[发明专利]燃气轮机燃烧器

说明书

本申请为2005年4月4日提交的、申请号为200510064002.8的、发明名称为“燃气轮机燃烧器”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及燃气轮机燃烧器，尤其涉及一种特征在于燃料的分级方法的燃气轮机燃烧器。

背景技术

对现有的燃气轮机燃烧器的概要进行说明。图18是模式性地表示根据现有技术的燃气轮机燃烧器的简略结构的图，该图(a)是纵剖面图，该图(b)是从下游侧观察的图。燃气轮机燃烧器，如该图所示，具有包括作为燃烧室的内部空间的尾管10和包括用于形成预混合气的机构的内筒2；在内筒2的轴心位置上，配置有与导向锥5连通的起动喷嘴3。在起动喷嘴3的周边部，配置有与作为预混合器的主燃烧器6连通的主喷嘴4，在本例中，以相等的角度间隔设置8个主喷嘴。

而且，在起动喷嘴3前端附近的外周上，与导向锥5之间配设有起动旋转器7；并在主喷嘴4的前端附近的外周上，与主燃烧器6之间配设有主旋转器8。而且，在本例中，采用下述平板型喷嘴：在主喷嘴4的侧面上的主旋转器8的上游侧安装有平板4a，并在其表面上设置燃料喷出孔。燃烧器1具有如上所述的结构。

供应给主喷嘴4的主要燃料，在主燃烧器6中形成预混合气。另一方面，供应给起动喷嘴3的引燃燃料，从起动喷嘴3生成引燃火焰(扩散火焰)。之后，将预混合气喷射到尾管10，在尾管10内利用引燃火焰进行点火，从而在尾管10内产生预混合火焰。而且，从尾管10的外表面向外壳侧突出设置旁路弯管9，并在其前端设置旁通阀BV。

另外，专利文献1公开了一种燃气轮机燃烧器，其使主喷嘴内的空气和燃料气体在半径方向上均匀混合，同时，降低在预燃室内进行扩散燃烧的量，并提高低NOx化的程度。此外，在专利文献2中公开了一种燃气轮机燃烧器，其在部分燃烧的状态下也可以提高燃烧效率，并增加产生少量NOx的预混合燃烧的比例，同时，在该预混合气燃料浓度低的情况下也能够稳定燃烧，并在宽广的负载区域内进行低NOx的燃烧。

专利文献1：特开平6-137559号公报

专利文献2：特开平8-14565号公报

发明内容

根据现有技术，燃气轮机燃烧器需要在从部分负载状态到100％负载状态的宽广范围内，能够进行稳定且低环境负载的燃烧。然而，在上述现有燃气轮机燃烧器中，由于低NOx化而产生稀薄的预混合燃烧，在部分负载时由于燃烧温度低而使燃料相对稀薄，因而产生大量未燃部分。对于市场需求来说，降低在这种部分负载时的未燃部分，是关键的一点。

因此，虽然为降低这种燃料的未燃部分，而设定运转参数，使得提高引燃燃料比并打开旁通阀，但是受燃料压力所限，引燃燃料比存在上限，此外受旁通阀的尺寸所限，燃烧区域的空燃比同样存在上限。并且，由于目前的运转模式是从起动时开始向所有的主喷嘴(上述现有例中为8个)以及起动喷嘴(1个)供给燃料，这样，未燃部分的降低本身就产生了限制。

此外，在现有的燃烧控制方式中，在低负载时往往产生废气性能恶化、燃烧振动，进而使燃烧器中的金属温度上升，这些都需要得到改善。本发明，即是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种可以通过改良燃料的分级方法来降低部分负载时的未燃部分、提高排气特性并进行稳定燃烧的燃气轮机燃烧器。

为实现上述目的，本发明提供了一种燃气轮机燃烧器，具有配置在内筒的轴心位置上的起动喷嘴和配置在该起动喷嘴周围并在外周上具备预混合器的多个主喷嘴，作为预混合气从主喷嘴将燃料喷射到处于所述内筒下游的用于形成燃烧室的尾管内，在该尾管内利用所述起动喷嘴产生的扩散火焰进行点火，从而在该尾管内产生预混合火焰，其特征在于：从起动时到预定的负载比例，仅在所述多个主喷嘴中的一部分进行燃烧，在所述预定的负载比例以上时，所述多个主喷嘴的剩余部分也进行燃烧。

此外，其特征还在于，在所述预定的负载比例以上时，随着负载的上升而逐一增加所述剩余部分的主喷嘴进行燃烧。并且，其特征还在于：在所述起动喷嘴上设置分别与所述多个主喷嘴对应的各个起动孔，对应于在所述各个主喷嘴中进行燃烧，从所述各个起动孔喷射燃料。

此外，其特征还在于：在所述起动喷嘴一侧设置用于供给燃料的顶帽(tophat)燃料喷嘴。另外，其特征还在于：设置分别与所述多个主喷嘴对应的各个所述顶帽燃料喷嘴，并对应于在所述各个主喷嘴中进行燃烧，从所述各个顶帽燃料喷嘴喷射燃料。