(57)【要約】      （修正有）【課題】燃焼器を提供する。【解決手段】本燃焼器３０は、燃焼器ライナ３２と、燃焼器ライナ３２のヘッド側に配置されかつ燃料−空気混合気を該燃焼器３０に供給するように構成されたスワール予混合器３４とを含む。本燃焼器３０はまた、スワール予混合器３４の下流で燃焼器ライナ３２上に配置された複数のタンジェンシャルステージ型噴射器３６を含み、複数の噴射器３６の各々は、燃焼器３０の長手方向軸線４４に対して横断方向に燃料−空気混合気を導入しかつ隣接するタンジェンシャル噴射器３６からの燃料−空気混合気を順次に点火するように構成される。【選択図】図３
2007139411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器ライナ（３２）と、
前記燃焼器ライナ（３２）のヘッド側に配置されかつ燃料−空気混合気を燃焼器（３０）に供給するように構成されたスワール予混合器（３４）と、
前記スワール予混合器（３４）の下流で前記燃焼器ライナ（３２）上に配置された複数のタンジェンシャルステージ型噴射器（３６）と、を含み、
前記複数の噴射器（３６）の各々が、前記燃焼器（３０）の長手方向軸線（４４）に対して横断方向に燃料−空気混合気を導入しかつ隣接するタンジェンシャル噴射器（３６）からの燃料−空気混合気を順次に点火するように構成される、
燃焼器（３０）。
【請求項２】
前記複数の噴射器（３６）を通して導入された燃料混合気が、該噴射器（３６）による先に燃焼したガスからの熱を利用することによって点火される、請求項１記載の燃焼器（３０）。
【請求項３】
前記複数の噴射器（３６）が、前記燃焼器（３０）内部にトロイダル運動量を誘起して火炎安定化を可能にするように構成される、請求項１記載の燃焼器（３０）。
【請求項４】
前記スワール予混合器（３４）が、前記燃焼器（３０）の始動、加速又はターンダウン状態時に、該燃焼器（３０）内に燃料−空気混合気のコアスワールを誘起するように構成される、請求項１記載の燃焼器（３０）。
【請求項５】
前記燃料が、天然ガス、水素、合成ガス、炭化水素、一酸化炭素、留出燃料又はそれらの組合せを含む、請求項１記載の燃焼器（３０）。
【請求項６】
前記複数の噴射器（３６）が、前記燃焼器（３０）内での燃料ステージングを達成するような千鳥構成として前記燃焼器ライナ（３２）上に配置される、請求項１記載の燃焼器（３０）。
【請求項７】
周囲空気を加圧するように構成された圧縮機（１４）と、
前記圧縮機（１４）と流れ連通し、該圧縮機（１４）から加圧空気を受けかつ燃料流を燃焼させて燃焼器流出ガス流を生成するように構成された燃焼器（１２）と、
を含み、前記燃焼器（１２）が、
該燃焼器（１２）内に燃料−空気混合気のコアスワールを誘起するように該燃焼器（１２）のヘッド側に配置されたスワール予混合器（３４）と、
前記スワール予混合器（３４）の下流に配置された複数のタンジェンシャル噴射器（３６）と、を含み、
前記複数のタンジェンシャル噴射器（３６）の各々が、前記燃焼器（１２）の長手方向軸線（４４）に対して横断方向に燃料−空気混合気を導入して、該噴射器（３６）を通しての燃料−空気混合気の順次点火を可能にするように構成され、
タービン（１６）が、前記燃焼器（１２）の下流に設置され、かつ前記燃焼器流出ガス流を膨張させるように構成される、
ガスタービンシステム（１０）。
【請求項８】
燃焼器を作動させる方法であって、
前記燃焼器のヘッド側に配置されたスワール予混合器により該燃焼器内に燃料−空気混合気のコアスワール流を発生させる段階と、
複数の噴射器を通して前記スワール予混合器の下流に燃料−空気混合気を横方向に導入する段階と、
隣接する噴射器による先に燃焼したガスからの熱を利用することによって、前記噴射器の各々を通して導入された燃料−空気混合気を順次に点火する段階と、
を含む方法。
【請求項９】
燃焼器からのエミッションを低減する方法であって、
前記燃焼器のヘッド側にスワール予混合器を配置して、該燃焼器に燃料−空気混合気のコアスワール流を供給する段階と、
前記スワール予混合器の下流に複数のタンジェンシャルステージ型噴射器を結合して、前記燃焼器の長手方向軸線に対して横断方向に燃料−空気混合気を導入しかつ該噴射器を通しての燃料−空気混合気の順次点火を可能にする段階と、
を含む方法。
【請求項１０】
燃焼器ハウジング（３２）と、
前記燃焼器ハウジング（３２）のヘッド側に配置されかつ燃焼器（３０）に燃料−空気混合気を供給するように構成されたスワール予混合器（３４）と、
前記スワール予混合器（３４）の下流で前記燃焼器ハウジング（３２）上に配置された複数のタンジェンシャルステージ型噴射器（３６）と、を含み、
前記複数の噴射器（３６）の各々が、該燃焼器（３０）の長手方向軸線（４４）に対して横断方向に燃料−空気混合気を導入しかつ隣接する噴射器（３６）からの燃料−空気混合気を順次に点火するように構成される、
燃焼器（３０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的には燃焼器に関し、より具体的には、低エミッション燃焼器及びそれを作動させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々なタイプのガスタービンシステムが知られ、また使用されている。例えば、航空転用ガスタービンは、発電、船舶推進、ガス圧縮、コージェネレーション、海洋作業台船動力などのような用途に使用される。一般的に、ガスタービンは、空気流を加圧するための圧縮機と、加圧空気を燃料と混合しかつその混合気を燃焼させて作動ガスを生成する燃焼器とを含む。さらに、作動ガスは、タービンを通って膨張して動力を発生するようになる。一般的に、燃焼器セクションは、圧縮機及びタービンセクションと同軸に配置される。さらに、燃焼器セクションの設計は、ガスタービンの運転レイアウトに基づいて選択することができる。例えば、特定のガスタービン内で使用する燃焼器は、カン型燃焼器、アニュラ型燃焼器又はカン−アニュラ型燃焼器とすることができる。
【０００３】
さらに、ガスタービン用の燃焼器は、ＮＯｘ及び一酸化炭素の排出のようなエミッションを最少にするように設計される。一部のシステムでは、そのようなシステムからのエミッションを低減するために、希薄予混合燃焼技術が使用される。一般的に、ＮＯｘエミッションは、燃焼器の反応域における火炎温度を低下させることによって制御される。作動中、低火炎温度は、燃焼に先立って燃料と空気とを予混合することによって達成される。そのような燃焼器では、作動可能ウインドウ（領域幅）が非常に小さくなり、燃焼器は、希薄吹消え限界から離れた状態で作動させることが必要であるという欠点がある。その結果、燃焼器に使用した予混合器をそれらの設計スペースの範囲外で作動させることは困難である。さらに、十分に希薄な火炎が出力設定変更、流れのかく乱又は燃料組成の変動を受けた場合には、その結果生じる当量比摂動により、燃焼の喪失が生じる可能性がある。そのような吹消えは、定置式タービンの出力損失及び高価な作動停止期間を引き起こすおそれがある。
【０００４】
さらに、希薄予混合燃焼は、熱発生域の位置の変動を引き起こして、大きな圧力変動を招く可能性がある。そのような変動は、高い振幅に達しまた実質的に高いＮＯｘエミッションを生じる可能性があり、それにより、燃焼器ハードウエアが損傷を受けるおそれがある。
【特許文献１】米国特許第６，２２０，０３５号公報
【特許文献２】米国特許第６，１５１，８９９号公報
【特許文献３】米国特許第５，３７７，４８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、全出力で作動させながらＮＯｘエミッションを低減した燃焼器に対する必要性が存在する。また、タービン負荷全体にわたって許容できる圧力変動のレベルを維持しながら様々な燃料で作動することになるガスタービン用の燃焼器を提供することも、有益であると言える。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
簡潔に述べると、１つの実施形態では、燃焼器を提供する。本燃焼器は、燃焼器ライナと、燃焼器ライナのヘッド側に配置されかつ燃料−空気混合気を該燃焼器に供給するように構成されたスワール予混合器とを含む。本燃焼器はまた、スワール予混合器の下流で燃焼器ライナ上に配置された複数のタンジェンシャルステージ型噴射器を含み、複数の噴射器の各々は、燃焼器の長手方向軸線に対して横断方向に燃料−空気混合気を導入しかつ隣接するタンジェンシャル噴射器からの燃料−空気混合気を順次に点火するように構成される。
【０００７】
別の実施形態では、ガスタービンシステムを提供する。本ガスタービンシステムは、周囲空気を加圧するように構成された圧縮機と、圧縮機と流れ連通し、該圧縮機から加圧空気を受けかつ燃料流を燃焼させて燃焼器流出ガス流を生成するように構成された燃焼器とを含む。本ガスタービンシステムはまた、燃焼器の下流に設置されかつ燃焼器流出ガス流を膨張させるように構成されたタービンを含む。燃焼器は、該燃焼器内に燃料−空気混合気のコアスワールを誘起するように該燃焼器のヘッド側に配置されたスワール予混合器と、スワール予混合器の下流に配置された複数のタンジェンシャル噴射器とを含み、複数のタンジェンシャル噴射器の各々は、燃焼器の長手方向軸線に対して横断方向に燃料−空気混合気を導入して、該噴射器を通しての燃料−空気混合気の順次点火を可能にするように構成される。
【０００８】
別の実施形態では、燃焼器を作動させる方法を提供する。本方法は、燃焼器のヘッド側に配置されたスワール予混合器により該燃焼器内に燃料−空気混合気のコアスワール流を発生させる段階と、複数の噴射器を通してスワール予混合器の下流に燃料−空気混合気を横方向に導入する段階とを含む。本方法はまた、隣接する噴射器による先に燃焼したガスからの熱を利用することによって、噴射器の各々を通して導入された燃料−空気混合気を順次に点火する段階を含む。
【０００９】
本発明のこれらの及びその他の特徴、態様及び利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様な部分を表している添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むと一層良く理解されるようになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に詳細に説明するように、本技術の実施形態は、ガスタービン内で使用するカン型燃焼器及びカン−アニュラ型燃焼器におけるような燃焼器におけるエミッションを低減するように機能する。具体的には、本技術は、燃焼器内での希薄予混合燃料ステージングと燃焼排ガス再循環とを採用して、均一燃焼での燃焼器の希薄作動がＮＯｘエミッションのようなエミッションを最少にするのを可能にすることを含む。この実施形態では、希薄予混合燃料ステージングは、燃焼器内における実質的に低火炎温度での安定燃焼を可能にしてエミッションを最少にする。ここで図面に目を転じまた最初に図１を参照すると、この図は、低エミッション燃焼器１２を有するガスタービン１０を示している。ガスタービン１０は、周囲空気を加圧するように構成された圧縮機１４を含む。燃焼器１２は、圧縮機１４と流れ連通しており、圧縮機１４から加圧空気を受けかつ燃料流を燃焼させて燃焼器流出ガス流を生成するように構成される。さらに、ガスタービン１０は、燃焼器１２の下流に設置されたタービン１６を含む。タービン１６は、燃焼器流出ガス流を膨張させて外部負荷を駆動するように構成される。図示した実施形態では、圧縮機１４は、タービン１６が発生した動力によってシャフト１８を介して駆動される。
【００１１】
図２は、図１のガスタービン１０を作動させるプロセスを示している。作動中、圧縮機１４は、周囲空気２０の流れを受け、該周囲空気２０の流れを加圧して、加圧空気２２の流れを生成する。一部の実施形態では、ブースト圧縮機を使用して周囲空気２０の流れを受けかつ加圧することができる。さらに、ブースト圧縮機からのこの加圧空気の流れは、さらに圧縮するために圧縮機１４に向けて送られる。当業者には明らかなように、圧縮機１４は、ガスタービン１０の動力出力を増大させるために、運転レイアウトに応じて複数の圧縮機を含むことができる。例えば、ガスタービン１０は、低圧圧縮機と高圧圧縮機とを含むことができる。それに代えて、ガスタービン１０は、低圧圧縮機、中圧圧縮機及び高圧圧縮機を含むことができる。
【００１２】
圧縮機１４からの加圧空気流２２は次に、燃焼器１２に向けて導かれて、燃料流２４と混合及び燃焼されて燃焼器流出ガス流２６を生成する。１つの実施形態では、燃焼器１２として、カン型燃焼器を含む。別の実施形態では、燃焼器１２として、カン−アニュラ型燃焼器を含む。さらに、燃焼器流出ガス流２６は、タービン１６を通って膨張して外部負荷を駆動するようになる。図示した実施形態では、燃焼器１２は、複数のトランスバース（横方向）噴射器による燃料流２４の燃料ステージングを採用しており、トランスバース噴射器については、図３〜図６を参照して以下で詳細に説明する。本明細書で使用する場合、「燃料ステージング」という用語は、燃料−空気混合気が燃焼器１２内で移動するにつれて、異なるポイントにおいて混合気に点火することを意味する。
【００１３】
図３は、図１の低エミッション燃焼器３０の概略図である。図示した実施形態では、燃焼器３０は、燃焼器ライナ３２と、燃焼器ライナ３２のヘッド側に配置されたスワール予混合器３４とを含む。スワール予混合器３４は、燃焼器３０に燃料−空気混合気を供給しかつ燃焼器３０内に燃料−空気混合気のコアスワールを誘起するように構成される。１つの実施形態では、燃焼器３０として、乾式低ＮＯｘ（ＤＬＮ）燃焼器を含む。一部の実施形態では、スワール予混合器３４は、燃焼器３０の始動、加速又はターンダウン状態時に燃焼器３０内に燃料−空気混合気のコアスワールを誘起するように作動される。
【００１４】
さらに、燃焼器３０は、参照符号３６、３８、４０及び４２で示すような複数のタンジェンシャル（接線方向）ステージ型噴射器を含む。図示した実施形態では、燃焼器３０は、４つのタンジェンシャルステージ型噴射器３６、３８、４０及び４２を含む。しかしながら、燃焼器３０内で、より少ない又はより多い数の噴射器を使用することもできる。さらに、複数の噴射器３６、３８、４０及び４２は、燃焼器３０内での燃料ステージングを達成するような円周方向の千鳥構成として燃焼器ライナ３２上に配置される。１つの実施形態では、複数の噴射器３６、３８、４０及び４２は、燃焼器３０内での軸方向燃料ステージングを達成するように、軸方向に千鳥配置される。図示した実施形態では、複数の噴射器３６、３８、４０及び４２の各々は、燃焼器３０の長手方向軸線４４に対して横断方向（横方向）に新鮮な燃料−空気混合気を導入しかつ燃料−空気混合気を順次に点火するように構成される。本明細書で使用する場合、「横方向（トランスバース）」という用語は、燃焼器３０の長手方向軸線４４に対して直角であるが、燃焼器３０の中心線から外れた方向を意味する。一部の実施形態では、噴射器３６、３８、４０及び４２は、長手方向軸線に対して或る角度を成す方向に燃料−空気混合気を導入することができる。複数の噴射器３６、３８、４０及び４２を通して噴射される燃料には、天然ガス、水素、合成ガス、炭化水素、一酸化炭素又はそれらの組合せが含まれる。しかしながら、多様なその他の燃料も想定することができる。幾つかの実施形態では、噴射器３６、３８、４０及び４２の各々は、二重又は多重燃料能力を有し、燃料のために予混合−予気化機構を使用している。多重燃料能力は、特に留出燃料のような液体燃料に対するバックアップ燃料能力を可能にする利点がある。
【００１５】
図示した実施形態では、タンジェンシャル噴射器３６、３８、４０及び４２の各々は、燃料−空気混合気をそれぞれのタンジェンシャル噴射器３６、３８、４０、及び４２に供給するための燃料入口４６、４８、５０及び５２を含む。さらに、噴射器３６、３８、４０及び４２は、該噴射器３６、３８、４０及び４２に対する燃料供給を制御するための関連する弁装置を含むことができる。一部の実施形態では、噴射器３６、３８、４０及び４２は、スワール流を発生させて予混合プロセスを加速することができる。作動中、噴射器３６、３８、４０及び４２を通して導入された燃料−空気混合気は、噴射器３６、３８、４０及び４２による先に燃焼したガスからの熱とヘッド側スワーラのスワール安定化火炎の反応により発生した熱とを利用することによって点火される。
【００１６】
さらに、複数の噴射器３６、３８、４０及び４２は、燃焼器３０内部に接線方向運動量を誘起して、燃焼器３０内での火炎安定化とヘッド側スワーラ３４によって発生したスワール流の補完作用とを可能にするように構成される。従って、燃焼器３０のコアは、スワール運動を維持し、新鮮な希薄混合気が、燃焼器３０の軸線４４に対して垂直に供給される。さらに、この新鮮な燃料及び空気の混合気の低スワール及び接線方向運動量は、火炎が燃焼器ライナ３２又はタンジェンシャル噴射器３６、３８、４０及び４２上に留まるのを防止しかつ噴射器３６、３８、４０及び４２を通して供給された新鮮な希薄混合気に点火するのを可能にするのに実質的に十分なほど高い速度を誘起する。図示した実施形態では、燃焼器３０は、噴射器３６、３８、４０及び４２の下流に配置された、希釈空気を導入して燃焼器ライナ３２の壁を冷却するのを可能にするための複数の希釈孔５４を含む。噴射器３６、３８、４０及び４２を通して供給された燃料−空気混合気の順次点火については、図４〜図６を参照して以下で説明する。
【００１７】
図４は、図３の燃焼器３０に使用するタンジェンシャル噴射器の例示的な構成５６の概略図である。図に示すように、スワール予混合器３４は、燃焼器３０のヘッド側に配置され（図３参照）、噴射器３６、３８、４０及び４２のような複数の噴射器は、燃焼器３０内での燃料ステージングを達成するような円周方向又は軸方向千鳥構成として配置される。複数の噴射器３６、３８、４０及び４２は、スワール予混合器３４によって発生したコアスワールに加えて燃料ステージングによる燃料−空気混合気のトロイダル運動を誘起するように構成される。具体的には、そのようなステージングは、噴射器３６、３８、４０及び４２を通しての新鮮な燃料−空気混合気の接線方向噴射によって達成される。図示した実施形態では、噴射器３６、３８、４０及び４２は、燃焼器の長手方向軸線に対して垂直な方向に燃料−空気混合気を導入する。それに代えて、噴射器３６、３８、４０及び４２は、長手方向軸線に対して約０°〜約４５°の角度の方向に燃料−空気混合気を導入することもできる。一部の実施形態では、噴射器３６、３８、４０及び４２は、燃焼器３０内でのダイナミックスの減少を可能にするような千鳥構成として配置することができる。幾つかの実施形態では、所望の数の噴射器３６、３８、４０及び４２を作動させることによって、燃焼器３０内で負荷ステージング能力を達成することができる。作動中、選択した数の噴射器３６、３８、４０及び４２を作動させるが、その他の噴射器を不作動にして、燃焼器のターンダウン状態を可能にすることができる。
【００１８】
作動中、スワール予混合器３４によって発生したコアスワールは、燃焼器３０内での火炎安定化を可能にし、またタンジェンシャル噴射器３６、３８、４０及び４２が作動状態になくかつタンジェンシャル噴射器３６、３８、４０及び４２には空気のみが供給されている時に燃焼器３０の始動を可能にする。燃焼器３０のヘッド側にあるスワール予混合器３４と可能な場合にはパイロット火炎とを使用して火炎を安定化させた時、スワール予混合器３４は、図５及び図６を参照して以下で説明するように、該スワール予混合器３４から噴射器３６、３８、４０及び４２までの点火伝播を可能にする。さらに、点火が噴射器３６、３８、４０及び４２まで伝播すると、燃焼器ヘッド側の燃料は、最小値まで減少し、従ってタンジェンシャル噴射器３６、３８、４０及び４２を介して全出力作動まで燃料を供給しながら、予混合器の希薄吹消えポイントに近い高度な予混合作動モードを可能にすることができる。
【００１９】
図５は、タンジェンシャル燃料噴射器を有する別の例示的な燃焼器６０の断面図である。上記したように、燃焼器６０は、空気６２のコアスワールを受ける。この実施形態では、予混合器３４は、燃焼器６０の中心に配置され、中心線４４と整列している。予混合器３４は、燃焼器６０内に燃料−空気混合気を導入するように構成される。一部の実施形態では、燃焼器６０は、該燃焼器６０の始動状態時に燃料−空気混合気に点火するための点火器（図示せず）を含むことができる。さらに、新鮮な燃料−空気混合気は、スワール予混合器３４の下流に配置された参照符号６４で表したような複数の噴射器を介して、燃焼器６０の軸線に対して横断方向に導入される。図示した実施形態では、複数の噴射器６４の各々は、参照符号６６及び６８で表したように燃料及び空気を受け、この予混合気が、噴射器６４の各々を通して燃焼器６０内に導入される。複数の噴射器６４及びヘッド側スワール予混合器３４を介しての燃料−空気混合気の噴射は、燃焼器６０のコア内に混合気の接線方向運動量を導入する。この実施形態では、燃焼器６０の上流プレナムは、大型の予混合器として機能し、上流プレナムの下流で反応が起こる。
【００２０】
さらに、燃料−空気混合気は、隣接する噴射器による先に燃焼したガスとヘッド側スワール予混合器３４のスワール安定化火炎７０の反応により発生した熱とによって、順次に点火される。さらに、燃焼プロセスは、なんらかの平衡燃焼空気を導入することができる燃焼完了域において完了する。図示した実施形態では、燃焼器内での燃料−空気混合気のトロイダル運動により、火炎安定化が可能になる。さらに、燃料−空気混合気の横方向噴射により、燃焼器６０内での自続点火が可能になり、このことは、図６を参照して以下で説明する。
【００２１】
図６は、図４のタンジェンシャル噴射器により達成される燃料ステージング及び順次点火の区域８０の概略図である。図示した実施形態では、順次点火は、燃焼器内部での予混合−反応−点火メカニズムにより達成される。燃焼器内部でのスワール及びトロイダル運動量による順次点火は、燃焼器からのエミッションを実質的に低減し、また比較的大きな温度領域幅にわたる作動可能性を可能にする。
【００２２】
図示した実施形態では、噴射器３６、３８、４０及び４２の各々について、点火は、燃焼器内での火炎安定化及び燃焼排ガス再循環を可能にする４つの区域８０によって特徴付けることができる。例えば、噴射器４０を通して導入された燃料及び空気は、予混合域８２内で予混合され、その後続いて混合域８４内で予混合される。さらに、燃料−空気混合気は、点火域８６内で点火される。点火域８６内の温度が燃焼を持続するのに十分な高さになると、反応域８８内で化学反応が起こる。その後、反応域８８から出てきたガスは、燃焼完了域９０に入る。同様に、噴射器３６、３８及び４２の各々について、上記したような予混合−反応−点火メカニズムによる点火が可能になる。
【００２３】
図示した実施形態では、タンジェンシャル予混合器３６、３８、４０及び４２の各々から出てくる予混合ガス及び空気の速度は、局所的な火炎速度よりも実質的に大きく、従って火炎がタンジェンシャル予混合器内に逆火するのを防止する。さらに、予混合器３６、３８、４０及び４２の各々に供給された燃料及び空気間の予混合は、予混合域８２内で継続する。これに加えて、混合域８４内において、燃焼器のコアにおける燃焼から生じた高温ガスとの混合が生じる。その結果、新鮮な混合気は、点火状態に達すると自然に点火される。さらに、運動量は、燃焼したガスを運び、それらをコアと完全に混合して、そこではコアが軸線４４（図３参照）に沿って実質的により高い軸方向運動量を有している反応域８８内において、均一かつ完全な反応を生じさせる。これは、タンジェンシャル予混合管内に低スワールかつ大きな軸方向運動量（つまり、低スワール数）を誘起することによって達成される。この運動量はコア内におけるスワール運動を可能にし、この構成を使用して火炎が安定化されることに注目されたい。従って、コア火炎７０がライナ４２の壁を擦過することはなく、従ってそのライナ４２の壁は、より低温に保たれる。
【００２４】
図示した実施形態では、各位置において導入された燃料−空気混合気は、先に燃焼したガスにより連続的に点火され、従って燃焼器内での自続点火を可能にする。さらに、噴射器３６、３８、４０及び４２で採用した予混合−反応−点火メカニズムは、高温ガスが燃焼器のライナ及びドームプレートを擦過するのを防止しながら、燃焼器の中心部における安定化した火炎、つまり高温コアを可能にする。タンジェンシャル噴射器３６、３８、４０及び４２は、様々な燃空比に対する順次点火に使用して、安定化と部分又は完全燃焼ガスの燃焼排ガス再循環とを制御するようにすることができる。このことにより、自続点火を導入することによって、エミッションの低減と空気力学的な火炎安定化要件の排除とが達成されることになる。
【００２５】
本明細書で上述した方法の様々な態様は、ガスタービン内で使用する燃焼器のような異なる用途において有用性を有する。上に指摘したように、燃焼器内への燃料−空気混合気の横方向導入により燃焼器内で達成される燃料ステージングは、燃焼器壁から離れた状態での火炎安定化を可能にする。さらに、本技術は、そのような燃焼器からのエミッション、特にＮＯｘエミッションの低減を可能にし、それによって環境に優しい状態でガスタービンを作動させることを可能にする。加えて、上記した燃料ステージングは、様々な燃料に使用することができ、従って必要なタービン負荷全体にわたって圧力変動の許容できるレベルを維持しながら、システムの燃料柔軟性を得ることができる。さらに、上記した技術は、エミッションを低減しかつ比較的高い火炎安定性を達成するために、現存のカン型又はカン−アニュラ型燃焼器において使用することができる。
【００２６】
本明細書では本発明の一部の特徴のみを図示しかつ説明してきたが、当業者には多くの改良及び変更が考えられるであろう。従って、提出した特許請求の範囲は、全てのそのような改良及び変更を本発明の技術思想の範囲内に属するものとして保護しようとするものであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本技術の態様による低エミッション燃焼器を有するガスタービンの概略図。
【図２】本技術の態様による、図１のガスタービンを作動させるプロセスの概略図。
【図３】本技術の態様による、図１の低エミッション燃焼器の概略図。
【図４】本技術の態様による、図１の燃焼器に使用したタンジェンシャル噴射器とヘッド側の軸方向スワール予混合器との構成の概略図。
【図５】本技術の態様による別の例示的な燃焼器の断面図。
【図６】本技術の態様による、図３のタンジェンシャル噴射器及び軸方向スワール予混合器により達成された燃料ステージング及び順次点火域の概略図。
【符号の説明】
【００２８】
１０  ガスタービン
１２  燃焼器
１４  圧縮機
１６  タービン
１８  シャフト
２０  周囲空気
２２  加圧空気
２４  燃料流
２６  燃焼器流出ガス流
２８  排気ガス
３０  燃焼器
３２  燃焼器ライナ
３４  スワール予混合器
３６、３８、４０、４２  タンジェンシャル噴射器
４４  燃焼器軸線
４６、４８、５０、５２  入口
５４  希釈孔
６０  燃焼器セクション
６２  空気流
６４  噴射器
６６  空気流
６８  燃料
７０  火炎
８０  燃料ステージング域
８２  予混合域
８４  混合域
８６  点火域
８８  反応域
９０  燃焼完了域
【図１】
2007139411.tif 000003
【図２】
2007139411.tif 000004
【図３】
2007139411.tif 000005
【図４】
2007139411.tif 000006
【図５】
2007139411.tif 000007
【図６】
2007139411.tif 000008