JPS5899622A - 燃焼タ−ビン装置の燃焼器 - 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】 本発１ｊ１１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［４工、予混合−予見化燃焼
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回転子、３つの部
分即ち圧ｉｉｊ機部と、燃焼器部と、タービン部とを一
般に備えている。圧ｍ機部中に吸引され圧空気は圧縮さ
れて温度及び密度が増大する。圧縮機部からの圧縮され
圧空気を１、燃焼器部な通って流れ、その間（空気の温
度がＩＮ！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＠に変えられる。

具部的な燃焼器部は、燃焼タービンの円周の回りに環状
列に配列され九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って加熱
される。

また燃料は、火炎技術に従ってノズルにより燃焼器の上
流端に噴射される。火炎は、強力な空力的循環ニよって
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丸めに、高燃
料濃度のポケットが生じ、これらのポケット中に一工そ
れに対応して高い燃焼反応温度（ランキンの温度、約＃
！００　”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／１００°Ｒ）により下流側におい【
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５にする必要がある。ま九既知の火炎技術に
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ってから、ＮＯ及び
ＣＯの放出規準が一層厳しくなった。

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−士気化燃焼器である。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（含まれる均質な濃度が実現される。更に成る童の
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ａ度が達成されることにより、は
ぼ７０９．２３℃（−０００丁）ないし１６ダ２６℃（
３０００下）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−士気化
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−士気化燃焼器の燃料ｔｃｔ’ｚ、Ａ！
燃料油のような重油燃料ではなく、ムコ燃料油のような
清浄な燃料油が一般に用いられてい友、清浄な燃料油の
特徴は、灰分が少な（、−案分が少な（、沸点が低（、
普通の温度で動作する燃料調整領域において容ＴｏＫ気
化することである６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Ｋ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（と、タービンを停止さ
せ【燃焼器を修理又を工交換することが必ｌ！になる程
度に燃焼器が損傷する。沸点が高いため１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９、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（なる丸め、反応温度が非常に高くなり
、燃焼器の構成要素％に触媒燃焼器の触媒要素が損傷を
受ける。

従っ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−士気化燃焼器に対する必要を情死して
いないものと考えられる。

上述し九問題のために従来は広（用いられなかつ死重油
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７に′Ｐ！６消する九
めの改良された燃焼タービン用燃焼器を提供することＫ
ある。

この目的から本発ＥＡＫより提供される燃焼器は、燃焼
反応を閉じ込めるためのほぼ円筒状の囲いを有するもの
であって、該囲いハ、該囲い中に流入する該囲いの下流
１１ｍ開放端を経てタービン入口への移行ダク）［排出
される圧縮機排出空気を流入させる丸めの開口を、上流
端の近くに備え【おり、上記燃焼器は史に、上記囲い中
のガス流に燃料を噴射する燃料噴射装置と、上記囲い中
の、該燃料噴射装置の下流側にある燃料調整領域とを有
し、該燃料調整領域は、上記燃料噴射装置（より噴射さ
れる燃料を少くとも部分的に圧縮機排出空気と混合させ
ると共和、上記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包囲する上記囲いに燃料混合
物が接触することを阻止する阻止装置と、上記囲い中の
、上記燃料調整領域の下流側に配され九燃焼領域とを有
し、該燃焼領域は燃料の燃焼を開始させ支持する支持装
置を倫え、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托したものである。

本発明の好ましい実施例によれば、コークスの付着は、
内面に融い空気の境−界層を形成して燃料混合物が核内
Ｔｋｉに衝突することを阻止する丸めの空気境界層形成
装置（通孔）を備え７’Ｃ７−ド構造により防止される
。燃焼は火炎又は触媒（より行なわれ、どちらの混合に
もフード構造により、普通を工壁面のコークス化により
非実際的となるを工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Ｋ　ｅｍ　、燃焼タービンの燃焼器と燃焼器制御
装蓋の全体がブロッ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
ｌコ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ｉｏは触媒要素又は
エエットｌダを有し、この触媒ユニットｌダを工、燃焼
器１０を通つ【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／／を有し、このユニットｌ
ダに入る前（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
＃２＆７’Ｃ（１００″Ｐ）は、燃焼器胴部の外部の囲
まれえスペースから燃１１ｓＫ供給される圧縮機排出空
気の温度例えばＪりｔｉ’ｃｃ７００″Ｆ）よりも高い
、典朦的な場合には、空気供給温度の不足分は、始動時
及び軽負荷運転の時Ｋｔｉ１１６になる。

そのため１火燃焼領域／Ｉが、触媒燃焼器１００内部に
おいて燃料調整領域ｔｉの上流側に設けられている。ノ
ズル装置−〇は、１次燃料弁ＪＪから！火燃焼領域／ｌ
Ｋ燃料を噴射する九めに設けてあり、該１次燃焼領域で
一工、燃焼器壁中の通孔を通りタービンクーシン２内の
スペースから７火燃焼領域／ＩｆｌＣ入る７次空気によ
り普通の火炎燃焼が支持される。−Ｉ次燃料弁コ一と１
次燃料弁Ｉりとはそれぞれ１次燃料制御部ＪＪと一次燃
料制御部コダとにより制御され、燃料制御部コＪ、・Ｊ
ヂは速度−負荷制御部コｓＫ連結されている。

その丸め高温ガス流は、燃料調整領域／／に供給され、
そこで燃料−空気混合物と混合され、触媒エニツ）７１
＋の適切な作動を可能とするに足りる高温に加熱された
燃料混合物な供給する。

この構成において、触媒ユニツ）／＋における燃焼のた
めにノズル装置／４により噴射された燃料・工、−次燃
料流である。この−次燃料流を工、触媒ユニットｌダに
入るのに必要なレベルまで混合物の温度な高めるのに必
要な予熱を与える１次燃焼生成物及び圧縮機コｌからの
一欠字気Ｉデと混合される。

この実施例に従って構成した燃焼器を工、上述し九触媒
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輩−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／／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＾温ガス流が形成される。以下の説
８Ａ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ｆｊｉＡＧＫも適用される。

第一図には、第１図の燃焼器１０について説明し九原瑠
を具体化し九触婁燃焼器Ｊ０が図示されている。触媒燃
焼器５ｏｂｓ固定子羽！ｓＪ／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Ｊ０がタービンケーシングＪＪの内部
の、回転子軸線の回ヤに配設されている。

、この実施例によれば、燃焼器３０は、燃焼器バスケッ
ト即ち囲い＃０と、触媒具エツトＪ４と、移行ダクトｓ
ｔとを有し、高温ガスは移行ダクトＪＩＫ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ＪＯは、
囲い参σの内＠にある燃料調整領域３９を更に備えてい
る。

第一図の燃焼器Ｊ０の燃料調整領域Ｊ−は第３図に断面
で図示されている。この燃料調整領域２４１ｋ１．燃料
を燃料調整領域３９に噴射するための燃料噴射装置、即
ち１次ノズル装置４Ｉコと、混合物が燃焼領域＃ｌ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Ｉ１４とを備えている。

１次ノズル装置４Ｉハエ、噴射面に沿って、好ましくｔ
工複数のジェット流として複数の側壁開ロｊＡｔｌ−通
って、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、−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
と触媒工ニッ）Ｊ４の中心は過大な燃料な受ける。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Ｋは最大貫通は管状の燃焼器の直
径の約ＪＳ％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一次燃料の良好な霧化
が実現される。

フード構造炉４に工複数の同心状の円筒部分を有し、各
々の円筒部分の一部舎工重なり合い、溶接などＯ適宜の
手段により隣接する円筒部分に固着され、抜き差し自在
のフードを形成する。

フード構造４１４はノズル装置参コから下流側の燃焼領
域４１ｔまで、燃料調整領域Ｊ４１１の実質的に全容積
を包囲している。フード構造炉６の各々の円筒部分の上
流側の表面！−の通孔は、各円筒部分の内面ｊ参に沿っ
てガス流を向け、フード構造炉６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【、フード構造炉４ｔＸ、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Ｊ４Ｉ及びフー
ド構造参番の内壁にプークスが付着することを阻止する
阻止装置となる。

フード構造１１６は、燃料調整領域Ｊ％と周囲の燃焼器
の囲いとの間ＫＲ体の境界層を本発明のＮ埋に従って形
成するものであれば、抜き差し式以外の任意の側構造の
円筒部分な備えていてもよい。この側構造の実施例によ
るフード構造は、例えば環状に配設され、軸方向に隔置
され九流体噴射装置を有する大体円筒形の囲いからなり
、核流体噴射装置により囲いの内面に旧って流体層を形
成する。

フード構造４Ｉ−６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ット
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ａｔ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５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
ロック線図、第２図を子弟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っ
て配設された第一図の触媒燃愛器の断面図である。 １０、ＪＯ・・触媒燃焼器、／／、３＃・Ｑ・燃料調整
領域、／ｊ、ＩＩコ・・ノズル装置（燃料噴射装置）、
コｌ・・圧縮機、／参、３４・・触媒ユニット（燃焼支
持装置ｆ）、３ｔ・・移行ダクト、ＵＯ・・囲い、り６
・・７−ド構造（阻止装置）、ｑざ・・燃焼領域、ｊ４
・・開口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃焼反応を閉じ込めるためのはぼ円筒状の囲いを有する
   燃焼タービン装置の燃焼器であってぷ１い、・１、該囲
   い中和流入して誼囲いの下流側開放端（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（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、上記囲い中の、該燃料噴射装置の下流１１ｐ
   ｃある燃料調整領域とを有し、該燃料調整領域は、上記
   燃料噴射装置により噴射される燃料を少（とも部分的に
   圧縮機排出空気と混合させると共に、上記噴射装置によ
   ）噴射される燃料を気化させるための、混金−気花装置
   を備えておシ、更（上記燃焼器は、上記燃料調整領域を
   包囲する上記囲い（燃料混合物が接触することを阻止す
   る阻止装置と、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
   にし九燃焼タービン装置の燃焼器。