燃焼を実現する。最内周予混合気が高効率燃焼する
ことにより、その外周の予混合気が点火するために必要
なエネルキーを内周側から供給され、燃焼を開始した予
混合気が予混合室出口近傍外周壁に設けたリセス型保炎
器の効果により、高効率燃焼する。これを順次、内周か
ら外周へと繰り返すことにより、燃料希薄予混合気が安
定して高効率で燃焼することが可能となり、低ＮＯｘ化
を達成できる。また、負荷の増大に応じて作動する燃料
ノズルの本数を内周側から順次増加するように制御する
ことにより、低負荷から高負荷まで燃焼希薄予混合気を
安定して高効率で燃焼することが可能となる。
【０００６】
【実施例】本発明の一実施例を図１に示す。燃焼室１２
５を形成する内筒１０３と、その外周の熱遮へい効果と
内筒冷却性能の調節機能を有するフロースリーブ１０２
と、その外周の燃焼器部全体を収納する圧力容器である
外筒と、内筒１０３の端部中心の第１燃料ノズル１０５
と、その外周の空気供給用のスワーラ１５５と、更にそ
の外周の第１予混合室１２３，第２予混合室１２４と、
各予混合室内の第２燃料ノズル１０６，第３燃料ノズル
１０７と、各予混合室出口近傍外周壁のリセス型の第１
保炎器１２１，第２保炎器１２２と、各燃料ノズルへ燃
料を供給する配管１０８，１０９，１１０の途中の流量
制御弁１１１，１１２，１１３によって燃焼器部を構成
している。圧縮機から供給される燃焼用空気は上記内筒
１０３とフロースリーブ１０２とによって形成される環
状通路１２６内を矢印１３１の方向に進み、途中で矢印
１３３，１３４のように分岐した後に予混合室１２３，
１２４、スワーラ１５５を通って燃焼室１２５へと供給
される。一方、第１燃料ノズル１０５用燃料は配管１０
８と流量制御弁１１１を介して供給され、第２燃料ノズ
ル１０６用燃料は配管１０９と流量制御弁１１２を介し
て供給され、第３燃料ノズル１０７用燃料は配管１１０
と流量制御弁１１３を介して供給される。この燃焼器は
高負荷時、第１燃料ノズル１０５から供給される燃料を
スワーラ１５５から供給される空気によって全部を拡散
燃焼し、第２燃料ノズル１０６から供給された燃料を第
１予混合室１２３内で空気と混合して燃焼希薄予混合気
をつくり、内筒１０３の中心に形成された拡散火炎１３
５から点火エネルギーを供給され、スワーラ１５５の下
流に位置し、かつ、第１予混合室１２３の外周壁に設け
たリセス型保炎器１２１によって安定燃焼し、第３燃料
ノズル１０７から供給された燃料を第２予混合室１２４
内で空気と混合して燃料希薄予混合気をつくり、内周の
リセス型保炎器１２１によって保炎された予混合火炎１
３６から点火エネルギーを供給され、リセス型保炎器１
２１の下流に位置し、かつ、第２予混合室１２４の外周
壁に設けたリセス型保炎器１２２によって安定燃焼させ
る。中負荷時には流量制御弁１１３を閉止することによ
り第３燃料ノズル１０７へ供給する燃料を停止し、第１
燃料ノズル１０５と第２燃料ノズル１０６へ燃料を供給
し、拡散火炎１３５と予混合火炎１３６を形成する。低
負荷時には流量制御弁１１２を閉止することにより第２
燃料ノズル１０６へ供給する燃料も停止し、第１燃料ノ
ズル１０５のみに燃料を供給し、拡散火炎１３５を形成
する。この場合は高，中負荷時に比べ、第１燃料ノズル
１０５に供給する燃料流量が多くなり、スワーラ１５５
から供給する空気と第１予混合室１２３から供給する空
気と混合することにより完全燃焼する。
５を形成する内筒１０３と、その外周の熱遮へい効果と
内筒冷却性能の調節機能を有するフロースリーブ１０２
と、その外周の燃焼器部全体を収納する圧力容器である
外筒と、内筒１０３の端部中心の第１燃料ノズル１０５
と、その外周の空気供給用のスワーラ１５５と、更にそ
の外周の第１予混合室１２３，第２予混合室１２４と、
各予混合室内の第２燃料ノズル１０６，第３燃料ノズル
１０７と、各予混合室出口近傍外周壁のリセス型の第１
保炎器１２１，第２保炎器１２２と、各燃料ノズルへ燃
料を供給する配管１０８，１０９，１１０の途中の流量
制御弁１１１，１１２，１１３によって燃焼器部を構成
している。圧縮機から供給される燃焼用空気は上記内筒
１０３とフロースリーブ１０２とによって形成される環
状通路１２６内を矢印１３１の方向に進み、途中で矢印
１３３，１３４のように分岐した後に予混合室１２３，
１２４、スワーラ１５５を通って燃焼室１２５へと供給
される。一方、第１燃料ノズル１０５用燃料は配管１０
８と流量制御弁１１１を介して供給され、第２燃料ノズ
ル１０６用燃料は配管１０９と流量制御弁１１２を介し
て供給され、第３燃料ノズル１０７用燃料は配管１１０
と流量制御弁１１３を介して供給される。この燃焼器は
高負荷時、第１燃料ノズル１０５から供給される燃料を
スワーラ１５５から供給される空気によって全部を拡散
燃焼し、第２燃料ノズル１０６から供給された燃料を第
１予混合室１２３内で空気と混合して燃焼希薄予混合気
をつくり、内筒１０３の中心に形成された拡散火炎１３
５から点火エネルギーを供給され、スワーラ１５５の下
流に位置し、かつ、第１予混合室１２３の外周壁に設け
たリセス型保炎器１２１によって安定燃焼し、第３燃料
ノズル１０７から供給された燃料を第２予混合室１２４
内で空気と混合して燃料希薄予混合気をつくり、内周の
リセス型保炎器１２１によって保炎された予混合火炎１
３６から点火エネルギーを供給され、リセス型保炎器１
２１の下流に位置し、かつ、第２予混合室１２４の外周
壁に設けたリセス型保炎器１２２によって安定燃焼させ
る。中負荷時には流量制御弁１１３を閉止することによ
り第３燃料ノズル１０７へ供給する燃料を停止し、第１
燃料ノズル１０５と第２燃料ノズル１０６へ燃料を供給
し、拡散火炎１３５と予混合火炎１３６を形成する。低
負荷時には流量制御弁１１２を閉止することにより第２
燃料ノズル１０６へ供給する燃料も停止し、第１燃料ノ
ズル１０５のみに燃料を供給し、拡散火炎１３５を形成
する。この場合は高，中負荷時に比べ、第１燃料ノズル
１０５に供給する燃料流量が多くなり、スワーラ１５５
から供給する空気と第１予混合室１２３から供給する空
気と混合することにより完全燃焼する。
【０００７】本発明の一変形例を図２に示す。図１との
相異は、第２予混合室１２４の出口近傍外周壁に設けた
リセス型保炎器１２２の設置位置を内周側のリセス型保
炎器１２１の設置位置と同一面上にした点である。負荷
に対する燃焼状態及び燃料制御方法は図１の例と同じで
ある。この場合も内周環状予混合室１２３のリセス型保
炎器１２１によって保持された火炎１３６によって環状
予混合室１２４から流出する予混合気に内周側から点火
され、上流側のリセス型保炎器１２２にも火炎が伝播し
て保炎する。
相異は、第２予混合室１２４の出口近傍外周壁に設けた
リセス型保炎器１２２の設置位置を内周側のリセス型保
炎器１２１の設置位置と同一面上にした点である。負荷
に対する燃焼状態及び燃料制御方法は図１の例と同じで
ある。この場合も内周環状予混合室１２３のリセス型保
炎器１２１によって保持された火炎１３６によって環状
予混合室１２４から流出する予混合気に内周側から点火
され、上流側のリセス型保炎器１２２にも火炎が伝播し
て保炎する。
【０００８】本発明の別変形例を図３に示す。図１との
相異は第２予混合室１２４の入口に空気流量制御弁１０
４を設けた点である。負荷に対する燃焼状態及び燃料制
御方法は図１の例とはほぼ同じであるが、空気流量制御
弁１０４を設けたことによってスワーラ１５５，第１予
混合室１２３，第２予混合室１２４に供給する空気流量
比率及び合計空気流量を制御可能であり、負荷変化に対
して安定燃焼し、かつＮＯｘの低い燃料と空気の配分を
変化できる点が異なる。
相異は第２予混合室１２４の入口に空気流量制御弁１０
４を設けた点である。負荷に対する燃焼状態及び燃料制
御方法は図１の例とはほぼ同じであるが、空気流量制御
弁１０４を設けたことによってスワーラ１５５，第１予
混合室１２３，第２予混合室１２４に供給する空気流量
比率及び合計空気流量を制御可能であり、負荷変化に対
して安定燃焼し、かつＮＯｘの低い燃料と空気の配分を
変化できる点が異なる。
【０００９】本発明の更に別の変形例を図４に示す。図
３との相異は第１予混合室１２３と第２予混合室１２４
の内部に旋回羽根１１４と１１５を有する点であり、予
混合室内での燃料と空気の混合が促進される効果を有す
るが、その他の燃焼状態及び制御方法は図３の例と同じ
である。
３との相異は第１予混合室１２３と第２予混合室１２４
の内部に旋回羽根１１４と１１５を有する点であり、予
混合室内での燃料と空気の混合が促進される効果を有す
るが、その他の燃焼状態及び制御方法は図３の例と同じ
である。
【００１０】本発明のもう１つの変形例を図５に示す。
図３の例との相異は第２予混合室１２４の出口のリセス
型保炎器をブラフボディ型保炎器１５１とした点であ
る。最外周環状予混合室１２４から供給された予混合気
の燃焼はそれ自体が安定して完全燃焼することを目的と
しており、隣接予混合室の点火，保炎性を補助する必要
がないのでリセス型保炎器以外の保炎器を使用可能であ
る。負荷に対する制御方法は図３の例と同じである。
図３の例との相異は第２予混合室１２４の出口のリセス
型保炎器をブラフボディ型保炎器１５１とした点であ
る。最外周環状予混合室１２４から供給された予混合気
の燃焼はそれ自体が安定して完全燃焼することを目的と
しており、隣接予混合室の点火，保炎性を補助する必要
がないのでリセス型保炎器以外の保炎器を使用可能であ
る。負荷に対する制御方法は図３の例と同じである。
【００１１】
【発明の効果】本発明によれば、ごく少量の拡散燃焼に
よってその外周の燃料希薄予混合気が点火し、その予混
合気流れ最外周にリセス型保炎器を有することによって
更に外周の予混合気流れとの境界近傍に安定した火炎が
形成される。この火炎が外周予混合気の点火に必要なエ
ネルギーを供給可能なことによって外周予混合気の燃料
濃度を薄くしても安定燃焼可能となり、予混合燃焼での
ＮＯｘ生成が大幅に減少する。また、内筒中心部の拡散
燃焼割合を大幅に減少可能となったことにより、本来Ｎ
Ｏｘ生成の多い拡散燃焼部でのＮＯｘ生成を大幅に減少
できる。したがって、燃焼器全体としてもＮＯｘ生成を
大幅に減少できる。
よってその外周の燃料希薄予混合気が点火し、その予混
合気流れ最外周にリセス型保炎器を有することによって
更に外周の予混合気流れとの境界近傍に安定した火炎が
形成される。この火炎が外周予混合気の点火に必要なエ
ネルギーを供給可能なことによって外周予混合気の燃料
濃度を薄くしても安定燃焼可能となり、予混合燃焼での
ＮＯｘ生成が大幅に減少する。また、内筒中心部の拡散
燃焼割合を大幅に減少可能となったことにより、本来Ｎ
Ｏｘ生成の多い拡散燃焼部でのＮＯｘ生成を大幅に減少
できる。したがって、燃焼器全体としてもＮＯｘ生成を
大幅に減少できる。
【図１】本発明の一実施例の縦断面図。
【図２】本発明の一変形例の縦断面図。
【図３】本発明の別変形例の縦断面図。
【図４】本発明の更に別の変形例の縦断面図。
【図５】本発明のもう１つの変形例の縦断面図。
【図６】従来例の縦断面図。
１０３…内筒、１０５…第１燃料ノズル、１０６…第２
燃料ノズル、１０７…第３燃料ノズル、１２３…第１予
混合室、１２４…第２予混合室、１２１…リセス型保炎
器、１２２…リセス型保炎器、１５５…スワーラ。
燃料ノズル、１０７…第３燃料ノズル、１２３…第１予
混合室、１２４…第２予混合室、１２１…リセス型保炎
器、１２２…リセス型保炎器、１５５…スワーラ。
【手続補正書】
【提出日】平成４年３月２６日
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 ガスタービン燃焼装置及びその制御方
法
法
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガスタービン燃焼装置及
びその制御方法に係り、特に希薄予混合燃焼を行う燃焼
装置及びその制御方法に関する。
びその制御方法に係り、特に希薄予混合燃焼を行う燃焼
装置及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】希薄予混合燃焼を主体とするガスタービ
ン燃焼装置の一例は実開平2−１０００６０号公報に示
されており、その概略図を図６に示す。内筒軸心部に配
置されている拡散燃焼器は燃料ノズル１０５を備え、こ
の燃料ノズルからは拡散燃焼用の燃料が噴射されて燃焼
安定性を高める働きをする。又その外周側に配置されて
いる予混合燃焼器の各予混合室１２３，１２４，１２７
からは燃料希薄予混合気が旋回して供給され、燃料ノズ
ル１０５からの拡散燃焼によって補助されながら燃焼す
る。
ン燃焼装置の一例は実開平2−１０００６０号公報に示
されており、その概略図を図６に示す。内筒軸心部に配
置されている拡散燃焼器は燃料ノズル１０５を備え、こ
の燃料ノズルからは拡散燃焼用の燃料が噴射されて燃焼
安定性を高める働きをする。又その外周側に配置されて
いる予混合燃焼器の各予混合室１２３，１２４，１２７
からは燃料希薄予混合気が旋回して供給され、燃料ノズ
ル１０５からの拡散燃焼によって補助されながら燃焼す
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この場合、燃焼器断面
平均ガス流速を高めた状態で安定燃焼するためには燃料
ノズル１０５から供給する燃料流量比率を高めると同時
に各予混合室で形成する予混合気の燃料濃度を高くする
必要があり、このような燃焼を行うと、火炎面の温度が
上昇し、これによってＮＯｘ生成が多くなる特性を有す
る。本発明の目的はＮＯｘ生成の多い拡散燃焼割合を少
なくし、ＮＯｘ生成の少ない予混合燃焼割合を多くする
と同時にこの予混合気燃料濃度を低くしても安定燃焼
し、かつ、広負荷帯で低ＮＯｘ燃焼が可能なガスタービ
ン燃焼装置を提供することである。
平均ガス流速を高めた状態で安定燃焼するためには燃料
ノズル１０５から供給する燃料流量比率を高めると同時
に各予混合室で形成する予混合気の燃料濃度を高くする
必要があり、このような燃焼を行うと、火炎面の温度が
上昇し、これによってＮＯｘ生成が多くなる特性を有す
る。本発明の目的はＮＯｘ生成の多い拡散燃焼割合を少
なくし、ＮＯｘ生成の少ない予混合燃焼割合を多くする
と同時にこの予混合気燃料濃度を低くしても安定燃焼
し、かつ、広負荷帯で低ＮＯｘ燃焼が可能なガスタービ
ン燃焼装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は燃焼筒
の軸心部に配置された拡散燃焼器と、この拡散燃焼器の
外周側に径方向複数段に配置された複数の燃料空気混合
器を有する予混合燃焼器とを備えてなるガスタービン燃
焼装置において、前記燃料空気混合器の混合ガス出口外
周端に、夫々リセス保炎器を設けるようになし所期の目
的を達成するようにしたものである。
の軸心部に配置された拡散燃焼器と、この拡散燃焼器の
外周側に径方向複数段に配置された複数の燃料空気混合
器を有する予混合燃焼器とを備えてなるガスタービン燃
焼装置において、前記燃料空気混合器の混合ガス出口外
周端に、夫々リセス保炎器を設けるようになし所期の目
的を達成するようにしたものである。
【０００５】
【作用】燃焼筒の軸心に設けられた燃料ノズルから噴射
された燃料は、燃料ノズル外周から供給される空気と混
合し、拡散燃焼する。この燃焼によって生成した高温の
燃焼ガスが最内周段の燃焼空気混合器、すなわち環状予
混合室から供給される燃料希薄予混合気に点火エネルギ
ーを与える。環状予混合室出口外周壁に設けられたリセ
ス型保炎器（リセス保炎器）は環状予混合室の内周側か
ら点火エネルギーが与えられ、燃焼を開始した予混合気
（ガス）が予混合室の外周側においても安定燃焼するた
めの保炎効果を有し、予混合気全体が熱効率の高い燃焼
を実現する。最内周予混合気が高効率燃焼することによ
り、その外周の予混合気が点火するために必要なエネル
ギーを内周側から供給され、燃焼を開始した予混合気が
予混合室出口近傍外周壁に設けたリセス型保炎器の効果
により、高効率燃焼する。これを順次、内周から外周へ
と繰り返すことにより、燃料希薄予混合気が安定して高
効率で燃焼することが可能となり、低ＮＯｘ化を達成で
きる。また、負荷の増大に応じて作動する燃料ノズルの
本数を内周側から順次増加するように制御することによ
り、低負荷から高負荷まで燃焼希薄予混合気を安定して
高効率で燃焼することが可能となる。
された燃料は、燃料ノズル外周から供給される空気と混
合し、拡散燃焼する。この燃焼によって生成した高温の
燃焼ガスが最内周段の燃焼空気混合器、すなわち環状予
混合室から供給される燃料希薄予混合気に点火エネルギ
ーを与える。環状予混合室出口外周壁に設けられたリセ
ス型保炎器（リセス保炎器）は環状予混合室の内周側か
ら点火エネルギーが与えられ、燃焼を開始した予混合気
（ガス）が予混合室の外周側においても安定燃焼するた
めの保炎効果を有し、予混合気全体が熱効率の高い燃焼
を実現する。最内周予混合気が高効率燃焼することによ
り、その外周の予混合気が点火するために必要なエネル
ギーを内周側から供給され、燃焼を開始した予混合気が
予混合室出口近傍外周壁に設けたリセス型保炎器の効果
により、高効率燃焼する。これを順次、内周から外周へ
と繰り返すことにより、燃料希薄予混合気が安定して高
効率で燃焼することが可能となり、低ＮＯｘ化を達成で
きる。また、負荷の増大に応じて作動する燃料ノズルの
本数を内周側から順次増加するように制御することによ
り、低負荷から高負荷まで燃焼希薄予混合気を安定して
高効率で燃焼することが可能となる。
【０００６】
【実施例】本発明の一実施例を図１に示す。燃焼装置は
主として次のものより形成されている。すなわち、燃焼
室１２５を形成する内筒１０３と、その外周の熱遮へい
効果と内筒冷却性能の調節機能を有するフロースリーブ
１０２と、その外周の燃焼器部全体を収納する圧力容器
である外周と、内筒１０３の軸心端部の第１燃料ノズル
１０５と、その外周の空気供給用のスワーラ１５５と、
更にその外周部に配置されている予混合燃焼器の第１予
混合室１２３，第２予混合室１２４と、各予混合室内の
第２燃料ノズル１０６，第３燃料ノズル１０７と、各予
混合室出口近傍外周壁のリセス型の第１保炎器１２１，
第２保炎器１２２と、各燃料ノズルへ燃料を供給する配
管１０８，１０９，１１０の途中の流量制御弁１１１，
１１２，１１３によって燃焼装置は構成されている。尚
この場合、前述したリセス保炎器の位置は径方向外側程
下流側に突出するように形成されている。圧縮機（図示
なし）から供給される燃焼用空気は上記内筒１０３とフ
ロースリーブ１２２とによって形成される環状通路１２
６内を矢印１３１の方向に進み、途中で矢印１３３，１
３４のように分岐した後に予混合室１２３，１２４、ス
ワーラ１５５を通って燃焼室１２５へと供給される。一
方、第１燃料ノズル１０５用燃料は配管１０８と流量制
御弁１１１を介して供給され、第２燃料ノズル１０６用
燃料は配管１０９と流量制御弁１１２を介して供給さ
れ、第３燃料ノズル１０７用燃料は配管１１０と流量制
御弁１１３を介して供給される。この燃焼装置は高負荷
時においては、第１燃料ノズル１０５から供給される燃
料をスワーラ１５５から供給される空気によって拡散燃
焼し、第２燃料ノズル１０６から供給された燃料を第１
予混合室１２３内で空気と混合して燃焼希薄予混合気を
つくり、内筒１０３の中心に形成された拡散火炎１３５
から点火エネルギーを供給され、スワーラ１５５の下流
に位置し、かつ、第１予混合室１２３の外周壁に設けた
リセス型保炎器１２１によって安定燃焼し、第３燃料ノ
ズル１０７から供給された燃料を第２予混合室１２４内
で空気と混合して燃料希薄予混合気をつくり、内周のリ
セス型保炎器１２１によって保炎された予混合火炎１３
６から点火エネルギーを供給され、リセス型保炎器１２
１の下流に位置し、かつ、第２予混合室１２４の外周壁
に設けたリセス型保炎器１２２によって安定燃焼させ
る。中負荷時には流量制御弁１１３を閉止することによ
り第３燃料ノズル１０７へ供給する燃料を停止し、第１
燃料ノズル１０５と第２燃料ノズル１０６へ燃料を供給
し、拡散火炎１３５と予混合火炎１３６を形成する。低
負荷時には流量制御弁１１２を閉止することにより第２
燃料ノズル１０６へ供給する燃料も停止し、第１燃料ノ
ズル１０５のみに燃料を供給し、拡散火炎１３５を形成
する。この場合は高，中負荷時に比べ、第１燃料ノズル
１０５に供給する燃料流量が多くなり、スワーラ１５５
から供給する空気と第１予混合室１２３から供給する空
気と混合することにより完全燃焼する。
主として次のものより形成されている。すなわち、燃焼
室１２５を形成する内筒１０３と、その外周の熱遮へい
効果と内筒冷却性能の調節機能を有するフロースリーブ
１０２と、その外周の燃焼器部全体を収納する圧力容器
である外周と、内筒１０３の軸心端部の第１燃料ノズル
１０５と、その外周の空気供給用のスワーラ１５５と、
更にその外周部に配置されている予混合燃焼器の第１予
混合室１２３，第２予混合室１２４と、各予混合室内の
第２燃料ノズル１０６，第３燃料ノズル１０７と、各予
混合室出口近傍外周壁のリセス型の第１保炎器１２１，
第２保炎器１２２と、各燃料ノズルへ燃料を供給する配
管１０８，１０９，１１０の途中の流量制御弁１１１，
１１２，１１３によって燃焼装置は構成されている。尚
この場合、前述したリセス保炎器の位置は径方向外側程
下流側に突出するように形成されている。圧縮機（図示
なし）から供給される燃焼用空気は上記内筒１０３とフ
ロースリーブ１２２とによって形成される環状通路１２
６内を矢印１３１の方向に進み、途中で矢印１３３，１
３４のように分岐した後に予混合室１２３，１２４、ス
ワーラ１５５を通って燃焼室１２５へと供給される。一
方、第１燃料ノズル１０５用燃料は配管１０８と流量制
御弁１１１を介して供給され、第２燃料ノズル１０６用
燃料は配管１０９と流量制御弁１１２を介して供給さ
れ、第３燃料ノズル１０７用燃料は配管１１０と流量制
御弁１１３を介して供給される。この燃焼装置は高負荷
時においては、第１燃料ノズル１０５から供給される燃
料をスワーラ１５５から供給される空気によって拡散燃
焼し、第２燃料ノズル１０６から供給された燃料を第１
予混合室１２３内で空気と混合して燃焼希薄予混合気を
つくり、内筒１０３の中心に形成された拡散火炎１３５
から点火エネルギーを供給され、スワーラ１５５の下流
に位置し、かつ、第１予混合室１２３の外周壁に設けた
リセス型保炎器１２１によって安定燃焼し、第３燃料ノ
ズル１０７から供給された燃料を第２予混合室１２４内
で空気と混合して燃料希薄予混合気をつくり、内周のリ
セス型保炎器１２１によって保炎された予混合火炎１３
６から点火エネルギーを供給され、リセス型保炎器１２
１の下流に位置し、かつ、第２予混合室１２４の外周壁
に設けたリセス型保炎器１２２によって安定燃焼させ
る。中負荷時には流量制御弁１１３を閉止することによ
り第３燃料ノズル１０７へ供給する燃料を停止し、第１
燃料ノズル１０５と第２燃料ノズル１０６へ燃料を供給
し、拡散火炎１３５と予混合火炎１３６を形成する。低
負荷時には流量制御弁１１２を閉止することにより第２
燃料ノズル１０６へ供給する燃料も停止し、第１燃料ノ
ズル１０５のみに燃料を供給し、拡散火炎１３５を形成
する。この場合は高，中負荷時に比べ、第１燃料ノズル
１０５に供給する燃料流量が多くなり、スワーラ１５５
から供給する空気と第１予混合室１２３から供給する空
気と混合することにより完全燃焼する。
【０００７】本発明の一変形例を図２に示す。図１との
相異は、第２予混合室１２４の出口近傍外周壁に設けた
リセス型保炎器１２２の設置位置を内周側のリセス型保
炎器１２１の設置位置と同一面上にした点である。負荷
に対する燃焼状態及び燃料制御方法は図１の例と同じで
ある。この場合も内周環状予混合室１２３のリセス型保
炎器１２１によって保持された火炎１３６によって環状
予混合室１２４から流出する予混合気に内周側から点火
され、上流側のリセス型保炎器１２２にも火炎が伝播し
て保炎する。
相異は、第２予混合室１２４の出口近傍外周壁に設けた
リセス型保炎器１２２の設置位置を内周側のリセス型保
炎器１２１の設置位置と同一面上にした点である。負荷
に対する燃焼状態及び燃料制御方法は図１の例と同じで
ある。この場合も内周環状予混合室１２３のリセス型保
炎器１２１によって保持された火炎１３６によって環状
予混合室１２４から流出する予混合気に内周側から点火
され、上流側のリセス型保炎器１２２にも火炎が伝播し
て保炎する。
【０００８】本発明の別変形例を図３に示す。図１との
相異は第２予混合室１２４の入口に空気流量制御弁１０
４を設けた点である。負荷に対する燃焼状態及び燃料制
御方法は図１の例とはほぼ同じであるが、空気流量制御
弁１０４を設けたことによってスワーラ１５５，第１予
混合室１２３，第２予混合室１２４に供給する空気流量
比率及び合計空気流量を制御可能であり、負荷変化に対
して安定燃焼し、かつＮＯｘの低い燃料と空気の配分を
変化できる点が異なる。
相異は第２予混合室１２４の入口に空気流量制御弁１０
４を設けた点である。負荷に対する燃焼状態及び燃料制
御方法は図１の例とはほぼ同じであるが、空気流量制御
弁１０４を設けたことによってスワーラ１５５，第１予
混合室１２３，第２予混合室１２４に供給する空気流量
比率及び合計空気流量を制御可能であり、負荷変化に対
して安定燃焼し、かつＮＯｘの低い燃料と空気の配分を
変化できる点が異なる。
【０００９】本発明の更に別の変形例を図４に示す。図
３との相異は第１予混合室１２３と第２予混合室１２４
の内部に旋回羽根１１４と１１５を有する点であり、予
混合室内での燃料と空気の混合が促進される効果を有す
るが、その他の燃焼状態及び制御方法は図３の例と同じ
である。
３との相異は第１予混合室１２３と第２予混合室１２４
の内部に旋回羽根１１４と１１５を有する点であり、予
混合室内での燃料と空気の混合が促進される効果を有す
るが、その他の燃焼状態及び制御方法は図３の例と同じ
である。
【００１０】本発明のもう１つの変形例を図５に示す。
図３の例との相異は第２予混合室１２４の出口のリセス
型保炎器をブラフボディ型保炎器１５１とした点であ
る。最外周環状予混合室１２４から供給された予混合気
の燃焼はそれ自体が安定して完全燃焼することを目的と
しており、隣接予混合室の点火，保炎性を補助する必要
がないのでリセス型保炎器以外の保炎器を使用可能であ
り、負荷に対する制御方法は図３の例と同じである。
図３の例との相異は第２予混合室１２４の出口のリセス
型保炎器をブラフボディ型保炎器１５１とした点であ
る。最外周環状予混合室１２４から供給された予混合気
の燃焼はそれ自体が安定して完全燃焼することを目的と
しており、隣接予混合室の点火，保炎性を補助する必要
がないのでリセス型保炎器以外の保炎器を使用可能であ
り、負荷に対する制御方法は図３の例と同じである。
【００１１】
【発明の効果】本発明によれば、ごく少量の拡散燃焼に
よってその外周の燃料希薄予混合気が点火し、その予混
合気流れ最外周にリセス型保炎器を有することによって
更に外周の予混合気流れとの境界近傍に安定した火炎が
形成される。この火炎が外周予混合気の点火に必要なエ
ネルギーを供給可能なことによって外周予混合気の燃料
濃度を薄くしても安定燃焼可能となり、予混合燃焼での
ＮＯｘ生成が大幅に減少する。また、内筒中心部の拡散
燃焼割合を大幅に減少可能となったことにより、本来Ｎ
Ｏｘ生成の多い拡散燃焼部でのＮＯｘ生成を大幅に減少
できる。したがって、燃焼装置全体としてもＮＯｘ生成
を大幅に減少できる。
よってその外周の燃料希薄予混合気が点火し、その予混
合気流れ最外周にリセス型保炎器を有することによって
更に外周の予混合気流れとの境界近傍に安定した火炎が
形成される。この火炎が外周予混合気の点火に必要なエ
ネルギーを供給可能なことによって外周予混合気の燃料
濃度を薄くしても安定燃焼可能となり、予混合燃焼での
ＮＯｘ生成が大幅に減少する。また、内筒中心部の拡散
燃焼割合を大幅に減少可能となったことにより、本来Ｎ
Ｏｘ生成の多い拡散燃焼部でのＮＯｘ生成を大幅に減少
できる。したがって、燃焼装置全体としてもＮＯｘ生成
を大幅に減少できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の縦断面図。
【図２】本発明の一変形例の縦断面図。
【図３】本発明の別変形例の縦断面図。
【図４】本発明の更に別の変形例の縦断面図。
【図５】本発明のもう１つの変形例の縦断面図。
【図６】従来例の縦断面図。
【符号の説明】 １０３…内筒、１０５…第１燃料ノズル、１０６…第２
燃料ノズル、１０７…第３燃料ノズル、１２３…第１予
混合室、１２４…第２予混合室、１２１…リセス型保炎
器、１２２…リセス型保炎器、１５５…スワーラ。
燃料ノズル、１０７…第３燃料ノズル、１２３…第１予
混合室、１２４…第２予混合室、１２１…リセス型保炎
器、１２２…リセス型保炎器、１５５…スワーラ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩井 一躬 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 印南 民雄 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 石橋 洋二 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 黒田 倫夫 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 大田原 康彦 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 池田 啓 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 伊藤 和行 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 中村 昭三 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 藤村 秀和 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 小山 一仁 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】燃焼室を形成する内筒と外筒との間に圧縮
機からの高圧空気を導入する空気通路が形成され、上記
内筒へ直接又は予混合室を経て燃料を供給する燃料ノズ
ルを有するガスタービン燃焼器において、同心状に複数
の環状予混合室を設け、上記複数の環状予混合室の出口
近傍外周壁にはリセス型保炎器を有し、上記各予混合室
には燃料を供給する燃料ノズルを有し、上記環状予混合
室軸心には内筒内へ直接燃料を供給する燃料ノズルを有
し、ガスタービンの負荷の増大に応じて上記燃料ノズル
の作動本数を増加するように制御するコントローラを有
することを特徴とするガスタービン燃焼器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4003644A JPH05203148A (ja) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | ガスタービン燃焼装置及びその制御方法 |
| US08/003,608 US5323614A (en) | 1992-01-13 | 1993-01-13 | Combustor for gas turbine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4003644A JPH05203148A (ja) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | ガスタービン燃焼装置及びその制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05203148A true JPH05203148A (ja) | 1993-08-10 |
Family
ID=11563192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4003644A Pending JPH05203148A (ja) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | ガスタービン燃焼装置及びその制御方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5323614A (ja) |
| JP (1) | JPH05203148A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07233945A (ja) * | 1994-02-24 | 1995-09-05 | Toshiba Corp | ガスタービン燃焼装置およびその燃焼制御方法 |
| JP2005326144A (ja) * | 2004-05-11 | 2005-11-24 | United Technol Corp <Utc> | 燃料噴射装置および燃料噴射装置の設計方法 |
Families Citing this family (42)
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|---|---|---|---|---|
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