JPH06235519A - ガスタービン用燃焼器 - Google Patents
ガスタービン用燃焼器Info
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- JPH06235519A JPH06235519A JP5020342A JP2034293A JPH06235519A JP H06235519 A JPH06235519 A JP H06235519A JP 5020342 A JP5020342 A JP 5020342A JP 2034293 A JP2034293 A JP 2034293A JP H06235519 A JPH06235519 A JP H06235519A
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- combustor
- fuel
- combustion air
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C13/00—Apparatus in which combustion takes place in the presence of catalytic material
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D23/00—Assemblies of two or more burners
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/005—Combined with pressure or heat exchangers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/40—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the use of catalytic means
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ガスタービン用燃焼器において、触媒燃焼方
式を利用してNOx の発生をより以上抑制することがで
きるようにしたこと。 【構成】 燃焼筒21の外周部に触媒部24a,…に燃
焼用空気を供給する燃焼用空気供給路22を形成すると
ともに、その燃焼用空気供給路22に熱交換部35を設
け、燃焼ガスの有する熱エネルギーによって燃焼用空気
を触媒燃焼開始温度以上に加熱する。
式を利用してNOx の発生をより以上抑制することがで
きるようにしたこと。 【構成】 燃焼筒21の外周部に触媒部24a,…に燃
焼用空気を供給する燃焼用空気供給路22を形成すると
ともに、その燃焼用空気供給路22に熱交換部35を設
け、燃焼ガスの有する熱エネルギーによって燃焼用空気
を触媒燃焼開始温度以上に加熱する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複合サイクル発電プラ
ント等に使用されるガスタービン用燃焼器に係わり、特
に触媒燃焼方式を用いたガスタービン用燃焼器に関す
る。
ント等に使用されるガスタービン用燃焼器に係わり、特
に触媒燃焼方式を用いたガスタービン用燃焼器に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、エネルギー資源の有効利用の観点
から、効率と運転特性に優れたガスタービン・蒸気ター
ビン複合サイクル発電プラントが多数採用されている。
ところで、このような発電プラントにおいては、特に環
境保全の観点から、プラントから排出される窒素酸化物
(NOx )を如何に低減するかが社会的に重要な課題と
なっている。
から、効率と運転特性に優れたガスタービン・蒸気ター
ビン複合サイクル発電プラントが多数採用されている。
ところで、このような発電プラントにおいては、特に環
境保全の観点から、プラントから排出される窒素酸化物
(NOx )を如何に低減するかが社会的に重要な課題と
なっている。
【0003】上記複合サイクル発電プラントにおける燃
焼器としては、従来、燃料と空気の混合物をスパークプ
ラグ等により着火する均一系の燃焼方式が採用されてい
る。
焼器としては、従来、燃料と空気の混合物をスパークプ
ラグ等により着火する均一系の燃焼方式が採用されてい
る。
【0004】ところが、このような従来型ガスタービン
用燃焼器においては、燃料の燃焼時に燃焼器内で部分的
に2000℃を超える高温部が発生し、空気中の窒素
(N2)が分解され酸素(O2 )と化合するため、多量
のNOx が発生する等の問題がある。
用燃焼器においては、燃料の燃焼時に燃焼器内で部分的
に2000℃を超える高温部が発生し、空気中の窒素
(N2)が分解され酸素(O2 )と化合するため、多量
のNOx が発生する等の問題がある。
【0005】そこで、このようなガスタービン用燃焼器
の問題点を解決するため、種々の燃焼方式が検討されて
おり、最近では固相触媒を用いた触媒燃焼方式が提案さ
れている。
の問題点を解決するため、種々の燃焼方式が検討されて
おり、最近では固相触媒を用いた触媒燃焼方式が提案さ
れている。
【0006】図8は、触媒燃焼方式を用いた従来の燃焼
器の一例を示す概略図であって、筒状ケーシング1内に
はこれと同心状に燃焼筒2が配設されている。上記燃焼
筒2の一端壁は筒状ケーシング1の端壁から適宜離間さ
れており、筒状ケーシング1と燃焼筒2の環状間隙及び
上記筒状ケーシング1の端壁と燃焼筒2の端壁との間の
間隙によって、燃焼用空気供給路3が形成されている。
器の一例を示す概略図であって、筒状ケーシング1内に
はこれと同心状に燃焼筒2が配設されている。上記燃焼
筒2の一端壁は筒状ケーシング1の端壁から適宜離間さ
れており、筒状ケーシング1と燃焼筒2の環状間隙及び
上記筒状ケーシング1の端壁と燃焼筒2の端壁との間の
間隙によって、燃焼用空気供給路3が形成されている。
【0007】上記燃焼筒2の一端壁の中央部には拡散燃
料ノズル4が配設され、その拡散燃料ノズル4の外周に
はスワラ5が設けられている。また、上記燃焼筒2内に
は固相触媒を用いたハニカム構造の燃焼触媒が充填され
た触媒部6が設けられており、その触媒部6の上流側に
は、触媒燃焼ノズル7から供給された触媒燃料と燃焼用
空気との混合ガスが供給される供給口8が形成されてい
る。
料ノズル4が配設され、その拡散燃料ノズル4の外周に
はスワラ5が設けられている。また、上記燃焼筒2内に
は固相触媒を用いたハニカム構造の燃焼触媒が充填され
た触媒部6が設けられており、その触媒部6の上流側に
は、触媒燃焼ノズル7から供給された触媒燃料と燃焼用
空気との混合ガスが供給される供給口8が形成されてい
る。
【0008】また、燃焼筒2には上記触媒部6の下流側
に、予混合燃料ノズル9が設けられるとともにその下流
側には混合ガスの混合、均一化を行なうための拡大部1
0が形成され、さらにその先端側がタービンノズルに接
続されている。なお図中符号11,12は点火プラグで
ある。
に、予混合燃料ノズル9が設けられるとともにその下流
側には混合ガスの混合、均一化を行なうための拡大部1
0が形成され、さらにその先端側がタービンノズルに接
続されている。なお図中符号11,12は点火プラグで
ある。
【0009】しかして、燃料は拡散燃焼用燃料F1 、触
媒燃焼用燃料F2 、および予混合燃焼用燃料F3 に分け
られ、それぞれ拡散燃料ノズル4、触媒燃料ノズル7お
よび予混合燃料ノズル9を経て燃焼筒2内に供給され
る。一方燃焼用空気は燃焼用空気供給路3の先端開口部
から上記燃焼用空気供給路3内に供給され、その燃焼用
空気供給路3を通り、一部がスワラ5を介して燃焼筒2
内に供給されるとともに、他部が触媒燃焼用燃料F2 と
ともに供給口8から燃焼筒2内に供給される。そして上
記燃焼筒2内で順次燃焼した燃焼ガスは上記燃焼筒の先
端部に接続されたタービンノズルからガスタービン内に
噴射される。
媒燃焼用燃料F2 、および予混合燃焼用燃料F3 に分け
られ、それぞれ拡散燃料ノズル4、触媒燃料ノズル7お
よび予混合燃料ノズル9を経て燃焼筒2内に供給され
る。一方燃焼用空気は燃焼用空気供給路3の先端開口部
から上記燃焼用空気供給路3内に供給され、その燃焼用
空気供給路3を通り、一部がスワラ5を介して燃焼筒2
内に供給されるとともに、他部が触媒燃焼用燃料F2 と
ともに供給口8から燃焼筒2内に供給される。そして上
記燃焼筒2内で順次燃焼した燃焼ガスは上記燃焼筒の先
端部に接続されたタービンノズルからガスタービン内に
噴射される。
【0010】図9は、この燃焼器の燃料流量制御方法を
示す図であり、横軸に燃焼器負荷を、縦軸に燃料流量を
示している。
示す図であり、横軸に燃焼器負荷を、縦軸に燃料流量を
示している。
【0011】そこで、図9のa点で着火が行なわれ、燃
焼器負荷がe点に至るまでは拡散燃料ノズル4および予
混合燃料ノズル9から拡散燃焼用燃料F1 と予混合燃焼
用燃料F3 とが燃焼筒2内に供給される。燃焼器負荷が
e点を超えると触媒燃焼可能な条件が成立するため、触
媒燃料ノズル7から触媒燃焼用燃料F2 が供給され、触
媒部6で燃焼が行なわれ、触媒部6入口のガス温度が最
適な値に保たれるように拡散燃焼用燃料F1 の流量が調
整される。図10に燃焼器負荷に対する触媒部入口ガス
温度の変化を示す。なお、図9中線Bは総燃料流量の変
化を示す。
焼器負荷がe点に至るまでは拡散燃料ノズル4および予
混合燃料ノズル9から拡散燃焼用燃料F1 と予混合燃焼
用燃料F3 とが燃焼筒2内に供給される。燃焼器負荷が
e点を超えると触媒燃焼可能な条件が成立するため、触
媒燃料ノズル7から触媒燃焼用燃料F2 が供給され、触
媒部6で燃焼が行なわれ、触媒部6入口のガス温度が最
適な値に保たれるように拡散燃焼用燃料F1 の流量が調
整される。図10に燃焼器負荷に対する触媒部入口ガス
温度の変化を示す。なお、図9中線Bは総燃料流量の変
化を示す。
【0012】しかして、図9に示すように、e点以上の
燃焼器負荷では、燃料の約半分が触媒燃焼により燃焼さ
せられることになり、NOx の発生が抑制される。
燃焼器負荷では、燃料の約半分が触媒燃焼により燃焼さ
せられることになり、NOx の発生が抑制される。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
如き触媒燃焼方式の燃焼器にも次のような問題点があ
る。すなわち、触媒燃焼を開始するには所定以上の温度
が必要となる。
如き触媒燃焼方式の燃焼器にも次のような問題点があ
る。すなわち、触媒燃焼を開始するには所定以上の温度
が必要となる。
【0014】触媒および燃料の種類によっても異なる
が、現状の触媒では殆どの燃料に対して触媒燃焼開始温
度は圧縮機から供給される燃焼用空気の温度よりも高
い。したがって、触媒部へ供給される燃料と空気の混合
ガスを触媒燃焼開始温度まで昇温する必要がある。そこ
で混合ガスの昇温は燃料の一部を拡散燃焼させることに
よって行なわれる。
が、現状の触媒では殆どの燃料に対して触媒燃焼開始温
度は圧縮機から供給される燃焼用空気の温度よりも高
い。したがって、触媒部へ供給される燃料と空気の混合
ガスを触媒燃焼開始温度まで昇温する必要がある。そこ
で混合ガスの昇温は燃料の一部を拡散燃焼させることに
よって行なわれる。
【0015】ところが、上記拡散燃焼は燃焼安定性はよ
いが、燃焼温度が高いためNOx が発生する。そのた
め、拡散燃焼部で生成するNOx がこの燃焼器全体で生
成するNOx の大部分を占めることになり、触媒燃焼方
式を用いない従来の燃焼器と比較してNOx 抑制の効果
はあるものの、今後の厳しいNOx 規制には対応できな
いという問題がある。
いが、燃焼温度が高いためNOx が発生する。そのた
め、拡散燃焼部で生成するNOx がこの燃焼器全体で生
成するNOx の大部分を占めることになり、触媒燃焼方
式を用いない従来の燃焼器と比較してNOx 抑制の効果
はあるものの、今後の厳しいNOx 規制には対応できな
いという問題がある。
【0016】本発明は、このような点に鑑み、触媒燃焼
方式を利用してNOx の発生をより以上抑制することが
できるガスタービン燃焼器を得ることを目的とする。
方式を利用してNOx の発生をより以上抑制することが
できるガスタービン燃焼器を得ることを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、燃焼筒の外周部に触媒部に燃焼用空気を供
給する燃焼用空気供給路を形成するとともに、その燃焼
用空気供給路に、燃焼筒内の燃焼ガスの有する熱エネル
ギーによって上記燃焼用空気を触媒燃焼開始温度以上に
加熱する熱交換部を設けたことを特徴とする。
成するため、燃焼筒の外周部に触媒部に燃焼用空気を供
給する燃焼用空気供給路を形成するとともに、その燃焼
用空気供給路に、燃焼筒内の燃焼ガスの有する熱エネル
ギーによって上記燃焼用空気を触媒燃焼開始温度以上に
加熱する熱交換部を設けたことを特徴とする。
【0018】また第2の発明は、触媒部を、燃焼用空気
の流れ方向に対して直交する面内で互いに区画された複
数の触媒によって構成し、燃焼器の負荷に応じて上記各
触媒へ供給する燃料流量を独立に制御可能な燃料流量制
御装置を設けた。
の流れ方向に対して直交する面内で互いに区画された複
数の触媒によって構成し、燃焼器の負荷に応じて上記各
触媒へ供給する燃料流量を独立に制御可能な燃料流量制
御装置を設けた。
【0019】第3の発明は、触媒部の下流側に複数の拡
散燃焼部と予混合燃焼部とを設け、燃焼器の負荷に応じ
て上記各拡散燃焼部と予混合燃焼部へ供給する燃料流量
を独立に制御可能な燃料流量制御装置を設けた。
散燃焼部と予混合燃焼部とを設け、燃焼器の負荷に応じ
て上記各拡散燃焼部と予混合燃焼部へ供給する燃料流量
を独立に制御可能な燃料流量制御装置を設けた。
【0020】さらに第4の発明は、圧縮機から供給され
る空気を、触媒部に供給される燃焼用空気と燃焼室の下
流側で燃焼ガスに混入される非燃焼空気に分流する空気
流量制御弁を設けた。
る空気を、触媒部に供給される燃焼用空気と燃焼室の下
流側で燃焼ガスに混入される非燃焼空気に分流する空気
流量制御弁を設けた。
【0021】また、第5の発明は、上記空気流量制御弁
が、燃焼器の負荷の増加に応じて非燃焼空気流量が減少
し、燃焼用空気が増加するように制御されるようにし
た。
が、燃焼器の負荷の増加に応じて非燃焼空気流量が減少
し、燃焼用空気が増加するように制御されるようにし
た。
【0022】
【作用】燃焼筒内の温度が所定温度以上になると、燃焼
用空気供給路に設けられている熱交換部によって触媒部
へ流入する燃焼用空気が触媒燃焼開始温度以上に加熱さ
れる。したがって、比較的小さい負荷から予混合燃焼お
よび触媒燃焼を開始することができ、下流側での予混合
燃焼が極めて安定した状態となり、触媒燃焼負荷領域で
は拡散燃料の供給を完全に停止することができる。した
がって、燃焼器負荷が或点以上の範囲ではNOx の発生
を殆ど無視できるレベルまで低減することができる。
用空気供給路に設けられている熱交換部によって触媒部
へ流入する燃焼用空気が触媒燃焼開始温度以上に加熱さ
れる。したがって、比較的小さい負荷から予混合燃焼お
よび触媒燃焼を開始することができ、下流側での予混合
燃焼が極めて安定した状態となり、触媒燃焼負荷領域で
は拡散燃料の供給を完全に停止することができる。した
がって、燃焼器負荷が或点以上の範囲ではNOx の発生
を殆ど無視できるレベルまで低減することができる。
【0023】
【実施例】以下、図1乃至図7を参照して本発明の実施
例について説明する。
例について説明する。
【0024】図1において、符号20は有底筒状のケー
シングであって、そのケーシング20内にはこれと同心
状に燃焼筒21が配設されている。この燃焼筒21の一
端部は上記ケーシング20の端壁20aから離間されて
おり、他端は上記ケーシング20の開放端部から突出さ
れその先端部が図示しないタービンノズルに接続されて
いる。
シングであって、そのケーシング20内にはこれと同心
状に燃焼筒21が配設されている。この燃焼筒21の一
端部は上記ケーシング20の端壁20aから離間されて
おり、他端は上記ケーシング20の開放端部から突出さ
れその先端部が図示しないタービンノズルに接続されて
いる。
【0025】上記ケーシング20と燃焼筒21との環状
間隙によって燃焼用空気供給路22が形成されており、
図示しない圧縮機によって供給された燃焼用空気は、ケ
ーシング20の開放端部から上記環状間隙からなる燃焼
用空気供給路22を通り、燃焼筒21の一端部からその
燃焼筒21内に流入するようにしてある。
間隙によって燃焼用空気供給路22が形成されており、
図示しない圧縮機によって供給された燃焼用空気は、ケ
ーシング20の開放端部から上記環状間隙からなる燃焼
用空気供給路22を通り、燃焼筒21の一端部からその
燃焼筒21内に流入するようにしてある。
【0026】ところで、上記燃焼筒21の基端部は、そ
の軸線方向に延び互いに平行な複数の区画室23a,2
3b,23cに区画されており、各区画室23a,23
b,23c内にそれぞれハニカム構造の触媒24a,2
4b,24cが配設さてれいる。上記各区画室23a,
23b,23cには、触媒24a,24b,24cの上
流側(ケーシング20の端壁側)にそれぞれ周方向に延
びる触媒燃料ノズル25a,25b,25cが設けられ
ており、各触媒24a,24b,24cの下流側には同
様に各区画室23a,23b,23cの周方向に延びる
予混合燃料ノズル26a,26b,26cが設けられて
いる。
の軸線方向に延び互いに平行な複数の区画室23a,2
3b,23cに区画されており、各区画室23a,23
b,23c内にそれぞれハニカム構造の触媒24a,2
4b,24cが配設さてれいる。上記各区画室23a,
23b,23cには、触媒24a,24b,24cの上
流側(ケーシング20の端壁側)にそれぞれ周方向に延
びる触媒燃料ノズル25a,25b,25cが設けられ
ており、各触媒24a,24b,24cの下流側には同
様に各区画室23a,23b,23cの周方向に延びる
予混合燃料ノズル26a,26b,26cが設けられて
いる。
【0027】また、各区画室23a,23b,23c内
には、各触媒24a,24b,24cの下流側にそれぞ
れ円筒部材27a,27b,27cが同心状に配設され
ており、各円筒部材27a,27b,27cの一端部す
なわち前記予混合燃料ノズル26a,26b,26cよ
り上流側外周部にスワラー28a,28b,28cが設
けられており、各円筒部材27a,27b,27cの先
端開口部にはそれぞれスワラー29a,29b,29c
を介して拡散燃料ノズル30a,30b,30cが配設
されている。
には、各触媒24a,24b,24cの下流側にそれぞ
れ円筒部材27a,27b,27cが同心状に配設され
ており、各円筒部材27a,27b,27cの一端部す
なわち前記予混合燃料ノズル26a,26b,26cよ
り上流側外周部にスワラー28a,28b,28cが設
けられており、各円筒部材27a,27b,27cの先
端開口部にはそれぞれスワラー29a,29b,29c
を介して拡散燃料ノズル30a,30b,30cが配設
されている。
【0028】一方、上記各円筒部材27a,27b,2
7cの先端開口部の前面側(下流側)にはそれぞれ拡径
した隔壁31a,31b,31cによって予混合燃焼部
32a,32b,32cが形成され、さらにその下流側
に各予混合燃焼部32a,32b,32cに直接連通す
る主燃焼室33が形成されている。そして、上記主燃焼
室33内にはその上流側に点火プラグ34が突設されて
いる。
7cの先端開口部の前面側(下流側)にはそれぞれ拡径
した隔壁31a,31b,31cによって予混合燃焼部
32a,32b,32cが形成され、さらにその下流側
に各予混合燃焼部32a,32b,32cに直接連通す
る主燃焼室33が形成されている。そして、上記主燃焼
室33内にはその上流側に点火プラグ34が突設されて
いる。
【0029】また、上記主燃焼室33外周部すなわち燃
焼筒21とケーシング20とによって形成される燃焼用
空気供給路22内には、燃焼ガスの熱エネルギーを燃焼
用空気に伝える熱交換装置35が配設されている。
焼筒21とケーシング20とによって形成される燃焼用
空気供給路22内には、燃焼ガスの熱エネルギーを燃焼
用空気に伝える熱交換装置35が配設されている。
【0030】ところで、ガスタービンでは図1に示すよ
うな燃焼器がガスタービンの周囲に複数個配設されてお
り、図2に示すように各燃焼器40a,40b,40c
にそれぞれ燃料配管が接続されている。
うな燃焼器がガスタービンの周囲に複数個配設されてお
り、図2に示すように各燃焼器40a,40b,40c
にそれぞれ燃料配管が接続されている。
【0031】すなわち、図示しない燃料供給源から導か
れる燃料配管41には燃料主止弁42および全体燃料流
量制御弁43が設けられており、その全体燃料流量制御
弁43の下流側には触媒燃料分配弁44a,44b,
…、予混合燃料分配弁45a,45b,…、および拡散
燃料分配弁46a,46bが設けられ、各分配弁の下流
にそれぞれヘッダー47a,47b、…が設けられてい
る。各ヘッダーにはそれぞれ燃料分配管48a,48
b,49a,49b,50a,50bが接続されてお
り、各燃料分配管がそれぞれ触媒燃料ノズル25a,2
5b、…予混合燃料ノズル26a,26b、…拡散燃料
ノズル30a,30b、…に接続されている。
れる燃料配管41には燃料主止弁42および全体燃料流
量制御弁43が設けられており、その全体燃料流量制御
弁43の下流側には触媒燃料分配弁44a,44b,
…、予混合燃料分配弁45a,45b,…、および拡散
燃料分配弁46a,46bが設けられ、各分配弁の下流
にそれぞれヘッダー47a,47b、…が設けられてい
る。各ヘッダーにはそれぞれ燃料分配管48a,48
b,49a,49b,50a,50bが接続されてお
り、各燃料分配管がそれぞれ触媒燃料ノズル25a,2
5b、…予混合燃料ノズル26a,26b、…拡散燃料
ノズル30a,30b、…に接続されている。
【0032】一方、燃焼器の負荷設定信号、各部の温度
信号等が制御装置51に入力されており、その制御装置
51からの制御信号によって前記制御弁43、分配弁4
4a,45a,46a等の開度が制御され燃焼器の負荷
の程度に応じて燃料流量が制御されるようにしてある。
信号等が制御装置51に入力されており、その制御装置
51からの制御信号によって前記制御弁43、分配弁4
4a,45a,46a等の開度が制御され燃焼器の負荷
の程度に応じて燃料流量が制御されるようにしてある。
【0033】しかして、この燃焼器の作動に際しては、
図示しない圧縮機を作動させ、燃焼用空気供給路22を
経て燃焼筒21内に燃焼用空気を供給するとともに、ま
ず所定の拡散燃料ノズル30aに拡散燃料F1aを供給
し、主燃焼室33に設けられた点火プラグ34をスパー
クすることによって点火される。このようにして点火さ
れると、拡散燃料ノズル30aの外周に設けられている
スワラー29aによって燃料と空気に旋回が与えられて
いるため上記点火プラグ34のスパークを止めても安定
した燃焼が継続される。そこで、例えば全燃焼室33の
温度が所定値になると、次の所定の拡散燃料ノズル30
bに拡散燃料F1bが供給されその燃焼が行なわれる。
図示しない圧縮機を作動させ、燃焼用空気供給路22を
経て燃焼筒21内に燃焼用空気を供給するとともに、ま
ず所定の拡散燃料ノズル30aに拡散燃料F1aを供給
し、主燃焼室33に設けられた点火プラグ34をスパー
クすることによって点火される。このようにして点火さ
れると、拡散燃料ノズル30aの外周に設けられている
スワラー29aによって燃料と空気に旋回が与えられて
いるため上記点火プラグ34のスパークを止めても安定
した燃焼が継続される。そこで、例えば全燃焼室33の
温度が所定値になると、次の所定の拡散燃料ノズル30
bに拡散燃料F1bが供給されその燃焼が行なわれる。
【0034】このようにして燃焼器の負荷が増加し、主
燃焼室33の温度が予混合燃焼が可能な状態となると、
所定の予混合燃料ノズル26aに予混合燃料F2aが供給
される。この場合、上記予燃焼燃料ノズル26aから供
給された燃料および円筒部材27aの外周に流入する空
気にはスワラー28aによって旋回が与えられ、良く混
合した状態で予混合燃焼部32aに流入する。このとき
主燃焼室33の拡散燃焼部36には既に火炎が存在する
ため、予混合燃焼部32aにも火が移り燃焼が開始され
る。そして、負荷が増大するにつれて予混合燃料F2aを
増加し、拡散燃料F1a,F1bを逆に順次減少させる。
燃焼室33の温度が予混合燃焼が可能な状態となると、
所定の予混合燃料ノズル26aに予混合燃料F2aが供給
される。この場合、上記予燃焼燃料ノズル26aから供
給された燃料および円筒部材27aの外周に流入する空
気にはスワラー28aによって旋回が与えられ、良く混
合した状態で予混合燃焼部32aに流入する。このとき
主燃焼室33の拡散燃焼部36には既に火炎が存在する
ため、予混合燃焼部32aにも火が移り燃焼が開始され
る。そして、負荷が増大するにつれて予混合燃料F2aを
増加し、拡散燃料F1a,F1bを逆に順次減少させる。
【0035】このようにして主燃焼室33内での燃焼が
行なわれると、その外周部に配設されている熱交換装置
35を介して上記主燃焼室33内の燃焼ガスが有する熱
エネルギーが、燃焼用空気に熱交換によって与えられ、
燃焼用空気が加熱され、触媒24a入口部の燃焼用空気
の温度が上昇される。
行なわれると、その外周部に配設されている熱交換装置
35を介して上記主燃焼室33内の燃焼ガスが有する熱
エネルギーが、燃焼用空気に熱交換によって与えられ、
燃焼用空気が加熱され、触媒24a入口部の燃焼用空気
の温度が上昇される。
【0036】燃焼用空気の温度が上昇し触媒燃焼が可能
な状態になると、所定の触媒燃料ノズル25aに触媒燃
料F3aが供給され、この触媒燃料が区画室23a内で燃
焼用空気と混合した後、触媒24aへ流入し、そこで触
媒燃焼が行なわれ、その燃焼ガスが下流側に流れる。こ
の場合、触媒出口温度が触媒の耐熱温度である1000
℃以下となるように、上記触媒燃料流量が制御される。
な状態になると、所定の触媒燃料ノズル25aに触媒燃
料F3aが供給され、この触媒燃料が区画室23a内で燃
焼用空気と混合した後、触媒24aへ流入し、そこで触
媒燃焼が行なわれ、その燃焼ガスが下流側に流れる。こ
の場合、触媒出口温度が触媒の耐熱温度である1000
℃以下となるように、上記触媒燃料流量が制御される。
【0037】触媒燃焼が行なわれると、触媒出口のガス
温度が900℃程度の高温となるため、その下流側での
予混合燃焼はきわめて安定した状態となる。したがっ
て、触媒燃焼を開始した後に拡散燃料F1a,F1bの供給
を完全に停止しても触媒燃焼と予混合燃焼だけで安定し
た燃焼を持続することができる。そこで、さらに燃焼器
の負荷が増加すると、次の所定の触媒燃料ノズル25b
に触媒燃料F3bが供給され、さらにその後次の所定の予
混合燃料ノズル26bから予混合燃料F2bが供給され
る。このようにして順次燃料供給量が増加され、定格点
に至る。
温度が900℃程度の高温となるため、その下流側での
予混合燃焼はきわめて安定した状態となる。したがっ
て、触媒燃焼を開始した後に拡散燃料F1a,F1bの供給
を完全に停止しても触媒燃焼と予混合燃焼だけで安定し
た燃焼を持続することができる。そこで、さらに燃焼器
の負荷が増加すると、次の所定の触媒燃料ノズル25b
に触媒燃料F3bが供給され、さらにその後次の所定の予
混合燃料ノズル26bから予混合燃料F2bが供給され
る。このようにして順次燃料供給量が増加され、定格点
に至る。
【0038】図3は、上記燃料流量制御を示す図であっ
て、横軸に燃焼器の負荷を、縦軸に燃料流量を示してあ
る。なお、曲線Bは一つの燃焼器に供給される合計燃料
流量を示している。
て、横軸に燃焼器の負荷を、縦軸に燃料流量を示してあ
る。なお、曲線Bは一つの燃焼器に供給される合計燃料
流量を示している。
【0039】図中、aは着火点で第1の拡散燃料ノズル
に燃料F1aが供給され、b点で第2の拡散燃料ノズルに
燃料F1bが供給され、c点で所定の予混合燃料ノズルに
燃料F2aが供給され、d点で所定の触媒燃料ノズルに燃
料F3aが供給され、e点で次の触媒燃料ノズルに燃料F
3bが供給され、さらにf点で次の予混合ノズルに燃料F
2bが供給され、gで定格点に至る。
に燃料F1aが供給され、b点で第2の拡散燃料ノズルに
燃料F1bが供給され、c点で所定の予混合燃料ノズルに
燃料F2aが供給され、d点で所定の触媒燃料ノズルに燃
料F3aが供給され、e点で次の触媒燃料ノズルに燃料F
3bが供給され、さらにf点で次の予混合ノズルに燃料F
2bが供給され、gで定格点に至る。
【0040】図4は、本発明によるガスタービン用燃焼
器の燃焼器負荷に対する圧縮機吐出空気温度T0 と触媒
入口空気温度T1 の変化を示している。圧縮器吐出空気
温度T0 は燃焼器が定格負荷となっても触媒燃焼開始温
度Tc に達しないが、触媒部入口空気温度T1 は、熱交
換部で加熱されるため、d点以上の燃焼器負荷で触媒燃
焼開始温度Tc を超えている。したがって、これ以上の
燃焼器負荷で触媒燃焼を行なうことができる。
器の燃焼器負荷に対する圧縮機吐出空気温度T0 と触媒
入口空気温度T1 の変化を示している。圧縮器吐出空気
温度T0 は燃焼器が定格負荷となっても触媒燃焼開始温
度Tc に達しないが、触媒部入口空気温度T1 は、熱交
換部で加熱されるため、d点以上の燃焼器負荷で触媒燃
焼開始温度Tc を超えている。したがって、これ以上の
燃焼器負荷で触媒燃焼を行なうことができる。
【0041】図5は本発明の他の実施例を示す概略図で
あり、燃焼筒21の先端部には非燃焼空気供給管52が
接続されており、圧縮機から供給される空気が燃焼用空
気と非燃焼空気とに分流され、燃焼用空気が燃焼用空気
供給路22に供給されるとともに、非燃焼空気が非燃焼
空気供給管52を通り空気流量制御弁53を介して主燃
焼室33の下流側に流入されるようにしてある。そし
て、上記空気流量制御弁53も前記制御装置51によっ
て制御されるようにしてある。
あり、燃焼筒21の先端部には非燃焼空気供給管52が
接続されており、圧縮機から供給される空気が燃焼用空
気と非燃焼空気とに分流され、燃焼用空気が燃焼用空気
供給路22に供給されるとともに、非燃焼空気が非燃焼
空気供給管52を通り空気流量制御弁53を介して主燃
焼室33の下流側に流入されるようにしてある。そし
て、上記空気流量制御弁53も前記制御装置51によっ
て制御されるようにしてある。
【0042】その他の点は、図1に示す実施例と実質的
に同一である。
に同一である。
【0043】しかして、この燃焼器においては、着火時
には空気流量制御弁53を全開とし、燃焼用空気A1 の
量を減少した状態で拡散燃料ノズル30aに拡散燃料F
1 を供給し、主燃焼室33に設けられた点火プラグ34
をスパークして点火させる。この場合燃焼用空気A1 が
減少されているため、より少ない燃焼器負荷の場合でも
予混合燃焼が可能となる。そこで負荷が所定点に達した
ら予混合燃料ノズル26aに予混合燃料F2 が供給され
予混合燃焼が行なわれる。そして、負荷が増大するにつ
れて予混合燃料を増加し、拡散燃料が減少される。
には空気流量制御弁53を全開とし、燃焼用空気A1 の
量を減少した状態で拡散燃料ノズル30aに拡散燃料F
1 を供給し、主燃焼室33に設けられた点火プラグ34
をスパークして点火させる。この場合燃焼用空気A1 が
減少されているため、より少ない燃焼器負荷の場合でも
予混合燃焼が可能となる。そこで負荷が所定点に達した
ら予混合燃料ノズル26aに予混合燃料F2 が供給され
予混合燃焼が行なわれる。そして、負荷が増大するにつ
れて予混合燃料を増加し、拡散燃料が減少される。
【0044】この燃焼によって第1実施例と同様に燃焼
用空気も加熱されるが、その燃焼用空気が減少されてい
るから少ない燃焼器負荷でも空気が十分加熱され触媒燃
焼が可能となり、その時点で触媒燃料ノズル25aに触
媒燃料が供給され触媒燃焼が行なわれる。
用空気も加熱されるが、その燃焼用空気が減少されてい
るから少ない燃焼器負荷でも空気が十分加熱され触媒燃
焼が可能となり、その時点で触媒燃料ノズル25aに触
媒燃料が供給され触媒燃焼が行なわれる。
【0045】この場合、触媒出口のガス温度が触媒の耐
熱温度である1000℃以下となるように触媒燃料の流
量が制御され、一方触媒出口のガス温度は900℃程度
の高温となるため、その下流側での予混合燃焼は極めて
安定した状態となる。したがって、触媒燃焼を開始した
後には拡散燃料の供給は完全に停止しても、触媒燃焼と
予混合燃焼だけで安定した燃焼を持続することができ
る。
熱温度である1000℃以下となるように触媒燃料の流
量が制御され、一方触媒出口のガス温度は900℃程度
の高温となるため、その下流側での予混合燃焼は極めて
安定した状態となる。したがって、触媒燃焼を開始した
後には拡散燃料の供給は完全に停止しても、触媒燃焼と
予混合燃焼だけで安定した燃焼を持続することができ
る。
【0046】そこで、さらに燃焼器負荷が増加するにつ
れ、空気流量制御弁53を次第に閉めることにより燃焼
用空気を増加させるとともに、予混合燃料および触媒燃
料を増加することにより定格点に到達させることができ
る。
れ、空気流量制御弁53を次第に閉めることにより燃焼
用空気を増加させるとともに、予混合燃料および触媒燃
料を増加することにより定格点に到達させることができ
る。
【0047】図6は、上記第2の実施例における燃料流
量制御状態を示す図である。
量制御状態を示す図である。
【0048】また、図7は燃焼器負荷に対するNOx 生
成量の関係を示す図で、本発明による燃焼器の値を
N1 、触媒燃焼方式を用いた従来の燃焼器の値をN2 、
触媒燃焼方式を用いない従来の燃焼器の値をN3 で示
す。
成量の関係を示す図で、本発明による燃焼器の値を
N1 、触媒燃焼方式を用いた従来の燃焼器の値をN2 、
触媒燃焼方式を用いない従来の燃焼器の値をN3 で示
す。
【0049】この図からも判るように、触媒燃焼方式を
用いない従来の燃焼器では、燃焼器負荷全域で拡散燃焼
をさせているため、拡散燃焼は燃焼性は良好であるが、
火炎温度がきわめて高いため、燃焼器負荷全域で多量の
NOx が発生する。
用いない従来の燃焼器では、燃焼器負荷全域で拡散燃焼
をさせているため、拡散燃焼は燃焼性は良好であるが、
火炎温度がきわめて高いため、燃焼器負荷全域で多量の
NOx が発生する。
【0050】また、触媒燃焼方式を用いた従来の燃焼器
では、或負荷以上の範囲で触媒燃焼させるため、この範
囲ではNOx 発生量をかなり低減できる。しかし、触媒
部に供給する燃料と空気の混合ガスを加熱するために燃
料の一部を拡散燃焼させているため、NOx を十分低減
させることは不可能である。
では、或負荷以上の範囲で触媒燃焼させるため、この範
囲ではNOx 発生量をかなり低減できる。しかし、触媒
部に供給する燃料と空気の混合ガスを加熱するために燃
料の一部を拡散燃焼させているため、NOx を十分低減
させることは不可能である。
【0051】これに対し、本発明の燃焼器では前述のよ
うに、触媒燃焼負荷領域では拡散燃料の供給を完全に停
止することができるので、図7の線N1 に示すように触
媒燃焼負荷領域ではNOx の発生は殆ど無視できるよう
になる。
うに、触媒燃焼負荷領域では拡散燃料の供給を完全に停
止することができるので、図7の線N1 に示すように触
媒燃焼負荷領域ではNOx の発生は殆ど無視できるよう
になる。
【0052】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、燃焼用空気供給路に燃焼ガスの有する熱エネルギー
によって燃焼用空気を触媒燃焼開始温度以上に加熱する
熱交換部を設けたので、比較的小さい負荷から予混合燃
焼および触媒燃焼を開始することができ、また触媒燃焼
負荷領域では拡散燃料の供給を完全に停止することがで
き、NOx の発生を殆ど無視できるレベルまで低減する
ことができる。また触媒部を複数個の触媒に区画するこ
とによって、燃焼器の負荷が変化しても常に最適な触媒
燃焼を持続させることができる。また、触媒部下流側に
予混合燃焼部を設けることによって燃焼を安定化させる
こともできる。さらに、燃焼用空気制御弁によって燃焼
用空気の流量を制御するようにした場合には、少ない燃
焼器負荷でも十分触媒燃焼が可能となる。
は、燃焼用空気供給路に燃焼ガスの有する熱エネルギー
によって燃焼用空気を触媒燃焼開始温度以上に加熱する
熱交換部を設けたので、比較的小さい負荷から予混合燃
焼および触媒燃焼を開始することができ、また触媒燃焼
負荷領域では拡散燃料の供給を完全に停止することがで
き、NOx の発生を殆ど無視できるレベルまで低減する
ことができる。また触媒部を複数個の触媒に区画するこ
とによって、燃焼器の負荷が変化しても常に最適な触媒
燃焼を持続させることができる。また、触媒部下流側に
予混合燃焼部を設けることによって燃焼を安定化させる
こともできる。さらに、燃焼用空気制御弁によって燃焼
用空気の流量を制御するようにした場合には、少ない燃
焼器負荷でも十分触媒燃焼が可能となる。
【図1】本発明のガスタービン用燃焼器の概略を示す縦
断面図。
断面図。
【図2】上記ガスタービン用燃焼器の燃料供給系統説明
図。
図。
【図3】本発明の燃焼器における燃料流量制御方法を示
す説明図。
す説明図。
【図4】燃焼空気温度の変化説明図。
【図5】本発明の他の実施例の概略構成を示す縦断面
図。
図。
【図6】図5に示す実施例の燃料流量制御方法を示す説
明図。
明図。
【図7】NOx 生成量の変化を示す図。
【図8】従来のガスタービン燃焼器の概略図。
【図9】図8の燃焼器の燃料流量制御方法を示す説明
図。
図。
【図10】従来の燃焼器における触媒部入口ガス温度変
化線図。
化線図。
20 ケーシング 21 燃焼筒 22 燃焼用空気供給路 23a,23b,23c 区画室 24a,24b,24c 触媒 25a,25b,25c 触媒燃料ノズル 26a,26b,26c 予混合燃料ノズル 30a,30b,30c 拡散燃料ノズル 33 主燃焼室 34 点火プラグ 35 熱交換装置 52 非燃焼空気供給管 53 空気流量制御弁
Claims (5)
- 【請求項1】触媒燃焼方式を用いたガスタービン用燃焼
器において、燃焼筒の外周部に触媒部に燃焼用空気を供
給する燃焼用空気供給路を形成するとともに、その燃焼
用空気供給路に、燃焼筒内の燃焼ガスの有する熱エネル
ギーによって上記燃焼用空気を触媒燃焼開始温度以上に
加熱する熱交換部を設けたことを特徴とする、ガスター
ビン用燃焼器。 - 【請求項2】触媒部は、燃焼用空気の流れ方向に対して
直交する面内で互いに区画された複数の触媒によって構
成され、燃焼器の負荷に応じて上記各触媒へ供給する燃
料流量を独立に制御可能な燃料流量制御装置を設けたこ
とを特徴とする、請求項1記載のガスタービン用燃焼
器。 - 【請求項3】触媒部の下流側に複数の拡散燃焼部と予混
合燃焼部とを設け、燃焼器の負荷に応じて上記各拡散燃
焼部と予混合燃焼部へ供給する燃料流量を独立に制御可
能な燃料流量制御装置を設けたことを特徴とする、請求
項1または2記載のガスタービン用燃焼器。 - 【請求項4】圧縮機から供給される空気を、触媒部に供
給される燃焼用空気と燃焼室の下流側で燃焼ガスに混入
される非燃焼空気に分流する空気流量制御弁を設けたこ
とを特徴とする、請求項1乃至3のいずれかに記載のガ
スタービン用燃焼器。 - 【請求項5】空気流量制御弁は、燃焼器の負荷の増加に
応じて非燃焼空気流量が減少し燃焼用空気が増加するよ
うに制御されることを特徴とする、請求項4記載のガス
タービン用燃焼器
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5020342A JPH06235519A (ja) | 1993-02-08 | 1993-02-08 | ガスタービン用燃焼器 |
US08/194,345 US5431017A (en) | 1993-02-08 | 1994-02-08 | Combuster for gas turbine system having a heat exchanging structure catalyst |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5020342A JPH06235519A (ja) | 1993-02-08 | 1993-02-08 | ガスタービン用燃焼器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06235519A true JPH06235519A (ja) | 1994-08-23 |
Family
ID=12024470
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5020342A Pending JPH06235519A (ja) | 1993-02-08 | 1993-02-08 | ガスタービン用燃焼器 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5431017A (ja) |
JP (1) | JPH06235519A (ja) |
Families Citing this family (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2950720B2 (ja) | 1994-02-24 | 1999-09-20 | 株式会社東芝 | ガスタービン燃焼装置およびその燃焼制御方法 |
AU681271B2 (en) * | 1994-06-07 | 1997-08-21 | Westinghouse Electric Corporation | Method and apparatus for sequentially staged combustion using a catalyst |
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US6223537B1 (en) | 1997-11-24 | 2001-05-01 | Alliedsignal Power Systems | Catalytic combustor for gas turbines |
EP0935095A3 (en) | 1998-02-09 | 2000-07-19 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Gas turbine combustor |
GB9809371D0 (en) * | 1998-05-02 | 1998-07-01 | Rolls Royce Plc | A combustion chamber and a method of operation thereof |
US6339925B1 (en) * | 1998-11-02 | 2002-01-22 | General Electric Company | Hybrid catalytic combustor |
FR2817946B1 (fr) * | 2000-12-11 | 2003-03-21 | Inst Francais Du Petrole | Dispositif de combustion catalytique avec pulverisation de combustible liquide sur parois chaudes |
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US6748745B2 (en) * | 2001-09-15 | 2004-06-15 | Precision Combustion, Inc. | Main burner, method and apparatus |
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DE50313028D1 (de) * | 2002-05-02 | 2010-10-14 | Alstom Technology Ltd | Katalytischer Brenner |
EP1532394B1 (de) * | 2002-08-30 | 2016-11-23 | General Electric Technology GmbH | Hybridbrenner und zugehöriges betriebsverfahren |
US6993912B2 (en) * | 2003-01-23 | 2006-02-07 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Ultra low Nox emissions combustion system for gas turbine engines |
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US7469543B2 (en) * | 2004-09-30 | 2008-12-30 | United Technologies Corporation | Rich catalytic injection |
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US9297532B2 (en) * | 2011-12-21 | 2016-03-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Can annular combustion arrangement with flow tripping device |
US9188285B2 (en) * | 2012-12-24 | 2015-11-17 | General Electric Company | Systems and methods for oxidation of boil-off gas |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE3474714D1 (en) * | 1983-12-07 | 1988-11-24 | Toshiba Kk | Nitrogen oxides decreasing combustion method |
JPS61126333A (ja) * | 1984-11-21 | 1986-06-13 | Toshiba Corp | ガスタ−ビン燃焼器の制御装置 |
US5000004A (en) * | 1988-08-16 | 1991-03-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Gas turbine combustor |
US5161366A (en) * | 1990-04-16 | 1992-11-10 | General Electric Company | Gas turbine catalytic combustor with preburner and low nox emissions |
-
1993
- 1993-02-08 JP JP5020342A patent/JPH06235519A/ja active Pending
-
1994
- 1994-02-08 US US08/194,345 patent/US5431017A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5431017A (en) | 1995-07-11 |
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