燃气涡轮燃烧器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃气涡轮燃烧器。
【背景技术】
[0002]对环境保护的限制、社会的要求日益增强，在燃气涡轮中也要求进一步的高效率化、低NOjt。作为使燃气涡轮高效率化的一措施，考虑使涡轮入口的气体温度上升。在这种情况下，担忧伴随着燃气涡轮燃烧器的火焰温度的上升而排出量增加。
[0003]燃气涡轮燃烧器中为了减少NOx排出量，有时采用了将燃料和空气预先混合的混合气供给至燃气涡轮燃烧器并使它们燃烧的燃烧方式即预混合燃烧的燃气涡轮燃烧器。采用了预混合燃烧的燃气涡轮燃烧器具备:具有预先将燃料和空气混合的预混合器的喷烧器；以及位于喷烧器的下游并使与空气混合的燃料燃烧的燃烧室。预混合燃烧使火焰温度均匀化所以对低NOJt有效，然而如果空气温度上升或包含于燃料中的氢含量增加，则燃烧速度增加，因此产生火焰意外地逆流到预混合器的逆火的可能性增加。因此，对兼具出量的抑制和耐逆火性的燃气涡轮燃烧器的要求提高。
[0004]关于兼具啤排出量的抑制和耐逆火性的燃气涡轮燃烧器，在日本专利第3960166号公报公开了涉及如下燃气涡轮燃烧器的技术，具备将多个燃料喷嘴和多个空气孔同轴地配置的多孔同轴喷烧器，通过该喷烧器将燃料和空气的多个同轴喷流供给至燃烧室并使它们燃烧。该文献所公开的燃气涡轮燃烧器与以往的采用了预混合燃烧的燃气涡轮燃烧器相比，以非常短的距离迅速地混合燃料和空气，所以能够兼得NOx排出量的抑制和耐逆火性。另外，以往，煤气化气体、焦炭炉气体等的氢含量高且燃烧速度快的燃料通过扩散燃烧方式来应对，但也可以对这种燃料应用。
[0005]另外，在日本专利第4838107号公报公开了从喷烧器中心以同心圆状多列地配置燃料和空气的多个同轴喷流的构造。该构造中，燃料和空气的多个同轴喷流以同心圆状分组。对应于燃气涡轮的负载的增减，使供给燃料的同轴喷流在径向增减的这种方法被称为燃料分级。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本专利第3960166号公报
[0009]专利文献2:日本专利第4838107号公报
【发明内容】
[0010]发明所要解决的课题
[0011]在日本专利第4838107号公报公开的喷烧器中，喷烧器的中央形成旋转流来确保燃烧稳定性，喷烧器的外周由于稀薄燃烧而进行低NOx燃烧，所以能够兼得燃烧稳定性和低NOJl烧。
[0012]然而，如果由于燃气涡轮的运转状态的急变等的干扰，而使空气、燃料的流量变动且燃料的流量增加，则假定在喷烧器的外周燃料浓度上升而燃烧速度增加。此时，火焰周期性地反复接近喷烧器、远离喷烧器，变为不稳定燃烧。不稳定燃烧不仅使燃气涡轮的性能降低，还有可能影响构造物。
[0013]本发明的目的在于提供能够兼得喷烧器的中央的稳定燃烧和喷烧器的外周的低NOJl烧的预混合燃烧式的燃气涡轮燃烧器。
[0014]用于解决课题的方法
[0015]本发明为了实现上述目的，具备:使燃料和空气燃烧来生成燃烧气体的燃烧室；配设有喷出燃料的多个燃料喷嘴的燃料喷头；形成有将从上述多个燃料喷嘴喷射的燃料和空气向上述燃烧室喷出的多个空气孔的空气孔板；以及在上述空气孔板的上述燃烧室侧的面上与上述空气孔连结地设置的槽。
[0016]根据本发明，能够兼得喷烧器的中央的稳定燃烧和喷烧器的外周的低NOx燃烧。
【附图说明】
[0017]图1是具备本发明的第一实施方式的燃气涡轮燃烧器2的发电用的燃气涡轮设备1000的整体结构图。
[0018]图2是详细地表示构成图1所示的燃气涡轮燃烧器2所具备的喷烧器5的多个燃料喷嘴30、基板32以及旋转板33的配置状况的部分构造图。
[0019]图3是图2中的基板32以及旋转板33周边的放大图。
[0020]图4是从下游侧观察本发明的第一实施方式的空气孔板的图。
[0021]图5是由图4中的虚线的矩形包围的区域的放大图。
[0022]图6是图5中的A— A’截面的立体图。
[0023]图7是针对图5中的B — B’截面示意性地表示燃料和空气的流动的剖视图。
[0024]图8是本发明的第一实施方式的燃气涡轮设备1000的燃烧器2的运用方法。
[0025]图9是从下游侧观察本发明的第二实施方式的空气孔板的图。
[0026]图10是由图9中的虚线的矩形包围的区域的放大图。
[0027]图11是图10中的A— A’截面的立体图。
[0028]图12是针对图10中的B — B’截面示意性地表示燃料和空气的流动的剖视图。
[0029]图13是本发明的第二实施方式的变形例的燃气涡轮燃烧器的剖视图。
[0030]图14是从下游侧观察本发明的第三实施方式的空气孔板的图。
[0031]图15是由图14中的虚线的矩形包围的区域的放大图。
[0032]图16是图15中的A— A’截面的立体图。
[0033]图17是针对图15中的B — B’截面示意性地表示燃料和空气的流动的剖视图。
[0034]图18是本发明的第三实施方式的槽36的放大图。
[0035]图19是本发明的第三实施方式的槽36的变形例的放大图。
[0036]图20是本发明的第四实施方式的燃气涡轮燃烧器的剖视图。
[0037]图21是从下游侧观察本发明的第四实施方式的空气孔板的图。
[0038]图22是图20中由点划线的矩形包围的旋转板33的一部分(A部)的放大图。
[0039]图23是图21中由点划线的圆包围的主喷烧器42的一组(B部)的放大图。
【具体实施方式】
[0040]以下，使用附图，说明本发明的实施方式。
[0041](I)第一实施方式
[0042]首先，使用图1，对具备本发明的第一实施方式的燃气涡轮燃烧器的燃气涡轮设备进行说明。本发明的第一实施方式的燃气涡轮燃烧器具备将燃料和空气混合而喷出至燃烧室并使它们燃烧的多个喷烧器；配设有喷出燃料的多个燃料喷嘴的燃料喷头；形成有将燃料和空气混合并喷出至燃烧室的多个空气孔的空气孔板；以及将燃料喷嘴和空气孔同轴地配设而形成的多个燃料和空气的同轴喷流，上述涡轮燃烧器的特征在于，在空气孔的下游设置供从空气孔向燃烧室供给的未燃预混合气的一部分流动的槽，并且槽间的残留量为数毫米左右。
[0043]图1表示具备本发明的第一实施方式的燃气涡轮燃烧器2的发电用的燃气涡轮设备1000的整体结构。图1表示的发电用的燃气涡轮设备1000具备:对吸入空气100加压而生成高压空气101的压缩机I ;将由压缩机I中生成的高压空气101和通过燃料系统200供给的燃料混合并使它们燃烧，从而生成高温的燃烧气体102的燃气涡轮燃烧器2 ;被由燃气涡轮燃烧器2生成的高温的燃烧气体102驱动的涡轮3 ;以及利用涡轮3的驱动而旋转从而产生电力的发电机20。
[0044]压缩机1、涡轮3以及发电机20通过一体的传动轴21而相互连结，驱动涡轮3而得到的驱动力经由传动轴21而传递至压缩机I以及发电机20。
[0045]燃气涡轮燃烧器2收纳在燃气涡轮装置的外壳4的内部。另外，在燃气涡轮燃烧器2设置有喷烧器5，在成为该喷烧器5的下游侧的燃气涡轮燃烧器2的内部配设有将从压缩机I供给的高压空气101和由燃气涡轮燃烧器2生成的高温的燃烧气体102分开的大致圆筒状的燃烧器衬套10。
[0046]在燃烧器衬套10的外周侧，配设有成为形成使高压空气101从压缩机I向燃气涡轮燃烧器2流下的空气流道的外周壁的气流套筒11，气流套筒11形成为直径比燃烧器衬套10大并与该燃烧器衬套10几乎同心圆的圆筒状。
[0047]形成于燃烧器衬套10的内侧的燃烧室50中，从喷烧器5喷出的高压空气101和通过燃料系统200供给的燃料的混合气燃烧。在燃烧器衬套10中距喷烧器5远的一方(高温燃烧气体102的流通方向的下游侧)的端部，安装有用于将在燃烧室50中产生的高温燃烧气体102导入至涡轮3的尾筒内筒12。在尾筒内筒12的外周侧隔着规定的间隔配设有尾筒外筒13。
[0048]在燃烧器衬套10中喷烧器5侧(高温燃烧气体102的流通方向的上游侧)的端部安装有与燃烧器衬套10的中心轴配置在同轴上，且构成燃烧室50的喷烧器5侧的壁面的大致圆盘状的板即空气孔板32、33。该空气孔板由基板32和旋转板33构成，在它们上形成有多个空气孔31。旋转板33面向形成于燃烧器衬套10的内侧的燃烧室50地配设。
[0049]吸入空气100被压缩机I压缩后成为高压空气101，该高压空气101供给至外壳4内并充满后，流入形成于尾筒内筒12与尾筒外筒13之间的空间，从外壁面对尾筒内筒12进行对流冷却。在尾筒内筒12与尾筒外筒13之间的空间流下的高压空气101进一步通过形成于气流套筒11与燃烧器衬套10之间的环状的流道而朝向燃气涡轮燃烧器2流下，然而在该流下的中途用于设置在燃气涡轮燃烧器2的内部的燃烧器衬套10的对流冷却。
[0050]另外，在形成于气流套筒11与燃烧器衬套10之间的环状的流道流下的高压空气101的一部分从设置在燃烧器衬套10的壁面的多个冷却孔向燃烧器衬套10的内部流入并用于该燃烧器衬套10的薄膜冷却。而且，在环状的流道流下但没有用于燃烧器衬套10的薄膜冷却的剩余的高压