JP2019215138A - Multi-nozzle burner and combustor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マルチノズルバーナ及び燃焼器に関するものである。 The present invention relates to a multi-nozzle burner and a combustor.
例えば、特許文献１には、水素含有燃料を燃焼させるガスタービン燃焼器が開示されている。この特許文献１のガスタービン燃焼器では、燃焼室の上流側に複数の小径の燃料ノズルを備えており、それぞれの燃料ノズルから燃料を供給する構成とされている。また、特許文献１のガスタービン燃焼器では、燃料ノズルの下流側に設けられ、空気孔が多数形成された空気孔プレートから、空気と燃料とが共に燃焼室へと噴射される。このように、複数の小径の燃料ノズルから燃料を供給することで、空気との混合が急速に行われ、拡散火炎を形成しつつ、予混合火炎に近い燃焼状態を形成することが可能である。 For example, Patent Document 1 discloses a gas turbine combustor that burns a hydrogen-containing fuel. The gas turbine combustor of Patent Document 1 includes a plurality of small-diameter fuel nozzles on the upstream side of the combustion chamber, and supplies fuel from each fuel nozzle. Further, in the gas turbine combustor of Patent Document 1, air and fuel are both injected into the combustion chamber from an air hole plate provided downstream of the fuel nozzle and having a large number of air holes. Thus, by supplying fuel from a plurality of small-diameter fuel nozzles, mixing with air is rapidly performed, and it is possible to form a combustion state close to a premixed flame while forming a diffusion flame. .
ところで、燃料ノズルの下流側に設けられる空気孔プレートにおいては、空気孔が燃料ノズルの吐出口を囲んでおり、該吐出口の周囲より空気が燃焼室へと噴射される。しかしながら、空気孔から噴射された空気と燃料ノズルより噴射された燃料とは十分に混合されずに火炎へと到達する可能性がある。 By the way, in the air hole plate provided on the downstream side of the fuel nozzle, the air hole surrounds the discharge port of the fuel nozzle, and air is injected into the combustion chamber from around the discharge port. However, there is a possibility that the air injected from the air holes and the fuel injected from the fuel nozzle are not sufficiently mixed and reach the flame.
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、マルチノズルバーナにおいて、燃料と空気との混合性を向上することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and has as its object to improve the mixability of fuel and air in a multi-nozzle burner.
本発明は、上記課題を解決するための第１の手段として、燃料を供給する燃料ノズルを複数備えるマルチノズルバーナであって、前記燃料ノズルの吐出口の周囲に空気の流路が形成され、前記燃料ノズルは、吐出口形状が該燃料ノズルの径方向外側に向けて突出した凸部を有する、という構成を採用する。 The present invention provides, as a first means for solving the above problems, a multi-nozzle burner including a plurality of fuel nozzles for supplying fuel, wherein an air flow path is formed around a discharge port of the fuel nozzle, The fuel nozzle employs a configuration in which a discharge port shape has a convex portion protruding radially outward of the fuel nozzle.
第２の手段として、上記第１の手段において、前記吐出口形状は、多角形形状とされる、という構成を採用する。 As a second means, in the first means, a configuration is adopted in which the discharge port shape is a polygonal shape.
第３の手段として、前記燃料ノズルの同軸上であって前記燃料ノズルの外側に設けられ、前記燃料ノズルとの間に空気流路を形成する外管を備える、という構成を採用する。 As a third means, a configuration is adopted in which an outer tube is provided coaxially with the fuel nozzle and outside the fuel nozzle and forms an air flow passage between the fuel nozzle and the fuel nozzle.
第４の手段として、燃料として難燃性の第１の燃料と、易燃性の第２の燃料とを供給し、前記燃料ノズルは、前記第１の燃料を案内する内管と、前記第２の燃料を案内する外管とを備える二重管構造とされる、という構成を採用する。 As a fourth means, a first flame-retardant fuel and a second flammable fuel are supplied as fuel, and the fuel nozzle is provided with an inner pipe for guiding the first fuel; And a double pipe structure including an outer pipe for guiding the fuel.
第５の手段として、燃焼器は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のマルチノズルバーナと、内部に火炎が形成される燃焼器ライナとを備える、という構成を採用する。 As a fifth means, a configuration is adopted in which the combustor includes the multi-nozzle burner according to any one of claims 1 to 4 and a combustor liner in which a flame is formed.
本発明によれば、燃料ノズルの吐出口形状において、径方向に突出する凸部を有しており、従来の円形のノズルと比較して周長が長く設定されている。したがって、燃料ノズルから噴射される燃料は、空気との接触面積が従来よりも大きく、空気と混合しやすくなる。したがって、本実施形態によれば、マルチノズルバーナにおいて、燃料と空気との混合性を向上させることができる。 According to the present invention, in the shape of the discharge port of the fuel nozzle, the fuel nozzle has a protruding portion that protrudes in the radial direction, and has a longer circumference than that of a conventional circular nozzle. Therefore, the fuel injected from the fuel nozzle has a larger contact area with air than before, and is easily mixed with air. Therefore, according to the present embodiment, in the multi-nozzle burner, the mixing property between fuel and air can be improved.
以下、図面を参照して、本発明に係るマルチノズルバーナの一実施形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of a multi-nozzle burner according to the present invention will be described with reference to the drawings.
［第１実施形態］
まず、本実施形態に係るマルチノズルバーナ１は、ガスタービン（不図示）に備えられている。ガスタービンは、不図示の圧縮機、タービン及び燃焼器１００を備えている。ガスタービンは、圧縮機において外気から取り込んだ空気を所定圧まで圧縮して圧縮空気を生成し、燃焼器１００において上記圧縮空気を酸化剤として燃料を燃焼させる。さらに、ガスタービンは、燃料を燃焼させることで発生した燃焼ガスによりタービンを回転させることにより回転動力を発生させる。
[First Embodiment]
First, the multi-nozzle burner 1 according to the present embodiment is provided in a gas turbine (not shown). The gas turbine includes a compressor, a turbine, and a combustor 100 (not shown). The gas turbine compresses air taken from outside air to a predetermined pressure in a compressor to generate compressed air, and causes the
図１に示すように、燃焼器１００は、燃焼器ライナ１１０と、ケーシング１２０と、マルチノズルバーナ１とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
マルチノズルバーナ１は、燃焼器ライナ１１０に対して設けられ、燃焼器ライナ１１０に燃料を噴射する装置であり、図１に示すように、燃料供給部２と、空気孔プレート３とを備えている。
The multi-nozzle burner 1 is a device that is provided for the
燃料供給部２は、燃料供給管２ａと、複数の燃料ノズル２ｂとを備えている。燃料供給管２ａは、外部の燃料タンクと接続されると共に複数の燃料ノズル２ｂと接続され、ヘッダ管として機能する。
The fuel supply unit 2 includes a
燃料ノズル２ｂは、燃料供給部２に対して接続されると共に、吐出口を燃焼器ライナ１１０に向けて配置されている。燃料ノズル２ｂは、複数配置されていると共に、それぞれ燃料を燃焼器ライナ１１０へと案内する。また、燃料ノズル２ｂは、図２に示すように、燃料ノズル２ｂの径方向における断面形状が、正六角形の各辺を延長することにより形成される十二角形形状（星形六角形）とされる。すなわち、燃料ノズル２ｂの吐出口形状は、径方向外側に向けて突出した頂点（凸部）が６箇所設けられた多角形形状とされている。
The
空気孔プレート３は、燃料ノズル２ｂの吐出口側に設けられた円盤状の部材であり、燃料ノズル２ｂの吐出口と重なる位置に空気孔ｈが形成されている。すなわち、空気孔プレート３には、複数の空気孔ｈが形成されており、燃焼器ライナ１１０側から見て、各空気孔ｈが各燃料ノズル２ｂの吐出口を囲むように配置される。このような空気孔プレート３は、燃焼器ライナ１１０の端部に固定されている。
The air hole plate 3 is a disk-shaped member provided on the discharge port side of the
燃焼器ライナ１１０は、略円筒状とされ、ケーシング１２０により周囲を囲まれている。燃焼器ライナ１１０の内部は燃焼室とされ、火炎が内部に形成される。
また、燃焼器ライナ１１０を囲うケーシング１２０と燃焼器ライナ１１０周面との間隙は、火炎形成方向の下流側から上流側に向けて圧縮空気を案内する圧縮空気流路Ｒとされている。すなわち、圧縮空気は、火炎形成方向の逆方向からケーシング１２０内へと流入する。圧縮空気流路Ｒは、ケーシング１２０と燃焼器ライナ１１０周面との間隙から、燃料ノズル２ｂの吐出口と空気孔プレート３との間を介して燃焼器ライナ１１０の内部へと形成されている。すなわち、圧縮空気流路Ｒの下流側は、燃料ノズル２ｂの周囲を通過しており、本発明における空気の流路に相当する。
The
Further, a gap between the
このような燃焼器ライナ１１０の動作を説明する。
燃焼器ライナ１１０において、燃料供給部２の燃料供給管２ａを介して燃料ノズル２ｂへと燃料が案内される。燃料ノズル２ｂより噴射された燃料は、空気孔プレート３の空気孔ｈを通って燃焼器ライナ１１０内に吐出される。
The operation of such a
In the
また、燃焼器１００のケーシング１２０内に供給された圧縮空気は、圧縮空気流路Ｒを通り、空気孔プレート３の空気孔ｈを介して吐出される。このとき、圧縮空気は燃料ノズル２ｂの周囲を囲みつつ、燃料ノズル２ｂ軸方向へと流れる。そして、空気孔ｈより燃焼器ライナ１１０へと吐出された圧縮空気は、燃料ノズル２ｂから噴射された燃料と接触する。燃料ノズル２ｂから噴射される燃料は、燃料ノズル２ｂの吐出口形状に沿って直進する。これにより、噴射された燃料は、各頂点の間に空気が流入しつつ直進する。これにより、燃料と圧縮空気が混合され、燃焼ガスとなりながら、循環流を形成して、燃焼器ライナ１１０内部に広がる。
The compressed air supplied into the
このような本実施形態によれば、燃料ノズル２ｂの吐出口形状が星形六角形形状であり、従来の吐出口形状が円形のノズルと比較して周長が長く設定されている。したがって、燃料ノズル２ｂから噴射される燃料は、空気との接触面積が従来よりも大きく、空気と混合しやすくなる。したがって、本実施形態によれば、マルチノズルバーナ１において、燃料と空気との混合性を向上させることができる。
According to this embodiment, the shape of the outlet of the
また、本実施形態によれば、燃料ノズル２ｂの径方向断面を多角形形状とすることにより、複数の曲面状の凸部を形成する場合と比較して、燃料ノズル２ｂの加工を容易とすることができる。
［第２実施形態］
第１実施形態に係るマルチノズルバーナ１の変形例について、第２実施形態として、図３を参照して説明する。
Further, according to the present embodiment, by making the radial cross section of the
[Second embodiment]
A modified example of the multi-nozzle burner 1 according to the first embodiment will be described as a second embodiment with reference to FIG.
本実施形態においては、不図示であるが、燃焼器１００において、ケーシング１２０内に流入した圧縮空気を外管２ｃへと案内する配管が設けられる。また、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、マルチノズルバーナ１は、燃料ノズル２ｂの外周において、燃料ノズル２ｂと同軸上に設けられる外管２ｃを備えている。
In the present embodiment, although not shown, in the
外管２ｃは、燃料ノズル２ｂの各頂点が内周面に接触するように設けられる円形の配管である。外管２ｃと燃料ノズル２ｂとの間には、圧縮空気の流路が形成される。
The
燃料ノズル２ｂと外管２ｃとの間の流路に供給された圧縮空気は、燃料ノズル２ｂから噴射される燃料と共に燃焼器ライナ１１０へと噴射される。これにより、燃料と圧縮空気とがより近接して噴射され、燃料と圧縮空気とがより混合されやすくなる。また、圧縮空気は、外管２ｃ内の流路によって空気孔ｈへと案内されることにより整流される。
The compressed air supplied to the flow path between the
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring drawings, this invention is not limited to the said embodiment. The shapes, combinations, and the like of the respective constituent members shown in the above-described embodiments are merely examples, and can be variously changed based on design requirements and the like without departing from the spirit of the present invention.
上記実施形態においては、燃料ノズル２ｂは、径方向における断面形状が星形六角形形状とされたが、本発明はこれに限定されない。燃料ノズル２ｂの径方向における断面形状は、矩形や三角形等の多角形としてもよい。また、燃料ノズル２ｂの径方向における断面形状は、多角形の角が曲線状に設定されるものとしてもよい。
In the above embodiment, the
また、隣り合う２つの燃料ノズル２ｂの径方向断面において、１つの燃料ノズル２ｂの隣接する頂点の間の凹部と、該燃料ノズル２ｂと隣接する燃料ノズル２ｂの頂点とが最も近づくように、それぞれ燃料ノズル２ｂを配置するものとしてもよい。この場合、隣り合う２つの燃料ノズル２ｂの間を通過する圧縮空気が、燃料ノズル２ｂの頂点の近傍を通過することとなるため、燃料と圧縮空気とが接触しやすくなる。
Further, in a radial cross section of two
また、燃料ノズル２ｂは、内管と外管とを備える二重管構造としてもよい。この場合、内管が難燃性の第１の燃料（主燃料）を案内し、外管が易燃性の第２の燃料（補助燃料）を案内する。また、内管は、多角形形状とされる。このような形状とすることにより、外管から供給される第２の燃料と第１の燃料とが混合されやすくなると共に、第２の燃料に着火した後に第１の燃料に着火するため、第１の燃料の着火性を向上させることができる。
また、外管を多角形形状とすることで、第２の燃料と空気との混合性を向上させることも可能である。
Further, the
Further, by making the outer tube into a polygonal shape, it is possible to improve the mixing property between the second fuel and the air.
１ マルチノズルバーナ
２ 燃料供給部
２ａ 燃料供給管
２ｂ 燃料ノズル
２ｃ 外管
３ 空気孔プレート
１００ 燃焼器
１１０ 燃焼器ライナ
ｈ 空気孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Multi-nozzle burner 2
Claims (5)
前記燃料ノズルの吐出口の周囲に空気の流路が形成され、
前記燃料ノズルは、吐出口形状が該燃料ノズルの径方向外側に向けて突出した凸部を有する
ことを特徴とするマルチノズルバーナ。 A multi-nozzle burner including a plurality of fuel nozzles for supplying fuel,
An air flow path is formed around the discharge port of the fuel nozzle,
The multi-nozzle burner, wherein the fuel nozzle has a projection having a discharge port shape protruding radially outward of the fuel nozzle.
前記燃料ノズルは、前記第１の燃料を案内する内管と、前記第２の燃料を案内する外管とを備える二重管構造とされる
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のマルチノズルバーナ。 Supplying a first flame-retardant fuel and a second flammable fuel as fuel;
The fuel nozzle has a double pipe structure including an inner pipe for guiding the first fuel and an outer pipe for guiding the second fuel. A multi-nozzle burner according to one of the preceding claims.
内部に火炎が形成される燃焼器ライナと
を備えることを特徴とする燃焼器。 A multi-nozzle burner according to any one of claims 1 to 4,
A combustor liner in which a flame is formed.
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|---|---|---|---|---|
| US20220243661A1 (en) * | 2021-02-03 | 2022-08-04 | Doosan Heavy Industries & Construction Co., Ltd. | Injection nozzle, combustor including same, and gas turbine including same |
| CN115789638A (en) * | 2022-11-29 | 2023-03-14 | 岳阳钟鼎热工电磁科技有限公司 | Full premix type flameless combustion system for pure oxygen combustion |
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