专利名称：燃气轮机燃烧器的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃气轮机燃烧器，尤其涉及一种特征在于燃料的分级方法的燃气轮机燃烧器。
背景技术：
对现有的燃气轮机燃烧器的概要进行说明。图18是模式性地表示根据现有技术的燃气轮机燃烧器的简略结构的图，该图(a)是纵剖面图，该图(b)是从下游侧观察的图。燃气轮机燃烧器，如该图所示，具有包括作为燃烧室的内部空间的尾管10和包括用于形成预混合气的机构的内筒2；在内筒2的轴心位置上，配置有与导向锥5连通的起动喷嘴3。在起动喷嘴3的周边部，配置有与作为预混合器的主燃烧器6连通的主喷嘴4，在本例中，以相等的角度间隔设置8个主喷嘴。
而且，在起动喷嘴3前端附近的外周上，与导向锥5之间配设有起动旋转器7；并在主喷嘴4的前端附近的外周上，与主燃烧器6之间配设有主旋转器8。而且，在本例中，采用下述平板型喷嘴在主喷嘴4的侧面上的主旋转器8的上游侧安装有平板4a，并在其表面上设置燃料喷出孔。燃烧器1具有如上所述的结构。
供应给主喷嘴4的主要燃料，在主燃烧器6中形成预混合气。另一方面，供应给起动喷嘴3的引燃燃料，从起动喷嘴3生成引燃火焰(扩散火焰)。之后，将预混合气喷射到尾管10，在尾管10内利用引燃火焰进行点火，从而在尾管10内产生预混合火焰。而且，从尾管10的外表面向外壳侧突出设置旁路弯管9，并在其前端设置旁通阀BV。
另外，专利文献1公开了一种燃气轮机燃烧器，其使主喷嘴内的空气和燃料气体在半径方向上均匀混合，同时，降低在预燃室内进行扩散燃烧的量，并提高低NOx化的程度。此外，在专利文献2中公开了一种燃气轮机燃烧器，其在部分燃烧的状态下也可以提高燃烧效率，并增加产生少量NOx的预混合燃烧的比例，同时，在该预混合气燃料浓度低的情况下也能够稳定燃烧，并在宽广的负载区域内进行低NOx的燃烧。
专利文献1特开平6-137559号公报专利文献2特开平8-14565号公报发明内容根据现有技术，燃气轮机燃烧器需要在从部分负载状态到100％负载状态的宽广范围内，能够进行稳定且低环境负载的燃烧。然而，在上述现有燃气轮机燃烧器中，由于低NOx化而产生稀薄的预混合燃烧，在部分负载时由于燃烧温度低而使燃料相对稀薄，因而产生大量未燃部分。对于市场需求来说，降低在这种部分负载时的未燃部分，是关键的一点。
因此，虽然为降低这种燃料的未燃部分，而设定运转参数，使得提高引燃燃料比并打开旁通阀，但是受燃料压力所限，引燃燃料比存在上限，此外受旁通阀的尺寸所限，燃烧区域的空燃比同样存在上限。并且，由于目前的运转模式是从起动时开始向所有的主喷嘴(上述现有例中为8个)以及起动喷嘴(1个)供给燃料，这样，未燃部分的降低本身就产生了限制。
此外，在现有的燃烧控制方式中，在低负载时往往产生废气性能恶化、燃烧振动，进而使燃烧器中的金属温度上升，这些都需要得到改善。本发明，即是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种可以通过改良燃料的分级方法来降低部分负载时的未燃部分、提高排气特性并进行稳定燃烧的燃气轮机燃烧器。
为实现上述目的，本发明提供了一种燃气轮机燃烧器，具有配置在内筒的轴心位置上的起动喷嘴和配置在该起动喷嘴周围并在外周上具备预混合器的多个主喷嘴，作为预混合气从主喷嘴将燃料喷射到处于所述内筒下游的用于形成燃烧室的尾管内，在该尾管内利用所述起动喷嘴产生的扩散火焰进行点火，从而在该尾管内产生预混合火焰，其特征在于从起动时到预定的负载比例，仅在所述多个主喷嘴中的一部分进行燃烧，在所述预定的负载比例以上时，所述多个主喷嘴的剩余部分也进行燃烧。
此外，其特征还在于，在所述预定的负载比例以上时，随着负载的上升而逐一增加所述剩余部分的主喷嘴进行燃烧。并且，其特征还在于在所述起动喷嘴上设置分别与所述多个主喷嘴对应的各个起动孔，对应于在所述各个主喷嘴中进行燃烧，从所述各个起动孔喷射燃料。
此外，其特征还在于在所述起动喷嘴一侧设置用于供给燃料的顶帽(tophat)燃料喷嘴。另外，其特征还在于设置分别与所述多个主喷嘴对应的各个所述顶帽燃料喷嘴，并对应于在所述各个主喷嘴中进行燃烧，从所述各个顶帽燃料喷嘴喷射燃料。
此外，本发明的燃气轮机燃烧器，具有配置在内筒的轴心位置上的起动喷嘴和配置在该起动喷嘴周围并在外周上具备预混合器的多个主喷嘴，作为预混合气从主喷嘴将燃料喷射到处于所述内筒下游的用于形成燃烧室的尾管内，在该尾管内利用所述起动喷嘴产生的扩散火焰进行点火，从而在该尾管内产生预混合火焰，其特征在于可以将安装在所述起动喷嘴上的喷射燃油用的喷嘴更换为喷射气体用的喷嘴。
而且，本发明的燃气轮机燃烧器，具有配置在内筒的轴心位置上的起动喷嘴和配置在该起动喷嘴周围并在外周上具备预混合器的多个主喷嘴，作为预混合气从主喷嘴将燃料喷射到处于所述内筒下游的用于形成燃烧室的尾管内，在该尾管内利用所述起动喷嘴产生的扩散火焰进行点火，从而在该尾管内产生预混合火焰，其特征在于可以将安装在所述起动喷嘴上的喷水雾用的盖更换为喷射气体用的盖。
并且，本发明的燃气轮机燃烧器，具有配置在内筒的轴心位置上的起动喷嘴和配置在该起动喷嘴周围并在外周上具备预混合器的多个主喷嘴，作为预混合气从主喷嘴将燃料喷射到处于所述内筒下游的用于形成燃烧室的尾管内，在该尾管内利用所述起动喷嘴产生的扩散火焰进行点火，从而在该尾管内产生预混合火焰，其特征在于在所述起动喷嘴的前端面上涂敷催化剂涂层。
根据本发明，可以提供一种能够通过改良燃料的分级方法来降低部分负载时的未燃部分、提高排气特性并进行稳定燃烧的燃气轮机燃烧器。
具体而言，从起动时开始到预定的负载比例仅在多个主喷嘴中的一部分进行燃烧，在预定的负载比例以上时，剩余部分的多个主喷嘴也开始进行燃烧，由此，可以加大低负载时等情况下的预混合气浓度，减少未燃部分。
此外，在预定的负载比例以上时，随着负载的上升而逐一增加剩余部分的主喷嘴进行燃烧，从而可以更高效地进行燃烧，减少未燃部分。
而且，在上述起动喷嘴上设置分别与上述多个主喷嘴对应的各个起动孔，对应于在上述各个主喷嘴上进行燃烧，从上述各个起动孔喷射燃料，从而可以更高效地进行燃烧，减少未燃部分。
此外，通过在上述起动喷嘴一侧设置用于供给燃料的顶帽燃料喷嘴，可以将燃料大量投入到预循环部，由此减少未燃部分。
而且，设置分别与上述多个主喷嘴对应的各个顶帽燃料喷嘴，对应于在上述各个主喷嘴上进行燃烧，从上述各个顶帽燃料喷嘴喷射燃料，从而可以更为有效地提高局部的火焰温度，减少未燃部分。
另外，可以通过将安装在上述起动喷嘴上的喷射燃油用的喷嘴更换为喷射气体用的喷嘴，而增多引燃气体的喷射量，增加引燃燃料比，并提高扩散燃烧比，减少未燃部分。
此外，由于可以通过将安装在上述起动喷嘴上的喷水雾用的盖更换为喷射气体用的盖，来增多引燃气体的喷射量，增加引燃燃料比，并提高扩散燃烧比率，所以可以达到降低成本的目的并减少未燃部分。
此外，通过在上述起动喷嘴的前端面上涂敷催化剂涂层，使燃烧燃油时产生的煤烟借助于催化剂覆层的作用进行燃烧，因而可以减少未燃部分。
图1是从下游侧观察实施例1涉及的燃气轮机燃烧器的模式图。
图2是表示实施例1中的燃料分级方法的曲线图。
图3是从下游侧观察实施例2涉及的燃气轮机燃烧器的模式图。
图4是表示实施例2中的燃料分级方法的曲线图。
图5是从下游侧观察实施例3涉及的燃气轮机燃烧器的模式图。
图6是从下游侧观察实施例4涉及的燃气轮机燃烧器的模式图。
图7是表示实施例4中的燃料分级方法的曲线图。
图8是从下游侧观察实施例5涉及的燃气轮机燃烧器的模式图。
图9是表示实施例6中的燃料分级方法的曲线图。
图10是表示实施例7中的燃料分级方法的曲线图。
图11是模式性地表示实施例8涉及的燃气轮机燃烧器的纵剖面图。
图12是表示实施例8中的燃烧进度的一例的曲线图。
图13是表示实施例10中的燃料分级方法的一例的曲线图。
图14是模式性地表示实施例11涉及的燃气轮机燃烧器的主要部分的纵剖面图。
图15是表示实施例11中的燃烧进度的一例的曲线图。
图16是模式性地表示实施例12涉及的燃气轮机燃烧器的起动喷嘴前端部的纵剖面图。
图17是模式性地表示实施例13涉及的燃气轮机燃烧器的起动喷嘴前端部的纵剖面图。
图18是模式性地表示现有技术中的燃气轮机燃烧器的简略结构的图。
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，对与上述现有例相同的部分标注相同的标号，并适当省略详细说明。
实施例1图1是从下游侧观察本发明实施例1涉及的燃气轮机燃烧器的模式图。该图中与上述图18所示的现有例相同地，例示了具有8个主喷嘴和1个起动喷嘴的情况。这一点，在下面的各个实施例中也是一样的。在该图中，对于与各个主燃烧器6连通的上述主喷嘴4(这里未图示)，重新沿逆时针方向从旁路弯管9一侧依次标注M1～M8的标号。此时，可以进行如下切换例如仅在位置远离旁路弯管9的划有斜线的5个主喷嘴M2～M6上进行低负载区域的燃烧，并在部分负载区域内，在加上剩余部分的所有8个主喷嘴M1～M8上进行燃烧。但是，主要燃料整体的供给量没有变化。
图2是表示本实施例的燃料的分级方法的曲线图。其中，采用负载(％)作为横轴，主喷嘴燃烧个数(个)作为纵轴。如该图所示，作为其中一例，在负载为20％～25％的低负载区域内，在其中一部分的5个主喷嘴上进行燃烧，在负载为20％～25％以上的部分负载区域内，加上剩余的3个主喷嘴，切换为在8个主喷嘴上进行燃烧。
这样，在低负载区域内，在5个主喷嘴上进行燃烧，从而增大了预混合气的浓度，减少了未燃部分。此外，通过在相对于燃烧器的中心轴的非对称位置上进行燃烧，抑制了燃烧振动。而且，将未燃烧的3个主喷嘴(在本例中为M1、M7、M8)配置在旁路弯管9一侧，可以防止将燃烧气体卷入旁路弯管9。
另外，虽然主喷嘴不限于5个，即使形成在1个、3个主喷嘴等上进行燃烧的结构，预混合气的浓度大且相对于中心轴非对称的燃烧也成立，但是，从抑制例如金属温度升高、逆火等其他缺陷而高效进行燃烧的观点来看，在现有情况下，在5个主喷嘴上进行燃烧的结构是最实用的。
此外，由于上述主旋转器8所产生的预混合气的旋转方向，成为图1中的逆时针方向，所以形成使最接近旁路弯管9的位置左右对称的主喷嘴M1、M8和在顺时针方向上邻接的M7不燃烧的结构，从而使左旋的燃烧气体处于远离旁路弯管9的位置，因而可以更为可靠地防止将燃烧气体卷入旁路弯管9。
另外，在与低负载区域内进行燃烧的各个主喷嘴(本实施例中为M2～M6)连通的各个主燃烧器6上，设置例如蜂窝状等的催化剂层，从而可以促进低负载区域内的燃烧，并更加可靠地减少未燃部分。
实施例2图3是从下游侧观察本发明实施例2涉及的燃气轮机燃烧器的模式图。在本实施例中，在上述实施例1的结构的基础上，使起动喷嘴3前端周围的多个(该图中为8个)起动孔3a，根据主喷嘴4的动作进行分级。
且如该图所示，从中心轴看来，在处于各个主喷嘴之间的位置上设置起动孔3a。而且，对于各个起动孔3a，重新从位于M1、M2之间的起动孔，沿逆时针方向依次标注P1～P8的标记。此时，当在低负载区域例如在划有斜线的5个主喷嘴M2～M6上进行燃烧时，仅从相应的5个孔P2～P6(用黑圆点表示)喷射燃料。之后，切换为在部分负载区域内在所有的8个主喷嘴M1～M8上进行燃烧之后，从相应的所有的8个孔P1～P8喷射燃料。
图4是表示本实施例的燃料分级方法的曲线图。该图(a)表示主要燃料的分级方法，该图(b)表示引燃燃料的分级方法。该图(a)中的横轴表示负载(％)，纵轴表示主喷嘴燃烧个数(个)。此外，该图(b)中的横轴表示负载(％)，纵轴表示起动孔燃料喷射个数(个)。
如该图(a)所示，在负载为20％～25％的低负载区域内，在M2～M6这5个主喷嘴上进行燃烧，在负载为20％～25％以上的部分负载区域内，切换为在8个主喷嘴M1～M8上进行燃烧。对应与此，如该图(b)所示，在负载为20％～25％的低负载区域内，仅从P2～P6这5个孔喷射燃料，在负载为20％～25％以上的部分负载区域内，切换为通过所有的8个孔P1～P8喷射燃料。这样，与在低负载区域内进行燃烧的5个主喷嘴对应地从5个起动孔喷射燃料，从而可以更高效地进行燃烧，并减少未燃部分。
另外，与各个主喷嘴M1～M8对应的起动孔P1～P8，在图3中位置分别沿逆时针方向略微(例如22.5度)偏移，原因在于由于上述起动旋转器7所产生的预燃烧气体的旋转方向在该图中为顺时针方向，所以引燃火焰往往位于与其对应的主喷嘴的下游侧，因而可以高效进行燃烧。另外，与各个主喷嘴对应的起动孔的位置，可以根据主旋转器角度、起动旋转器角度和燃烧器结构等任意进行改变。
实施例3图5是从下游侧观察本发明实施例3涉及的燃气轮机燃烧器的模式图。在本实施例中，形成如下结构相对于上述实施例1的结构，分散一定程度地配置在低负载区域内进行燃烧的主喷嘴。例如，如该图(a)中的斜线所示，可以形成在低负载区域内在M2～M4以及M6、M7这些主喷嘴上进行燃烧，而不在其间的M5上进行燃烧的结构。或者，如该图(b)中的斜线所示，还可以形成在低负载区域内在M2、M3以及M5～M7这些主喷嘴上进行燃烧，而不在其间的M4上进行燃烧的结构。而且，由于M1以及M8处于旁路弯管9一侧，所以为了防止卷入燃烧气体，在该图(a)、(b)中任一情况下都不会在低负载区域内进行燃烧。
如本实施例所示，在将低负载区域内进行燃烧的主喷嘴分割成3个和2个的结构中，与实施例1所示的5个主喷嘴完全邻接的结构相比，认为燃烧效率会降低一些。具体而言，在该图(a)中M5附近的燃烧效率可能降低，在该图(b)中，M4附近的燃烧效率可能降低。但是，与在所有的8个主喷嘴上进行燃烧的情形相比，可以改善燃烧效率，并且比实施例1的情形相比，可以改善燃烧气体温度分布在圆周方向上的不均匀性，因而是有利的。
实施例4图6是从下游侧观察本发明实施例4的燃气轮机燃烧器的模式图。在本实施例中，在上述实施例3的结构的基础上，与实施例2的情形相同地，形成根据主喷嘴4的动作对起动孔3a进行分级的结构。具体而言，在负载区域内，例如在划斜线的M2～M4以及M6、M7这5个主喷嘴中进行燃烧时，仅从相应的P2～P4以及P6、P7这5个孔(用黑圆点表示)喷射燃料。之后，在切换为在部分负载区域内在M1～M8所有的8个主喷嘴中进行燃烧之后，从相应的所有的8个孔P1～P8喷射燃料。
图7是表示本实施例的燃料分级方法的曲线图。该图(a)表示主要燃料的分级方法，该图(b)表示引燃燃料的分级方法。该图(a)中的横轴表示负载(％)，纵轴表示主喷嘴燃烧个数(个)。此外，该图(b)中的横轴表示负载(％)，纵轴表示起动孔燃料喷射个数(个)。
如该图(a)所示，在负载为20％～25％的低负载区域内，在M2～M4以及M6、M7这5个主喷嘴中进行燃烧，在负载为20％～25％以上的部分负载区域内，切换为在M1～M8的8个主喷嘴中进行燃烧。对应于此，如该图(b)所示，在负载为20％～25％的低负载区域内，从P2～P4以及P6、P7这5个孔喷射燃料，在负载为20％～25％以上的部分负载区域内，从所有的8个孔P1～P8喷射燃料。
这样，与在低负载区域内进行燃烧的5个主喷嘴对应地，从5个起动孔喷射燃料，从而可以更高效地进行燃烧，并减少未燃部分。另外，虽然此处关于主喷嘴示出了与上述图5(a)的结构对应的例子，但是与图5(b)的结构对应的情况相同地，在这种情况下，在低负载区域内仅从P2、P3以及P5～P7这5个孔喷射燃料；部分负载区域内，从所有的8个孔P1～P8喷射燃料。
实施例5图8是从下游侧观察本发明实施例5涉及的燃气轮机燃烧器的模式图。在本实施例中，在上述实施例4的结构的基础上，形成也从与未在低负载区域内进行燃烧的M5主喷嘴对应的起动孔P5喷射燃料的结构。具体而言，当在低负载区域内，例如在划斜线的M2～M4以及M6、M7这5个主喷嘴上进行燃烧时，从相应的P2～P4、P6、P7以及P5这6个孔(用黑圆点表示)喷射燃料。
而且，在切换未在部分负载区域内在M1～M8所有的8个主喷嘴上都进行燃烧之后，从相应的所有的8个孔P1～P8喷射燃料。采用这样的结构，可以分别提高M4以及M6各自的接近M5一侧的火焰的燃烧效率。而且，如果形成从与低负载区域内未进行燃烧M1、M8主喷嘴对应的起动孔P1、P8也喷射出燃料的结构，可以提高M2的接近M1一侧的火焰的燃烧效率，以及M7的接近M8一侧的火焰的燃烧效率。
实施例6在本实施例中，相对于上述实施例1的结构，形成以下结构在起动时与图1中说明的情况相同地，仅在M2～M6这5个主喷嘴上进行燃烧，接着，随着负载上升而逐一增加主喷嘴。具体而言，从与最初进行燃烧的M2～M6邻接的主喷嘴开始，依次投入燃料。在本实施例中，例如按照M1、M7、M8的顺序投入燃料。
图9是表示本实施例中的燃料分级方法的曲线图。这里的横轴表示负载(％)，纵轴表示主喷嘴燃烧个数(个)。如该图所示，从起动时到预定的负载比例，在M2～M6这5个主喷嘴上进行燃烧，随着负载的上升，按照M1、M7、M8的顺序增加进行燃烧的主喷嘴。由此，可以更高效地进行燃烧，并减少未燃部分。
另外，也可以将M1和M7的顺序反过来。但是，优选最后增加M8。这是因为由于上述主旋转器8产生的预混合气的旋转方向在图1中为逆时针方向，所以，最后增加左旋的燃烧气体最为接近旁路弯管9的主喷嘴M8，从而尽可能地防止将燃烧气体卷入旁路弯管9。
实施例7在本实施例中，在上述实施例6的结构的基础上，与上述实施例2的结构相同地，对于起动喷嘴前端周围的起动孔，形成根据主喷嘴的动作进行分级的结构。但是，在本实施例中，当增加进行燃烧的主喷嘴时，首先增加起动孔，接着增加与其对应的主喷嘴。
图10是表示本实施例中的燃料分级方法的曲线图。该图(a)表示主要燃料的分级方法，该图(b)表示引燃燃料的分级方法。该图(a)中的横轴表示负载(％)，纵轴表示主喷嘴燃烧个数(个)。此外，该图(b)中的横轴表示负载(％)，纵轴表示起动孔燃料喷射个数(个)。
如该图(a)所示，从起动开始到预定的负载比例，在M2～M6这5个主喷嘴上进行燃烧，随着负载的上升按照M1、M7、M8的顺序增加进行燃烧的主喷嘴。对应于此，如该图(b)所示，从起动时到预定的负载比例，仅从P2～P6这5个孔喷射燃料，并在依次增加各主喷嘴M1、M7、M8之前，依次从对应的孔P1、P7、P8喷射燃料。
由此，通过在增加主喷嘴之前可靠地形成引燃火焰，可以抑制增加主喷嘴时的燃烧不稳定等。而且，还可以与增加各个主喷嘴对应地，从各个起动孔同时喷射燃料，这时，在作为其本来目的的通过燃料分级来减少未燃部分，是有效的。
实施例8图11是模式性地表示本发明实施例8涉及的燃气轮机燃烧器的纵剖面图。如该图所示，在本实施例中，具有外筒11和以同心状被外筒包围的内筒2，在内筒2的轴心位置上，配置起动喷嘴3。在起动喷嘴3周围，配置与主燃烧器6连通的主喷嘴4，此外，内筒2通过其后端与尾管10相连。
此外，在内筒2和包围其的外筒11之间，形成空气流路12，在外筒11的内周壁上，立设现有的顶帽燃料喷嘴20。而且，使燃料与经过该空气流路12供给的空气(如空白箭头表示)中，并充分确保到达尾流上所形成的燃烧区域的距离，从而得到均匀的燃料混合气体。另外，17是外筒11突出设置的车室外壳，18是用于将内筒2固定在外筒11上的撑杆。
在本实施例中，如该图所示，形成如下结构在现有的顶帽燃料喷嘴20的空气流的下游侧，设置比顶帽燃料喷嘴20短的第2顶帽燃料喷嘴21，从此处喷射的第2顶帽燃料，如虚线箭头所示，从空气流路12转到设在内筒2上的导向叶片19的外侧，并供给向起动喷嘴3一侧。通过使用该顶帽燃料喷嘴21，可以将燃料大量投入到预循环部，由此可以减少未燃部分。
图12是表示本实施例中的燃烧进度的一例的曲线图。在该图中，横轴表示负载(％)，纵轴表示火焰温度。此外，图中的曲线a表示主要火焰温度，曲线b表示引燃火焰温度。如该图所示，在低负载时，适当调整引燃燃料比和上述第2顶帽燃料比，将引燃火焰温度保持在火焰稳定以及减少未燃部分所需的范围内而进行燃烧。
而且，当燃烧温度较高时，利用中间负载(例如为50％负载左右)切换到正常的低NOx模式，即，使用主喷嘴、起动喷嘴以及现有的顶帽燃料喷嘴的模式。之后，引燃火焰温度随着负载的上升而急剧下降，另一方面，主要火焰温度缓缓上升。
实施例9本实施例中，代替设置第2顶帽燃料喷嘴21，而在上述现有的顶帽燃料喷嘴20中，例如设置分别在内筒2的外侧以及内侧喷射燃料的双系统的喷射孔(未图示)，并使燃料流向引燃侧的外侧喷射孔为另一系统。并且，通过形成部分负载时从该外侧喷射孔喷射燃料的结构，可以得到与上述实施例8设置第2顶帽燃料喷嘴时相同的效果，并且可以达到减少燃烧器的零件数，并降低成本的目的。
实施例10本实施例中，对应于上述M1～M8的主喷嘴，将上述第2顶帽燃料喷嘴21，或上述顶帽燃料喷嘴20的另一系统，例如作为T1～T8配置在燃烧器的圆周方向上。而且，与在上述实施例1和实施例6等所示的主喷嘴的分级方法一致，顶帽燃料喷嘴也进行分级。由此，可以更为高效地提高局部的火焰温度，并减少未燃部分。
图13是表示本实施例中的燃料分级方法的一例的曲线图。该图(a)表示实施例1所示的主要燃料的分级方法，该图(b)表示顶帽燃料的分级方法。该图(a)中的横轴表示负载(％)，纵轴表示主喷嘴燃烧个数(个)。此外，该图(b)中的横轴表示负载(％)，纵轴表示顶帽燃料喷嘴燃料喷射个数(个)。
如该图(a)所示，在负载为20％～25％的低负载区域内，在M2～M6这5个主喷嘴上进行燃烧，在负载为20％～25％以上的部分负载区域内，切换为在M1～M8这8个主喷嘴上进行燃烧。对应于此，如该图(b)所示，在负载为20％～25％的低负载区域内，从T2～T6这5个喷嘴喷射燃料，在负载为20％～25％以上的部分负载区域内，从T1～T8所有的8个喷嘴喷射燃料。另外，各个T1～T8的顶帽燃料喷嘴不限于单个，也可以是多个。
实施例11图14是模式性地表示本发明实施例11涉及的燃气轮机燃烧器的主要部分的纵剖面图。该图(a)表示现有的结构，该图(b)表示本实施例的结构。如该图(a)所示，现有的起动喷嘴3，形成为具有燃烧气体/燃烧燃油的双重用途而在其中心部安装喷油用的燃油喷嘴3b。在这种情况下，气体燃料如实线箭头表示通过燃油喷嘴3b的周围，从起动喷嘴3前端周围的起动孔3a进行喷射。
在本实施例中，如该图(b)所示，代替该燃油喷嘴3b而插入气体喷嘴3c，使气体燃料如虚线箭头所示通过其内部，从前端的孔3ca进行喷射。由此，形成增多引燃气体喷射量，增加引燃燃料比，并提高扩散燃烧比，减少未燃部分的结构。该结构，主要用在负载为50％以下的区域内。
图15是表示本实施例中的燃烧进度的一例的曲线图。该图中的横轴表示负载(％)，纵轴表示火焰温度。此外，该图中的实线a表示现有的主要火焰温度，实线b表示现有的引燃火焰温度；双点划线c表示本实施例中的主要火焰温度，单点划线d表示本实施例中的引燃火焰温度。
在本实施例中，如该图所示，在负载为50％以下的区域内，根据上述结构，主要火焰温度与现有技术相比向降低方向推移，而引燃火焰温度与现有技术相比向升高方向推移，从而减少未燃部分。而且，在负载为50％以上的区域内，由于未燃部分并未消耗完，因此不使用上述气体喷嘴3c，从而达到与现有技术相同的火焰温度。
由于燃烧燃油大多作为燃烧气体的备用方式，所以，实际上燃气轮机燃烧器运转时大多数燃烧气体。因此，一般安装气体喷嘴进行运转，需要燃烧燃油时还可以更换为燃油喷嘴进行运转。
实施例12图16是模式性地表示本发明实施例12涉及的燃气轮机燃烧器的起动喷嘴前端部的纵剖面图。该图(a)表示其中一例，该图(b)表示另一例。如该图所示，在本实施例中，与上述实施例11相同地，使起动喷嘴3形成为了具有燃烧气体/燃烧燃油的双重用途而在其中心部安装燃油喷嘴3b的结构。在这种情况下，气体燃料如实线箭头所示，通过油喷嘴3b周围，从起动喷嘴3前端周围的起动孔3a进行喷射。
如该图(a)所示，作为现有技术中的结构，安装在起动喷嘴3的中心部的燃油喷嘴3b，形成由中心部3ba和外围部3bb构成的双重管。而且，在中心部3ba的前端，嵌装有燃油喷嘴片13；在外围部3bb上，覆盖燃油喷嘴片13前端的外周边缘部地安装盖14。此时，从盖14中心的开口14b可以观察到燃油喷嘴片13的前端。该盖14，在燃烧燃油时安装现有技术中的喷水雾用的装置，在燃烧气体时更换为本实施例中的喷射燃料气体用的装置。
并且，在燃烧燃油时，如单点划线箭头所示通过中心部3ba而供给的引燃燃油，从燃油喷嘴片13前端的孔13a进行喷射。此外，如虚线箭头所示通过外围部3bb而供给的水，从盖14前端的孔14a进行喷水雾。另一方面，在燃烧气体时，将盖14如上所述更换为喷射燃料气体用的装置，如虚线箭头所示通过外围部3bb而供给燃料气体，并从盖14前端的孔14a进行喷射。在这种情况下，孔14a为用于喷射燃料气体，例如与用作喷水雾的相比可以开口更大。而且，在燃烧气体时，停止供给引燃燃油。
这样，在本实施例中，仅通过更换燃油喷嘴前端的盖，即可同时用于燃烧气体和燃烧燃油，并且，由于可以在燃烧气体时增多引燃气体喷射量而增加引燃燃料比，并提高扩散燃烧比，所以可以降低成本降低，并得到与上述实施例11相同的减少未燃部分的效果。
而且，如该图(b)所示，燃烧气体时还可以拆下燃油喷嘴片13，将盖14更换为另一喷射燃料气体用的装置。在这种情况下，盖14可以形成不设置上述开口14b而进一步加大孔14a的结构。并且，如双点划线箭头所示，通过燃油喷嘴3b的中心部3ba和外围部3bb而供给燃料气体，并从盖14前端的孔14a进行喷射。
在该图(a)所示的结构中，由于燃油喷嘴片13位于盖14前端的中心轴上，所以该部分的空间略微变窄。因此，通过如该图(b)所示将油喷嘴片拆下的结构，可以将盖14前端的孔14a加工得很大，从而可以大量喷射燃料气体。这样，在本实施例中，仅通过更换燃油喷嘴前端的盖并拆下燃油喷嘴片，即可降低成本并达到与上述实施例11相同的减少未燃部分的效果。
实施例13图17是模式性地表示本发明实施例13涉及的燃气轮机燃烧器的起动喷嘴前端部的纵剖面图。在本实施例中，如该图所示，形成在起动喷嘴3的前端面上涂敷催化剂涂层C的结构。在燃烧燃油时，当如箭头A所示从起动喷嘴3的前端喷出雾化的引燃燃油时，如箭头B所示可以在起动喷嘴3前方形成循环区域。因此，利用上述催化剂涂层C的作用使该煤烟进行燃烧，从而可以达到减少未燃部分的目的。
权利要求
1.一种燃气轮机燃烧器，具有配置在内筒的轴心位置上的起动喷嘴和配置在该起动喷嘴周围并在外周上具备预混合器的多个主喷嘴，作为预混合气从主喷嘴将燃料喷射到处于所述内筒下游的用于形成燃烧室的尾管内，在该尾管内利用所述起动喷嘴产生的扩散火焰进行点火，从而在该尾管内产生预混合火焰，其特征在于从起动时到预定的负载比例，仅在所述多个主喷嘴中的一部分进行燃烧，在所述预定的负载比例以上时，所述多个主喷嘴的剩余部分也进行燃烧。
2.如权利要求1所述的燃气轮机燃烧器，其特征在于在所述预定的负载比例以上时，随着负载的上升而逐一增加所述剩余部分的主喷嘴进行燃烧。
3.如权利要求1或2所述的燃气轮机燃烧器，其特征在于在所述起动喷嘴上设置分别与所述多个主喷嘴对应的各个起动孔，对应于在所述各个主喷嘴中进行燃烧，从所述各个起动孔喷射燃料。
4.如权利要求1～3中任意一项所述的燃气轮机燃烧器，其特征在于在所述起动喷嘴一侧设置用于供给燃料的顶帽燃料喷嘴。
5.如权利要求4所述的燃气轮机燃烧器，其特征在于设置分别与所述多个主喷嘴对应的各个所述顶帽燃料喷嘴，并对应于在所述各个主喷嘴中进行燃烧，从所述各个顶帽燃料喷嘴喷射燃料。
6.一种燃气轮机燃烧器，具有配置在内筒的轴心位置上的起动喷嘴和配置在该起动喷嘴周围并在外周上具备预混合器的多个主喷嘴，作为预混合气从主喷嘴将燃料喷射到处于所述内筒下游的用于形成燃烧室的尾管内，在该尾管内利用所述起动喷嘴产生的扩散火焰进行点火，从而在该尾管内产生预混合火焰，其特征在于可以将安装在所述起动喷嘴上的喷射燃油用的喷嘴更换为喷射气体用的喷嘴。
7.一种燃气轮机燃烧器，具有配置在内筒的轴心位置上的起动喷嘴和配置在该起动喷嘴周围并在外周上具备预混合器的多个主喷嘴，作为预混合气从主喷嘴将燃料喷射到处于所述内筒下游的用于形成燃烧室的尾管内，在该尾管内利用所述起动喷嘴产生的扩散火焰进行点火，从而在该尾管内产生预混合火焰，其特征在于可以将安装在所述起动喷嘴上的喷水雾用的盖更换为喷射气体用的盖。
8.一种燃气轮机燃烧器，具有配置在内筒的轴心位置上的起动喷嘴和配置在该起动喷嘴周围并在外周上具备预混合器的多个主喷嘴，作为预混合气从主喷嘴将燃料喷射到处于所述内筒下游的用于形成燃烧室的尾管内，在该尾管内利用所述起动喷嘴产生的扩散火焰进行点火，从而在该尾管内产生预混合火焰，其特征在于在所述起动喷嘴的前端面上涂敷催化剂涂层。
全文摘要
本发明提供一种可以通过改良燃料的分级方法减少部分负载时的未燃部分、提高排气特性并进行稳定燃烧的燃气轮机燃烧器。对于与各个主燃烧器(6)连通的主喷嘴，沿逆时针方向从旁路弯管(9)一侧依次标注M1～M8的标号，则可以进行如下切换例如仅在位置远离旁路弯管(9)的划有斜线的5个主喷嘴M2～M6上进行低负载区域下的燃烧，并在部分负载区域内，在加上剩余部分的所有8个主喷嘴M1～M8上进行燃烧。
文档编号F23R3/28GK1776302SQ20051006400
公开日2006年5月24日 申请日期2005年4月4日 优先权日2004年11月17日
发明者斋藤敏彦, 太田将丰, 赤松真儿, 野势正和 申请人:三菱重工业株式会社