JPH09170716A - Fuel premixing device and gas turbine combustion device - Google Patents
Fuel premixing device and gas turbine combustion deviceInfo
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- JPH09170716A JPH09170716A JP7330384A JP33038495A JPH09170716A JP H09170716 A JPH09170716 A JP H09170716A JP 7330384 A JP7330384 A JP 7330384A JP 33038495 A JP33038495 A JP 33038495A JP H09170716 A JPH09170716 A JP H09170716A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は燃料予混合装置に係
わり、特にガスタービンの燃焼装置に適用するのに好適
な燃料予混合装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel premixing device, and more particularly to a fuel premixing device suitable for application to a gas turbine combustion device.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来一般に採用されているガスタービン
の燃焼装置は、図16にその要部が示されているよう
に、NOx低減の要求に応えるために、2段燃焼方式が
採用されており、定格出力燃焼時には予混合燃焼を行う
ようしにているのが普通である。予混合燃焼は空気と燃
料を予め混合した混合気を燃焼させるものであり、局所
的な高温領域の発生を防止し、NOxを低減することが
できる。2. Description of the Related Art As shown in FIG. 16, the main part of a conventional gas turbine combustion apparatus has adopted a two-stage combustion method in order to meet the demand for NOx reduction. In general, premixed combustion is performed at the rated output combustion. The premixed combustion is to burn a mixture of air and fuel mixed in advance, and can prevent the generation of a local high temperature region and reduce NOx.
【0003】燃焼装置は、主として主燃焼室R1,副燃
焼室R2,燃料ノズル(3a,3b,3c)および予混
合器4から構成され、主燃焼室R1の下流側にガスター
ビン翼2が配置され、上流側には圧縮機1が配置されて
いる。なおこの場合は、2段目の燃焼が予混合燃焼とな
っており、予混合器4内で空気と燃料が混合し、予混合
気となって、主燃焼室R1の中に供給され、保炎器5で
保炎されて燃焼することになる。The combustion apparatus mainly comprises a main combustion chamber R1, an auxiliary combustion chamber R2, a fuel nozzle (3a, 3b, 3c) and a premixer 4, and a gas turbine blade 2 is arranged downstream of the main combustion chamber R1. The compressor 1 is arranged on the upstream side. In this case, the second-stage combustion is premixed combustion, and the air and fuel are mixed in the premixer 4 to form a premixed gas, which is supplied into the main combustion chamber R1 and stored. The flame is held by the flame unit 5 and burns.
【0004】予混合燃焼においては、燃料と空気をでき
るだけ均一に混合させ、しかも、希薄な予混合気にして
燃焼させることが低NOx化に対して効果的である。こ
のことから、一般には予混合器内にスワラを設け、空気
に旋回を与えた後に燃料ノズルから燃料を噴射し、燃料
と空気との混合を促進する方式のものが採用されてい
る。In the premixed combustion, it is effective to reduce the NOx by mixing the fuel and the air as uniformly as possible and burning the mixture in a lean premixed air. For this reason, generally, a system has been adopted in which a swirler is provided in the premixer, and after swirling the air, the fuel is injected from the fuel nozzle to promote the mixing of the fuel and the air.
【0005】なお、この種の燃料予混合装置に関連する
ものとしては、例えば特開平4−283316号公報あ
るいは特開平6−2848号公報などが挙げられる。Examples of the fuel premixing device of this type include JP-A-4-283316 and JP-A-6-2848.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】このように構成された
予混合装置であると、空気はスワラによって旋回が与え
られ、強制渦を形成し、その剪断流によって燃料ノズル
から噴射された燃料と空気の混合が促進される。しか
し、このような予混合装置においても、次のような問題
点を有している。In the premixing device thus constructed, the air is swirled by the swirler to form a forced vortex, and the shear flow of the air causes the fuel and the air injected from the fuel nozzle to be injected. Mixing is promoted. However, even such a premixing device has the following problems.
【0007】すなわち、予混合器内を流れるすべての空
気に旋回を与えるため、軸流速度成分は外周部で大き
く、旋回の中心部では小さくなる傾向にあり、その状態
によっては逆流を生じる恐れもある。不均一な流速分布
を残したまま予混合気を燃焼室に供給すると、流速の小
さい部分あるいは逆流部分から予混合器内へ逆火が生じ
る場合もある。That is, since all the air flowing in the premixer is swirled, the axial flow velocity component tends to be large at the outer peripheral portion and small at the central portion of the swirling, and a backflow may occur depending on the state. is there. If the premixed gas is supplied to the combustion chamber while leaving the non-uniform flow velocity distribution, a flashback may occur in the premixer from the low flow velocity part or the backflow part.
【0008】このことから、逆火を防ぐために流速分布
を均一にしようとすると、予混合器を長くしなければな
らず、予混合装置の小型化が図れない。また、高効率化
を図るために圧力比が大きくなり、燃焼器内空気温度が
高くなると、予混合器が長い分、可燃予混合気の滞留時
間が長くなり、自発火の可能性が高くなる。For this reason, in order to make the flow velocity distribution uniform in order to prevent flashback, the premixer must be lengthened, and the premixing device cannot be downsized. In addition, if the pressure ratio is increased to increase efficiency and the air temperature inside the combustor rises, the length of time of the premixer increases the residence time of the combustible premixed gas, increasing the possibility of spontaneous ignition. .
【0009】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、短い距離で,すなわち小型にして
燃料と空気とが十分に混合されるとともに、逆火や自発
火のおそれのないこの種の燃料予混合装置を提供するに
ある。The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to shorten the distance, that is, to reduce the size, to sufficiently mix the fuel and the air, and to prevent the risk of flashback or spontaneous ignition. It is to provide a fuel premixing device of this kind.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、混合
流路と、この混合流路内に配置された燃料ノズルとを備
え、この燃料ノズルより前記混合流路内を流通する流通
空気中に燃料を噴射し空気と燃料を混合させるようにな
した燃料予混合装置において、前記混合流路の入口近傍
で、かつ前記燃料ノズルより上流側に、空気流を剥離さ
せる剥離手段を設けるとともに、燃料ノズルより下流側
に、空気と燃料の混合気に乱流を発生させる乱流発生手
段を設け初期の目的を達成するようにしたものである。Means for Solving the Problems That is, the present invention comprises a mixing flow passage and a fuel nozzle arranged in the mixing flow passage, and from the fuel nozzle to the circulating air flowing in the mixing flow passage. In a fuel premixing device for injecting fuel to mix air and fuel, a separating means for separating an air flow is provided near an inlet of the mixing channel and upstream of the fuel nozzle, and the fuel is A turbulent flow generating means for generating a turbulent flow in a mixture of air and fuel is provided downstream of the nozzle to achieve the initial purpose.
【0011】また、混合流路と、この混合流路内に配置
された燃料ノズルとを備え、この燃料ノズルより前記混
合流路内を流通する流通空気中に燃料を噴射し空気と燃
料を混合させるようになした燃料予混合装置において、
前記混合流路の入口近傍で、かつ前記燃料ノズルより上
流側に、空気流を絞る絞り板を設けるとともに、燃料ノ
ズルより下流側に、空気と燃料の混合気に乱流を発生さ
せる乱流板を設けるようにしたものである。Further, the mixing channel and a fuel nozzle arranged in the mixing channel are provided, and the fuel is injected from the fuel nozzle into the circulating air flowing in the mixing channel to mix the air and the fuel. In the fuel premixing device designed to
A turbulent flow plate is provided near the inlet of the mixing channel and upstream of the fuel nozzle, and a turbulent flow plate is provided downstream of the fuel nozzle to generate a turbulent flow in a mixture of air and fuel. Is provided.
【0012】すなわち、このように形成された燃料予混
合装置であると、予混合器内に流入する空気は、予混合
器入口近傍に設けられた絞り構造物の下流に局所的な剥
離を生じ、主流と剥離域の境界付近に強い乱れが発生
し、この強い乱れの中に燃料が噴射されるので、空気流
の強い乱れによって燃料と空気の混合が促進される。し
たがって短い距離で,すなわち小型にして燃料と空気と
が十分に混合されるとともに、逆火や自発火を抑制する
ことができるのである。さらに、局所的な高温領域の発
生が防止されることから、低NOx化を図ることができ
るのである。That is, in the fuel premixing device formed as described above, the air flowing into the premixer causes local separation downstream of the throttle structure provided near the premixer inlet. A strong turbulence occurs near the boundary between the main stream and the separation region, and the fuel is injected into this strong turbulence, so that the strong turbulence of the air flow promotes the mixing of the fuel and the air. Therefore, the fuel and the air can be sufficiently mixed in a short distance, that is, in a small size, and the flashback and the spontaneous ignition can be suppressed. Furthermore, since the generation of a local high temperature region is prevented, it is possible to reduce NOx.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】以下、図示した実施例に基づいて
本発明を詳細に説明する。図1には、予混合器4を燃焼
器ライナ6内に組み立てた状態が示されている。予混合
器4は環状に形成(図2参照)されており、仕切板7に
よって周方向に多数の流路に区切られている。それぞれ
の流路のほぼ中央には燃料ノズル3bが突き出ている。
入口近傍の外周と内周には絞り板8が取り付けられてお
り、燃料ノズル3bの後流側には空気Aの主流方向に対
して迎角を持つ三角形の乱流板9が設けられている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail based on illustrated embodiments. FIG. 1 shows the premixer 4 assembled in the combustor liner 6. The premixer 4 is formed in an annular shape (see FIG. 2) and is partitioned by a partition plate 7 into a large number of flow paths in the circumferential direction. A fuel nozzle 3b is projected at approximately the center of each flow path.
A throttle plate 8 is attached to the outer and inner circumferences near the inlet, and a triangular turbulent flow plate 9 having an angle of attack with the main flow direction of the air A is provided on the downstream side of the fuel nozzle 3b. .
【0014】乱流板9は、図3に示されているように仕
切板7から流路内に突き出したもので、上流側から下流
側に向かって突き出し量が大きくなるように設置されて
いる。乱流板9の後流側,すなわち出口側には保炎器5
が設置されている。The turbulent flow plate 9 projects from the partition plate 7 into the flow path as shown in FIG. 3, and is installed so that the projecting amount increases from the upstream side to the downstream side. . The flame stabilizer 5 is provided on the downstream side of the turbulent flow plate 9, that is, on the outlet side.
Is installed.
【0015】このように形成された予混合器の燃料と空
気の混合は次のように行われる。すなわち予混合器4に
流入する空気Aは絞り板8によって縮流され、絞り板8
の下流に剥離Sを生じる。主流Aと剥離域Sの境界付近
では速度勾配が大きくなるため、強い乱れが発生する。
燃料Fは絞り板8の下流で燃料ノズル3bから空気流A
に対して垂直に噴射されるが、空気流Aには強い乱れが
生じているため、その領域に噴射された燃料Fは空気A
との混合が促進される。The mixing of fuel and air in the premixer thus formed is performed as follows. That is, the air A flowing into the premixer 4 is contracted by the diaphragm plate 8 and
Peeling S occurs downstream of Near the boundary between the mainstream A and the separation area S, the velocity gradient becomes large, so that strong turbulence occurs.
The fuel F flows from the fuel nozzle 3b downstream of the throttle plate 8 into the air flow A.
Is injected perpendicularly to the air flow A, but strong turbulence is generated in the air flow A.
The mixing with is promoted.
【0016】そしてさらに、燃料ノズル3bの後流側に
は三角形の乱流板9が設けられていることから、燃料F
と空気Aとの混合がさらに進む,すなわち乱流板9は空
気Aの主流方向に対して迎角を持つため下流の剥離Sは
三次元となり、空気流Aは図3に示すように主流方向を
中心軸として旋回しながら流れることになる。このた
め、強い乱れは予混合器内の広い領域に及ぶことにな
る。Further, since the triangular turbulent flow plate 9 is provided on the downstream side of the fuel nozzle 3b, the fuel F
And the air A further mix, that is, since the turbulent flow plate 9 has an angle of attack with respect to the main flow direction of the air A, the downstream separation S is three-dimensional, and the air flow A is the main flow direction as shown in FIG. It will flow while turning around. Therefore, the strong turbulence extends over a large area in the premixer.
【0017】このように噴射後流側には混合気に広い領
域の強い乱れがあるため、絞り板8の下流で燃料ノズル
3bから空気A中に噴射された燃料Fは、さらに空気と
混合が進み低NOx化に好都合な均一な予混合気AFが
得られる。燃料Fと空気Aが十分混合した予混合気AF
は出口に設けられた保炎器5によって保炎され、安定し
た予混合燃焼を行うことになる。As described above, since there is strong turbulence in a wide region of the air-fuel mixture on the post-injection side, the fuel F injected from the fuel nozzle 3b into the air A downstream of the throttle plate 8 is further mixed with air. It is possible to obtain a uniform premixed gas AF that is convenient for advancing and reducing NOx. Pre-mixture AF in which fuel F and air A are well mixed
Is flame-held by the flame stabilizer 5 provided at the outlet, and stable premixed combustion is performed.
【0018】なおこの場合、乱流板9は迎角の方向に応
じて混合気流にそれぞれ独立の旋回を与えるが、図3に
示したように旋回が接する境界で、旋回流れの向きが同
じであることが、燃料Fと空気Aの混合の促進には好ま
しい。また、乱流板9の迎角に関しては実験の結果では
10〜30°が好ましいようである。In this case, the turbulent flow plate 9 imparts independent swirl to the mixed air flow depending on the angle of attack. However, as shown in FIG. 3, the swirl flow direction is the same at the boundary where the swirl contacts. It is preferable to promote the mixing of the fuel F and the air A. Also, regarding the angle of attack of the turbulent flow plate 9, 10 to 30 ° seems to be preferable in the result of the experiment.
【0019】また、このような構成であると、短い距離
で燃料Fと空気Aの十分な混合と均一な流速分布が得ら
れるため、予混合器4内での可燃予混合気AFの滞留時
間を短くすることができ、自発火の恐れも小さくなる。Further, with such a structure, sufficient mixing of the fuel F and the air A and a uniform flow velocity distribution can be obtained in a short distance, so that the residence time of the combustible premixed gas AF in the premixer 4 is increased. Can be shortened, and the risk of spontaneous combustion is reduced.
【0020】なお、以上の説明では、燃料ノズル3bか
らの燃料Fの噴き方は空気流Aに対して垂直に噴射して
いるが、例えば図4に示されているように空気流Aと平
行に下流側に燃料Fを噴射してもよいし、空気流Aに対
して上流側に燃料Fを噴射してもよいであろう。また、
予混合器4の形状は、図1,2に示したような環状を多
数の仕切板7で区切ったものに限らず、図5,図6に示
すように円筒形の場合でも同様の現象が生じる。In the above description, the fuel F is ejected from the fuel nozzle 3b perpendicularly to the air flow A. However, as shown in FIG. 4, the fuel F is parallel to the air flow A. The fuel F may be injected downstream, or the fuel F may be injected upstream with respect to the air flow A. Also,
The shape of the premixer 4 is not limited to the annular shape shown in FIGS. 1 and 2 divided by a large number of partition plates 7, and the same phenomenon may occur in the case of a cylindrical shape as shown in FIGS. Occurs.
【0021】図7は絞り板8を、予混合器4の入口近傍
の外周と内周および仕切板7側に取り付けたものであ
る。このようにすると、予混合器4に流入する空気Aは
半径方向ばかりでなく、周方向にも縮流されるため、主
流Aと剥離域Sの境界が広がり、強い乱れの領域が拡大
する。このため、燃料Fと空気Aの混合はより促進さ
れ、予混合気AFの均一度は向上する。In FIG. 7, the diaphragm plate 8 is attached to the outer circumference and the inner circumference in the vicinity of the inlet of the premixer 4 and to the partition plate 7 side. In this way, the air A flowing into the premixer 4 is contracted not only in the radial direction but also in the circumferential direction, so that the boundary between the main flow A and the separation region S expands and the region of strong turbulence expands. Therefore, the mixing of the fuel F and the air A is further promoted, and the homogeneity of the premixed air AF is improved.
【0022】絞り板8の流路形状を概ね四角形にした図
7に対して、流路形状を円形にしたものが図8である
が、ほぼ同等の作用と効果が得られる。FIG. 8 shows the diaphragm plate 8 having a circular flow path shape in contrast to FIG. 7 in which the flow path shape of the diaphragm plate 8 is a substantially quadrangular shape, but substantially the same actions and effects can be obtained.
【0023】図9は、予混合器4の入口近傍に空気Aの
主流方向に対して迎角を持つ4枚の乱流板9を仕切板7
から流路内に突き出したもので、上流側から下流側に向
かって突き出し量が大きくなるように設置してある。な
お、図10はそのS−S矢視図を示している。In FIG. 9, four turbulent flow plates 9 having an attack angle with respect to the main flow direction of the air A are provided in the vicinity of the inlet of the premixer 4 with partition plates 7.
It is installed from the upstream side to the downstream side so that the protruding amount increases from the upstream side to the downstream side. In addition, FIG. 10 shows the S-S arrow view.
【0024】この乱流板9は、前述したように空気Aの
主流方向に対して迎角を持つため下流の剥離Sは三次元
となり、空気流Aは図10に示すように主流方向を中心
軸として旋回しながら流れることになる。このため、強
い乱れは前述の実施例に比べ予混合器内の広い領域に及
ぶ。燃料Fは乱流板9の下流で燃料ノズル3bから空気
A中に噴射されるが、空気流Aには広い領域の強い乱れ
があるため、今まで述べた実施例よりさらに燃料Fと空
気Aとの混合が進むことになり、低NOx化に好都合な
均一な予混合気AFが得られ易くなる。Since the turbulent flow plate 9 has an attack angle with respect to the main flow direction of the air A as described above, the downstream separation S is three-dimensional, and the air flow A is centered in the main flow direction as shown in FIG. It will flow while turning as an axis. Therefore, the strong turbulence extends over a wider area in the premixer than in the above-described embodiment. The fuel F is injected into the air A from the fuel nozzle 3b downstream of the turbulent flow plate 9. However, the air flow A has a strong turbulence in a wide area, so that the fuel F and the air A are further increased than in the embodiments described above. As a result, the uniform premixed gas AF, which is convenient for reducing NOx, can be easily obtained.
【0025】また、この乱流板は、本実施例では三角形
に形成しているが、迎角を持つ四角形板等でもよいこと
は勿論である。また、板の枚数も必ずしも4枚である必
要もない。Further, although the turbulent flow plate is formed in a triangular shape in this embodiment, it is needless to say that it may be a quadrangular plate having an angle of attack. Also, the number of plates need not necessarily be four.
【0026】図11は、予混合器4の入口近傍に空気流
Aに対して垂直な丸棒10を設置した実施例である。図
12は図11のU−U矢視図であり、図13は図11の
V−V断面図である。FIG. 11 shows an embodiment in which a round bar 10 perpendicular to the air flow A is installed near the inlet of the premixer 4. 12 is a view taken in the direction of arrows UU in FIG. 11, and FIG. 13 is a sectional view taken along line VV in FIG.
【0027】丸棒10は少なくとも図13に示すように
燃料ノズル3bの各噴出孔11に対応して上流側に設置
する。空気流A中に丸棒を設置すると、下流側には剥離
Sが生じ、カルマン渦を放出することになる。主流Aと
剥離域Sの境界付近では速度勾配が大きくなるため、強
い乱れが発生する。As shown in FIG. 13, at least the round bar 10 is installed on the upstream side corresponding to each ejection hole 11 of the fuel nozzle 3b. When a round bar is installed in the air flow A, separation S occurs on the downstream side, and Karman vortices are emitted. Near the boundary between the mainstream A and the separation area S, the velocity gradient becomes large, so that strong turbulence occurs.
【0028】燃料Fは丸棒10の下流で燃料ノズル3b
から噴射される。そして、この領域には強い乱れが存在
するため、燃料Fと空気Aとの混合促進が図られ、NO
xを低減することができる。また、剥離域Sは丸棒10
の下流に局所的に存在するものであり、短い距離で消滅
し、ほぼ均一な流速分布になるため、予混合器の長さを
短くすることが可能であり、逆火や自発火のおそれがな
くなるのである。この場合、勿論、丸棒10の代わりに
角棒や平板を設置してもよい。The fuel F is supplied downstream of the round rod 10 to the fuel nozzle 3b.
Injected from. Then, since strong turbulence exists in this region, the mixing of the fuel F and the air A is promoted, and NO
x can be reduced. The peeling area S is a round bar 10.
Since it exists locally downstream of the premixer, it disappears in a short distance, and the flow velocity distribution is almost uniform, so it is possible to shorten the length of the premixer, and there is a risk of flashback and spontaneous ignition. It will disappear. In this case, of course, a square bar or a flat plate may be installed instead of the round bar 10.
【0029】予混合器4の入口近傍にメッシュ12を設
けたものが図14であるが、これまで述べたものの中で
剥離域Sが最も小さくなるため、燃料Fと空気Aの混合
促進効果は最も少ない。逆に、均一な流速分布は最も短
い距離で得られる。FIG. 14 shows that the mesh 12 is provided in the vicinity of the inlet of the premixer 4, and since the separation area S is the smallest among those described so far, the effect of promoting the mixing of the fuel F and the air A is The least. On the contrary, a uniform flow velocity distribution is obtained at the shortest distance.
【0030】予混合器4の入口近傍の外周と内周に絞り
板8を取り付け、その下流に空気Aの主流方向に対して
迎角を持つ4枚の乱流板9を仕切板7から流路内に突き
出したものを流れ方向に3組設置し、燃料ノズル3bか
らの燃料Fが1組目と2組目の間に噴射するようにした
のが図15である。The throttle plates 8 are attached to the outer circumference and the inner circumference near the inlet of the premixer 4, and four turbulent flow plates 9 having an angle of attack with the main flow direction of the air A flow from the partition plate 7 downstream thereof. FIG. 15 shows that three sets of those projecting in the passage are installed in the flow direction, and the fuel F from the fuel nozzle 3b is injected between the first set and the second set.
【0031】空気流Aは絞り板8の下流で剥離Sを生
じ、強い乱れを発生した直後に、乱流板9によって主流
方向を中心軸として旋回するようになり、さらに乱れを
強めるとともに、その領域を拡大する。その下流で燃料
ノズル3bからの燃料Fが空気A中に噴射されるので、
燃料Fと空気Aとの混合は非常に促進されることにな
る。さらに、その下流の2組の乱流板9も強い乱れを増
大させるので、燃料Fと空気Aの混合はきわめてよくな
ることになる。その結果、きわめて均一な燃料Fと空気
Aの予混合気AFが得られ、大幅なNOxの低減に結び
つく可能性がある。Immediately after the separation S occurs in the downstream side of the throttle plate 8 and strong turbulence is generated, the turbulent flow plate 9 swirls around the main flow direction as a central axis to further strengthen the turbulence. Expand the area. Since the fuel F from the fuel nozzle 3b is injected into the air A downstream thereof,
The mixing of the fuel F and the air A will be greatly promoted. Further, the two sets of turbulence plates 9 on the downstream side also increase the strong turbulence, so that the mixing of the fuel F and the air A becomes extremely good. As a result, an extremely uniform premixture AF of the fuel F and the air A can be obtained, which may lead to a significant reduction of NOx.
【0032】このように、燃料Fを空気A中に噴射する
前に、前述した強い乱れを発生する手段を流れ方向に複
数設置したり、さらに、燃料Fを噴射した下流にそれら
を設置することによって、燃料Fと空気Aの混合がより
均一になることは容易に理解される。この方法は低NO
x化にはきわめて有効なものとなる。As described above, before injecting the fuel F into the air A, it is necessary to install a plurality of means for generating the above-mentioned strong turbulence in the flow direction, and further to install them downstream of the fuel F injection. It is easily understood that the mixing of the fuel F and the air A becomes more uniform. This method is low NO
It is extremely effective for x conversion.
【0033】しかし、乱れが強くなった分、均一な流速
分布を得るには長い距離が必要となり、逆火や自発火の
可能性が強まることは否定できず、機種により実験的に
最適化が図られる。ところで、迎角を持つ乱流板9を流
れ方向に複数組設置する場合には、旋回の流れの向きが
各組で同じであることが、燃料Fと空気Aの混合をよく
するうえでは好ましい。However, since the turbulence becomes stronger, a long distance is required to obtain a uniform flow velocity distribution, and it is undeniable that the possibility of flashback or spontaneous ignition is increased, and it is experimentally optimized depending on the model. Planned. By the way, when a plurality of sets of turbulent flow plates 9 having an angle of attack are installed in the flow direction, it is preferable that the direction of the swirling flow is the same in each set in order to improve the mixing of the fuel F and the air A. .
【0034】以上説明してきたようにこの燃料予混合装
置であると、予混合器の入口近傍に空気流を剥離させる
構造物を設けるとともに、その下流で燃料ノズルから燃
料を空気中に噴射し、かつ燃料ノズルの後流側に乱流板
が設けられていることから、空気の主流と剥離の境界付
近に大きな速度勾配が生じ、強い乱れが発生し、その下
流で燃料が空気中に噴射されるので、強い乱れによって
燃料と空気の混合促進が図られ、さらにその後の乱れで
さらに混合促進が図られNOxの低減に好都合な均一な
予混合気が得られる。As described above, in this fuel premixing device, a structure for separating the air flow is provided near the inlet of the premixer, and the fuel is injected into the air from the fuel nozzle downstream thereof. In addition, since the turbulent flow plate is provided on the downstream side of the fuel nozzle, a large velocity gradient is generated near the boundary between the main stream of air and separation, and strong turbulence occurs, and fuel is injected into the air downstream. Therefore, the strong turbulence promotes the mixing of fuel and air, and further turbulence further promotes the mixing, so that a uniform premixed gas that is convenient for NOx reduction can be obtained.
【0035】したがって、短い距離で燃料と空気を十分
に混合するとともに、均一な流速分布を達成し、逆火や
自発火のおそれのない小型の予混合器を得ることがで
き、また、予混合燃焼において局所的な高温領域の発生
を防止することができ、低NOx化を図ることができ
る。Therefore, it is possible to sufficiently mix the fuel and the air in a short distance, to achieve a uniform flow velocity distribution, and to obtain a small premixer which is free from the risk of flashback or spontaneous ignition. It is possible to prevent a local high temperature region from being generated in combustion, and to reduce NOx.
【0036】[0036]
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、短い距離で,すなわち小型にして燃料と空気とが十
分に混合され、逆火や自発火のおそれのないこの種の燃
料予混合装置を得ることができる。As explained above, according to the present invention, this kind of fuel premixing in which the fuel and air are sufficiently mixed in a short distance, that is, in a small size, and there is no fear of flashback or spontaneous combustion The device can be obtained.
【図1】本発明の燃料予混合装置の一実施例を示す縦断
側面図である。FIG. 1 is a vertical sectional side view showing an embodiment of a fuel premixing device of the present invention.
【図2】図1のI−I線に沿う正面図である。FIG. 2 is a front view taken along the line II of FIG.
【図3】図1のA−A線に沿う断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. 1;
【図4】本発明の燃料予混合装置の他の実施例を示す縦
断側面図である。FIG. 4 is a vertical sectional side view showing another embodiment of the fuel premixing device of the present invention.
【図5】本発明の燃料予混合装置のさらに他の実施例を
示す縦断側面図である。FIG. 5 is a vertical sectional side view showing still another embodiment of the fuel premixing device of the present invention.
【図6】図5の正面図である。FIG. 6 is a front view of FIG. 5;
【図7】本発明の燃料予混合装置のさらに他の実施例を
示す正面図である。FIG. 7 is a front view showing still another embodiment of the fuel premixing device of the present invention.
【図8】本発明の燃料予混合装置のさらに他の実施例を
示す正面図である。FIG. 8 is a front view showing still another embodiment of the fuel premixing device of the present invention.
【図9】本発明の燃料予混合装置のさらに他の実施例を
示す縦断側面図である。FIG. 9 is a vertical sectional side view showing still another embodiment of the fuel premixing device of the present invention.
【図10】図9のS−S矢視図である。FIG. 10 is a view on arrow S-S in FIG. 9.
【図11】本発明の燃料予混合装置のさらに他の実施例
を示す縦断側面図である。FIG. 11 is a vertical sectional side view showing still another embodiment of the fuel premixing device of the present invention.
【図12】図11のU−U矢視図である。FIG. 12 is a view taken in the direction of arrow UU in FIG.
【図13】図11のV−V線に沿う断面図である。13 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG.
【図14】本発明の燃料予混合装置のさらに他の実施例
を示す正面図である。FIG. 14 is a front view showing still another embodiment of the fuel premixing device of the present invention.
【図15】本発明の燃料予混合装置のさらに他の実施例
を示す縦断側面図である。FIG. 15 is a vertical sectional side view showing still another embodiment of the fuel premixing device of the present invention.
【図16】従来のガスタービンの燃焼装置周囲を示す縦
断側面図である。FIG. 16 is a vertical cross-sectional side view showing the periphery of a conventional gas turbine combustion device.
1…圧縮機、2…ガスタービン翼、3a,3b,3c…
燃料ノズル、4…予混合器、5…保炎器、6…燃焼器ラ
イナ、7…仕切板、8…絞り板、9…乱流板、10…丸
棒、11…燃料噴出孔、12…メッシュ。1 ... Compressor, 2 ... Gas turbine blade, 3a, 3b, 3c ...
Fuel nozzle, 4 ... Premixer, 5 ... Flame stabilizer, 6 ... Combustor liner, 7 ... Partition plate, 8 ... Throttling plate, 9 ... Turbulent flow plate, 10 ... Round bar, 11 ... Fuel injection hole, 12 ... mesh.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 成嘉 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shigeyoshi Kobayashi 7-2-1, Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Hitachi, Ltd. Power & Electric Development Division
Claims (8)
た燃料ノズルとを備え、この燃料ノズルより前記混合流
路内を流通する流通空気中に燃料を噴射し空気と燃料を
混合させるようになした燃料予混合装置において、 前記混合流路の入口近傍で、かつ前記燃料ノズルより上
流側に、空気流を剥離させる剥離手段を設けるととも
に、燃料ノズルより下流側に、空気と燃料を混合気に乱
流を発生させる乱流発生手段を設けたことを特徴とする
燃料予混合装置。1. A mixing flow path and a fuel nozzle arranged in the mixing flow path, wherein the fuel is injected into the circulating air flowing in the mixing flow path to mix the air and the fuel. In the fuel premixing device configured to perform, in the vicinity of the inlet of the mixing flow path and upstream of the fuel nozzle, a separating unit for separating an air flow is provided, and the air and the fuel are provided downstream of the fuel nozzle. A fuel premixing device comprising turbulent flow generation means for generating turbulent flow in the mixture.
た燃料ノズルとを備え、この燃料ノズルより前記混合流
路内を流通する流通空気中に燃料を噴射し空気と燃料を
混合させるようになした燃料予混合装置において、 前記混合流路の入口近傍で、かつ前記燃料ノズルより上
流側に、空気流を絞る絞り板を設けるとともに、燃料ノ
ズルより下流側に、空気と燃料の混合気に乱流を発生さ
せる乱流板を設けたことを特徴とする燃料予混合装置。2. A mixing flow path and a fuel nozzle arranged in the mixing flow path, wherein the fuel is injected from the fuel nozzle into the circulating air flowing in the mixing flow path to mix the air and the fuel. In the fuel premixing device configured to perform, in the vicinity of the inlet of the mixing flow path and on the upstream side of the fuel nozzle, a throttle plate that restricts an air flow is provided, and on the downstream side of the fuel nozzle, air and fuel A fuel premixing device comprising a turbulent flow plate for generating a turbulent flow in a mixture.
た燃料ノズルとを備え、この燃料ノズルより前記混合流
路内を流通する流通空気中に燃料を噴射し空気と燃料を
混合させるようになした燃料予混合装置において、 前記混合流路内で、かつ前記燃料ノズルより上流側およ
び下流側に、前記空気の主流方向に対して迎角を持つ乱
流発生体を設けたことを特徴とする燃料予混合装置。3. A mixing flow path and a fuel nozzle arranged in the mixing flow path, wherein the fuel is injected from the fuel nozzle into the circulating air flowing in the mixing flow path to mix the air and the fuel. In the fuel premixing device, a turbulent flow generator having an angle of attack with respect to the main flow direction of the air is provided in the mixing passage and upstream and downstream of the fuel nozzle. A fuel premixing device.
た燃料ノズルとを備え、この燃料ノズルより前記混合流
路内を流通する流通空気中に燃料を噴射し空気と燃料を
混合させるようになした燃料予混合装置において、 前記混合流路の入口近傍で、かつ前記燃料ノズルより上
流側に、空気流を絞るメッシュを設けるとともに、燃料
ノズルより下流側に、空気と燃料の混合気に乱流を発生
させる乱流板を設けたことを特徴とする燃料予混合装
置。4. A mixing flow passage and a fuel nozzle arranged in the mixing flow passage, and the fuel is injected from the fuel nozzle into the circulating air flowing in the mixing flow passage to mix the air and the fuel. In the fuel premixing device, a mesh for restricting an air flow is provided in the vicinity of the inlet of the mixing channel and upstream of the fuel nozzle, and the air and fuel are mixed downstream of the fuel nozzle. A fuel premixing device comprising a turbulent flow plate for generating a turbulent flow.
た燃料ノズルとを備え、この燃料ノズルより前記混合流
路内を流通する流通空気中に燃料を噴射し空気と燃料を
混合させるようになした燃料予混合装置において、 前記混合流路の入口近傍で、かつ前記燃料ノズルより上
流側に、空気流を絞る絞り板および乱流を発生させる乱
流板を設けるとともに、燃料ノズルより下流側に、空気
と燃料の混合気に乱流を発生させる乱流板を設けたこと
を特徴とする燃料予混合装置。5. A mixing flow path and a fuel nozzle arranged in the mixing flow path, wherein the fuel is injected into the circulating air flowing through the mixing flow path to mix the air and the fuel. In the fuel premixing device, a throttle plate for narrowing the air flow and a turbulent flow plate for generating a turbulent flow are provided in the vicinity of the inlet of the mixing channel and upstream of the fuel nozzle, and the fuel nozzle is provided. A fuel premixing device characterized in that a turbulent flow plate for generating a turbulent flow in a mixture of air and fuel is provided further downstream.
乱流板が、混合気流通方向に複数段並設されている請求
項2,4または5記載の燃料予混合装置。6. The fuel premixing device according to claim 2, wherein a plurality of turbulent flow plates arranged on the downstream side of the fuel nozzle are arranged in parallel in the air-fuel mixture flowing direction.
迎角を持つ三角形のをなし、かつ上流側から下流側に向
かって突き出し量が大きくなるように形成されている請
求項2,4または5記載の燃料予混合装置。7. The turbulent flow plate has a triangular shape having an angle of attack with respect to the main air flow direction, and is formed such that the protrusion amount increases from the upstream side toward the downstream side. , 4 or 5 fuel premixing device.
料予混合装置を備えたガスタービン燃焼装置において、 前記請求項1〜7いずれかに記載の燃料予混合装置を備
えたことを特徴とするガスタービン燃焼装置。8. A gas turbine combustion apparatus having a fuel premixing device for mixing a fuel and air to produce a premixed gas, comprising the fuel premixing device according to any one of claims 1 to 7. Characteristic gas turbine combustion device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7330384A JPH09170716A (en) | 1995-12-19 | 1995-12-19 | Fuel premixing device and gas turbine combustion device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7330384A JPH09170716A (en) | 1995-12-19 | 1995-12-19 | Fuel premixing device and gas turbine combustion device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09170716A true JPH09170716A (en) | 1997-06-30 |
Family
ID=18232003
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7330384A Pending JPH09170716A (en) | 1995-12-19 | 1995-12-19 | Fuel premixing device and gas turbine combustion device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09170716A (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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KR102096749B1 (en) | 2019-11-25 | 2020-04-02 | 순천대학교 산학협력단 | Combustion apparatus to maximize running efficiency and emission performance |
CN112284751A (en) * | 2020-10-16 | 2021-01-29 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | Distortion test device with adjustable distortion characteristic |
-
1995
- 1995-12-19 JP JP7330384A patent/JPH09170716A/en active Pending
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