燃气轮机燃烧器的制造方法_3

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,在内部流道36局部地产生非定常涡或沉淀,有可能损坏燃烧器的可靠性。因此,内部流道36的宽度W36及深度D36期望以满足式(2)的方式设定。
[0071]2XS31 > W36XD36...(2)
[0072](动作)
[0073]接着,参照【附图说明】本实施方式的燃气轮机燃烧器2的燃烧动作。
[0074]图8是示意地表示本实施方式的燃烧嘴5的燃料与空气的流动的图,是图6的VII1-VIII线的向视剖视图。如图2及图8所示,通过流道47、48导至燃烧室50的高压空气101作为空气喷流35流入形成于空气孔板39的基板32的空气孔31A。另一方面,从燃料系统200通过燃料头40供给至燃料喷嘴30的燃料从燃料喷嘴30的喷出孔喷出,作为燃料喷流34流入空气孔31A。流入空气孔31A的燃料喷流34以被空气喷流35覆盖周围的状态从空气孔31A流下到空间部46的内部流道36并充满内部流道36。由于该燃料喷流34与空气喷流35的混合气体喷流的混合程度低,因此,中心的燃料浓度高,外周的燃料浓度低。燃料喷流34的温度与空气喷流35相比低,为数百°(:,因此,从空气孔31A喷出的混合气体喷流中心的温度低,外周的温度高。流入内部流道36的混合气体喷流的流道急剧扩大,在内部流道36的入口(空气孔3IA的出口)附近促进混合(一次混合)。由该一次混合生成的燃料喷流34与空气喷流35的混合气体(一次混合气体)从内部流道36流入形成于旋转板33的空气孔31B。流入空气孔31B的一次混合气体的流道急剧缩小,在空气孔3IB的入口(内部流道36的出口)附近进一步促进混合(二次混合)。由该二次混合生成的燃料喷流34与空气喷流35的混合气体(二次混合气体)在空气孔31B中流动。空气孔31B形成为以角度α °倾斜的管道(斜圆柱管道)状,因此,对在空气孔31Β中流动的二次混合气体赋予旋转方向的力成分而形成循环流。空气孔31Β的出口向燃烧室50开口,因此,二次混合气体的流道急剧扩大,在空气孔31Β的出口附近进一步促进混合(三次混合)。由三次混合生成的燃料喷流34与空气喷流35的混合气体(三次混合气体)一边旋转一边作为预混合气体38向燃烧室50喷出并燃烧。
[0075]图9是表示本实施方式的燃气轮机燃烧器2的燃料分级的图。在图9中,横轴表示经过时间,纵轴表示燃料流量。
[0076]如图9所示,在燃气轮机点火时,从燃料系统200向Fl燃烧嘴5A、F2燃烧嘴5B及F3燃烧嘴5C供给燃料。另一方面,未向F4燃烧嘴f5D供给燃料。
[0077]在燃气轮机点火后,切换为Fl燃烧嘴5A的单独燃烧,使涡轮机3升速至到达额定转数无负荷状态(FSNL:Full Speed No Load)。在这期间,从燃料系统200只向Fl燃烧嘴5A供给燃料,未向F2燃烧嘴5B、F3燃烧嘴5C及F4燃烧嘴供给燃料。
[0078]涡轮机3若升速到额定转数,则开始发电而使负荷增加。根据该负荷的增加,以燃气轮机燃烧器2的燃烧嘴5的燃空比为稳定燃烧范围的方式依次向F2燃烧嘴5B、F3燃烧嘴5C及F4燃烧嘴供给燃料,阶段性地扩大燃料的供给范围。以向Fl燃烧嘴5A?F4燃烧嘴的全部供给燃料的燃烧状态成为额定转数额定负荷(FSNL:Full Speed Full Load)。
[0079](效果)
[0080](I)在本实施方式中,在每个基板32及旋转板33的空气孔列以隔壁部37隔开基板32与旋转板33间的空间部46。因此,即使在燃烧嘴5的局部负荷运转时从一部分的燃料喷嘴30喷射燃料的情况下,也能从一部分的空气孔31A喷出的混合气体在基板32与旋转板33之间不由从其他空气孔列的空气孔31A喷出的空气稀释地将从空气孔31B喷出至燃烧室50的预混合气体38的燃空比抑制得必要低。另外,由于能够使从空气孔31B喷出至燃烧室50的预混合气体38的流量及燃空比在属于同列的空气孔31B之间相等,因此,能减小燃烧嘴5的流量与燃空比的圆周方向偏差。因此,能高精度地控制从各空气孔31B喷出的预混合气体38的燃空比,能在从燃气轮机的点火到额定负荷的一连串的运转过程实现稳定燃烧,且抑制叫的排出量。
[0081](2)在本实施方式中,将在空间部46由隔壁部37划分而形成的内部流道36的截面积设定为基板32的空气孔31A的截面积以上。因此,能抑制内部流道36的混合气体喷流的流速的增加,抑制由压力损失的增加引起的燃气轮机1000的效率的下降。
[0082](3)在本实施方式中,成为将燃料系统200分支为燃料系统201?204,能分别控制Fl?F4燃烧嘴5A?的群分结构,因此,能进行根据由燃气轮机所要求的燃料流量的变化使供给燃料的燃料喷嘴300的个数阶段性地变化的燃料分级。因此,能实现燃气轮机局部负荷运转时的稳定燃烧,且抑制叫的排出量。
[0083](4)在本实施方式中,在Fl燃烧嘴5A中,将在圆周方向上邻接的两个空气孔31B间的距离设定得比消焰距离大。因此,火焰靠近旋转板33,能够进一步强化,火焰的稳定性。
[0084](5)在本实施方式中,由于燃料与空气阶段性地混合,因此,能抑制燃料与空气在空气孔31A内完全混合,抑制空气孔31A内的燃料的自燃。因此,能抑制基板32及旋转板33的熔损,提高燃气轮机燃烧器2的可靠性。
[0085]另外,在本实施方式中,多个燃料喷嘴30的燃料的流动方向的下游侧的端部从空气孔31A的入口离开。因此,例如与将燃料喷嘴30的前端插入空气孔31A的结构相比,能抑制空气孔31A内的燃料的流速的增加,抑制由压力损失的增加引起的燃气轮机1000的效率的下降。
[0086]另外,在本实施方式中,由于燃料喷流34与空气喷流35以同轴喷流向燃烧器50喷出,因此,燃料与空气的界面增加,进一步促进燃料与空气的混合。因此,能在燃烧室50中的燃烧时抑制NOx的产生量。
[0087]另外,在本实施方式中,由于空气孔31B以角度α °在圆周方向上倾斜,因此,在空气孔31Β中流动的流体一边形成循环流一边从空气孔31Β喷射。因此,能形成更稳定的火焰。
[0088](6)根据本实施方式,在基板32的下游侧配设具有分别与基板32的多个空气孔列分别对应的多个空气孔列的旋转板33,具有设有在每个空气孔列隔开基板32与旋转板33间的空间部46的隔壁部37的简单的结构。因此,能改造现有的燃气轮机燃烧器而简单地制造。例如,相对于具备使燃料与空气燃烧而生成燃烧气体的燃烧室、配置为同心圆状的多个环状列的多个燃料喷嘴及配设于多个燃料喷嘴的下游侧且具有由分别与多个燃料喷嘴对应的多个空气孔构成的同心圆状的多个空气孔列的基板的现有的燃气轮机燃烧器,通过在基板的下游侧配设旋转板33,在基板与旋转板33之间的空间部设置隔壁部37,能相对于现有的燃气轮机燃烧器容易地适用。
[0089]<第二实施方式>
[0090]图10是示意地表示本实施方式的燃气轮机燃烧器的燃料与空气的流动的剖视图。在图10中,对与上述第一实施方式相等的部分标注相同的符号,适当省略说明。
[0091](结构)
[0092]本实施方式的旋转板33的空气孔31Β的结构与第一实施方式不同。在以下,对空气孔31Β的结构进行说明。
[0093]在第一实施方式中,图示了空气孔31Β设在与空气孔31Α在圆周方向上对应的位置的例子,但如图10所示,在本实施方式中,与空间部46连通的旋转板33的空气孔31Β的入口和与空间部46连通的空气孔3IA的出口在圆周方向上偏离。S卩,空气孔3IB的中心轴与旋转板33的燃料喷嘴30侧的端面的交点(空气孔3IB的入口的中心)从空气孔3IA的中心轴上在圆周方向上离开。并且,旋转板33的壁面位于空气孔31Α的中心轴上。其他结构与第一实施方式相同。
[0094](动作)
[0095]如图10所示,从燃料喷嘴30喷出的燃料喷流34与空气喷流35与第一实施方式相同,在内部流道36内成为一次混合气体。该一次混合气体与位于空气孔3IA的中心轴上的旋转板33的壁面碰撞,沿内部流道36在圆周方向上流动。之后,该一次混合气体流入空气孔31B,与第一实施方式相同,作为预混合气体38供给至燃烧室50并燃烧。
[0096](效果)
[0097]在本实施方式中,除了由第一实施方式得到的各效果之外,还得到以下的效果。
[0098]在本实施方式中,空气孔3IA的出口与空气孔31B的入口在圆周方向上偏离,旋转板33的壁面位于空气孔31A的中心轴上。因此,从空气孔31A喷出的中心的温度低的混合气体喷流与该壁面碰撞。因此,冷却由来自燃烧室50的火焰的喷射加热的旋转板33,能实现旋转板33的长寿命化。另外,由于引起流入内部流道36的混合气体喷流向圆周方向(一方向)的流动,因此,与第一实施方式相比,能较长地确保混合气体喷流在内部流道36内流动的距离(以下称为混合距离)。因此,能进一步促进在内部流道36内的燃料与空气的混合,抑制NOx的排出量。
[0099]<第三实施方式>
[0100]图1
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