JPS602827A - ガスタ−ビン燃焼器 - 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】 本発明は、ガスタービン燃焼器、詳しくは燃料微粒化装
置を備えた燃焼器に関する。

周知の如く、ガスタービンの性能向上を図るため燃焼器
における圧力比を増加させている。ところが、そのため
−次空気を高圧にすると、燃焼器内の火炎温度が高くな
り、排気ガスの窒素酸化物（ＮＯｘ　）濃度が高くなり
公害となる。

すなわち、ガスタービン及びジェットエンジンからのＮ
Ｏｘ排出量は、それらのエンジンの燃焼器内火炎温度に
大きく依存している。又火炎温度は燃焼器入口温度に依
存している。これは圧縮機圧力比の上昇と共にＮＯｘの
排出量が増加することを示している。まだこれとは別に
、低圧力比でも、レキュベータ付の再生サイクルではＮ
Ｏｘ排出量は増大する。

この為、従来の方法では、燃焼器内へ水噴射をし、火炎
温度を低下させ、低ＮＯｘを達成しようとした。この方
法は、現在に於ても最も確実かつ手っとり早い方法であ
り、産業用として多く採用されている。

しかし、水噴射のものは、純水装置等の付帯設備及びラ
ンニングコスト面で、ドライタイプと比べ高価なものと
なる。又、交通機関等の移動タービンには採用し難いも
のであった。

尚、上記ＮＯｘ排出量は、燃焼器内の平均燃焼温度に依
存するのではなく、最高温度により影響を受け、従来の
当量比（理論的な燃料と空気の混合比に対する実際の混
合比の割合）の大きな高負荷燃焼器では、燃料と空気の
混合が不均一となり、主燃焼域での温度分布が大きく、
この最高温度によりＮＯｘ排出量が増大してしまう結果
にあった。

以上の従来技術を背景とし、最近、液体燃料をあらかじ
め蒸発させて空気と均一に混合し、その後燃焼させるこ
とにより低ＮＯｘをドライで達成しようとする研究が進
められている。これによると航空機巡航時のＮＯｘ排出
量を現状の込。に低下させる。

この燃焼法は、予蒸発・予混合燃焼法（Ｌｅａｎ。

Ｐｒｅｍｉｘｅｄ、　Ｐｒｅｖａｐｏｒｉｚｅｄ　！ｕ
ｅｌ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　）と言われ、希薄燃焼法
である。この燃焼法は、最終的に、主燃焼域に流入する
のは、燃料と空気の理論混合比の半分近＜　（０，５５
〜０．６）の燃料とし、ムのＮＯｘを達成しようとして
いる。

しかし、上記予蒸発・予混合燃焼法（Ｌ、Ｐ、Ｐ、　）
においては、如何に短時間のうちに燃料を蒸発させ、燃
焼用空気と均一に混合させるかが問題となる。

すなわち、上記ＬＰＰにおいては、第１図７）に示す如
く、燃焼室（１）の前部に予蒸発・予混合通路（２）を
設け、この通路（２）内で超希薄な混合を行なわせるの
であるが、該通路（２）内で短時間のうちに燃料を蒸発
させ、かつ均一混合させないと、通路（２）内で自発火
及び逆火が起こり、ＮＯｘ排出量を低減させることがで
きないのである。

このことは、第２図から第５図に示す測定データ及び計
算データから首肯される。

第２図は、火炎温度とＮＯｘＯｘ排出量間係を示し火炎
温度が高い程、ＮＯｘ量が増大することを示している。

第３図は、混合通路（２）における混合燃料の滞留時間
とＮＯｘ排出量との関係を示し、滞留時間が長い程、又
は当量比が大きい程、ＮＯｘ量が増大することを示して
いる。

第４図は、圧力と着火遅れ時間及び燃料蒸発時間との関
係を示し、圧力一定では着火遅れ時間も一定となり、こ
の着火遅れ時間内にすばやく蒸発するには燃料粒子が微
細な程よいことを示している。すなわち、着火遅れ時間
をオーバーすると、燃料は自発火するため、該時間内に
蒸発を完了しなければガらないのであり、かつ前記滞留
時間を短縮してその短時間内に蒸発完了するには、燃料
粒子が微細なものでなければならないことを示している
。

第５図は、当量比とＮＯｘの関係を示したものであり、
均一混合の場合、希薄混合の方がＮＯｘ量が低減するが
、不均一混合では、混合比に関係なくＮＯｘ量が増大す
ることを示している。

以上を要約すれば、超希薄で短時間のうちに均質に混合
し、短時間のうちに燃焼を完結させる燃焼法が、低ＮＯ
ｘを達成できるという事になる。短時間で予蒸発・予混
合を行なわせることにより、自発火及び逆火を防止でき
ることになる。

以上詳述した如く、ＬＰＰにおいては、短時間のうちに
燃料と燃料用空気とを混合し、燃料を蒸発させるために
、燃料の初期粒径を小さくしなければならないと云う事
が認識されるのであるが、今だその達成手段が未解決で
ある。すなわち、従来は、第１図に示すように、−次空
気供給用スワラ−（４）を通過した後の空気に対し、単
一の又は少数のノズル（６）から燃料を噴出させていた
為、燃料の微粒化及び均質混合化が今一つのものであっ
た。

そこで、本発明は、極めて簡単な構造でもって燃料を微
細化かつ均質混合化することができるガスタービン燃焼
器を提供することを目的とする。

従って、その特徴−とする処は、燃焼室の前部に該燃焼
室に連通ずる予混合通路を設け、該通路の入口に一次空
気供給用スワラーを設ける他、該スワラ−の各羽根に燃
料を直接衝突させるべく各羽根に対面した噴出孔を有す
る燃料供給管をスワラ−の前面に配設した点にある。

以下、本発明の実施例を図面に基づき詳述する。

第６図から第８図に示すものは、本発明の実施例である
。

同図において、ガスタービン燃焼器（６）は、一端開口
部が図外圧縮機からの高圧空気受入口（７）とされた筒
状外部ケーシング（８）と、該ケーシング（８）の内面
と所定間隙をおいて同心状に内嵌された燃焼室（９）と
、外部ケーシング（８）内で且つ燃焼室（９）の前壁部
から燃焼室（９）と同心状に前方に突出した円筒状の予
蒸発予混合通路（１０）とを有する。

燃焼室（９）の後端は高温高圧の燃焼ガス排気口（ｏｌ
とされ、該排気口（１１）の外周面は外部ケーシング（
８）の後端内面に内嵌固着されている。排気口（■ｌか
らの燃焼ガスは図外のタービンに導入される。燃焼室（
９）の後部の周壁面に希釈口０２）が複数個開設されて
いる。

燃焼室（９）の前端面中央部には、予混合通路（ｌＯ）
内に突出する円錐状保炎器Ｑ３ｉが通路（ｌＯ）と同心
状に設けられている。保炎器０３１の後端外周面と、予
混合通路（１０１の後端内周面間に、予混合通路（ｌＯ
）と燃焼室（９）とを連通ずる環状の導入口０４）が設
けられている。

予混合通路（１０）の前端入口に一次空気供給用スワラ
ー（旋回器）　（１５）が設けられている。第７図及び
第８図に示すように、該スワラーθ荀には所定のねじれ
角を有する多数の放射状固定羽根（１６Ｎが設けられて
いる。前記空気受入口（７）からの高圧空気が羽根θ６
）間を通過することにより、該空気は旋回運動を与えら
れ予混合通路＋１０１内に導入される。

このスワラ−（Ｉ５）の前面に燃料供給管（Ｉηが設け
られている。この燃焼供給管ａ″ｉＩは、スワラ−（１
５）の内外円周間の略中央円周上に位置する円環状管で
あり、該供給管Ｑ７１の端面に多数の細径の燃焼噴出孔
α８）が開設されている。この噴出孔呻がらの燃焼が羽
根００に直接衝突すべく、噴出孔健は各羽根（１６）に
夫々対面して設けられている。

上記本発明の実施例によれば、圧縮機からの高圧空気は
高圧空気受入口（７）を通り、その一部はスワラ−αｍ
ｌを通過して予蒸発・予混合通路（川）に入る。

また高圧空気の一部は、予混合通路（１０）外周面及び
燃焼室（９）の外周面と外部ケーシング（８）の内周面
間の間隙を通り、燃焼室（９）後部の希釈口（＋２１か
ら燃焼室（９）に入る。

前記スワラ−（１５）を通過する高圧−次空気は、スワ
ラ−（Ｉωの羽根（１６）により旋回運動を与えられる
。

このスワラ−（１５）を通過する空気に対し、スワラ−
（１５）の前面に配設された燃料供給管（ｌηの燃料噴
出孔θねより液体燃料が噴射される。燃料噴射方式は圧
力噴゛霧式、エアプラスト式又はエアアシスト式のイス
レであってもよい。

燃料噴出孔（Ｉ８）から噴射された燃料は、噴霧状とな
って噴出孔０８）から噴出すると共に、スワラ−θハの
羽根（１６）間を通る高速空気流により更に微粒化され
、かつ、該燃料粒子は羽根（１６）に衝突し、更に微粒
化が促進されるとともに均質混合化がはたされる。

上記燃刺噴出孔錘は、スワラ−θωの羽根α６）枚数に
対応して同数設けられているため、スワラ−羽根（１６
）の枚数だけのスプレーが散在することになり、噴射燃
料はスワラ−（＋５１を通過する空気全体にわたり均一
に噴射されることになり、均質混合に寄与する。更に燃
料が羽根（Ｉ６）に衝突することにより、燃料の微粒化
が助長される。

しかして微粒化された燃料は、予蒸発・予混合通路（１
０）内において、蒸発すると共に更に均質混合される。

燃料は予混合通路（ｌＯ）入口において微粒化され均一
混合されているため、との予混合通路（１０）内におい
てきわめて短時間のうちに蒸発しかつ均質混合される。

従って予混合通路（ｌＯ）内で自発火するおそれがない
。また、燃焼室（９）の火炎が逆火するおそれがない。

上記予蒸発・予混合された燃料と空気は、燃焼室（９）
前部の導入口０４）から燃焼室（９）に入り、該燃焼室
（９）内で燃焼して高温高圧ガスとなり、排気口（１１
）から高速で排出される。

上記導入口（１４）を通過する混合気体は、保炎器（１
３）によりうず運動が与えられ、該混合気体は燃焼室（
９）前部でうず運動を行なうことになり、火炎は。

このうすにより保炎されることになり、炎がふき飛ぶこ
とはない。

しかして、本実施例によれば、短時間のうちに均質な予
蒸発・予混合がなされるだめ、ＬＰＰの特徴である低Ｎ
Ｏｘ化を達成することができるものである。

尚、本発明は、上記実施例に限定されるものではない。

本発明によれば、燃料を微細化かつ均質混合化させて燃
焼さすことができるので、ＮＯｘ排出月の低減が図られ
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す燃焼器の断面図、第２図は火炎温
度とＮＯｘ量の関係を示すグラフ、第３図は滞留時間と
ＮＯｘ量の関係を示すグラフ、第４図は圧力と自発火時
間及び蒸発時間との関係を示すグラフ、第５図は当量比
とＮＯｘ量の関係を示すグラフ、第６図は本発明の第１
実施例を示す燃焼器の断面図、第７図は同スワラ−の断
面図、第８図は同スワラ−の正面図である。 （６）・・・燃焼器、（９）・・・燃焼室、（１０）・
・・予混合通路、０（至）・・・スワラ−１０６）・・
・羽根、θカ・・・燃料供給管、α８）・・・噴出孔。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　燃焼室の前部に該燃焼室に連通ずる予混合通路を
   設け、該通路の入口に一次空気供給用スワラーを設ける
   他、該スワラ−の各羽根に燃料を直接衝突させるべく各
   羽根に対面した噴出孔を有する燃料供給管をスワラ−の
   前面に配設したことを特徴とするガスタービン燃焼器。