(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主噴射弁（１５）と予混合管（１６）とからなる予混合燃料噴射弁（１４）を備え、
該予混合管（１６）は、燃焼用空気を内部に導入する複数の空気導入孔（１６ａ）を有し、
前記空気導入孔（１６ａ）は、内外の圧力差を保持できる微細な貫通孔であり、かつ予混合管全体にランダムに配置されている、ことを特徴とする低ＮＯｘ燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン用の低ＮＯｘ燃焼器に係わり、更に詳しくは、振動燃焼を防止できる予混合燃料噴射弁を備えた低ＮＯｘ燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
環境保護のために、ガスタービンの燃焼排ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を低減することが義務付けられており、我国では、全国基準でも例えば７０ｐｐｍ以下、大都市（例えば東京）では例えば２５〜３０ｐｐｍ以下にする必要がある。
【０００３】
ＮＯｘの発生要因は、燃焼時の高温火炎により空気中の窒素が酸化するいわゆるサーマルＮＯｘが主であり、このサーマルＮＯｘを低減するには、火炎中のホットスポットを減少させ、高温火炎の発生をなくすことが効果的である。このため、予混合燃焼方式の低ＮＯｘ燃焼器が用いられている。
【０００４】
図３は、従来のガスタービン用低ＮＯｘ燃焼器の全体構成図である。この図に示すように、従来の低ＮＯｘ燃焼器は、中央部に配置されたパイロットバーナー８と、そのまわりに配置された複数（図には１つのみを示す）のメインバーナー９とを備える。なお、この図において、１はスクロール部、２は燃焼器ライナ、３はケーシング、４は点火栓（イグナイタ）であり、空気６がケーシング３とライナ２の間を流れてバーナー８、９に達し、このバーナーとその他の部分を通ってライナ２内に流入して火炎７ａ，７ｂを形成し、発生した燃焼ガスがスクロール部１を通って図示しないガスタービンに導かれ、これを駆動するようになっている。
【０００５】
図３において、メインバーナー９は、互いに同軸に配置された主噴射弁９ａと予混合管９ｂとからなる。主噴射弁９ａには、ケーシング３を通して外部から燃料Ｆが供給される。この燃料には、例えばガス燃料を用いる。予混合管９ｂは、この図で下端部が開口した円筒形の筒であり、内部で燃料と空気が互いに混合しやすくなっている。すなわち、メインバーナー９は、主噴射弁９ａと予混合管９ｂで構成された予混合希薄バーナーである。この構成により、主噴射弁９ａにより予混合管９ｂ内に燃料Ｆを噴射し、予混合管９ｂ内で燃料Ｆを十分な空気量と予混合しこれを希薄燃焼させることができる。
かかる予混合燃焼方式の燃焼器では、燃料を十分な空気量と予混合しこれを希薄燃焼させるものであり、このためホットスポットがなく、高温火炎の発生をなくし低ＮＯｘ化を実現することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した予混合燃焼方式の燃焼器では、振動燃焼が問題となることがある。
【０００７】
すなわち、予混合燃焼方式の燃焼器では、予混合管９ｂ内に未着火の予混合気が存在し、この予混合気が燃焼室内でパイロットバーナー８の火炎７ａにより着火して火炎７ｂを形成する。
このメインバーナー９の火炎７ｂの位置は、安定燃焼時には、予混合管９ｂから離れた位置に安定しているが、予混合気の当量比が高くなると、この火炎位置が予混合管９ｂに近づく。更に、火炎位置が予混合管９ｂの出口近傍になると、この部分では流速の変動が大きいため、流れの乱れによる火炎のばたつきが発生し、このばたつきが励振源となって出口付近の圧力Ｐ2が変動する。
【０００８】
この圧力変動Ｐ2は、予混合管９ｂの上流側にも伝播し、主噴射弁９ａの出口付近の圧力Ｐ1も変動する。主噴射弁９ａの燃料噴射圧Ｐ０は一定に制御されているので、出口付近の圧力Ｐ1の変動により、燃料流量Ｗｆも変動する。
【０００９】
上述の状態において、予混合管９ｂ内の入口圧力Ｐ1と出口圧力Ｐ2とが１８０度の位相差をもつと、この燃料流量Ｗｆの変動が出口圧力Ｐ2の変動を加速することになり、振動燃焼が一層激しくなる。この位相差は、予混合管の長さや直径、燃焼温度、振動数により、広範囲で運転する場合には、不可避的に発生することがある。
【００１０】
上述したように、振動燃焼は燃焼器内で発生する圧力変動が燃料噴射弁に直接伝播し、燃料供給圧力が一定の場合、燃料噴射弁前後圧力が変動し、このため燃料流量が変動することが一因である。すなわち、予混合管内に圧力変動が伝わり、この変動により燃料噴射弁前後の差圧が変動し、これにより燃料流量変動が生じることが、振動燃焼の原因といえる。
【００１１】
かかる振動燃焼が発生すると、燃焼器全体が振動して騒音を発生するばかりでなく、燃焼器における燃焼も不安定となり、安定した低ＮＯｘ運転が困難になる。
【００１２】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、振動燃焼の発生を本質的に回避できる予混合燃料噴射弁を備えた低ＮＯｘ燃焼器を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、主噴射弁（１５）と予混合管（１６）とからなる予混合燃料噴射弁（１４）を備え、
該予混合管（１６）は、燃焼用空気を内部に導入する複数の空気導入孔（１６ａ）を有し、
前記空気導入孔（１６ａ）は、内外の圧力差を保持できる微細な貫通孔であり、かつ予混合管全体にランダムに配置されている、ことを特徴とする低ＮＯｘ燃焼器が提供される。
【００１５】
上記本発明の構成によれば、一旦振動燃焼が発生しても、その振動燃焼による出口圧力Ｐ２の周期的変動が、予混合管（１６）の入口まで伝播される間に、空気導入孔（１６ａ）から流入する燃焼用空気により圧力変動が緩和される。
従って、振動燃焼による出口圧力Ｐ2と入口圧力Ｐ１が１８０度の位相差をもった場合でも、入口圧力Ｐ1の変動が小さいので、燃料流量の変動が少なくほぼ一定の燃料流量を維持することができ、これにより、振動燃焼を防止し、安定した低ＮＯｘ燃焼を可能にする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明による予混合燃料噴射弁を備えた低ＮＯｘ燃焼器の全体構成図である。この図において、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の部分図である。
【００１８】
図１（Ａ）に示す低ＮＯｘ燃焼器１０は、中央部に配置されたパイロットバーナー１２と、そのまわりに配置された複数（例えば６つ）のメインバーナー１４（予混合燃料噴射弁）とを備える。なお、この図において２は燃焼器ライナ、３はケーシング、４は点火栓（イグナイタ）である。
この構成により空気６がケーシング３とライナ２の間を流れてバーナー１２、１４に達し、このバーナーとその他の部分を通ってライナ２内に流入して火炎７ａ，７ｂを形成し、発生した燃焼ガスがスクロール部（図示せず）を通って図示しないガスタービンに導かれ、これを駆動するようになっている。
【００１９】
図１（Ａ）において、パイロットバーナー１２は、燃料を燃焼室１１内で拡散燃焼させる拡散バーナーである。また、メインバーナー１４（予混合燃料噴射弁）は、燃料を空気を予混合して燃焼室内で燃焼させる予混合バーナーである。
【００２０】
予混合バーナー１４は、主噴射弁１５と予混合管１６とからなる。また、予混合管１６は、燃焼用空気６を内部に導入する複数の空気導入孔１６ａを有する。この空気導入孔１６ａは、上述した空気６の流れを本質的に維持するために内外の圧力差を保持できる範囲の微細な貫通孔であり、かつ予混合管全体にランダムに配置されている。
【００２１】
図１（Ｂ）は、予混合管１６内の圧力分布を示す模式図である。この図に示すように、予混合管１６には、燃料噴射圧Ｐ０で燃料が供給され、この燃料噴射部の圧力（入口圧力）をＰ1、予混合管１６の出口圧力をＰ2とする。
【００２２】
図２は、本発明の予混合燃料噴射弁の作動説明図である。この図において、（Ａ）は従来例、（Ｂ）は本発明の場合である。
【００２３】
図２（Ａ）に示すように、予混合管の出口近傍で火炎のばたつきが発生し、このばたつきが励振源となって出口付近の圧力Ｐ2が変動すると、従来の予混合燃料噴射弁では、この圧力変動Ｐ2が、ほとんど減衰せずに予混合管の上流側にも伝播し、主噴射弁の出口付近の圧力Ｐ1も変動し、この結果、燃料流量Ｗｆが変動して、振動燃焼を助長することになる。
【００２４】
これに対して、本発明の低ＮＯｘ燃焼器では、図２（Ｂ）に示すように、予混合管の出口近傍で火炎のばたつきが発生し、このばたつきが励振源となって出口付近の圧力Ｐ2が変動しても、この圧力変動Ｐ2が、空気導入孔１６ａから流入する燃焼用空気により減衰されるので、主噴射弁９ａの出口付近の圧力Ｐ1は安定し、この結果、燃料流量Ｗｆの変動が小さくなって、振動燃焼を防止することができる。
【００２５】
言い換えれば、本発明の予混合管１６は、複数の空気導入孔１６ａを有しているので、圧力変動Ｐ2が伝播して内部の圧力が低いときには流入空気量が増大し、逆に内部の圧力が高いときには流入空気量が減少して、全体の圧力変動を低減する。従って、振動燃焼による出口圧力Ｐ2と入口圧力Ｐ1が１８０度の位相差をもった場合でも、入口圧力Ｐ1の変動が小さいので、燃料流量の変動が少なくほぼ一定の燃料流量を維持することができ、これにより、振動燃焼を防止し、安定した低ＮＯｘ燃焼を可能にする。
【００２６】
なお本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００２７】
【発明の効果】
上述したように、本発明の予混合燃料噴射弁を備えた低ＮＯｘ燃焼器は、圧力変動を空気導入孔から流入する燃焼用空気により減衰して振動燃焼の発生を本質的に回避できる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による予混合燃料噴射弁を備えた低ＮＯｘ燃焼器の全体構成図である。
【図２】本発明の予混合燃料噴射弁の作動説明図である。
【図３】従来のガスタービン用低ＮＯｘ燃焼器の構成図である。
【符号の説明】
１  スクロール部、２  燃焼器ライナ、
３  ケーシング、４  点火栓（イグナイタ）、
６  空気、７  火炎、７ａ  パイロット火炎（拡散火炎）、
７ｂ  メイン火炎（予混合火炎）、８  パイロットバーナー、
９  メインバーナー、９ａ  主噴射弁、９ｂ  予混合管、
１０  低ＮＯｘ燃焼器、１１  燃焼室、
１２  パイロットバーナー（拡散バーナー）、
１４  メインバーナー（予混合燃料噴射弁）、
１５  主噴射弁、１６  予混合管、１６ａ  空気導入孔
【図１】
0004524902.tif 000002
【図２】
0004524902.tif 000003
【図３】
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