JPS5989928A - ガスタ−ビン燃焼室 - 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】 本発明は特許請求の範囲第１項の上意概念部分に記載し
たガスタービン燃焼室に関する。

かかるガスタービン燃焼室は、西ドイツ特許＠２４１７
１４７号明細書で知られている。この周知のガスタービ
ン燃焼室の場合、−次燃焼室はその中で燃焼が終息して
しまわないように寸法づけられている。従って火炎が一
次燃焼室から二次燃焼室として形成された共通の１−″
）の室の中に入り込み、この室の中で一次火炎と混合し
ながら共通の二次火炎を生ずる。二次燃焼室の球欠状閉
鎖蓋への一次燃焼室の配置は、−次火炎の効果的な混合
によって独立した点火装置なしでも−・次燃焼室の投入
の際に確実な点火を保証するようなできるだけ密な二次
火炎を生じなければならない。二次燃焼室において完全
燃焼が生ずるようにするだめに、そのケーシングにはそ
れを通して補助的な燃焼用空気が共通の二次火炎に送ら
れるような孔が設けられている。

この周知のガスタービン燃焼室は、燃焼過程の多数の小
ざな一次燃焼室への分割が火炎の高温領域における燃焼
用空気の滞在時間を短縮し、これがＮｏ　　（窒素酸化
物）の発生を少くするという利点を有している。更に各
−次燃焼室を投入および遮断すること１（よって、負荷
変動の際も燃料と燃焼用空気との混合比を良好に保つこ
とができる。

本発明の目的は、ＮＯｘの発生が更に減少できるような
多’＋；Ｌ！、の一次燃焼室をもったガスタービン燃焼
室を作ることにある。

本発明に、１：ればこの目的は、特許請求の範［１口第
１項の特徴（ｒ、ｌＨ分分配記載た手段によって達成さ
れる。

本発明は、二次燃焼室の大きな容積内における再燃焼の
際にイ、１加的な輝在時間によって付加的なＮＯｘが発
生されるという認識、およびＮＯｘの発生を少なくする
ため狭い作用範囲を有している多数の一次燃焼室の場合
、投入されている−次燃焼室から流出する高〃１ガス噴
出流と遮断されている一次燃焼室から流出する低温空気
噴出流との特に効果的な混合が必要であるという認識に
基づいている。それに応じて一次燃焼室が開口している
共通の室が純粋な混合室として役割され、この混合室が
でき屹墾り球の形にされている。従って一次燃焼室が投
入されている場合には完全燃焼が行なわれるので、混合
室内において付加的なＮＯｘ発生を伴なう再燃焼は不要
となる。混合室が球形であること１（よって、−次燃焼
室が半径方向に向けられている場合に最適な混合が保証
ばれ、その場合出口開口側の球帯に配置きれる一次燃焼
室について、それらを主高温ガス流に関して後方に傾け
ることが特に重要である。球形の別の利点は、球面が極
めて多数の一次燃焼室を設置するだめの場所を提供でき
るということにある。その場合全部の一次燃焼室が球の
緯線の」；に配置されていることが目的に適っている。

その場合隣接する緯線の一次燃焼室は互だずらして配置
すれば特に空間を節約１．た設置が保証できる。

混合室の出口開口に円筒状の移行部分が続いている場合
、ガスタービンとの接続部は球および円筒の貫通部によ
って構造的に特に簡単しこ作ることがてきる。

本発明の別の実施態様眞おいて、−次燃焼室のバーナが
外側の燃焼室ケーシングの短管の中に入れられているこ
とを捉案する。その場合バーナの組立はこれらの短管を
通して行なうことができる。

帰管の内径を一次燃焼室の外径よりも太きぐすれＱ、ｒ
、全部の一次燃焼室の組立もこれらの短管を通１、で？
ｊ／、Ｃうことができる。、 球状の燃焼室ケーシングの中央にマンホールが設けられ
、このマンホールに合わせて混合室に閉鎖可能な開１］
が設けられると有利である。その場合このマンホールお
よびその開口を通って混合室に入り込むことができ、そ
れによって特に−次燃焼室および混合室の耐火ライニン
グの点検が容易に行なえる。

本発明の秀れた実施態様においては、−次燃焼室には予
混合バーナが装備されている。かかる予混合バーナは特
に有害物質の少ない運転を行なうことができる。また本
発明に基づぐガスタービン燃焼室の特別な前提条件によ
って、拡散バーナに比べて小さな予混合バーナの作用範
囲を問題なしに得ることができる。予混合バーナの端部
に配置されている火炎安定器によって、混合ガスの望寸
しくない逆火の発生が防止でき、火炎の安定した再循環
領域が作られる。

各−次燃焼室に独立した点火装置が付属され、それによ
って−次燃焼室を投入する際に申し分のない点火が保証
されるようにすることも目的に適っている。

本発明の特に秀れている別の実施態様においては、燃焼
領域の後方で混合室への開口の手前に位置する一次燃焼
室の範囲に、冷却空気の入口開口が設けられている。こ
の処置は、−次燃焼室における完全燃焼後でも混合室内
においてＮｏア発生を伴なう再反応が生ずるという認識
に基づいている。しかしかかる再反応は冷却空気の供給
によって混合室への反応パートナ−の侵入の前に凍結き
れる。この作用は、全部の混合空気が燃料供給管が遮断
されている場合専らバーナを介して冷却空気の形で一次
燃焼室の開口を通して混合室の中に導入できることによ
って一層強化される。従って部分負荷運転の際に遮断さ
れている一次燃焼室を通って流入する混合空気を除いて
、全部の混合空気が冷却空気として利用される。

有害物質の少ない燃焼過程を得るには、全部の燃１３’
Ｊ、川空気が専ら燃料供給管が投入されている場合専ら
バーナを介して供給できるようにすると良い。その場合
−次燃焼室には冷却空気の入口開口のほかには、燃焼用
空気あるいは混合空気の別の入口開口は設けられない。

以下図面に示す本発明の実施例に・ついて詳ＩＩＩＩＩ
　Ｉｃ説明する。

第１図においてガスタービン燃焼室は混合室１を有し７
、この混合室１　＋ｄ一点鎖線にで示した球の形をして
おり、その出口開口１０にはガスタービンへの」妾続部
を形成している円筒状の移行部分１１が耘いている。す
なわち混合室１の出口開口１０は球にの貫通部と移行部
分ＩＩの円筒体の貫通部えよって形成されている。その
場合移行部分Ｊ１の直径は球にの直径よりも小キく、移
行部分１１の長手軸心は球にの中心点を通っている。従
って混合室１のケーシングは閉鎖蓋のように見える半球
ＨＫとこの半球Ｉ−Ｉ　Ｋと出口開口１０との間に位置
する球帯ＫＺとから構成されている。

球にの緯線上には混合室１に開口している多数の一次燃
焼室２が配置され、これらの−次燃焼室２の長手軸心は
球にの中心点に突き当っている。

図示の実施例の場合、半球ＨＫの第１の緯線に５個の一
次燃焼室２が、半球Ｈ，Ｋの第２の緯線に１０個の一次
燃焼室２が、球Ｉ（の赤道ないし最大円に１０個の一次
燃焼室２が、および球帯ＫＺの緯線匠同様に１０個の一
次燃焼室２がそれぞれ配置されている。その場合隣接す
る緯線の一次燃焼室２は互にずらして配置されている。

各−次燃焼室２には予混合バーナ３が装備されており、
これらの各予混合バーナ３は外側燃焼室ケーシング４の
各々の短管４０の中ば入っている。

その場合各予混合バーナ３の燃料供給管３０はそれぞれ
短管４０の端面閉鎖蓋４００を貫通して導かれている。

更にこれらの短管４０ば、それらを通して一次燃焼室２
および予混合バーナ３の組立が行なえるように寸法づけ
られている。

外側燃焼室ケーシング４は混合室１を間隔を隔てて取り
囲む球の形をしており、ここにはガスターヒ゛ン接ζヅ
Ｌ部の力に截頭円錐状の移行部分４１おＬび接（、τ１
１．ノノン、、＞４３をもった短かい円筒状部分〆１２
がｆＶｊい−Ｃいる。燃焼室ケーシング４の接続フラン
ｆン４３と反対の側に中央マンホール４４が設けられ、
このマンホール４４に合わせて混合室１に閉鎖可能ｔ、
ｃ開口が設けられてし４る。この閉鎖１Ｊ能な開口の蓋
１２は図面において球Ｋを平らに削り取った範囲として
示されている。従ってマンホール４４の蓋４４０を取り
外しかつ混合室１の蓋１２を取り外すと混合室１の中に
入ることができる。これによって特に混合室１および各
−次燃焼室２の耐火ライニングの点検が容易に行なえる
。

矢印Ｖで示した圧縮機空気の供給は混合室１の円筒状移
行部分１１と燃焼室ケージソゲ４０円筒状移行部分４２
との間て形成された環状室を通して行なわれる。圧縮機
空気■はそれから混合室１と燃焼室ケーシング４の球状
範囲との間にある中間室に送られ、そこで矢印Ｂで示し
だバーナ空気と矢印Ａで示１−だ冷却空気とに分かれる
。バーナ空気Ｂは、予混合バーナ３に燃料供給管３ｏが
接続されている場合には燃焼用空気として予混合バーナ
３および一次燃焼室２に送られ、予混合バーナ３と燃料
供給管３０とが遮断されている場合には予混合バーナ３
および一次燃焼室２を通って混合用空気として混合室１
に送られる。冷却空気Ａは一次燃焼室２の終端範囲に配
置された開口２゜？シ・通り−Ｃ−次燃焼室２および同
様にに９１：いて混合室１に送らｔＬる。投入状態の一
次燃焼室２から流出する高温ガス噴出流と、遮断状態で
ある一次燃焼室２から流出する低温空気噴出流との効果
的な混合が混合室１の中において行なわれる。タービン
入口温度まで冷却された高温ガス流は混合室１からその
出口開口１０を通って排出きれ、矢印Ｈで示しだように
移行部分１１を通ってガスタービンの内側ケーシングの
中に流入する。全負荷運転の場合にｄｌ、冷却空気Ａと
して供給はれた混合空気を既に連行している高温ガス噴
出流だけが混合室１の中で互に混合される。これに対し
部分負荷運転の場合には、遮断されている。−次燃焼室
２を介して供給される低温空気噴出流もこの混合に関与
する。その場合混合作用は、混合室１が球状形状である
こと、および高温ガス噴出流および部分負荷運転の際に
存在する低温空気噴出流が半径方向に向いていることに
よって特に効果的に行なわれる。この効果的な混合は混
合室１の球帯ＫＺに配置されている一次燃焼室２によっ
て最適化され乞。というのはこの−次燃焼室２の長手軸
心が高温ガス流Ｈの主方向に関して後方に設けられてい
る−からである。

第２図は第１図に基づいて形成された２個のガスタービ
ン燃焼室を全体を符号ＧＴで示したガスタービンの両側
て配置した構造を示している。第２図の左側に示したガ
スタービン燃焼室ばから球状の燃焼室ケーシング４にあ
る短管４０およびマンホール４４の立体的な配置構造が
明らかである。第２図の右側に示しプζガスタービン燃
焼室の場合、球状の燃焼室ケーシング４の全部で４個の
緯線ＢＫ上への短管４０の配置を明らかにするためて、
短管４０は図面上省略されている。

第３図は一次燃焼室２およびそれに付属する予混合バー
ナ゛３を縦断面図で示している。炎筒とも呼ばれる一次
燃焼室２は円筒状の炎筒ケーシング２１から構成てれ、
その一端には端面閉鎖蓋２２が配置きれ、他端に杜接続
フランＬ：／２３が配置されている。ζ；１．：面閉鎖
蓋２２は中央開口を何し７、この中央開口を通して予混
合バーナ３が、面１火ライニング２４を備えている一次
燃焼室２に開１−」１−ている。閉鎖蓋２２は外側縁の
方に配置された別の開口を自し、この開口を通して点火
バーナ２５が耐火−ライニング２４を貫通して一次燃焼
室２に開口１７ている。点火バーナ２５の」二側接続フ
ラン９２５（１＆ｃ＆よ点火′電極２５１、空気供給管
２５２およびガス供給管２５３が設けられている。

冷却空気Ａの供給開口２０は半径方向に向けられ、炎筒
ケーシング２１および耐火ライニング２４を貫通してい
る。その場合この開口２０は、第１図に示しだ混合室Ｉ
ＶＣ接続フラン、＞２３を介して取り付けられている一
次燃焼室２の終端範囲にある。

予混合バーナ３はほぼ円筒状に形１＞１２されたバーナ
ケーシング３１から構成され、このバーナケーシング３
１は一端に旋回体３２と燃料噴射ノズルＳ３：３とを支
持し、他端に火炎安定器３４を支持し−（いる。旋回体
３２と火炎安定器３４との間如形成されている予混合Ｚ
ｉ　：３５　ＩＣおいて、燃料供給管３０を通して供給
されて燃ｉ−１噴射ノズル３３で噴霧されだ液体燃オ」
が気化され、燃焼用空気Ｂと混合される。この混合をで
きるだけ良くするため匠・燃焼用空気Ｂは旋回体３２を
通過する際に旋回される。供給された燃焼用空気Ｂと気
化された燃料とから成る均質の混合ガスはまず一次燃焼
室２の中において点火バーナ２５によって点火される。

その場合火炎安定器３４は火炎を安定するために用いら
れるが、更に寸た予混合室３５への火炎のはね返りを防
止する。予混合バーナ３を取りイマ１けるためにフラン
ジ３Ｇが設けられており、このフランジ３６は一次燃焼
室２の閉鎖蓋２２に熱膨張自在に固定されている。

ガス状態相を使用する場合、同様に予混合室３５の内部
において燃焼用空気Ｂとの均質な混合ガスが形成きれる
。その場合予気化は勿論省略される。

−次燃焼室２内の混合ガスを点火するために点火バーナ
２５の代りに、場合によっては電気式点火器を用いるこ
ともできる。

予混合バーナ３において発生さ寒た混合ガスの燃焼は、
−次燃焼室２の内部如おいて冷却空気Ａの人口開「１２
０の手前で完全に終了され、火炎領域＆（−：ｌＳける
燃焼用空気Ｂの短かい滞在時間によってＮＯ発４１Ｅ　
ｌ１ｉＨｆｉ極めて僅かとなる。燃焼領域の後方冗直接
（＋（給でれた冷却空気Ａは高温ガスを冷却し、ＮＯｘ
発生反応の凍結だよって窒素酸化物のそれ以」二の増加
を防止する。

【図面の簡単な説明】

６（Ｓ］図ｖ、Ｌ多数の一次燃焼室と１個の球状混合室
とをもつ／ζ本発明に基づくガスタービン燃焼室の概略
断面図、第２図は第１図に示したガスタービン燃焼室を
２個有しているガスタービンの正面図、第３図シま第１
図に示したガスタービン燃焼室の一次燃焼室の縦断面図
である。 １：混合室、　２；−次燃焼室、　３　予混合バーナ、
　４：燃焼室ケーシング、　１０　：ｍ金堂（１）の出
口開口、　１１：移行部分、　２０°冷却空気の入口開
口、　３０°燃旧供給管、　３４：火炎安定器、　４０
：短管、　４４；マンホール、Ｋ：球、　ＨＫ　：半球
閉鎖蓋、　丁ぐＺ；球帯。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）共通の１個の室に開口している多数の一次燃焼室（
   ２ン、各−次燃焼室（２）の個有の空気供給管、各−次
   燃焼室（２）の負荷に応じて投入および遮断できる個有
   の燃料供給管（３０）、および前記共通の室の球欠状閉
   鎖蓋（ＨＫ　）を有し、との球欠状閉鎖蓋（川く）に−
   次燃焼室（２）がそれらの長手軸心が少くともほぼ前記
   共通の室内の一点に突き当るように配置されているガス
   タービン燃焼室において、前記共通の室が純粋な混合室
   （１）とし、て形１戊をれ、この混合室（１）が−次燃
   焼室（２）の開口箇所および出口開口（１０）を除き全
   面的に閉鎖されている球（ｒ＜　）の形を有し、混合室
   （１）の半球状閉鎖蓋（１−ＩＫ）と出口開口（１０）
   との間に位置する球帯（Ｋ　Ｚ　）の範囲に別の複数の
   一次燃焼室（２）が設けられ、これらの−次燃焼室（２
   ）の長手軸心が他の一次燃焼室（２）の長手軸心と共に
   少くともほぼ球（■ぐ）の中心点て突き当っていること
   を特徴とするガスタービン燃焼室。 ２）全部の一次燃焼室（２）が球（Ｋ　）の緯線の上に
   配ＩＩＶ、ｉれていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のガスタービン燃焼室。 ３）隣接する緯線の一次燃焼室（２）が互にずらして配
   置１σされていることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項記載のガスタービン燃焼室。 ４）混合室（１）の出口開口（１０）に円筒状の移行部
   分（１］）が続いていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項ない１−第３項のいずれかて記載のガスタービ
   ン燃焼室。 ５）−次燃焼室（２）のバーナが外側の燃焼室ケーシン
   グ（４）の短管（４０）の中に入れられていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項４Ｃいし第４項のいずれ
   かに記載のガスタービン燃焼室。 ６）短管（４０）の内径が一次燃焼室（２）の外径より
   大きいことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載のガ
   スタービン燃焼室。 ７）球状の燃焼室ケーシング（４）に中央マンホール（
   ４４）が設けられ、このマンホール（４４）に合わせて
   混合室（１）に閉鎖可能な開口が設けられていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれ
   かに記載のガスタービン燃焼室。 ８）−次燃焼室（２）に予混合バーナ（３）が装備され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第
   ７ｒＪのいずれかに記載のガスタービン燃焼室。 ９）予混合バーナ（３）の端部に火炎安定器（３４）が
   配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第８項
   記載のガスタービン燃焼室。 １０）各−次燃焼室（２）に独立した点火装置が付属さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
   第９項のいずれかに記載のガスタービン燃焼室。 １１）燃焼領域の後方で混合室（１）への開口の手前に
   位置する一次燃焼室（２）の範囲に冷却空気（Ａ）の入
   口開口（２０）が設けられているととを特徴とする特許
   請求の範囲第１項ない１．第１０項のいずれかに記載の
   ガスタービン燃焼室。 １２）全部の混合空気が燃料供給管（３ｏ）が遮断され
   −Ｃいる場合専らバーナを介して冷却空気（Ａ）の形で
   一次燃焼室（２）の開口（２ｏ）を通って混合室（１）
   に導入されることを特徴とする特許請求の範囲第１１項
   記載のガスタービン燃焼室。 １３）全部の燃焼用空気が燃料供給管（３ｏ）が投入さ
   れている場合専らバーナを介］７て供給されることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項ないし第１２項のいずれ
   かｒ（記載のガスタービン燃焼室。