燃氣輪機燃燒器的製造方法
2023-05-26 02:19:16
燃氣輪機燃燒器的製造方法
【專利摘要】本發明提供一種燃氣輪機燃燒器，其具有預混燃燒嘴，能夠形成圓錐形的火焰，並且降低襯套和燃燒器端面的金屬溫度。本發明的燃燒器具備至少一個對氣體燃料和空氣進行預混合而向燃燒室噴射混合氣體使其燃燒的預混燃燒嘴，在安裝於上述燃燒嘴的端面外周部的圓筒導流體上設置空氣供應孔，使相鄰的空氣供應孔的間隔（D1）和空氣供應孔與燃燒嘴出口端面的間隔（D2）小於從預混燃燒器噴射的預混氣體的消焰距離。
【專利說明】燃氣輪機燃燒器
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及燃氣輪機燃燒器。
【背景技術】
[0002]從環保的觀點出發，對於燃氣輪機謀求進一步的低NOx化。作為用於使燃氣輪機燃燒器低NOx化的一個措施，例如有預混燃燒器。另外，在專利文獻I中公開了這樣的燃燒器，即，該燃燒器具有向燃燒器供應燃料的燃料噴嘴和位於該燃料噴嘴的下遊側並供應空氣的多個空氣孔，由將燃料噴嘴的噴射孔和空氣孔配置在同軸上的燃料燃燒用噴嘴形成的燃燒器，兼具耐逆火性和低NOx燃燒。
[0003]在先技術文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:特開2003-148734號公報
[0006]發明要解決的課題
[0007]但在專利文獻I中，對於在空氣孔內部促進燃料與空氣混合的情況下產生的火焰的保焰位置的變化和金屬溫度上升等課題沒有進行研究。
[0008]因此，本發明的目的在於提供可以穩定地形成火焰，降低襯套和燃燒器出口端面的金屬溫度的燃燒器。
【發明內容】
[0009]用於解決課題的方案
[0010]本發明是一種燃氣輪機燃燒器，其具備至少一個對氣體燃料和空氣進行預混合併向燃燒室噴射混合氣體的預混燃燒嘴，其中，燃氣輪機燃燒器具備與上述預混燃燒嘴的上述燃燒室側的端面、即燃燒嘴出口端面連接並且被配置在上述預混燃燒嘴的外周而包圍上述預混燃燒嘴的圓筒，在上述圓筒上具有多個空氣供應孔，相鄰的上述空氣供應孔彼此的間隔和上述空氣供應孔與上述燃燒嘴出口端面的間隔小於從上述預混燃燒嘴噴射的預混氣體的消焰距離。
[0011]發明效果
[0012]根據本發明，可以提供能夠形成穩定的火焰、能夠降低襯套或燃燒嘴端面的金屬溫度的燃燒器。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是表示第一實施例的燃氣輪機燃燒器的燃燒嘴部的具體截面圖和燃料系統以及控制裝置的圖。
[0014]圖2是從燃燒室側看圖1所示的第一實施例的燃燒嘴的正視圖。
[0015]圖3是表示適用第一實施例的燃氣輪機燃燒器的燃氣輪機裝置的概略結構的裝置系統圖。[0016]圖4是燃燒器的外側燃燒嘴截面放大圖。
[0017]圖5是燃燒器的外側燃燒嘴截面放大圖。
[0018]圖6是燃燒器的外側燃燒嘴截面放大圖。
[0019]圖7是第一實施例的外側燃燒嘴截面放大圖。
[0020]圖8是第一實施例的外側燃燒嘴端面和圓筒導流體的立體圖。
[0021]圖9是第一實施例的外側燃燒嘴截面放大圖。
[0022]圖10是表示預混氣體中的天然氣濃度和消焰距離的關係圖，該關係圖來自對比文件:Lewis, B.，von Elbe, G.: Combustion, Flames and Explosion of Gases (氣體的燃燒，火焰和爆炸)，2ns ed.，Academic Press (1961)。
[0023]圖11是燃燒器的外側燃燒嘴的截面放大圖。
[0024]圖12是表示第一實施例的一個變形的外側燃燒嘴的截面放大圖。
[0025]圖13是就第一實施例的燃氣輪機燃燒器的變形中的一個，表示燃燒嘴部的詳細截面圖和燃料系統以及控制裝置的圖。
[0026]圖14是第二實施例的外側燃燒嘴截面放大圖。
[0027]圖15是第三實施例的從燃燒室側看燃燒嘴的正視圖。
[0028]圖16是第三實施例的外側燃燒嘴端面和圓柱導流體的立體圖。
[0029]圖17是第四實施例的外側燃燒嘴端面和圓柱導流體的立體圖。
[0030]圖18是第五實施例中的燃氣輪機燃燒室的燃燒嘴部的詳細截面圖。
[0031]圖19是從燃燒室側看圖18所示的第五實施例的燃燒嘴的正視圖。
【具體實施方式】
[0032]以下就各實施例進行說明。
[0033](第一實施例)
[0034]圖3是發電用的燃氣輪機裝置的整體結構的系統圖。
[0035]在圖3中，發電用的燃氣輪機具備:對吸入空氣15加壓而生成高壓空氣16的壓縮機I ;使在壓縮機I生成的高壓空氣16和氣體燃料50燃燒、生成高溫燃燒氣體18的燃燒器2 ;由在燃燒器2生成的高溫燃燒氣體18驅動的渦輪3 ;由渦輪3的驅動而旋轉從而產生電力的發電機8 ;將壓縮機1、潤輪3和發電機8連接成一體的軸7。
[0036]燃燒器2被容納在殼體4的內部。另外，燃燒器2在其頭部具有由多個燃燒嘴構成的多燃燒嘴6，在位於該多燃燒嘴6的下遊側的燃燒器2的內部具有將高壓空氣和燃燒氣體隔開的近似圓筒形的燃燒器襯套10。
[0037]在該燃燒器襯套10的外周配置流動套管11，作為形成使高壓空氣向下流的空氣流路的外周壁。流動套管11的直徑大於燃燒器襯套10的直徑，被配置成與燃燒器襯套10基本是同心圓的圓筒形。
[0038]燃燒器襯套10的下遊側配置尾筒內筒12，用於將在燃燒器2的燃燒室5產生的高溫燃燒氣體18向渦輪3引導。在尾筒內筒12的外周側配置尾筒外筒13。
[0039]吸入空氣15被壓縮機I壓縮後成為高壓空氣16。高壓空氣16充滿殼體4內之後，流入尾筒內筒12和尾筒外筒13之間的空間，從外壁面對尾筒內筒12進行對流冷卻。
[0040]而且，高壓空氣16通過形成在流動套管11與燃燒器襯套10之間的環形流路向著燃燒器的頭部流動。流入多燃燒嘴6的高壓空氣16流入設置在位於燃燒室5的上遊側壁面的空氣孔板31上的多個空氣孔32。
[0041]流入了空氣孔32的高壓空氣16與從燃料噴嘴20噴射的氣體燃料混合，作為預混氣體17流入燃燒室5。預混氣體17在燃燒室5燃燒，生成高溫燃燒氣體18。該高溫燃燒氣體18通過尾筒內筒12向渦輪3供應。供應給渦輪3的高溫燃燒氣體18在驅動了渦輪3之後被排出，成為排氣氣體19。
[0042]由渦輪3獲得的驅動力，通過軸7向壓縮機I和發電機8傳遞。由渦輪3獲得的驅動力的一部分驅動壓縮機I對空氣加壓，生成高壓空氣。另外，由渦輪3獲得的驅動力的另一部分使發電機8旋轉產生電力。
[0043]多燃燒嘴6具有氣體燃料系統51?53的三個燃料系統。各個燃料系統都具有燃料流量調整閥61?63，各個氣體燃料系統的流量利用控制裝置64的信號調節閥開度來控制，並控制燃氣輪機裝置9的發電量。另外，在分成三個燃料系統的上遊側具有用於截斷燃料的燃料截斷閥60。
[0044]圖1的截面圖表不多燃燒嘴6的具體情況，圖2表不從燃燒室5側看空氣孔板31的正視圖。本實施例的多燃燒嘴6由中央燃燒嘴76和6個外側燃燒嘴77形成。每個燃燒嘴由多個燃料噴嘴20、將氣體燃料向多個燃料噴嘴20分配的燃料箱23以及使空氣和燃料所通過的空氣孔32與燃料噴嘴一一對應地配置的空氣孔板31形成。另外，如圖2的正視圖所示，各燃燒嘴的空氣孔32配置在三列同心圓上。在中央燃燒嘴上連接氣體燃料系統51，外側燃燒嘴被分成內周部與外周部兩組，分別連接氣體燃料系統52、53。
[0045]如圖7的外側燃燒嘴77的截面放大圖所示，在燃料噴嘴20的前端安裝凸緣28，而且燃料噴嘴20的前端插入到空氣孔32的內部。因此，空氣16在通過燃料噴嘴前端的凸緣28時產生旋渦，可以促進燃料射流和空氣16的混合。並且，可以利用短的空氣孔長度進行燃料與空氣的預混合。
[0046]如圖1所示，設置在空氣孔板31上的空氣孔32，由於形成圓錐形的火焰，因此在面向燃燒室5的出口相對於燃燒嘴中心軸傾斜，在燃燒嘴下遊形成旋流40。旋流40的中心部形成負壓，因此形成循環流41，循環流41將高溫燃燒氣體從燃燒室下遊向上遊側輸送，向預混合氣供應熱。通過該作用可以穩定地對火焰43進行保焰，並且從燃燒嘴的中心起以第i列的空氣孔為起點形成圓錐形的火焰43。通過形成圓錐形的火焰43，可以增加從空氣孔32的出口到達火焰43的距離，因此從空氣孔32噴射之後，燃料與空氣也進一步混合，可以進行低NOx燃燒。
[0047]在燃燒器內部成為非常高的溫度，另外，根據地點的不同溫度也不同，因此，在襯套10與流動套管11之間產生熱伸縮差。因此，如果完全固定燃燒嘴與襯套10，則因熱伸縮差在固定部產生應力，有可能發生破損。因此，可以使用在燃燒嘴的外周部安裝彈簧狀的密封部件，將燃燒嘴插入襯套10內部進行固定的方法。在此情況下，利用彈簧狀密封部件既可以將襯套10相對於燃燒器半徑方向固定，又可以相對於軸方向不進行約束，因此可以吸收襯套10與流動套管11的熱伸縮差。
[0048]在本實施例中，如果增加空氣孔板31的厚度，就有在空氣孔內火焰倒流燒壞的危險，因此，將空氣孔板31做成了用於混合燃料和空氣所需的最小限的厚度。從混合燃料與空氣的角度出發，通過將空氣孔板31的厚度做成了所需要的最小限的厚度，單靠空氣孔板31不能固定彈簧狀的密封部件。因此，在本實施例中，將具有空氣供應孔38的圓筒形的導流體36安裝在空氣孔板31的外周部。然後，在圓筒導流體36的外周安裝彈簧狀密封部件37，在襯套10的內部插入燃燒嘴。另外，圓筒導流體36構成為與燃燒嘴出口端面30連接，並包圍多燃燒嘴6。
[0049]在此,與本實施例不同地，圖4表不空氣供應孔38未被配置在圓筒導流體36時的外側燃燒嘴77的詳細的截面圖。隨著從外側燃燒嘴的空氣孔噴射的預混氣體17的流動，在外側燃燒嘴77的最外周的空氣孔和圓筒導流體36之間的區域產生循環流42。而且，為了相對於專利文獻I進一步減少NOx，在燃料噴嘴前端設置凸緣28並插入空氣孔32的內部，從而在進行燃料與空氣的預混合的同時，使空氣孔相對於燃燒嘴中心軸傾斜，在燃燒嘴下遊形成旋流，從而形成圓錐形的火焰43，增加在燃燒室5內的混合距離。
[0050]從燃燒嘴的外周部空氣孔噴射的預混氣體17在到達火焰43之前向周圍擴散，因此預混氣體17的一部分被吸入燃燒嘴外周部的循環流42並滯留。另外，在多燃燒嘴的情況下，如圖2所示，在燃燒嘴與燃燒嘴之間具有很大的死區35，形成更大的循環流。燃燒室5內的流動場所因旋流而發生很大的變化。因此如圖4所示，由於該變化，火焰43產生的高溫燃燒氣體18有可能在外側燃燒嘴77與圓筒導流體36之間的空間暫時向上遊側倒流。
[0051]此時，由於循環流42充滿預混氣體17，因此，預混氣體通過高溫燃燒氣體被點燃，整個循環流成為高溫。一旦循環流內成為高溫，則如圖5所示，火焰43變形，以外側燃燒嘴最外周的空氣孔出口周圍47為起點被進行保焰。以外側燃燒嘴最外周的空氣孔出口周圍47為起點被進行保焰的火焰43利用燃燒嘴外側的循環流42被供應高溫燃燒氣體，因此被穩定地保焰。其結果，因為火焰43與圓筒導流體36和襯套10鄰近所以金屬溫度上升。另夕卜，由於火焰位置向上遊側移動，所以燃料與空氣的淨混合距離縮短，NOx排放量有可能增加。
[0052]另外，如圖6所示，即使在空氣孔板厚且無圓筒導流體的情況下，隨著從空氣孔32噴射的預混氣體17的流動，在燃燒嘴外周部形成循環流42。雖然通過了彈簧狀密封部件37的漏洩空氣45流入燃燒室5內部，但由於沿著襯套10流動，幾乎不與循環流42混合，因此預混氣體滯留在循環流42內，高溫燃燒氣體18暫時向上遊倒流，從而循環流42中的預混氣體被點燃，與圖5 —樣，火焰以外側燃燒嘴最外周的空氣孔出口周圍47為起點被進行保焰。
[0053]因此，在本實施例中，如圖7、圖8所示，在安裝於燃燒室5側的燃燒嘴外周的圓筒導流體36上設置空氣供應孔38。空氣供應孔38在燃燒嘴出口端面30附近並且相對於燃燒嘴出口端面30在水平方向上開口。彈簧狀密封部件37為了具有彈性功能而設置狹縫，通過了襯套10與空氣孔板31的間隙的空氣44通過彈簧狀密封部件37，一部分直接通過彈簧狀密封部件、被作為漏洩空氣45向燃燒室5供應，其餘的空氣通過空氣供應孔38，被作為空氣噴射流46向燃燒室5噴射。
[0054]空氣噴射流46沿著燃燒嘴出口端面30向著燃燒嘴中心方向流動，流入外側燃燒嘴77的燃燒嘴最外周部的空氣孔出口周圍47。另外，在本實施例中，使相鄰的空氣供應孔38的間隔Dl小於火焰的消焰距離，使空氣供應孔38與燃燒嘴出口端面30的間隔D2也小於火焰的消焰距離。
[0055]在可以成為保焰起點的外側燃燒嘴最外周的空氣孔出口周圍47，在空氣噴射流46直接到達的區域不存在燃料而不能對火焰進行保焰。另外，由於相鄰的空氣噴射流46的間隔、空氣噴射流46與燃燒嘴出口端面30的間隔在消焰距離以下，因此即使該空間的空燃比高，也不能對火焰進行保焰。因此，可以抑制火焰形狀的變化，保持圓錐形的火焰43。
[0056]如圖9所示，到達燃燒嘴外周部的空氣噴射流46被預混氣流17改變了流動方向，預混氣流17的一部分被吸入空氣噴射流46，而不是被吸入循環流42。因此，循環流42的空燃比大幅度降低，可以防止火焰在循環流內傳播。
[0057]但是，在空氣噴射流46的噴射流速與從空氣孔32噴射的預混氣流17相比非常快，而且空氣供應孔38與空氣孔32的出口非常接近的情況下，有可能阻礙預混氣流17的流動而引起燃燒不穩定。另外，從更接近空氣孔32的空氣供應孔38噴射的空氣噴射流46有可能不被吸入循環流42。
[0058]對於這樣的問題例如可以考慮使彈簧狀密封部件上遊側37a的通過截面積小於空氣供應孔38與彈簧狀密封部件下遊側37b的通過截面積，降低空氣噴射流46的噴射流速。通過這樣可以削弱空氣噴射流的慣性力，使對空氣孔32所噴射的預混氣流的流動的影響降到最小限，可靠地被吸入循環流42。
[0059]如上所述，在包圍燃燒嘴的圓筒導流體上設置空氣供應孔38，構成為使相鄰的空氣供應孔38彼此的間隔Dl和空氣供應孔38與燃燒嘴出口端面30的間隔D2小於預混氣體的消焰距離，從而可以抑制因火焰的形狀變化、因接近引起的金屬溫度上升，而且空氣噴射流46沿著燃燒嘴出口端面30流動，從而可以在燃燒嘴表面形成空氣層，降低燃燒嘴出口端面30的溫度。即，可以形成穩定的火焰，可以降低襯套和燃燒嘴端面的金屬溫度。
[0060]而且，在通過在空氣孔板31上設置的多個空氣孔向燃燒室供應燃料和空氣的預混氣體的預混燃燒嘴中，如果增加空氣孔板31的厚度，就有在空氣孔內火焰倒流燒壞的風險。另外，如果單純降低板的厚度，有可能難以安裝密封部件。根據本實施例的結構，利用圓筒導流體可以確保密封部件的安裝空間，可以使空氣孔板31形成混合燃料和空氣所需要的最低厚度。因此，也可以降低空氣孔內火焰倒流的風險，可以形成穩定的火焰以及進一步明顯地降低襯套和燃燒嘴端面的金屬溫度。
[0061]由於燃氣輪機的效率提高，渦輪入口的氣體溫度有上升的趨勢。但是，如果火焰的溫度超過1600°C，即使是預混燃燒，也排放大量的NOx，與擴散燃燒一樣，或根據條件的不同排放更多，因此燃氣輪機燃燒器的預混燃燒方式基本上適用於1600°C以下。在此，燃氣輪機額定負載條件下的壓縮機出口的平均溫度即空氣溫度為400°C時，火焰溫度成為1600°C的預混氣體中的天然氣濃度約為5%。在這種情況下，如圖10的預混氣體中的天然氣濃度與消焰距離的曲線圖所示，天然氣濃度為5%時的消焰距離約為1cm。但是，在採用了以上述條件應用的預混燃燒的燃氣輪機燃燒器上，使Dl和D2小於Icm可以有效地防止火焰附著在預混燃燒嘴的外周部。
[0062]圖10的消焰距離是氣壓、室溫的數據，根據壓力、空氣溫度的上升，消焰距離有縮小的趨勢，但如圖8所示，空氣噴射流46 —面向周圍擴散一面被射出，進而空氣供應孔38被向著燃燒器的中心噴射。因此，空氣噴射流46的間隔越接近中心越窄，到達燃燒嘴外周部時的相鄰的空氣噴射流46的間隔D1』和空氣噴射流46與燃燒嘴出口端面30的間隔D2』比Dl和D2更小。
[0063]另外，當空氣噴射流46被從空氣供應孔38噴射時產生滑流48，空氣噴射流46的一部分也向空氣噴射流46與空氣噴射流46之間流出。並且，在燃燒嘴最外周空氣孔出口附近，固定量的空氣流入空氣噴射流46與空氣噴射流46之間，通過降低局部空燃比可以得到延長消焰距離的效果。因此，通過使Dl和D2小於1cm，可以使D1』和D2』遠小於消焰距離，可以得到有效地防止火焰附著的效果。使Dl和D2在Icm以下在其他實施例中也同樣可以得到有效的效果。
[0064]彈簧狀密封部件37是阻礙圓筒導流體36和襯套10之間的空氣流動的部件。因此，如圖11所示，將空氣供應孔38配置在彈簧狀密封部件下遊側37b的更下遊的情況下，由於在空氣供應孔的前後幾乎不產生壓差，因此大部分空氣44通過彈簧狀密封部件37之後直接沿著下遊方向流動而成為漏洩空氣45。因此，由於沒有足夠的空氣流入空氣供應孔，有不能防止火焰附著在燃燒嘴外周部的危險。
[0065]與此相對地，在本實施例中，如圖9所示，在襯套10與圓筒導流體36之間向下流動的空氣44、45的流動方向，將空氣供應孔38配置在彈簧狀密封部件的上遊側37a到下遊側37b的範圍。因此，彈簧狀密封部件下遊側37b成為阻力，可以使足夠的空氣流入空氣供應孔38，可以抑制火焰向外側燃燒嘴外周附著。
[0066]如圖12所示，空氣供應孔38也可以向著燃燒嘴出口端面30開口。從空氣供應孔38噴射的空氣噴射流46與燃燒嘴出口端面30碰撞，然後沿著燃燒嘴出口端面30向燃燒嘴中心方向流動，流入燃燒嘴外周。與燃燒嘴出口端面30碰撞的空氣噴射流46相對於噴射方向也向垂直方向擴散，因此空氣噴射流間的間隔變窄，圖8所示的Dl和D2進一步縮小，可以進一步抑制火焰的附著。
[0067]另外，如圖1所示，本實施例具有多個燃料系統，可以在從外側燃燒嘴的中心起第一列的燃料噴嘴上連接燃料系統52，在外周第二、第三列燃料噴嘴上連接燃料系統53，分別供應氣體燃料。因此，向外周第二、第三列燃料噴嘴的每一個供應的燃料比例少於第一列，可以降低從燃燒嘴最外周空氣孔噴射的預混氣體中的燃料濃度。
[0068]被吸入燃燒嘴外側的循環流42的預混氣體是從燃燒嘴最外周空氣孔噴射的預混氣體，因此在燃燒外周對火焰進行保焰的情況下，火焰的特性受到從燃燒嘴最外周空氣孔噴射的預混氣體的空燃比支配。因此，向外周第二、第三列燃料噴嘴的每一個供應的燃料比例少於第一列，從而可以延長消焰距離，可以進一步抑制火焰向外側燃燒嘴外周附著。
[0069]本實施例表示了具有多個燃燒嘴的多燃燒嘴的結構，但如圖13所示，在只具有一個預混燃燒嘴的燃燒器上也是有效的。即使像多燃燒嘴那樣的沒有大的死區35的情況下，在燃燒嘴外周部也和多燃燒嘴一樣，隨著從空氣孔32噴射的預混氣體的流動形成循環流42。因此，在沒有空氣供應孔38的情況下，預混氣體滯留在循環流42內，火焰有可能在燃燒嘴出口的外周部進行保焰。但是，如本實施例所示，在圓筒導流體36上設置空氣供應孔38，使Dl和D2小於從燃燒嘴噴射的預混氣體的消焰距離(例如小於Icm)，從而可以防止在燃燒嘴出口的外周部對火焰進行保焰，防止襯套和燃燒嘴端面的金屬溫度上升。
[0070]在使用含有大量的氫氣等煤氣化氣體或焦爐煤氣等作為燃氣輪機的燃料的情況下，本實施例所示的結構也是有效的。氫氣的燃燒速度非常快，因此，在燃燒嘴外周部的循環流中傳播，容易在空氣孔出口周圍進行保焰。但是，通過應用本發明，可以降低形成在外側燃燒嘴外周的循環流的空燃比，防止火焰順著外側循環流向上遊側傳播。另外，由於氫氣與天然氣相比消焰距離非常短，因此，在圓筒導流體36上設置空氣供應孔38的同時，減少向圖1所示的燃料系統53供應的燃料流量，使外側燃燒嘴外周部上的局部空燃比小於燃燒嘴中心部，從而增加從最外周的空氣孔噴射的預混氣體的消焰距離是有效的。
[0071](第二實施例)
[0072]圖14表示第二實施例。如圖14所示，通過了彈簧狀密封部件的空氣44通過空氣供應孔38而流入燃燒室5，一部分直接再次通過彈簧狀密封部件，作為漏洩空氣45流入燃燒室5。在本實施例中，相對於第一實施例，在襯套10與圓筒導流體36之間，在空氣供應孔38的下遊設置凸緣39，阻礙向燃燒嘴軸方向的流動。這樣，在空氣供應孔38的入口恢復靜壓，使更多的空氣從空氣供應孔38流入燃燒室5。
[0073]漏洩空氣45無助於防止火焰附著在燃燒嘴外周端面，如果漏洩空氣量增加，燃燒用空氣就減少，火焰溫度上升，NOx排放量增加。因此，將漏洩空氣量控制在最小限，從空氣供應孔38供應防止火焰附著所需要的空氣量，從而既可以抑制NOx排放量增加，又防止火焰向燃燒嘴附著。
[0074]另外，在本實施例中，作為更有效地將空氣引入空氣導入孔38的結構，以在圓筒導流體36上設置了凸緣39的情況為例子進行了說明。但是，凸緣也不一定非要設置在圓筒導流體36上，通過設置在襯套10與圓筒導流體36之間且位於空氣導入孔38的下遊側，可以增加流入空氣供應孔38的空氣量。
[0075](第三實施例)
[0076]圖15、圖16表不第三實施例。如圖15所不，由於外側燃燒嘴附近區域49的空氣導入孔38與外側燃燒嘴77的距離近，因此空氣噴射流46對預混氣體射流17的流動的影響比相對於其他空氣供應孔的空氣噴射流的影響相對大。因此，在本實施例中，為了使空氣噴射流46對預混氣體射流17流動的影響為最小限，如圖16所示，與第一實施例一樣，使相鄰的空氣供應孔38的間隔Dl和空氣供應孔與燃燒嘴出口端面30的間隔D2小於從燃燒嘴最外周空氣孔噴射的預混氣體的消焰距離的同時，使外側燃燒嘴附近區域49的空氣供應孔48的直徑小於其他區域的空氣供應孔的直徑。
[0077]由於噴射流的勢核的長度與直徑成比例，因此直徑越小噴射流的衰減越快，可以防止阻礙預混氣體17的流動。另外，雖然從外側燃燒嘴附近區域49供應的空氣量減少，但如圖15所示，外側燃燒嘴附近區域49的圓筒導流體36與外側燃燒嘴77之間的死區比其他區域窄，形成在該死區下遊的循環流也更小。因此，利用來自更少的空氣供應孔38的空氣量可以降低燃燒嘴外周側循環流的空燃比。
[0078]因此，利用來自所需最小限的空氣供應孔38的空氣量可以抑制火焰附著在燃燒嘴外周部的整個周圍並且形成圓錐形的火焰。而且，通過使從空氣供應孔38供應的空氣量為最小限，可以增加流入空氣孔32的空氣量，通過降低火焰區上的局部空燃比，可以降低NOx排放量。
[0079](第四實施例)
[0080]圖17表示第四實施例。本實施例相對於第一實施例，空氣供應孔38在燃燒嘴的周向成為長孔，可以擴大空氣供應孔38的全部開口面積。另外,與第一實施例一樣,相鄰的空氣供應孔38的間隔Dl和空氣供應孔38與燃燒嘴出口端面30的間隔D2小於從燃燒嘴最外周空氣孔噴射的預混氣體的消焰距離。
[0081]本實施例與第一實施例相比，可以在周向更均勻地供應空氣，且使空氣供應孔38的開口面積遠大於彈簧狀密封部件的空氣通過截面積，從而可以降低空氣噴射流46的噴射流速。因此，可以使從空氣孔32噴射的預混氣流的流動阻礙降低到最小限地向空氣孔出口周圍供應空氣。
[0082]由此，與第一實施例一樣，排除能夠在外側燃燒嘴的最外周空氣孔的出口周圍對火焰進行保焰的區域，可以防止火焰在燃燒嘴外周部進行保焰，形成穩定的圓錐火焰，防止金屬溫度上升。
[0083](第五實施例)
[0084]圖18、圖19表示第五實施例的燃燒器。本實施例的燃燒器是既可以使用液體燃料也可以使用氣體燃料的燃燒器，在襯套10的上遊的軸中心位置設置擴散燃燒嘴72，在其周圍配置多個對降低NOx排放有效的預混燃燒嘴73。在擴散燃燒嘴72和預混燃燒嘴73的外周配置用於支撐各燃燒嘴的燃燒嘴本體75。另外，在各燃燒嘴的軸中心上遊位置配置用於噴射液體燃料56、57的液體燃料噴嘴70、71。
[0085]本實施例的預混燃燒嘴73具有促進燃料與空氣的混合且促進從液體燃料噴嘴71噴射的液體燃料57的蒸發的混合室74。在混合室74的壁面，在軸方向形成三列(也可以是I列或多列)，在周向形成多個用於向其內部導入空氣15的空氣孔34。形成在預混燃燒嘴73上的空氣孔34為了在混合室74內部形成旋流，偏向周向配置。
[0086]在預混燃燒嘴73的空氣孔34的內部壁面開設氣體燃料噴射孔24，向空氣孔34內部噴射氣體燃料52、53。氣體燃料與空氣在混合室74 一面形成旋流一面進行混合，成為預混氣體而向燃燒室5噴射。當預混氣體被向燃燒室5噴射時，由於流路的急劇擴大，可以在燃燒嘴下遊形成強循環流41，形成穩定的火焰43。並且，在燃燒嘴外周部也形成循環流42。
[0087]為了支撐彈簧狀密封部件37，在燃燒嘴本體75的前端安裝圓筒導流體36。另外，本實施例與第二實施例相同，在導流體36的燃燒嘴出口端面30附近使空氣供應孔38在燃燒嘴出口端面30水平地開口。相鄰的空氣供應孔38的間隔和空氣供應孔38與燃燒嘴出口端面30的間隔小於火焰43的消焰距離。
[0088]通過將這樣的空氣供應孔38設置在圓筒導流體36上，可以向燃燒嘴出口周圍供應空氣噴射流46，通過排除能夠成為保焰起點的區域，且降低燃燒嘴外側循環流42內的空燃比，可以防止火焰附著在燃燒嘴出口周圍。並且可以抑制襯套10和燃燒嘴出口端面30的金屬溫度上升。
[0089]如上所述，各實施例中所述的燃燒器具備預混燃燒嘴，在燃燒嘴前端具有圓筒導流體的燃燒器中，通過在圓筒導流體上設置空氣供應孔，從而可以防止火焰在預混燃燒嘴出口周圍保焰，可以抑制襯套和燃燒嘴端面的金屬溫度上升。
[0090]附圖標記說明
[0091 ] I壓縮機，2燃燒器，3渦輪，4殼體，5燃燒室，6多燃燒嘴，7軸，8發電機，9燃氣輪機裝置，10燃燒器襯套，11流體套管，12尾筒內筒，13尾筒外筒，15吸入空氣，16高壓空氣，17預混氣體，18高溫燃燒氣體，19排氣氣體，20,21燃料噴嘴，23燃料箱，24氣體燃料噴射孔，28,29凸緣，30燃燒嘴出口端面，31空氣孔板，32、33、34空氣孔，35燃燒嘴外周死區，36圓筒導流體，37彈簧狀密封部件，38空氣供應孔，40旋流，41、42循環流，43火焰，44、45、46空氣，47燃燒嘴出口周圍，49外側燃燒嘴附近區域，50?53氣體燃料系統，56、57液體燃料，60燃料截斷閥，61?63燃料流量調節閥，64控制裝置，70、71液體燃料噴嘴，72擴散燃燒嘴，73預混燃燒嘴，74混合室，75燃燒嘴本體，76中央燃燒嘴，77外側燃燒嘴
【權利要求】
1.一種燃氣輪機燃燒器，其具備至少一個對氣體燃料和空氣進行預混合併向燃燒室噴射混合氣體的預混燃燒嘴，其特徵在於， 該燃氣輪機燃燒器具備與所述預混燃燒嘴的所述燃燒室側的端面、即燃燒嘴出口端面連接並且被配置在所述預混燃燒嘴的外周而包圍所述預混燃燒嘴的圓筒， 在所述圓筒上具有多個空氣供應孔，相鄰的所述空氣供應孔彼此的間隔和所述空氣供應孔與所述燃燒嘴出口端面的間隔小於從所述預混燃燒嘴噴射的預混氣體的消焰距離。
2.根據權利要求1所述的燃氣輪機燃燒器，其特徵在於， 所述預混燃燒嘴具備具有多個空氣孔的空氣孔板和向所述空氣孔板的空氣孔噴射氣體燃料的燃料噴嘴，所述空氣孔中的一個與所述燃料噴嘴中的一個成為一對，至少具有一個以上的將成對的多個所述燃料噴嘴和所述空氣孔集中配置而構成的燃燒嘴。
3.根據權利要求1所述的燃氣輪機燃燒器，其特徵在於， 相鄰的所述空氣供應孔彼此的間隔以及所述空氣供應孔與所述燃燒嘴的出口端面的間隔小於1cm。
4.根據權利要求1所述的燃氣輪機燃燒器，其特徵在於， 上述燃氣輪機燃燒器具備由多個所述預混燃燒嘴構成的多燃燒嘴。
5.根據權利要求1所述的燃氣輪機燃燒器，其特徵在於，該燃氣輪機燃燒器具備: 襯套，所述襯套包圍燃燒室； 密封部件，所述密封部件被設置在所述襯套與被插入所述襯套的所述圓筒之間，固定所述圓筒和所述襯套，阻礙所述襯套與所述圓筒之間的空氣流動， 設置在所述圓筒上的所述空氣供應孔在所述襯套與所述圓筒之間向下流動的空氣的流動方向被配置在從所述密封部件的上遊端到下遊端的範圍內。
6.根據權利要求1所述的燃氣輪機燃燒器，其特徵在於， 所述空氣供應孔平行於所述燃燒嘴出口端面，或向著所述燃燒嘴出口端面開口。
7.根據權利要求5所述的燃氣輪機燃燒器，其特徵在於， 所述空氣供應孔為在所述圓筒的周向較長的長孔形。
8.根據權利要求5所述的燃氣輪機燃燒器，其特徵在於， 在所述襯套與所述圓筒導流體之間的所述空氣供應孔的下遊具有阻礙空氣流動的凸緣。
9.根據權利要求5所述的燃氣輪機燃燒器，其特徵在於， 在所述空氣供應孔中，鄰近燃燒嘴的所述空氣供應孔的直徑小於離開燃燒嘴的空氣供應孔的直徑。
10.根據權利要求2所述的燃氣輪機燃燒器，其特徵在於， 該燃氣輪機燃燒器具備多個燃料系統，各燃燒嘴的空氣孔和燃料噴嘴被配置在多列圓周上，在所述燃料噴嘴中，由內周側燃料噴嘴和外周側燃料噴嘴與各自的燃料系統連接，並且向所述外周燃料噴嘴供應的每一個的燃料流量少於向所述內周燃料噴嘴供應的每一個的燃料流量。
【文檔編號】F23R3/04GK103672965SQ201310371155
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年8月23日 優先權日:2012年9月24日
【發明者】三浦圭祐, 百百聰, 小金澤知己, 平田義隆, 阿部一幾 申請人:株式會社日立製作所