燃烧器、燃烧嘴及燃气轮机制造技术

一种燃烧器、燃烧嘴及燃气轮机。本发明专利技术的课题是在用辅助燃料运转的场合，即使使用低卡路里燃气也不需要防止燃烧气体逆流用的设备就能确保燃烧稳定性。本发明专利技术的燃烧器具备：配置在燃烧室（12）的上游侧的部分、并具有多个喷嘴孔（331、332）及空气孔（340）的旋转板（316）；设置在旋转板的上游侧的底板（315）；以及分别插入喷嘴孔的多个燃气喷嘴（320），燃气喷嘴的前端位于上述喷嘴孔内，喷嘴孔具有：直径比燃气喷嘴的燃气喷孔小且与燃烧室侧相对的喷孔部（357）；以及在燃气喷嘴的前端部外周形成空气通道的通道部（358），底板将与空气通道及空气孔相连的空气室（400）形成在与旋转板之间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃烧器、燃烧嘴及燃气轮机。
技术介绍
与作为燃气轮机的主要燃料的液化天然气(LNG :Liquefied Natural Gas)比较，发热量低的燃料一般具有的特征是，由于火焰温度低、燃烧速度慢而难以燃烧，但燃烧时的NOx的排出量少。作为这样的低卡路里燃气典型地可列举高炉燃气。高炉燃气是在炼铁过程中从高炉发生的副生气体，近年来，作为燃气轮机燃料的高炉燃气的需求不断提高。但是，由于高炉燃气是除了作为主要成分的一氧化碳(CO)及氢(H2)之外，还大量包含N2及CO2 的难燃性气体，因而难以从燃气轮机点火开始通过专烧高炉燃气而在额定负荷范围进行运转，为了从点火开始在局部负荷范围稳定地进行运转(燃烧)，另外还需要起动用的辅助燃料。另外，作为高炉燃气以外的低卡路里燃气还可以列举煤及生物料(木屑等)的气化气体。这些以煤等为原料的燃料从资源的有效利用的观点来看作为燃气轮机燃料的需求不断提高，但因为是大量含有N2的难燃性气体，因而仍然还另外需要辅助燃料。因此，为了使难燃性气体在燃烧器中稳定地燃烧，采用从各自的流道供给燃料和空气的扩散燃烧方式，一般做成能进行液体燃料等辅助燃料及低卡路里燃气的双燃料燃烧的燃烧嘴。作为一个例子，具有在半径方向中心部配置从燃气轮机起动开始在局部负荷范围运用的油嘴，而在油嘴的外周配置燃气喷孔的燃烧嘴(参照专利文献I等)。另一方面，由于LNG等的高卡路里燃料的火焰温度变高，因而需要在抑制NOx排出量方面下工夫。作为抑制NOx排出量的燃烧方式,可以列举分散-稀薄燃烧。该分散-稀薄燃烧的燃烧方式是，将燃料和空气同轴地向设置于板上的空气孔喷射，利用空气孔入口的缩流和空气孔出口的急剧扩大的紊流，在短的距离中将燃料和空气迅速地混合并向燃烧室供给的燃烧方式(参照专利文献2等)。在分散-稀薄燃烧方式中，由于燃料和空气的混合距离短，因而不限于LNG，即使在使用含有氢的燃烧速度快的燃料的情况下也能预见到低NOx化的效果。现有技术文献专利文献I :日本特开平5— 86902号公报专利文献2 日本特开2003—148734号公报一般，由于低卡路里燃气的火焰温度低，因而为了代替高卡路里燃气来使用，必须加大燃气喷孔的开口面积而确保燃料流量。但是，若燃气喷孔的开口面积太大，在以具有多筒型燃烧器的燃气轮机为对象的场合，从燃气轮机点火开始在局部负荷范围使用液体燃料等辅助燃料进行运转时，在燃烧器之间产生燃烧器内的压力不平衡时高温的燃烧气体就会借助于燃气喷孔从高压侧的燃烧器向低压侧的燃烧器逆流。对此，在专利文献I中，将用于油微粒化的喷雾空气的一部分从燃料喷嘴内的气体流道向燃烧室内喷射，以在燃料喷嘴的燃气喷孔出口部施加空气压而防止燃烧气体的逆流。但是，为此，需要另外设置压力比燃烧用空气高的净化空气用的系统，或者加大供给用于油微粒化的空气的压缩机的容量，在成本方面及运用方面都是不利的。另外，在冷却燃料喷嘴的燃烧器径向内侧表面的场合，需要从燃料喷嘴的燃烧器径向外侧横过气体通道而供给冷却空气，导致燃料喷嘴的构造复杂化。此外，通过冷却空气的供给能冷却燃料喷嘴表面，但其反面是有可能损害燃烧稳定性。另一方面，在专利文献2记载的燃烧器中，在供给低卡路里燃气的场合，由于难以燃烧的低卡路里燃气与空气混合，因而与扩散燃烧比较，稳定燃烧范围进一步变窄，在这种情况下燃烧稳定性存在问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种即使在使用液体燃料等辅助燃料进行运转的情况下，也不需要防止高温燃烧气体的逆流的净化空气系统，并且即使在专烧低卡路里燃气进行运转时也能够确保燃烧稳定性的燃烧器、燃烧嘴及燃气轮机。 为了达到上述目的，本专利技术的构造为，在燃烧辅助燃料时以空气流覆盖燃气喷嘴的喷孔来抑制燃烧气体向燃气喷嘴的逆流，另外，在燃烧低卡路里燃气时将来自燃气喷嘴的燃气不与空气混合就向燃烧室供给，从而即使对于低卡路里燃气也能利用扩散燃烧稳定地进行燃烧。本专利技术的效果是，根据本专利技术，即使在用液体燃料等辅助燃料进行运转的情况下，也不需要防止高温燃烧气体的逆流的净化空气系统，并且即使专烧低卡路里燃气进行运转也能确保燃烧稳定性。附图说明图I是表示本专利技术的第一特征的燃烧器构造及系统的系统图。图2是表示本专利技术的第一特征的燃烧嘴的剖视图，以及表示烧油的燃烧嘴内的空气流动的图。图3是表示本专利技术的第一特征的燃烧嘴的主视图。图4是表示本专利技术的第一特征的燃烧嘴的剖视图，以及表示燃烧燃气的燃烧嘴内的空气流动的图。图5是表示本专利技术的第二特征的燃烧嘴的剖视图。图6是表示本专利技术的第三特征的燃烧嘴的剖视图。图中2一压缩机,3一燃烧器，4一润轮机,12一燃烧室，51一辅助燃料，53一辅助喷嘴，61a、61b—低卡路里燃气，102—燃烧空气，140—燃烧气体，300—燃烧嘴，301—第一燃烧嘴部，302—第二燃烧嘴部，315—底板，316—旋转板，320—燃气喷嘴，330—冷却孔，331、332—喷嘴孔，340—空气孔，356—贯通孔，357—喷孔部，358—通道部，400—空气室。具体实施例方式下面，使用附图说明本专利技术的实施方式。第一实施方式(燃气轮机的结构)图I是本专利技术的第一实施方式的燃气轮机的主要部分的放大剖视图。图I所示的燃气轮机5具有压缩从大气吸入的空气101的压缩机2 ;与燃料一起燃烧由该压缩机2压缩的燃烧空气102的燃烧器3 ;利用由该燃烧器3发生的燃烧气体140得到旋转动力的涡轮机4 ;将涡轮机4的旋转动力转换为电能的发电机6 ;以及使压缩机2和涡轮机4起动的起动用马达8。压缩机2、涡轮机4、发电机6及起动用马达8连接在同一轴上。(燃烧器的结构)燃烧器3通过辅助燃料51 (在此，为A重油等液体燃料)及低卡路里燃气61a、61b的至少一方与来自压缩机2的燃烧空气102混合并燃烧而产生燃烧气体140。该燃烧器3具有作为压力容器的外筒10。外筒10内部包有燃烧室12、以及覆盖该燃烧室12的外周的燃烧室冷却用的气流导筒11。在燃烧室12的上游(燃烧气体140的流动方向的上游侧，以下相同)配置有用于向该燃烧室12喷出燃料和空气并稳定火焰的燃烧嘴300。从压缩机2·供给的空气102 —边流经气流导筒11与燃烧室12之间的环状的空间而冷却燃烧室12，一边借助于设置在燃烧室12侧面的空气孔13及燃烧嘴300分配并供给到燃烧室12内。(燃烧嘴的结构)图2是燃烧嘴300的放大剖视图，图3是从燃烧室12内观察到的燃烧嘴300的主视图，图4是沿图3中的IV—IV线的剖视图。如图2及图3所示，燃烧嘴300具有固定在外筒10的上游侧端部的燃烧嘴主体的突缘351 ;从该突缘351的径向(燃烧器径向，以下相同)中心部向燃烧室12延伸的辅助喷嘴53 ;形成于突缘351的下游侧(燃烧气体140的流动方向的下游侧，以下相同)的以辅助喷嘴53为中心的同心的环状的燃气室352、353 ;从燃气室352、353向燃烧室12延伸的多个燃气喷嘴320 ;以及配置在燃烧室12的上游侧端部的旋转板316。辅助喷嘴53是从起动开始使用于局部负荷范围的运转时的喷嘴，利用喷雾空气52 (例如来自压缩机2的升压空气的一部分)将从辅助燃料系统(未图示)供给的辅助燃料51粉碎而使其微粒化，将其喷雾到燃烧室12内使其燃烧。将该辅助喷嘴53插本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃烧器，其特征在于，具备：燃烧室；配置在该燃烧室的燃烧气体的流动方向的上游侧的部分、并具有多个面对上述燃烧室的内部空间的喷嘴孔及空气孔的旋转板；隔着该旋转板设置在与上述燃烧室相反一侧的底板；以及分别从上述底板侧插入上述旋转板的喷嘴孔的多个燃气喷嘴，该燃气喷嘴的前端位于上述喷嘴孔内，上述喷嘴孔具有：直径比上述燃气喷嘴的燃气喷孔小且相对于该燃气喷嘴与上述燃烧室侧相对的喷孔部；以及包围上述燃气喷嘴且在该燃气喷嘴的前端部外周形成空气通道的通道部，上述底板将与上述空气通道及上述空气孔相连的空气室形成在与上述旋转板之间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：小泉浩美，吉田正平，百百聪，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：