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JP2002257344A - Gas turbine combustor - Google Patents

Gas turbine combustor

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Publication number
JP2002257344A
JP2002257344A JP2001050706A JP2001050706A JP2002257344A JP 2002257344 A JP2002257344 A JP 2002257344A JP 2001050706 A JP2001050706 A JP 2001050706A JP 2001050706 A JP2001050706 A JP 2001050706A JP 2002257344 A JP2002257344 A JP 2002257344A
Authority
JP
Japan
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combustion
fuel
burner
slow
gas turbine
Prior art date
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Application number
JP2001050706A
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Japanese (ja)
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Inventor
Shinichi Inage
真一 稲毛
Akinori Hayashi
林  明典
Hiromi Koizumi
浩美 小泉
Shigeyoshi Kobayashi
成嘉 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a gas turbine combustor in which stabilized combustion is ensured even when high temperature air is used through regeneration cycle while lowering NOx. SOLUTION: Downstream side of the opening of a fuel nozzle 28 and an air nozzle 29 in a slow combustion burner 6 is fully filled with diffuse combustion gas because diffuse flame 17 from a pilot burner 5 reaches thereat. When air 15 and fuel 16 is jetted at high speed, a powerful swirl is formed in the diffuse combustion gas and the air 15 and fuel 16 are diluted before being mixed directly. Oxygen density decreases in the air 15 entrained into the high temperature inert gas, i.e., the diffuse combustion gas, and the fuel 16 is decomposed thermally. When they are mixed, a slow combustion region 21 where generation of NOx is retarded through very slow combustion is formed on the downstream side of the opening of the fuel nozzle 28 and the air nozzle 29.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、拡散燃焼方式と加
熱による緩慢燃焼方式を組み合わせたガスタービン燃焼
器に係わり、特に再生サイクル等の利用により、燃焼器
入口空気温度が600℃を超えるような条件で運用し、
なおかつガスタービン燃焼器から排出されるNOxの低
減が要求されるガスタービンへの適用に最適なガスター
ビン燃焼器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas turbine combustor in which a diffusion combustion system and a slow combustion system by heating are combined, and more particularly to a gas turbine combustor in which the inlet air temperature of the combustor exceeds 600.degree. Operate on condition,
In addition, the present invention relates to a gas turbine combustor most suitable for application to a gas turbine that requires reduction of NOx discharged from the gas turbine combustor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来よりガスタービンの排出ガス中の窒
素酸化物(以下、NOxという)を低減させる代表的な
方法としては、拡散燃焼方式と予混合燃焼方式を併せて
行う方法がある。このような方法の場合、まず拡散燃焼
を行うパイロットバーナーにより旋回流を用いて空気と
燃料を拡散混合し安定した拡散火炎を形成する。次に予
め予混合器内で空気と燃料を混合して生成した予混合気
に、拡散火炎をパイロット火炎として着火させる。これ
により予混合火炎の形成を安定化させてガスタービン燃
焼器全体における安定的な燃焼を実現させることがで
き、また拡散燃焼に対する予混合燃焼の割合を増加させ
ることにより(予混合燃焼をメインとすることによ
り)、排気ガス中のNOxの割合を低減することができ
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a typical method for reducing nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx) in exhaust gas from a gas turbine, there is a method in which a diffusion combustion method and a premix combustion method are used in combination. In the case of such a method, first, air and fuel are diffused and mixed using a swirling flow by a pilot burner performing diffusion combustion to form a stable diffusion flame. Next, a diffusion flame is ignited as a pilot flame in a premixed gas generated by mixing air and fuel in the premixer in advance. This makes it possible to stabilize the formation of premixed flames and achieve stable combustion in the entire gas turbine combustor. Also, by increasing the ratio of premixed combustion to diffusion combustion (premixed combustion is By doing so, the proportion of NOx in the exhaust gas can be reduced.

【0003】以上のような拡散燃焼方式と予混合燃焼方
式を併せて行うガスタービン燃焼器(以下、単に燃焼器
という)の一例として、特開平8−86407号公報の
図2で示すものがある。
[0003] As an example of a gas turbine combustor (hereinafter simply referred to as a combustor) that performs both the diffusion combustion method and the premix combustion method as described above, there is one shown in FIG. 2 of JP-A-8-86407. .

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術には次のような問題がある。
However, the above prior art has the following problems.

【0005】ガスタービンにおけるエネルギー熱効率の
向上を目的として再生サイクル方式が提案されている。
これは、タービン駆動後の燃焼ガスの排気経路と、圧縮
機から燃焼器に至る圧縮空気の経路の間を渡すように再
生熱交換器を備え、燃焼ガスから排熱を回収して圧縮空
気の温度を上昇させた後に燃焼器に供給するものであ
る。この場合圧縮空気の空気温度はおよそ600℃を越
えるものとなる。
[0005] A regeneration cycle system has been proposed for the purpose of improving energy heat efficiency in a gas turbine.
This is equipped with a regenerative heat exchanger so as to pass between the exhaust path of the combustion gas after the turbine is driven and the path of the compressed air from the compressor to the combustor. After the temperature has been increased, it is supplied to the combustor. In this case, the air temperature of the compressed air exceeds about 600 ° C.

【0006】上記従来の拡散燃焼方式と予混合燃焼方式
を併せて行う燃焼器に、上記再生サイクル方式による高
温の圧縮空気を供給した場合には、予混合火炎の燃焼速
度が著しく上昇して予混合器の内部への逆火ポテンシャ
ルが増大する。また圧縮空気の温度が燃料の自発火温度
(ガスタービン用燃料としてよく用いられる液化天然ガ
スの自発火温度630℃)を超える場合には、予混合器
内で自発火が生じる可能性がある。これら予混合器内に
おける逆火や自発火の発生は燃焼を不安定にし、NOx
を増大させる原因となる。よって再生サイクルにより6
00℃を越える空気を用いたガスタービンで、低NOx
化のため予混合燃焼方式を用いることは実現が困難であ
ると考えられる。
[0006] When high-temperature compressed air is supplied by the regeneration cycle method to a combustor that performs the conventional diffusion combustion method and the premix combustion method in combination, the combustion speed of the premixed flame remarkably increases and the premixed flame is increased. The flashback potential into the mixer increases. If the temperature of the compressed air exceeds the self-ignition temperature of the fuel (the self-ignition temperature of liquefied natural gas frequently used as gas turbine fuel is 630 ° C.), self-ignition may occur in the premixer. The occurrence of flashback or spontaneous ignition in these premixers destabilizes combustion and causes NOx
Cause an increase. Therefore, depending on the regeneration cycle, 6
A gas turbine that uses air exceeding 00 ° C and has low NOx
It is considered difficult to use a premixed combustion system for the purpose of realization.

【0007】本発明の目的は、再生サイクルによる高温
空気を用いても安定した燃焼が可能であり、かつ低NO
x化を図ることのできるガスタービン燃焼器を提供する
ことにある。
An object of the present invention is to achieve stable combustion even with high-temperature air by a regeneration cycle and to achieve low NO.
An object of the present invention is to provide a gas turbine combustor capable of achieving x conversion.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】(1)上記目的を達成す
るために、本発明は、空気と燃料を拡散混合させながら
燃焼させるパイロットバーナーと、前記パイロットバー
ナーにより生じた燃焼ガス中に空気と燃料を個別に噴出
し、それぞれ前記燃焼ガスと混合してから熱反応を生じ
させることにより緩慢燃焼を行わせる緩慢燃焼バーナー
とを備えるものとする。
(1) In order to achieve the above object, the present invention provides a pilot burner for burning while diffusing and mixing air and fuel, and air and fuel contained in the combustion gas generated by the pilot burner. A slow-burning burner for injecting the fuel individually, mixing the fuel with the combustion gas, and causing a thermal reaction to perform slow combustion is provided.

【0009】このようにパイロットバーナーと緩慢燃焼
バーナーとを設けることにより、拡散燃焼による安定し
た高温の燃焼ガスを利用して明確な火炎及び高温部分を
形成させることのない緩慢燃焼を行うことができ、その
結果、再生サイクルによる高温の圧縮空気を用いた場合
でも逆火や自発火を起こすことなく、安定した燃焼が可
能であり、かつNOxを低減することができる。
By providing the pilot burner and the slow burner in this manner, slow burn can be performed without forming a clear flame and a high-temperature portion using stable high-temperature combustion gas by diffusion combustion. As a result, even when high-temperature compressed air from the regeneration cycle is used, stable combustion is possible without reducing flashback or spontaneous ignition, and NOx can be reduced.

【0010】(2)上記(1)のガスタービン燃焼器に
おいて、好ましくは、前記緩慢燃焼バーナーは、前記空
気と燃料を前記パイロットバーナーにより生じた燃焼ガ
ス中に個別にジェット状に噴出するバーナーであるもの
とする。
(2) In the gas turbine combustor according to the above (1), preferably, the slow burner is a burner that jets the air and the fuel individually into a jet gas into the combustion gas generated by the pilot burner. There is.

【0011】このように燃焼ガス中に空気と燃料をジェ
ット状に噴出することにより、燃焼ガス中に噴出した空
気と燃料は燃焼ガスと混合してから熱反応を生じさせる
ものとなる。
By jetting air and fuel into the combustion gas in the form of a jet, the air and the fuel jetted into the combustion gas mix with the combustion gas and cause a thermal reaction.

【0012】(3)上記(1)のガスタービン燃焼器に
おいて、好ましくは、前記緩慢燃焼バーナーは、前記空
気と燃料をそれらが直接接触しないような高速で前記パ
イロットバーナーにより生じた燃焼ガス中に個別に噴出
するバーナーであるものとする。
(3) In the gas turbine combustor according to the above (1), preferably, the slow burner burns the air and the fuel into the combustion gas generated by the pilot burner at such a high speed that they do not come into direct contact with each other. It shall be a burner that spouts individually.

【0013】このように空気と燃料を直接接触しないよ
うな高速で燃焼ガス中に噴出させることにより、燃焼ガ
ス中に噴出した空気と燃料は燃焼ガスと混合してから熱
反応を生じさせるものとなる。
By injecting the fuel into the combustion gas at such a high speed that the air and fuel do not come into direct contact with each other, the air and fuel injected into the combustion gas mix with the combustion gas and then cause a thermal reaction. Become.

【0014】(4)上記(1)のガスタービン燃焼器に
おいて、好ましくは、前記緩慢燃焼バーナーは、前記空
気と燃料を前記ガスタービン燃焼器出口の燃焼ガスの平
均流出速度の2倍以上の高速で噴出するバーナーである
ものとする。
(4) In the gas turbine combustor according to the above (1), preferably, the slow burner burns the air and the fuel at a high speed of at least twice the average outflow speed of the combustion gas at the outlet of the gas turbine combustor. It is assumed that it is a burner spouting.

【0015】このような速度で空気と燃料を噴出するこ
とにより、燃焼ガス中に噴出した空気と燃料は燃焼ガス
と混合してから熱反応を生じさせるものとなる。
By ejecting air and fuel at such a speed, the air and fuel ejected into the combustion gas cause a thermal reaction after mixing with the combustion gas.

【0016】(5)上記(1)〜(4)のいずれかのガ
スタービン燃焼器において、好ましくは、前記緩慢燃焼
バーナーは、前記パイロットバーナーの周囲に同心円状
に配置された複数のノズル配列を有するバーナーである
ものとする。
(5) In the gas turbine combustor according to any one of the above (1) to (4), preferably, the slow burner includes a plurality of nozzle arrays arranged concentrically around the pilot burner. Burner.

【0017】(6)上記(1)〜(4)のいずれかのガ
スタービン燃焼器において、好ましくは、前記緩慢燃焼
バーナーは、前記パイロットバーナーの周囲に配置され
た複数の独立した緩慢燃焼バーナーを有するものとす
る。
(6) In the gas turbine combustor according to any one of the above (1) to (4), preferably, the slow burner includes a plurality of independent slow burners disposed around the pilot burner. Shall have.

【0018】(7)上記(1)〜(4)のいずれか1項
記載のガスタービン燃焼器において、好ましくは、前記
緩慢燃焼バーナーは、複数に分割された燃料供給系統を
有し、燃料を供給する前記燃料供給系統の数を、ガスタ
ービンの負荷の大きさに応じて段階的に切換増減するバ
ーナーであるものとする。
(7) In the gas turbine combustor according to any one of the above (1) to (4), preferably, the slow combustion burner has a fuel supply system divided into a plurality of parts, and the fuel is burned. It is assumed that the burner is configured to switch the number of the supplied fuel supply systems stepwise according to the magnitude of the load of the gas turbine.

【0019】これにより、ガスタービンの負荷に応じた
起動及び運転が可能となる。
Thus, the starting and the operation according to the load of the gas turbine can be performed.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従い説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0021】図1は本発明の第1の実施の形態に係わる
燃焼器の軸方向断面図であり、図2は、図1中の矢視A
から見た燃焼器の側面図である。なお、以下において、
燃焼ガスの流通方向Bの上流側を後方側とし、下流側を
前方側とする。
FIG. 1 is an axial sectional view of a combustor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along a line A in FIG.
FIG. 3 is a side view of the combustor as viewed from above. In the following,
The upstream side in the combustion gas flow direction B is defined as the rear side, and the downstream side is defined as the front side.

【0022】図1において、1は燃焼器であって、燃焼
器1は円筒形の燃焼器ケース2と、この燃焼器ケース2
の一端の内側に取り付けられたバーナー組立体3とを有
している。バーナー組立体3は中央部に位置するパイロ
ットバーナー5と、パイロットバーナー5を取り囲む緩
慢燃焼バーナー6とで構成されている。緩慢燃焼バーナ
ー6は筒体3aと、この筒体3aの先端に設置された緩
慢燃焼用の環状のノズルプレート4を有し、このノズル
プレート4の内側にパイロットバーナー5が設置されて
いる。筒体3aの後方には隔壁円板7が配置され、隔壁
円板7の後方側面には環状マニホールド23が取り付け
られている。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a combustor. The combustor 1 has a cylindrical combustor case 2 and a combustor case 2.
And a burner assembly 3 mounted inside one end of the burner. The burner assembly 3 includes a pilot burner 5 located at the center and a slow burning burner 6 surrounding the pilot burner 5. The slow burner 6 has a cylinder 3a and an annular nozzle plate 4 for slow combustion installed at the tip of the cylinder 3a. A pilot burner 5 is installed inside the nozzle plate 4. A partition disk 7 is arranged behind the cylindrical body 3a, and an annular manifold 23 is attached to a rear side surface of the partition disk 7.

【0023】燃焼器ケース2の軸方向中央よりやや前方
側には周方向に隔置された複数の希釈用空気孔8が形成
されている。
A plurality of dilution air holes 8 are formed in the combustor case 2 at a position slightly forward of the center in the axial direction, and are spaced apart in the circumferential direction.

【0024】バーナー組立体3の筒体3aの先端側の外
周上にはシールバネ9が設けられ、このシールバネ9に
より燃焼器ケース2との嵌合部の気密を確保している。
A seal spring 9 is provided on the outer periphery of the burner assembly 3 on the distal end side of the cylindrical body 3a, and the seal spring 9 ensures airtightness of a fitting portion with the combustor case 2.

【0025】また、緩慢燃焼バーナー6はノズルプレー
ト4の周方向に同心円状に配置された8組の緩慢燃焼ノ
ズル10を有し、各緩慢燃焼ノズル10は中央に位置し
ノズルプレート4の前面で開口する燃料ノズル28と、
ノズルプレート4の燃料ノズル28の周囲に形成された
8つの空気ノズル29とからなっている。燃料ノズル2
8は燃料ノズル管12bの先端開口部で構成されてい
る。
The slow-burning burner 6 has eight slow-burning nozzles 10 concentrically arranged in the circumferential direction of the nozzle plate 4. Each slow-burning nozzle 10 is located at the center and is located at the front of the nozzle plate 4. A fuel nozzle 28 that opens,
It comprises eight air nozzles 29 formed around the fuel nozzles 28 of the nozzle plate 4. Fuel nozzle 2
Reference numeral 8 denotes an opening at the tip of the fuel nozzle tube 12b.

【0026】パイロットバーナー5はその中央部に1つ
の燃料ノズル11を有し、その外周には旋回器13が同
軸心的に設けられている。燃料ノズル11は燃料ノズル
管12aの先端開口部で構成されている。旋回器13は
後方から流入した空気を周方向に旋回させながら前方へ
噴出させる。
The pilot burner 5 has one fuel nozzle 11 at the center thereof, and a swirler 13 is coaxially provided on the outer periphery thereof. The fuel nozzle 11 is formed by an opening at the tip of a fuel nozzle tube 12a. The swirler 13 ejects the air that has flowed in from the rear to the front while swirling in the circumferential direction.

【0027】隔壁円板7は筒体3aの後端から離間して
配置されており、パイロットバーナー5及び各緩慢燃焼
バーナー6の各燃料ノズル管12a,12bはこの隔壁
円板7に接続され、かつ燃料ノズル管12aは隔壁円板
7を貫通して更に後方に伸びると共に、緩慢燃焼バーナ
ー6の各燃料ノズル管12bは環状マニホールド23の
内部に連通している。
The partition disk 7 is arranged at a distance from the rear end of the cylindrical body 3a, and the fuel nozzle pipes 12a and 12b of the pilot burner 5 and each slow burner 6 are connected to the partition disk 7. The fuel nozzle tubes 12a extend further rearward through the partition disk 7, and the fuel nozzle tubes 12b of the slow burner 6 communicate with the inside of the annular manifold 23.

【0028】また、パイロットバーナー5の旋回器13
及び各緩慢燃焼バーナー6の各空気ノズル11は、隔壁
円板7とノズルプレート4との間に形成された空間であ
る圧縮空気チャンバ14に開口している。
The swirler 13 of the pilot burner 5
Each air nozzle 11 of each slow combustion burner 6 opens to a compressed air chamber 14 which is a space formed between the partition disk 7 and the nozzle plate 4.

【0029】図3は、本実施の形態に係わるガスタービ
ン燃焼器を用いた再生サイクル方式のガスタービンの概
略構成図である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a regeneration cycle type gas turbine using the gas turbine combustor according to the present embodiment.

【0030】図3において、圧縮機101と、タービン
部103と、再生熱交換器104と、上記の燃焼器1と
でガスタービン全体が構成されている。燃焼器1は圧縮
機101から供給された圧縮空気により燃料を燃焼させ
て燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスを燃焼ガス通路10
6を通じてタービン部103に送り、タービン部103
はその燃焼ガスによりジェネレータ(発電機)Gを回転
駆動し燃焼ガスのエネルギを電気エネルギーとして変換
する。タービン部103で仕事をした燃焼ガスは、排ガ
ス通路107を通じて外部に排出される。
In FIG. 3, a compressor 101, a turbine section 103, a regenerative heat exchanger 104, and the above-described combustor 1 constitute an entire gas turbine. The combustor 1 burns fuel with the compressed air supplied from the compressor 101 to generate a combustion gas.
6 to the turbine section 103, and the turbine section 103
Drives the generator (generator) G with the combustion gas to convert the energy of the combustion gas into electric energy. The combustion gas that has worked in the turbine section 103 is discharged outside through an exhaust gas passage 107.

【0031】また、圧縮機101から圧縮空気通路10
5を通過する圧縮空気は、再生熱交換器104にて排ガ
ス通路107を通過する排ガスから排熱を回収して60
0℃を越える高温空気となり、燃焼器1に供給される。
The compressor 101 is connected to the compressed air passage 10.
5 passes through the regenerative heat exchanger 104 to recover exhaust heat from exhaust gas passing through the exhaust gas
High-temperature air exceeding 0 ° C. is supplied to the combustor 1.

【0032】図1に戻り、圧縮空気通路105から供給
された圧縮空気15は、圧縮空気チャンバ14を介して
パイロットバーナー5の旋回器13及び各緩慢燃焼バー
ナー6の空気ノズル29に流入し、燃焼器ケース2内へ
噴出される。このとき、旋回器13からの圧縮空気15
は、周方向に旋回しながら噴出される。
Returning to FIG. 1, the compressed air 15 supplied from the compressed air passage 105 flows into the swirler 13 of the pilot burner 5 and the air nozzle 29 of each slow burning burner 6 through the compressed air chamber 14 and burns. It is ejected into the container case 2. At this time, the compressed air 15 from the swirler 13
Is ejected while turning in the circumferential direction.

【0033】ガスタービン起動〜低負荷時は、図示しな
い燃料供給系統より燃料ノズル管12aを介してパイロ
ットバーナー5の燃料ノズル11にだけ燃料16を供給
し、拡散火炎17を形成する。この拡散火炎17は、旋
回器13から噴出された空気旋回流が燃料16と直接混
ざりながら燃焼するため安定的に形成される。また、こ
の時点で各緩慢燃焼ノズル10の各空気ノズル29から
も圧縮空気15が噴出され、拡散燃焼ガスを希釈する役
割を果たす。
From the start of the gas turbine to the time of low load, the fuel 16 is supplied only from the fuel supply system (not shown) to the fuel nozzle 11 of the pilot burner 5 via the fuel nozzle pipe 12a to form a diffusion flame 17. This diffusion flame 17 is formed stably because the swirling air jet ejected from the swirler 13 burns while directly mixing with the fuel 16. At this time, the compressed air 15 is also ejected from each of the air nozzles 29 of each of the slow combustion nozzles 10 and serves to dilute the diffusion combustion gas.

【0034】その後、ガスタービンの負荷上昇に伴い、
環状マニホールド23および燃料ノズル管12bを介し
て各緩慢燃焼ノズル10の各燃料ノズル28にも燃料1
6が供給される。このとき、燃料16は後述するような
高速のジェット状で噴出され、パイロットバーナー5の
拡散火炎をパイロット火炎として用いることにより、安
定した緩慢燃焼が行われ低NOxでの運用が維持され
る。また、この時点で燃焼器ケース2の各希釈用空気孔
8から希釈用空気18が流入されることにより、拡散燃
焼ガスと緩慢燃焼ガスの混合が助長されると共に、燃焼
ガス全体の温度が調整される。
Thereafter, as the load on the gas turbine increases,
The fuel 1 is also supplied to each fuel nozzle 28 of each slow combustion nozzle 10 via the annular manifold 23 and the fuel nozzle pipe 12b.
6 are supplied. At this time, the fuel 16 is ejected in the form of a high-speed jet as described later, and by using the diffusion flame of the pilot burner 5 as the pilot flame, stable slow combustion is performed and operation at low NOx is maintained. At this time, the inflow of the dilution air 18 from each of the dilution air holes 8 of the combustor case 2 promotes the mixing of the diffusion combustion gas and the slow combustion gas, and adjusts the temperature of the entire combustion gas. Is done.

【0035】次に緩慢燃焼の原理を図4を用いて説明す
る。図4は、緩慢燃焼を行っているときの緩慢燃焼バー
ナー6の要部の軸方向断面図であり、図中の上方が燃焼
ガスの下流側(燃焼器1の前方側)に相当する。
Next, the principle of slow combustion will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an axial cross-sectional view of a main part of the slow combustion burner 6 during slow combustion. The upper part in the figure corresponds to the downstream side of the combustion gas (the front side of the combustor 1).

【0036】図4において、燃料ノズル28及び空気ノ
ズル29からは、数十m/s程度の高速ジェット状に燃
料16及び空気15が個別に噴出されている。一旦、燃
料ノズル28と空気ノズル29の下流側に拡散火炎が形
成されると、その燃焼による高温燃焼ガス20中に空気
15及び燃料16がジェット状に噴出されることにな
り、このとき高温燃焼ガス20の強い巻き込み渦19が
形成される。そのため、噴出された空気15は、一種の
不活性ガスである高温燃焼ガス20を巻き込んで混合す
ることにより希釈され、相対的に酸素濃度が低下する。
また、噴出された燃料16は、高温燃焼ガス20を巻き
込んで混合することにより、高温燃焼ガス20の熱によ
って熱分解が生じる。
In FIG. 4, the fuel 16 and the air 15 are individually jetted from the fuel nozzle 28 and the air nozzle 29 in the form of a high-speed jet of about several tens m / s. Once a diffusion flame is formed on the downstream side of the fuel nozzle 28 and the air nozzle 29, the air 15 and the fuel 16 are jetted into the high-temperature combustion gas 20 resulting from the combustion. A strong entrainment vortex 19 of gas 20 is formed. Therefore, the jetted air 15 is diluted by involving and mixing the high-temperature combustion gas 20 which is a kind of inert gas, and the oxygen concentration is relatively reduced.
In addition, the injected fuel 16 entrains and mixes the high-temperature combustion gas 20, so that the heat of the high-temperature combustion gas 20 causes thermal decomposition.

【0037】ここで、例えば空気15の酸素濃度が通常
の21%程度とし、燃料16をメタン(CH4)とした
場合には、以下のような反応が進行する。 ・空気:空気(21%O2)+燃焼ガス(15%O2)→
希釈空気(17〜18%O2) ・燃料:2CH4+O2 → 2CO+2H2(熱分解) これら相対的に酸素濃度の低下した希釈空気と、熱分解
した燃料により、燃料ノズル28と空気ノズル29の下
流側に、以下のような熱反応(一種の燃焼)が非常に緩
慢に進む熱反応領域(以下、緩慢燃焼領域21という)
が形成される。
Here, for example, when the oxygen concentration of the air 15 is about 21% of normal and the fuel 16 is methane (CH 4 ), the following reaction proceeds.・ Air: air (21% O 2 ) + combustion gas (15% O 2 ) →
Dilution air (17 to 18% O 2 ) Fuel: 2CH 4 + O 2 → 2CO + 2H 2 (pyrolysis) The fuel nozzle 28 and the air nozzle 29 are formed by the dilute air having a relatively low oxygen concentration and the pyrolyzed fuel. A thermal reaction region (hereinafter, referred to as a slow combustion region 21) in which a thermal reaction (a kind of combustion) proceeds very slowly as follows:
Is formed.

【0038】2H2+O2 → 2H2O+反応熱 2CO+O2 → 2CO2+反応熱 また、燃料ノズル28及び空気ノズル29の間の死水領
域には、循環流22が形成されるため、その領域には安
定した緩慢燃焼領域21が形成される。この緩慢燃焼領
域21には、明確な火炎及び高温部分が形成されないた
め、NOxの発生を抑制できる。
2H 2 + O 2 → 2H 2 O + reaction heat 2CO + O 2 → 2CO 2 + reaction heat In the dead water region between the fuel nozzle 28 and the air nozzle 29, a circulating flow 22 is formed. The stable slow combustion region 21 is formed. Since no definite flame and high-temperature portion are formed in the slow combustion region 21, the generation of NOx can be suppressed.

【0039】ここで、本発明における空気15と燃料1
6の噴出速度は、ガスタービン燃焼器1出口における燃
焼ガス平均流速の2倍以上であるのが好ましい。
Here, the air 15 and the fuel 1 in the present invention
The ejection speed of No. 6 is preferably at least twice the average combustion gas flow velocity at the outlet of the gas turbine combustor 1.

【0040】噴出速度が遅すぎると空気15と燃料16
が直接混合してしまい、その後すぐに燃焼して明確な火
炎や高温部分を形成しNOxの発生が増加してしまう。
燃料16の種類やその他の条件にもよるが、噴出速度が
遅くともガスタービン燃焼器出口の燃焼ガス平均流速の
2倍以上であれば、空気と燃料は直接混合せずに個別に
燃焼ガスに噴出されて良好な緩慢燃焼を行えることが判
明した。
If the ejection speed is too slow, the air 15 and the fuel 16
Are directly mixed and then burned immediately afterwards to form a distinct flame or high-temperature portion, thereby increasing the generation of NOx.
Depending on the type of the fuel 16 and other conditions, if the injection speed is at least twice as high as the average combustion gas flow velocity at the gas turbine combustor outlet, the air and fuel are individually injected into the combustion gas without being directly mixed. It has been found that good slow combustion can be performed.

【0041】次に、比較例として、拡散燃焼方式と予混
合燃焼方式を併用した従来の燃焼器について説明する。
Next, as a comparative example, a conventional combustor using both a diffusion combustion system and a premix combustion system will be described.

【0042】図5はこのような従来技術による燃焼器の
軸方向断面図である。図5において、200は拡散燃焼
によるパイロットバーナーであり、拡散火炎用燃料ノズ
ル201と、旋回器202とで構成されており、このパ
イロットバーナー200の周囲に2重管構造の予混合器
203が設けられている。予混合器203の後方から圧
縮空気15が供給され、その内部には燃料ノズル204
が設けられている。
FIG. 5 is an axial sectional view of such a conventional combustor. In FIG. 5, reference numeral 200 denotes a pilot burner for diffusion combustion, which includes a diffusion flame fuel nozzle 201 and a swirler 202, and a double-tube premixer 203 is provided around the pilot burner 200. Have been. Compressed air 15 is supplied from the rear of the premixer 203, and a fuel nozzle 204 is provided therein.
Is provided.

【0043】予混合器203内では後方から供給された
圧縮空気15と燃料ノズル204から噴出された燃料1
6とが混合して予混合気205が生成される。この予混
合気205は予混合器203の前方端部から放出され、
パイロットバーナー202による拡散火炎206をパイ
ロット火炎として着火され予混合燃焼を行う。この予混
合燃焼は、すでに燃焼しやすい状態にある予混合気20
5を常に直接着火していることにより、安定した予混合
火炎207を形成する。
In the premixer 203, the compressed air 15 supplied from the rear and the fuel 1 injected from the fuel nozzle 204
6 are mixed with each other to generate a premixed gas 205. This premixed gas 205 is discharged from the front end of the premixer 203,
The diffusion flame 206 by the pilot burner 202 is ignited as a pilot flame to perform premix combustion. This premixed combustion is performed in the premixed gas 20 which is already in a state where it is easy to burn.
5 is always ignited directly, so that a stable premixed flame 207 is formed.

【0044】このような燃焼方式の場合は、予混合火炎
207を含めた燃焼器全体の燃焼を安定させることが可
能であると同時に、拡散燃焼に対する予混合燃焼の割合
を増加させる(即ち予混合燃焼をメインとする)ことに
より排気ガス中のNOxの発生を低減することができ
る。
In the case of such a combustion system, it is possible to stabilize the combustion of the entire combustor including the premixed flame 207 and, at the same time, to increase the ratio of the premixed combustion to the diffusion combustion (ie, the premixed combustion). By mainly performing combustion), it is possible to reduce the generation of NOx in the exhaust gas.

【0045】しかし、エネルギー熱効率の向上を目的と
してこのような燃焼器に再生サイクル方式を適用した場
合には、燃焼器に供給される圧縮空気が600℃を越
え、予混合火炎207の燃焼速度が著しく上昇するため
に、予混合器203内への逆火ポテンシャルも著しく増
大する。さらに、圧縮空気15の温度が燃料の自発火温
度(ガスタービン運用によく用いられる液化天然ガスの
自発火温度630℃)を越えると、予混合器203内で
自発火が生じる可能性がある。再生サイクル方式を適用
する場合には、このような問題から予混合燃焼方式を用
いることができなかった。
However, when the regeneration cycle system is applied to such a combustor for the purpose of improving energy heat efficiency, the compressed air supplied to the combustor exceeds 600 ° C., and the combustion speed of the premixed flame 207 is reduced. Due to the significant rise, the flashback potential into the premixer 203 also increases significantly. Furthermore, if the temperature of the compressed air 15 exceeds the self-ignition temperature of the fuel (the self-ignition temperature of liquefied natural gas used for gas turbine operation is 630 ° C.), autoignition may occur in the premixer 203. When the regeneration cycle method is applied, the premix combustion method cannot be used due to such a problem.

【0046】このような従来技術に対し、上述した本実
施の形態の燃焼器1は自発火や逆火の発生しやすい予混
合気を用いることなく、明確な火炎及び高温部分を形成
しない緩慢燃焼を行うことから、600℃を越える高温
の圧縮空気を用いた場合でも逆火や自発火を発生させる
ことなく、かつ確実にNOxの発生を低減することがで
きる。
In contrast to such a conventional technique, the above-described combustor 1 according to the present embodiment does not use a premixed gas which is liable to generate spontaneous ignition or flashback, and uses slow combustion which does not form a clear flame and a high-temperature portion. Therefore, even when high-temperature compressed air exceeding 600 ° C. is used, generation of NOx can be reliably reduced without generating flashback or spontaneous ignition.

【0047】従って、本実施の形態によるガスタービン
燃焼器を用いることにより、再生サイクルによる高温空
気を用いても安定した燃焼を行いつつNOxの発生を抑
えることができ、再生サイクル方式による高いエネルギ
ー熱効率での運用が可能となる。
Therefore, by using the gas turbine combustor according to the present embodiment, it is possible to suppress the generation of NOx while performing stable combustion even when using high-temperature air in the regeneration cycle, and to achieve high energy heat efficiency in the regeneration cycle system. It is possible to operate with.

【0048】本発明の第2の実施の形態を図6、図7に
より説明する。図中、図2、図3に示す部分と同等の部
分には同じ符号を付し説明を省略する。本実施の形態
は、複数の緩慢燃焼ノズルをそれぞれ独立した構成の緩
慢燃焼バーナーとして設けたものである。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the figure, parts that are the same as the parts shown in FIGS. 2 and 3 are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted. In the present embodiment, a plurality of slow burning nozzles are provided as slow burning burners each having an independent configuration.

【0049】図6、図7において、本実施の形態による
燃焼器1Aは、プレート27に嵌合されてそれぞれ独立
に構成した4つの緩慢燃焼バーナー6Aを備えている。
6 and 7, the combustor 1A according to the present embodiment includes four slow combustion burners 6A which are fitted to the plate 27 and are formed independently of each other.

【0050】各緩慢燃焼バーナー6Aは小径のバーナー
ケース24の先端に円板25を設置し、円板25には中
央に燃料ノズル28を1つ設け、その周囲に8つの空気
ノズル29を設けて1組の緩慢燃焼ノズル10を構成し
ている。
Each slow-burning burner 6A has a small-diameter burner case 24 provided with a disk 25 at the end thereof, a disk 25 provided with one fuel nozzle 28 at the center, and eight air nozzles 29 provided around the fuel nozzle 28. One set of slow combustion nozzles 10 is configured.

【0051】以上のように構成した本実施の形態におい
ては、パイロットバーナー5で拡散燃焼を行い、更に環
状マニホールド23を介して全ての緩慢燃焼バーナー6
Aに一括して燃料16を供給することにより、第1の実
施の形態と同様の緩慢燃焼を行うことができ、再生サイ
クルによる高温の圧縮空気15を用いた場合でも逆火や
自発火を起こすことなく、かつNOxの発生を低減する
ことができる。
In this embodiment constructed as described above, diffusion combustion is performed by the pilot burner 5, and all the slow combustion burners 6 are formed via the annular manifold 23.
By supplying the fuel 16 collectively to A, the same slow combustion as in the first embodiment can be performed, and even when the high-temperature compressed air 15 from the regeneration cycle is used, flashback or spontaneous ignition occurs. And the generation of NOx can be reduced.

【0052】また本実施の形態においては、各緩慢燃焼
バーナー6Aをバーナー組立体3Aと独立に構成(プレ
ート27と別体で構成)していることにより、個別に修
理・交換することができ、それによりメンテナンス作業
が容易になる。
In this embodiment, since each slow burner 6A is configured independently of the burner assembly 3A (configured separately from the plate 27), it can be individually repaired or replaced. This facilitates maintenance work.

【0053】本発明の第3の実施の形態を図8、図9に
より説明する。図中、図2、図3に示す部分と同等の部
分には同じ符号を付し説明を省略する。本実施の形態
は、2つの独立した燃料供給系統より燃料が供給される
8組の緩慢燃焼ノズルに対し、タービン負荷の大きさに
応じて燃料を供給する緩慢燃焼ノズルの数を段階的に増
減切換できるようにしたものである。
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the figure, parts that are the same as the parts shown in FIGS. 2 and 3 are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted. In the present embodiment, the number of slow combustion nozzles for supplying fuel according to the magnitude of the turbine load is increased or decreased stepwise with respect to eight sets of slow combustion nozzles to which fuel is supplied from two independent fuel supply systems. It is designed to be switchable.

【0054】図8,図9において、本実施の形態による
燃焼器1Bは、ノズルプレート4の中央部にパイロット
バーナー5を設け、その周囲のノズルプレート4に8組
の緩慢燃焼ノズル10a,10b,10c,10d,1
0e,10f,10g,10hを形成して緩慢燃焼バー
ナー6を設けている。また各緩慢燃焼ノズルの燃料ノズ
ル28を構成する燃料ノズル管12bはそれぞれ後方の
隔壁円板7を貫通して単体マニホールド26に連通し燃
料供給系統に接続されている。
8 and 9, in a combustor 1B according to the present embodiment, a pilot burner 5 is provided in the center of a nozzle plate 4, and eight sets of slow combustion nozzles 10a, 10b, 10c, 10d, 1
The slow burner 6 is provided by forming 0e, 10f, 10g, and 10h. The fuel nozzle pipes 12b constituting the fuel nozzles 28 of the slow combustion nozzles respectively penetrate the rear partition disk 7 and communicate with the single manifold 26 to be connected to the fuel supply system.

【0055】それらの燃料供給系統は第1段と第2段の
2つの燃料供給系統31,32に分割されており、第1
段燃料供給系統に属する4つの緩慢燃焼ノズル10a,
10b,10c,10dと、第2段燃料供給系統に属す
る他の4つの緩慢燃焼ノズル10e,10f,10g,
10hは、周方向で各段燃料供給系統別に交互に配置さ
れている。また各段の燃料供給系統31,32は、燃料
バルブ33,34を切り換えることによりそれぞれ燃料
16の供給量を独立して制御可能となっている。
The fuel supply system is divided into two fuel supply systems 31, 32 of a first stage and a second stage.
Four slow combustion nozzles 10a belonging to the stage fuel supply system,
10b, 10c, 10d and the other four slow burning nozzles 10e, 10f, 10g, belonging to the second stage fuel supply system.
10h are alternately arranged in the circumferential direction for each stage fuel supply system. The fuel supply systems 31 and 32 of each stage can independently control the supply amount of the fuel 16 by switching the fuel valves 33 and 34.

【0056】次に、以上のように構成した燃焼器の運転
方法を図10を用いて説明する。図10はタービン負荷
に対する各バーナーへの燃料供給量の関係を示す図であ
る。図10において、ガスタービンの起動時(タービン
負荷0%)からタービン負荷がX%未満の間の低負荷時
においては、パイロットバーナー5のみに燃料16を供
給して安定した拡散火炎17のみで運用し、タービン負
荷の大きさに応じて燃料供給量を連続的に増減して調整
する。
Next, an operation method of the combustor configured as described above will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between the turbine load and the amount of fuel supplied to each burner. In FIG. 10, when the gas turbine is started (turbine load 0%) and the turbine load is less than X% and the load is low, the fuel 16 is supplied only to the pilot burner 5 and operated only with the stable diffusion flame 17. Then, the fuel supply amount is continuously increased / decreased and adjusted according to the magnitude of the turbine load.

【0057】またガスタービンを起動した時点から、圧
縮空気チャンバ14から圧縮空気15が供給されて旋回
器13から噴出し燃料16と混合して燃焼すると共に、
各緩慢燃焼ノズル10の空気ノズル29からも圧縮空気
15が噴出されて拡散燃焼ガスを希釈している。
Further, from the time when the gas turbine is started, the compressed air 15 is supplied from the compressed air chamber 14 and injected from the swirler 13 to mix with the fuel 16 and burn.
The compressed air 15 is also ejected from the air nozzle 29 of each slow combustion nozzle 10 to dilute the diffusion combustion gas.

【0058】その後タービン負荷が上昇してX%に達し
た時、パイロットバーナー5への燃料供給量を低減する
と共に、燃料バルブ33を開いて第1段燃料供給系統に
属する緩慢燃焼ノズル10a,10b,10c,10d
へ緩慢燃焼に必要な量の燃料を供給する。
Thereafter, when the turbine load increases and reaches X%, the fuel supply amount to the pilot burner 5 is reduced, and the fuel valve 33 is opened to open the slow combustion nozzles 10a and 10b belonging to the first stage fuel supply system. , 10c, 10d
Supply the required amount of fuel for slow combustion.

【0059】ここで、上述したように緩慢燃焼ノズル1
0a,10b,10c,10dが緩慢燃焼を行うには、
空気15と燃料16をそれぞれ拡散燃焼ガスに対し直接
接触しても燃焼しないほどの高い速度で噴出混合させる
必要があるため、燃料ノズル28及び空気ノズル29の
径が固定されている以上、ある程度より多くの燃料供給
量を必要とする時点で初めて緩慢燃焼を行わせることが
できる。
Here, as described above, the slow combustion nozzle 1
In order for 0a, 10b, 10c, and 10d to perform slow combustion,
Since the air 15 and the fuel 16 need to be jetted and mixed at such a high speed that they do not burn even if they come into direct contact with the diffusion combustion gas, the diameters of the fuel nozzle 28 and the air nozzle 29 are fixed. Slow combustion can be performed only when a large amount of fuel is required.

【0060】すなわち、このX%のタービン負荷は、第
1段燃料供給系統31に属する4つの緩慢燃焼ノズル1
0a,10b,10c,10dを合わせて作動させた場
合の最低出力(緩慢燃焼を行える最小燃料供給時の出
力)を必要とする部分負荷も大きな負荷であり、このタ
ービン負荷がX%以上に達した時点で初めて第1段燃料
供給系統31に属する緩慢燃焼ノズル10a,10b,
10c,10dに同量の燃料16が供給され、緩慢燃焼
バーナー6全体の半分で緩慢燃焼を行う。
That is, the turbine load of this X% corresponds to four slow combustion nozzles 1 belonging to the first stage fuel supply system 31.
The partial load requiring the minimum output (the output at the time of the minimum fuel supply at which the slow combustion can be performed) in the case where the turbines 0a, 10b, 10c, and 10d are operated together is also a large load. For the first time, the slow combustion nozzles 10a, 10b belonging to the first stage fuel supply system 31
The same amount of fuel 16 is supplied to 10c and 10d, and slow combustion is performed in half of the entire slow burner 6.

【0061】タービン負荷がX%からY%の間の中負荷
時においては、第1段燃料供給系統31への燃料供給量
を一定に維持し、タービン負荷の大きさに応じてパイロ
ットバーナー5への燃料供給量を連続的に増減して調整
する。
When the turbine load is a medium load between X% and Y%, the fuel supply amount to the first stage fuel supply system 31 is kept constant, and the fuel is supplied to the pilot burner 5 according to the magnitude of the turbine load. Is adjusted by continuously increasing or decreasing the fuel supply amount.

【0062】さらにタービン負荷が上昇してY%に達し
た時、再度パイロットバーナー5への燃料供給量を低減
すると共に、燃料バルブ34を開いて第2段燃料供給系
統32に属する緩慢燃焼ノズル10e,10f,10
g,10hへの緩慢燃焼必要量の燃料の供給を開始し、
緩慢燃焼バーナー6全体で緩慢燃焼を行う。
When the turbine load further increases and reaches Y%, the fuel supply amount to the pilot burner 5 is reduced again, and the fuel valve 34 is opened to open the slow combustion nozzle 10e belonging to the second stage fuel supply system 32. , 10f, 10
g, start supplying the required amount of fuel to 10h,
Slow combustion is performed by the entire slow burner 6.

【0063】タービン負荷がY%から100%定格負荷
の間の高負荷時においては、パイロットバーナー5への
燃料供給量を低いまま一定に維持し、タービン負荷の大
きさに応じて第1段及び第2段の燃料供給系統31,3
2に属する全ての緩慢燃焼ノズル10a,10b,10
c,10d,10e,10f,10g,10hへの燃料
供給量を連続的に増減して調整する。
When the turbine load is at a high load between Y% and 100% rated load, the fuel supply to the pilot burner 5 is kept constant at a low level. Second stage fuel supply system 31,3
2 all slow combustion nozzles 10a, 10b, 10
The fuel supply amounts to c, 10d, 10e, 10f, 10g, and 10h are continuously increased or decreased to be adjusted.

【0064】以上のように構成した本実施の形態及びそ
の燃料供給方法によれば、ガスタービンの起動からター
ビン定格負荷の間のどの部分負荷時にも適切に対応して
燃料供給量を増減調整しつつも、各緩慢燃焼ノズル10
a,10b,10c,10d,10e,10f,10
g,10hにおける燃料噴出速度を適切に維持して常に
良好な緩慢燃焼を実現することができる。
According to the present embodiment and the fuel supply method configured as described above, the fuel supply amount is increased and decreased appropriately in response to any partial load between the start of the gas turbine and the rated load of the turbine. However, each slow burning nozzle 10
a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10
It is possible to always maintain good slow combustion by appropriately maintaining the fuel ejection speed at g and 10h.

【0065】なお、上記第3の実施の形態では、8組設
けた緩慢燃焼ノズル10a,10b,10c,10d,
10e,10f,10g,10hのうち半分(4つ)ず
つを2つの燃料供給系統31,32に振り分け、燃料1
6を供給する燃料供給系統の数を2段階で増減切換した
が、本発明のガスタービン燃焼器はこれに限られず、例
えば図11、図12に示すように4つの緩慢燃焼バーナ
ー6Aa,6Ab,6Ac,6Adを設けて各緩慢燃焼
バーナーごとに独立した4つの燃料供給系統35,3
6,37,38に接続されてそれぞれ段階的に燃料16
の供給を行う構成とすることも可能である。この場合の
タービン負荷に対する各バーナーへの燃料供給量の関係
は、図13に示すように燃料供給系統ごとに4段階の燃
料供給を行う。このように構成することにより、上記の
2段階の燃料供給を行う構成と比較して、さらに部分負
荷の変化に適切に対応した量の燃料を供給でき、より良
好な緩慢燃焼を維持しつつ運用コストを削減することが
できる。
In the third embodiment, eight slow combustion nozzles 10a, 10b, 10c, 10d,
Half (four) of each of 10e, 10f, 10g, and 10h is distributed to two fuel supply systems 31, 32, and the fuel 1
Although the number of fuel supply systems for supplying 6 is increased or decreased in two stages, the gas turbine combustor of the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIGS. 11 and 12, four slow combustion burners 6Aa, 6Ab, 6Ac, 6Ad and four independent fuel supply systems 35, 3 for each slow burner.
6, 37, and 38, each of which gradually
It is also possible to adopt a configuration in which supply is performed. In this case, the relationship between the turbine load and the amount of fuel supplied to each burner is such that fuel is supplied in four stages for each fuel supply system as shown in FIG. With this configuration, it is possible to supply an amount of fuel appropriately corresponding to the change in the partial load as compared with the configuration in which the two-stage fuel supply is performed, and to operate while maintaining better slow combustion. Costs can be reduced.

【0066】[0066]

【発明の効果】本発明によれば、拡散燃焼による安定し
た高温の燃焼ガスを利用して明確な火炎及び高温部分を
形成させることのない緩慢燃焼を行うことができ、その
結果、再生サイクルによる高温の圧縮空気を用いた場合
でも逆火や自発火を起こすことなく、安定した燃焼が可
能であり、かつNOxを低減することができる。
According to the present invention, it is possible to perform slow combustion without forming a clear flame and a high-temperature portion by using stable high-temperature combustion gas by diffusion combustion. Even when high-temperature compressed air is used, stable combustion is possible without reducing flashback or spontaneous ignition, and NOx can be reduced.

【0067】また、本発明によれば、どの部分負荷時に
も適切に対応して燃料供給量を増減調整しつつも、各緩
慢燃焼バーナーにおける燃料噴出速度を適切に維持して
常に良好な緩慢燃焼を実現することができる。
Further, according to the present invention, while appropriately increasing or decreasing the fuel supply amount in response to any partial load, the fuel injection speed in each slow combustion burner is appropriately maintained, and a good slow combustion is always achieved. Can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係わる燃焼器を適用する再生サイクル
方式のガスタービンの一例の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an example of a regeneration cycle type gas turbine to which a combustor according to the present invention is applied.

【図2】本発明の第1の実施の形態に係わる燃焼器の軸
方向断面図である。
FIG. 2 is an axial sectional view of the combustor according to the first embodiment of the present invention.

【図3】図2中の矢視Aから見た燃焼器の側面図であ
る。
FIG. 3 is a side view of the combustor as viewed from an arrow A in FIG. 2;

【図4】緩慢燃焼を行っている最中の緩慢燃焼バーナー
の軸方向断面図であり、
FIG. 4 is an axial cross-sectional view of a slow burning burner during slow burning;

【図5】拡散燃焼方式と予混合燃焼方式を併用した燃焼
器の軸方向断面図である。
FIG. 5 is an axial sectional view of a combustor using both a diffusion combustion system and a premix combustion system.

【図6】本発明の第2の実施の形態に係わる燃焼器の軸
方向断面図である。
FIG. 6 is an axial sectional view of a combustor according to a second embodiment of the present invention.

【図7】図6中の矢視Aから見た燃焼器の側面図であ
る。
FIG. 7 is a side view of the combustor as viewed from an arrow A in FIG.

【図8】本発明の第3の実施の形態に係わる燃焼器の軸
方向断面図である。
FIG. 8 is an axial sectional view of a combustor according to a third embodiment of the present invention.

【図9】図8中の矢視Aから見た燃焼器の側面図であ
る。
FIG. 9 is a side view of the combustor as viewed from an arrow A in FIG.

【図10】本発明の第3の実施の形態に係わる燃焼器の
タービン負荷に対する各バーナーへの燃料供給量の関係
を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a turbine load of a combustor and a fuel supply amount to each burner according to a third embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第3の実施の形態の変形例に係わる
燃焼器の軸方向断面図である。
FIG. 11 is an axial cross-sectional view of a combustor according to a modification of the third embodiment of the present invention.

【図12】図11中の矢視Aから見た燃焼器の側面図で
ある。
FIG. 12 is a side view of the combustor as viewed from an arrow A in FIG. 11;

【図13】本発明の第3の実施の形態の変形例に係わる
燃焼器のタービン負荷に対する各バーナーへの燃料供給
量の関係を示す図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating a relationship between a turbine load of a combustor and a fuel supply amount to each burner according to a modification of the third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1A,1B,1C 燃焼器 2 燃焼器ケース 3,3A バーナー組立体 3a 筒体 4 ノズルプレート 5 パイロットバーナー 6,6A, 緩慢燃焼バーナー 7,7A隔壁円板 8 希釈用空気孔 9 シールバネ 10 緩慢燃焼ノズル 11 燃料ノズル 12a,12b 燃料ノズル管 13 旋回器 14 圧縮空気チャンバ 15 圧縮空気 16 燃料 17 拡散火炎 18 希釈用空気 19 巻き込み渦 20 高温燃焼ガス 21 緩慢燃焼領域 22 循環流 23 環状マニホールド 24 バーナーケース 25 円板 26 単体マニホールド 27 プレート 28 燃料ノズル 29 空気ノズル 31 第1段燃料供給系統 32 第2段燃料供給系統 33,34 燃料バルブ 35 第1段燃料供給系統 36 第2段燃料供給系統 37 第3段燃料供給系統 38 第4段燃料供給系統 39,40,41,42 燃料バルブ 101 圧縮機 102 燃焼器 103 タービン部 104 再生熱交換器 105 圧縮空気通路 106 燃焼ガス通路 107 排ガス通路 G ジェネレータ 1, 1A, 1B, 1C Combustor 2 Combustor case 3, 3A Burner assembly 3a Tube 4 Nozzle plate 5 Pilot burner 6, 6A, Slow combustion burner 7, 7A Partition disk 8 Dilution air hole 9 Seal spring 10 Slow Combustion nozzle 11 Fuel nozzle 12a, 12b Fuel nozzle tube 13 Swirler 14 Compressed air chamber 15 Compressed air 16 Fuel 17 Diffusion flame 18 Dilution air 19 Entrained vortex 20 High temperature combustion gas 21 Slow combustion area 22 Circulating flow 23 Annular manifold 24 Burner case 25 disk 26 unitary manifold 27 plate 28 fuel nozzle 29 air nozzle 31 first stage fuel supply system 32 second stage fuel supply system 33,34 fuel valve 35 first stage fuel supply system 36 second stage fuel supply system 37 third Stage fuel supply system 38 4th stage fuel supply Integrated 39, 40, 41, 42 fuel valve 101 compressor 102 combustor 103 turbine unit 104 regenerative heat exchanger 105 the compressed air passage 106 combustion gas passage 107 exhaust passage G Generator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小泉 浩美 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・電機開発研究所内 (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・電機開発研究所内 Fターム(参考) 3K019 AA06 BA04 BB02 CC01 3K065 TA01 TA14 TC08 TD05 TG04 TH01 TH19 TJ03 TJ06 TL03 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hiromi Koizumi 7-2-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Power & Electric Development Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Narika Kobayashi Omika, Hitachi City, Ibaraki Prefecture 7-2-1, Machi-cho F-term in Hitachi, Ltd. Electric Power and Electrical Development Laboratory 3K019 AA06 BA04 BB02 CC01 3K065 TA01 TA14 TC08 TD05 TG04 TH01 TH19 TJ03 TJ06 TL03

Claims (7)

【特許請求の範囲】[The claims] 【請求項1】空気と燃料を拡散混合させながら燃焼させ
るパイロットバーナーと、前記パイロットバーナーによ
り生じた燃焼ガス中に空気と燃料を個別に噴出し、それ
ぞれ前記燃焼ガスと混合してから熱反応を生じさせるこ
とにより緩慢燃焼を行わせる緩慢燃焼バーナーとを備え
ることを特徴とするガスタービン燃焼器。
1. A pilot burner that burns while diffusing and mixing air and fuel, and air and fuel are separately jetted into combustion gas generated by the pilot burner, and mixed with the combustion gas, respectively, to perform a thermal reaction. A gas turbine combustor comprising: a slow combustion burner for performing slow combustion by causing the burner to generate a slow combustion.
【請求項2】請求項1記載のガスタービン燃焼器におい
て、前記緩慢燃焼バーナーは、前記空気と燃料を前記パ
イロットバーナーにより生じた燃焼ガス中に個別にジェ
ット状に噴出するバーナーであることを特徴とするガス
タービン燃焼器。
2. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein the slow burner is a burner that jets the air and the fuel individually into a jet gas into the combustion gas generated by the pilot burner. And gas turbine combustor.
【請求項3】請求項1記載のガスタービン燃焼器におい
て、前記緩慢燃焼バーナーは、前記空気と燃料をそれら
が直接接触しないような高速で前記パイロットバーナー
により生じた燃焼ガス中に個別に噴出するバーナーであ
ることを特徴とするガスタービン燃焼器。
3. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein said slow burner individually blows said air and fuel into the combustion gas generated by said pilot burner at such a high speed that they do not come into direct contact. A gas turbine combustor characterized by being a burner.
【請求項4】請求項1記載のガスタービン燃焼器におい
て、前記緩慢燃焼バーナーは、前記空気と燃料を前記ガ
スタービン燃焼器出口の燃焼ガスの平均流出速度の2倍
以上の高速で噴出するバーナーであることを特徴とする
ガスタービン燃焼器。
4. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein said slow combustion burner injects said air and fuel at a high speed of at least twice the average outflow velocity of the combustion gas at an outlet of said gas turbine combustor. A gas turbine combustor characterized by the following.
【請求項5】請求項1〜4のいずれか1項記載のガスタ
ービン燃焼器において、前記緩慢燃焼バーナーは、前記
パイロットバーナーの周囲に同心円状に配置された複数
のノズル配列を有するバーナーであることを特徴とする
ガスタービン燃焼器。
5. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein said slow burner is a burner having a plurality of nozzle arrangements arranged concentrically around said pilot burner. A gas turbine combustor characterized in that:
【請求項6】請求項1〜4のいずれか1項記載のガスタ
ービン燃焼器において、前記緩慢燃焼バーナーは、前記
パイロットバーナーの周囲に配置された複数の独立した
緩慢燃焼バーナーを有することを特徴とするガスタービ
ン燃焼器。
6. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein said slow burner has a plurality of independent slow burners disposed around said pilot burner. And gas turbine combustor.
【請求項7】請求項1〜4のいずれか1項記載のガスタ
ービン燃焼器において、前記緩慢燃焼バーナーは、複数
に分割された燃料供給系統を有し、燃料を供給する前記
燃料供給系統の数を、ガスタービンの負荷の大きさに応
じて段階的に切換増減するバーナーであることを特徴と
するガスタービン燃焼器。
7. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein said slow combustion burner has a fuel supply system divided into a plurality of fuel supply systems, and said fuel supply system supplies said fuel. A gas turbine combustor, characterized in that the number of burners is switched stepwise according to the load of the gas turbine.
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