JPS5986823A - 低NOxガスタ−ビン燃焼器 - Google Patents

低NOxガスタ−ビン燃焼器

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Publication number
JPS5986823A
JPS5986823A JP19594382A JP19594382A JPS5986823A JP S5986823 A JPS5986823 A JP S5986823A JP 19594382 A JP19594382 A JP 19594382A JP 19594382 A JP19594382 A JP 19594382A JP S5986823 A JPS5986823 A JP S5986823A
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JP
Japan
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inner cylinder
cylinder
combustion
dilution air
dilution
Prior art date
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Pending
Application number
JP19594382A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshimitsu Minagawa
義光 皆川
Isao Sato
勲 佐藤
Yoji Ishibashi
石橋 洋二
Takashi Omori
隆司 大森
Michio Kuroda
黒田 倫夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5986823A publication Critical patent/JPS5986823A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • F23R3/04—Air inlet arrangements
    • F23R3/06—Arrangement of apertures along the flame tube
    • F23R3/08—Arrangement of apertures along the flame tube between annular flame tube sections, e.g. flame tubes with telescopic sections
    • 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)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ガスタービン用燃焼器に係り、特に、燃焼器
で発生する窒素酸化物(NOx )を低減し、運転範囲
のすべてにおいて安定燃焼を得るに好適な低N Oxガ
スタービン燃焼器に関する。
〔従来技術〕
従来、ガスタービンの低N Ox化については、水また
は蒸気を直接燃焼器内へ噴射し、火炎温度の低下による
N Ox低減化技術が実用化されており、この方法によ
って無対策時のNOxを80%程度まで低減できる見通
しを得ている。しかし、この方法による場合、ガスター
ビン発電システムの効率低下を招く欠点がある。このだ
め、これに代る、いわゆる、2段燃焼法あるいは希薄燃
焼法といった燃焼制御に立脚したNOx低減化技術が注
目されだし、その技術開発に精力的な努力が続けられて
いる。
これら2段燃焼法、希薄燃焼法のうち、ガスタービン用
燃焼器では、多量の過剰空気を用いているという理由か
ら、希薄燃焼法が適している。しかし、この場合、燃焼
器頭部から多量の燃焼空気を供給して燃料希薄の状態で
燃焼させることにより、いくつかの燃焼上の欠点をもっ
ている。すなわち、燃焼器頭部における燃料希薄が原因
で着火不良を招くということが第1黒目にあげられる。
第2魚目には燃空比が0.005(無負荷時)から0.
02(定格負荷時)まで、大巾に変化するので、高燃空
比である定格負荷時には安定燃焼が保たれたとしても、
低燃空比である低角荷時ではやはり燃料希薄から安定燃
焼が保たれず、不安定燃焼を生じさせることがあげられ
る。第3魚目には、やはり低負荷時では燃料希薄が原因
で、燃焼炎中に局所的過冷却部が生じ、これにより、未
燃性物質を発生させ、ひいては燃焼効率の低下を招くこ
とがあげられる。従って、希薄燃焼法による場合、N 
Ox低減効果から見れば燃焼器頭部において燃料希薄度
を高めれば高める程、好結果が得られるわけであるが、
上記の欠点をもつだめ、そのN Ox低減効果に限界が
あり、大巾なNOx低減には至っていないのが現状であ
る。
そこで希薄燃焼法によるNOx低減効果を向上させる方
法として、近年、いくつかの発明が提案されている。こ
れらの発明のほとんとは、前記欠点は燃焼空気配分が負
荷変化にかかわらず一定であるが故に免生する点に着目
し、その解決のために燃焼器頭部の燃焼空気孔を(1)
負荷条件に応じて開閉する開閉装置をIiiえいせる、
(2)第1図に示すように二重壁構造とし、負iMt’
 %件によって生ずる外壁502の熱伸びを利用して、
固定内壁500の空気孔501と外壁502の短気孔5
03を一致あるいは不一、I−スさせろよう構成するな
どの方法がとられている。ようするに前t、12(1)
及び(2)の両者とも、低負荷時には燃焼器頭部の燃焼
空気孔を閉じ、高負荷時にすよこれとは逆に燃焼器頭部
の燃焼空気孔を開き、こうすることによって負荷条件に
よる燃焼器頭部の燃料希薄変化を少なくシ、希薄燃焼法
によるNOx低減効果の向上をねらう。
第2図はガスタービン用燃焼器において空気配分を支配
する差圧(内筒外側全圧−内筒内側静圧)の−実測例で
、燃焼器頭部では差圧が小さく、後部に行くにしたがい
差圧が増加の傾向を示している。この傾向は、後部に行
くにしたがい、内筒内部での燃焼ガス量の増加、ひいて
は燃焼ガス流速の増加が見られ、その結果、動圧分が増
加して静圧分が減少することによるものである。従って
、前記(1)及び(2)の解決策を詳細に検討すると、
差圧の極めて小さい燃焼器頭部で、燃焼空気量を調節す
ることになるので、燃焼空気量の調節できる範囲が狭く
、N Ox低減効果の大巾向上は期待できない。また、
解決策(2)では、燃焼器頭部では火炎温度が最も高く
、このため、円筒壁面冷却の冷却空気孔が緻密に配置さ
れているので、構造的に極めて複雑な構成を要求される
などの問題を抱えている。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、希薄燃焼法によるN Ox低減効果を
大巾に向上させ、かつ希薄燃焼法を実施する際に生ずる
着火不良、ならびに低負荷時における不安定燃焼、燃焼
効率低下の問題を解決しうる低NOxガスタービン用燃
焼器を提供するにある。
〔発明の概要〕
本発明の要点は後部の差圧大である部分の空気孔開口面
積調節に焉目し、燃焼ガスの希釈減温に用いられ、燃焼
にはほとんどE 9J、)を及ぼすことない希釈空気孔
の開度調節を行なわせるように構成したことにある。
〔発明の実施例〕
第3図は本発明による低N Oxカスタービン燃焼器の
一実施例の全体構造を示し、空気圧縮機(図示せず)か
らの空気導入口1をもつケーシング2の一方には燃焼器
外筒3を連結し、他方にタービン(図示せず)をそれぞ
れ連結し、外筒3及びケーシング2の内部には、燃焼器
内fiffi 4と、内筒4で生じた燃焼ガスをタービ
ンに送り込む燃焼器尾筒5とが配置されている。内筒4
には燃料ノズル6を内部壁間に臨ませて装着し、燃料ノ
ズル6の外周には燃焼空気用のスワラ7を設け、内筒4
の軸方向壁面には、燃焼空気用の1次空気供給(L8.
2次空気供給孔9、さらに希釈空気供給孔10を、それ
ぞれルーパあるいはスリット等による冷却空気供給孔(
図示せず)が複数個ずつ設けられている。
この燃焼器において、空気圧縮機からの空気100は、
ケーシング2の内周と尾筒5の外周で形成される空間内
で反転後、内筒4と外筒3との間の環状空間を通り、ス
ワラ7.1次空気供給孔8.2次空気供給孔9及び希釈
空気供給孔10よりそれぞれ分配供給される。一方、燃
料ノズル6より液体もしくは気体の燃料200はスワラ
7.1次空気供給孔8及び2次空気供給孔9より供給さ
れる燃焼用空気によって燃焼し、しかる後に、希釈空気
供給孔IOからの空気により所定のガス温度まで減温さ
れる。こうして得られた燃焼ガスは尾筒5を経てタービ
ンへ供給される。
本発明の燃焼器の特徴とするところは、第1図に示すA
部、すなわち、内筒4の後端部とこれに後続する尾筒5
の先端部の摺動結合部分近傍に希釈空気供給孔10を配
置し、内周4及び尾筒5の両者の熱伸び差を利用して希
釈空気供給孔10の開口面績を変化させることにある。
第4図は第3図の■部を拡大して示した断面図で、内筒
4の後端外周には隣接する尾筒5との摺動作用がスムー
ズとなるだめの板状スプリング11を備えており、尾筒
5の先ψIMより前方の内筒4に、円周方向に複数個設
けた希釈空気供給孔10が配置される。このように’r
ki成しておけば、燃焼動作を開始すると、内筒4は燃
料ノズル6側が固定点となっているため、壁面篇IWの
上昇に伴って熱伸びは第5図に示す矢印のように尾筒5
側に吸収される。他方の尾筒5には、タービン側が固定
点となっているため、熱伸びは第5図に示す矢印のよう
に内筒4側に吸収される。ようするに、内筒4及び尾筒
5の熱伸びによって両者の摺動結合部分は第4図の状態
から第5図のように変化し、この結果、希釈空気孔10
の一部が閉鎖され、希釈空気供給孔10の開口面積の減
少、ひいては希釈空気量の減少という作用をもたらす。
内筒4及び尾筒5の両者は着火時から定格負荷時、運転
までの間に600〜650Cの壁面温度変化があり、こ
れに伴う内筒4及び尾筒5の熱伸びはそれぞれ7問ずつ
と計封されるとすれば、着火時から定格負荷時運転まで
の間に、内筒4及び尾筒5の摺動結合部のオーバラップ
量を14陥増加することが可能なわけで、希釈空気供給
孔の孔径を28wnに設定したと考えれば、このうちの
半分が閉鎖されることになり、これに伴い希釈空気量は
半減する。
ようするに、着火時の希釈空気量を100%とすれば、
定格負荷時運転では50%に減少し、この間、運転負荷
条件で変化することになυ、希釈空気量の減少分は燃焼
用空気及び冷却用空気の増大をもたらすことになる。
以上のような希釈空気供給孔の開度操作を行なった場合
、燃空比に対するNOx及びCOの発生量は第6図に示
すようになる。第6図において、実線が本発明工による
場合で、破線が無対策Cの従来例である。ここで、燃空
比の小さい状態が低負荷運転時で、この時は、希釈空気
量が大で燃焼用空気量が小であるだめ、無対策時Cに比
べ高温燃焼となるためNOxは高く、COは燃焼炎の過
冷却が減少することもあって低い値にとどめることがで
きる。これに対して、燃空比の大きい高負荷運転時では
、前記のように希釈空気量が減少し、燃焼用空気量が増
大する結果、無対策時Cに比べ希薄低温燃焼となってC
Oは多少増加するが、N Oxは減少できる。
一方、着火性及び燃焼の安定性の点について考察すると
、これらが特に問題となる低燃空比Vこよる低置荷時運
転では、前述のように、希釈空気量を多く、燃焼用空気
量を少ない状態に保持するので、これらの問題点を解消
するのに有効である。
これは、前述のように、内筒4及び尾筒5の摺動結合部
のオーバラップ増城址が最大で14mであシ、この変化
量を利用して、極ツバ希釈空気値及び燃焼用空気量の増
減を大きく取れるようにしたところに肋゛徴がある。よ
って本実施例は前記実施例に比べ、より大巾なNOx低
減効果が期待できる。
第8図はもう1つの他の実施例で、前記実施例では内筒
4及び尾筒5の熱伸ひ差別用によって希釈空気供給孔1
0(あるいは12)の開度調節を行なっているの姉対し
、本実施例では希釈空気供給孔10のうちの一部に、外
筒3に駆動部51と駆動部50に接続されている駆動軸
52、そして、弁体53からなる希釈空気供給孔開閉装
置50を備えているところに構成上の特徴がある。これ
により、着火時及び低負荷時に&:1 希釈空気供給孔
10のすべてを全開にしておき、希釈空気量大、燃焼空
気員小の状態を確保する。そして高負荷時には、この状
態とV′、J:逆に、希釈空気供給孔開閉装置50を動
作させて希釈空気供給孔10の一部を閉じ、希釈空気量
率、燃焼空気駄犬の状態を確保する。このように作動す
ることにより、前記実施例と同様の効果が期待できる。
〔発明の効果〕
本発明によればNOxMが増加する1唄向にある高負荷
時連転においてもNOxの発生−1)、が低減され、ま
た、低負荷時運転で増加する傾向にあるCOの発生量も
低減できる。また、低負荷時運転では、燃焼用空気楚が
低減されるため、着火性が良好となり、かつ燃焼炎の安
定性−2向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来技術の説明図、第2図はガスタービン燃焼
器における内筒内外の差圧実測側図、第3図は本発明の
一実施例を示す低N Oxガスタービン燃焼器の断面t
7J %第4図は第3図の■部拡犬図、第5図は第3図
の■部における状、些変化図、第6図は本発明の実施例
におけるNOx、CO発生鷲の説明図、第7図及び第8
図は本発明の他の実施例の断面図である。 4・・・内筒、訃・・尾筒、10・・・希釈空気供給孔
、11・・・板状スプリング。 代理人 弁理士 高橋叩夫1 、′・4 ′。 、(1 に・fjfl 1・・1−一 第 4  日 第 5 日 第2 目 亀 小−墳を比−大 第7 目 第 δ 圀 1

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、燃焼空気孔、冷却空気孔、希釈空気孔をもつ内筒、
    この内暗に後続する尾筒、前記内筒及び前記尾筒を収納
    する外筒、プレナムチャンバーからなるガスタービン用
    燃焼器において、前記希釈空気孔の開口面積を変化させ
    ることにより、NOx生成に影響する燃焼空気量を調節
    することを特徴とする低N Oxガスタービン燃焼器。 2、特許請求の範囲第1項において、内筒に設けた希釈
    空気孔の開口面積変化を、前記内筒及び尾筒の熱伸び差
    を利用して行なわせるよう構成したことを特徴とする低
    N Oxガスタービン燃焼器。 3、特許請求の範囲第2項記載の低NOxガスタービン
    燃焼器において、希釈空気孔を円筒周方向に長円形とし
    たことを特徴とする低N Oxガスタービン燃焼器。 4、内筒に設けられる希釈空気孔の一部に開閉装置を取
    付け、負荷条件に応じて開閉し、これによシ希釈空気孔
    の開口面積変化を行なわせることを特徴とする特許iδ
    求の範囲第1項記載の低NOxガスタービン燃焼器。
JP19594382A 1982-11-10 1982-11-10 低NOxガスタ−ビン燃焼器 Pending JPS5986823A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1156280A3 (en) * 2000-05-15 2001-12-19 United Technologies Corporation Gas turbine engine liner
EP1249663A3 (en) * 2001-04-10 2002-11-20 FIATAVIO S.p.A. Gas turbine combustor, particularly for an aircraft engine

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1249663A3 (en) * 2001-04-10 2002-11-20 FIATAVIO S.p.A. Gas turbine combustor, particularly for an aircraft engine
US6810672B2 (en) 2001-04-10 2004-11-02 Fiatavio S.P.A. Gas turbine combustor, particularly for an aircraft engine

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