JPH0240418A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔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、窒素酸化
物（Ｎｏ、）の低減を支配する予混合燃焼の拡大、及び
、安定燃焼を実現させる低ＮＯｘ二段燃焼器に関する。

〔従来の技術〕

従来の低ＮＯｘ燃焼器（コンバインドプラント用低ＮＯ
ｘガスタービン燃焼器の開発第１４回ガスタービン学会
論文集（１９８７）　Ｐ　５１〜５６）は、燃焼室頭部
で拡散燃焼、後部で予混合燃焼を行う二段燃焼方式であ
る。

第二段目の予混合燃焼は、上流側の拡散火炎の加熱作用
により燃焼が継続する。この燃焼器の予混合噴口部は、
環状流路部を流れる空気中に燃料を噴射して可燃混合気
を作り、旋回羽根を介して燃焼室内へ導入する。従って
、保炎機構は旋回羽根の背側に形成される比較的弱い渦
流によって行う。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の予混合燃焼の保炎機構は、旋回羽根背側の内外周
方向に形成される渦流領域によって火炎を保持する機構
である。しかし、渦流強度は比較的小さいため、希薄側
の燃焼や高速流での負荷帯では、火炎が極端に流された
り（リフト現象）、高負荷時では火炎が脈動するように
発生するため振動燃焼の因子となる。また、火炎の安定
化を図る手段として、保炎板の役割をしている旋回羽根
の厚さを大きくすることによって、渦流領域の拡大によ
る保炎性能の向上が望めるが、旋回羽根の温度が高くな
り、熱変形、による火炎の不均一性等、燃焼器としての
信頼性が低下する。更に、旋回羽根の冷却構造は、複雑
化する要因があり、製作構造上制約される等の問題点が
あった。

本発明の目的は、低ＮＯｘ化に有利な希薄側及び高速条
件でも安定した予混合燃焼が可能なガスタービン燃焼器
を提供することにある。

〔課厘を解決するための手段〕

本発明では、予混合旋回器出口外周側に隣接する主室側
壁を予混合噴流に対応するように後流側に傾斜して縮少
させ、更に、後流側に連なる側壁を急拡大した縮少拡大
環状壁面を設けたリセス部を設置する。即ち、予混合噴
流を強制的に押し曲げ、下流側の循環流領域の拡大を図
る。

一般に、火炎の保持は、循環流領域内の低速流で、十分
な化学反応時間をとり、燃焼反応を促進し最も乱れが著
しい流動の基部に小火炎を形成して燃焼を継続させる。

従って、循環流領域を大きくすることは、保炎性能向上
に重要な因子となる。

特に、予混合気の主流の一部を流動する高温ガス側に曲
げ、その後流側に循環流を形成する手段は、予混合気の
加熱作用も期待できるため、安定した保炎が達成される
。また、主燃焼室の側壁に保炎機構を設置するので、冷
却空気の確保、構造の製作も容易となる。

〔作用〕

予混合噴流がリセス部を形成する縮少部に当ると縮少角
θに沿って流動し、最小縮少部から中央部方向の速度と
予混合噴流の主流速度の相対速度比によって流れに剥離
が生じ、下流側に循環流が発生する。ここで下流側に形
成される循環流領域の大きさは、流れの剥離点によって
左右されるが、縮少角θによる噴流の影響により、最小
縮少部から更に中央部に剥離点が移動するため、循環流
の領域は実際のリセス部の形状より、燃焼室中央側と下
流側に拡大して発生する。この循環流領域は低速流で乱
れ成分が多く、燃焼反応を促進に極めて効果的に作用す
るため、この領域を基点として燃焼を良好にすることが
できる。従って、予混合気が高速流の条件下では、循環
流領域の拡大を図ることが最も重要で、保炎性能向上の
大きな要因となる。

〔実施例〕

第１図に本発明の構造を具備する二段燃焼器全体の構成
図を示す。外筒１、内筒２、尾筒３で構成するガスター
ビン燃焼器において、内筒２の頭部に副燃焼室４、副燃
焼室４よりも直径が大きい主燃焼室５を設置し、副燃焼
室４の中央部には頭部より突出した内筒コーン６、その
環状中空部に燃料噴出孔をもつパイプ状の第一段目の燃
料ノズル７を突出させ円周状に配列する。更に、副燃焼
室４と主燃焼室５の拡大部に旋回器８を設置し、旋回器
８の内外壁を上流側に延長して環状空気流路９を形成さ
せ、その空気流路９内上流側に第二段目の予混合燃料ノ
ズル１０を多数配列する。また、旋回器８の出口近傍の
主室側壁１１を後流側に縮少部１２、急拡大部１３、環
状部１４の組合せで、リセス部１５を形成し、更に、二
重壁層にして空冷構造とする。

本燃焼器の作動時は、圧縮機からの空気１６を尾筒３の
後部より導き入れ、希釈空気孔１７、主燃焼室外壁の冷
却空気１８、予混合空気１９、副燃焼室壁面冷却空気２
０、燃焼用空気２１、内筒コーン冷却空気２２より燃焼
室内に流動させる。

燃料２３は第一段目燃料ノズル本体２４から複数個のパ
イプ状燃料ノズル７より副燃焼室４に導入し、燃焼用空
気２１と拡散混合しながら燃焼を行う。第一段目燃料２
３の作動範囲は、着火時からタービン負荷２５％相当で
、全燃料流量の５０％である。

第二段目燃料２５は、外筒フランジ２６に連なる燃料チ
ャンバ２７より予混合燃料ノズル１０を介して旋回器８
内に導入し、予混合空気１９と混合してから主燃焼室５
内に噴流させ、タービン負荷２５〜１００％の範囲で作
動させる。特に、タービン負荷２５％の燃料切換時は、
第一段目燃料２３を全燃料流量の５０％から２５％まで
ステップ状に減少させ、第二段目燃料２５を２５％ステ
ップ状に導入し、その後、第−段及び第二段燃料の割合
を、タービン負荷帯に見合った流量に分割導入して、定
格時は全燃料の４０７６０の割合で運転する。

第２図に本発明の第二段目予混合燃焼の保炎構造部の拡
大縦断面図である。

予混合旋回器８の出口外周側にシール部材２８と隣接す
る主室側壁１１を、予混合旋回噴流２９に対応するよう
に、後流側にθなる傾斜角で縮少部１２を設け、更に、
後流へ連なる側壁を急拡大部１３、及び、環状部１４を
形成してリセス部１５を構成する。また、縮少拡大環状
部の外壁に中空間隙３０を設けて、二重層となるように
外枠３１を設置し、中空層が形成される上流端は密閉、
下流端は開放構造にして、縮少部及び急拡大部近傍の外
枠３１に冷却空気孔３２を設ける。従って、予混合気旋
回噴流２９の一部が縮少部１２によってθなる角度で主
燃焼室５の中央部方向３３に押し曲げられる流動が形成
するために、急拡大部１３と環状部１４のリセス部１５
内に誘起する循環流３４の領域が見掛上より拡大する。

この循環流３４内は低速流となるため燃焼反応が促進さ
れ、主流火炎３５は急拡大部１３から縮少傾斜角θ方向
に形成される。特に、火炎基部となる最小縮少部は高温
壁となり易いため、中空層を介して設置する外枠３１に
設ける冷却空気孔３２は、最小縮少部近傍を中心にイン
ピンジ冷却方式とし、後部リセス部の冷却可能な構造と
なっているので効果的な冷却が達成できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、予混合旋回噴流火炎を高速流の下で安
定した燃焼が可能である。従って、予混合燃焼範囲の拡
大、希薄方向への燃焼形態が達成され、低Ｎ　ＯＸ化に
有利な燃焼器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のガスタービン燃焼器の縦断
面図、第２図は第１図の第二段目予混合旋回器部と保炎
構造の拡大縦断面図である。 １２・・・主室側壁縮少部、１３・・主室側壁急拡大部
、１４・・・主室側壁環状部、１５・・・リセス部、３
０・中空間隙、３１・・・外枠、３２・・・冷却空気孔
、θ・・縮少部傾斜角。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、副室の頭部よりも直径が大きい主室で燃焼器内筒を
   構成し、前記副室の頭部に第一段目の燃料ノズルを設け
   、前記副室から前記主室へ連なる拡大部に第二段目の燃
   料導入機構と、旋回器を介して予混合気を前記主室内に
   供給するガスタービン燃焼器において、 前記旋回器の出口外周側の前記主室側壁を前記旋回器の
   噴流に対応する位置まで傾斜状に突出し、更に、最小縮
   少部から後流側に急拡大部と環状部でリセス部を形成し
   、予混合噴流の一部を主燃焼室の中央部方向に噴出させ
   、前記リセス部に誘起する循環流領域を拡大することを
   特徴とするガスタービン燃焼器。 ２、特許請求の範囲第１項において、 第二段目予混合旋回器近傍の前記リセス部で、前記リセ
   ス部形状に沿つて間隙を設けて外枠を設置し、二室壁で
   形成される中空層の上流側は密閉、下流側は燃焼室内に
   開放にして、リセス部の最小縮少部に対応する外枠部を
   基準にして、複数段の配列で冷却室気孔を設け、前記燃
   焼器の内外の差圧により冷却空気をリセス部外壁に噴流
   させ、冷却空気の放出はリセス部の循環流を阻害しない
   下流側に放出するようにしたことを特徴とするガスター
   ビン燃焼器。