JPH0133736B2 - - Google Patents

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JPH0133736B2
JPH0133736B2 JP18477182A JP18477182A JPH0133736B2 JP H0133736 B2 JPH0133736 B2 JP H0133736B2 JP 18477182 A JP18477182 A JP 18477182A JP 18477182 A JP18477182 A JP 18477182A JP H0133736 B2 JPH0133736 B2 JP H0133736B2
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JP
Japan
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fuel
combustion
combustor
enclosure
hood structure
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JP18477182A
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JPS5899622A (ja
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Yuujin Kaaru Danieru
Mario Dekoruso Serafuiino
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.)
Westinghouse Electric Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
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Publication date
Application filed by Westinghouse Electric Corp filed Critical Westinghouse Electric Corp
Publication of JPS5899622A publication Critical patent/JPS5899622A/ja
Publication of JPH0133736B2 publication Critical patent/JPH0133736B2/ja
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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
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04—Air inlet arrangements
    • F23R3/06—Arrangement of apertures along the flame tube
    • F23R3/08—Arrangement of apertures along the flame tube between annular flame tube sections, e.g. flame tubes with telescopic sections
    • 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
    • F23R3/30—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply comprising fuel prevapourising devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34—Feeding into different combustion zones
    • F23R3/346—Feeding into different combustion zones for staged combustion
    • 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
    • F23R3/40—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the use of catalytic means

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion Of Fluid Fuel (AREA)
  • Spray-Type Burners (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、燃焼タービン及びそれに用いられて
いる燃焼器に関し、より詳細には、予混合―予気
化燃焼器の改良された燃料調整領域に関するもの
である。
従来技術による典型的な燃焼タービンは、3つ
の部分即ち圧縮機部と、燃焼器部と、タービン部
とを一般に備えている。圧縮機部中に吸引された
空気は圧縮されて温度及び密度が増大する。圧縮
機部からの圧縮された空気は、燃焼器部を通つて
流れ、その間に空気の温度が更に上昇する。燃焼
器部からの高温の圧縮ガスは、タービン部に流入
し、そこで膨張するガスのエネルギーがタービン
回転子の回転運動に変えられる。
典型的な燃焼器部は、燃焼タービンの円周の回
りに環状列に配列された複数の燃焼器を備えてい
る。従来の燃焼器技術によれば、圧縮機部から流
れる与圧されたガスは、タービン部に入る前に、
燃焼器中の火炎によつて加熱される。また燃料
は、火炎技術に従つてノズルにより燃焼器の上流
端に噴射される。火炎は、強力な空力的循環によ
つてノズルのすぐ下流側のところに維持される。
噴射される燃料の完全な混合が得られないため
に、高燃料濃度のポケツトが生じ、これらのポケ
ツト中にはそれに対応して高い燃焼反応温度(ラ
ンキンの温度、約4500゜R)が生ずる。反応温度
が高いため、燃焼反応から流出する高温ガスを冷
めたい空気(約1100゜R)により下流側において
希釈し、下流側に位置されたタービン構成要素に
損害が及ばないようにする必要がある。また既知
の火炎技術によれば、NOx及びCOを含有する望
ましくない化合物を高レベルで含む放出物が発生
する。
環境問題に関心が払われるようになつてから、
NOx及びCOの放出規準が一層厳しくなつた。こ
の厳しい環境規準により、燃焼器の改良技術が開
発された。1つの改良は、予混合―予気化燃焼器
である。この型式の燃焼器によれば、燃料は、燃
料調整領域に噴射され、そこで完全に混合され、
どこでも平均濃度の限界値内に含まれる均質な濃
度が実現される。更に或る量の燃料が燃料調整領
域において気化される。燃料の燃焼は燃焼領域の
下流側において生ずる。燃料調整領域において実
質的に一様な燃料濃度が達成されることにより、
ほぼ1093.3℃(2000〓)ないし1647.6℃(3000
〓)に制限される一様な反応温度になる。燃焼が
一様に完全に行なわれることにより、予混合―予
気化燃焼器が出すNOx及びCOのレベルは、同じ
量の燃料を使用する普通の燃焼器よりも低下す
る。
今まで、予混合―予気化燃焼器の燃料には、No.
5燃料油のような重油燃料ではなく、No.2燃料油
のような清浄な燃料油が一般に用いられていた。
清浄な燃料油の特徴は、灰分が少なく、窒素分が
少なく、沸点が低く、普通の温度で動作する燃料
調整領域において容易に気化することである。重
油はその使用に通常付随する問題のため、燃料と
しては一般に回避されている。
重油の特徴は、長い炭化水素鎖の自己点火時間
が短かいことにより、清浄な燃料油に比べて逆火
の問題が大きくなることである。逆火とは燃焼箇
所から逆に燃料調整領域に向かう火炎の伝播であ
る。燃料調整領域に火炎が存在することは、修正
しないでおくと、タービンを停止させて燃焼器を
修理又は交換することが必要になる程度に燃焼器
が損傷する。沸点が高いため、重油を完全に気化
することは多くの場合に非実用的である。更に燃
焼前に重油を完全に混合させると、燃料調整領域
の周囲の壁部に大量のコークスが付着する。燃焼
器の壁部にコークスが付着すると、流れの障害に
なり、ガスの流れパターンが不整になり、燃焼器
の特性が抑えられる。他方では、燃焼前に重油燃
料を混合させない場合には、燃料の濃度が均等で
なくなるため、反応温度が非常に高くなり、燃焼
器の構成要素特に触媒燃焼器の触媒要素が損傷を
受ける。
従つて従来技術による燃焼器は、重油燃料の使
用を成功させ得る予混合―予気化燃焼器に対する
必要を満たしていないものと考えられる。上述し
た問題のために従来は広く用いられなかつた重油
燃料は、代替エネルギー源として非常に有望であ
る。
本発明の目的は、従来技術の欠陥を解消するた
めの改良された燃焼タービン用燃焼器を提供する
ことにある。
この目的から、本発明によると、燃焼反応を閉
じ込めるための実質的に円筒状の囲いを有する燃
焼タービン装置の燃焼器において、該囲いは、該
囲い内に流入して該囲いの下流側開放端を経てタ
ービン入口の移行ダクトに排出される圧縮機排出
空気を流入させるための開口を、上流端の近くに
備えており、上記燃焼器は更に、上記囲い中のガ
ス流に燃料を噴射する燃料噴射装置と、上記囲い
のフード構造によつて画成される、該燃料噴射装
置の下流側にある燃料調整領域とを有し、上記フ
ード構造は、複数の同心状の円筒部分によつて構
成されていて、該円筒部分の各々が隣接する円筒
部分と部分的に重なり合つて同隣接する円筒部分
に取着されて入子式嵌合構造を形成しており、上
記燃料調整領域は、上記燃料噴射装置により噴射
される燃料を少なくとも部分的に圧縮機排出空気
と混合させると共に、上記燃料噴射装置により噴
射される燃料を気化させるための、混合―気化装
置を備えており、更に上記燃焼器は、上記燃料調
整領域を画成する上記フード構造の各円筒部分の
内面に燃料混合物が接触して上記フード構造にコ
ークスが付着することを阻止するため上記各円筒
部分の内面に沿つて軸方向にガス流を流すように
上記フード構造の各円筒部分の上流側の面に位置
する通孔の形態の接触阻止装置と、上記囲い中
の、上記燃料調整領域の下流側に配設された燃焼
領域とを有し、該燃焼領域は燃料の燃焼を開始さ
せ支持する燃焼支持装置を備え、それにより、上
記移行ダクトに流入するガスの温度が上昇するよ
うにしたものである。
本発明によれば、コークスの付着は、内面に沿
い空気の境界層を形成して燃料混合物が該内面に
衝突することを阻止するための接触阻止装置、即
ち空気境界層形成装置(通孔)を備えた上述のフ
ード構造を燃料調整領域に設けることにより防止
される。燃焼は火炎又は触媒により行なわれ、ど
ちらの混合にもフード構造により、普通は壁面の
コークス化により非実際的となるはずの重油の使
用が可能になる。
本発明は、その好ましい実施例を示す添付図面
を参照とした以下の説明により一層明らかとなる
であろう。
第1図には、燃焼タービンの燃焼器と燃焼器制
御装置の全体がブロツク線図により図示されてい
る。タービンないしは全体として円筒状の触媒燃
焼器10は、複数の同じ型式の燃焼器(図示しな
い)と結合して、矢印12により示すようにター
ビン(図示しない)の入口に高温の作動ガスを供
給する。燃焼器10は触媒要素又はユニツト14
を有し、この燃焼支持装置である触媒ユニツト1
4は、燃焼器10を通つて流れる燃料―空気混合
物の触媒燃焼(酸化)を支持する。
燃焼器10は燃料調整領域11を有し、この燃
料調整領域に2次燃料弁17からの燃料例えば燃
料油がノズル装置16により噴射され、触媒ユニ
ツト14に入る前に燃料と空気とがそこで混合さ
れる。典型的には、触媒反応に必要な燃料―空気
混合物の温度例えば426.7℃(800〓)は、燃焼器
胴部の外部の囲まれたスペースから燃焼器に供給
される圧縮機排出空気の温度例えば371.1℃(700
〓)よりも高い。典型的な場合には、空気供給温
度の不足分は、始動時及び軽負荷運転の時に最高
になる。
そのため1次燃焼領域18が、触媒燃焼器10
の内部において燃料調整領域11の上流側に設け
られている。ノズル装置20は、1次燃料弁22
から1次燃焼領域18に燃料を噴射するために設
けてあり、該1次燃焼領域では、燃焼器壁中の通
孔を通りタービンケーシング内のスペースから1
次燃焼領域18に入る1次空気により普通の火炎
燃焼が支持される。1次燃料弁22と2次燃料弁
17とはそれぞれ1次燃料制御部23と2次燃料
制御部24とにより制御され、燃料制御部23,
24は速度―負荷制御部25に連結されている。
そのため高温ガス流は、燃料調整領域11に供
給され、そこで燃料―空気混合物と混合され、触
媒ユニツト14の適切な作動を可能とするに足り
る高温に加熱された燃料混合物を供給する。この
構成において、触媒ユニツト14における燃焼の
ためにノズル装置16により噴射された燃料は、
2次燃料流である。この2次燃料流は、触媒ユニ
ツト14に入るのに必要なレベルまで混合物の温
度を高めるのに必要な予熱を与える1次燃焼生成
物及び圧縮機21からの2次空気19と混合され
る。
この実施例に従つて構成した燃焼器は、上述し
た触媒式構造のものに限定されない。燃料―空気
混合のために燃料調整領域に燃料を噴射する単一
のノズル装置からなる非触媒式燃焼器(図示しな
い)を使用してもよい。燃料―空気混合物の燃焼
は、燃料調整領域11の下流側の燃焼領域中の開
放区画又は保炎器において生じ、タービン入口に
供給される高温ガス流が形成される。以下の説明
は触媒燃焼器について行なわれるが、この説明
は、非触媒式燃焼器にも適用される。
第2図には、第1図の燃焼器10について説明
した原理を具体化した触媒燃焼器30が図示され
ている。触媒燃焼器30は固定子羽根31を通過
してタービン羽根(図示しない)を駆動する高温
燃焼生成物を発生させる。タービンの駆動に必要
な全高温ガス流を供給するために、複数の燃焼器
30がタービンケーシング32の内部の、回転子
軸線の回りに配設されている。
この実施例によれば、燃焼器30は、燃焼器バ
スケツト即ち囲い40と、触媒ユニツト36と、
移行ダクト38とを有し、高温ガスは移行ダクト
38により環状スペースを経てタービン羽根に向
けられる。燃焼器30は、囲い40の内側にある
燃料調整領域34を更に備えている。
第2図の燃焼器30の燃料調整領域34は第3
図に断面で図示されている。この燃料調整領域3
4は、燃料を燃料調整領域34に噴射するための
燃料噴射装置、即ち2次ノズル装置42と、混合
物が燃焼領域48に流入するまで燃料―空気混合
物を容れておくためのフード構造46とを備えて
いる。
2次ノズル装置42は、噴射面に沿つて、好ま
しくは複数のジエツト流として複数の側壁開口5
6を通つて、1次空気流と混合するように燃料を
噴射する。空気―燃料混合の見地から、2次空気
と燃料の噴流を適切に貫通させることが重要であ
る。この貫通が過大になると触媒ユニツト36の
中心は過大な燃料を受ける。貫通が少な過ぎる場
合には触媒の縁部の受ける燃料が過大になる。最
適混合のためには最大貫通は管状の燃焼器の直径
の約33%とする。適切な貫通により、燃料の迅速
な気化を実現するためのキーになる2次燃料の良
好な霧化が実現される。
フード構造46は複数の同心状の円筒部分を有
し、各々の円筒部分の一部は重なり合い、溶接な
どの適宜の手段により隣接する円筒部分に固着さ
れ、入子式嵌合構造を形成する。フード構造46
はノズル装置42から下流側の燃焼領域48ま
で、燃料調整領域34の実質的に全容積を包囲し
ている。フード構造46の各々の円筒部分の上流
側の面52の通孔は、各円筒部分の内面54に沿
つてガス流を向け、フード構造46の内面に重油
燃料が接触することを阻止する空気の保護境界層
を形成する。従つて、フード構造46は、重油燃
料を到来するガスと完全に混合させると共に、燃
料調整領域34及びフード構造46の内壁にコー
クスが付着することを阻止する阻止装置を備えて
いる。
フード構造46から排出される燃料―空気混合
物は、第3図に示すように触媒燃焼器のための触
媒ユニツト又は普通の火炎燃焼器(図示しない)
のための保炎器、即ち燃焼支持装置を有する燃焼
領域48に流入する。どちらの形式の燃焼領域も
当該技術において周知のものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はガスタービンを作動するように配設さ
れた、本発明の好ましい実施例による触媒燃焼器
の概略を示すブロツク線図、第2図は第1図に概
略的に示した触媒燃焼器の立面図、第3図は本発
明の好ましい実施例に従つて配設された第2図の
触媒燃焼器の断面図である。 10,30…触媒燃焼器、11,34…燃料調
整領域、16,42…ノズル装置(燃料噴射装
置)、21…圧縮機、14,36…触媒ユニツト
(燃焼支持装置)、38…移行ダクト、40…囲
い、46…フード構造、48…燃焼領域、52…
上流側の面、54…円筒部分の内面。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 燃焼反応を閉じ込めるための実質的に円筒状
    の囲いを有する燃焼タービン装置の燃焼器であつ
    て、該囲いは、該囲い内に流入して該囲いの下流
    側開放端を経てタービン入口の移行ダクトに排出
    される圧縮機排出空気を流入させるための開口
    を、上流端の近くに備えており、上記燃焼器は更
    に、上記囲い中のガス流に燃料を噴射する燃料噴
    射装置と、上記囲いのフード構造によつて画成さ
    れる、該燃料噴射装置の下流側にある燃料調整領
    域とを有し、上記フード構造は、複数の同心状の
    円筒部分によつて構成されていて、該円筒部分の
    各々が隣接する円筒部分と部分的に重なり合つて
    同隣接する円筒部分に取着されて入子式嵌合構造
    を形成しており、上記燃料調整領域は、上記燃料
    噴射装置により噴射される燃料を少なくとも部分
    的に圧縮機排出空気と混合させると共に、上記燃
    料噴射装置により噴射される燃料を気化させるた
    めの、混合―気化装置を備えており、更に上記燃
    焼器は、上記燃料調整領域を画成する上記フード
    構造の各円筒部分の内面に燃料混合物が接触して
    上記フード構造にコークスが付着することを阻止
    するため上記各円筒部分の内面に沿つて軸方向に
    ガス流を流すように上記フード構造の各円筒部分
    の上流側の面に位置する通孔の形態の接触阻止装
    置と、上記囲い中の、上記燃料調整領域の下流側
    に配設された燃焼領域とを有し、該燃焼領域は燃
    料の燃焼を開始させ支持する燃焼支持装置を備
    え、それにより、上記移行ダクトに流入するガス
    の温度が上昇するようにした燃焼タービン装置の
    燃焼器。
JP18477182A 1981-10-26 1982-10-22 燃焼タ−ビン装置の燃焼器 Granted JPS5899622A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US31462581A 1981-10-26 1981-10-26
US314625 1981-10-26
US381019 1982-05-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5899622A JPS5899622A (ja) 1983-06-14
JPH0133736B2 true JPH0133736B2 (ja) 1989-07-14

Family

ID=23220723

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP18477182A Granted JPS5899622A (ja) 1981-10-26 1982-10-22 燃焼タ−ビン装置の燃焼器

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPS5899622A (ja)
BE (1) BE894203A (ja)

Also Published As

Publication number Publication date
BE894203A (fr) 1983-02-25
JPS5899622A (ja) 1983-06-14

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