燃氣輪機燃燒器的制作方法

專利名稱：燃氣輪機燃燒器的制作方法
技術領域：
本發明涉及燃氣輪機燃燒器，尤其涉及一種特征在于燃料的分級方法的燃氣輪機燃燒器。
背景技術：
對現有的燃氣輪機燃燒器的概要進行說明。圖18是模式性地表示根據現有技術的燃氣輪機燃燒器的簡略結構的圖，該圖(a)是縱剖面圖，該圖(b)是從下游側觀察的圖。燃氣輪機燃燒器，如該圖所示，具有包括作為燃燒室的內部空間的尾管10和包括用于形成預混合氣的機構的內筒2；在內筒2的軸心位置上，配置有與導向錐5連通的起動噴嘴3。在起動噴嘴3的周邊部，配置有與作為預混合器的主燃燒器6連通的主噴嘴4，在本例中，以相等的角度間隔設置8個主噴嘴。
而且，在起動噴嘴3前端附近的外周上，與導向錐5之間配設有起動旋轉器7；并在主噴嘴4的前端附近的外周上，與主燃燒器6之間配設有主旋轉器8。而且，在本例中，采用下述平板型噴嘴在主噴嘴4的側面上的主旋轉器8的上游側安裝有平板4a，并在其表面上設置燃料噴出孔。燃燒器1具有如上所述的結構。
供應給主噴嘴4的主要燃料，在主燃燒器6中形成預混合氣。另一方面，供應給起動噴嘴3的引燃燃料，從起動噴嘴3生成引燃火焰(擴散火焰)。之后，將預混合氣噴射到尾管10，在尾管10內利用引燃火焰進行點火，從而在尾管10內產生預混合火焰。而且，從尾管10的外表面向外殼側突出設置旁路彎管9，并在其前端設置旁通閥BV。
另外，專利文獻1公開了一種燃氣輪機燃燒器，其使主噴嘴內的空氣和燃料氣體在半徑方向上均勻混合，同時，降低在預燃室內進行擴散燃燒的量，并提高低NOx化的程度。此外，在專利文獻2中公開了一種燃氣輪機燃燒器，其在部分燃燒的狀態下也可以提高燃燒效率，并增加產生少量NOx的預混合燃燒的比例，同時，在該預混合氣燃料濃度低的情況下也能夠穩定燃燒，并在寬廣的負載區域內進行低NOx的燃燒。
專利文獻1特開平6-137559號公報專利文獻2特開平8-14565號公報發明內容根據現有技術，燃氣輪機燃燒器需要在從部分負載狀態到100％負載狀態的寬廣范圍內，能夠進行穩定且低環境負載的燃燒。然而，在上述現有燃氣輪機燃燒器中，由于低NOx化而產生稀薄的預混合燃燒，在部分負載時由于燃燒溫度低而使燃料相對稀薄，因而產生大量未燃部分。對于市場需求來說，降低在這種部分負載時的未燃部分，是關鍵的一點。
因此，雖然為降低這種燃料的未燃部分，而設定運轉參數，使得提高引燃燃料比并打開旁通閥，但是受燃料壓力所限，引燃燃料比存在上限，此外受旁通閥的尺寸所限，燃燒區域的空燃比同樣存在上限。并且，由于目前的運轉模式是從起動時開始向所有的主噴嘴(上述現有例中為8個)以及起動噴嘴(1個)供給燃料，這樣，未燃部分的降低本身就產生了限制。
此外，在現有的燃燒控制方式中，在低負載時往往產生廢氣性能惡化、燃燒振動，進而使燃燒器中的金屬溫度上升，這些都需要得到改善。本發明，即是鑒于上述問題而提出的，其目的在于提供一種可以通過改良燃料的分級方法來降低部分負載時的未燃部分、提高排氣特性并進行穩定燃燒的燃氣輪機燃燒器。
為實現上述目的，本發明提供了一種燃氣輪機燃燒器，具有配置在內筒的軸心位置上的起動噴嘴和配置在該起動噴嘴周圍并在外周上具備預混合器的多個主噴嘴，作為預混合氣從主噴嘴將燃料噴射到處于所述內筒下游的用于形成燃燒室的尾管內，在該尾管內利用所述起動噴嘴產生的擴散火焰進行點火，從而在該尾管內產生預混合火焰，其特征在于從起動時到預定的負載比例，僅在所述多個主噴嘴中的一部分進行燃燒，在所述預定的負載比例以上時，所述多個主噴嘴的剩余部分也進行燃燒。
此外，其特征還在于，在所述預定的負載比例以上時，隨著負載的上升而逐一增加所述剩余部分的主噴嘴進行燃燒。并且，其特征還在于在所述起動噴嘴上設置分別與所述多個主噴嘴對應的各個起動孔，對應于在所述各個主噴嘴中進行燃燒，從所述各個起動孔噴射燃料。
此外，其特征還在于在所述起動噴嘴一側設置用于供給燃料的頂帽(tophat)燃料噴嘴。另外，其特征還在于設置分別與所述多個主噴嘴對應的各個所述頂帽燃料噴嘴，并對應于在所述各個主噴嘴中進行燃燒，從所述各個頂帽燃料噴嘴噴射燃料。
此外，本發明的燃氣輪機燃燒器，具有配置在內筒的軸心位置上的起動噴嘴和配置在該起動噴嘴周圍并在外周上具備預混合器的多個主噴嘴，作為預混合氣從主噴嘴將燃料噴射到處于所述內筒下游的用于形成燃燒室的尾管內，在該尾管內利用所述起動噴嘴產生的擴散火焰進行點火，從而在該尾管內產生預混合火焰，其特征在于可以將安裝在所述起動噴嘴上的噴射燃油用的噴嘴更換為噴射氣體用的噴嘴。
而且，本發明的燃氣輪機燃燒器，具有配置在內筒的軸心位置上的起動噴嘴和配置在該起動噴嘴周圍并在外周上具備預混合器的多個主噴嘴，作為預混合氣從主噴嘴將燃料噴射到處于所述內筒下游的用于形成燃燒室的尾管內，在該尾管內利用所述起動噴嘴產生的擴散火焰進行點火，從而在該尾管內產生預混合火焰，其特征在于可以將安裝在所述起動噴嘴上的噴水霧用的蓋更換為噴射氣體用的蓋。
并且，本發明的燃氣輪機燃燒器，具有配置在內筒的軸心位置上的起動噴嘴和配置在該起動噴嘴周圍并在外周上具備預混合器的多個主噴嘴，作為預混合氣從主噴嘴將燃料噴射到處于所述內筒下游的用于形成燃燒室的尾管內，在該尾管內利用所述起動噴嘴產生的擴散火焰進行點火，從而在該尾管內產生預混合火焰，其特征在于在所述起動噴嘴的前端面上涂敷催化劑涂層。
根據本發明，可以提供一種能夠通過改良燃料的分級方法來降低部分負載時的未燃部分、提高排氣特性并進行穩定燃燒的燃氣輪機燃燒器。
具體而言，從起動時開始到預定的負載比例僅在多個主噴嘴中的一部分進行燃燒，在預定的負載比例以上時，剩余部分的多個主噴嘴也開始進行燃燒，由此，可以加大低負載時等情況下的預混合氣濃度，減少未燃部分。
此外，在預定的負載比例以上時，隨著負載的上升而逐一增加剩余部分的主噴嘴進行燃燒，從而可以更高效地進行燃燒，減少未燃部分。
而且，在上述起動噴嘴上設置分別與上述多個主噴嘴對應的各個起動孔，對應于在上述各個主噴嘴上進行燃燒，從上述各個起動孔噴射燃料，從而可以更高效地進行燃燒，減少未燃部分。
此外，通過在上述起動噴嘴一側設置用于供給燃料的頂帽燃料噴嘴，可以將燃料大量投入到預循環部，由此減少未燃部分。
而且，設置分別與上述多個主噴嘴對應的各個頂帽燃料噴嘴，對應于在上述各個主噴嘴上進行燃燒，從上述各個頂帽燃料噴嘴噴射燃料，從而可以更為有效地提高局部的火焰溫度，減少未燃部分。
另外，可以通過將安裝在上述起動噴嘴上的噴射燃油用的噴嘴更換為噴射氣體用的噴嘴，而增多引燃氣體的噴射量，增加引燃燃料比，并提高擴散燃燒比，減少未燃部分。
此外，由于可以通過將安裝在上述起動噴嘴上的噴水霧用的蓋更換為噴射氣體用的蓋，來增多引燃氣體的噴射量，增加引燃燃料比，并提高擴散燃燒比率，所以可以達到降低成本的目的并減少未燃部分。
此外，通過在上述起動噴嘴的前端面上涂敷催化劑涂層，使燃燒燃油時產生的煤煙借助于催化劑覆層的作用進行燃燒，因而可以減少未燃部分。


圖1是從下游側觀察實施例1涉及的燃氣輪機燃燒器的模式圖。
圖2是表示實施例1中的燃料分級方法的曲線圖。
圖3是從下游側觀察實施例2涉及的燃氣輪機燃燒器的模式圖。
圖4是表示實施例2中的燃料分級方法的曲線圖。
圖5是從下游側觀察實施例3涉及的燃氣輪機燃燒器的模式圖。
圖6是從下游側觀察實施例4涉及的燃氣輪機燃燒器的模式圖。
圖7是表示實施例4中的燃料分級方法的曲線圖。
圖8是從下游側觀察實施例5涉及的燃氣輪機燃燒器的模式圖。
圖9是表示實施例6中的燃料分級方法的曲線圖。
圖10是表示實施例7中的燃料分級方法的曲線圖。
圖11是模式性地表示實施例8涉及的燃氣輪機燃燒器的縱剖面圖。
圖12是表示實施例8中的燃燒進度的一例的曲線圖。
圖13是表示實施例10中的燃料分級方法的一例的曲線圖。
圖14是模式性地表示實施例11涉及的燃氣輪機燃燒器的主要部分的縱剖面圖。
圖15是表示實施例11中的燃燒進度的一例的曲線圖。
圖16是模式性地表示實施例12涉及的燃氣輪機燃燒器的起動噴嘴前端部的縱剖面圖。
圖17是模式性地表示實施例13涉及的燃氣輪機燃燒器的起動噴嘴前端部的縱剖面圖。
圖18是模式性地表示現有技術中的燃氣輪機燃燒器的簡略結構的圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。另外，對與上述現有例相同的部分標注相同的標號，并適當省略詳細說明。
實施例1圖1是從下游側觀察本發明實施例1涉及的燃氣輪機燃燒器的模式圖。該圖中與上述圖18所示的現有例相同地，例示了具有8個主噴嘴和1個起動噴嘴的情況。這一點，在下面的各個實施例中也是一樣的。在該圖中，對于與各個主燃燒器6連通的上述主噴嘴4(這里未圖示)，重新沿逆時針方向從旁路彎管9一側依次標注M1～M8的標號。此時，可以進行如下切換例如僅在位置遠離旁路彎管9的劃有斜線的5個主噴嘴M2～M6上進行低負載區域的燃燒，并在部分負載區域內，在加上剩余部分的所有8個主噴嘴M1～M8上進行燃燒。但是，主要燃料整體的供給量沒有變化。
圖2是表示本實施例的燃料的分級方法的曲線圖。其中，采用負載(％)作為橫軸，主噴嘴燃燒個數(個)作為縱軸。如該圖所示，作為其中一例，在負載為20％～25％的低負載區域內，在其中一部分的5個主噴嘴上進行燃燒，在負載為20％～25％以上的部分負載區域內，加上剩余的3個主噴嘴，切換為在8個主噴嘴上進行燃燒。
這樣，在低負載區域內，在5個主噴嘴上進行燃燒，從而增大了預混合氣的濃度，減少了未燃部分。此外，通過在相對于燃燒器的中心軸的非對稱位置上進行燃燒，抑制了燃燒振動。而且，將未燃燒的3個主噴嘴(在本例中為M1、M7、M8)配置在旁路彎管9一側，可以防止將燃燒氣體卷入旁路彎管9。
另外，雖然主噴嘴不限于5個，即使形成在1個、3個主噴嘴等上進行燃燒的結構，預混合氣的濃度大且相對于中心軸非對稱的燃燒也成立，但是，從抑制例如金屬溫度升高、逆火等其他缺陷而高效進行燃燒的觀點來看，在現有情況下，在5個主噴嘴上進行燃燒的結構是最實用的。
此外，由于上述主旋轉器8所產生的預混合氣的旋轉方向，成為圖1中的逆時針方向，所以形成使最接近旁路彎管9的位置左右對稱的主噴嘴M1、M8和在順時針方向上鄰接的M7不燃燒的結構，從而使左旋的燃燒氣體處于遠離旁路彎管9的位置，因而可以更為可靠地防止將燃燒氣體卷入旁路彎管9。
另外，在與低負載區域內進行燃燒的各個主噴嘴(本實施例中為M2～M6)連通的各個主燃燒器6上，設置例如蜂窩狀等的催化劑層，從而可以促進低負載區域內的燃燒，并更加可靠地減少未燃部分。
實施例2圖3是從下游側觀察本發明實施例2涉及的燃氣輪機燃燒器的模式圖。在本實施例中，在上述實施例1的結構的基礎上，使起動噴嘴3前端周圍的多個(該圖中為8個)起動孔3a，根據主噴嘴4的動作進行分級。
且如該圖所示，從中心軸看來，在處于各個主噴嘴之間的位置上設置起動孔3a。而且，對于各個起動孔3a，重新從位于M1、M2之間的起動孔，沿逆時針方向依次標注P1～P8的標記。此時，當在低負載區域例如在劃有斜線的5個主噴嘴M2～M6上進行燃燒時，僅從相應的5個孔P2～P6(用黑圓點表示)噴射燃料。之后，切換為在部分負載區域內在所有的8個主噴嘴M1～M8上進行燃燒之后，從相應的所有的8個孔P1～P8噴射燃料。
圖4是表示本實施例的燃料分級方法的曲線圖。該圖(a)表示主要燃料的分級方法，該圖(b)表示引燃燃料的分級方法。該圖(a)中的橫軸表示負載(％)，縱軸表示主噴嘴燃燒個數(個)。此外，該圖(b)中的橫軸表示負載(％)，縱軸表示起動孔燃料噴射個數(個)。
如該圖(a)所示，在負載為20％～25％的低負載區域內，在M2～M6這5個主噴嘴上進行燃燒，在負載為20％～25％以上的部分負載區域內，切換為在8個主噴嘴M1～M8上進行燃燒。對應與此，如該圖(b)所示，在負載為20％～25％的低負載區域內，僅從P2～P6這5個孔噴射燃料，在負載為20％～25％以上的部分負載區域內，切換為通過所有的8個孔P1～P8噴射燃料。這樣，與在低負載區域內進行燃燒的5個主噴嘴對應地從5個起動孔噴射燃料，從而可以更高效地進行燃燒，并減少未燃部分。
另外，與各個主噴嘴M1～M8對應的起動孔P1～P8，在圖3中位置分別沿逆時針方向略微(例如22.5度)偏移，原因在于由于上述起動旋轉器7所產生的預燃燒氣體的旋轉方向在該圖中為順時針方向，所以引燃火焰往往位于與其對應的主噴嘴的下游側，因而可以高效進行燃燒。另外，與各個主噴嘴對應的起動孔的位置，可以根據主旋轉器角度、起動旋轉器角度和燃燒器結構等任意進行改變。
實施例3圖5是從下游側觀察本發明實施例3涉及的燃氣輪機燃燒器的模式圖。在本實施例中，形成如下結構相對于上述實施例1的結構，分散一定程度地配置在低負載區域內進行燃燒的主噴嘴。例如，如該圖(a)中的斜線所示，可以形成在低負載區域內在M2～M4以及M6、M7這些主噴嘴上進行燃燒，而不在其間的M5上進行燃燒的結構。或者，如該圖(b)中的斜線所示，還可以形成在低負載區域內在M2、M3以及M5～M7這些主噴嘴上進行燃燒，而不在其間的M4上進行燃燒的結構。而且，由于M1以及M8處于旁路彎管9一側，所以為了防止卷入燃燒氣體，在該圖(a)、(b)中任一情況下都不會在低負載區域內進行燃燒。
如本實施例所示，在將低負載區域內進行燃燒的主噴嘴分割成3個和2個的結構中，與實施例1所示的5個主噴嘴完全鄰接的結構相比，認為燃燒效率會降低一些。具體而言，在該圖(a)中M5附近的燃燒效率可能降低，在該圖(b)中，M4附近的燃燒效率可能降低。但是，與在所有的8個主噴嘴上進行燃燒的情形相比，可以改善燃燒效率，并且比實施例1的情形相比，可以改善燃燒氣體溫度分布在圓周方向上的不均勻性，因而是有利的。
實施例4圖6是從下游側觀察本發明實施例4的燃氣輪機燃燒器的模式圖。在本實施例中，在上述實施例3的結構的基礎上，與實施例2的情形相同地，形成根據主噴嘴4的動作對起動孔3a進行分級的結構。具體而言，在負載區域內，例如在劃斜線的M2～M4以及M6、M7這5個主噴嘴中進行燃燒時，僅從相應的P2～P4以及P6、P7這5個孔(用黑圓點表示)噴射燃料。之后，在切換為在部分負載區域內在M1～M8所有的8個主噴嘴中進行燃燒之后，從相應的所有的8個孔P1～P8噴射燃料。
圖7是表示本實施例的燃料分級方法的曲線圖。該圖(a)表示主要燃料的分級方法，該圖(b)表示引燃燃料的分級方法。該圖(a)中的橫軸表示負載(％)，縱軸表示主噴嘴燃燒個數(個)。此外，該圖(b)中的橫軸表示負載(％)，縱軸表示起動孔燃料噴射個數(個)。
如該圖(a)所示，在負載為20％～25％的低負載區域內，在M2～M4以及M6、M7這5個主噴嘴中進行燃燒，在負載為20％～25％以上的部分負載區域內，切換為在M1～M8的8個主噴嘴中進行燃燒。對應于此，如該圖(b)所示，在負載為20％～25％的低負載區域內，從P2～P4以及P6、P7這5個孔噴射燃料，在負載為20％～25％以上的部分負載區域內，從所有的8個孔P1～P8噴射燃料。
這樣，與在低負載區域內進行燃燒的5個主噴嘴對應地，從5個起動孔噴射燃料，從而可以更高效地進行燃燒，并減少未燃部分。另外，雖然此處關于主噴嘴示出了與上述圖5(a)的結構對應的例子，但是與圖5(b)的結構對應的情況相同地，在這種情況下，在低負載區域內僅從P2、P3以及P5～P7這5個孔噴射燃料；部分負載區域內，從所有的8個孔P1～P8噴射燃料。
實施例5圖8是從下游側觀察本發明實施例5涉及的燃氣輪機燃燒器的模式圖。在本實施例中，在上述實施例4的結構的基礎上，形成也從與未在低負載區域內進行燃燒的M5主噴嘴對應的起動孔P5噴射燃料的結構。具體而言，當在低負載區域內，例如在劃斜線的M2～M4以及M6、M7這5個主噴嘴上進行燃燒時，從相應的P2～P4、P6、P7以及P5這6個孔(用黑圓點表示)噴射燃料。
而且，在切換未在部分負載區域內在M1～M8所有的8個主噴嘴上都進行燃燒之后，從相應的所有的8個孔P1～P8噴射燃料。采用這樣的結構，可以分別提高M4以及M6各自的接近M5一側的火焰的燃燒效率。而且，如果形成從與低負載區域內未進行燃燒M1、M8主噴嘴對應的起動孔P1、P8也噴射出燃料的結構，可以提高M2的接近M1一側的火焰的燃燒效率，以及M7的接近M8一側的火焰的燃燒效率。
實施例6在本實施例中，相對于上述實施例1的結構，形成以下結構在起動時與圖1中說明的情況相同地，僅在M2～M6這5個主噴嘴上進行燃燒，接著，隨著負載上升而逐一增加主噴嘴。具體而言，從與最初進行燃燒的M2～M6鄰接的主噴嘴開始，依次投入燃料。在本實施例中，例如按照M1、M7、M8的順序投入燃料。
圖9是表示本實施例中的燃料分級方法的曲線圖。這里的橫軸表示負載(％)，縱軸表示主噴嘴燃燒個數(個)。如該圖所示，從起動時到預定的負載比例，在M2～M6這5個主噴嘴上進行燃燒，隨著負載的上升，按照M1、M7、M8的順序增加進行燃燒的主噴嘴。由此，可以更高效地進行燃燒，并減少未燃部分。
另外，也可以將M1和M7的順序反過來。但是，優選最后增加M8。這是因為由于上述主旋轉器8產生的預混合氣的旋轉方向在圖1中為逆時針方向，所以，最后增加左旋的燃燒氣體最為接近旁路彎管9的主噴嘴M8，從而盡可能地防止將燃燒氣體卷入旁路彎管9。
實施例7在本實施例中，在上述實施例6的結構的基礎上，與上述實施例2的結構相同地，對于起動噴嘴前端周圍的起動孔，形成根據主噴嘴的動作進行分級的結構。但是，在本實施例中，當增加進行燃燒的主噴嘴時，首先增加起動孔，接著增加與其對應的主噴嘴。
圖10是表示本實施例中的燃料分級方法的曲線圖。該圖(a)表示主要燃料的分級方法，該圖(b)表示引燃燃料的分級方法。該圖(a)中的橫軸表示負載(％)，縱軸表示主噴嘴燃燒個數(個)。此外，該圖(b)中的橫軸表示負載(％)，縱軸表示起動孔燃料噴射個數(個)。
如該圖(a)所示，從起動開始到預定的負載比例，在M2～M6這5個主噴嘴上進行燃燒，隨著負載的上升按照M1、M7、M8的順序增加進行燃燒的主噴嘴。對應于此，如該圖(b)所示，從起動時到預定的負載比例，僅從P2～P6這5個孔噴射燃料，并在依次增加各主噴嘴M1、M7、M8之前，依次從對應的孔P1、P7、P8噴射燃料。
由此，通過在增加主噴嘴之前可靠地形成引燃火焰，可以抑制增加主噴嘴時的燃燒不穩定等。而且，還可以與增加各個主噴嘴對應地，從各個起動孔同時噴射燃料，這時，在作為其本來目的的通過燃料分級來減少未燃部分，是有效的。
實施例8圖11是模式性地表示本發明實施例8涉及的燃氣輪機燃燒器的縱剖面圖。如該圖所示，在本實施例中，具有外筒11和以同心狀被外筒包圍的內筒2，在內筒2的軸心位置上，配置起動噴嘴3。在起動噴嘴3周圍，配置與主燃燒器6連通的主噴嘴4，此外，內筒2通過其后端與尾管10相連。
此外，在內筒2和包圍其的外筒11之間，形成空氣流路12，在外筒11的內周壁上，立設現有的頂帽燃料噴嘴20。而且，使燃料與經過該空氣流路12供給的空氣(如空白箭頭表示)中，并充分確保到達尾流上所形成的燃燒區域的距離，從而得到均勻的燃料混合氣體。另外，17是外筒11突出設置的車室外殼，18是用于將內筒2固定在外筒11上的撐桿。
在本實施例中，如該圖所示，形成如下結構在現有的頂帽燃料噴嘴20的空氣流的下游側，設置比頂帽燃料噴嘴20短的第2頂帽燃料噴嘴21，從此處噴射的第2頂帽燃料，如虛線箭頭所示，從空氣流路12轉到設在內筒2上的導向葉片19的外側，并供給向起動噴嘴3一側。通過使用該頂帽燃料噴嘴21，可以將燃料大量投入到預循環部，由此可以減少未燃部分。
圖12是表示本實施例中的燃燒進度的一例的曲線圖。在該圖中，橫軸表示負載(％)，縱軸表示火焰溫度。此外，圖中的曲線a表示主要火焰溫度，曲線b表示引燃火焰溫度。如該圖所示，在低負載時，適當調整引燃燃料比和上述第2頂帽燃料比，將引燃火焰溫度保持在火焰穩定以及減少未燃部分所需的范圍內而進行燃燒。
而且，當燃燒溫度較高時，利用中間負載(例如為50％負載左右)切換到正常的低NOx模式，即，使用主噴嘴、起動噴嘴以及現有的頂帽燃料噴嘴的模式。之后，引燃火焰溫度隨著負載的上升而急劇下降，另一方面，主要火焰溫度緩緩上升。
實施例9本實施例中，代替設置第2頂帽燃料噴嘴21，而在上述現有的頂帽燃料噴嘴20中，例如設置分別在內筒2的外側以及內側噴射燃料的雙系統的噴射孔(未圖示)，并使燃料流向引燃側的外側噴射孔為另一系統。并且，通過形成部分負載時從該外側噴射孔噴射燃料的結構，可以得到與上述實施例8設置第2頂帽燃料噴嘴時相同的效果，并且可以達到減少燃燒器的零件數，并降低成本的目的。
實施例10本實施例中，對應于上述M1～M8的主噴嘴，將上述第2頂帽燃料噴嘴21，或上述頂帽燃料噴嘴20的另一系統，例如作為T1～T8配置在燃燒器的圓周方向上。而且，與在上述實施例1和實施例6等所示的主噴嘴的分級方法一致，頂帽燃料噴嘴也進行分級。由此，可以更為高效地提高局部的火焰溫度，并減少未燃部分。
圖13是表示本實施例中的燃料分級方法的一例的曲線圖。該圖(a)表示實施例1所示的主要燃料的分級方法，該圖(b)表示頂帽燃料的分級方法。該圖(a)中的橫軸表示負載(％)，縱軸表示主噴嘴燃燒個數(個)。此外，該圖(b)中的橫軸表示負載(％)，縱軸表示頂帽燃料噴嘴燃料噴射個數(個)。
如該圖(a)所示，在負載為20％～25％的低負載區域內，在M2～M6這5個主噴嘴上進行燃燒，在負載為20％～25％以上的部分負載區域內，切換為在M1～M8這8個主噴嘴上進行燃燒。對應于此，如該圖(b)所示，在負載為20％～25％的低負載區域內，從T2～T6這5個噴嘴噴射燃料，在負載為20％～25％以上的部分負載區域內，從T1～T8所有的8個噴嘴噴射燃料。另外，各個T1～T8的頂帽燃料噴嘴不限于單個，也可以是多個。
實施例11圖14是模式性地表示本發明實施例11涉及的燃氣輪機燃燒器的主要部分的縱剖面圖。該圖(a)表示現有的結構，該圖(b)表示本實施例的結構。如該圖(a)所示，現有的起動噴嘴3，形成為具有燃燒氣體/燃燒燃油的雙重用途而在其中心部安裝噴油用的燃油噴嘴3b。在這種情況下，氣體燃料如實線箭頭表示通過燃油噴嘴3b的周圍，從起動噴嘴3前端周圍的起動孔3a進行噴射。
在本實施例中，如該圖(b)所示，代替該燃油噴嘴3b而插入氣體噴嘴3c，使氣體燃料如虛線箭頭所示通過其內部，從前端的孔3ca進行噴射。由此，形成增多引燃氣體噴射量，增加引燃燃料比，并提高擴散燃燒比，減少未燃部分的結構。該結構，主要用在負載為50％以下的區域內。
圖15是表示本實施例中的燃燒進度的一例的曲線圖。該圖中的橫軸表示負載(％)，縱軸表示火焰溫度。此外，該圖中的實線a表示現有的主要火焰溫度，實線b表示現有的引燃火焰溫度；雙點劃線c表示本實施例中的主要火焰溫度，單點劃線d表示本實施例中的引燃火焰溫度。
在本實施例中，如該圖所示，在負載為50％以下的區域內，根據上述結構，主要火焰溫度與現有技術相比向降低方向推移，而引燃火焰溫度與現有技術相比向升高方向推移，從而減少未燃部分。而且，在負載為50％以上的區域內，由于未燃部分并未消耗完，因此不使用上述氣體噴嘴3c，從而達到與現有技術相同的火焰溫度。
由于燃燒燃油大多作為燃燒氣體的備用方式，所以，實際上燃氣輪機燃燒器運轉時大多數燃燒氣體。因此，一般安裝氣體噴嘴進行運轉，需要燃燒燃油時還可以更換為燃油噴嘴進行運轉。
實施例12圖16是模式性地表示本發明實施例12涉及的燃氣輪機燃燒器的起動噴嘴前端部的縱剖面圖。該圖(a)表示其中一例，該圖(b)表示另一例。如該圖所示，在本實施例中，與上述實施例11相同地，使起動噴嘴3形成為了具有燃燒氣體/燃燒燃油的雙重用途而在其中心部安裝燃油噴嘴3b的結構。在這種情況下，氣體燃料如實線箭頭所示，通過油噴嘴3b周圍，從起動噴嘴3前端周圍的起動孔3a進行噴射。
如該圖(a)所示，作為現有技術中的結構，安裝在起動噴嘴3的中心部的燃油噴嘴3b，形成由中心部3ba和外圍部3bb構成的雙重管。而且，在中心部3ba的前端，嵌裝有燃油噴嘴片13；在外圍部3bb上，覆蓋燃油噴嘴片13前端的外周邊緣部地安裝蓋14。此時，從蓋14中心的開口14b可以觀察到燃油噴嘴片13的前端。該蓋14，在燃燒燃油時安裝現有技術中的噴水霧用的裝置，在燃燒氣體時更換為本實施例中的噴射燃料氣體用的裝置。
并且，在燃燒燃油時，如單點劃線箭頭所示通過中心部3ba而供給的引燃燃油，從燃油噴嘴片13前端的孔13a進行噴射。此外，如虛線箭頭所示通過外圍部3bb而供給的水，從蓋14前端的孔14a進行噴水霧。另一方面，在燃燒氣體時，將蓋14如上所述更換為噴射燃料氣體用的裝置，如虛線箭頭所示通過外圍部3bb而供給燃料氣體，并從蓋14前端的孔14a進行噴射。在這種情況下，孔14a為用于噴射燃料氣體，例如與用作噴水霧的相比可以開口更大。而且，在燃燒氣體時，停止供給引燃燃油。
這樣，在本實施例中，僅通過更換燃油噴嘴前端的蓋，即可同時用于燃燒氣體和燃燒燃油，并且，由于可以在燃燒氣體時增多引燃氣體噴射量而增加引燃燃料比，并提高擴散燃燒比，所以可以降低成本降低，并得到與上述實施例11相同的減少未燃部分的效果。
而且，如該圖(b)所示，燃燒氣體時還可以拆下燃油噴嘴片13，將蓋14更換為另一噴射燃料氣體用的裝置。在這種情況下，蓋14可以形成不設置上述開口14b而進一步加大孔14a的結構。并且，如雙點劃線箭頭所示，通過燃油噴嘴3b的中心部3ba和外圍部3bb而供給燃料氣體，并從蓋14前端的孔14a進行噴射。
在該圖(a)所示的結構中，由于燃油噴嘴片13位于蓋14前端的中心軸上，所以該部分的空間略微變窄。因此，通過如該圖(b)所示將油噴嘴片拆下的結構，可以將蓋14前端的孔14a加工得很大，從而可以大量噴射燃料氣體。這樣，在本實施例中，僅通過更換燃油噴嘴前端的蓋并拆下燃油噴嘴片，即可降低成本并達到與上述實施例11相同的減少未燃部分的效果。
實施例13圖17是模式性地表示本發明實施例13涉及的燃氣輪機燃燒器的起動噴嘴前端部的縱剖面圖。在本實施例中，如該圖所示，形成在起動噴嘴3的前端面上涂敷催化劑涂層C的結構。在燃燒燃油時，當如箭頭A所示從起動噴嘴3的前端噴出霧化的引燃燃油時，如箭頭B所示可以在起動噴嘴3前方形成循環區域。因此，利用上述催化劑涂層C的作用使該煤煙進行燃燒，從而可以達到減少未燃部分的目的。
權利要求
1.一種燃氣輪機燃燒器，具有配置在內筒的軸心位置上的起動噴嘴和配置在該起動噴嘴周圍并在外周上具備預混合器的多個主噴嘴，作為預混合氣從主噴嘴將燃料噴射到處于所述內筒下游的用于形成燃燒室的尾管內，在該尾管內利用所述起動噴嘴產生的擴散火焰進行點火，從而在該尾管內產生預混合火焰，其特征在于從起動時到預定的負載比例，僅在所述多個主噴嘴中的一部分進行燃燒，在所述預定的負載比例以上時，所述多個主噴嘴的剩余部分也進行燃燒。
2.如權利要求1所述的燃氣輪機燃燒器，其特征在于在所述預定的負載比例以上時，隨著負載的上升而逐一增加所述剩余部分的主噴嘴進行燃燒。
3.如權利要求1或2所述的燃氣輪機燃燒器，其特征在于在所述起動噴嘴上設置分別與所述多個主噴嘴對應的各個起動孔，對應于在所述各個主噴嘴中進行燃燒，從所述各個起動孔噴射燃料。
4.如權利要求1～3中任意一項所述的燃氣輪機燃燒器，其特征在于在所述起動噴嘴一側設置用于供給燃料的頂帽燃料噴嘴。
5.如權利要求4所述的燃氣輪機燃燒器，其特征在于設置分別與所述多個主噴嘴對應的各個所述頂帽燃料噴嘴，并對應于在所述各個主噴嘴中進行燃燒，從所述各個頂帽燃料噴嘴噴射燃料。
6.一種燃氣輪機燃燒器，具有配置在內筒的軸心位置上的起動噴嘴和配置在該起動噴嘴周圍并在外周上具備預混合器的多個主噴嘴，作為預混合氣從主噴嘴將燃料噴射到處于所述內筒下游的用于形成燃燒室的尾管內，在該尾管內利用所述起動噴嘴產生的擴散火焰進行點火，從而在該尾管內產生預混合火焰，其特征在于可以將安裝在所述起動噴嘴上的噴射燃油用的噴嘴更換為噴射氣體用的噴嘴。
7.一種燃氣輪機燃燒器，具有配置在內筒的軸心位置上的起動噴嘴和配置在該起動噴嘴周圍并在外周上具備預混合器的多個主噴嘴，作為預混合氣從主噴嘴將燃料噴射到處于所述內筒下游的用于形成燃燒室的尾管內，在該尾管內利用所述起動噴嘴產生的擴散火焰進行點火，從而在該尾管內產生預混合火焰，其特征在于可以將安裝在所述起動噴嘴上的噴水霧用的蓋更換為噴射氣體用的蓋。
8.一種燃氣輪機燃燒器，具有配置在內筒的軸心位置上的起動噴嘴和配置在該起動噴嘴周圍并在外周上具備預混合器的多個主噴嘴，作為預混合氣從主噴嘴將燃料噴射到處于所述內筒下游的用于形成燃燒室的尾管內，在該尾管內利用所述起動噴嘴產生的擴散火焰進行點火，從而在該尾管內產生預混合火焰，其特征在于在所述起動噴嘴的前端面上涂敷催化劑涂層。
全文摘要
本發明提供一種可以通過改良燃料的分級方法減少部分負載時的未燃部分、提高排氣特性并進行穩定燃燒的燃氣輪機燃燒器。對于與各個主燃燒器(6)連通的主噴嘴，沿逆時針方向從旁路彎管(9)一側依次標注M1～M8的標號，則可以進行如下切換例如僅在位置遠離旁路彎管(9)的劃有斜線的5個主噴嘴M2～M6上進行低負載區域下的燃燒，并在部分負載區域內，在加上剩余部分的所有8個主噴嘴M1～M8上進行燃燒。
文檔編號F23R3/28GK1776302SQ20051006400
公開日2006年5月24日 申請日期2005年4月4日 優先權日2004年11月17日
發明者齋藤敏彥, 太田將豐, 赤松真兒, 野勢正和 申請人:三菱重工業株式會社