JPH0343534B2 - - Google Patents
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- JPH0343534B2 JPH0343534B2 JP59173296A JP17329684A JPH0343534B2 JP H0343534 B2 JPH0343534 B2 JP H0343534B2 JP 59173296 A JP59173296 A JP 59173296A JP 17329684 A JP17329684 A JP 17329684A JP H0343534 B2 JPH0343534 B2 JP H0343534B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stage
- combustion
- air
- fuel
- stage combustion
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- 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
- F23R3/26—Controlling the air flow
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion Of Fluid Fuel (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は２段燃焼形の低NOxガスタービン燃
焼器に係り、特に燃料切換前後に良好な燃焼性能
を与える燃焼用空気量の調整機構を備えたガスタ
ービン燃焼器に関する。
焼器に係り、特に燃料切換前後に良好な燃焼性能
を与える燃焼用空気量の調整機構を備えたガスタ
ービン燃焼器に関する。
ガスタービン燃焼器は起動から定格負荷にわた
つて作動範囲が非常に広いのが特徴の一つであり
特にガスタービンの負荷運転時は基本的にはほぼ
空気量一定の条件で燃料流量のみの加減により運
転される。このため軽負荷時には燃料流量を絞つ
て運転するので燃焼器内の燃料と空気の比率が小
さくなり、良好な燃焼状態が維持できなくなり未
燃分が増大し、また条件によつては振動燃焼を起
し燃焼器の寿命に悪影響を与える。一方、近年は
ガスタービンから排出されるNOxが環境保全上
問題となつて来ており、ガスタービン燃焼器内で
発生するNOxを抑制することが大きな技術課題
となつている。このNOxは燃料中に空気分を含
まない所謂クリーン燃料の場合には、燃焼空気中
の窒素が高温燃焼火炎中で酸化されて生成するも
のである。従つてNOx抑制には低温燃焼化が最
も効果が大きく、これを達成するためには燃焼器
内の燃焼領域に過剰の空気を導入して燃料希薄の
条件で燃焼させる低NOx燃焼器の開発が必要で
ある。ところで前述した如く軽負荷運転時は燃料
が希薄となり燃焼条件が厳しくなるので、低
NOx化のための希薄燃焼度は軽負荷時の過剰希
薄による末燃分の増大や燃焼特性の劣化により制
限される。高負荷時NOx低減と軽負荷時の未燃
分を抑制するための公知の技術としては、燃焼用
の一次空気量と二次空気量及び希釈空気量をガス
タービンの負荷に応じて調節し、全作動域にわた
つてそれぞれの燃空比を良好な比率で燃焼させる
方法がある。例えば特公昭53−43号公報には、一
次燃焼帯と二次燃焼帯の間の空気通路にバツフル
装置を設け、軽負荷運転時は燃焼用一次空気を減
じるとともに二次空気を増加させることにより一
次燃焼帯が過剰希薄となることを回避し、また、
高負荷運転時には、それぞれの空気が抵抗なく流
入する如くバツフル板の位置を調節し、NOxの
発生を抑制する燃焼器が開示されている。しかし
ながら、ガスタービンの軽負荷時を担当する第１
段燃焼部と高負荷時を担当する第２段燃焼部によ
り構成された二段燃焼形燃焼器においては、軽負
荷運転時と高負荷運転時の問題の外に、一段燃焼
から二段燃焼への移行時の燃焼性能及び排出物特
性の問題が存在し、公知の空気制御では燃焼切換
とその前後の燃焼性能を良好に作動させることは
困難である。
つて作動範囲が非常に広いのが特徴の一つであり
特にガスタービンの負荷運転時は基本的にはほぼ
空気量一定の条件で燃料流量のみの加減により運
転される。このため軽負荷時には燃料流量を絞つ
て運転するので燃焼器内の燃料と空気の比率が小
さくなり、良好な燃焼状態が維持できなくなり未
燃分が増大し、また条件によつては振動燃焼を起
し燃焼器の寿命に悪影響を与える。一方、近年は
ガスタービンから排出されるNOxが環境保全上
問題となつて来ており、ガスタービン燃焼器内で
発生するNOxを抑制することが大きな技術課題
となつている。このNOxは燃料中に空気分を含
まない所謂クリーン燃料の場合には、燃焼空気中
の窒素が高温燃焼火炎中で酸化されて生成するも
のである。従つてNOx抑制には低温燃焼化が最
も効果が大きく、これを達成するためには燃焼器
内の燃焼領域に過剰の空気を導入して燃料希薄の
条件で燃焼させる低NOx燃焼器の開発が必要で
ある。ところで前述した如く軽負荷運転時は燃料
が希薄となり燃焼条件が厳しくなるので、低
NOx化のための希薄燃焼度は軽負荷時の過剰希
薄による末燃分の増大や燃焼特性の劣化により制
限される。高負荷時NOx低減と軽負荷時の未燃
分を抑制するための公知の技術としては、燃焼用
の一次空気量と二次空気量及び希釈空気量をガス
タービンの負荷に応じて調節し、全作動域にわた
つてそれぞれの燃空比を良好な比率で燃焼させる
方法がある。例えば特公昭53−43号公報には、一
次燃焼帯と二次燃焼帯の間の空気通路にバツフル
装置を設け、軽負荷運転時は燃焼用一次空気を減
じるとともに二次空気を増加させることにより一
次燃焼帯が過剰希薄となることを回避し、また、
高負荷運転時には、それぞれの空気が抵抗なく流
入する如くバツフル板の位置を調節し、NOxの
発生を抑制する燃焼器が開示されている。しかし
ながら、ガスタービンの軽負荷時を担当する第１
段燃焼部と高負荷時を担当する第２段燃焼部によ
り構成された二段燃焼形燃焼器においては、軽負
荷運転時と高負荷運転時の問題の外に、一段燃焼
から二段燃焼への移行時の燃焼性能及び排出物特
性の問題が存在し、公知の空気制御では燃焼切換
とその前後の燃焼性能を良好に作動させることは
困難である。
本発明の目的は、ガスタービンの起動着火から
燃焼切換点を含む全作動域で良好な燃焼性能と有
害物質の低排出化を可能とするための空気量調節
構を持つガスタービン燃焼器の提供にある。
燃焼切換点を含む全作動域で良好な燃焼性能と有
害物質の低排出化を可能とするための空気量調節
構を持つガスタービン燃焼器の提供にある。
すなわち本発明は、第一段燃焼用の空気供給口
と第二段燃焼用の空気供給口とに、それぞれ空気
流路の面積を可変とするガイドリングを設け、 このガイドリングに、 第一段燃焼室の燃焼時には、第一段燃焼空気流
路の面積を増し、第二段燃焼空気流路の面積を減
じ、 第一段燃焼から第二段燃焼への切り換え時に
は、第一段燃焼空気流路と第二段燃焼空気流路の
論積を同時に減じ、 高負荷運転時には、ガスタービンの出力増加の
対応する燃料流量の増加とともに第一段燃焼空気
流路の面積と第二段燃焼空気流路の面積を拡大す
るように ガイドリングを制御する制御器を設けるように
なし所期の目的を達成するようにしたものであ
る。
と第二段燃焼用の空気供給口とに、それぞれ空気
流路の面積を可変とするガイドリングを設け、 このガイドリングに、 第一段燃焼室の燃焼時には、第一段燃焼空気流
路の面積を増し、第二段燃焼空気流路の面積を減
じ、 第一段燃焼から第二段燃焼への切り換え時に
は、第一段燃焼空気流路と第二段燃焼空気流路の
論積を同時に減じ、 高負荷運転時には、ガスタービンの出力増加の
対応する燃料流量の増加とともに第一段燃焼空気
流路の面積と第二段燃焼空気流路の面積を拡大す
るように ガイドリングを制御する制御器を設けるように
なし所期の目的を達成するようにしたものであ
る。
以下、本発明の一実施例を第１図により説明す
る。ガスタービンは圧縮機５０、燃焼器５１及び
タービン５２より構成され、タービンで得た動力
で負荷５３を駆動する定置形ガスタービンへ適用
した例である。燃焼器５１は上流側に第１段燃焼
室Ａ、下流側に第２段燃焼室Ｂを設え、第１段燃
焼室は複数の燃焼空気口２を周壁に有する第１段
燃焼筒１とそれにほぼ同軸上に内筒コーン５を挿
入することにより形成される環状の空間とし、複
数本の第１段燃料ノズル６は第１段燃焼筒１の上
流端部に相当する環状部に設けられたエンドカバ
ー３にあけられた円孔２３を通して環状燃焼室内
に突出させて取付けられている。第１段燃料ノズ
ル６はエンドプレート２１に固着されたブラケツ
ト４に一体化され、ブラケツト４に１次燃料１０
８が供給されるようになつている。第２段燃焼室
Ｂには第１段燃焼筒１の下流端部の外周側に内周
リング９と外周リング８及び旋回羽根７からなる
第２段燃焼空気流路を開口させ、第２段燃料ノズ
ル１５を前記内周リング９の壁を貫通させて空気
流路内に複数本取付け、外周リング８の外側に設
けられた第２段燃焼筒１２に囲まれた空間として
形成されている。第２段燃料ノズル１５はＬ字形
に曲つた燃料配管１４の先端に固着され、配管１
４はエンドプレート２１に固着され、２段目燃料
１１０がここに供給される。前記外周リング８と
内周リング９は第２段燃料空気流が平滑に流れる
よう適当な円弧形状で助走区間を取り、終端部は
第１段目燃焼筒１壁と燃焼器外筒２０の空気通路
部に流路を他の空気流路とは区画されて半径方向
に開口している。また、内周リング９の終端開口
部は同一直径で上流側へ延長して延びる流路制約
のスリーブ１０が取付けられており、これには第
１段燃焼空気が流入するための１次空気窓１１が
あけられている。更に、スリーブ１０の外周側に
は燃焼器外筒２０を貫通して取付けられたリンク
機構とレバー１８，１９によつて移動可能なスラ
イドリング１６が取付けられている。スライドリ
ング１６には適当な位置に２次空気窓１７が切つ
てあり、この窓と第２段空気流路の開口部が重複
する有効開口面積から第２段燃焼空気が流入す
る。一方、第１段燃焼空気はスリーブ１０に設け
られた１次空気窓１１とスライドリングの上流端
部で囲まれた有効開口面積で制御され、燃料空気
孔２からの空気１０５と、内筒コーン内から外側
に流れる空気１０７となつて第１段燃焼室Ａに流
入する。かかる構造により、スライドリング１６
を一般に良く用いられているリンク機構によつて
燃焼器の軸方向に移動させることによりそれぞれ
第１段、第２段の有効開口面積を可変とすること
ができる。次に燃焼器の作動を空気及び燃料の流
れを説明しながら述べる。大気１００は圧縮機５
０によつて約12気圧に昇圧され圧縮空気１０１と
して第１段燃焼筒１、第２段燃焼筒１２と燃焼器
外筒２０で囲まれた環状部を燃焼器頭部に向つて
流れながら希釈空気口１３から希釈空気流１０２
として、２次空気の有効開口部から流量を調節さ
れた２次空気流１０３として、更に、１次空気の
有効開口部から流量を調節された１次空気流１０
４として流入する。この１次空気流１０４は第１
次燃焼筒１壁に設けられた燃焼空気孔２とエンド
カバー３に設けられた１次燃料ノズルの挿入用円
孔２３及び円筒コーン５へそれぞれ分配されて、
円環状の第１次燃焼室Ａ内へ流入する。第１段燃
料は第１次燃焼室内へエンドカバー３に設けられ
た円孔２３を通して突出して取付けられた複数本
の第１段燃料ノズル６の先端部から第１次燃料噴
流１０９として噴出させて供給される。第２次燃
料は外周リング７と内周リング８により形成され
た２空気流路内に複数筒の第２次燃料ノズル１５
から分散して供給され、燃料と空気の予混合気流
１１１として第２次燃焼室内へ供給される。ガス
タービンの起動着火は第１段燃料のみ供給して、
第１段燃料ノズル６の下流に設けられた一般に用
いられる電気火炎点火式の着火装置（第１図には
示さず）にて着火される。第１段燃焼火炎はそれ
ぞれの燃料ノズル６の突出し部のエンドカバー３
近傍に形成される再循環流れによつて安定化さ
れ、燃料が空気流中へ分散供給されて燃焼するの
で希薄燃焼させることにより従来の単一燃料ノズ
ルよりも効果的に低NOx燃焼する。ガスタービ
ンの起動と軽負荷時は第１段燃料のみの増減によ
り運転され、あるいは負荷帯以上において第２段
燃料の投入により２段燃焼に移行させて運転され
る。この場合、第２段燃焼は第１段燃焼の高温ガ
スによつて自己着火されるので、着火装置は不要
となる。しかし、第２段燃焼は効果的な低NOx
燃焼を行なわせる目的で予混合気の供給によつて
燃焼させるものであり、安定な着火と未燃分の発
生のすくない良好な燃焼性能を得るためにはすく
なくとも燃料と温度によつて定まる可燃混合比範
囲内の燃料と空気流量比で供給されねばならな
い。このため、ガスタービンの負荷が出来るだけ
小さい時点で２段燃焼化に移行させてガスタービ
ンの全体動域にわたつて低NOx化を達成するた
めには、第２段燃焼空気と第１段燃焼空気を減じ
るとともに、第１段燃料を第１段目と第２段目に
適量切換えることによつてそれぞれの燃焼域の燃
料と空気の比率を適正値内に納めることで可能と
なる。説明を理解しやすくするために第２図と第
３図にメタンを燃料とした場合の第１段燃焼、第
２段燃焼のNOx、CO特性を示す。第１段燃焼に
ついては、NOxと未燃分の少ない適正な第１段
燃料（F1）と第１段燃焼空気（A1）の比は0.008
から0.025となる。また、第２段燃焼は同じく第
２段燃焼（F2）と第２段燃焼空気（A2）との比
は0.03から0.045であり、特にこの場合の下限値
は第２段燃焼を着火させるための限界値である。
かかる特性を有する第１段燃焼と第２段燃焼とを
ともに良好な燃焼を維持させながらガスタービン
の全作動域を運転可能とする制御方法の実施例を
第４図に示す。第４図は横座標にガスタービン出
力（％）をとり、縦座標にそれぞれ燃料流量、空
気流量及び空気流量調節用スライドリング開度の
調節の仕方を示すものである。即ち、着火から軽
負荷時は第１段燃料のみで運転され、この時はス
ライドリングの開度は全開に保たれ、それぞれの
空気は流量が制約されることなく、燃焼筒にあけ
られた空気孔の面積と流入抵抗によつて定まる量
が供給される。このときの第１段空気は約52％、
第２段空気は約28％である。ガスタービン出力25
％が燃焼切換点になつており、この点で１段燃焼
から２段燃焼に移行される。この場合、スライド
リング１６はリンク機構１８，１９によつて燃焼
器の上流側に可動させることによりそれぞれ第１
段空気及び第２段空気の流入窓が絞り込まれ、流
入空気量が減じられる。これとともに第１段燃料
を減じながら第２段燃料が全体流量を一定に保ち
ながら供給され、燃料流量比が50％−50％におい
て燃料の切換は完了し、２段燃料に移行する。こ
の時の空気流量は第１段空気は約40％、第２段空
気は13％まで絞り込まれ、それぞれの燃焼域の燃
料と空気の流量比を適正値に納めることが出来
る。２段燃焼に移行後はガスタービンの出力とと
もにそれぞれの燃料流量を増加させ、これに伴な
つてスライドリング開度をあけることにより、空
気量も増加させNOxの発生を抑えるべく所定の
燃空比を保つて運転される。第４図では燃料切換
を燃料流量比50％−50％で行なつているが、空気
配分との関係において他の流量比に設定すること
は勿論可能である。また、燃料切換の瞬間におい
ては通常一般のガスタービン燃焼器の着火動作時
に行なわれる如く、第２段燃料のある量を過剰投
入することにより、よりすみやかな着火が可能と
なる。また第１図の実施例では、空気流量はスラ
イドリングにより第１段空気と第２段空気が連動
して調節されるが、これを別々に可動する調節装
置によつて行なうことも可能であり、また、流路
面積の調節方法も、可動板を燃焼筒の周方向に移
動させることによつても同様の作用が発揮され
る。また、本発明の空気調節方法の他の実施例を
第５図に示す。スリーブ１０には図の如く燃焼器
の上流方向に向つて面積が拡大する台形の１次空
気窓１１があけられ、スライドリング１６には同
じく燃焼器の上流方向に向つて面積が拡大する台
形の２次空気窓１７があけられており、これは外
周リンク８と内周リンク９で形成された第２段燃
焼空気口が対応して開口している。スライドリン
グ１６を矢印方向に移動させることによりそれぞ
れ斜線でした部分の空気窓の面積が絞られること
になる。この時スライドリングの動きに対して、
２次空気窓１７の絞り面積が１次空気窓１１のそ
れより大きいため、スライドリングのある移動範
囲までは第２段空気量が先行して絞り込まれ、第
１段空気は第２段空気の減少分の１部が加算さ
れ、逆に増加するような空気調節が出来る。即
ち、かかる空気調節を第１段燃料が増加し、第１
段目のNOxが高濃度となり始める時点から燃料
切換点の負荷帯まで行なわせることにより、軽負
荷時のNOxを更に抑制した運転が可能となる。
第６図にこれを適用した場合のそれぞれ燃料、空
気量及びスライドリング開度を示す。第７図は以
上説明してきた本発明のガスタービン燃焼器の
NOxとCO濃度特性を示すものであり、これらは
基本的には第２図、第３図に示す第１段燃焼と第
２段燃焼のNOxとCO濃度特性を燃料切換点でつ
なぎ合せた特性となる。即ち25％出力までは第１
段燃焼のみで運転するのでガスタービンの出力増
加とともにNOxが増加し、逆にCOは減少する。
ガスタービン出力25％で燃料切換が行なわれ、２
段燃焼に移行するのでNOxは減少する。COは第
１段目の燃料が第１段と第２段へ分割して供給さ
れるので、燃空比が小さい方へ移行するが、それ
ぞれの空気量が減じられるため、若干増加するも
ののその増加は極めて低く抑えられる。２段燃焼
に移行後は燃料流量の増加とともに燃焼空気量も
スライドリング開度を大きくしていくことにより
増大させて運転されるので、NOxは緩るやかな
増加に抑えられ、高出力時も低濃度となる。更
に、第６図において説明した如く、第１段燃焼時
に第２段空気量を先行して絞り込む操作により、
第１段燃焼時のNOxが抑制される。
る。ガスタービンは圧縮機５０、燃焼器５１及び
タービン５２より構成され、タービンで得た動力
で負荷５３を駆動する定置形ガスタービンへ適用
した例である。燃焼器５１は上流側に第１段燃焼
室Ａ、下流側に第２段燃焼室Ｂを設え、第１段燃
焼室は複数の燃焼空気口２を周壁に有する第１段
燃焼筒１とそれにほぼ同軸上に内筒コーン５を挿
入することにより形成される環状の空間とし、複
数本の第１段燃料ノズル６は第１段燃焼筒１の上
流端部に相当する環状部に設けられたエンドカバ
ー３にあけられた円孔２３を通して環状燃焼室内
に突出させて取付けられている。第１段燃料ノズ
ル６はエンドプレート２１に固着されたブラケツ
ト４に一体化され、ブラケツト４に１次燃料１０
８が供給されるようになつている。第２段燃焼室
Ｂには第１段燃焼筒１の下流端部の外周側に内周
リング９と外周リング８及び旋回羽根７からなる
第２段燃焼空気流路を開口させ、第２段燃料ノズ
ル１５を前記内周リング９の壁を貫通させて空気
流路内に複数本取付け、外周リング８の外側に設
けられた第２段燃焼筒１２に囲まれた空間として
形成されている。第２段燃料ノズル１５はＬ字形
に曲つた燃料配管１４の先端に固着され、配管１
４はエンドプレート２１に固着され、２段目燃料
１１０がここに供給される。前記外周リング８と
内周リング９は第２段燃料空気流が平滑に流れる
よう適当な円弧形状で助走区間を取り、終端部は
第１段目燃焼筒１壁と燃焼器外筒２０の空気通路
部に流路を他の空気流路とは区画されて半径方向
に開口している。また、内周リング９の終端開口
部は同一直径で上流側へ延長して延びる流路制約
のスリーブ１０が取付けられており、これには第
１段燃焼空気が流入するための１次空気窓１１が
あけられている。更に、スリーブ１０の外周側に
は燃焼器外筒２０を貫通して取付けられたリンク
機構とレバー１８，１９によつて移動可能なスラ
イドリング１６が取付けられている。スライドリ
ング１６には適当な位置に２次空気窓１７が切つ
てあり、この窓と第２段空気流路の開口部が重複
する有効開口面積から第２段燃焼空気が流入す
る。一方、第１段燃焼空気はスリーブ１０に設け
られた１次空気窓１１とスライドリングの上流端
部で囲まれた有効開口面積で制御され、燃料空気
孔２からの空気１０５と、内筒コーン内から外側
に流れる空気１０７となつて第１段燃焼室Ａに流
入する。かかる構造により、スライドリング１６
を一般に良く用いられているリンク機構によつて
燃焼器の軸方向に移動させることによりそれぞれ
第１段、第２段の有効開口面積を可変とすること
ができる。次に燃焼器の作動を空気及び燃料の流
れを説明しながら述べる。大気１００は圧縮機５
０によつて約12気圧に昇圧され圧縮空気１０１と
して第１段燃焼筒１、第２段燃焼筒１２と燃焼器
外筒２０で囲まれた環状部を燃焼器頭部に向つて
流れながら希釈空気口１３から希釈空気流１０２
として、２次空気の有効開口部から流量を調節さ
れた２次空気流１０３として、更に、１次空気の
有効開口部から流量を調節された１次空気流１０
４として流入する。この１次空気流１０４は第１
次燃焼筒１壁に設けられた燃焼空気孔２とエンド
カバー３に設けられた１次燃料ノズルの挿入用円
孔２３及び円筒コーン５へそれぞれ分配されて、
円環状の第１次燃焼室Ａ内へ流入する。第１段燃
料は第１次燃焼室内へエンドカバー３に設けられ
た円孔２３を通して突出して取付けられた複数本
の第１段燃料ノズル６の先端部から第１次燃料噴
流１０９として噴出させて供給される。第２次燃
料は外周リング７と内周リング８により形成され
た２空気流路内に複数筒の第２次燃料ノズル１５
から分散して供給され、燃料と空気の予混合気流
１１１として第２次燃焼室内へ供給される。ガス
タービンの起動着火は第１段燃料のみ供給して、
第１段燃料ノズル６の下流に設けられた一般に用
いられる電気火炎点火式の着火装置（第１図には
示さず）にて着火される。第１段燃焼火炎はそれ
ぞれの燃料ノズル６の突出し部のエンドカバー３
近傍に形成される再循環流れによつて安定化さ
れ、燃料が空気流中へ分散供給されて燃焼するの
で希薄燃焼させることにより従来の単一燃料ノズ
ルよりも効果的に低NOx燃焼する。ガスタービ
ンの起動と軽負荷時は第１段燃料のみの増減によ
り運転され、あるいは負荷帯以上において第２段
燃料の投入により２段燃焼に移行させて運転され
る。この場合、第２段燃焼は第１段燃焼の高温ガ
スによつて自己着火されるので、着火装置は不要
となる。しかし、第２段燃焼は効果的な低NOx
燃焼を行なわせる目的で予混合気の供給によつて
燃焼させるものであり、安定な着火と未燃分の発
生のすくない良好な燃焼性能を得るためにはすく
なくとも燃料と温度によつて定まる可燃混合比範
囲内の燃料と空気流量比で供給されねばならな
い。このため、ガスタービンの負荷が出来るだけ
小さい時点で２段燃焼化に移行させてガスタービ
ンの全体動域にわたつて低NOx化を達成するた
めには、第２段燃焼空気と第１段燃焼空気を減じ
るとともに、第１段燃料を第１段目と第２段目に
適量切換えることによつてそれぞれの燃焼域の燃
料と空気の比率を適正値内に納めることで可能と
なる。説明を理解しやすくするために第２図と第
３図にメタンを燃料とした場合の第１段燃焼、第
２段燃焼のNOx、CO特性を示す。第１段燃焼に
ついては、NOxと未燃分の少ない適正な第１段
燃料（F1）と第１段燃焼空気（A1）の比は0.008
から0.025となる。また、第２段燃焼は同じく第
２段燃焼（F2）と第２段燃焼空気（A2）との比
は0.03から0.045であり、特にこの場合の下限値
は第２段燃焼を着火させるための限界値である。
かかる特性を有する第１段燃焼と第２段燃焼とを
ともに良好な燃焼を維持させながらガスタービン
の全作動域を運転可能とする制御方法の実施例を
第４図に示す。第４図は横座標にガスタービン出
力（％）をとり、縦座標にそれぞれ燃料流量、空
気流量及び空気流量調節用スライドリング開度の
調節の仕方を示すものである。即ち、着火から軽
負荷時は第１段燃料のみで運転され、この時はス
ライドリングの開度は全開に保たれ、それぞれの
空気は流量が制約されることなく、燃焼筒にあけ
られた空気孔の面積と流入抵抗によつて定まる量
が供給される。このときの第１段空気は約52％、
第２段空気は約28％である。ガスタービン出力25
％が燃焼切換点になつており、この点で１段燃焼
から２段燃焼に移行される。この場合、スライド
リング１６はリンク機構１８，１９によつて燃焼
器の上流側に可動させることによりそれぞれ第１
段空気及び第２段空気の流入窓が絞り込まれ、流
入空気量が減じられる。これとともに第１段燃料
を減じながら第２段燃料が全体流量を一定に保ち
ながら供給され、燃料流量比が50％−50％におい
て燃料の切換は完了し、２段燃料に移行する。こ
の時の空気流量は第１段空気は約40％、第２段空
気は13％まで絞り込まれ、それぞれの燃焼域の燃
料と空気の流量比を適正値に納めることが出来
る。２段燃焼に移行後はガスタービンの出力とと
もにそれぞれの燃料流量を増加させ、これに伴な
つてスライドリング開度をあけることにより、空
気量も増加させNOxの発生を抑えるべく所定の
燃空比を保つて運転される。第４図では燃料切換
を燃料流量比50％−50％で行なつているが、空気
配分との関係において他の流量比に設定すること
は勿論可能である。また、燃料切換の瞬間におい
ては通常一般のガスタービン燃焼器の着火動作時
に行なわれる如く、第２段燃料のある量を過剰投
入することにより、よりすみやかな着火が可能と
なる。また第１図の実施例では、空気流量はスラ
イドリングにより第１段空気と第２段空気が連動
して調節されるが、これを別々に可動する調節装
置によつて行なうことも可能であり、また、流路
面積の調節方法も、可動板を燃焼筒の周方向に移
動させることによつても同様の作用が発揮され
る。また、本発明の空気調節方法の他の実施例を
第５図に示す。スリーブ１０には図の如く燃焼器
の上流方向に向つて面積が拡大する台形の１次空
気窓１１があけられ、スライドリング１６には同
じく燃焼器の上流方向に向つて面積が拡大する台
形の２次空気窓１７があけられており、これは外
周リンク８と内周リンク９で形成された第２段燃
焼空気口が対応して開口している。スライドリン
グ１６を矢印方向に移動させることによりそれぞ
れ斜線でした部分の空気窓の面積が絞られること
になる。この時スライドリングの動きに対して、
２次空気窓１７の絞り面積が１次空気窓１１のそ
れより大きいため、スライドリングのある移動範
囲までは第２段空気量が先行して絞り込まれ、第
１段空気は第２段空気の減少分の１部が加算さ
れ、逆に増加するような空気調節が出来る。即
ち、かかる空気調節を第１段燃料が増加し、第１
段目のNOxが高濃度となり始める時点から燃料
切換点の負荷帯まで行なわせることにより、軽負
荷時のNOxを更に抑制した運転が可能となる。
第６図にこれを適用した場合のそれぞれ燃料、空
気量及びスライドリング開度を示す。第７図は以
上説明してきた本発明のガスタービン燃焼器の
NOxとCO濃度特性を示すものであり、これらは
基本的には第２図、第３図に示す第１段燃焼と第
２段燃焼のNOxとCO濃度特性を燃料切換点でつ
なぎ合せた特性となる。即ち25％出力までは第１
段燃焼のみで運転するのでガスタービンの出力増
加とともにNOxが増加し、逆にCOは減少する。
ガスタービン出力25％で燃料切換が行なわれ、２
段燃焼に移行するのでNOxは減少する。COは第
１段目の燃料が第１段と第２段へ分割して供給さ
れるので、燃空比が小さい方へ移行するが、それ
ぞれの空気量が減じられるため、若干増加するも
ののその増加は極めて低く抑えられる。２段燃焼
に移行後は燃料流量の増加とともに燃焼空気量も
スライドリング開度を大きくしていくことにより
増大させて運転されるので、NOxは緩るやかな
増加に抑えられ、高出力時も低濃度となる。更
に、第６図において説明した如く、第１段燃焼時
に第２段空気量を先行して絞り込む操作により、
第１段燃焼時のNOxが抑制される。
第８図に制御装置のブロツク図を示している。
制御器２００は、ガスタービンの出力指令信号２
０１と実際の出力信号２０２とが取り込まれ、実
出力が出力指令に一致するように、第１段燃料制
御弁２０３、第２段燃料制御弁２０４に開度指令
が発せられる。これと共にガイドリングアクチユ
エータ２０６にも開度指令が発せられる。
制御器２００は、ガスタービンの出力指令信号２
０１と実際の出力信号２０２とが取り込まれ、実
出力が出力指令に一致するように、第１段燃料制
御弁２０３、第２段燃料制御弁２０４に開度指令
が発せられる。これと共にガイドリングアクチユ
エータ２０６にも開度指令が発せられる。
燃料制御弁２０３、２０４、アクチユエータ２
０６には、例えば第４図もしくは第６図に示す如
く、ガスタービンの出力に応じて開度特性が決め
られている。したがつて、タービンの負荷に応じ
て、第１段燃料及び空気、第２段燃料及び空気が
所望の比になるように制御可能である。
０６には、例えば第４図もしくは第６図に示す如
く、ガスタービンの出力に応じて開度特性が決め
られている。したがつて、タービンの負荷に応じ
て、第１段燃料及び空気、第２段燃料及び空気が
所望の比になるように制御可能である。
尚、２１０は第１段燃料に点火するための点火
器である。
器である。
以上説明してきたように本発明によれば、ガス
タービンの起動着火から燃焼切換点を含む全作動
域で良好な燃焼性能と有害物質の低排出化を可能
としたガスタービン燃焼器を得ることができる。
タービンの起動着火から燃焼切換点を含む全作動
域で良好な燃焼性能と有害物質の低排出化を可能
としたガスタービン燃焼器を得ることができる。
第１図は燃焼器の縦断面図、第２図は第１段燃
焼のNOx、CO特性、第３図は第２段燃焼の
NOx、CO特性、第４図は運転制御方法の説明
図、第５図は空気調節部まわりの平面図、第６図
は運転制御方法の説明図、第７図はガスタービン
燃焼器のNOx、CO特性、第８図は制御ブロツク
図である。 １……第１段燃焼筒、６……第１段燃料ノズ
ル、１２……第２段燃焼筒、１５……第２段燃料
ノズル、１０……スリーブ、１６……スライドリ
ング、１１……１次空気窓、１７……２次空気
窓、２００……制御器。
焼のNOx、CO特性、第３図は第２段燃焼の
NOx、CO特性、第４図は運転制御方法の説明
図、第５図は空気調節部まわりの平面図、第６図
は運転制御方法の説明図、第７図はガスタービン
燃焼器のNOx、CO特性、第８図は制御ブロツク
図である。 １……第１段燃焼筒、６……第１段燃料ノズ
ル、１２……第２段燃焼筒、１５……第２段燃料
ノズル、１０……スリーブ、１６……スライドリ
ング、１１……１次空気窓、１７……２次空気
窓、２００……制御器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 燃焼機の上流部に配置され、かつ第一段燃焼
用の燃料供給手段と空気供給口とを有し、ガスタ
ービンの起動から軽負荷運転までの間燃焼運転さ
れる第一段燃焼室と、 前記第一段燃焼室の下流側に配置され、かつ第
二段燃焼用の燃料供給手段と空気供給口とを有
し、ガスタービンの高負荷運転時に燃焼運転され
る第二段燃料室と、 を備えた二段燃焼型ガスタービン燃焼器におい
て、 前記第一段燃焼用の空気供給口と第二段燃焼用
の空気供給口とに、それぞれ空気流路の面積を可
変とするガイドリングを設け、 該ガイドリングに、 第一段燃焼室の燃焼時には、第一段燃焼空気流
路の面積を増し、第二段燃焼空気流路の面積を減
じ、 第一段燃焼から第二段燃焼への切り換え時に
は、第一段燃焼空気流路と第二段燃焼空気流路の
面積を同時に減じ、 高負荷運転時には、ガスタービンの出力増加に
対応する燃料流量の増加とともに第一段燃焼空気
流路の面積と第二段燃焼空気流路の面積を拡大す
るように ガイドリングを制御する制御器を設けたことを
特徴とするガスタービン燃焼器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17329684A JPS6152523A (ja) | 1984-08-22 | 1984-08-22 | ガスタ−ビン燃焼器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17329684A JPS6152523A (ja) | 1984-08-22 | 1984-08-22 | ガスタ−ビン燃焼器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6152523A JPS6152523A (ja) | 1986-03-15 |
| JPH0343534B2 true JPH0343534B2 (ja) | 1991-07-02 |
Family
ID=15957811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17329684A Granted JPS6152523A (ja) | 1984-08-22 | 1984-08-22 | ガスタ−ビン燃焼器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6152523A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2527170B2 (ja) * | 1986-12-15 | 1996-08-21 | 株式会社日立製作所 | ガスタ−ビン２段燃焼器の運転方法 |
| JP2644745B2 (ja) * | 1987-03-06 | 1997-08-25 | 株式会社日立製作所 | ガスタービン用燃焼器 |
| JP3037804B2 (ja) * | 1991-12-02 | 2000-05-08 | 株式会社日立製作所 | ガスタービン燃焼器の制御方法及び制御装置 |
| JPH05203146A (ja) * | 1992-01-29 | 1993-08-10 | Hitachi Ltd | ガスタービン燃焼器及びガスタービン発電装置 |
| JP2954480B2 (ja) * | 1994-04-08 | 1999-09-27 | 株式会社日立製作所 | ガスタービン燃焼器 |
| US9291098B2 (en) | 2012-11-14 | 2016-03-22 | General Electric Company | Turbomachine and staged combustion system of a turbomachine |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5956022A (ja) * | 1982-09-20 | 1984-03-31 | Toshiba Corp | ガスタ−ビン燃焼器 |
-
1984
- 1984-08-22 JP JP17329684A patent/JPS6152523A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6152523A (ja) | 1986-03-15 |
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