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JPH06101841A - Air-fuel premixing structure for gas turbine combustor - Google Patents

Air-fuel premixing structure for gas turbine combustor

Info

Publication number
JPH06101841A
JPH06101841A JP25117892A JP25117892A JPH06101841A JP H06101841 A JPH06101841 A JP H06101841A JP 25117892 A JP25117892 A JP 25117892A JP 25117892 A JP25117892 A JP 25117892A JP H06101841 A JPH06101841 A JP H06101841A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
air
premixing
premixed
passage
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
JP25117892A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tadahisa Masai
忠久 政井
Kazumi Iwai
一躬 岩井
Kazuhiko Kumada
和彦 熊田
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 Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Engineering Co Ltd
Hitachi 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 Hitachi Engineering Co Ltd, Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Engineering Co Ltd
Priority to JP25117892A priority Critical patent/JPH06101841A/en
Publication of JPH06101841A publication Critical patent/JPH06101841A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To provide an effective structure being a basic technology through which premixing of the air and fuel is carried out at the time when premixed combustion is executed to suppress the production of NOx by a gas turbine combustor. CONSTITUTION:In a premixing burner port 10 arranged in a single stage or a multistage, an annular pre-mixture passage 8 in each stage is divided into a plurality of sections by means of an air foil 9 and a partition plate. Through lengthening in a radial direction of a fuel nozzle simultaneously with acceleration and deceleration of pre-mixture air and fuel gas in a pre-mixture passage 8 by means of the air foil 9, a plurality of fuel gas injection nozzles 13, arranged to both sides of a fuel nozzle, are caused to change a pitch or a nozzle diameter so as to match with a local premixed air amount, and an ideal fuel-air premixing can be carried out.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、予混合燃焼により低N
Ox燃焼を行なわせるガスタ−ビン燃焼器の空気−燃料
予混合構造に係り、特に天然ガス(LNG、LPG等)
等の気体燃料を使用する場合において大幅なNOx低減
を図ることが出来るガスタ−ビン燃焼器の空気−燃料予
混合構造に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention provides a low N by premixed combustion.
The present invention relates to an air-fuel premixing structure of a gas turbine combustor for performing Ox combustion, particularly natural gas (LNG, LPG, etc.)
The present invention relates to an air-fuel premixing structure of a gas turbine combustor capable of significantly reducing NOx when a gaseous fuel such as the above is used.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の低NOx燃焼器のうち、本発明に
最も近い技術を説明する。例えば特開昭61−2212
7号の公報に示されている内容では2段燃焼方式を採用
しており、1段目はマルチノズルによる拡散燃焼方式を
採用しており、2段目はマルチノズルによる予混合燃焼
方式を採用している。そして全体として空気過剰による
低温燃焼を行い、NOxの低減を図っている。
2. Description of the Related Art Among conventional low NOx combustors, a technique closest to the present invention will be described. For example, JP-A-61-2212
According to the contents disclosed in the publication No. 7, a two-stage combustion system is adopted, a first stage adopts a diffusion combustion system using a multi-nozzle, and a second stage adopts a pre-mixing combustion system using a multi-nozzle. is doing. As a whole, low temperature combustion is performed due to excess air to reduce NOx.

【0003】衆知のごとくガスタ−ビンでは、着火より
定格負荷まで極めて広い燃焼が要求されるので、燃焼範
囲の狭い予混合燃焼だけでこの広い燃焼範囲をカバ−す
ることは出来ない。このため、着火より或る回転数又は
或る負荷帯までは燃焼幅の広い拡散燃焼方式に頼らざる
を得ない。しかし、拡散燃焼方式は局所的に高温部が発
生しやすいので、燃焼の結果発生するNOxのレベルは
高くなるので、低NOx化を図る為には空気過剰の予混
合燃焼方式により均一で且つ低温の燃焼を図る必要があ
る。従って着火時は拡散燃焼により起動し、空気と燃料
の比率即ち空気比の変動幅が予混合燃焼範囲に近ずいた
時点より拡散燃焼火炎でサポ−トしながら逐次予混合燃
焼に切り換える操作が必要となる。この操作によって、
ガスタ−ビンの低NOx運転が可能となる。
As is well known, a gas turbine requires a very wide range of combustion from ignition to rated load. Therefore, it is impossible to cover this wide range of combustion only by premixed combustion having a narrow combustion range. For this reason, there is no choice but to rely on a diffusion combustion system having a wide combustion width from ignition to a certain rotation speed or a certain load band. However, in the diffusion combustion method, a high temperature portion is likely to be generated locally, so the level of NOx generated as a result of combustion increases. Therefore, in order to reduce NOx, a premixed combustion method with excess air is used to achieve uniform and low temperature. Need to be burned. Therefore, at the time of ignition, it is started by diffusion combustion, and it is necessary to switch to sequential premixed combustion while supporting the diffusion combustion flame from the time when the fluctuation range of the air-fuel ratio, that is, the air ratio, approaches the premixed combustion range. Becomes By this operation,
It enables low NOx operation of the gas turbine.

【0004】一方、予混合燃焼方式であれば、低NOx
燃焼が簡単に達成出来るとは限らない。上記従来技術の
図5〜7のように混合距離の短い単純な予混合通路に燃
料を細分化して供給しても完全な予混合気を得ることは
困難であり、当然のことながら予混合気に濃度分布が存
在することになる。つまり、燃料を細分化する意味付け
は、局所的にそこを流れる空気に対応した燃料を供給す
ることが必要条件となるからである。特にここで示した
従来技術のように、予混合通路に対して燃料を上下左右
に供給し、空気流が反転する構造では、3次元的なしか
も偏流のある空間に局所的に空気に対応して燃料を供給
することは極めて困難となり、その結果として部分的に
ガス濃度の濃い部分が発生し、この部分に於いて火炎温
度が高くなり、NOxの生成が促進されることになる。
On the other hand, in the case of the premixed combustion system, low NOx
Combustion is not always easy to achieve. It is difficult to obtain a complete premixed gas even if the fuel is subdivided and supplied to a simple premixing passage having a short mixing distance as shown in FIGS. There will be a concentration distribution in. In other words, the meaning of subdividing the fuel is to supply the fuel corresponding to the air locally flowing therethrough. Particularly, in the structure in which the fuel is supplied vertically and horizontally to the premixing passage and the air flow is reversed as in the prior art shown here, the air is locally dealt with in a three-dimensional and biased space. As a result, it becomes extremely difficult to supply fuel, and as a result, a portion having a high gas concentration is partially generated, the flame temperature becomes high in this portion, and NOx generation is accelerated.

【0005】このように予混合ガスの濃度分布を均一に
することは、低NOx化を達成する上で極めて重要な技
術となるものである。
Making the concentration distribution of the premixed gas uniform is an extremely important technique for achieving low NOx.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、大幅
な低NOx燃焼を実現することであり、このために極め
て均一な予混合気を得ること、及び空気との予混合を強
化することによって、火炎の温度分布を均一にし、更に
低温燃焼を実現して、燃焼によって発生するサ−マルN
Oxの大幅な低減を図れるガスタービン燃焼器の空気−
燃料の予混合構造を提供せんとするものである。
The object of the present invention is to achieve a significantly lower NOx combustion, for which a very homogeneous premix is obtained and the premixing with air is enhanced. The temperature distribution of the flame is made uniform, and low temperature combustion is realized.
Air in a gas turbine combustor that can significantly reduce Ox-
It is intended to provide a fuel premixing structure.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の如き目
的を達成するため、環状の予混合通路にエアフォイルま
たは仕切板とエアフォイルを組合せた構造を設けて、予
混合通路を複数個に分割して水力学的直径を小さくし予
混合距離の縮小化を図るとともに、その上流に設ける燃
料ノズルを予混合通路高さ方向に長くして(ノズル断面
が半径方向に矩形形状となる)、局所的な空気流量に見
合う燃料ガス流量を供給して予混合空気の均一化を図
り、且つ、エアフォイルにおいて加速、減速させること
により予混合空気と燃料ガスとの混合を改善するもので
ある。従って、予混合距離が同一であっても、予混合通
路内の空気−燃料の混合は、飛躍的に改善することが出
来るものである。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a plurality of premix passages by providing an airfoil or a combination of a partition plate and an airfoil in an annular premix passage. In order to reduce the pre-mixing distance by reducing the hydraulic diameter by dividing into two parts, the fuel nozzle provided upstream is elongated in the height direction of the pre-mixing passage (nozzle cross section becomes a rectangular shape in the radial direction). , The fuel gas flow rate corresponding to the local air flow rate is supplied to homogenize the premixed air, and the premixed air and the fuel gas are improved by accelerating and decelerating the airfoil. . Therefore, even if the premix distance is the same, the air-fuel mixture in the premix passage can be dramatically improved.

【0008】[0008]

【作用】燃料ガスと予混合空気の混合を改善させる為に
は、 (1)予混合通路断面の水力学的直径を小さくすること (2)予混合通路内における局所的な予混合空気流量に
見合って燃料ガスを供給すること (3)噴射した燃料ガスと予混合空気の混合体が通過す
る予混合通路内に、流動抵抗体を設けて混合促進の為に
所定の圧力損失を与える(混合に要するエネルギが必
要) の3要素を満足させることが技術的な条件となる。本発
明では、エアフォイルや仕切板とエアフォイルとの組合
せにより、水力学的直径を小さくし、燃料ノズルを予混
合通路高さ方向に長くして局所的な予混合空気流量に見
合った燃料ガスを供給し、エアフォイルにより加速や減
速を行い、混合に必要な所定の圧力損失を与えて混合改
善を図っている。
In order to improve the mixing of fuel gas and premixed air, (1) reduce the hydraulic diameter of the cross section of the premixing passage. (2) reduce the local premixing air flow rate in the premixing passage. Supply the fuel gas in proportion to each other. (3) A flow resistor is provided in the premixing passage through which the mixture of the injected fuel gas and the premixed air passes to give a predetermined pressure loss for promoting the mixing (mixing). It is a technical condition to satisfy the above three factors. In the present invention, a combination of an airfoil or a partition plate and an airfoil reduces the hydraulic diameter, lengthens the fuel nozzle in the height direction of the premixing passage, and adjusts the fuel gas in proportion to the local premixing air flow rate. Is supplied, and acceleration and deceleration are performed by an airfoil to give a predetermined pressure loss necessary for mixing to improve mixing.

【0009】[0009]

【実施例】以下、本発明に就いて図面を用いて詳細に説
明する。図1は本発明によるガスタ−ビン燃焼器の1具
体例を示す断面図である。この実施例では、1段の予混
合バ−ナの例を示しているが、特に限定されるものでは
なく、2段又はそれ以上の複数段であっても何等差し支
えなく本発明に含まれる。ガスタ-ビン圧縮機(図示せ
ず)で加圧された圧縮空気1は、ディフュ−ザ2により
圧力を回復させた後、空気室3に供給される。圧縮空気
1の1部は、燃焼器ライナ−4を冷却する為にライナ−
冷却空気5として使用され、燃焼室14内に供給され
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a specific example of a gas turbine combustor according to the present invention. In this embodiment, an example of a single-stage premix burner is shown, but the present invention is not particularly limited, and two or more stages may be included in the present invention without any problem. Compressed air 1 pressurized by a gas turbine compressor (not shown) is supplied to an air chamber 3 after the pressure is restored by a diffuser 2. A part of the compressed air 1 is used to cool the combustor liner-4.
It is used as cooling air 5 and is supplied into the combustion chamber 14.

【0010】圧縮空気1の他の1部は、予混合燃焼空気
6として隣接する燃料ノズル7の間を通り、予混合通路
8内を流れて予混合バ−ナ口10より燃焼室14に供給
して予混合燃焼を行わせる。
The other part of the compressed air 1 passes between the adjacent fuel nozzles 7 as the premixed combustion air 6, flows in the premix passage 8 and is supplied to the combustion chamber 14 from the premix burner port 10. Then, premixed combustion is performed.

【0011】一方、予混合燃料ガス11は、予混合燃料
室12に入り、複数個の各燃料ノズル7よりその両側面
に設けられた複数個の燃料ガス噴口13より予混合通路
8内に噴射して予混合燃焼空気6と合流し、エアフォイ
ル9により拡散混合した後、均質な予混合燃料ガスとな
って予混合バ−ナ口10に供給され、燃焼室14で予混
合火炎となり、低NOx燃焼が行われる。
On the other hand, the premixed fuel gas 11 enters the premixed fuel chamber 12, and is injected into the premix passage 8 from a plurality of fuel gas injection holes 13 provided on both sides of each of the plurality of fuel nozzles 7. Then, it joins with the premixed combustion air 6, diffuses and mixes with the airfoil 9, becomes homogeneous premixed fuel gas, is supplied to the premixing burner port 10, becomes premixed flame in the combustion chamber 14, and becomes a low mixture. NOx combustion is performed.

【0012】他方、拡散バ−ナに関しては、圧縮空気の
1部が拡散燃焼空気17として拡散燃焼空気通路23に
入り、拡散バ−ナスワラ18より拡散バ−ナ口19より
燃焼室14内に供給され、拡散火炎となる。又、拡散燃
料ガス20は拡散燃料ガス通路21を通り拡散燃料ガス
噴口22より拡散バ−ナスワラ18内に噴射し、拡散バ
−ナ口19より燃焼室14内に供給される。燃焼室14
で燃焼した高温ガスはトランジションピ−ス15内を流
れ高温ガス流16としてタ−ビン側へ供給される。
On the other hand, regarding the diffusion burner, a part of the compressed air enters the diffusion combustion air passage 23 as the diffusion combustion air 17, and is supplied from the diffusion burner swirler 18 into the combustion chamber 14 through the diffusion burner port 19. It becomes a diffusion flame. Further, the diffusion fuel gas 20 passes through the diffusion fuel gas passage 21 and is injected into the diffusion burner swirler 18 through the diffusion fuel gas injection port 22 and is supplied into the combustion chamber 14 through the diffusion burner port 19. Combustion chamber 14
The high-temperature gas burned in 1 flows in the transition piece 15 and is supplied to the turbine side as a high-temperature gas stream 16.

【0013】本発明の予混合構造は、予混合燃焼空気
6、燃料ノズル7、予混合通路8、エアフォイル9及び
燃料ガス噴口13に関するものであり、最終的に予混合
バ−ナ口10より極めて均一な予混合気を燃焼室14に
供給して理想的に近い予混合低NOx燃焼を実現するも
のである。
The premix structure of the present invention relates to the premix combustion air 6, the fuel nozzle 7, the premix passage 8, the airfoil 9 and the fuel gas injection port 13, and finally from the premix burner port 10. An extremely uniform premixed gas is supplied to the combustion chamber 14 to realize near-ideal premixed low NOx combustion.

【0014】図2は、図1のA−A断面を示すもので、
中心部に拡散燃料ガス通路21の空間、予混合通路入口
部24の部分には16個の燃料ノズル7が図示のように
示されている。図より判るように、燃料ノズル7は、そ
の断面が半径方向に長くして予混合通路8の半径方向の
高さにほぼ同じくしてこの予混合通路8の入口部に挿入
されている。燃料ノズル7の燃料ガス噴流25は、図示
のように燃料ノズル両側面に設けられた各複数個の燃料
ガス噴口13より、周方向に噴射され、燃料ガス噴流2
5のようになる。外筒27に近い部分は、燃焼空気通路
部26であり、圧縮空気1の通路となっている。
FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.
As shown in the drawing, 16 fuel nozzles 7 are shown in the space of the diffusion fuel gas passage 21 in the center and in the portion of the premix passage inlet 24. As can be seen from the drawing, the fuel nozzle 7 is inserted into the inlet portion of the premix passage 8 with its cross section being lengthened in the radial direction and being substantially the same as the radial height of the premix passage 8. The fuel gas jet 25 of the fuel nozzle 7 is jetted in the circumferential direction from a plurality of fuel gas jets 13 provided on both side surfaces of the fuel nozzle as shown in the drawing, and the fuel gas jet 2
It becomes like 5. A portion near the outer cylinder 27 is the combustion air passage portion 26, which is a passage for the compressed air 1.

【0015】図1のように、予混合燃焼空気6の流れ方
向が反転するような通路構成では、流れが偏流により流
れの外周側の流速が大きくなる。一方、図2より明らか
なように、予混合空気入口部の通過断面積は中心寄りが
小さくなっている。従って、予混合空気量のアンバラン
スは、かなり緩和される方向となるが、必ずしも半径方
向に均一な流量配分にはならない。従って、このアンバ
ランスを矯正する為には、燃料側に空気量に見合う燃料
ガスの配分が必要となる。
As shown in FIG. 1, in the passage structure in which the flow direction of the premixed combustion air 6 is reversed, the flow velocity on the outer peripheral side of the flow increases due to the uneven flow. On the other hand, as is clear from FIG. 2, the passage cross-sectional area of the premixed air inlet portion is smaller toward the center. Therefore, although the imbalance of the premixed air amount tends to be considerably relaxed, the flow rate is not always uniformly distributed in the radial direction. Therefore, in order to correct this imbalance, it is necessary to distribute the fuel gas on the fuel side in proportion to the amount of air.

【0016】本発明では、2つの方法でこのアンバラン
スを矯正しようとするものである。即ち、第1の方法
は、図6に示すように、燃料ノズル両側面に設けられて
いる複数個の燃料ガス噴口13のピッチを変化させるこ
とによって偏流のアンバランスを矯正するものである。
第2の方法は、図7に示すように、燃料ノズル両側面に
設けられている複数個の燃料ガス噴口13の噴口径を変
化させることによって偏流のアンバランスを矯正するも
のである。
The present invention seeks to correct this imbalance in two ways. That is, the first method is to correct the imbalance of the drift by changing the pitch of the plurality of fuel gas injection holes 13 provided on both side surfaces of the fuel nozzle, as shown in FIG.
As shown in FIG. 7, the second method is to correct the unbalance of the drift by changing the nozzle diameters of the plurality of fuel gas nozzles 13 provided on both side surfaces of the fuel nozzle.

【0017】図3は、図1のB−B断面を示すものであ
り、とくに予混合通路8内に設けられたエアフォイル9
の部分の詳細断面を示したものである。予混合通路8
は、予混合通路仕切板28によって複数に分割され、水
力学的直径を小さくして予混合空気と燃料ガスとの混合
効率を改善するのに役立っている。この分割された予混
合通路8の中にエアフォイル9を挿入して予混合通路狭
部29を構成している。この予混合通路狭部29は、上
記予混合空気の偏流を矯正することに有効であり、且
つ、エアフォイル後流の減速部において予混合空気と燃
料ガスとの混合促進に有効なものである。すなわち、エ
アフォイル9は、図1のC−C断面展開図である図4に
示すように、後部が先細形状となっていてその先細部で
は末広がりの拡大予混合通路となっている。このエアフ
ォイル9の前後の圧力差は、流体的には圧力損失である
が、しかしこの圧力差は混合を改善するために必要なエ
ネルギと考えることができる。
FIG. 3 shows a cross section taken along the line BB of FIG. 1, and in particular, an airfoil 9 provided in the premix passage 8.
It shows a detailed cross section of the portion. Premix passage 8
Is divided into a plurality of parts by the premix passage partition plate 28, and serves to reduce the hydraulic diameter and improve the mixing efficiency of the premix air and the fuel gas. An airfoil 9 is inserted into the divided premixing passage 8 to form a premixing passage narrow portion 29. The narrow portion 29 of the premix passage is effective in correcting the uneven flow of the premix air and is also effective in promoting the mixing of the premix air and the fuel gas in the deceleration portion of the airflow downstream of the airfoil. . That is, as shown in FIG. 4, which is a sectional development view of the CC in FIG. 1, the airfoil 9 is an enlarged premixing passage having a tapered rear portion and a diverging end in its tapered portion. The pressure difference across the airfoil 9 is a fluid pressure drop, but this pressure difference can be considered the energy required to improve mixing.

【0018】なお、図3および図4に示した実施例では
予混合通路仕切板28とエアフォイル9とを組み合わせ
て予混合通路8を複数に分割したものを示したが、分割
数が多い場合には、この予混合仕切板28を削除しても
同様の効果を得ることができる。
In the embodiment shown in FIGS. 3 and 4, the premixing passage partition plate 28 and the airfoil 9 are combined to divide the premixing passage 8 into a plurality of parts. The same effect can be obtained even if the premix partition plate 28 is omitted.

【0019】図4は、図1のC−C断面展開図を示した
ものであり、燃料ノズル7、エアフォイル9、予混合通
路仕切壁28、予混合通路狭部29及び燃料ガス噴流2
5との関係を図示したものである。予混合通路8の入口
に設けられた燃料ノズル7によって予混合燃焼空気6は
各予混合通路8に対して2分割され、予混合通路狭部2
9で加速され、その後拡大通路によって減速されて混合
が促進されることになる。エアフォイル9の後流に発生
した乱流渦は、予混合通路8内で混合促進をしながら減
衰して予混合バ−ナ口10に至る。
FIG. 4 is a sectional development view taken along the line CC of FIG. 1, in which the fuel nozzle 7, the airfoil 9, the premixing passage partition wall 28, the premixing passage narrow portion 29 and the fuel gas jet 2 are shown.
5 is a diagram illustrating the relationship with 5. The premixed combustion air 6 is divided into two for each premixing passage 8 by the fuel nozzle 7 provided at the inlet of the premixing passage 8.
It will be accelerated at 9 and then decelerated by the enlarged passage to promote mixing. Turbulent vortices generated in the wake of the airfoil 9 are attenuated while promoting mixing in the premix passage 8 and reach the premix burner port 10.

【0020】図5は、図1のD視図を示したものであ
り、燃焼室14内より予混合バ−ナ口10及び拡散バ−
ナ口19を示したものである。図5から判るように予混
合バ−ナ口10は旋回流となるようにしており、又拡散
バ−ナ口19も旋回流となるような構成としている。旋
回方向は、いずれも同一方向として旋回によって生じる
燃焼室14の軸心上にカウンタ−フロ−を誘起させて火
炎の安定化を図っている。
FIG. 5 is a D view of FIG. 1, showing the premixing burner port 10 and the diffusion bar from the inside of the combustion chamber 14.
This shows the opening 19. As can be seen from FIG. 5, the premixing burner port 10 has a swirl flow, and the diffusion burner port 19 also has a swirl flow. The swirling directions are the same, and a counter flow is induced on the axial center of the combustion chamber 14 generated by swirling to stabilize the flame.

【0021】上記のように、本発明は燃料ノズル7より
供給される燃料ガスと予混合燃焼空気6との混合構造に
関するものであり、予混合バ−ナ口10が多段化した場
合に対しても同様に適用することが出来る。すなわち、
図8に示すように、例えば2段予混合形の場合にも、そ
の各段ごとに本発明を適用することができる。
As described above, the present invention relates to the mixing structure of the fuel gas supplied from the fuel nozzle 7 and the premixed combustion air 6, which is different from the case where the premix burner port 10 has multiple stages. Can be similarly applied. That is,
As shown in FIG. 8, even in the case of a two-stage premix type, the present invention can be applied to each stage.

【0022】[0022]

【発明の効果】本発明による第一の効果は、環状の予混
合通路に複数個のエアフォイルを設けることによって、
予混合燃焼空気と燃料ガスが加速−減速のプロセスが行
われ、且つ水力学的直径を小さくすることが出来、その
結果として極めて効率の良い混合を行わせることが出来
ることである。本発明による第二の効果は、環状の予混
合通路高さ方向(半径方向)に長い燃料ノズルとし、高
さ方向に燃料ガスを分配することによって、更に効果的
な混合を促進することが出来ることである。本発明の第
三の効果は、上記第二の効果を更に促進させる為に、燃
料ノズル両側面に設けた複数個の燃料ガス噴口に対し、
局所的な予混合燃焼空気量に見合うように噴口のピッチ
や噴口径にバイアスを設けて極めて均一な予混合気を得
ることが出来ることである。本発明の第四の効果は、上
記第一より第三までの効果を組み合わせることによって
更に効率の良い混合プロセスを得ることが出来ることで
ある。本発明による第五の効果は、予混合バ−ナ口を多
段化することによって、ガスタ−ビンの負荷変化の広い
範囲にわたって、予混合燃焼による低NOx燃焼が達成
することが出来ることである。以上のように本発明によ
る効果は、ガスタ−ビンの低NOx燃焼を実現するため
に極めて有効となるものである。
The first effect of the present invention is to provide a plurality of airfoils in the annular premix passage,
The premixed combustion air and fuel gas undergo an acceleration-deceleration process, and the hydraulic diameter can be reduced, resulting in extremely efficient mixing. A second effect of the present invention is to use a fuel nozzle that is long in the height direction (radial direction) of the annular premixing passage and distribute the fuel gas in the height direction to promote more effective mixing. That is. A third effect of the present invention is, in order to further promote the second effect, with respect to a plurality of fuel gas injection holes provided on both side surfaces of the fuel nozzle,
It is possible to obtain an extremely uniform premixed air by biasing the pitch of the nozzles and the diameter of the nozzles so as to match the local amount of premixed combustion air. A fourth effect of the present invention is that a more efficient mixing process can be obtained by combining the above first to third effects. A fifth effect of the present invention is that by making the premixing burner port multistage, low NOx combustion by premixing combustion can be achieved over a wide range of load changes of the gas turbine. As described above, the effects of the present invention are extremely effective for realizing low NOx combustion of the gas turbine.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による予混合燃焼と拡散燃焼方式を組み
合わせたガスタ−ビン燃焼器の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a gas turbine combustor combining a premixed combustion and a diffusion combustion method according to the present invention.

【図2】図1のA−A断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.

【図3】図1のB−B断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line BB of FIG.

【図4】図1のC−C断面展開図である。4 is a development view of a cross section taken along the line CC of FIG.

【図5】図1のD矢視図である。5 is a view on arrow D in FIG. 1. FIG.

【図6】燃料ガス噴口のピッチを変化させた例を示す一
部の斜視図である。
FIG. 6 is a partial perspective view showing an example in which the pitch of fuel gas injection holes is changed.

【図7】燃料ガス噴口の噴口径を変化させた例を示す一
部の斜視図である。
FIG. 7 is a partial perspective view showing an example in which the injection port diameter of the fuel gas injection port is changed.

【図8】予混合バーナを2段にした例を示す断面図であ
る。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example in which the premix burner has two stages.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…圧縮空気、2…ディフュ−ザ、3…空気室、4…燃
焼器ライナ−、5…ライナ−冷却空気、6…予混合燃焼
空気、7…燃料ノズル、8…予混合通路、9…エアフォ
イル、10…予混合バ−ナ口、11…予混合燃料ガス、
12…予混合燃料室、13…燃料ガス噴口、14…燃焼
室、15…トランジションピ−ス、16…高温ガス流、
17…拡散燃焼空気、18…拡散バ−ナスワラ、19…
拡散バ−ナ口、20…拡散燃料ガス、21…拡散燃料ガ
ス通路、22…拡散燃料ガス噴口、23…拡散燃焼空気
通路、24…予混合通路入口部、25…燃料ガス噴流、
26…燃焼空気通路部、27…外筒、28…予混合通路
仕切板、29…予混合通路狭部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Compressed air, 2 ... Diffuser, 3 ... Air chamber, 4 ... Combustor liner, 5 ... Liner-cooling air, 6 ... Premix combustion air, 7 ... Fuel nozzle, 8 ... Premix passage, 9 ... Air foil, 10 ... Premix burner port, 11 ... Premix fuel gas,
12 ... Premixed fuel chamber, 13 ... Fuel gas nozzle, 14 ... Combustion chamber, 15 ... Transition piece, 16 ... High temperature gas flow,
17 ... Diffusion combustion air, 18 ... Diffusion burner swirl, 19 ...
Diffusion burner port, 20 ... Diffusion fuel gas, 21 ... Diffusion fuel gas passage, 22 ... Diffusion fuel gas jet port, 23 ... Diffusion combustion air passageway, 24 ... Premixing passage inlet port, 25 ... Fuel gas jet stream,
26 ... Combustion air passage part, 27 ... Outer cylinder, 28 ... Premixing passage partition plate, 29 ... Premixing passage narrow part.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊田 和彦 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kazuhiko Kumada 3-1-1, Saiwaicho, Hitachi-shi, Ibaraki Hitachi Ltd. Hitachi factory

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧縮機から供給される燃焼空気の一部を
予混合空気として燃料と予混合させて低NOx燃焼を行
なわせるガスタ−ビン燃焼器において、環状をなす予混
合通路内に複数のエアフォイルを半径方向に設けてその
エアフォイルにより予混合通路を複数に分割し、その各
分割予混合通路の入口部に半径方向にのびる矩形断面形
状のノズルを配設すると共にそのノズルの先端の長辺部
両側に複数の燃料噴口を設け、前記各分割予混合通路の
エアフォイルにより、前記ノズルから供給される燃料と
予混合通路に供給される予混合空気との混合を促進させ
て低NOx燃焼を行わせることを特徴とするガスタービ
ン燃焼器の空気−燃料予混合構造。
1. A gas turbine combustor for performing a low NOx combustion by premixing a part of combustion air supplied from a compressor as premixed air with a fuel, to provide a plurality of premixed passages in an annular shape. An airfoil is provided in the radial direction to divide the premixing passage into a plurality of parts by the airfoil, and a nozzle having a rectangular sectional shape extending in the radial direction is arranged at the inlet of each divided premixing passage and the tip of the nozzle is A plurality of fuel injection holes are provided on both sides of the long side portion, and the airfoil in each of the divided premixing passages promotes mixing of the fuel supplied from the nozzle and the premixed air supplied to the premixing passage to reduce the NOx. An air-fuel premixing structure for a gas turbine combustor, characterized in that combustion is performed.
【請求項2】 圧縮機から供給される燃焼空気の一部を
予混合空気として燃料と予混合させて低NOx燃焼を行
なわせるガスタ−ビン燃焼器において、環状をなす予混
合通路を半径方向にのびる仕切板により複数に分割する
と共に、その各分割予混合通路内に半径方向にのびるエ
アフォイルを設け、前記各分割予混合通路の入口部に半
径方向にのびる矩形断面形状のノズルを配設すると共に
そのノズルの先端の長辺部両側に複数の燃料噴口を設
け、前記各分割予混合通路のエアフォイルにより、前記
ノズルから供給される燃料と予混合通路に供給される予
混合空気との混合を促進させて低NOx燃焼を行なわせ
ることを特徴とするガスタービン燃焼器の空気−燃料予
混合構造。
2. In a gas turbine combustor for premixing a part of combustion air supplied from a compressor with fuel as premixed air to perform low NOx combustion, an annular premixing passage is radially formed. It is divided into a plurality of parts by extending partition plates, an airfoil extending in the radial direction is provided in each of the divided premixing passages, and a nozzle having a rectangular cross-sectional shape extending in the radial direction is arranged at the inlet of each of the divided premixing passages. A plurality of fuel injection holes are provided on both sides of the long side of the tip of the nozzle, and the fuel supplied from the nozzle and the premixed air supplied to the premixing passage are mixed by the airfoil of each divided premixing passage. An air-fuel premixing structure for a gas turbine combustor, which promotes low temperature NOx combustion.
【請求項3】 エアフォイルの後部を先細形状とするこ
とにより予混合通路の一部を末広がり予混合通路とし、
予混合燃料と予混合空気との拡散混合を行なわせること
を特徴とする請求項1または2に記載のガスタービン燃
焼器の空気−燃料予混合構造。
3. A part of the premixing passage widens toward the end to form a premixing passage by forming the rear portion of the airfoil into a tapered shape,
An air-fuel premixing structure for a gas turbine combustor according to claim 1 or 2, wherein diffusion mixing of the premixed fuel and the premixed air is performed.
【請求項4】 燃料ノズルの長辺部両側に設けた複数個
の燃料噴口のピッチを局所的に流れる予混合空気量に見
合うように不等間隔に設けて、燃料−空気の混合比を均
一化させたことを特徴とする請求項1または2に記載の
ガスタービン燃焼器の空気−燃料予混合構造。
4. The fuel-air mixing ratio is made uniform by arranging a plurality of fuel injection holes provided on both sides of the long side of the fuel nozzle at unequal intervals so as to correspond to the locally mixed premixed air amount. The air-fuel premixing structure for a gas turbine combustor according to claim 1 or 2, wherein
【請求項5】 燃料ノズルの長辺部両側に設けた複数個
の燃料噴口の口径を局所的に流れる予混合空気量に見合
うように変化させて、燃料−空気の混合比を均一化させ
たことを特徴とする請求項1または2に記載のガスター
ビン燃焼器の空気−燃料予混合構造。
5. The fuel-air mixing ratio is made uniform by changing the diameters of a plurality of fuel injection holes provided on both sides of the long side of the fuel nozzle so as to correspond to the locally mixed premixed air amount. The air-fuel premixing structure for a gas turbine combustor according to claim 1 or 2, wherein
【請求項6】 環状をなす予混合通路を半径方向に多段
に設けると共に、燃料供給用ノズルも多段に設けたこと
を特徴とする請求項1ないし5の何れかに記載のガスタ
ービン燃焼器の空気−燃料予混合構造。
6. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein the annular premixing passages are provided in multiple stages in the radial direction, and the fuel supply nozzles are also provided in multiple stages. Air-fuel premix structure.
JP25117892A 1992-09-21 1992-09-21 Air-fuel premixing structure for gas turbine combustor Pending JPH06101841A (en)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008122065A (en) * 2006-11-10 2008-05-29 General Electric Co <Ge> High expansion fuel injection slot jet and method for enhancing mixing in premixing devices
JP2012026722A (en) * 1999-12-15 2012-02-09 Osaka Gas Co Ltd Burner device, gas turbine engine, and cogeneration system
US8306338B2 (en) 2007-07-13 2012-11-06 Fujitsu Limited Moving-picture coding device and moving-picture coding method
US8780989B2 (en) 2007-07-13 2014-07-15 Fujitsu Limited Moving-picture coding device and moving-picture coding method

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