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JPH0745935B2 - Low NOx gas turbine combustor - Google Patents

Low NOx gas turbine combustor

Info

Publication number
JPH0745935B2
JPH0745935B2 JP60214872A JP21487285A JPH0745935B2 JP H0745935 B2 JPH0745935 B2 JP H0745935B2 JP 60214872 A JP60214872 A JP 60214872A JP 21487285 A JP21487285 A JP 21487285A JP H0745935 B2 JPH0745935 B2 JP H0745935B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
stage
combustion
gas turbine
pipe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP60214872A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6277520A (en
Inventor
洋二 石橋
勲 佐藤
茂行 赤津
好弘 内山
信之 飯塚
克夫 和田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP60214872A priority Critical patent/JPH0745935B2/en
Publication of JPS6277520A publication Critical patent/JPS6277520A/en
Publication of JPH0745935B2 publication Critical patent/JPH0745935B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は2段燃焼型低NOxガスタービン燃焼器に係り、
特に2段目の燃焼性能の改善を図り、かつ低NOx効果を
高めたガスタービン燃焼器に関するものである。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a two-stage combustion type low NOx gas turbine combustor,
In particular, the present invention relates to a gas turbine combustor in which the second stage combustion performance is improved and the low NOx effect is enhanced.

〔発明の背景〕[Background of the Invention]

ガスタービンの環境問題の一つとして大気汚染物質のNO
xの発生がある。これはガスタービンの燃焼火炎中で燃
焼空気中の窒素が酸化されて生成するものである。ま
た、燃料中に窒素分を含む場合にも、これが酸化されて
NOxとなる。ガスタービンの場合には比較的燃料中の窒
素分の少ない燃料が使用されるので、NOxの大部分は燃
焼空気中の窒素の酸化によるものである。
NO as an air pollutant as one of the environmental problems of gas turbines
x occurs. This is generated by the oxidation of nitrogen in the combustion air in the combustion flame of the gas turbine. Also, if the fuel contains nitrogen, it will be oxidized.
It becomes NOx. In the case of a gas turbine, a fuel containing a relatively small amount of nitrogen in the fuel is used, so most of NOx is due to the oxidation of nitrogen in the combustion air.

このため、ガスタービン燃焼器の低NOx化は低温燃焼さ
せて窒素の酸化を抑えることによつて達成される。この
具体的方法として従来から燃焼器内へ水もしくは水蒸気
を噴射する方法と、希薄燃焼に基づく燃焼制御方法があ
る。前者は熱効率が低下すること、補機が必要なことな
どから、最近は後者の燃焼制御方法によるものが主流に
なりつつある。
Therefore, reduction of NOx in the gas turbine combustor is achieved by low-temperature combustion to suppress nitrogen oxidation. As a concrete method of this, there are a conventional method of injecting water or steam into the combustor and a combustion control method based on lean combustion. In the former case, the thermal efficiency is lowered and auxiliary machinery is required. Therefore, the latter combustion control method is becoming mainstream these days.

希薄燃焼による低NOx化に関しては次の2点が重要なポ
イントとなる。即ち、(1)均一な低温燃焼を実現する
こと、(2)広作動域にわたつて安定な燃焼を達成する
こと、である。(1)に対する解決策としては、これま
での拡散燃焼から予混合燃焼とすることで解決できる。
また(2)に関しては、燃料の多段燃焼化や燃焼空気量
をガスタービンの負荷によつて制御し、燃焼域の燃空比
を適切に調節する方法がある。特に予混合燃焼させる場
合には不燃焼空比帯が存在するため、作動燃空注域の広
いガスタービン燃焼器にこれを採用する場合には、作動
範囲を補うために、1段目を拡散燃焼、2段目を予混合
燃焼とした2段燃焼方式が合理的であり、現在の技術開
発の主流となつている。
The following two points are important for reducing NOx by lean combustion. That is, (1) achieving uniform low temperature combustion, and (2) achieving stable combustion over a wide operating range. As a solution to (1), it is possible to solve the problem by changing from the conventional diffusion combustion to the premixed combustion.
With regard to (2), there is a method in which multi-stage combustion of fuel and the amount of combustion air are controlled by the load of the gas turbine to appropriately adjust the fuel-air ratio in the combustion region. Especially when premixed combustion is used, there is a non-combustion air ratio zone. Therefore, when using this for a gas turbine combustor with a wide operating fuel injection range, the first stage is diffused to supplement the operating range. The two-stage combustion method, in which the combustion and the second stage are premixed combustion, is rational and is the mainstream of current technological development.

このような2段燃焼方式に関するものとしては、日本の
特公昭58−58563号、実開昭59−55267号、米国特許4193
260号等がある。2段目を予混合燃焼とする2段燃焼器
においては、前述した如く、予混合燃焼を良好な燃焼状
態とするためには、ある所定の燃空比以上での燃焼が必
要であり、このため、2段目の予混合燃料の流量が小さ
い範囲及び、1段目から2段目への燃料切換時には性能
が著しく低下するという問題がある。
Examples of such a two-stage combustion system include Japanese Patent Publication No. 58-58563, Japanese Utility Model Publication No. 59-55267, and US Pat.
There are 260 etc. In the two-stage combustor in which the second stage is premixed combustion, as described above, in order to bring premixed combustion into a good combustion state, it is necessary to burn at a certain predetermined air-fuel ratio or more. Therefore, there is a problem that the performance is remarkably deteriorated when the flow rate of the premixed fuel in the second stage is small and when the fuel is switched from the first stage to the second stage.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明の目的は2段燃焼型低NOxガスタービン燃焼器に
おいて、2段目燃料の投入時を含めた2段目燃料の小流
量範囲において未燃分の発生が少ない良好な燃焼性能を
発揮し、しかも2段目燃料の大流量範囲で低NOx燃焼を
促進する燃焼器構造を提供するにある。
An object of the present invention is to provide good combustion performance in a two-stage combustion type low NOx gas turbine combustor in which a small amount of unburned matter is generated in a small flow rate range of the second stage fuel including the time of introducing the second stage fuel. Moreover, it is to provide a combustor structure that promotes low NOx combustion in a large flow range of the second stage fuel.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

上記の目的を達成するために創作した本発明の概要を説
明するに先立ち、先ず、その基本的な原理を次に述べ
る。
Before explaining the outline of the present invention created to achieve the above object, first, the basic principle thereof will be described below.

本発明の要点は、燃料の噴射位置を燃料流量に対応して
可変とすることにより、可燃混合物の濃度分布を調整し
て燃焼室内に供給することである。更に具体的には、燃
焼流量が小さい範囲は燃焼空気流路の出口側から燃料を
噴射し、可燃物濃度の濃炎を大とし、逆に、燃料流量が
大きい範囲は燃焼空気流路の上流側から燃料を噴射して
均一な可燃混合気として供給させることである。
The gist of the present invention is to adjust the concentration distribution of the combustible mixture and supply it to the combustion chamber by making the fuel injection position variable according to the fuel flow rate. More specifically, fuel is injected from the outlet side of the combustion air flow path in the low combustion flow rate range to increase the rich flame of combustible material concentration, and conversely, the high fuel flow rate range is in the upstream side of the combustion air flow path. The fuel is injected from the side to be supplied as a uniform combustible mixture.

上記の原理に基づいて前記の目的を達成する為本発明に
係る低NOxガスタービン燃焼器は、2段目燃料ノズルの
各々を、噴孔が2段燃焼空気流路内の下流部に配置され
た第1燃料パイプと噴孔が2段燃焼空気流路内の上流部
に配置された第2燃料パイプとで構成し、燃料分配器
は、ガスタービンの着火から部分負荷までの状態では1
段目燃料ノズルにより1段燃焼部に燃料をガスタービン
の出力に応じ供給し、ガスタービンの出力が中間負荷帯
に達した時点で、1段目燃料ノズルによる燃料の供給を
ステップ状に減じる一方、前記第1燃料パイプにより2
段目燃料を2段燃焼空気流路内の下流側に供給し、その
第1燃料パイプによる燃料供給をガスタービンの中間負
荷帯に応じ1段目燃料ノズルによる燃料供給と共に漸増
させ、さらに、ガスタービン出力が中間負荷帯から高負
荷帯に達した時点で、第1燃料パイプによる燃料供給を
減じる一方、前記第2燃料パイプにより2段目燃料を2
段燃焼空気流路内の上流側に供給し、その第2燃料パイ
プによる燃料供給をガスタービンの高負荷帯に応じ1段
目燃料ノズルによる燃料供給と共に漸増させるように切
換制御することを特徴とするものである。
In order to achieve the above-mentioned object based on the above principle, the low NOx gas turbine combustor according to the present invention has a second-stage fuel nozzle in which the injection holes are arranged in the downstream portion in the second-stage combustion air passage. The first fuel pipe and the second fuel pipe having the injection holes arranged upstream in the two-stage combustion air flow path, and the fuel distributor is 1 in the state from ignition of the gas turbine to partial load.
Fuel is supplied to the first-stage combustion section by the first-stage fuel nozzle according to the output of the gas turbine, and when the output of the gas turbine reaches the intermediate load zone, the fuel supply by the first-stage fuel nozzle is reduced stepwise. , By the first fuel pipe 2
The stage fuel is supplied to the downstream side in the second-stage combustion air flow passage, and the fuel supply by the first fuel pipe is gradually increased together with the fuel supply by the first-stage fuel nozzle according to the intermediate load zone of the gas turbine. When the turbine output reaches from the intermediate load zone to the high load zone, the fuel supply by the first fuel pipe is reduced, while the second stage fuel is supplied by the second fuel pipe.
The fuel is supplied to the upstream side in the staged combustion air flow path, and the fuel supply by the second fuel pipe is controlled to be gradually increased together with the fuel supply by the first stage fuel nozzle according to the high load zone of the gas turbine. To do.

〔発明の実施例〕Example of Invention

次に、本発明の1実施例を添付の図面について説明す
る。本実施例は、発電用ガスタービンの燃焼器に本発明
を適用して改良した一例である。
An embodiment of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings. The present embodiment is an example improved by applying the present invention to a combustor of a gas turbine for power generation.

第1図は本実施例の断面図である。燃焼器2は逆流式缶
型であり、圧縮機1より供給される圧縮空気101は燃焼
器外筒25と燃焼器ライナ5との間、及び同じく6との間
を流れながらそれぞれ燃焼器壁の設けられた空気孔等の
流入手段を通つて燃焼器2の内部に入る。この空気は1
部燃料と燃焼反応をして高温の作動ガス110を発生し、
これは尾筒27を経てタービン3へ供給される。
FIG. 1 is a sectional view of this embodiment. The combustor 2 is a back-flow can type, and the compressed air 101 supplied from the compressor 1 flows between the combustor outer cylinder 25 and the combustor liner 5, and also between the combustor liner 5 and the combustor liner 6, respectively. It enters the inside of the combustor 2 through an inflow means such as an air hole provided. This air is 1
Generate a high-temperature working gas 110 through a combustion reaction with the fuel
This is supplied to the turbine 3 via the transition piece 27.

燃焼器2は上流側を径の小さい副室ライナ6、下流側を
径の大きい主室ライナ5とし、その接続部に区画された
2段目燃焼空気流路9を設けて構成される。副室ライナ
6の壁面には燃焼気孔8,8′が、またライナキヤツプ7
には旋回器11が設けてある。上記ライナキヤツプ7のほ
ぼ中心部には1段目燃料ノズル12が取付けられ、前記副
室ライナ6とにより1段燃焼部2′を形成する。一方、
2段目燃焼空気流路9の内部には、空気流路のほぼ同一
円周上に等間隔で複数本の2段目燃料ノズル14が装着さ
れ、この空気流路内で可燃混合物を形成せしめて2段燃
焼部2″に供給される。更に詳細には、2段目燃料ノズ
ル14は第1流路15及び第2流路18からなる2系統で構成
され、それぞれ第1噴孔17及び第2噴孔20より燃料を供
給するものである。
The combustor 2 has a small-diameter sub-chamber liner 6 on the upstream side, a large-diameter main chamber liner 5 on the downstream side, and is provided with a second-stage combustion air flow passage 9 defined at the connecting portion. Combustion pores 8 and 8'on the wall surface of the sub-chamber liner 6, and liner cap 7
A swirler 11 is provided in the. A first-stage fuel nozzle 12 is attached to substantially the center of the liner cap 7, and the sub-chamber liner 6 forms a first-stage combustion section 2 '. on the other hand,
Inside the second-stage combustion air channel 9, a plurality of second-stage fuel nozzles 14 are mounted at substantially equal intervals on the same circumference of the air channel, and a combustible mixture is formed in this air channel. Are supplied to the second-stage combustion section 2 ″. More specifically, the second-stage fuel nozzle 14 is composed of two systems including a first flow passage 15 and a second flow passage 18, and has a first injection hole 17 and a second injection passage 17, respectively. The fuel is supplied from the second injection hole 20.

第2図に2段目燃料ノズルの詳細断面を、第3図には第
2図の(A)〜(A′)断面を示す。第2図及び第3図
により2段目燃料ノズル14の構造について説明する。
FIG. 2 shows a detailed cross section of the second stage fuel nozzle, and FIG. 3 shows (A) to (A ′) cross sections of FIG. The structure of the second stage fuel nozzle 14 will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

第1図について説明した燃焼器外筒25′,25″に支持さ
れた燃料供給フランジ12には複数の空気通路窓32が設け
てあり、該窓部を除く部分に複数の第1流路15及び第2
流路18を設ける。これら複数の第1流路15と第2流路18
とは仕切板33で仕切られた燃料ヘツダ16と同19とにそれ
ぞれ連通されている。
A plurality of air passage windows 32 are provided in the fuel supply flange 12 supported by the combustor outer cylinders 25 ', 25 "described with reference to FIG. And the second
A flow path 18 is provided. The plurality of first flow paths 15 and second flow paths 18
And are communicated with the fuel headers 16 and 19 partitioned by the partition plate 33, respectively.

燃料ヘツダ部に2段目燃料ノズル14が複数本取付けられ
ている。上記の2段目燃料ノズル14は第1燃料パイプ28
と第2燃料パイプ29を同軸上に組合せることにより、第
1燃料パイプ28は2段目燃焼空気流路9の下流側まで延
びており、その先端は閉構造とし、端部に第1噴孔17が
設けてある。第2燃料パイプ29は2段目燃焼空気流路9
の上流端側でその先端を閉構造とし、第2噴孔20が設け
てある。即ち、2段目燃焼空気流路9においてその上流
部に第1噴孔17を配置するとともに、その下流部に第2
噴孔20を配置する。
A plurality of second stage fuel nozzles 14 are attached to the fuel header section. The second stage fuel nozzle 14 is the first fuel pipe 28.
By coaxially combining the second fuel pipe 29 with the second fuel pipe 29, the first fuel pipe 28 extends to the downstream side of the second-stage combustion air flow passage 9, the tip of which has a closed structure, and the first injection pipe is provided at the end. A hole 17 is provided. The second fuel pipe 29 is the second stage combustion air flow passage 9
A second injection hole 20 is provided at the upstream end side of which has a closed structure. That is, in the second-stage combustion air flow passage 9, the first injection hole 17 is arranged at the upstream portion and the second injection hole 17 is provided at the downstream portion.
The injection hole 20 is arranged.

かかる燃焼器構造(第1図参照)において、圧縮機1よ
り供給される圧縮空気101は主室ライナ5に設けられた
希釈空気孔10より希釈空気102が、第2段燃焼空気流路
9より第2段燃焼空気103が、また残りの空気は燃料供
給フランジ12に設けられた空気流路窓32(第3図)を通
つて副室ライナ6側に供給され、それぞれ第1段燃焼空
気105,105′及び106として1段燃焼部2′内へ供給され
る。一方、燃料200は燃料分配器34によりそれぞれ1段
目燃料(F1)22,副2段目燃料(F2′)23及び主2段目
燃料(F2)24に分配されて供給される。燃料流量ならび
に燃料の分配比率はガスタービンの出力に応じて予め設
定された燃料制御信号300によつて行われる。ガスター
ビンの着火起動から軽出力時までは1段目燃料(F1)22
のみの供給によつて行われ、定格出力を含む高出力側で
は2段目燃料が供給されて運転されるが、2段目燃料は
先ず副2段目燃料(F2′)23が先行して供給され、ある
所定出力に達した時において副2段目燃料(F2′)23は
主2段目燃料(F2)24に切換えられる。第4図に燃料投
入方法を示す。図にはガスタービン負荷運転時のみを示
しているが、ガスタービンの着火起動から約25%出力時
までは1段目燃料(F1)のみにて運転される。1段目燃
料は基本的には拡散燃料であり、1段目燃焼域の作動撚
空比帯は0.005〜0.02に設定される。出力25%において
1段目燃焼域の燃空比は約0.02となる。この状態におい
て全燃料流量が本第4図に鎖線で示した全燃料カーブに
合致するようにしながら、1段目燃緑(F1)をステツプ
状に減じると共に(点D)、副2段目燃料(F2′)をス
テツプ状に投入(点U)し、2段目燃焼に移行する。こ
の2段目燃焼は1段目燃焼火炎からの火炎伝播にて着火
されるものであるから、2段目が良好に着火して安定な
燃焼を持続する為の条件は、1段目の燃焼火炎温度、及
び、2段目の燃空比、並びに、2段目燃料と2段目燃焼
空気の混合状態の影響を受ける。即ち1段目の燃焼火炎
温度が高いほど、又2段目の燃料の混合状態が不均一な
ほど、2段目燃焼はより小さい燃焼流量にて着火が可能
となる。しかしながら、2段燃料の濃度分布の不均一性
が大きいほどNOxの生成は大きくなるので、適切な条件
の設定が重要である。ここでは、種々の実験的検討によ
り、副2段目燃料(F2′)のステツプ投入量は2段目燃
焼空気との比で表わした燃空比で約0.03以上とする必要
がある。一方、この時ステツプ状に減じた第1段燃焼部
の燃空比は、前述したように1段燃焼部の燃空比が0.05
以上とする必要がある。燃料切換後は1段目燃料、副2
段目燃料を増加してガスタービン出力を上昇させ、高負
荷帯に達すると、即ち出力約60%において、2段目燃料
の切換操作を行う。これは、全燃料流量を一定に保ちな
がら、燃料分配器34により、副2段目燃料(F2′)を減
じながらながら、主2段目燃料(F2)を投入することに
よつて達成される。かかる操作により、2段目燃料は2
段目燃焼空気流路9の上流部に噴射され、2段目燃焼空
気と充分均一な混合物として2段目燃焼室に供給され、
均一火炎温度で燃焼し、より低NOx燃焼となる。2段目
燃料の切換後の燃空比が0.035以上であるとき安定な低N
Ox燃焼が実現でき、その上限界は0.045以上とすること
が望ましい。このように、実施例のガスタービンが中間
負荷帯(低負荷時)に達すると、燃料分配器34が、1段
目燃料ノズル12による燃料の供給をステツプ状に下げる
一方、2段目燃料ノズル14の第1燃料パイプ28により2
段目燃料を2段燃焼空気流路内9の下流側に供給するよ
うに切換え、その第1燃料パイプ28による燃料供給を、
1段目燃料ノズル12による燃料供ガスタービンの中間負
荷帯に応じ、1段目燃料ノズル12による燃料供給と共に
漸増させるので、燃料濃度分布に濃淡がつき、燃焼濃度
の濃い混合気で確実に燃焼でき、そのため、2段燃焼へ
の移行時及び2段目燃料流量が小さく時でも、全体的に
安定して燃焼させることができ、燃焼性能が向上する。
In such a combustor structure (see FIG. 1), the compressed air 101 supplied from the compressor 1 is diluted air 102 from the dilution air hole 10 provided in the main chamber liner 5, and the diluted air 102 is supplied from the second-stage combustion air passage 9. The second-stage combustion air 103 and the remaining air are supplied to the sub-chamber liner 6 side through the air passage window 32 (FIG. 3) provided in the fuel supply flange 12, and the first-stage combustion air 105, 105 respectively. ′ And 106 are supplied into the first-stage combustion section 2 ′. On the other hand, the fuel 200 is distributed and supplied to the first stage fuel (F 1 ) 22, the sub second stage fuel (F 2 ′) 23 and the main second stage fuel (F 2 ) 24 by the fuel distributor 34, respectively. . The fuel flow rate and the fuel distribution ratio are controlled by a fuel control signal 300 preset according to the output of the gas turbine. From the ignition start of the gas turbine to the light output, the first stage fuel (F 1 ) 22
The second stage fuel is first supplied by the sub second stage fuel (F 2 ′) 23 before the second stage fuel is supplied on the high output side including the rated output. supplied Te is sub second stage fuel in upon reaching a predetermined output (F 2 ') 23 is switched to the main second stage fuel (F 2) 24. FIG. 4 shows the fuel injection method. Only the gas turbine load operation is shown in the figure, but only the first stage fuel (F 1 ) is operated from the ignition start of the gas turbine to about 25% output. The first-stage fuel is basically a diffusion fuel, and the working twist / air ratio band in the first-stage combustion region is set to 0.005 to 0.02. At an output of 25%, the fuel-air ratio in the first stage combustion area is about 0.02. In this state, while making the total fuel flow rate to match the total fuel curve shown by the chain line in FIG. 4, the first stage fuel green (F 1 ) is reduced stepwise (point D) and the sub second stage The fuel (F 2 ′) is injected stepwise (point U), and the second stage combustion is performed. Since this second-stage combustion is ignited by the flame propagation from the first-stage combustion flame, the conditions for maintaining good combustion in the second-stage and maintaining stable combustion are the first-stage combustion. It is affected by the flame temperature, the second-stage fuel-air ratio, and the mixed state of the second-stage fuel and the second-stage combustion air. That is, the higher the combustion flame temperature in the first stage and the more uneven the mixed state of the fuel in the second stage, the more the second stage combustion can be ignited at a smaller combustion flow rate. However, the greater the non-uniformity of the concentration distribution of the two-stage fuel, the greater the generation of NOx, so it is important to set appropriate conditions. Here, based on various experimental studies, it is necessary to make the step input amount of the secondary second-stage fuel (F 2 ′) about 0.03 or more in the fuel-air ratio expressed by the ratio with the second-stage combustion air. On the other hand, at this time, the fuel-air ratio of the first-stage combustion part reduced to the step-like state is 0.05% as described above.
It is necessary to be above. After switching fuel, first stage fuel, sub 2
When the second stage fuel is increased by increasing the second stage fuel to increase the gas turbine output and reaching the high load zone, that is, at the output of about 60%, the second stage fuel is switched. This is achieved by introducing the main second stage fuel (F 2 ) while keeping the total fuel flow rate constant and reducing the sub second stage fuel (F 2 ′) by the fuel distributor 34. To be done. By this operation, the second stage fuel is 2
It is injected into the upstream portion of the stage combustion air flow path 9 and is supplied to the stage 2 combustion chamber as a sufficiently homogeneous mixture with the stage 2 combustion air.
Burns at a uniform flame temperature, resulting in lower NOx combustion. Stable low N when the fuel-air ratio after switching the second stage fuel is 0.035 or more
Ox combustion can be realized, and the upper limit is preferably 0.045 or more. As described above, when the gas turbine of the embodiment reaches the intermediate load zone (when the load is low), the fuel distributor 34 lowers the fuel supply from the first-stage fuel nozzle 12 in a stepwise manner, while the second-stage fuel nozzle 2 by 14 first fuel pipes 28
Switching to supply the stage fuel to the downstream side of the second-stage combustion air flow passage 9 and the fuel supply by the first fuel pipe 28,
Fuel is supplied from the first-stage fuel nozzle 12 It gradually increases with the fuel supply from the first-stage fuel nozzle 12 according to the intermediate load zone of the gas turbine. Therefore, the fuel concentration distribution has a shade, and the mixture is burned reliably with a rich combustion concentration. Therefore, even when the transition to the second-stage combustion is performed and the second-stage fuel flow rate is small, stable combustion can be performed as a whole, and the combustion performance is improved.

しかも、ガスタービンが中間負荷帯から高負荷帯に達し
た時点で、第1燃料パイプ28による燃料供給を減じる一
方、第2燃料パイプ29により1段目燃料を2段燃焼空気
流路9内の上流部に供給するように切換え、その第2燃
料パイプによる燃料供給を、ガスタービンの高負荷帯に
応じ1段目燃料ノズルによる燃料供給と共に漸増させる
ので、高負荷時にはより均一な混合気を燃焼室内に供給
し、燃焼させることにより、低NOx燃焼を実現すること
ができる。
Moreover, when the gas turbine reaches the high load zone from the intermediate load zone, the fuel supply by the first fuel pipe 28 is reduced, while the second fuel pipe 29 causes the first stage fuel to flow into the second stage combustion air flow passage 9. The fuel supply by the second fuel pipe is gradually increased together with the fuel supply by the first-stage fuel nozzle according to the high load zone of the gas turbine, so that a more uniform mixture is burned at high load. Low NOx combustion can be realized by supplying it to the room and burning it.

第5図,第6図は前記と異なる実施例を示すものであ
る。第5図の実施例は2段目燃焼を第1燃料ヘツダ16及
び第2燃料ヘツダ19よりそれぞれ副2段燃料パイプ32及
び主2段燃料パイプ33を介してそれぞれ2段目燃焼空気
流路の内周壁に設けられ副燃料ヘツダ35,36に導き、内
周壁にあけられた複数箇の第1噴孔17、及び第2噴孔20
より燃料を供給するものである。かかる構造の場合に
は、副2段目燃料を1段目燃焼火炎に近い側で噴孔する
ことになり着火が改善されるとともに、燃料ノズルが不
要となり、構造的に簡単となる。第6図の実施例は主2
段燃料を2段目燃焼空気流路9の外周壁30の上流端付近
に設けられた第2噴孔20より供給するものである。かか
る構造とすることにより、主2段目燃料と空気との混合
状態が内周側ほど燃料希薄の状態となり、低NOx効果が
高くなる。
FIG. 5 and FIG. 6 show an embodiment different from the above. In the embodiment of FIG. 5, the second-stage combustion is performed from the first fuel header 16 and the second fuel header 19 via the sub-second fuel pipe 32 and the main second-stage fuel pipe 33, respectively, in the second-stage combustion air flow path. A plurality of first injection holes 17 and second injection holes 20 which are provided in the inner peripheral wall and are guided to the auxiliary fuel headers 35, 36 and are formed in the inner peripheral wall.
It supplies more fuel. In the case of such a structure, the secondary second-stage fuel is injected on the side closer to the first-stage combustion flame to improve ignition, and a fuel nozzle is not required, which is structurally simple. The embodiment of FIG. 6 is mainly 2
The stage fuel is supplied from the second injection hole 20 provided near the upstream end of the outer peripheral wall 30 of the second stage combustion air flow passage 9. With this structure, the mixed state of the main second-stage fuel and air becomes leaner toward the inner peripheral side, and the low NOx effect is enhanced.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明の低NOxガスタービン燃焼
器2段燃焼への移行時及び2段目燃料流量が小さい時に
は燃料に濃淡をつけて燃焼器内へ供給することができる
ので、2段目燃焼の着火範囲及び良好燃焼する範囲が拡
大し、より軽負荷側にて2段目燃焼への移行が可能とな
るとともに、燃焼性能が向上し、特に燃料切換後の未燃
分が抑制される。更に、高負荷側で2段目燃料の切換え
を行い、均一混合気の燃焼とすることが出来、低NOxを
実現することができる。従って、本発明によれば、低負
荷時の燃焼の安定性と高負荷時の低NOxとの双方を達成
できる効果を奏する。
As described above, when the low NOx gas turbine combustor of the present invention is switched to the two-stage combustion and when the second stage fuel flow rate is small, the fuel can be supplied into the combustor with a different concentration, so that the two-stage combustion is possible. The ignition range and the good combustion range of the eye combustion are expanded, and it becomes possible to shift to the second stage combustion at the lighter load side, and the combustion performance is improved, especially the unburned content after fuel switching is suppressed. It Furthermore, by switching the second stage fuel on the high load side, it is possible to burn a homogeneous air-fuel mixture and achieve low NOx. Therefore, according to the present invention, it is possible to achieve both stability of combustion at low load and low NOx at high load.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の1実施施例の断面図、第2図は上記実
施例における2段目燃料ノズル付近の拡大詳細断面図、
第3図は第2図の(A)−(A′)断面図、第4図は前
記実施例における燃料流量比を示す図表、第5図及び第
6図はそれぞれ前記と異なる実施例を示し、2段目燃料
ノズル付近の断面図である。 2……燃焼器、5……主室ライナ、6……副室ライナ、
9……2段目燃焼空気流路、12……1段目燃料ノズル、
14……2段目燃料ノズル、17……2段目第1噴孔、20…
…2段目第2噴孔、25……燃焼器外筒、28……第1燃料
パイプ、29……第2燃料パイプ、34……燃料分配器。
FIG. 1 is a sectional view of one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged detailed sectional view of the vicinity of the second stage fuel nozzle in the above embodiment,
FIG. 3 is a sectional view taken along line (A)-(A ′) of FIG. 2, FIG. 4 is a table showing the fuel flow rate ratio in the above embodiment, and FIGS. 5 and 6 are respectively different embodiments. FIG. 3 is a cross-sectional view of the vicinity of a second stage fuel nozzle. 2 ... Combustor, 5 ... Main chamber liner, 6 ... Sub chamber liner,
9: 2nd stage combustion air flow path, 12: 1st stage fuel nozzle,
14 …… Second stage fuel nozzle, 17 …… Second stage first injection hole, 20…
… Second stage second injection hole, 25 …… Combustor outer cylinder, 28 …… First fuel pipe, 29 …… Second fuel pipe, 34 …… Fuel distributor.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内山 好弘 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 飯塚 信之 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 和田 克夫 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yoshihiro Uchiyama 502 Jinritsu-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Machinery Research Institute, Hiritsu Manufacturing Co., Ltd. (72) Inventor Nobuyuki Iizuka 3-1-1, Saicho-cho, Hitachi, Ibaraki Stock Hitachi, Ltd., Hitachi Plant (72) Inventor, Katsuo Wada 3-1-1, Saiwaicho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd., Hitachi Plant

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】燃焼器外筒と、該燃焼器外筒の内部に設置
されかつ燃焼空気孔を設けた副室ライナ及び該副室ライ
ナの上流端近傍に1段目燃料を供給する1段目燃料ノズ
ルより形成される1段燃焼部と、該副室ライナの下流側
に接続されかつ希釈空気孔を設けた主室ライナにより形
成される2段燃焼部と、副室ライナの下流側の外周壁に
沿って区画されると共に、主室ライナの2段燃焼部内の
上流側に軸方向に連通され、かつ圧縮空気を主室ライナ
に供給する2段燃焼空気流路と、該2段燃焼空気流路内
に複数個設けられた2段目燃料ノズルと、1段目燃料ノ
ズル及び2段目燃料ノズルを制御する燃料分配器とを有
し、1段目を拡散燃焼すると共に、2段目を予混合燃焼
としたガスタービン燃焼器において、前記2段目燃料ノ
ズルの各々を、噴孔が2段燃焼空気流路内の下流部に配
置された第1燃料パイプと噴孔が2段燃焼空気流路内の
上流部に配置された第2燃料パイプとで構成し、燃料分
配器は、ガスタービンの着火から部分負荷までの状態で
は1段目燃料ノズルにより1段燃焼部に燃料をガスター
ビンの出力に応じ供給し、ガスタービンの出力が中間負
荷帯に達した時点で、1段目燃料ノズルによる燃料の供
給をステップ状に減じる一方、前記第1燃料パイプによ
り2段目燃料を2段燃料空気流路内の下流側に供給し、
その第1燃料パイプによる燃料供給をガスタービンの中
間負荷帯に応じ1段目燃料ノズルによる燃料供給と共に
漸増させ、さらに、ガスタービン出力が中間負荷帯から
高負荷帯に達した時点で、第1燃料パイプによる燃料供
給を減じる一方、前記第2燃料パイプにより2段目燃料
を2段燃料空気流路内の上流側に供給し、その第2燃料
パイプによる燃料供給をガスタービンの高負荷帯に応じ
1段目燃料ノズルによる燃料供給と共に漸増させるよう
に切換制御することを特徴とする低NOxガスタービン燃
焼器。
1. A combustor outer cylinder, a sub-chamber liner provided inside the combustor outer cylinder and provided with combustion air holes, and a first-stage fuel for supplying a first-stage fuel near the upstream end of the sub-chamber liner. The first-stage combustion section formed by the eye fuel nozzle, the second-stage combustion section formed by the main chamber liner connected to the downstream side of the sub-chamber liner and provided with dilution air holes, and the downstream side of the sub-chamber liner. A two-stage combustion air flow path that is partitioned along the outer peripheral wall, axially communicates with the upstream side in the two-stage combustion section of the main chamber liner, and that supplies compressed air to the main chamber liner, and the two-stage combustion A plurality of second-stage fuel nozzles provided in the air flow path, a first-stage fuel nozzle, and a fuel distributor for controlling the second-stage fuel nozzle are provided, and the first-stage is subjected to diffusion combustion and second-stage. In a gas turbine combustor with premixed combustion in the eyes, each of the second-stage fuel nozzles is Is composed of a first fuel pipe arranged downstream in the two-stage combustion air flow passage and a second fuel pipe arranged in the injection hole upstream in the two-stage combustion air flow passage, and the fuel distributor is In the state from ignition to partial load of the gas turbine, fuel is supplied to the first-stage combustion section by the first-stage fuel nozzle according to the output of the gas turbine, and when the output of the gas turbine reaches the intermediate load zone, the first-stage The fuel supply from the second fuel nozzle is reduced stepwise, while the second fuel is supplied to the downstream side in the second fuel air passage by the first fuel pipe,
The fuel supply by the first fuel pipe is gradually increased together with the fuel supply by the first-stage fuel nozzle according to the intermediate load zone of the gas turbine, and further, when the gas turbine output reaches the high load zone from the intermediate load zone, While reducing the fuel supply by the fuel pipe, the second fuel pipe supplies the second-stage fuel to the upstream side in the second-stage fuel air flow path, and the fuel supply by the second fuel pipe is set in the high load zone of the gas turbine. A low NOx gas turbine combustor characterized by performing switching control so as to gradually increase with fuel supply from the first stage fuel nozzle.
【請求項2】前記2段目燃料ノズルの第1燃料パイプと
第2燃料パイプとは互いに同軸の二重管状構造であっ
て、第2燃料パイプの先端は第1燃料パイプに対して密
着するように絞られた形状をなすと共に、該先端部に噴
孔を有し、第1燃料パイプは第2燃料パイプの先端部よ
り突出すると共に、その先端部に噴孔を有し、かつこれ
ら第1,第2燃料パイプの夫々が独立的に区画された2系
統の燃料ヘッダに接続されていることを特徴とする特許
請求の範囲第1項に記載の低NOxガスタービン燃焼器。
2. The first fuel pipe and the second fuel pipe of the second stage fuel nozzle have a double tubular structure coaxial with each other, and the tip of the second fuel pipe is in close contact with the first fuel pipe. In addition, the first fuel pipe has a nozzle hole at its tip, and the first fuel pipe projects from the tip of the second fuel pipe and has a nozzle hole at its tip. The low NOx gas turbine combustor according to claim 1, wherein each of the first and second fuel pipes is connected to two independent fuel headers.
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