燃气轮机燃烧器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种燃气轮机燃烧器，其具有预混燃烧嘴，能够形成圆锥形的火焰，并且降低衬套和燃烧器端面的金属温度。本发明的燃烧器具备至少一个对气体燃料和空气进行预混合而向燃烧室喷射混合气体使其燃烧的预混燃烧嘴，在安装于上述燃烧嘴的端面外周部的圆筒导流体上设置空气供应孔，使相邻的空气供应孔的间隔（D1）和空气供应孔与燃烧嘴出口端面的间隔（D2）小于从预混燃烧器喷射的预混气体的消焰距离。
【专利说明】燃气轮机燃烧器
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及燃气轮机燃烧器。
【背景技术】
[0002]从环保的观点出发，对于燃气轮机谋求进一步的低NOx化。作为用于使燃气轮机燃烧器低NOx化的一个措施，例如有预混燃烧器。另外，在专利文献I中公开了这样的燃烧器，即，该燃烧器具有向燃烧器供应燃料的燃料喷嘴和位于该燃料喷嘴的下游侧并供应空气的多个空气孔，由将燃料喷嘴的喷射孔和空气孔配置在同轴上的燃料燃烧用喷嘴形成的燃烧器，兼具耐逆火性和低NOx燃烧。
[0003]在先技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:特开2003-148734号公报
[0006]发明要解决的课题
[0007]但在专利文献I中，对于在空气孔内部促进燃料与空气混合的情况下产生的火焰的保焰位置的变化和金属温度上升等课题没有进行研究。
[0008]因此，本发明的目的在于提供可以稳定地形成火焰，降低衬套和燃烧器出口端面的金属温度的燃烧器。
【发明内容】
[0009]用于解决课题的方案
[0010]本发明是一种燃气轮机燃烧器，其具备至少一个对气体燃料和空气进行预混合并向燃烧室喷射混合气体的预混燃烧嘴，其中，燃气轮机燃烧器具备与上述预混燃烧嘴的上述燃烧室侧的端面、即燃烧嘴出口端面连接并且被配置在上述预混燃烧嘴的外周而包围上述预混燃烧嘴的圆筒，在上述圆筒上具有多个空气供应孔，相邻的上述空气供应孔彼此的间隔和上述空气供应孔与上述燃烧嘴出口端面的间隔小于从上述预混燃烧嘴喷射的预混气体的消焰距离。
[0011]发明效果
[0012]根据本发明，可以提供能够形成稳定的火焰、能够降低衬套或燃烧嘴端面的金属温度的燃烧器。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是表示第一实施例的燃气轮机燃烧器的燃烧嘴部的具体截面图和燃料系统以及控制装置的图。
[0014]图2是从燃烧室侧看图1所示的第一实施例的燃烧嘴的正视图。
[0015]图3是表示适用第一实施例的燃气轮机燃烧器的燃气轮机装置的概略结构的装置系统图。[0016]图4是燃烧器的外侧燃烧嘴截面放大图。
[0017]图5是燃烧器的外侧燃烧嘴截面放大图。
[0018]图6是燃烧器的外侧燃烧嘴截面放大图。
[0019]图7是第一实施例的外侧燃烧嘴截面放大图。
[0020]图8是第一实施例的外侧燃烧嘴端面和圆筒导流体的立体图。
[0021]图9是第一实施例的外侧燃烧嘴截面放大图。
[0022]图10是表示预混气体中的天然气浓度和消焰距离的关系图，该关系图来自对比文件:Lewis, B.，von Elbe, G.: Combustion, Flames and Explosion of Gases (气体的燃烧，火焰和爆炸)，2ns ed.，Academic Press (1961)。
[0023]图11是燃烧器的外侧燃烧嘴的截面放大图。
[0024]图12是表示第一实施例的一个变形的外侧燃烧嘴的截面放大图。
[0025]图13是就第一实施例的燃气轮机燃烧器的变形中的一个，表示燃烧嘴部的详细截面图和燃料系统以及控制装置的图。
[0026]图14是第二实施例的外侧燃烧嘴截面放大图。
[0027]图15是第三实施例的从燃烧室侧看燃烧嘴的正视图。
[0028]图16是第三实施例的外侧燃烧嘴端面和圆柱导流体的立体图。
[0029]图17是第四实施例的外侧燃烧嘴端面和圆柱导流体的立体图。
[0030]图18是第五实施例中的燃气轮机燃烧室的燃烧嘴部的详细截面图。
[0031]图19是从燃烧室侧看图18所示的第五实施例的燃烧嘴的正视图。
【具体实施方式】
[0032]以下就各实施例进行说明。
[0033](第一实施例)
[0034]图3是发电用的燃气轮机装置的整体结构的系统图。
[0035]在图3中，发电用的燃气轮机具备:对吸入空气15加压而生成高压空气16的压缩机I ;使在压缩机I生成的高压空气16和气体燃料50燃烧、生成高温燃烧气体18的燃烧器2 ;由在燃烧器2生成的高温燃烧气体18驱动的涡轮3 ;由涡轮3的驱动而旋转从而产生电力的发电机8 ;将压缩机1、润轮3和发电机8连接成一体的轴7。
[0036]燃烧器2被容纳在壳体4的内部。另外，燃烧器2在其头部具有由多个燃烧嘴构成的多燃烧嘴6，在位于该多燃烧嘴6的下游侧的燃烧器2的内部具有将高压空气和燃烧气体隔开的近似圆筒形的燃烧器衬套10。
[0037]在该燃烧器衬套10的外周配置流动套管11，作为形成使高压空气向下流的空气流路的外周壁。流动套管11的直径大于燃烧器衬套10的直径，被配置成与燃烧器衬套10基本是同心圆的圆筒形。
[0038]燃烧器衬套10的下游侧配置尾筒内筒12，用于将在燃烧器2的燃烧室5产生的高温燃烧气体18向涡轮3引导。在尾筒内筒12的外周侧配置尾筒外筒13。
[0039]吸入空气15被压缩机I压缩后成为高压空气16。高压空气16充满壳体4内之后，流入尾筒内筒12和尾筒外筒13之间的空间，从外壁面对尾筒内筒12进行对流冷却。
[0040]而且，高压空气16通过形成在流动套管11与燃烧器衬套10之间的环形流路向着燃烧器的头部流动。流入多燃烧嘴6的高压空气16流入设置在位于燃烧室5的上游侧壁面的空气孔板31上的多个空气孔32。
[0041]流入了空气孔32的高压空气16与从燃料喷嘴20喷射的气体燃料混合，作为预混气体17流入燃烧室5。预混气体17在燃烧室5燃烧，生成高温燃烧气体18。该高温燃烧气体18通过尾筒内筒12向涡轮3供应。供应给涡轮3的高温燃烧气体18在驱动了涡轮3之后被排出，成为排气气体19。
[0042]由涡轮3获得的驱动力，通过轴7向压缩机I和发电机8传递。由涡轮3获得的驱动力的一部分驱动压缩机I对空气加压，生成高压空气。另外，由涡轮3获得的驱动力的另一部分使发电机8旋转产生电力。
[0043]多燃烧嘴6具有气体燃料系统51?53的三个燃料系统。各个燃料系统都具有燃料流量调整阀61?63，各个气体燃料系统的流量利用控制装置64的信号调节阀开度来控制，并控制燃气轮机装置9的发电量。另外，在分成三个燃料系统的上游侧具有用于截断燃料的燃料截断阀60。
[0044]图1的截面图表不多燃烧嘴6的具体情况，图2表不从燃烧室5侧看空气孔板31的正视图。本实施例的多燃烧嘴6由中央燃烧嘴76和6个外侧燃烧嘴77形成。每个燃烧嘴由多个燃料喷嘴20、将气体燃料向多个燃料喷嘴20分配的燃料箱23以及使空气和燃料所通过的空气孔32与燃料喷嘴一一对应地配置的空气孔板31形成。另外，如图2的正视图所示，各燃烧嘴的空气孔32配置在三列同心圆上。在中央燃烧嘴上连接气体燃料系统51，外侧燃烧嘴被分成内周部与外周部两组，分别连接气体燃料系统52、53。
[0045]如图7的外侧燃烧嘴77的截面放大图所示，在燃料喷嘴20的前端安装凸缘28，而且燃料喷嘴20的前端插入到空气孔32的内部。因此，空气16在通过燃料喷嘴前端的凸缘28时产生旋涡，可以促进燃料射流和空气16的混合。并且，可以利用短的空气孔长度进行燃料与空气的预混合。
[0046]如图1所示，设置在空气孔板31上的空气孔32，由于形成圆锥形的火焰，因此在面向燃烧室5的出口相对于燃烧嘴中心轴倾斜，在燃烧嘴下游形成旋流40。旋流40的中心部形成负压，因此形成循环流41，循环流41将高温燃烧气体从燃烧室下游向上游侧输送，向预混合气供应热。通过该作用可以稳定地对火焰43进行保焰，并且从燃烧嘴的中心起以第i列的空气孔为起点形成圆锥形的火焰43。通过形成圆锥形的火焰43，可以增加从空气孔32的出口到达火焰43的距离，因此从空气孔32喷射之后，燃料与空气也进一步混合，可以进行低NOx燃烧。
[0047]在燃烧器内部成为非常高的温度，另外，根据地点的不同温度也不同，因此，在衬套10与流动套管11之间产生热伸缩差。因此，如果完全固定燃烧嘴与衬套10，则因热伸缩差在固定部产生应力，有可能发生破损。因此，可以使用在燃烧嘴的外周部安装弹簧状的密封部件，将燃烧嘴插入衬套10内部进行固定的方法。在此情况下，利用弹簧状密封部件既可以将衬套10相对于燃烧器半径方向固定，又可以相对于轴方向不进行约束，因此可以吸收衬套10与流动套管11的热伸缩差。
[0048]在本实施例中，如果增加空气孔板31的厚度，就有在空气孔内火焰倒流烧坏的危险，因此，将空气孔板31做成了用于混合燃料和空气所需的最小限的厚度。从混合燃料与空气的角度出发，通过将空气孔板31的厚度做成了所需要的最小限的厚度，单靠空气孔板31不能固定弹簧状的密封部件。因此，在本实施例中，将具有空气供应孔38的圆筒形的导流体36安装在空气孔板31的外周部。然后，在圆筒导流体36的外周安装弹簧状密封部件37，在衬套10的内部插入燃烧嘴。另外，圆筒导流体36构成为与燃烧嘴出口端面30连接，并包围多燃烧嘴6。
[0049]在此,与本实施例不同地，图4表不空气供应孔38未被配置在圆筒导流体36时的外侧燃烧嘴77的详细的截面图。随着从外侧燃烧嘴的空气孔喷射的预混气体17的流动，在外侧燃烧嘴77的最外周的空气孔和圆筒导流体36之间的区域产生循环流42。而且，为了相对于专利文献I进一步减少NOx，在燃料喷嘴前端设置凸缘28并插入空气孔32的内部，从而在进行燃料与空气的预混合的同时，使空气孔相对于燃烧嘴中心轴倾斜，在燃烧嘴下游形成旋流，从而形成圆锥形的火焰43，增加在燃烧室5内的混合距离。
[0050]从燃烧嘴的外周部空气孔喷射的预混气体17在到达火焰43之前向周围扩散，因此预混气体17的一部分被吸入燃烧嘴外周部的循环流42并滞留。另外，在多燃烧嘴的情况下，如图2所示，在燃烧嘴与燃烧嘴之间具有很大的死区35，形成更大的循环流。燃烧室5内的流动场所因旋流而发生很大的变化。因此如图4所示，由于该变化，火焰43产生的高温燃烧气体18有可能在外侧燃烧嘴77与圆筒导流体36之间的空间暂时向上游侧倒流。
[0051]此时，由于循环流42充满预混气体17，因此，预混气体通过高温燃烧气体被点燃，整个循环流成为高温。一旦循环流内成为高温，则如图5所示，火焰43变形，以外侧燃烧嘴最外周的空气孔出口周围47为起点被进行保焰。以外侧燃烧嘴最外周的空气孔出口周围47为起点被进行保焰的火焰43利用燃烧嘴外侧的循环流42被供应高温燃烧气体，因此被稳定地保焰。其结果，因为火焰43与圆筒导流体36和衬套10邻近所以金属温度上升。另夕卜，由于火焰位置向上游侧移动，所以燃料与空气的净混合距离缩短，NOx排放量有可能增加。
[0052]另外，如图6所示，即使在空气孔板厚且无圆筒导流体的情况下，随着从空气孔32喷射的预混气体17的流动，在燃烧嘴外周部形成循环流42。虽然通过了弹簧状密封部件37的漏泄空气45流入燃烧室5内部，但由于沿着衬套10流动，几乎不与循环流42混合，因此预混气体滞留在循环流42内，高温燃烧气体18暂时向上游倒流，从而循环流42中的预混气体被点燃，与图5 —样，火焰以外侧燃烧嘴最外周的空气孔出口周围47为起点被进行保焰。
[0053]因此，在本实施例中，如图7、图8所示，在安装于燃烧室5侧的燃烧嘴外周的圆筒导流体36上设置空气供应孔38。空气供应孔38在燃烧嘴出口端面30附近并且相对于燃烧嘴出口端面30在水平方向上开口。弹簧状密封部件37为了具有弹性功能而设置狭缝，通过了衬套10与空气孔板31的间隙的空气44通过弹簧状密封部件37，一部分直接通过弹簧状密封部件、被作为漏泄空气45向燃烧室5供应，其余的空气通过空气供应孔38，被作为空气喷射流46向燃烧室5喷射。
[0054]空气喷射流46沿着燃烧嘴出口端面30向着燃烧嘴中心方向流动，流入外侧燃烧嘴77的燃烧嘴最外周部的空气孔出口周围47。另外，在本实施例中，使相邻的空气供应孔38的间隔Dl小于火焰的消焰距离，使空气供应孔38与燃烧嘴出口端面30的间隔D2也小于火焰的消焰距离。
[0055]在可以成为保焰起点的外侧燃烧嘴最外周的空气孔出口周围47，在空气喷射流46直接到达的区域不存在燃料而不能对火焰进行保焰。另外，由于相邻的空气喷射流46的间隔、空气喷射流46与燃烧嘴出口端面30的间隔在消焰距离以下，因此即使该空间的空燃比高，也不能对火焰进行保焰。因此，可以抑制火焰形状的变化，保持圆锥形的火焰43。
[0056]如图9所示，到达燃烧嘴外周部的空气喷射流46被预混气流17改变了流动方向，预混气流17的一部分被吸入空气喷射流46，而不是被吸入循环流42。因此，循环流42的空燃比大幅度降低，可以防止火焰在循环流内传播。
[0057]但是，在空气喷射流46的喷射流速与从空气孔32喷射的预混气流17相比非常快，而且空气供应孔38与空气孔32的出口非常接近的情况下，有可能阻碍预混气流17的流动而引起燃烧不稳定。另外，从更接近空气孔32的空气供应孔38喷射的空气喷射流46有可能不被吸入循环流42。
[0058]对于这样的问题例如可以考虑使弹簧状密封部件上游侧37a的通过截面积小于空气供应孔38与弹簧状密封部件下游侧37b的通过截面积，降低空气喷射流46的喷射流速。通过这样可以削弱空气喷射流的惯性力，使对空气孔32所喷射的预混气流的流动的影响降到最小限，可靠地被吸入循环流42。
[0059]如上所述，在包围燃烧嘴的圆筒导流体上设置空气供应孔38，构成为使相邻的空气供应孔38彼此的间隔Dl和空气供应孔38与燃烧嘴出口端面30的间隔D2小于预混气体的消焰距离，从而可以抑制因火焰的形状变化、因接近引起的金属温度上升，而且空气喷射流46沿着燃烧嘴出口端面30流动，从而可以在燃烧嘴表面形成空气层，降低燃烧嘴出口端面30的温度。即，可以形成稳定的火焰，可以降低衬套和燃烧嘴端面的金属温度。
[0060]而且，在通过在空气孔板31上设置的多个空气孔向燃烧室供应燃料和空气的预混气体的预混燃烧嘴中，如果增加空气孔板31的厚度，就有在空气孔内火焰倒流烧坏的风险。另外，如果单纯降低板的厚度，有可能难以安装密封部件。根据本实施例的结构，利用圆筒导流体可以确保密封部件的安装空间，可以使空气孔板31形成混合燃料和空气所需要的最低厚度。因此，也可以降低空气孔内火焰倒流的风险，可以形成稳定的火焰以及进一步明显地降低衬套和燃烧嘴端面的金属温度。
[0061]由于燃气轮机的效率提高，涡轮入口的气体温度有上升的趋势。但是，如果火焰的温度超过1600°C，即使是预混燃烧，也排放大量的NOx，与扩散燃烧一样，或根据条件的不同排放更多，因此燃气轮机燃烧器的预混燃烧方式基本上适用于1600°C以下。在此，燃气轮机额定负载条件下的压缩机出口的平均温度即空气温度为400°C时，火焰温度成为1600°C的预混气体中的天然气浓度约为5%。在这种情况下，如图10的预混气体中的天然气浓度与消焰距离的曲线图所示，天然气浓度为5%时的消焰距离约为1cm。但是，在采用了以上述条件应用的预混燃烧的燃气轮机燃烧器上，使Dl和D2小于Icm可以有效地防止火焰附着在预混燃烧嘴的外周部。
[0062]图10的消焰距离是气压、室温的数据，根据压力、空气温度的上升，消焰距离有缩小的趋势，但如图8所示，空气喷射流46 —面向周围扩散一面被射出，进而空气供应孔38被向着燃烧器的中心喷射。因此，空气喷射流46的间隔越接近中心越窄，到达燃烧嘴外周部时的相邻的空气喷射流46的间隔D1’和空气喷射流46与燃烧嘴出口端面30的间隔D2’比Dl和D2更小。
[0063]另外，当空气喷射流46被从空气供应孔38喷射时产生滑流48，空气喷射流46的一部分也向空气喷射流46与空气喷射流46之间流出。并且，在燃烧嘴最外周空气孔出口附近，固定量的空气流入空气喷射流46与空气喷射流46之间，通过降低局部空燃比可以得到延长消焰距离的效果。因此，通过使Dl和D2小于1cm，可以使D1’和D2’远小于消焰距离，可以得到有效地防止火焰附着的效果。使Dl和D2在Icm以下在其他实施例中也同样可以得到有效的效果。
[0064]弹簧状密封部件37是阻碍圆筒导流体36和衬套10之间的空气流动的部件。因此，如图11所示，将空气供应孔38配置在弹簧状密封部件下游侧37b的更下游的情况下，由于在空气供应孔的前后几乎不产生压差，因此大部分空气44通过弹簧状密封部件37之后直接沿着下游方向流动而成为漏泄空气45。因此，由于没有足够的空气流入空气供应孔，有不能防止火焰附着在燃烧嘴外周部的危险。
[0065]与此相对地，在本实施例中，如图9所示，在衬套10与圆筒导流体36之间向下流动的空气44、45的流动方向，将空气供应孔38配置在弹簧状密封部件的上游侧37a到下游侧37b的范围。因此，弹簧状密封部件下游侧37b成为阻力，可以使足够的空气流入空气供应孔38，可以抑制火焰向外侧燃烧嘴外周附着。
[0066]如图12所示，空气供应孔38也可以向着燃烧嘴出口端面30开口。从空气供应孔38喷射的空气喷射流46与燃烧嘴出口端面30碰撞，然后沿着燃烧嘴出口端面30向燃烧嘴中心方向流动，流入燃烧嘴外周。与燃烧嘴出口端面30碰撞的空气喷射流46相对于喷射方向也向垂直方向扩散，因此空气喷射流间的间隔变窄，图8所示的Dl和D2进一步缩小，可以进一步抑制火焰的附着。
[0067]另外，如图1所示，本实施例具有多个燃料系统，可以在从外侧燃烧嘴的中心起第一列的燃料喷嘴上连接燃料系统52，在外周第二、第三列燃料喷嘴上连接燃料系统53，分别供应气体燃料。因此，向外周第二、第三列燃料喷嘴的每一个供应的燃料比例少于第一列，可以降低从燃烧嘴最外周空气孔喷射的预混气体中的燃料浓度。
[0068]被吸入燃烧嘴外侧的循环流42的预混气体是从燃烧嘴最外周空气孔喷射的预混气体，因此在燃烧外周对火焰进行保焰的情况下，火焰的特性受到从燃烧嘴最外周空气孔喷射的预混气体的空燃比支配。因此，向外周第二、第三列燃料喷嘴的每一个供应的燃料比例少于第一列，从而可以延长消焰距离，可以进一步抑制火焰向外侧燃烧嘴外周附着。
[0069]本实施例表示了具有多个燃烧嘴的多燃烧嘴的结构，但如图13所示，在只具有一个预混燃烧嘴的燃烧器上也是有效的。即使像多燃烧嘴那样的没有大的死区35的情况下，在燃烧嘴外周部也和多燃烧嘴一样，随着从空气孔32喷射的预混气体的流动形成循环流42。因此，在没有空气供应孔38的情况下，预混气体滞留在循环流42内，火焰有可能在燃烧嘴出口的外周部进行保焰。但是，如本实施例所示，在圆筒导流体36上设置空气供应孔38，使Dl和D2小于从燃烧嘴喷射的预混气体的消焰距离(例如小于Icm)，从而可以防止在燃烧嘴出口的外周部对火焰进行保焰，防止衬套和燃烧嘴端面的金属温度上升。
[0070]在使用含有大量的氢气等煤气化气体或焦炉煤气等作为燃气轮机的燃料的情况下，本实施例所示的结构也是有效的。氢气的燃烧速度非常快，因此，在燃烧嘴外周部的循环流中传播，容易在空气孔出口周围进行保焰。但是，通过应用本发明，可以降低形成在外侧燃烧嘴外周的循环流的空燃比，防止火焰顺着外侧循环流向上游侧传播。另外，由于氢气与天然气相比消焰距离非常短，因此，在圆筒导流体36上设置空气供应孔38的同时，减少向图1所示的燃料系统53供应的燃料流量，使外侧燃烧嘴外周部上的局部空燃比小于燃烧嘴中心部，从而增加从最外周的空气孔喷射的预混气体的消焰距离是有效的。
[0071](第二实施例)
[0072]图14表示第二实施例。如图14所示，通过了弹簧状密封部件的空气44通过空气供应孔38而流入燃烧室5，一部分直接再次通过弹簧状密封部件，作为漏泄空气45流入燃烧室5。在本实施例中，相对于第一实施例，在衬套10与圆筒导流体36之间，在空气供应孔38的下游设置凸缘39，阻碍向燃烧嘴轴方向的流动。这样，在空气供应孔38的入口恢复静压，使更多的空气从空气供应孔38流入燃烧室5。
[0073]漏泄空气45无助于防止火焰附着在燃烧嘴外周端面，如果漏泄空气量增加，燃烧用空气就减少，火焰温度上升，NOx排放量增加。因此，将漏泄空气量控制在最小限，从空气供应孔38供应防止火焰附着所需要的空气量，从而既可以抑制NOx排放量增加，又防止火焰向燃烧嘴附着。
[0074]另外，在本实施例中，作为更有效地将空气引入空气导入孔38的结构，以在圆筒导流体36上设置了凸缘39的情况为例子进行了说明。但是，凸缘也不一定非要设置在圆筒导流体36上，通过设置在衬套10与圆筒导流体36之间且位于空气导入孔38的下游侧，可以增加流入空气供应孔38的空气量。
[0075](第三实施例)
[0076]图15、图16表不第三实施例。如图15所不，由于外侧燃烧嘴附近区域49的空气导入孔38与外侧燃烧嘴77的距离近，因此空气喷射流46对预混气体射流17的流动的影响比相对于其他空气供应孔的空气喷射流的影响相对大。因此，在本实施例中，为了使空气喷射流46对预混气体射流17流动的影响为最小限，如图16所示，与第一实施例一样，使相邻的空气供应孔38的间隔Dl和空气供应孔与燃烧嘴出口端面30的间隔D2小于从燃烧嘴最外周空气孔喷射的预混气体的消焰距离的同时，使外侧燃烧嘴附近区域49的空气供应孔48的直径小于其他区域的空气供应孔的直径。
[0077]由于喷射流的势核的长度与直径成比例，因此直径越小喷射流的衰减越快，可以防止阻碍预混气体17的流动。另外，虽然从外侧燃烧嘴附近区域49供应的空气量减少，但如图15所示，外侧燃烧嘴附近区域49的圆筒导流体36与外侧燃烧嘴77之间的死区比其他区域窄，形成在该死区下游的循环流也更小。因此，利用来自更少的空气供应孔38的空气量可以降低燃烧嘴外周侧循环流的空燃比。
[0078]因此，利用来自所需最小限的空气供应孔38的空气量可以抑制火焰附着在燃烧嘴外周部的整个周围并且形成圆锥形的火焰。而且，通过使从空气供应孔38供应的空气量为最小限，可以增加流入空气孔32的空气量，通过降低火焰区上的局部空燃比，可以降低NOx排放量。
[0079](第四实施例)
[0080]图17表示第四实施例。本实施例相对于第一实施例，空气供应孔38在燃烧嘴的周向成为长孔，可以扩大空气供应孔38的全部开口面积。另外,与第一实施例一样,相邻的空气供应孔38的间隔Dl和空气供应孔38与燃烧嘴出口端面30的间隔D2小于从燃烧嘴最外周空气孔喷射的预混气体的消焰距离。
[0081]本实施例与第一实施例相比，可以在周向更均匀地供应空气，且使空气供应孔38的开口面积远大于弹簧状密封部件的空气通过截面积，从而可以降低空气喷射流46的喷射流速。因此，可以使从空气孔32喷射的预混气流的流动阻碍降低到最小限地向空气孔出口周围供应空气。
[0082]由此，与第一实施例一样，排除能够在外侧燃烧嘴的最外周空气孔的出口周围对火焰进行保焰的区域，可以防止火焰在燃烧嘴外周部进行保焰，形成稳定的圆锥火焰，防止金属温度上升。
[0083](第五实施例)
[0084]图18、图19表示第五实施例的燃烧器。本实施例的燃烧器是既可以使用液体燃料也可以使用气体燃料的燃烧器，在衬套10的上游的轴中心位置设置扩散燃烧嘴72，在其周围配置多个对降低NOx排放有效的预混燃烧嘴73。在扩散燃烧嘴72和预混燃烧嘴73的外周配置用于支撑各燃烧嘴的燃烧嘴本体75。另外，在各燃烧嘴的轴中心上游位置配置用于喷射液体燃料56、57的液体燃料喷嘴70、71。
[0085]本实施例的预混燃烧嘴73具有促进燃料与空气的混合且促进从液体燃料喷嘴71喷射的液体燃料57的蒸发的混合室74。在混合室74的壁面，在轴方向形成三列(也可以是I列或多列)，在周向形成多个用于向其内部导入空气15的空气孔34。形成在预混燃烧嘴73上的空气孔34为了在混合室74内部形成旋流，偏向周向配置。
[0086]在预混燃烧嘴73的空气孔34的内部壁面开设气体燃料喷射孔24，向空气孔34内部喷射气体燃料52、53。气体燃料与空气在混合室74 一面形成旋流一面进行混合，成为预混气体而向燃烧室5喷射。当预混气体被向燃烧室5喷射时，由于流路的急剧扩大，可以在燃烧嘴下游形成强循环流41，形成稳定的火焰43。并且，在燃烧嘴外周部也形成循环流42。
[0087]为了支撑弹簧状密封部件37，在燃烧嘴本体75的前端安装圆筒导流体36。另外，本实施例与第二实施例相同，在导流体36的燃烧嘴出口端面30附近使空气供应孔38在燃烧嘴出口端面30水平地开口。相邻的空气供应孔38的间隔和空气供应孔38与燃烧嘴出口端面30的间隔小于火焰43的消焰距离。
[0088]通过将这样的空气供应孔38设置在圆筒导流体36上，可以向燃烧嘴出口周围供应空气喷射流46，通过排除能够成为保焰起点的区域，且降低燃烧嘴外侧循环流42内的空燃比，可以防止火焰附着在燃烧嘴出口周围。并且可以抑制衬套10和燃烧嘴出口端面30的金属温度上升。
[0089]如上所述，各实施例中所述的燃烧器具备预混燃烧嘴，在燃烧嘴前端具有圆筒导流体的燃烧器中，通过在圆筒导流体上设置空气供应孔，从而可以防止火焰在预混燃烧嘴出口周围保焰，可以抑制衬套和燃烧嘴端面的金属温度上升。
[0090]附图标记说明
[0091 ] I压缩机，2燃烧器，3涡轮，4壳体，5燃烧室，6多燃烧嘴，7轴，8发电机，9燃气轮机装置，10燃烧器衬套，11流体套管，12尾筒内筒，13尾筒外筒，15吸入空气，16高压空气，17预混气体，18高温燃烧气体，19排气气体，20,21燃料喷嘴，23燃料箱，24气体燃料喷射孔，28,29凸缘，30燃烧嘴出口端面，31空气孔板，32、33、34空气孔，35燃烧嘴外周死区，36圆筒导流体，37弹簧状密封部件，38空气供应孔，40旋流，41、42循环流，43火焰，44、45、46空气，47燃烧嘴出口周围，49外侧燃烧嘴附近区域，50?53气体燃料系统，56、57液体燃料，60燃料截断阀，61?63燃料流量调节阀，64控制装置，70、71液体燃料喷嘴，72扩散燃烧嘴，73预混燃烧嘴，74混合室，75燃烧嘴本体，76中央燃烧嘴，77外侧燃烧嘴
【权利要求】
1.一种燃气轮机燃烧器，其具备至少一个对气体燃料和空气进行预混合并向燃烧室喷射混合气体的预混燃烧嘴，其特征在于， 该燃气轮机燃烧器具备与所述预混燃烧嘴的所述燃烧室侧的端面、即燃烧嘴出口端面连接并且被配置在所述预混燃烧嘴的外周而包围所述预混燃烧嘴的圆筒， 在所述圆筒上具有多个空气供应孔，相邻的所述空气供应孔彼此的间隔和所述空气供应孔与所述燃烧嘴出口端面的间隔小于从所述预混燃烧嘴喷射的预混气体的消焰距离。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧器，其特征在于， 所述预混燃烧嘴具备具有多个空气孔的空气孔板和向所述空气孔板的空气孔喷射气体燃料的燃料喷嘴，所述空气孔中的一个与所述燃料喷嘴中的一个成为一对，至少具有一个以上的将成对的多个所述燃料喷嘴和所述空气孔集中配置而构成的燃烧嘴。
3.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧器，其特征在于， 相邻的所述空气供应孔彼此的间隔以及所述空气供应孔与所述燃烧嘴的出口端面的间隔小于1cm。
4.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧器，其特征在于， 上述燃气轮机燃烧器具备由多个所述预混燃烧嘴构成的多燃烧嘴。
5.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧器，其特征在于，该燃气轮机燃烧器具备: 衬套，所述衬套包围燃烧室； 密封部件，所述密封部件被设置在所述衬套与被插入所述衬套的所述圆筒之间，固定所述圆筒和所述衬套，阻碍所述衬套与所述圆筒之间的空气流动， 设置在所述圆筒上的所述空气供应孔在所述衬套与所述圆筒之间向下流动的空气的流动方向被配置在从所述密封部件的上游端到下游端的范围内。
6.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧器，其特征在于， 所述空气供应孔平行于所述燃烧嘴出口端面，或向着所述燃烧嘴出口端面开口。
7.根据权利要求5所述的燃气轮机燃烧器，其特征在于， 所述空气供应孔为在所述圆筒的周向较长的长孔形。
8.根据权利要求5所述的燃气轮机燃烧器，其特征在于， 在所述衬套与所述圆筒导流体之间的所述空气供应孔的下游具有阻碍空气流动的凸缘。
9.根据权利要求5所述的燃气轮机燃烧器，其特征在于， 在所述空气供应孔中，邻近燃烧嘴的所述空气供应孔的直径小于离开燃烧嘴的空气供应孔的直径。
10.根据权利要求2所述的燃气轮机燃烧器，其特征在于， 该燃气轮机燃烧器具备多个燃料系统，各燃烧嘴的空气孔和燃料喷嘴被配置在多列圆周上，在所述燃料喷嘴中，由内周侧燃料喷嘴和外周侧燃料喷嘴与各自的燃料系统连接，并且向所述外周燃料喷嘴供应的每一个的燃料流量少于向所述内周燃料喷嘴供应的每一个的燃料流量。
【文档编号】F23R3/04GK103672965SQ201310371155
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月23日 优先权日:2012年9月24日
【发明者】三浦圭祐, 百百聪, 小金泽知己, 平田义隆, 阿部一几 申请人:株式会社日立制作所