JPH09178185A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高カロリーガスと低カロリーガスを同一の燃料
ノズルで燃焼できる燃焼器構造を提供する。 【解決手段】燃料ノズルの軸心に高カロリーガス（パイ
ロットバーナ）ノズルを備え、その外周側にパイロット
バーナ用の燃焼空気の旋回通路を、その外周側に低カロ
リーガスの旋回通路を、さらにその外周側に低カロリー
ガスの空気旋回通路を設け、燃料ノズルで、高カロリー
ガス燃焼用の空気を燃焼器外筒の頭部に設けたマニホー
ルドを介して燃料ノズルのボディ側より供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン燃焼
器に関する。

【０００２】

【従来の技術】低カロリーガスを燃料とするガスタービ
ン燃焼器では、低カロリーガスが点火栓により直接着火
しにくいガスであるために、ガスタービンの着火起動，
昇速および定格回転数（無負荷）に達するまでは、高カ
ロリーガス燃料を用いる場合が多い。低カロリーガス燃
料と高カロリーガス燃料を兼用する燃焼器の燃焼方法
は、特開平4−84010号公報に示されているように、燃料
ノズルの構造を工夫しているものが多い。これは、低カ
ロリーガスと高カロリーガスを単一の燃料ノズルで兼用
するもので、燃料ノズルの軸心に高カロリーガスの噴出
孔を、またその隣接する外周側に空気の旋回流路を備
え、その外周側に低カロリーガスの噴出孔を、さらにそ
の外周側に空気の旋回流路を備えている。また、特願平
4−507943 号明細書の燃料ノズルでも、公知例と類似の
構造である。

【０００３】低カロリーガスと高カロリーガスの特性を
比較すると、前者は燃料中の可燃成分が全体の約３０％
以下であり、不活性ガスを多量に含んでいることから非
常に燃えにくいガスである。一方、後者の高カロリーガ
スは、前者の低カロリーガスに比べると燃焼範囲が広
く、比較的容易に安定に燃焼することが可能である。そ
れぞれのガスを燃焼するのに必要な空気量（理論空気
量）を比較すると、低カロリーガスの理論空気量は、燃
料単位体積あたり約０.８ｍ³であるのに対し、高カロリ
ーガスの場合、１０ｍ³ 以上必要となる。すなわち、単
一の燃料ノズルで高カロリーガスと低カロリーガスを兼
用して燃焼するガスタービン燃焼器の場合、パイロット
バーナ（高カロリーガス燃料）に供給する空気量（燃料
１ｍ³ に対する空気流量）は、メインの低カロリーガス
燃焼用の空気量よりも多くする必要がある。このような
ことから、高カロリーガス燃料用のパイロットバーナに
は十分な空気の供給が必要となってくる。

【０００４】公知例に示してあるように、従来はパイロ
ットバーナの燃焼空気の供給手段として、燃焼器の外筒
内部で低カロリーガスの通路の内周側に高カロリーガス
燃焼用の空気通路の流入部を設けていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】パイロットバーナの燃
料として油などの液体燃料を使用した場合、油を噴霧さ
せる必要があるためにアトマイズコンプレッサを用いる
のが一般的である。この空気は、液体燃料を微粒化させ
ることが主目的であるが、燃焼を持続させるための酸化
剤の供給にも大いに役立っている。しかし、ガスタービ
ンの着火起動からメインの低カロリーガス燃焼に燃焼状
態を切り替えるまで液体燃料以外の高カロリーガス燃料
を用いた場合、アトマイズコンプレッサを用いると、余
分な動力を必要とするためにプラント全体の効率が低下
するなどの問題がある。公知例に示してあるように、ガ
ス焚きパイロットバーナの燃焼用空気の供給手段とし
て、従来は燃焼器の外筒内部で低カロリーガスの通路の
内周側に高カロリーガス燃焼用の空気通路の流入部を設
けていた。この場合、低カロリーガスの燃料流量が高カ
ロリーガスよりも約１０倍も多くなるために、燃料ノズ
ルボディー内の管内流速をある値以下に抑える必要があ
るため、低カロリーガスの環状の通路面積が大きくな
り、ガス通路を燃料ノズルボディの最外周側に位置せざ
るを得ない。したがって、燃焼器の外筒内部でパイロッ
トバーナの空気通路の流入部を設けるには、燃料ノズル
の構造が複雑になり製作コストが大幅に高くなる、ある
いは空気の流入通路を設けるためのスペースが限られ、
必要な空気流量が確保できないなどの問題点を抱えてい
た。本発明の第１の目的は、それらの問題点を解決する
ことにある。

【０００６】また、低カロリーガス焚き燃焼では、高カ
ロリーガス焚きに比べて、燃焼器に供給される燃焼用の
空気量が少なくなる。したがって、少ない燃焼用空気で
効率よくライナを冷却することが重要となってくる。本
発明では、高カロリーガス焚き用のパイロットバーナに
供給する空気も、一旦燃焼器ライナの冷却空気として使
用して燃焼器の冷却性能向上を図ることも目的としてい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、燃焼器外筒の頭部にマニホールド（空
気室）を設け、そこから燃料ノズルボディのパイロット
バーナの空気取り入れ口（油焚き用のパイロットバーナ
のアシスト空気系統と同様）へ空気ラインを接続する構
造とする。

【０００８】本発明により、従来実施されていた燃焼器
の外筒内で、低カロリーガスの環状の通路にパイロット
バーナの空気の流入通路を設けるような複雑な構造をと
る必要がなくなる。また、燃焼器外筒の頭部から燃料ノ
ズルボディの空気流入部までの距離が短く、配管を接続
するためのスペースも充分確保できるため、従来、問題
となっていた燃料ノズルの限られたスペースから空気の
流入通路が限定され、パイロットバーナの空気の供給量
が不足気味になるなどの問題点を解決することができ
る。

【０００９】また、低カロリーガス燃焼時に問題となる
燃焼器の冷却については、パイロットバーナの燃焼から
メインの低カロリーガス燃焼へ切り替わった後も、パイ
ロットバーナの燃焼用空気が継続的に供給されるため
に、燃焼器外筒の頭部で燃焼用の空気を分岐しているこ
とから、パイロットバーナの燃焼用空気も含んだ空気で
燃焼器の冷却ができ、冷却性能の向上を図ることができ
る。

【００１０】上記の手段によれば、パイロットバーナの
燃焼用空気を燃焼器外筒の頭部より分岐することで、従
来のような複雑な燃料ノズルの構造をとることもなく、
また、パイロットバーナの燃焼用空気が不足することも
なく、容易にパイロットバーナへ燃焼用空気の供給が可
能となる。

【００１１】燃焼器外筒の頭部に設けたマニホールドに
よって、パイロットバーナへ空気を分配する際に、燃料
ノズル近くにおける偏流の発生を防ぐことが可能とな
る。また、燃焼器外筒の頭部から燃料ノズルボディの空
気取り入れ口までの距離が短いために、分岐配管が複雑
になることもない。

【００１２】従来技術によれば、パイロットバーナの空
気通路を確保するためのスペースが燃料ノズルのサイズ
によって限定されるため、その通路が充分に確保できな
い場合、ガスタービンの着火，昇速から運用負荷に達す
るまで、パイロットバーナの空気不足により、燃焼が不
安定になることが考えられる。特に、高カロリーガス燃
焼から低カロリーガス燃焼への混焼状態では、パイロッ
トバーナの外周側から低カロリーガスが供給されるため
に、空気量が不足した場合、燃料過濃状態により不安定
燃焼が懸念され、メインの低カロリーガス燃焼へ燃焼状
態を切り替えられない恐れがある。

【００１３】本発明では、空気通路を燃料ノズルボディ
側でしかも単純な構造で充分に確保できるため、前述の
ような問題点を解消することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１よ
り説明する。

【００１５】図１は、ガスタービン燃焼器の拡大図であ
る。ガスタービン燃焼器は、圧力容器である外筒１，燃
焼ガスを形成するための燃焼器ライナ３，燃焼器ライナ
３を冷却するためのフロースリーブ２，燃料と空気を燃
焼器ライナに噴射し、それらを混合して火炎を保持する
ための燃料ノズル４，多種の燃料等を燃料ノズルへ供給
し、燃料ノズル４を固定するための燃料ノズルボディ
５，燃焼ガスをタービンへ供給するための尾筒などで構
成される。

【００１６】圧縮機から送られる空気２１は、燃焼器で
尾筒を冷却し、フロースリーブ２とライナ３の間を流
れ、ライナ３を冷却しながらライナ空気孔３−ａより供
給される燃焼空気２４，燃料ノズル４に設けてある低カ
ロリーガス燃焼用のスワラ空気２２、および燃焼器外筒
１の頭部より分岐した空気マニホールド６を経て、パイ
ロットバーナ燃焼用の空気通路２３へ配分される。

【００１７】一方、燃料ノズル４へは高カロリーガス１
１が供給され、燃料ノズル４より高カロリーガス１１を
噴出し燃焼器内で着火が行われる。

【００１８】燃焼器の着火完了後、パイロット燃料１１
を徐々に増加させ、それに伴って圧縮機およびタービン
の回転数が増し、ガスタービンの自立運転に入る（昇
速）。ガスタービンが定格回転数（無負荷）に達した
後、発電機を併入することで負荷がとれる。

【００１９】高カロリーガスによる燃焼を継続し、燃焼
器へ石炭ガス化ガスあるいは高炉ガス等の低カロリーガ
スが供給可能になったのち、パイロット燃焼から低カロ
リーガス燃焼へ燃焼状態を切り替える（高カロリーガス
と低カロリーガスの混焼）。その後、低カロリーガスの
発熱量が所定の値に達した後、低カロリーガス専焼の運
転モードとなる。

【００２０】先にも述べたが、パイロットバーナの燃焼
用空気２３の供給方法に関して、燃焼器外筒１の頭部よ
り分配する際、燃焼器内のスワラ近くで偏流が発生する
のを防ぐために、マニホールド６を設けた。マニホール
ド６で均圧となった空気２３は、接続管８によって燃料
ノズルボディ５の空気通路７（油焚きのアシスト空気ラ
イン）へ供給される。燃料ノズル４の出口部では、燃焼
用の空気２３は旋回流となって噴出される。

【００２１】高カロリーガス燃焼から低カロリーガス燃
焼への燃料切り替え（混焼状態）では、図中に示すよう
に、高カロリーガスノズルの外周側から低カロリーガス
が供給され、燃料ノズル４の前面に形成される循環流内
の酸素濃度が著しく低下するため、パイロットバーナの
燃焼用空気２３の供給が重要となってくる。上記燃焼用
の空気２３の供給量が不十分な場合、火炎がリフト気味
になるなどの不安定さを伴う。本発明の場合、パイロッ
トバーナの燃焼用の空気通路２３を充分に確保できるた
め、混焼状態でも安定に燃焼することが可能である。

【００２２】また、メインの低カロリーガス燃焼での負
荷運転に関して、燃焼器に供給される燃焼用の空気が少
ないために燃焼器ライナ３の冷却が苦しくなる。但し、
本発明の場合、パイロットバーナの燃焼用空気２３を燃
焼器ライナ３の冷却が完了した後に分岐しているため、
ライナ３を効率よく冷却出来、信頼性も向上する。

【００２３】燃焼器ライナ３を全量（燃焼器ライナの空
気孔の流入分は除く）で冷却した後であれば、燃焼器外
筒１の側壁からパイロットバーナへ空気２３を分岐して
も同様の効果が得られる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、高カロリーガスと低カ
ロリーガスを同一の燃料ノズルで兼用して燃焼するガス
タービン燃焼器で、燃料ノズルの中心部に位置する高カ
ロリーガスの燃焼用の空気を燃焼器外筒の頭部よりマニ
ホールドを介して燃料ノズルボディより供給するため
に、燃料ノズルの構造を複雑化することなく、単純な構
造で容易に空気量を確保することができる。また、従来
のような複雑な燃料ノズルの構造にはならないため、製
作コストの大幅な削減が可能となる。

【００２５】さらには、空気は燃焼器ライナを冷却した
後に分岐するため、燃焼器ライナの冷却空気を確保で
き、燃焼器ライナの信頼性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の燃焼器の断面図。

【符号の説明】

１…燃焼器外筒、２…フロースリーブ、３…燃焼器ライ
ナ、４…燃料ノズル、５…燃料ノズルボディ、６…マニ
ホールド、７…パイロットバーナの空気通路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２３Ｒ 3/36 Ｆ２３Ｒ 3/36

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】低カロリーガスと高カロリーガスを兼用し
   て燃焼するガスタービン燃焼器において、燃料ノズルの
   軸心に設けた高カロリーガス燃焼用の燃料ノズルと、そ
   の隣接する外周側に設けたパイロットバーナ用の空気旋
   回通路と、その外周側に備えた低カロリーガス燃料用の
   旋回通路と、その隣接する外周側に低カロリーガス燃焼
   用の空気旋回通路とを備えた燃料ノズルのうち、燃焼器
   に供給される燃焼用空気の一部を燃焼器外筒の頭部に設
   けたマニホールドより分岐して、高カロリーガス燃焼用
   のパイロットバーナの空気旋回通路に供給することを特
   徴とするガスタービン燃焼器。
2. 【請求項２】前記パイロットバーナの前記空気旋回通路
   に供給する空気は、燃焼器ライナを冷却した後に分岐す
   る請求項１に記載のガスタービン燃焼器。