CN108885001A - 燃气轮机的燃烧器 - Google Patents
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Abstract
在使燃料气体、水蒸气以及空气混合并使之燃烧的用于燃气轮机的燃烧器(3)中,设置有:燃料喷射装置(13),其具有向燃烧室(21)直接喷射所述燃料气体(H)的燃料喷射部(33)、以及设置于所述燃料喷射部(33)的径向外侧和内侧的至少一方的水蒸气喷射部(35、37);以及空气供给室(39、79),其在设置于所述燃料喷射部(33)的径向外侧的水蒸气喷射部的径向外侧、和设置于所述燃料喷射部的径向内侧的水蒸气喷射部的径向内侧的至少一方设置,并供给与从所述水蒸气喷射部喷射的水蒸气(W)混合的空气(A)。
Description
相关申请
本申请主张2016年4月1日申请的日本专利申请2016-074349的优先权,并通过参照其全部内容而引用作为本申请的一部分。
技术领域
本发明涉及一种混合如氢气这样的燃料气体、水蒸气以及空气并使之燃烧的用于燃气涡轮发动机的燃烧器。
背景技术
在近年来的燃气轮机系统中,以排气的低NOX化和系统的高效化为课题,开发了向燃烧器喷射燃料与水或水蒸气的技术(例如专利文献1、2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利公开平成6-66156号公报
专利文献2:日本专利公开2015-75314号公报
发明内容
(一)要解决的技术问题
但是,在专利文献1的燃烧器的情况下,水蒸气喷嘴与气体燃料喷射喷嘴分离配置,并且水蒸气和气体燃料向燃烧器喷射后在燃烧室内第一次被混合,因此燃烧室内的燃料与水蒸气的浓度分布不均匀,燃烧后的排气中所含的氮氧化合物(NOX)的降低也并不充分。另一方面,在专利文献2的燃烧器的情况下,由于在预混合了燃料气体与水蒸气后将混合气体向燃烧室喷射,因此虽然实现了燃料与水蒸气的浓度分布的均匀化,但由于使温度差较大的水蒸气与燃料气体在燃料喷射装置内直接接触,因此导致水蒸气冷凝化(日文:ドレイン化)。
本发明的目的在于,提供一种燃气轮机的燃烧器,其通过防止水蒸气的冷凝化并且使燃料与水蒸气均匀地混合,从而能够有效地实现低NOX化。
(二)技术方案
为了实现上述目的,本发明的燃气轮机的燃烧器,是混合燃料气体、水蒸气以及空气并使之燃烧的用于燃气涡轮发动机的燃烧器,所述燃烧器具有:燃料喷射装置,其具有向燃烧室直接喷射所述燃料气体的燃料喷射部、以及设置于所述燃料喷射部的径向外侧和内侧的至少一方的水蒸气喷射部;以及空气供给室,其在设置于所述燃料喷射部的径向外侧的水蒸气喷射部的径向外侧、和设置于所述燃料喷射部的径向内侧的水蒸气喷射部的径向内侧的至少一方设置。
根据该结构,由于水蒸气喷射部与空气供给室在径向上邻接,因此能够使水蒸气在与高温的空气接触且被空气稀薄化的状态下与燃料气体接触,并能够防止水蒸气的冷凝化。另外,由于水蒸气喷射部介于燃料喷射部与空气供给室之间,因此能够向燃料气体与空气的燃烧反应面适当地喷射蒸气。
在本发明的一个实施方式中,也可以具有:外径侧水蒸气喷射部,其设置于所述燃料喷射部的径向外侧;内径侧水蒸气喷射部,其设置于所述燃料喷射部的径向内侧;外侧空气供给室,其设置于所述外径侧水蒸气喷射部的径向外侧;以及内侧空气供给室,其设置于所述内径侧水蒸气喷射部的径向内侧。根据该结构,由于从径向中心部附近向燃烧室的一次燃烧区域喷射水蒸气与空气的混合气,因此一次燃烧区域被稀薄化,能够进行更均匀的燃烧。
在本发明的一个实施方式中,也可以为,还具有内侧混合促进部件,所述内侧混合促进部件促进来自所述内径侧水蒸气喷射部的水蒸气与来自所述内侧空气供给室的空气的混合。根据该结构,由于水蒸气在与高温的空气混合并被稀薄化后与燃料气体接触,因此能够更加可靠地防止水蒸气的冷凝化。
在本发明的一个实施方式中,也可以为,在所述燃料喷射装置设置有空气导入通道,所述空气导入通道从所述外侧空气供给室向所述内侧空气供给室导入空气。根据该结构,能够利用紧凑且简单的结构向所述内径侧空气供给室导入空气。
在本发明的一个实施方式中,也可以为,所述外径侧水蒸气喷射部向所述外侧空气供给室开口,所述燃烧器设置有外侧混合促进部件,所述外侧混合促进部件使来自所述外径侧水蒸气喷射部的水蒸气与来自所述外侧空气供给室的空气混合并向所述燃烧室喷射。根据该结构,即使在外径侧,水蒸气也在与高温的空气混合并被稀薄化后与燃料气体接触,因此能够更加可靠地防止水蒸气的冷凝化。
在本发明的一个实施方式中,也可以为,形成于所述燃料喷射部的燃料喷射孔沿周向倾斜。根据该结构,不需要另行设置用于对燃料气体赋予旋转的部件,且能够以简单的结构对向燃烧室喷射的燃料气体赋予旋转。
在所述燃料喷射孔沿周向倾斜的情况下,也可以为,所述燃料喷射孔在径向上排列有多个。根据该结构,通过缩小燃料喷射孔的开口部周边的面积,从而能够防止向倾斜的方向喷射的燃料气体在端面上燃烧。
在本发明的一个实施方式中,也可以为,在形成所述燃烧室的燃烧筒上,在轴心方向上形成有多级的空气导入孔,上游侧级的空气导入孔的直径形成得比下游侧级的空气导入孔的直径更大。根据该结构,通过向燃烧室内的上游部分供给更大量的空气,从而使一次燃烧区域稀薄化,能够实现均匀的燃烧。
权利要求书和/或说明书和/或附图所公开的至少两种结构的任意组合,均包含在本发明中。特别是权利要求书的各权利要求的两项以上的任意组合,也包含于本发明中。
附图说明
通过参考附图对以下优选的实施方式的说明,可更加清楚地理解该发明。但是,实施方式和附图仅用于图示及说明,并不应用于限定本发明的范围。本发明的范围由附上的权利要求书确定。在附图中,多张附图中的相同附图标记表示相同或与其相当的部分。
图1是表示适用了本发明一个实施方式的燃烧器的燃气轮机系统的概要图。
图2是表示图1的燃烧器的纵向剖视图。
图3是放大表示图2的燃烧器的燃料喷射部的周边部分的纵向剖视图。
图4是沿图3的IV-IV线的剖视图。
图5是沿图3的V-V线的剖视图。
图6是表示图2的燃烧器的燃料喷射部的主视图。
图7是沿图6的VII-VII线的剖视图。
图8是表示本发明的另一实施方式的燃烧器的纵向剖视图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的优选的实施方式进行说明。图1表示适用了本发明一个实施方式的燃烧器的燃气轮机系统的一例。该图所示的燃气轮机系统GT具有压缩空气A的压缩机1、燃烧器3、涡轮5、以及锅炉11。锅炉11将来自涡轮5的排气EG作为热源而产生水蒸气W。
在燃烧器3的头部(最上游部)设置有燃料喷射装置13。在该燃料喷射装置13的燃料喷射喷嘴15,连接有第一导入通道17和第二导入通道19,所述第一导入通道17将如氢气这样的燃料气体H从未图示的燃料源导入燃料喷射喷嘴15内,所述第二导入通道19将来自锅炉11的水蒸气W导入燃料喷射喷嘴15内。水蒸气W是为了降低燃烧器3的燃烧室21内的火焰温度并实现低NOX化而供给。此外,在本实施方式中,使用氢气作为燃料气体H,也可以取代其而使用其他的燃料,例如天然气。
由压缩机1供给的压缩空气A、以及由燃料喷射装置13供给的燃料气体H和水蒸气W在燃烧室21中燃烧。通过燃烧室21中的燃烧所产生的高温高压的燃烧气体CG供给至涡轮5,并驱动该涡轮5。涡轮5经由旋转轴R来驱动压缩机1,并且驱动如发电机PU这样的负载。
产生水蒸气W的锅炉11设置于引自涡轮5的排气通道23上。从排气EG回收的排气热用于锅炉11中的生成蒸气的热源。通过了锅炉11的排气EG通过未图示的消声器后向外部排出。从未图示的外部的供水源向锅炉11供给水。
图2表示本实施方式的燃烧器3。如该图所示,燃烧器3是单缸型,其轴心C以位于与旋转轴R(图1)垂直相交的垂直面内的方式立起设置。在筒状的壳体25的内侧配置有形成燃烧室21的燃烧筒27。在燃烧筒27的外周侧形成有空气导入通道29,所述空气导入通道29将在压缩机1(图1)内压缩的压缩空气A向燃烧器3的燃烧室21内和燃料喷射装置13导入。从压缩机1向燃烧器3通常供给在燃烧器3的入口为300℃~500℃程度的高温的空气A。在燃烧筒27的前方(燃料喷射装置13侧)连结有与燃烧筒27呈同心状配置的筒状壁31。筒状壁31的外周侧空间形成空气导入通道29的下游部分。
燃烧器3中的燃烧喷射装置13的燃料喷射喷嘴15具有燃料喷射部33,所述燃料喷射部33向燃烧室21直接喷射由第一导入通道17供给的燃料气体H。燃料喷射喷嘴15还具有外径侧水蒸气喷射部35和内径侧水蒸气喷射部37,所述外径侧水蒸气喷射部35喷射由第二导入通道19供给的水蒸气W,其设置于燃料喷射部33的径向外侧,所述内径侧水蒸气喷射部37设置于燃料喷射部33的径向内侧。在燃料喷射喷嘴15中的内径侧水蒸气喷射部37的径向内侧设置有内侧空气供给室39,所述内侧空气供给室39供给与从内径侧水蒸气喷射部37喷射的水蒸气W混合的空气A。
燃料喷射喷嘴15是整体上为大致圆筒形状的部件,其具有最上游侧的盖部41、与盖部41的下游侧连接的双重圆筒状的主体部43、与主体部43的下游侧连接并位于最下游侧的头部45、以及配置于轴心位置并支撑这些盖部41、主体部43以及头部45的圆棒状的销部件47。在盖部41(在图示的例子中是盖部41的周壁)上连接有形成第一导入通道17的第一导入管49。
在主体部43的外周壁51的内侧,呈同心状地配置有圆筒状的间隔壁53。间隔壁53的内侧空间与盖部41的内侧空间连通而形成燃料供给路径55。另一方面,形成于间隔壁53与外周壁51之间并与燃料供给路径55隔离的环状空间形成水蒸气供给路径57。在主体部43的外周壁51上连接有第二导入管59,所述第二导入管59形成与水蒸气供给路径57连通的所述第二导入通道19。
如图3所示,在头部45上设置有所述燃料喷射部33、外径侧水蒸气喷射部35、以及内径侧水蒸气喷射部37。外径侧水蒸气喷射部35具有在头部45的外径侧部分作为沿轴心方向延伸的贯穿孔形成的外径侧水蒸气喷射孔61。外径侧水蒸气喷射孔61与水蒸气供给路径57直接连通。内径侧水蒸气喷射部37具有在头部45的内径侧部分沿轴心方向延伸的内径侧水蒸气喷射孔63。内径侧水蒸气喷射孔63与在其上游部形成的水蒸气连通路径65连通。水蒸气连通路径65由第一水蒸气连通路径部65a和第二水蒸气连通路径部65b构成,其中,所述第一水蒸气连通路径部65a是从水蒸气供给路径57的下游部向头部45的径向内侧延伸的孔,所述第二水蒸气连通路径部65b连通第一水蒸气连通路径部65a的下游端与内径侧水蒸气喷射孔63的上游端。
如图4所示,外径侧水蒸气喷射孔61在头部45的周向上等间隔地设置有多个(在图示的例子中是18个)。内径侧水蒸气喷射孔63也在头部45的周向上等间隔地设置有多个(在图示的例子中是18个)。另外,如图5所示,第一水蒸气连通路径部65a在头部45的周向上等间隔地设置有多个(在图示的例子中是18个)。第二水蒸气连通路径部65b形成为环状空间。
如图3所示,在头部45中的外径侧水蒸气喷射孔61与内径侧水蒸气喷射孔63之间的径向位置,形成有与燃料供给路径55连通的燃料连通路径67。燃料连通路径67形成为沿轴心方向延伸的孔。在燃料连通路径67的下游端连通有形成为环状空间的燃料头箱69。燃料头箱69形成于中空状的周壁71的内侧。在周壁71的面对燃烧室21的端壁73上形成有燃料喷射部33的燃料喷射孔75。如图4所示,燃料连通路径67在头部45的周向上等间隔地设置有多个(在图示的例子中是18个)。
在本实施方式中,如图6所示,燃料喷射孔75在周向上等间隔地设置有多个(在图示的例子中是9个),且在径向上设置有多个(在图示的例子中是2个)。如图7所示,各燃料喷射孔75在燃料喷射喷嘴15的端壁73内以沿周向倾斜的方式形成。此外,此处的“沿周向倾斜”是指,在与燃料喷射喷嘴15的径向垂直相交的平面内,相对于轴心方向沿周向倾斜。
也可以与轴心方向平行地形成燃料喷射孔75,但通过使燃料喷射孔75沿周向倾斜,不需要另行设置用于对燃料气体H赋予旋转的部件,且能够以简单的结构对向燃烧室21喷射的燃料气体H赋予旋转。此外,燃料喷射孔75的倾斜角度可以适当设定,但相对于轴心方向的倾斜角度的优选范围是20°~70°,更优选的范围是30°~60°。另外,在像这样使燃料喷射孔75沿周向倾斜的情况下,通过在径向上排列多个燃料喷射孔75,从而缩小燃料喷射孔75的开口部周边的面积,因此能够防止向倾斜的方向喷射的燃料气体H在端壁73上燃烧。
如图2所示,在筒状壁31上形成有在周向上等间隔地配置的多个空气导入开口77。在空气导入通道29内流动的空气A经由空气导入开口77流入筒状壁31的内侧空间。在筒状壁31的内侧空间配置有燃料喷射喷嘴15的包含头部45的下游部分。通过这样的配置结构,筒状壁31的内侧空间,即外径侧水蒸气喷射部35的径向外侧的空间形成外侧空气供给室79,所述外侧空气供给室79供给与从外径侧水蒸气喷射部35喷射的水蒸气W混合的空气A。
如图3所示,在燃料喷射装置13的燃料喷射喷嘴15中,设置有从外侧空气供给室79向内侧空气供给室39供给空气A的空气供给通道81。具体来说,空气供给通道81作为沿燃料喷射喷嘴15的头部45的径向延伸的贯穿孔设置。空气导入通道81在轴心方向上并列设置有多个,并且如图4所示,在周向上等间隔地设置有多个(在图示的例子中是18个)。
在该例中,在头部45中的相同的周向位置配置相同数量的外径侧水蒸气喷射孔61、燃料连通路径67、以及内径侧水蒸气喷射孔63,与它们相同数量的空气供给通道81配置于燃料连通路径67之间的周向位置。不过,它们的数量以及配置不限于图示的例子,只要外径侧水蒸气喷射孔61、燃料连通路径67以及内径侧水蒸气喷射孔63与空气供给通道81互不干涉,则可以任意地构成。
在图3所示的头部45中的内侧空气供给室39的下游侧设置有内侧混合促进部件83,所述内侧混合促进部件83促进来自内径侧水蒸气喷射部37的水蒸气W与来自内侧空气供给室39的空气A的混合。在图示的例子中,作为内侧混合促进部件83而使用旋流器(固定旋转叶片)。不过,作为内侧混合促进部件83,例如也可以使用形成有许多贯穿孔的多孔板等其他的部件。
内径侧水蒸气喷射部37以直接向作为旋流器的内侧混合促进部件83喷射水蒸气W的方式形成。另外,内侧混合促进部件83配置于比形成有燃料喷射孔75的头部45的端壁73更靠上游侧的轴心方向位置(在图示的例子中,相当于燃料连通路径67与燃料头箱69的连接部分的位置)。因而,形成燃料头箱69的周壁71的径向内侧的空间形成预混合通道85,所述预混合通道85使通过了内侧混合促进部件83的空气A与水蒸气W预混合。
这样,通过在燃料喷射装置13的径向内侧部分设置内径侧水蒸气喷射部37和内侧空气供给室39,从而从径向中心部附近向燃烧室21喷射水蒸气W与空气A的混合气,因此一次燃烧区域被稀薄化,能够进行均匀的燃烧。另外,由于以设置沿径向延伸的作为贯穿孔的空气供给通道81,且从外侧空气供给室79向内径侧水蒸气喷射部37供给空气A的方式构成,因此能够通过紧凑且简单的结构向所述内径侧空气供给室39导入空气A。
另外,在本实施方式中,由于使内径侧水蒸气喷射部37与内侧空气供给室39在径向上邻接,且水蒸气W通过空气A稀薄化后与燃料气体H接触,因此即使省略内侧混合促进部件83,也能够防止水蒸气W的冷凝化。不过,通过利用内侧混合促进部件83促进来自内径侧水蒸气喷射部37的水蒸气W与来自内侧空气供给室39的高温的空气A混合,从而能够更加可靠地防止水蒸气W的冷凝化。
另外,在图示的例子中,由于在设置于轴心位置的棒状的销部件47的周围设置有作为旋流器的内侧混合促进部件83,因此能够围绕销部件47有效地产生水蒸气W与空气A的回旋流。
外径侧水蒸气喷射孔61向外侧空气供给室79内开口。换言之,外径侧水蒸气喷射孔61在比形成有燃料喷射孔75的头部45的端壁73更靠上游侧的轴心方向位置开口。在轴心方向上与外径侧水蒸气喷射孔61分离的位置设置有外侧混合促进部件87,即外侧旋流器。经由该外侧混合促进部件87,来自外径侧水蒸气喷射部35的水蒸气W与来自外侧空气供给室79的高温的空气A混合,并作为回旋流向燃烧室21喷射。作为外侧混合促进部件87的外侧旋流器设置于环状的喷嘴部件89,所述喷嘴部件89与头部45的周壁71的外周面嵌合。
在本实施方式中,由于使外径侧水蒸气喷射部61与外侧空气供给室79在径向上邻接,水蒸气W通过空气A稀薄化后与燃料气体H接触,因此即使外径侧水蒸气喷射孔61向燃烧室21内开口而直接向燃烧室21内喷射水蒸气W,也能够防止水蒸气W的冷凝化。但是,如图示的例子那样,通过使外径侧水蒸气喷射孔61向外侧空气供给室79内开口,并利用外侧混合促进部件87将来自外径侧水蒸气喷射部35的水蒸气W与来自外侧空气供给室79的高温的空气A混合后作为回旋流向燃烧室21喷射,从而能够更加可靠地防止水蒸气W的冷凝化。
在图2所示的燃烧筒27上形成有空气导入孔89。经由空气导入孔89,使在空气导入通道29内流动的空气A向燃烧室21内导入。空气导入孔89在燃烧筒27的相同轴心方向位置上,在周向上等间隔地形成有多个。该相同轴心方向位置的多个空气导入孔89在轴心方向上形成有多级(在本例中是两级)。这些两级的空气导入孔89均设置于燃烧室21内的上游侧部分的相当于一次燃烧区域的轴心方向位置。在本实施方式中,上游侧级中的各空气导入孔89A的直径形成得比下游侧级的各空气导入孔89B的直径更大。通过扩大上游侧级中的各空气导入孔89A的直径,能够向燃烧室21内的上游部分供给大量的空气,并使一次燃烧区域稀薄化,实现均匀的燃烧。
在本实施方式中,示出的例子为:作为用于喷射水蒸气的水蒸气喷射部而设置有外径侧水蒸气喷射部35和内径侧水蒸气喷射部37,并设置有与各水蒸气喷射部35、37对应的作为空气供给室的外侧空气供给室79和内侧空气供给室39。不过,作为水蒸气喷射部,只要设置外径侧水蒸气喷射部35和内径侧水蒸气喷射部37的至少一方即可,与该水蒸气喷射部对应的空气供给室,只要相对于该水蒸气喷射部来说设置于燃料喷射部33的相反侧的径向位置即可。例如,在图8所示的本发明的另一实施方式的燃烧器3中,作为水蒸气喷射部,仅设置有外径侧水蒸气喷射部35,作为空气供给室,仅设置有配置于外径侧水蒸气喷射部35的径向外侧的外侧空气供给室79。
在该图的实施方式中,使外径侧水蒸气喷射部35的外径侧水蒸气喷射孔61的轴心方向上的开口位置与燃料喷射部33的燃料喷射孔75的开口位置相同,并从外径侧水蒸气喷射孔61直接向燃烧室21喷射水蒸气W。在外径侧水蒸气喷射孔61的外径侧设置有旋流器SW,该旋流器SW使外侧空气供给室79的空气A在燃烧室21内与水蒸气W混合。
另外,在本实施方式中,在燃料喷射喷嘴15的头部45与销部件47之间形成有环状的冷却通道91。在头部45形成有从外侧空气供给室79向冷却通道91供给冷却用空气的制冷剂供给通道93。从外侧空气供给室79经由制冷剂供给通道93被吸入到冷却通道91的压缩空气A的一部分对销部件47的表面进行冷却。对销部件47进行了冷却后的空气A从空气喷射孔95向燃烧室21排出。
根据以上说明的各实施方式的燃烧器3,由于水蒸气喷射部35、37与空气供给室79、39在径向上邻接,因此能够使水蒸气W在与高温的空气A接触,且在通过空气A稀薄化的状态下与燃料气体H接触,能够防止水蒸气W的冷凝化。另外,由于水蒸气喷射部35、37与燃料喷射部33在径向上邻接,因此能够在燃烧室21内的一次燃烧区域中,适当地将蒸气W向燃料气体H与空气A的燃烧反应面喷射。
如上所述,参照附图对优选的实施方式进行了说明,但在不脱离本发明的主旨的范围内,能够进行各种补充、变更或删除。因而这样的结构也包含在本发明的范围内。
附图标记说明
3-燃烧器;
13-燃料喷射装置;
33-燃料喷射部;
35-外径侧水蒸气喷射部(水蒸气喷射部);
37-内径侧水蒸气喷射部(水蒸气喷射部);
39-内侧空气供给室(空气供给室);
79-外侧空气供给室(空气供给室);
A-空气;
GT-燃气轮机系统;
H-燃料气体;
W-水蒸气。
Claims (8)
1.一种燃气轮机的燃烧器,其是混合燃料气体、水蒸气以及空气并使之燃烧的用于燃气轮机的燃烧器,其中,
所述燃烧器具有:
燃料喷射装置,其具有向燃烧室直接喷射所述燃料气体的燃料喷射部、以及设置于所述燃料喷射部的径向外侧和内侧的至少一方的水蒸气喷射部;以及
空气供给室,其在设置于所述燃料喷射部的径向外侧的水蒸气喷射部的径向外侧、和设置于所述燃料喷射部的径向内侧的水蒸气喷射部的径向内侧的至少一方设置,并供给与从所述水蒸气喷射部喷射的水蒸气混合的空气。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机的燃烧器,其特征在于,
所述燃烧器具有:
外径侧水蒸气喷射部,其设置于所述燃料喷射部的径向外侧;
内径侧水蒸气喷射部,其设置于所述燃料喷射部的径向内侧;
外侧空气供给室,其设置于所述外径侧水蒸气喷射部的径向外侧;以及
内侧空气供给室,其设置于所述内径侧水蒸气喷射部的径向内侧。
3.根据权利要求2所述的燃气轮机的燃烧器,其特征在于,
所述燃烧器还具有内侧混合促进部件,所述内侧混合促进部件促进来自所述内径侧水蒸气喷射部的水蒸气与来自所述内侧空气供给室的空气的混合。
4.根据权利要求2或3所述的燃气轮机的燃烧器,其特征在于,
在所述燃料喷射装置设置有空气导入通道,所述空气导入通道从所述外侧空气供给室向所述内侧空气供给室导入空气。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的燃气轮机的燃烧器,其特征在于,
所述外径侧水蒸气喷射部向所述外侧空气供给室开口,所述燃烧器设置有外侧混合促进部件,所述外侧混合促进部件使来自所述外径侧水蒸气喷射部的水蒸气与来自所述外侧空气供给室的空气混合并向所述燃烧室喷射。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的燃气轮机的燃烧器,其特征在于,
形成于所述燃料喷射部的燃料喷射孔沿周向倾斜。
7.根据权利要求6所述的燃气轮机的燃烧器,其特征在于,
所述燃料喷射孔在径向上排列有多个。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的燃气轮机的燃烧器,其特征在于,
在形成所述燃烧室的燃烧筒上,在轴心方向上形成有多级的空气导入孔,上游侧级的空气导入孔的直径比下游侧级的空气导入孔的直径更大。
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Families Citing this family (6)
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---|---|---|---|---|
JP7489759B2 (ja) * | 2018-11-20 | 2024-05-24 | 三菱重工業株式会社 | 燃焼器及びガスタービン |
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US11920792B1 (en) * | 2023-03-13 | 2024-03-05 | Rtx Corporation | Cooling turbine engine fuel-air mixer with steam |
US12163466B2 (en) * | 2023-03-14 | 2024-12-10 | Rtx Corporation | Injecting steam into hood cavity of turbine engine combustor |
DE102023106528A1 (de) * | 2023-03-15 | 2024-09-19 | Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover, Körperschaft des öffentlichen Rechts | Mehrstoffinjektor zur Verbrennung von Wasserstoff |
US20240418127A1 (en) * | 2023-06-16 | 2024-12-19 | Raytheon Technologies Corporation | Gaseous fuel and liquid water injection for turbine engine |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0666156A (ja) * | 1992-08-11 | 1994-03-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービンの燃料噴射装置 |
US5423173A (en) * | 1993-07-29 | 1995-06-13 | United Technologies Corporation | Fuel injector and method of operating the fuel injector |
CN101446419A (zh) * | 2007-11-29 | 2009-06-03 | 株式会社日立制作所 | 燃烧嘴、燃烧装置及燃烧装置的改造方法 |
CN102032568A (zh) * | 2009-09-30 | 2011-04-27 | 株式会社日立制作所 | 用于含氢燃料的燃烧器及其低氮氧化物(NOx)运转方法 |
CN102901125A (zh) * | 2011-07-27 | 2013-01-30 | 株式会社日立制作所 | 燃烧器、燃烧嘴及燃气轮机 |
CN103195587A (zh) * | 2012-01-06 | 2013-07-10 | 株式会社日立制作所 | 设置于高湿量空气利用燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法及燃料控制装置 |
JP2015075314A (ja) * | 2013-10-11 | 2015-04-20 | 川崎重工業株式会社 | ガスタービンの燃料噴射装置 |
CN105299695A (zh) * | 2014-06-04 | 2016-02-03 | 三菱日立电力系统株式会社 | 燃气轮机燃烧器 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2929409B2 (ja) * | 1993-12-20 | 1999-08-03 | 三井造船株式会社 | ガスタービン燃焼器における掃気空気の供給構造 |
JP3105735B2 (ja) | 1994-04-28 | 2000-11-06 | 三菱重工業株式会社 | 燃焼器への蒸気供給方法及び装置 |
US6101814A (en) | 1999-04-15 | 2000-08-15 | United Technologies Corporation | Low emissions can combustor with dilution hole arrangement for a turbine engine |
JP3584289B2 (ja) * | 2002-01-21 | 2004-11-04 | 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 | 液体微粒化ノズル |
JP4728176B2 (ja) * | 2005-06-24 | 2011-07-20 | 株式会社日立製作所 | バーナ、ガスタービン燃焼器及びバーナの冷却方法 |
US7895841B2 (en) * | 2006-07-14 | 2011-03-01 | General Electric Company | Method and apparatus to facilitate reducing NOx emissions in turbine engines |
GB201115043D0 (en) * | 2011-09-01 | 2011-10-19 | Rolls Royce Plc | Steam injected gas turbine engine |
JP5816522B2 (ja) * | 2011-11-02 | 2015-11-18 | 川崎重工業株式会社 | ガスタービンシステム |
RU2662773C2 (ru) * | 2014-04-04 | 2018-07-31 | Дженерал Электрик Компани | Картридж предварительного пленкообразования для жидкого топлива |
US10502425B2 (en) * | 2016-06-03 | 2019-12-10 | General Electric Company | Contoured shroud swirling pre-mix fuel injector assembly |
-
2016
- 2016-04-01 JP JP2016074349A patent/JP6722491B2/ja active Active
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-
2018
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Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0666156A (ja) * | 1992-08-11 | 1994-03-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービンの燃料噴射装置 |
US5423173A (en) * | 1993-07-29 | 1995-06-13 | United Technologies Corporation | Fuel injector and method of operating the fuel injector |
CN101446419A (zh) * | 2007-11-29 | 2009-06-03 | 株式会社日立制作所 | 燃烧嘴、燃烧装置及燃烧装置的改造方法 |
CN102032568A (zh) * | 2009-09-30 | 2011-04-27 | 株式会社日立制作所 | 用于含氢燃料的燃烧器及其低氮氧化物(NOx)运转方法 |
CN102901125A (zh) * | 2011-07-27 | 2013-01-30 | 株式会社日立制作所 | 燃烧器、燃烧嘴及燃气轮机 |
CN103195587A (zh) * | 2012-01-06 | 2013-07-10 | 株式会社日立制作所 | 设置于高湿量空气利用燃气轮机的燃气轮机燃烧器的燃料控制方法及燃料控制装置 |
JP2015075314A (ja) * | 2013-10-11 | 2015-04-20 | 川崎重工業株式会社 | ガスタービンの燃料噴射装置 |
CN105299695A (zh) * | 2014-06-04 | 2016-02-03 | 三菱日立电力系统株式会社 | 燃气轮机燃烧器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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