JPH04124520A

JPH04124520A - ガスタービン燃焼器

Info

Publication number: JPH04124520A
Application number: JP24235990A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Tsukahara; 聰塚原; Shigeyoshi Kobayashi; 成嘉小林; Noriyuki Hayashi; 則行林; Kazumi Iwai; 岩井　一躬
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-09-14
Filing date: 1990-09-14
Publication date: 1992-04-24

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はガスタービン燃焼器における燃空比制御構造に
関する。

〔従来の技術〕

内筒に供給する空気流量を制御する燃焼器の一例が特開
昭６３−２１７１４１号公報に開示されており、その概
略図を第５図に示した。燃料ノズル１０４からの燃料と
、空気孔１１６からの空気を予混合室１１４内で混合し
て予混合気を形成し、燃焼室１１５内で燃焼する構造で
あり、燃料流量変化時にも燃空比をほぼ一定に保つため
に空気孔１１６には流量制御弁１０６を設けている。従
って、燃料ノズル１０４への燃料供給量が少ない部分負
荷時には可燃予混合気形成に必要な空気流量も減少する
ので、流量制御弁１０６を絞って空気孔１１６の通路面
積を減少している。この構造では内筒空気孔全面積が定
格負荷時に最大となり、燃料ノズル１０４からの燃料供
給を開始する低負荷時に最／Ｊ１となる。窒素酸化物（
Ｎｏ：ｃ）の排出濃度を低減するために燃料ノズル１０
３からの燃料流量割合を小さくし、燃料ノズル１０４か
らの燃料流量割合を大きくした場合には内筒空気孔全面
積に対する空気孔１１６の面積割合が大きくなり、低負
荷時に空気孔１１６の通路面積を減少すると、内筒空気
孔全面積の変化も大きくなり、内筒への空気流入速度は
大きくなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術はガスタービン低負荷時の燃焼器圧力損失
が大きくなる点について考慮がなされておらず、低負荷
時の全体熱効率が大幅に低下するという問題があった。

本発明の目的はＮＯｘ排出濃度を低減し、低負荷時の圧
力損失を軽減したガスタービン燃焼器を提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は燃料との予混合気
の形成用空気の流量制御弁を設け、かつ。

燃料を供給する複数の燃料ノズルを複数組に分けて各々
に燃料供給系を設け、負荷に応じて、燃料を供給する供
給系数、燃料流量と予混合気形成用空気流量とを制御で
きるようにした。

〔作用〕

複数の燃料供給系に設けた燃料流量制御弁は負荷に応じ
た全体燃料流量を供給しつつ、燃料を供給する系統と燃
料を供給しない系統の選択、各系統毎の燃料流量を制御
する。予混合室入口の空気流量制御弁は予混合室へ供給
する空気流量を制御する。それによって、高負荷時は負
荷に対応した燃料流量をすべての燃料ノズルを用いて流
し、燃料と空気の流量比率を所定値に保つことができる
。

低負荷時は負荷に対応した燃料流量を一部の燃料ノズル
を用いて流すので、全体流量は少ないが。

燃料ノズル−本当りの燃料流量は減少割合が小さい、予
混合器に供給する空気、は燃料を供給していない部分に
も流すので、低負荷時に、燃料を供給している部分の燃
料と空気の流量比率を所定値に保つために流す空気流量
は高負荷時の空気流量と比べて減少割合が小さくなる。

空気流量制御弁を内筒後流、又は、尾筒に設けた場合に
は、内筒全体へ供給する空気の一部分を負荷に応じてバ
イパスして流し、燃焼ガスと混合してタービンへ流すこ
とにより、予混合器へ供給する空気流量を制御している
。燃料は上記と同じ制御であり、低負荷時に、燃料を供
給している部分の燃料と空気の流量比率を所定値に保つ
ためにバイパスとして流す必要のある空気流量は全体空
気流量に対して少ない割合となる。

空気流量制御弁を外筒と燃焼器部外部低圧部との連結部
に設けた場合には、内筒全体へ供給する空気の一部分を
バイパスして燃焼器部外へ放出することにより、予混合
器へ供給する空気流量を制御している。燃料は上記と同
じ制御であり、低負荷時に、燃料を供給している部分の
燃料と空気の流量比率を所定値に保つために流量制御弁
を通って放出する必要のある空気流量は全体空気流量に
対して少ない割合となる。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図、第２図により説明す
る。入口に吸込空気流量制御が可能な案内翼をもつ圧縮
機で圧縮された空気は外筒１０２と内筒１０１とによっ
て形成される通路１２０を矢印２０１の方向に流れる。

内筒ｌｏｔには図示しない冷却空気孔の他にパイロット
バーナ用の空気孔１０８．メインバーナ用の空気孔１０
７゜１０９．１１０，１２２を設け、空気孔１０７゜１
２２は流量制御弁１０６をもつ空気孔１１６を介して通
路１２０と連通している。

内情の中心にはパイロットバーナ用の燃料を供給する燃
料ノズル１０３を設け、その外周には予混合燃焼用のメ
インバーナ１０４と１０５をそれぞれ三個ずつ設けてお
り、燃料ノズル１０３への燃料供給系１１１．燃料ノズ
ル１０４への燃料供給系１１２．燃料ノズル１０５への
燃料供給系１１、Ｔには、それぞれ、図示しない燃料制
御弁を設けている。

燃料ノズル１０３から内筒１０１の内部へ供給された燃
料は空気孔１０８から旋回して流入した空気と混合しな
がら燃焼室１１５内で燃焼する。

一方、燃料ノズル１０４から予混合室１１４の内部へ供
給された燃料は空気孔１０９から旋回して流入した空気
と流量制御弁１０６をもつ空気孔１１６を経由して空気
孔１０７から流入した空気と混合して燃焼可能な予混合
気となり、１Ｍ焼室１１５内で燃焼する。燃料ノズル１
０５から予混合室１１９の内部へ供給された燃料は空気
孔１１０から旋回して流入した空気と流量制御弁１０６
をもつ空気孔１１６を経由して空気孔１２２から流入し
た空気と混合して燃焼可能な予混合気となり。

燃焼室１１５内で燃焼する。

この燃焼器の出力毎の燃料配分を第３図に示し、空気配
分を第４図に示した。出力０％以下の起動着火から自立
運転および定格回転数運転まではパイロットバーナの燃
料ノズル１０３から燃料を供給し、燃焼室１１５内で燃
焼する。燃料ノズル１０４．１０５からは燃料を供給し
ない、出力Ｏ％から８％までも同様であり、燃料ノズル
１０３のみから燃料を供給しており、第３図ではＰで示
している６次に出力ａ％とｂ％の範囲ではパイロットバ
ーナの燃料ノズル１０３から供給すると同時に、メイン
バーナの燃料ノズル１０４からも供給しており、燃料ノ
ズル１０４の燃料流量をＭ−１で示している。８力ｂ％
以上ではすべての燃料ノズルから供給しており、燃料ノ
ズル１０５からの燃料流量をＭ−２で示している。空気
配分は第４図に示すように、パイロットバーナに供給す
る空気孔１０８からの流量をＰで示し、メインバーナに
供給する空気孔１０７，１０９からの空気流量をＭ−１
で示し、他のメインバーナに供給する空気孔１１０，１
２２からの空気流量をＭ−２で示し、内筒壁面冷却空気
流量をＣで示した。出力ａ％以下ではパイロットバーナ
が安定高効率燃焼するように出力増加とともに空気流量
制御弁１０６を閉の方向に操作して空気孔１１６の面積
を減少し、内情全体空気孔面積も減少することにより。

相対的にＰの割合を多くし、Ｍの割合を少なくして、出
力ａ％で、メインバーナの一部であるＭ−１が予混合燃
焼可能な燃空比となり、かつ、パイロットバーナも安定
燃焼可能な燃空比を保つように空気流量と燃料流量を制
御する。なお、予混合器１１９内は空気のみが流れてお
り、燃料は流れていない。出力ｂ％以上ではメインバー
ナＭ−２でも予混合燃焼が可能となるように燃料ノズル
１０５にも燃料を流すとともに、メインバーナすべてが
予混合燃焼可能な燃空比となるように空気流量制御弁１
０６を操作する。

本実施例によれば、出力ａ％以上の出力範囲でＮＯｘ排
出濃度の低い予混合低温燃焼を主体とした運転が可能で
あり、特に、８力ｂ％以上ではパイロットバーナの燃料
流量割合を少なくシ、残りの燃料を、はぼ、一定の予混
合低温燃焼が可能なためにＮＯｘ排出濃度の変化が少な
い、また、予混合燃焼用メインバーナの燃料供給系を低
出力時に少なくしたことにより、予混合燃焼するために
必要な空気流量変化割合が小さくなり、低出力時の燃焼
器圧力損失が少なくなり、熱効率低下を少なくできた。

なお１本発明はガス燃料および液体燃料に対して有効で
ある。

第６図に空気流量制御弁１２１を尾筒１１６に設けた一
例を示した。第６図の■−■断面を第７図に示した。低
負荷時の燃焼に関与しない空気は燃焼反応が完了する内
筒１０１の下流部から尾筒１１６の出口までの間で空気
孔１２０からバイパスして燃焼ガスと混合し、尾筒１１
６出口のタービンへは第１図の構造と同量の燃焼ガスを
供給する。この燃焼器の出力毎の燃料配分を第８図に示
し、空気配分を第９図に示した。出力ａ％以下では燃料
ノズル１０３からのみ燃料を供給し、第８図ではＰで示
している０次に出力ａ％とｂ％の範囲ではパイロットバ
ーナの燃料ノズル１０３から供給すると同時に、メイン
バーナの燃料ノズル１０４からも供給しており、燃料ノ
ズル１０４からの燃料流量をＭ−１で示している。出力
ｂ％以上ではすべての燃料ノズルから供給しており、燃
料ノズル１０５からの燃料流量をＭ−２で示している。

空気配分は、第９ｒ！！Ｉに示すように、パイロットバ
ーナに供給する空気孔１０８からの流量をＰで示し、メ
インバーナに供給する空気孔１０７゜１０９からの空気
流量をＭ−１で示し、他のメインバーナに供給する空気
孔１１０，１２２からの空気流量をＭ−２で示し、内筒
壁面冷却空気流量をＣで示し、空気孔１２０からのバイ
パス空気流量をＢで示している。出力ａ％以下では空気
流量制御弁１２１を閉の位置として空気孔１２０からの
バイパス空気は零とする。出力ａ％になると、メインバ
ーナの一部であるＭ−１が予混合燃焼可能であり、かつ
、パイロットバーナも安定燃焼可能な燃空比を保つよう
に空気流量と燃料流量を制御する。なお、予混合器１１
９内は空気のみが流れており、燃料は流れていない。出
力ｂ％以上ではメインバーナＭ−２でも予混合燃焼が可
能となるように燃料ノズル１０５にも燃料を流し、メイ
ンバーナすべてが予混合低温燃焼可能な燃空比となるよ
うに空気流量制御弁１２１を操作する。

本実施例によれば、出力ａ％以上の出力範囲でＮＯｘ排
出濃度の低い予混合低温燃焼を主体とした運転が可能で
あり、特に、出力ｂ％以上ではパイロットバーナの燃料
流量割合を少なくシ、残りの燃料をほぼ一定の予混合低
温燃焼が可能なために、Ｎ　Ｏｘ排出濃度の変化が少な
い。また、予混合燃焼用メインバーナの燃料供給系を低
出力時に少なくしたことにより、予混合燃焼するために
必要な空気流量の変化割合が小さくなり、低出力時の燃
焼器圧力損失の減少が小さくなり、内筒上流部の壁面温
度上昇を防ぐことができた。なお２本発明はガス燃料お
よび液体燃料に対しても有効である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、低負荷から高負荷にわたって、空気流
量変化割合を少なくして予混合低温燃焼を主としたＮＯ
ｘ排出濃度の低い運転を、実現することができるので、
低負荷時の燃焼器圧力損失の上昇を少なくシ、熱効率の
低下を少なくすることができる。

また、燃焼に不要な空気をバイパスする場合には、低負
荷から高負荷にわたって、空気流量変化割合を少なくし
て予混合低温燃焼を主としたＮＯｘ排出濃度の低い運転
を実現することができるので。

低負荷時の燃焼器圧力損失の減少を小さくし、内筒上流
部の壁面温度上昇を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の連焼器部の断面図、第２図
は第１図の■−■線断面図、第３図は本発明の詳細な説
明図、第４図は本発明の詳細な説明図、第５図は従来例
の燃焼器部断面図、第６図は本発明の第二の実施例の燃
焼器部断面図、第７図は第６図の■−■線断面図、第８
図は本発明の変形例の燃料配分の説明図、第９図は本発
明の変形例の空気配分説明図である。１０１・・・内筒、１０２・・・外筒、１０３・・・燃
料ノズル、１０４・・・燃料ノズル、１０５・・・燃料
ノズル、１０６・・・空気流量制御弁、１１４・・・予
混合器、１１６・・・尾筒、１１９・・・予混合室、１
２１・・・空気流量制御弁。第図第図第図第図第６図一８図需９図

Claims

【特許請求の範囲】１、圧縮機からの高圧空気と、別系統から供給される燃
料をその内部空間で混合、燃焼する内筒と、前記内筒の
内部へ燃料を供給する燃料ノズルと、前記内筒で生成し
た燃焼ガスを下流のタービンへ導く尾筒と、これらを収
納する外筒より成るガスタービン燃焼器において、前記燃料との予混合気を形成するための空気の流量制御
弁を内筒流路入口に設け、かつ、空気との予混合気を形
成するための燃料を供給する燃料ノズルを複数組に分け
、各々の組に対して燃料流量制御機構をもつ供給系を設
け、前記燃料ノズルへの燃料供給、供給停止および燃空
比制御を可能にしたことを特徴とするガスタービン燃焼
器。２、請求項１において、前記空気の流量制御弁を前記内
筒の後流又は前記尾筒に設けたガスタービン燃焼器。３、請求項１において、前記空気流量制御弁を外筒と燃
焼器部外部低圧部との連結部に設けたガスタービン燃焼
器。