JP2965639B2 - Gas turbine combustor - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は空気と燃料を予混合して燃焼させるガスター
ビン燃焼器に係り、特に低NOx化を図ったガスタービン
燃焼器に関する。The present invention relates to a gas turbine combustor for premixing air and fuel for combustion, and more particularly to a gas turbine combustor for reducing NOx. About.
(従来の技術) 一般に、ガスタービン燃焼器におけるNOxの発生の主
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。このような要因で発生する
NOxを抑制する手段としては稀薄予混合燃焼方式があ
る。(Prior Art) In general, the main factor of NOx generation in a gas turbine combustor is that a combustion region where the equivalent ratio of fuel and air is close to 1 occurs in the combustion gas, and the combustion gas is locally generated in this combustion region. Is to raise the temperature. Caused by such factors
As a means for suppressing NOx, there is a lean premix combustion system.
上記稀薄予混合燃焼方式を適用した従来の燃焼器とし
ては、例えば特開昭61−110817号公報等に開示されたも
のがある。この燃焼器は第8図に示すように、頭部にス
ワラ101を備えたライナ102と、このライナ102の外周部
にあって二重円筒状に形成された予混合室103と、ライ
ナー102の胴部に穿孔された予混合室103とライナ102の
内部とを連通する複数個の通気ガイド104とから構成さ
れている。As a conventional combustor to which the above-mentioned lean premixed combustion system is applied, for example, there is one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-110817. As shown in FIG. 8, the combustor includes a liner 102 provided with a swirler 101 at the head, a premixing chamber 103 formed in a double cylindrical shape on the outer periphery of the liner 102, and a liner 102. It is composed of a plurality of ventilation guides 104 communicating between the premixing chamber 103 perforated in the body and the inside of the liner 102.
ライナ102の内部燃焼室105には第1段燃料106が供給
され、スワラ101を通って供給される空気107と拡散混合
しながら安定な拡散燃焼が行われる。The first-stage fuel 106 is supplied to the internal combustion chamber 105 of the liner 102, and stable diffusion combustion is performed while diffusing and mixing with the air 107 supplied through the swirler 101.
一方、予混合室103の入口開口部からは第2段燃料108
と空気107とが取入れられて稀薄予混合され、この予混
合ガス109が通気ガイド104を通って燃焼室105に供給さ
れて稀薄予混合燃焼を行うようになっている。この通気
ガイド104から噴出された予混合ガス109は、スワラ101
を通った空気によって形成される旋回流110の内側に流
入し、中央部逆流保炎域111を形成する。この中央部逆
流保炎域111において予混合ガス109の一部が保炎するこ
とにより予混合ガスの安定した燃焼を促進している。ま
た、旋回流110の外側には第9図に示されたように外周
部逆流保炎域112が形成される。このような方法によっ
て燃料の一部を稀薄予混合燃焼させて低NOx化を図って
いる。On the other hand, from the inlet opening of the premixing chamber 103, the second stage fuel 108
And the air 107 are taken in and premixed lean, and the premixed gas 109 is supplied to the combustion chamber 105 through the ventilation guide 104 to perform lean premixed combustion. The premixed gas 109 spouted from the ventilation guide 104
The air flows into the swirl flow 110 formed by the air passing therethrough, and forms a central backflow flame holding region 111. A part of the premixed gas 109 keeps flame in the central backflow flame holding region 111, thereby promoting stable combustion of the premixed gas. Outside the swirl flow 110, an outer peripheral backflow flame holding region 112 is formed as shown in FIG. By such a method, a part of the fuel is subjected to lean premix combustion to reduce NOx.
(発明が解決しようとする課題) ところが、一般に旋回流110はたえず変動しており、
この旋回流110の変動は中央部逆流保炎域111と外周部逆
流保炎域112との変動を引起こす。詳述すると、旋回流1
10が例えば第9図(a)から第9図(b)のように変動
すると、中央部逆流保炎域111は小さくなり、外周部逆
流保炎域112は逆に大きくなる。この中央部逆流保炎域1
11は、広くなればなる程、予混合ガス109の燃焼度合い
が高くなり中央部逆流保炎域内のガス温度が上昇し、一
層大きくなる。逆に、中央部逆流保炎域111は狭くなれ
ばなる程、中央部逆流保炎域内ガス温度が低下し一層小
さくなる。(Problems to be solved by the invention) However, in general, the swirling flow 110 constantly fluctuates,
The fluctuation of the swirling flow 110 causes a fluctuation between the center backflow flame holding area 111 and the outer circumference backflow flame holding area 112. In detail, swirl flow 1
When 10 changes, for example, from FIG. 9 (a) to FIG. 9 (b), the central backflow flame holding region 111 becomes smaller and the outer peripheral backflow flame holding region 112 becomes larger. This central part backflow flame holding area 1
As for 11, the larger the temperature becomes, the higher the degree of combustion of the premixed gas 109 becomes, the higher the gas temperature in the central backflow flame holding zone becomes, and the larger it becomes. Conversely, as the central backflow flame holding area 111 becomes narrower, the gas temperature in the central backflow flame holding area decreases and becomes smaller.
このように、従来の燃焼器では中央部逆流保炎域の変
動は正帰還帰に作用し保炎状態が大きく変化してしま
い、NOx発生を充分に抑制できないという問題があっ
た。更に中央部逆流保炎域の正帰還的変動は燃焼振動を
増大し、この燃焼振動の増大はガスタービン燃焼器の構
成部品に作用する変動応力及び各部品の摩耗量を増加
し、ガスタービン燃焼器の寿命を短くするといった問題
があった。As described above, in the conventional combustor, the fluctuation in the central backflow flame holding region affects the positive feedback and the flame holding state is greatly changed, so that there is a problem that the generation of NOx cannot be sufficiently suppressed. Further, positive feedback fluctuations in the central backflow flame holding region increase combustion oscillations, and the increase in combustion oscillations increases fluctuation stress acting on components of the gas turbine combustor and the amount of wear of each component. There was a problem that the life of the vessel was shortened.
そこで、本発明の目的は極めて簡単な構成によって旋
回流を安定化し、NOx及び燃焼振動の発生を充分に抑制
することができるガスタービン燃焼器を提供することに
ある。Therefore, an object of the present invention is to provide a gas turbine combustor that can stabilize a swirling flow with an extremely simple configuration and sufficiently suppress the generation of NOx and combustion oscillation.
(課題を解決するための手段) この目的を達成するために、本発明は、ライナ頭部に
環状に取り付けられ、空気を上記ライナ内の燃焼室に環
状旋回流として供給するスワラと、上記スワラに取り囲
まれるように上記ライナ頭部に取り付けられ、第1段燃
料を上記燃焼室に放出し上記環状旋回流に拡散混合し拡
散燃焼させる第1段燃料ノズルと、第2段燃料と空気と
を予混合して予混合ガスを作り、この予混合ガスを上記
ライナ胴部に形成された複数の噴出孔から上記燃焼室に
複数の予混合ガス流として噴出させる予混合ガス噴出手
段とを具備し、上記予混合ガス流の一部が上記環状旋回
流に取り囲まれる領域内に流入して中央部逆流保炎域を
形成するガスタービン燃焼器において、上記第1段燃料
ノズル先端付近から上記噴出孔の方に向って徐々に径が
大きくなるように延在するほぼ円錐台形状の環状旋回流
ガイドを具備し、上記環状旋回流ガイドは上記環状旋回
流をそれが該環状旋回流ガイドに沿って流出するように
案内し、上記環状旋回流ガイドの長さは上記中央部逆流
保延域が上記環状旋回流ガイドによって取り囲まれる領
域内に位置するように定められていることを特徴とする
ものである。(Means for Solving the Problems) In order to achieve this object, the present invention provides a swirler which is attached to a head of a liner in an annular shape and supplies air as a circular swirling flow to a combustion chamber in the liner; A first-stage fuel nozzle attached to the head of the liner so as to be surrounded by the first-stage fuel nozzle, which discharges the first-stage fuel into the combustion chamber, diffuses and mixes with the annular swirling flow, and performs diffusion combustion; Premixing gas to produce a premixed gas, and a premixed gas ejection means for ejecting the premixed gas from the plurality of ejection holes formed in the liner body to the combustion chamber as a plurality of premixed gas flows. A gas turbine combustor in which a part of the premixed gas flow flows into a region surrounded by the annular swirling flow to form a central backflow flame holding region; Towards An annular swirling flow guide having a generally frustoconical shape extending to gradually increase in diameter, the annular swirling flow guide guiding the annular swirling flow so that it flows out along the annular swirling flow guide; The length of the annular swirling flow guide is determined so that the central backflow extension region is located in a region surrounded by the annular swirling flow guide.
この構成にあっては、上記スワラは上記第1段燃焼ノ
ズルの側面に向って上記空気を流出させるラジアルスワ
ラであることが望ましい。In this configuration, it is preferable that the swirler is a radial swirler that allows the air to flow out toward the side surface of the first stage combustion nozzle.
また、上記環状旋回流ガイドの先端と上記ライナ胴部
との接続部は径が急拡大し、上記環状旋回流は上記接続
部において外周部逆流保炎域を形成することが好まし
い。Further, it is preferable that a diameter of a connecting portion between the tip of the annular swirling flow guide and the liner body is sharply increased, and that the annular swirling flow forms an outer periphery backflow flame holding region at the connecting portion.
上記スワラの上流側に付加ノズルを隣接配置し、この
付加ノズルから上記スワラに第1段燃料を放出すること
が望ましい。It is desirable that an additional nozzle is arranged adjacent to the upstream side of the swirler, and the first-stage fuel is discharged from the additional nozzle to the swirler.
また、上記第1段燃料を上記第1段燃焼ノズルと上記
付加ノズルとに供給するのに、共通の第1段燃料供給路
を使用してもよいし、夫々別個の互いに独立の第1段燃
料供給路を使用することもできる。Further, a common first-stage fuel supply passage may be used to supply the first-stage fuel to the first-stage combustion nozzle and the additional nozzle, or separate first-stage independent fuel stages may be used. A fuel supply path can also be used.
(作 用) スワラに流入した空気は、第1段燃料ノズルからの第
1段燃料と混合し環状旋回流となって環状旋回流ガイド
に案内され、この環状旋回流ガイドに沿って流れる。(Operation) The air that has flowed into the swirler mixes with the first-stage fuel from the first-stage fuel nozzle, forms an annular swirl, is guided by the annular swirl guide, and flows along the annular swirl guide.
予混合ガス噴出手段から燃焼室内に噴出された予混合
ガス流は一部が、環状旋回流に囲まれる領域に流入して
中央部逆流保炎域を形成する。A part of the premixed gas flow jetted from the premixed gas jetting means into the combustion chamber flows into a region surrounded by the annular swirling flow and forms a central backflow flame holding region.
環状旋回流は環状旋回流ガイドに案内されるため、そ
の広がり角度が常にほぼ一定に保たれ、かつまた環状旋
回流ガイドの長さは中央部逆流保炎域が環状旋回流ガイ
ドによって取り囲まれる領域内に位置するように定めら
れている。また、環状旋回流ガイドとライナ胴部が接続
する境界領域は、径が拡大する拡大径部になっており、
この領域で形成される外周部逆流保炎域では燃焼が安定
する。そして、中央部逆流保炎域は常にほぼ一定の大き
さに維持され、予混合ガスの保炎が安定して保られる。Since the annular swirling flow is guided by the annular swirling flow guide, its spreading angle is always kept substantially constant, and the length of the annular swirling flow guide is a region where the central backflow flame holding region is surrounded by the annular swirling flow guide. It is determined to be located within. In addition, the boundary region where the annular swirling flow guide and the liner body are connected is an enlarged diameter portion whose diameter increases,
Combustion is stable in the peripheral backflow flame holding region formed in this region. The center backflow flame holding region is always maintained at a substantially constant size, and the flame holding of the premixed gas is stably maintained.
予混合ガスの流れの変動等によって中央部逆流保炎域
の圧力が上昇し、環状旋回流を外方に広げる外力が作用
しても、環状旋回流の変位は環状旋回流ガイドによって
制限されるため、中央部逆流保炎域の大きさはほとんど
変化しない。逆に中央部逆流保炎域の圧力が低下し環状
旋回流を内方に引き込む力が作用しても、環状旋回流は
環状旋回流ガイドに付着して流れているため、簡単には
環状旋回流ガイドから剥離せず中央部逆流保炎域の大き
さをほぼ一定に保持する。Even if the pressure in the central backflow flame holding region rises due to fluctuations in the flow of the premixed gas, and the external force that expands the annular swirl flow acts, the displacement of the annular swirl flow is limited by the annular swirl guide. Therefore, the size of the central backflow flame holding area hardly changes. Conversely, even if the pressure in the central backflow flame holding area decreases and a force acts to draw the annular swirl flow inward, the annular swirl flow adheres to the annular swirl flow guide and is therefore easily swirled. The size of the central backflow flame holding area is kept substantially constant without being separated from the flow guide.
(実施例) 以下本発明によるガスタービン燃焼器の一実施例を第
1図乃至第7図を参照して説明する。Embodiment An embodiment of a gas turbine combustor according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
第1図乃至第3図に示されたガスタービン燃焼器は図
示を省略された圧縮機とガスタービンとの間に複数個設
置され、圧縮機吐出チャンバを囲む燃焼器ラッパ1内に
収容されている。A plurality of gas turbine combustors shown in FIGS. 1 to 3 are installed between a compressor (not shown) and a gas turbine, and housed in a combustor wrapper 1 surrounding a compressor discharge chamber. I have.
この燃焼器ラッパ1には燃焼器外筒2が接合され、こ
の燃焼器外筒2の上流端はヘッドプレート3によって閉
塞されている。燃焼器ラッパ1と燃焼器外筒2との内側
には、燃焼室4の外壁を形成するライナ5が設置され、
このライナ5の前方端、即ち上流端には冷却空気孔6aを
有するライナキャップ6が取り付けられ、ライナ5の後
方端にはトランジョンピース7が装着されている。燃焼
器外筒2とライナ5との間の間隙には、燃焼器外筒2に
支持されたフロースリーブ8が介在され、このフロース
リーブ8は圧縮機からの圧縮空気9をライナ5の前方
端、即ちライナ頭部に導く。フロースリーブ8にはライ
ナ支持具10が固着され、このライナ支持具10はライナ5
を支持している。A combustor outer cylinder 2 is joined to the combustor wrapper 1, and an upstream end of the combustor outer cylinder 2 is closed by a head plate 3. A liner 5 that forms an outer wall of the combustion chamber 4 is installed inside the combustor wrapper 1 and the combustor outer cylinder 2,
A liner cap 6 having a cooling air hole 6a is attached to a front end, that is, an upstream end of the liner 5, and a transition piece 7 is attached to a rear end of the liner 5. A flow sleeve 8 supported by the combustor outer cylinder 2 is interposed in a gap between the combustor outer cylinder 2 and the liner 5, and the flow sleeve 8 transfers compressed air 9 from the compressor to a front end of the liner 5. That is, to the liner head. A liner support 10 is fixed to the flow sleeve 8, and the liner support 10 is
I support.
ヘッドプレート3の中央部には第1段バーナ11が設置
され、この第1段バーナ11の中央部には第1段燃料系12
に連通した第1段燃料取入口13と第1段燃料ノズル14と
が設置され、この第1段燃料ノズル14の外周にはこのノ
ズル14を取り囲むようにラジアルスワラ15が設けられて
いる。このラジアルスワラ15はライナ5とフロースリー
ブ8との間を流通してきた圧縮空気9を旋回し、第1段
燃料ノズル14の側面に向けて放出する。ラジアルスワラ
15の通路壁には、下流側に向って徐々に径が大きくなる
円錐台形状の環状旋回流ガイド16が連接され、この環状
旋回流ガイド16は第1段燃料ノズル14の先端付近からラ
イナ5の上流端に向かって延在し、先端がライナキャッ
プ6の開口に嵌合されている。A first-stage burner 11 is installed at the center of the head plate 3, and a first-stage fuel system 12 is installed at the center of the first-stage burner 11.
A first-stage fuel inlet 13 and a first-stage fuel nozzle 14 are provided, and a radial swirler 15 is provided around the first-stage fuel nozzle 14 so as to surround the nozzle 14. The radial swirler 15 swirls the compressed air 9 flowing between the liner 5 and the flow sleeve 8 and discharges the compressed air 9 toward the side surface of the first-stage fuel nozzle 14. Radial swara
An annular swirling flow guide 16 having a truncated conical shape whose diameter gradually increases toward the downstream side is connected to the passage wall of the passage 15. , And the front end is fitted into the opening of the liner cap 6.
ヘッドプレート3の一方の側には、第2段燃料系17に
連通する第2段燃料取入口18が取り付けられ、他方の側
には8個の第2段燃料ノズル19が第1段燃料ノズル14を
中心にほぼ等角度間隔で取り付けられている。またヘッ
ドプレート3には環状の第2段燃料ヘッダ20が穿設さ
れ、この第2段燃料ヘッダ20は第2段燃料取入口18と第
2段燃料ノズル19とを連通している。On one side of the head plate 3, a second stage fuel inlet 18 communicating with a second stage fuel system 17 is mounted, and on the other side, eight second stage fuel nozzles 19 are provided. They are mounted at approximately equal angular intervals around 14. An annular second-stage fuel header 20 is formed in the head plate 3, and the second-stage fuel header 20 communicates the second-stage fuel inlet 18 with the second-stage fuel nozzle 19.
ライナ5とフロースリーブ8との間には、8個の予混
合ダクト21が設置され、各予混合ダクト21は第2段燃料
ノズル19に対向した入口と3個の分岐出口21aとを有す
る。予混合ダクト21の3個の分岐出口21aは、ライナ5
の孔に嵌合されたスリーブ22に挿入されている。予混合
ダクト21の上流側は支持具23によってライナ5に支持さ
れ、予混合ダクト21の下流側は支持板24と支持リング25
とによってライナ5に支持されている。この支持板24は
分岐出口に固着され、支持リング25は支持板24を介して
ライナ5に巻き付けられている。Eight premixing ducts 21 are provided between the liner 5 and the flow sleeve 8, and each premixing duct 21 has an inlet facing the second-stage fuel nozzle 19 and three branch outlets 21a. The three branch outlets 21a of the premix duct 21 are connected to the liner 5
Is inserted into the sleeve 22 fitted in the hole. The upstream side of the premixing duct 21 is supported by the liner 5 by a support 23, and the downstream side of the premixing duct 21 is a support plate 24 and a support ring 25.
And is supported by the liner 5. The support plate 24 is fixed to the branch outlet, and the support ring 25 is wound around the liner 5 via the support plate 24.
また、ランナキャップ6には内面遮熱板26が取り付け
られ、ライナ5には下流側に希解空気孔27が複数個穿孔
されている。The runner cap 6 is provided with an inner heat shield plate 26, and the liner 5 is provided with a plurality of diluted air holes 27 on the downstream side.
次にこの実施例の作用を説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
圧縮機からの圧縮空気9はライナ5とフロースリーブ
8との間隙を通ってラジアルスワラ15と予混合ダクト21
の入口とに流入する。また、圧縮空気9の一部は、ライ
ナ5の希解空気孔27と、第2図に示したライナキャップ
6の冷却空気孔6aと、ライナ6に穿孔された不図示の冷
却空気孔とを通ってライナ内部に流入する。Compressed air 9 from the compressor passes through a gap between the liner 5 and the flow sleeve 8 and passes through the radial swirler 15 and the premixing duct 21.
And into the entrance. In addition, a part of the compressed air 9 passes through the diluted air hole 27 of the liner 5, the cooling air hole 6a of the liner cap 6 shown in FIG. Through the liner.
ラジアルスワラ15を通過した空気は、そこで旋回され
ると共に、第1段燃料ノズル14の側面に衝突し、第1段
燃料ノズル孔14aからの第1段燃料の一部と混合し、環
状旋回流28として環状旋回流ガイド16に案内されそのガ
イド16の内面に沿って流れ、燃焼室4内に流入する。こ
の環状旋回流28は環状旋回流ガイド16に沿って一定の開
き角度でもって流出し、内部に中央部逆流保炎域29を形
成する。この中央部逆流保炎域29の一部29aは環状旋回
流ガイド16に囲まれる領域内に位置している。また、環
状旋回流28はライナキャップ6の背後、即ち環状旋回流
ガイド16の先端とライナ5の上流端との境界の拡大径部
に、外周部逆流保炎域30を形成する。The air passing through the radial swirler 15 is swirled there, collides with the side surface of the first-stage fuel nozzle 14, mixes with a part of the first-stage fuel from the first-stage fuel nozzle hole 14a, and forms an annular swirling flow. It is guided by the annular swirling flow guide 16 as 28, flows along the inner surface of the guide 16, and flows into the combustion chamber 4. The annular swirling flow 28 flows out at a constant opening angle along the annular swirling flow guide 16 to form a central backflow flame holding region 29 therein. A part 29a of the central backflow flame holding region 29 is located in a region surrounded by the annular swirling flow guide 16. The annular swirling flow 28 forms an outer peripheral backflow flame holding region 30 behind the liner cap 6, that is, at the enlarged diameter portion at the boundary between the tip of the annular swirling flow guide 16 and the upstream end of the liner 5.
第2段燃料ノズル19から予混合ダクト21に流入した第
2段燃料は、この予混合ダクト21内で圧縮空気9と混合
し、予混合ガス31として予混合ダクト出口21aから燃焼
室4内に流入する。この流入した予混合ガス31の一部が
中央部逆流保炎域29に流入する。The second-stage fuel that has flowed into the premixing duct 21 from the second-stage fuel nozzle 19 is mixed with the compressed air 9 in the premixing duct 21 and enters the combustion chamber 4 from the premixing duct outlet 21a as a premixing gas 31. Inflow. A part of the inflowing premixed gas 31 flows into the central backflow flame holding region 29.
第1段燃料ノズル孔14aからの第1段燃料の多くは拡
散燃焼し、この拡散燃焼した第1段燃料は,中央部逆流
保炎域29で燃焼した予混合ガス31と共に、残りの燃料
(主に予混合ガスの残部)にとって強い種火として保炎
する。Most of the first-stage fuel from the first-stage fuel nozzle hole 14a is diffused and combusted, and the diffused-combusted first-stage fuel is mixed with the premixed gas 31 burned in the central backflow flame holding zone 29 and the remaining fuel ( Flame is maintained as a strong pilot flame for the premixed gas mainly).
環状旋回流28は、ラジアルスワラ15に流入する圧縮空
気9がたとえ変動しても常に環状旋回流ガイド16の内面
に沿って流れるため、中央部逆流保炎域28の大きさを一
定に維持することができる。また、予混合ガス31の流れ
が変動し、中央部逆流保炎域29の圧力が上昇し、これに
よって環状旋回流28にそれを外方に広げる外力が作用し
ても、環状旋回流28の変位は環状旋回流ガイド16によっ
て制限されるため、中央部逆流保炎域29の大きさはほと
んど変化しない。逆に中央部逆流保炎域29の圧力が低下
し環状旋回流28にそれを内方に引き込む力が作用して
も、環状旋回流28は環状旋回流ガイド16に付着して流れ
ているため、環状旋回流ガイド16から簡単には剥離せず
中央部逆流保炎域29の大きさをほぼ一定に保持する。Since the annular swirling flow 28 always flows along the inner surface of the annular swirling flow guide 16 even if the compressed air 9 flowing into the radial swirler 15 fluctuates, the size of the central backflow flame holding region 28 is maintained constant. be able to. Also, even if the flow of the premixed gas 31 fluctuates and the pressure in the central backflow flame holding region 29 rises, even if an external force is applied to the annular swirl flow 28 to spread it outward, the annular swirl flow 28 Since the displacement is limited by the annular swirling flow guide 16, the size of the central backflow flame holding region 29 hardly changes. Conversely, even if the pressure in the central backflow flame holding region 29 decreases and a force is applied to draw inward the annular swirl 28, the annular swirl 28 adheres to the annular swirl guide 16 and flows. The size of the central backflow flame holding region 29 is maintained substantially constant without easily separating from the annular swirling flow guide 16.
なお、環状旋回流28の外周部に混合した第1段燃料は
外周部逆流保炎域30において安定して燃焼されるため、
燃焼効率を高める事ができる。Since the first-stage fuel mixed in the outer peripheral portion of the annular swirl flow 28 is stably burned in the outer peripheral backflow flame holding region 30,
Combustion efficiency can be increased.
第4図と第5図は本発明の第2の実施例を示し、この
第2実施例は上記第1実施例における第1段燃料ノズル
14からの第1段燃料の燃焼によって発生するNOxの量を
大幅に低減するものである。ラジアルスワラ15にはその
上流側に第1段燃料用の付加ノズル32が隣接配置されて
いる。第1段バーナ11には、第1段燃料取入口13と第1
段燃料ノズル14と付加ノズル32とに夫々連通した共通の
第1段燃料供給路33が穿設されている。FIGS. 4 and 5 show a second embodiment of the present invention. The second embodiment is a first stage fuel nozzle according to the first embodiment.
It significantly reduces the amount of NOx generated by the combustion of the first stage fuel from Step 14. An additional nozzle 32 for the first stage fuel is arranged adjacent to the radial swirler 15 on the upstream side thereof. The first-stage burner 11 has a first-stage fuel inlet 13 and a first-stage fuel inlet 13.
A common first-stage fuel supply passage 33 communicating with the stage fuel nozzle 14 and the additional nozzle 32 is provided.
第1段燃料取入口13からの第1段燃料はその一部が第
1段燃料ノズル14から流出しラジアルスワラ15からの空
気に拡散し燃焼し、その残りが第1段燃料供給路33で分
流され付加ノズル32の複数の孔32aからラジアルスワラ1
5の方に流出し、このラジアルスワラ15を通る圧縮空気
9に予混合し環状旋回流28になる。Part of the first-stage fuel from the first-stage fuel inlet 13 flows out of the first-stage fuel nozzle 14 and diffuses into the air from the radial swirler 15 and burns, and the rest of the first-stage fuel flows through the first-stage fuel supply passage 33. The radial swirler 1 is diverted from the plurality of holes 32a of the additional nozzle 32.
5 flows out, and is premixed with the compressed air 9 passing through the radial swirler 15 to form an annular swirling flow 28.
このように付加ノズル32の付設によって、第1段燃料
ノズル14から流出する第1段燃料の量を第1実施例より
も減少させることができる。これによって、第1段燃料
ノズル14からの第1段燃料の燃焼によって発生するNOx
の量を大幅に低減することができる。By providing the additional nozzle 32 in this manner, the amount of the first-stage fuel flowing out of the first-stage fuel nozzle 14 can be reduced as compared with the first embodiment. As a result, the NOx generated by the combustion of the first-stage fuel from the first-stage fuel nozzle 14
Can be greatly reduced.
第6図は上記第2実施例の変形例を示したもので、第
1段燃料取入口13とは別個の独立した付加ノズル用の第
1段燃料取入口34が第1段バーナ11に取り付けられてい
る。第1段バーナ11には付加ノズル用第1段燃料取入口
34と付加ノズル32とを連通する第1段燃料ヘッダ35が穿
設されている。FIG. 6 shows a modification of the second embodiment, in which a first-stage fuel intake 34 for an additional nozzle independent of the first-stage fuel intake 13 is attached to the first-stage burner 11. Have been. The first-stage burner 11 has a first-stage fuel inlet for an additional nozzle.
A first-stage fuel header 35 that communicates with the additional nozzle 32 is provided.
このように、第1段燃料ノズル14と付加ノズル32とに
は第1段燃料が夫々別個の第1段燃料取入口13と付加ノ
ズル用第1段燃料取入口34とから供給されるので、第1
段燃料ノズル14への第1段燃料供給量と付加ノズル32へ
の第1段燃料供給量とを独立に制御することができる。
従って、ガスタービンの負荷変化に応じて、第1段燃料
ノズル14への第1段燃料供給量と付加ノズル32への第1
段燃料供給量と予混合ダクト21への第2段燃料供給量と
を夫々適切に制御することによって、ガスタービンの全
負荷域にわたってNOxを充分に低減することができる。As described above, the first-stage fuel is supplied to the first-stage fuel nozzle 14 and the additional nozzle 32 from the separate first-stage fuel intake 13 and the additional-stage first-stage fuel intake 34, respectively. First
The first stage fuel supply amount to the stage fuel nozzle 14 and the first stage fuel supply amount to the additional nozzle 32 can be controlled independently.
Therefore, the first-stage fuel supply amount to the first-stage fuel nozzle 14 and the first-stage fuel supply amount to the additional nozzle 32 depend on the load change of the gas turbine.
By properly controlling the stage fuel supply amount and the second stage fuel supply amount to the premixing duct 21, NOx can be sufficiently reduced over the entire load region of the gas turbine.
第7図はガスタービンの負荷と第1段燃料ノズル14へ
の第1段燃料流量a、付加ノズル32への第1段燃料流量
b及び予混合ダクト21への第2段燃料流量cとの関係を
示したもので、中間負荷から第2段燃料を投入する場
合、特にこの切換点近傍において付加ノズル第1段燃料
流量bの第1段燃料ノズル第1段燃料流量aに対する比
率をその他の負荷時よりも低くすることによって、第2
段燃料投入時の燃焼を安定化することができる。また、
第2段燃料投入前と第2段燃料投入後のより高負荷域に
おいて付加ノズル第1段燃料流量bの比率を高くし、第
1段燃料ノズル第1段燃料流量aの比率を低くすること
によって各負荷においてNOxの量を最低にすることがで
きる。FIG. 7 shows the relationship between the load of the gas turbine and the first-stage fuel flow rate a to the first-stage fuel nozzle 14, the first-stage fuel flow rate b to the additional nozzle 32, and the second-stage fuel flow rate c to the premixing duct 21. In the case where the second stage fuel is supplied from the intermediate load, the ratio of the additional nozzle first stage fuel flow rate b to the first nozzle fuel nozzle first stage fuel flow rate a, especially in the vicinity of the switching point, is shown in FIG. By making it lower than under load,
It is possible to stabilize the combustion at the time of charging the stage fuel. Also,
The ratio of the additional nozzle first-stage fuel flow rate b is increased and the ratio of the first-stage fuel nozzle first-stage fuel flow rate a is reduced in a higher load region before the second-stage fuel injection and after the second-stage fuel injection. Thus, the amount of NOx at each load can be minimized.
なお、本発明は上記実施例に限らず種々の変更が可能
である。例えば、スワラ15はその形状や第1段燃料ノズ
ル14に対する位置や空気の噴出方法などを適宜変更する
ことができる。It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, the shape, the position of the swirler 15 with respect to the first-stage fuel nozzle 14, the method of ejecting air, and the like can be appropriately changed.
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、第
1段燃焼ノズル先端付近からライナの予混合ガス噴出孔
の方に向って徐々に径が大きくなるように延在するほぼ
円錐台形状の環状旋回流ガイドを設け、この環状旋回流
ガイドによって上記環状旋回流をそれが環状旋回流ガイ
ドに沿って流出するように案内し、かつ環状旋回流ガイ
ドの長さを、中央部逆流保炎域が環状旋回流ガイドによ
って取り囲まれる領域内に位置するように定め、前記環
状旋回流ガイドの先端とライナの上流端との境界の拡大
径部に外周部逆流保炎域を形成するようにしたので、の
で、環状旋回流の流れ位置が常にほぼ一定となり、中央
部逆流保炎域を一定に維持することができる。従って、
NOxの発生を充分に抑制し、燃焼振動を抑えガスタービ
ン燃焼器を長寿命化することができる。As is apparent from the above description, according to the present invention, a substantially frusto-conical shape extending so as to gradually increase in diameter from near the tip of the first stage combustion nozzle toward the premixed gas ejection hole of the liner is provided. An annular swirling flow guide, which guides the annular swirling flow so as to flow out along the annular swirling flow guide, and adjusts the length of the annular swirling flow guide to a central part backflow flame holding. The region is defined so as to be located within a region surrounded by the annular swirling flow guide, and an outer peripheral backflow flame holding region is formed at an enlarged diameter portion at a boundary between a tip of the annular swirling flow guide and an upstream end of the liner. Therefore, the flow position of the annular swirl flow is always substantially constant, and the center backflow flame holding region can be maintained constant. Therefore,
It is possible to sufficiently suppress the generation of NOx, suppress the combustion oscillation, and extend the life of the gas turbine combustor.
第1図は本発明によるガスタービン燃焼器の第1実施例
を示した縦断面図、第2図は第1図の要部を拡大して示
した縦断面図、第3図は第2図のIII−III線矢視の断面
図、第4図は本発明によるガスタービン燃焼器の第2実
施例の要部を示した縦断面図、第5図は第4図のV−V
線矢視の断面図、第6図は第2実施例の変形例を示した
縦断面図、第7図はガスタービンの負荷と燃料流量との
関係を示したグラフ図、第8図は従来のガスタービン燃
焼器を示した縦断面図、第9図(a)及び(b)は第8
図のガスタービン燃焼器における旋回流と予混合ガスの
流れを示した説明図である。 4……燃焼室、5……ライナ、9……圧縮空気、12……
第1段燃料系、14……第1段燃料ノズル、15……スワ
ラ、16……環状旋回流ガイド、17……第2段燃料系、21
……予混合ダクト、28……環状旋回流、29……中央部逆
流保炎域、31……予混合ガスFIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of a gas turbine combustor according to the present invention, FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view showing a main part of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a main part of a second embodiment of the gas turbine combustor according to the present invention, and FIG. 5 is a sectional view taken along line VV of FIG.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a modification of the second embodiment, FIG. 7 is a graph showing the relationship between the load of the gas turbine and the fuel flow rate, and FIG. 9 (a) and 9 (b) are longitudinal sectional views showing the gas turbine combustor of FIG.
It is explanatory drawing which showed the swirling flow and the flow of the premixed gas in the gas turbine combustor of the figure. 4 ... combustion chamber, 5 ... liner, 9 ... compressed air, 12 ...
1st stage fuel system, 14 ... 1st stage fuel nozzle, 15 ... swirler, 16 ... annular swirl flow guide, 17 ... 2nd stage fuel system, 21
…… Premixing duct, 28… Circular swirling flow, 29 …… Central backflow flame holding zone, 31 …… Premixed gas
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F23R 3/02 F23R 3/04 F23R 3/16 F23R 3/20 F23R 3/28 F23R 3/30 F23R 3/34 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) F23R 3/02 F23R 3/04 F23R 3/16 F23R 3/20 F23R 3/28 F23R 3/30 F23R 3 / 34
Claims (1)
上記ライナ内の燃焼室に環状旋回流として供給するスワ
ラと、上記スワラに取り囲まれるように上記ライナ頭部
に取り付けられ、第1段燃料を上記燃焼室に放出し上記
環状旋回流に拡散混合して拡散燃焼させる第1段燃料ノ
ズルと、第2段燃料と空気とを予混合して予混合ガスを
作り、この予混合ガスを上記ライナ胴部に形成された複
数の噴出孔から上記燃焼室に複数の予混合ガス流として
噴出させる予混合ガス噴出手段とを具備し、上記予混合
ガス流の一部が上記環状旋回流に取り囲まれる領域内に
流入して中央部逆流保炎域を形成するガスタービン燃焼
器において、上記第1段燃料ノズル先端付近から上記噴
出孔の方に向って徐々に径が大きくなるように延在する
ほぼ円錐台形状の環状旋回流ガイドを具備し、上記環状
旋回流ガイドは上記環状旋回流をそれが該環状旋回流ガ
イドに沿って流出するように案内し、上記環状旋回流ガ
イドの長さは上記中央部逆流保炎域が上記環状旋回流ガ
イドによって取り囲まれる領域内に位置するように定め
られ、さらに前記環状旋回流ガイドの先端とライナの上
流端との境界の拡大径部に外周部逆流保炎域を形成する
ようにしたことを特徴とするガスタービン燃焼器。A swirler attached to the head of the liner for supplying air as an annular swirling flow to a combustion chamber in the liner; a first stage mounted on the head of the liner so as to be surrounded by the swirler; A first-stage fuel nozzle for discharging fuel into the combustion chamber and diffusively mixing and diffusing and burning the annular swirl flow, and a second-stage fuel and air are premixed to form a premixed gas. A premixed gas jetting means for jetting a plurality of premixed gas streams from the plurality of jet holes formed in the liner body into the combustion chamber, and a part of the premixed gas stream is converted into the annular swirling flow. In a gas turbine combustor which flows into an enclosed region to form a central backflow flame holding region, the gas turbine combustor extends from the vicinity of the first stage fuel nozzle tip so as to gradually increase in diameter toward the ejection hole. Almost frustoconical shape An annular swirl guide, wherein the annular swirl guide guides the annular swirl as it flows out along the annular swirl guide, and the length of the annular swirl guide is the central backflow. A flame region is defined so as to be located in a region surrounded by the annular swirling flow guide, and an outer peripheral backflow flame holding region is formed at an enlarged diameter portion at a boundary between a tip of the annular swirling flow guide and an upstream end of the liner. A gas turbine combustor characterized in that:
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