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JP2003065537A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

ガスタービン燃焼器

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Publication number
JP2003065537A
JP2003065537A JP2001254360A JP2001254360A JP2003065537A JP 2003065537 A JP2003065537 A JP 2003065537A JP 2001254360 A JP2001254360 A JP 2001254360A JP 2001254360 A JP2001254360 A JP 2001254360A JP 2003065537 A JP2003065537 A JP 2003065537A
Authority
JP
Japan
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premixing
nozzle
combustor
gas turbine
turbine combustor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2001254360A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigemi Bandai
重実 萬代
Keishiro Saito
圭司郎 斉藤
Katsunori Tanaka
克則 田中
Wataru Akizuki
渉 秋月
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.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2001254360A priority Critical patent/JP2003065537A/ja
Priority to CA002394118A priority patent/CA2394118A1/en
Priority to EP02016027A priority patent/EP1288576A3/en
Priority to US10/198,368 priority patent/US20030037549A1/en
Priority to CNB021268266A priority patent/CN1172116C/zh
Publication of JP2003065537A publication Critical patent/JP2003065537A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/78—Cooling burner parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/74—Preventing flame lift-off
    • 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
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/283—Attaching or cooling of fuel injecting means including supports for fuel injectors, stems, or lances
    • 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
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/286—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/00008—Burner assemblies with diffusion and premix modes, i.e. dual mode burners

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービン燃焼器に関し、冷却効果を増す
と共に保炎性を良くし、ＮＯx 量を低低減する。 【解決手段】 燃焼器１３は内側１３ａと外側１３ｂの
二重構造とし先端内径を拡大する。予混合ノズル１１に
は外部スリーブ２３を設け、先端部を基板１７より突出
させ、内側の予混合ノズルと外部スリーブ２３との間に
は空気を流して冷却する。予混合ノズル１１外周囲に淀
み領域を形成し、中心部の高温内部循環流１５に加え、
外周にも高温外部循環流１６を形成させる。これにより
保炎性を良くし、保炎に必要であったパイロット燃料量
を減少させ、パイロット燃料から発生するＮＯx を低減
させる。燃焼器先端を突出させて基板１７が循環流にさ
らされて過熱するのを防止し、又、外部スリーブ２３に
より予混合ノズルの冷却効果を高める。

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燃焼器
に関し、低ＮＯx 化を実現したものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は従来のガスタービン燃焼器を示
し、（ａ）は燃焼器の内部縦断面図、（ｂ）は側面図で
ある。両図において、メイン燃料４０は燃焼器の本体３
６の内周囲に配設された８本の予混合ノズル３１に流れ
て周囲から吸い込む空気と混合し、予混合気を形成して
燃焼器３３へ供給される。空気５０は図示省略の圧縮機
から供給され、本体３６の周囲より燃焼器３３内へ吸い
込まれる。一方、パイロット燃料４１は中心のパイロッ
トノズル３２から燃焼器３３へ供給され、ここでメイン
予混合気と共に燃焼する。燃焼した火炎は保炎コーン３
４で形成される高温循環流３５で保炎が行なわれる。こ
の予混合ノズルを有する燃焼器は一般には低ＮＯx 燃焼
器として知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記に説明した従来の
予混合炎式低ＮＯx 燃焼器においては、パイロットノズ
ル３２の炎を保炎コーン３４で形成する拡散炎、即ち高
温循環流３５で保炎を行い、予混合ノズル３１が生成す
るＮＯx の低減はなされるが、パイロットノズル３２の
拡散炎が生成するＮＯx を抑制することはできず、その
分低ＮＯx 化には限界があった。
【０００４】そこで本発明は高温ガスの循環流による保
炎性を良好にし、予混合ノズルの冷却を良好にするよう
な構造とし、これによりパイロット燃料量も少なくして
パイロット燃料から発生するＮＯx 量を低減することが
てきるガスタービン燃焼器を提供することを課題として
なされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決するために次の（１）〜（５）の手段を解決する。
【０００６】（１）中心にパイロットノズルを有し、同
パイロットノズル周囲に複数の予混合ノズルを配設して
なるガスタービン燃焼器において、前記燃焼器の燃焼領
域の内径は、前記複数の予混合ノズルを周方向に配列す
るピッチサークルよりも外側で、かつ前記全予混合ノズ
ルの断面積を除く面積が前記全予混合ノズルの断面積の
１／２以上となるように設定されていることを特徴とす
るガスタービン燃焼器。
【０００７】（２）前記予混合ノズルの先端部は同予混
合ノズルを支持する基板よりも突出させてなり、同突出
量は同予混合ノズルの外径の１／３以上とすることを特
徴とする（１）記載のガスタービン燃焼器。
【０００８】（３）前記予混合ノズルの先端部は所定の
隙間を保った二重構造とし、同隙間に空気が流通可能と
することを特徴とする（１）記載のガスタービン燃焼
器。
【０００９】（４）前記燃焼器を覆う本体は、前記複数
の予混合ノズル周囲の外側を覆う円筒部と、同円筒部を
外側から覆い前記円筒部と接続する燃焼領域円筒部とか
ら構成され、燃焼領域の内径を前記円筒部よりも拡大可
能とすることを特徴とする（１）記載のガスタービン燃
焼器。
【００１０】本発明の（１）においては、燃焼器の高温
燃焼ガスが発生する燃焼領域の内径は、燃焼器の断面積
の半分よりも大きくしており、この構造では燃焼器の外
側の領域が拡大することになる。従って、予混合ノズル
外周に淀み領域を形成させることができ、ここに予混合
ノズルからの予混合気が燃焼した高温ガスの循環流が形
成され、従来の保炎コーンによる内部循環流による保炎
と相まって、保炎性が著しく向上する。これにより従来
保炎に必要であったパイロット燃料を低減することが可
能となり、パイロット燃料により発生するＮＯx を低減
し、極低ＮＯxを達成できる。
【００１１】本発明の（２）では、予混合ノズルは基板
より突出させているので、従来のように基板が高温循環
流に直接さらされることがなく、基板が過熱することが
なく、上記（１）の発明の効果がより一層確実に得られ
るものである。
【００１２】本発明の（３）では、予混合ノズルの先端
部は所定の隙間を保った二重構造であり、この隙間には
空気が流通し、予混合ノズルを冷却するためノズルが過
熱されることを防止し、上記（１）の発明の効果をより
一層確実なものとする。
【００１３】本発明の（４）では、燃焼器を覆う本体は
燃焼領域円筒部が外側に拡大しているので予混合ノズル
外周の淀み領域が容易に形成され、ここに予混合ノズル
からの混合気が燃焼した高温ガスの循環流が生じ、保炎
性を向上させることができる。従って、上記（１）の発
明の低ＮＯx 化の効果が確実に得られるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の一形態に係るガスタービン燃焼器を示し、（ａ）は
その内部を示す縦断面図、（ｂ）は側面図である。両図
において、１０は本体であり、その内部の周囲には８本
の予混合ノズル１１が均等に配設されている。予混合ノ
ズル１１は後述するように先端部が基板１７より突出す
る構造となっている。１２はパイロットノズルであり、
燃焼器の中心に設けられている。１３は燃焼器であり、
内側１３ａと外側１３ｂから構成され、外側１３ｂは従
来の燃焼器の外径よりも大きくしている。１４はコーン
であり、従来のコーンよりも先端へ突出する部分が短く
なっている。１７は基板であり、燃焼器１３の内側１３
ａ周囲に８個の予混合ノズル１１を支持する部材であ
る。
【００１５】図２は上記に説明した予混合ノズル１１の
拡大詳細図であり、予混合ノズル１１は、内側の予混合
ノズル２１と外側の外部スリーブ２３の二重構造となっ
ている。外部スリーブ２３は図示していないが、数個所
において予混合ノズル２１へリブにより支持される。従
来の予混合ノズルの先端は基板の面と同一で先端が突出
することがなかったが、本発明の予混合ノズルの先端は
基板１７より突出させている。１４はコーンであり、外
部スリーブ２３が先端へ突出するので外部へ延長する分
はカットされている。２２はスワラーベーンであり、従
来と同じ構造である。
【００１６】上記構成の燃焼器において、メイン燃料４
０は、それぞれ８本の予混合ノズル１１に流入し、空気
と混合して予混合気を形成して燃焼器１３へ供給され
る。空気は図示していない圧縮機から供給され、本体１
０内へ符号５０で示されるように流入し、燃焼器１３へ
吸い込まれノズル周囲から予混合ノズル１１に流入し、
燃料と予混合される。一方、パイロット燃料４１は中心
のパイロットノズル１２から燃焼器１３に供給され、こ
こで予混合気と共に燃焼する。
【００１７】ここで、パイロットバーナ１２のコーン１
４では、パイロット燃料によって中心部に高温内部循環
流１５が発生する。更に、予混合ノズル１１の外周囲に
は、予混合ノズル１１からの混合気により高温外部循環
流１６が生じ、保炎はこれら両循環流１５，１６の両方
で行なわれる。この高温外部循環流１６は、燃焼器１３
を内側１３ａと外側１３ｂとで形成し、外側１３ｂで燃
焼器の内径を拡大したので、予混合ノズル１１外周囲に
淀み領域が形成され、この領域にメイン予混合気が燃焼
した高温ガスの循環流として形成されるものである。
【００１８】上記の高温内部循環流１５と高温外部循環
流１６の形成により、従来のコーンによる内部循環流に
よる保炎と相まって保炎性が著しく向上する。従って、
従来保炎に必要であったパイロット燃料量を減少するこ
とが可能となり、ひいてはパイロット燃料から発生する
ＮＯx を低減することが可能となり、極低ＮＯx を達成
できるものである。
【００１９】又、図２に示すように予混合ノズル１１に
はスワラーベーン２２の他、予混合ノズル外部スリーブ
２３が設けられ、内側の予混合ノズル２１と所定の隙間
を保って配置されている。この隙間には図示のように空
気５１が流入し、高温ガスの流れに対して予混合ノズル
２１及び外部スリーブ２３を充分に冷却する構成であ
る。
【００２０】更に、予混合ノズル１１の先端は外部スリ
ーブ２３により基板１７から突出している。この突出部
は基板１７が高温外部循環流１６に直接さらされて過熱
するのを防止することができる。この突出部の突出量Ｌ
は、その径Ｄの１／３以上（Ｌ＞Ｄ／３）の長さに設定
すると基板１７の過熱防止の効果が向上する。
【００２１】なお、上記の燃焼器１３ｂの内径（燃焼領
域の径）は、図３に示すように、予混合ノズル１１のピ
ッチサークルＰより外側で、かつ予混合ノズル１１の断
面積を除く領域（図３で斜線で示す部分）の面積を予混
合ノズルの全面積の１／２以上となるように、燃焼器の
内径を設定すると、上述の予混合ノズル１１外側の淀み
領域が効果的に形成され、保炎性を著しく向上させるこ
とができる。
【００２２】又、上記に説明の実施の形態におけるガス
タービン燃焼器によれば、ＮＯx 低減に著しい効果を有
し、従来の２５PPM のＮＯx 量から１０PPM 以下のＮＯ
x 量が達成可能となる。
【００２３】
【発明の効果】本発明のガスタービン燃焼器は、（１）
中心にパイロットノズルを有し、同パイロットノズル周
囲に複数の予混合ノズルを配設してなるガスタービン燃
焼器において、前記燃焼器の燃焼領域の内径は、前記複
数の予混合ノズルを周方向に配列するピッチサークルよ
りも外側で、かつ前記全予混合ノズルの断面積を除く面
積が前記全予混合ノズルの断面積の１／２以上となるよ
うに設定されていることを特徴としている。
【００２４】上記の構成により、予混合ノズル外周に淀
み領域を形成させることができ、ここに予混合ノズルか
らの予混合気が燃焼した高温ガスの循環流が形成され、
従来の保炎コーンによる内部循環流による保炎と相まっ
て、保炎性が著しく向上する。これにより従来保炎に必
要であったパイロット燃料を低減することが可能とな
り、パイロット燃料により発生するＮＯx を低減し、極
低ＮＯx を達成できる。
【００２５】本発明の（２）では、予混合ノズルは基板
より突出させているので、従来のように基板が高温循環
流に直接さらされることがなく、基板が過熱することが
なく、上記（１）の発明の効果がより一層確実に得られ
るものである。
【００２６】本発明の（３）では、予混合ノズルの先端
部は所定の隙間を保った二重構造であり、この隙間には
空気が流通し、予混合ノズルを冷却するで、燃焼性を良
好とし、上記（１）の発明の効果をより一層確実なもの
とする。
【００２７】本発明の（４）では、燃焼器を覆う本体は
燃焼領域円筒部が外側に拡大しているので予混合ノズル
外周の淀み領域が容易に形成され、ここに予混合ノズル
からの混合気が燃焼した高温カズの循環流が生じ、保炎
性を向上させることができる。従って、上記（１）の発
明の低ＮＯx 化の効果が確実に得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係るガスタービン燃焼
器を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】図１に示す予混合ノズルの拡大詳細図である。
【図３】本発明の実施の一形態に係るガスタービン燃焼
器の外部燃焼領域を示す側面図である。
【図４】従来のガスタービン燃焼器を示し、（ａ）は縦
断面図、（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
１０ 本体 １１ 予混合ノズル １２ パイロットノズル １３ 燃焼器 １４ コーン １５ 高温内部循環流 １６ 高温外部循環流 １７ 基板 ２３ 外部スリーブ
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２３Ｄ 14/74 Ｆ２３Ｄ 14/74 Ｈ 14/78 14/78 Ｂ Ｆ２３Ｒ 3/28 Ｆ２３Ｒ 3/28 Ｄ (72)発明者 田中 克則 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 秋月 渉 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 Ｆターム(参考） 3K017 AA06 AB01 AB07 AC06 AD01 AD12 DF03 DF06 3K065 TA01 TA15 TC08 TD05 TG04 TH01 TJ03 TL03 TL04 TM07

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 中心にパイロットノズルを有し、同パイ
    ロットノズル周囲に複数の予混合ノズルを配設してなる
    ガスタービン燃焼器において、前記燃焼器の燃焼領域の
    内径は、前記複数の予混合ノズルを周方向に配列するピ
    ッチサークルよりも外側で、かつ前記全予混合ノズルの
    断面積を除く面積が前記全予混合ノズルの断面積の１／
    ２以上となるように設定されていることを特徴とするガ
    スタービン燃焼器。
  2. 【請求項２】 前記予混合ノズルの先端部は同予混合ノ
    ズルを支持する基板よりも突出させてなり、同突出量は
    同予混合ノズルの外径の１／３以上とすることを特徴と
    する請求項１記載のガスタービン燃焼器。
  3. 【請求項３】 前記予混合ノズルの先端部は所定の隙間
    を保った二重構造とし、同隙間に空気が流通可能とする
    ことを特徴とする請求項１記載のガスタービン燃焼器。
  4. 【請求項４】 前記燃焼器を覆う本体は、前記複数の予
    混合ノズル周囲の外側を覆う円筒部と、同円筒部を外側
    から覆い前記円筒部と接続する燃焼領域円筒部とから構
    成され、燃焼領域円筒部の内径を前記円筒部よりも拡大
    可能とすることを特徴とする請求項１記載のガスタービ
    ン燃焼器。
JP2001254360A 2001-08-24 2001-08-24 ガスタービン燃焼器 Withdrawn JP2003065537A (ja)

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