JPH11248158A - ガスタービン用燃焼装置 - Google Patents

ガスタービン用燃焼装置

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JPH11248158A
JPH11248158A JP5252898A JP5252898A JPH11248158A JP H11248158 A JPH11248158 A JP H11248158A JP 5252898 A JP5252898 A JP 5252898A JP 5252898 A JP5252898 A JP 5252898A JP H11248158 A JPH11248158 A JP H11248158A
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JP
Japan
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combustion
fuel injection
injection valve
air
flame
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Pending
Application number
JP5252898A
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English (en)
Inventor
Hidemi Fuji
秀実 藤
Takashi Ikezaki
隆司 池崎
Jun Hosoi
潤 細井
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Senshin Zairyo Riyo Gas Generator Kenkyusho KK
Original Assignee
Senshin Zairyo Riyo Gas Generator Kenkyusho KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 パイロット燃料噴射弁の部分で予混合予蒸発
を行なった場合にあって、窒素酸化物の生成量の低減を
可能にし、総合的な窒素酸化物量の低減を達成するとと
もに、起動時,過渡時及び定常運転時における安定燃焼
性を確保する。 【解決手段】 パイロット燃料噴射弁と、主燃料噴射弁
と、予混合管とが設けられる燃焼装置において、パイロ
ット燃料噴射弁の下流位置に保炎燃焼用混合管が配され
ており、該保炎燃焼用混合管の上流位置に、空気開閉手
段が配されて、空気開閉手段の閉塞時に、パイロット燃
料噴射弁から噴射される燃料空気混合流体の火炎の一部
に渦流を生じさせて保炎を行ない、空気開閉手段の開放
時に、パイロット燃料噴射弁から噴射される燃料空気混
合流体を予混合予蒸発させる技術が採用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン用燃
焼装置に係り、特に、窒素酸化物の生成量を低減しなが
ら、安定燃焼性を確保するものである。
【0002】
【従来の技術】航空機、船舶、発電用ガスタービン等に
使用される燃焼装置(燃焼器)にあって、燃焼ガス中の
窒素酸化物(NOx)量を低減する技術として、技術例
1:特開平09−178184号が提案されている。
【0003】図6は、前述の技術例1に記載されている
ガスタービン用燃焼装置の構造例を示すもので、ケーシ
ング1の内部に、燃焼ライナ2とパイロット燃料噴射弁
3と主燃料噴射弁4とを配して、空気流を空気取入れ口
5から燃焼ライナ2の内部に導入し、パイロット燃料噴
射弁3と主燃料噴射弁4とから噴射させた燃料に着火す
ることにより燃焼させるとともに、始動時に、パイロッ
ト燃料供給系6からパイロット燃料噴射弁3に燃料を送
り込んで、燃料濃度の高い状態で点火栓7を作動させ
て、燃料に着火して燃焼状態に導き、定常燃焼時には、
主燃料供給系8から主燃料噴射弁4に燃料を送り込むと
ともに、予混合管9の内部で大量の空気により希釈して
蒸気化したものを(予混合予蒸発させて)燃焼させるよ
うにしている。そして、技術例1では、定常燃焼条件下
でパイロット噴射弁を経由する燃料噴射量を零または著
しく減少させた運転モードを採用し、予混合管の出口近
傍に保炎手段を付加して保炎性を向上させるとともに、
パイロット火炎に基づく窒素酸化物の生成量を低減して
低NOx化を図り、安定燃焼性を確保するようにしてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、パイロット燃
料噴射弁3の部分では、始動時に、燃料濃度の高い状態
で燃料に着火して燃焼状態に導くことが行なわれるが、
主燃料噴射弁4における予混合予蒸発による燃焼時に
も、パイロット燃料噴射弁3による起動運転モード時の
燃焼状態が引き継がれて、パイロット火炎では予混合予
蒸発を行なわないために、総合的な窒素酸化物量の低減
が技術的に困難であるとともに、パイロット燃料噴射弁
3の部分で予混合予蒸発を行なうようにすると、火炎の
安定性が損なわれるという課題が残されている。
【0005】本発明は、これらの課題に鑑みてなされた
もので、以下の目的を達成しようとするものである。 パイロット燃料噴射弁の部分で予混合予蒸発を行な
った場合にあっても、窒素酸化物の生成量の低減を可能
にすること。 総合的な窒素酸化物量の低減を達成すること。 起動時,過渡時及び定常運転時における安定燃焼性
を確保すること。
【0006】
【課題を解決するための手段】燃焼ライナの上流位置
に、パイロット燃焼させるためのパイロット燃料噴射弁
と、主燃焼させるための主燃料噴射弁と、該主燃料噴射
弁に配されて燃料を空気流により希釈する予混合管とが
設けられる燃焼装置にあって、パイロット燃料噴射弁の
下流位置に保炎燃焼用混合管が配されており、該保炎燃
焼用混合管の上流位置に、空気開閉手段が配されて、空
気開閉手段の閉塞時に、パイロット燃料噴射弁から噴射
される燃料空気混合流体の火炎の一部に渦流を生じさせ
て保炎を行ない、空気開閉手段の開放時に、パイロット
燃料噴射弁から噴射される燃料空気混合流体を予混合予
蒸発させる技術が採用される。空気開閉手段は、保炎燃
焼用混合管の上流に配されて空気の取り入れを行なう穴
開き板と、該穴開き板に回転可能に取り付けられて穴の
開閉を行なう開閉板と、該開閉板に接続されて開閉操作
を行なう開閉用アクチュエータとを具備している。穴開
き板及び開閉板は、パイロット燃料噴射弁の周方向に間
隔を空けた複数の穴の組み合わせにより空気の流通を設
定しており、穴開き板及び開閉板は、相互に摺動可能に
組み合わされている。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、図1ないし図5に基づい
て、本発明に係るガスタービン用燃焼装置の第1実施形
態について説明する。
【0008】該第1実施形態にあっても、図6例に準じ
て、ケーシング1の内部における燃焼ライナ2の上流位
置に、パイロット燃焼させるためのパイロット燃料噴射
弁3と、主燃焼させるための主燃料噴射弁4と、該主燃
料噴射弁4に配されて燃料を空気流により希釈するため
の予混合管9とが設けられており、パイロット燃料噴射
弁3及び主燃料噴射弁4には、パイロット燃料供給系6
及び主燃料供給系8が接続される。
【0009】また、図1に示すように、パイロット燃料
噴射弁3の下流位置には、パイロット燃焼と予混合予蒸
発とを行なうための直円筒状の保炎燃焼用混合管11が
配され、該保炎燃焼用混合管11の上流位置には、空気
開閉手段12が配される。
【0010】空気開閉手段12は、保炎燃焼用混合管1
1の上流に、穴開き板12Aが配されるとともに、該穴
開き板12Aに間隔を空けて開けられた複数の穴12a
から空気の取り入れを行なうものであり、そして、穴開
き板12Aの上流側に、開閉板12Bが摺動可能に重ね
合わされて穴12aの開閉を行なうようにしており、開
閉板12Bには、開閉操作を行なうための開閉用アクチ
ュエータ12Cと、回転力伝達系12Dとが接続状態に
配される。
【0011】前記開閉板12Bには、図2及び図3に示
すように、穴開き板12Aの各穴12aに対応して、複
数の穴12bが開けられており、開閉板12Bをパイロ
ット燃料噴射弁3の周方向に回転させる操作により、例
えばパイロット燃料噴射弁3の周方向に間隔を空けた複
数の穴12a,12bを組み合わせ、空気遮断状態,空
気挿通状態あるいは空気挿通量を調整した状態とする空
気の流通を設定するようにしている。
【0012】このように構成されている燃焼装置にあっ
ては、ガスタービンの起動時、軽負荷時、定常負荷時等
の各運転モードに対応して、燃料供給系及び燃焼モード
の切り替えが行なわれるとともに、その際に、空気開閉
手段12を作動させて、穴開き板12Aの穴12aを経
由する空気量の調整が付加される。なお、パイロット燃
料供給系6及び主燃料供給系8には、技術例1(図4
例)に準じて、起動運転モード、立上げ運転モード、定
常運転モード等の切り替えにより、パイロット燃料供給
系6及び主燃料供給系8による燃料供給割合及び燃料供
給量を設定する制御手段等が配される。
【0013】起動運転モード:ガスタービンの起動時に
は、図1(a)に示すように、空気開閉手段12におけ
る穴開き板12Aを開閉板12Bで閉塞し、穴12aを
経由する空気挿通量を零としておいて、図6に示してい
るパイロット燃料供給系6から燃料をパイロット燃料噴
射弁3に送り込んで燃料の点火を行なうとともに、ガス
タービンの回転数を徐々に高めて定常状態に導く運転が
行なわれる。
【0014】このパイロット燃料噴射弁3によるパイロ
ット燃焼状態では、空気取入れ口5A,5Bから取り入
れた空気と燃料とを混合して、燃料空気混合流体として
パイロット燃料噴射弁3から噴射させるとともに、これ
を燃焼させることにより、図1(a)に示すように、保
炎燃焼用混合管11の内部に拡散火炎fが形成される。
一方、拡散火炎fの一部は、横に広がって穴開き板12
Aの付近に、図1(a)の矢印で示すように、渦流を形
成して停滞することにより保炎がなされる。
【0015】立上げ運転モード(低負荷時):ガスター
ビンの回転数の増加にしたがって、かつ負荷の状況に応
じて図6に示している主燃料供給系8から燃料供給を行
なって、主燃料噴射弁4から燃料を噴射させ、全体の燃
料供給量を増大して定常運転モードに導く制御が行なわ
れる。なお、最大負荷となるまでの過渡運転状態または
低負荷状態にあっては、パイロット燃料噴射弁3からの
燃料噴射と、主燃料噴射弁4からの予混合予蒸発を伴う
燃料噴射とが行なわれるとともに、主燃料噴射弁4の予
混合管9の下流では予混合燃焼が行なわれる。図4に
は、保炎燃焼用混合管11の内部と、主燃料噴射弁4の
予混合管9の下流とに、拡散火炎fと予混合火炎gとが
生成される状況を模式的に示している。
【0016】定常運転モード:燃焼ライナ2の内部温度
が十分に上昇した後、定常負荷に見合った燃料を噴出す
る定常運転モードに切り替えられる。この定常運転モー
ドにあっては、主燃料噴射弁4における予混合予蒸発に
加えて、パイロット燃料噴射弁3においても予混合予蒸
発が行なわれる。
【0017】即ち、開閉用アクチュエータ12Cで発生
させた機械力を、回転力伝達系12Dを経由して開閉板
12Bに伝達し、該開閉板12Bにおける穴12bの位
置をずらして、穴開き板12Aの穴12aと位置合わせ
し、図1(b)に示すように、穴12aから空気を保炎
燃焼用混合管11の内部に取り入れる。空気開閉手段1
2からパイロット燃料噴射弁3の内部に空気を取り入れ
て、空気流を形成して燃料流を希釈し、予混合予蒸発状
態とすると、保炎燃焼用混合管11の内部における拡散
燃焼条件が損なわれて、図5に模式的に示している保炎
燃焼用混合管11の下流においても予混合予蒸発が行な
われ、予混合火炎hが生成される。したがって、最大負
荷時:定常運転モードでは、燃焼ライナ2の内部全域で
予混合燃焼が行なわれて、燃焼ライナ2の内部(燃焼
室)の温度が高められていることと、ケーシング1の内
部の空気流が十分な速度に達していることと、全部の燃
料が予混合予蒸発状態で燃焼させられることとにより、
窒素酸化物の生成量が著しく低減することになる。
【0018】〔他の実施形態〕本発明のガスタービン用
燃焼装置にあっては、以下の技術を採用することができ
る。 a)立上げ運転モード(低負荷時)において、空気開閉
手段12の作動により、穴開き板12Aを経由する空気
流を形成し、空気量を漸次増加させるようにすること。 b)空気開閉手段12において、開閉板12Bの回転移
動及び摺動以外の手段で空気量を調整すること。また、
穴12a,12bの数,形状,組み合わせを任意とする
こと。
【0019】
【発明の効果】本発明に係るガスタービン用燃焼装置に
よれば、以下のような優れた効果を奏する。 (1) パイロット燃料噴射弁の下流位置に保炎燃焼用
混合管が配され、保炎燃焼用混合管の上流位置に空気開
閉手段が配されて、通常運転モードにおいてパイロット
燃料噴射弁から噴出する燃料について予混合燃焼を行な
うことにより、窒素酸化物の生成量の低減を図ることが
できる。 (2) パイロット燃料噴射弁と主燃料噴射弁との双方
で予混合予蒸発を行ない、燃焼ライナの全域で予混合燃
焼を生じさせることにより、総合的な窒素酸化物量の低
減を達成することができる。 (3) 空気開閉手段を閉塞状態として、保炎燃焼用混
合管の内部で拡散燃焼を起こさせ、かつ火炎の一部に渦
流を生じさせることにより保炎を行なって、起動時,過
渡時における安定燃焼性を確保することができる。 (4) 空気開閉手段の操作に基づいて、最適な空気量
の調整を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るガスタービン用燃焼装置の第1
実施形態を示すもので、(a)は起動運転モードにおけ
る燃料供給状況及び(b)は通常運転モードにおける燃
料供給状況の正断面図である。
【図2】 図1におけるパイロット燃料噴射弁の斜視図
である。
【図3】 図1における空気開閉手段の穴開き板及び開
閉板の組み合わせ状況を示す分解斜視図である。
【図4】 立上げ運転モードにおける燃焼状況を示す模
式図である。
【図5】 通常運転モードにおける燃焼状況を示す模式
図である。
【図6】 ガスタービン用燃焼装置の構造例を示す一部
を破断した正面図である。
【符号の説明】
1 ケーシング 2 燃焼ライナ 3 パイロット燃料噴射弁 4 主燃料噴射弁 5 空気取入れ口 5A,5B 空気取入れ口 6 パイロット燃料供給系 8 主燃料供給系 9 予混合管 11 保炎燃焼用混合管 12 空気開閉手段 12A 穴開き板 12B 開閉板 12C 開閉用アクチュエータ 12D 回転力伝達系 12a,12b 穴 f 拡散火炎 g 予混合火炎 h 予混合火炎
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F23R 3/18 F23R 3/18 3/28 3/28 B 3/34 3/34 (72)発明者 池崎 隆司 東京都西多摩郡瑞穂町殿ケ谷229番地 石 川島播磨重工業株式会社瑞穂工場内株式会 社先進材料利用ガスジェネレータ研究所瑞 穂分室内 (72)発明者 細井 潤 東京都西多摩郡瑞穂町殿ケ谷229番地 石 川島播磨重工業株式会社瑞穂工場内株式会 社先進材料利用ガスジェネレータ研究所瑞 穂分室内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃焼ライナ(2)の上流位置に、パイロ
    ット燃焼させるためのパイロット燃料噴射弁(3)と、
    主燃焼させるための主燃料噴射弁(4)と、該主燃料噴
    射弁に配されて燃料を空気流により希釈する予混合管
    (9)とが設けられる燃焼装置であって、パイロット燃
    料噴射弁の下流位置に保炎燃焼用混合管(11)が配さ
    れ、該保炎燃焼用混合管の上流位置に、空気開閉手段
    (12)が配されており、該空気開閉手段は、閉塞時
    に、パイロット燃料噴射弁から噴射される燃料空気混合
    流体の火炎の一部に渦流を生じさせて保炎を行ない、開
    放時に、パイロット燃料噴射弁から噴射される燃料空気
    混合流体を予混合予蒸発させることを特徴とするガスタ
    ービン用燃焼装置。
  2. 【請求項2】 空気開閉手段(12)は、保炎燃焼用混
    合管(11)の上流に配されて空気の取り入れを行なう
    穴開き板(12A)と、該穴開き板に回転可能に取り付
    けられて穴(12a,12b)の開閉を行なう開閉板
    (12B)と、該開閉板に接続されて開閉操作を行なう
    開閉用アクチュエータとを具備していることを特徴とす
    る請求項1記載のガスタービン用燃焼装置。
  3. 【請求項3】 穴開き板(12A)及び開閉板(12
    B)は、パイロット燃料噴射弁(3)の周方向に間隔を
    空けた複数の穴(12a,12b)の組み合わせにより
    空気の流通を設定していることを特徴とする請求項2記
    載のガスタービン用燃焼装置。
  4. 【請求項4】 穴開き板(12A)及び開閉板(12
    B)が、相互に摺動可能に組み合わされていることを特
    徴とする請求項3記載のガスタービン用燃焼装置。
JP5252898A 1998-03-04 1998-03-04 ガスタービン用燃焼装置 Pending JPH11248158A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2003044433A1 (en) * 2001-11-20 2003-05-30 Volvo Aero Corporation A device for a combustion chamber of a gas turbine
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