适合多种燃料的燃气轮机燃烧器制造技术

本发明专利技术提供一种适合多种燃料的燃气轮机燃烧器，其在维持通过预混合燃烧得到良好的低排放性能的同时，能够充分利用具有不在适合生成预混合气的预混合特性范围的特性的各种燃料。本发明专利技术的适合多种燃料的燃气轮机燃烧器具备主燃烧器(12)和补燃喷燃器(20)，所述主喷燃器(12)向燃烧室(10)内的第一燃烧区域(S1)供应含有预混合用的第一燃料的预混合气(M)，使其预混合燃烧；所述补燃喷燃器(20)向比燃烧室(10)内的第一燃烧区域(S1)更下游的第二燃烧区域(S2)供应与所述第一燃料组成不同的补燃用的第二燃料，使其扩散燃烧，第一燃料具有适合生成预混合气(M)的预混合特性范围，所述第二燃料具有不在所述预混合特性范围的特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】适合多种燃料的燃气轮机燃烧器相关申请本申请要求2012年12月13日申请的日本专利申请2012-272585的优先权，将其全部内容以参照的方式引入作为本申请的一部分。
本专利技术涉及一种在确保低排放性能的同时能够有效利用含有氢气燃料这样的未利用燃料的适合多种燃料的燃气轮机燃烧器。
技术介绍
在燃气涡轮发动机的燃烧器中，作为得到包括低NOx化的低排放性能的技术，已知除了有在燃烧器中喷射水或蒸汽的湿式燃烧器，还有将燃料和压缩空气混合生成的预混合气体喷射至燃烧室内使其稀薄预混合燃烧的作为干式的DLE(Dry Low Emiss1ns ;干式低排放)燃烧器。作为该DLE燃烧器的燃料，可以使用具有适合生成预混合气的特性范围的天然气、灯油、轻油等燃料，由于像氢气这样的气体不在上述特性范围内，因此难以使用。基本上，氢气的燃烧速度快，若将氢气与DLE燃烧器的燃料大量混合，则有可能发生在较长的预混合通道中火焰逆行而导致加热或损伤的被称为反焰的现象，发生异常燃烧。另外，近年来，谋求将从化工设备等产生的氢气或者从煤矿排出的通风甲烷(VAM:Ventilat1n Air Methane ;煤矿通风甲烧)这样的低浓度甲烧的燃料气体作为燃气轮机燃烧器的燃料而有效利用。对此，在稀薄预混合型的燃气轮机燃烧器中，提出了一种使用特殊的喷嘴将含有氢气燃料混入天然气的多孔同轴喷流燃烧器(参照专利文献I)。此外，已知一种从补燃喷燃器向燃气轮机燃烧器供应氢气的燃烧器(参照专利文献2)。专利文献2所记载的燃烧器中，主喷燃器并不是预混合燃烧方式，而是扩散燃烧方式，利用氢气还原因扩散燃烧而大量生成的NOx。现有技术文献专利文献专利文献1:日本专利公开2011-144972号公报专利文献2:日本专利公开2011-075174号公报
技术实现思路
(一)要解决的技术问题但是，专利文献I的多孔同轴喷流燃烧器不但结构复杂，而且为了维持良好的低排放性能，控制变得复杂，例如需要根据氢气浓度的比例来改变对多个燃料喷嘴的燃料分配等。另一方面，在如专利文献2的燃烧器那样从补燃喷燃器导入氢气时，由于主喷燃器为预混合燃烧方式的情况下NOx少，故通过氢气得到的NOx的还原作用受到限制。因此，在专利文献2中，并没有设想使用预混合燃烧方式的主喷燃器的情况。因此，专利文献2并没有给出并用预混合燃烧方式与从补燃喷燃器导入氢气的方式的启示。本专利技术的目的在于提供一种适合多种燃料的燃气轮机燃烧器，其能够在维持通过预混合燃烧得到良好的低排放性能的同时，充分利用具有不在适合生成预混合气的预混合特性范围的特性的各种燃料。(二)技术方案为了实现上述目的，本专利技术的适合多种燃料的燃气轮机燃烧器具备主喷燃器和补燃喷燃器，所述主喷燃器向燃烧室内的第一燃烧区域供应含有预混合用的第一燃料的预混合气，使其预混合燃烧；所述补燃喷燃器向比所述燃烧室内的所述第一燃烧区域更下游的第二燃烧区域供应与所述第一燃料组成不同的补燃用的第二燃料，使其扩散燃烧，所述第一燃料具有适合生成预混合气的预混合特性范围，所述第二燃料具有不在所述预混合特性范围的特性。在该燃气轮机燃烧器中，由于向将预混合气供给第一燃烧区域并使其预混合燃烧的主喷燃器供应具有适合生成预混合气的预混合特性范围的第一燃料，故不会发生反焰、异常燃烧或失火等，因此能够维持良好的低排放性能。另一方面，在对应发动机负荷的增大而将运转范围向高输出侧扩展的情况下，虽然从补燃喷燃器向第二燃烧区域供应第二燃料，但由于补燃喷燃器为扩散燃烧式，因此即使供应具有不在适合生成预混合气的预混合特性范围的特性的第二燃料，也不会发生反焰、异常燃烧或失火等。因此，作为第二燃料，能够充分使用石油化工设备、精炼厂、制铁设备等产生的副产氢气或如VAM这样的低浓度燃料气体等目前没有被有效利用的各种燃料。这里所称的“适合生成预混合气的预混合特性范围”，包含不会在预混合通道内发生反焰的燃烧速度的范围，以及在少量时不会发生无法燃烧且在大量时不会过热的发热量的范围这两个范围。此外，“组成不同”是指主要成分或元素含有率不同。在本专利技术中，进一步地，优选具备向所述第一燃烧区域喷射所述第一燃料并使其扩散燃烧的引燃喷燃器。由于与空燃比大的预混合燃烧相比，扩散燃烧火焰稳定，因此不但用于燃气轮机运转开始时或低负荷时，而且通过在高负荷时也少量燃烧，能够防止失火，稳定地维持预混合燃烧。在本专利技术中，进一步地，优选具备向所述第二燃烧区域也供应所述第一燃料并使其燃烧的追加的补燃用喷燃器。由此，例如，在使用由化工设备产生的副产氢气作为第二燃料的情况下，当因化工设备的运转停止等导致第二燃料不足时，能够从追加的补燃用喷燃器向第二燃烧区域供应第一燃料，来维持所需的高输出运转。在本专利技术中，可以使用氢气作为所述第二燃料。由此，能够将由化工设备等产生的氢气有效用作燃烧器的燃料。在本专利技术中，可以使用天然气作为所述第一燃料，可以使用氢气或含有氢气的气体作为所述第二燃料。由此，能够使用具有适于生成预混合气的预混合特性范围的天然气在第一燃烧区域进行良好的预混合燃烧，同时，从补燃用喷燃器向第二燃烧区域喷射具有不在所需的预混合特性范围的特性的氢气并使其扩散燃烧，能够将大量的氢气有效用作燃烧器的燃料。在本专利技术中，也可以为如下结构:具备形成所述燃烧室的燃烧筒及设置在所述燃烧筒上并从所述燃烧筒的外部向内部的燃烧室导入空气的导入管，所述补燃喷燃器插入所述导入管的中空部。通过导入空气，氢气的浓度降低，燃烧温度降低，其结果能够抑制NOx的产生量。在本专利技术中，可以使所述补燃用的第二燃料在所述第二燃烧区域进行稀薄燃烧。由此，能够进一步减少NOx的产生量。这里，“稀薄燃烧”是指在当量比为0.5以下的稀薄度下燃烧。另外，稀薄燃烧中的当量比在大于O小于等于0.5的范围内根据负荷进行调整。权利要求书及/或说明书及/或说明书附图所公开的至少两种结构的任意组合也包含在本专利技术中。特别是权利要求书的各项权利要求的两项以上的任意组合也包含在本专利技术中。【附图说明】通过参照附图对以下优选的实施方式进行说明，可更加清楚地理解本专利技术。但是，实施方式及附图仅用于图示及说明，不应用于确定本专利技术的范围。本专利技术的范围由附上的权利要求书确定。在附图中，多张附图中的相同附图标记表示相同或与其相当的部分。图1是表示适用本专利技术的燃气轮机燃烧器的燃气涡轮发动机的概略结构图。图2是综合表示本专利技术的第一实施方式的燃气轮机燃烧器和其燃料供给系统的概略纵向剖视图。图3是表示同上燃气涡轮发动机的负荷变化和与其对应的第二燃料的燃料使用量之间关系的特性图。图4是综合表示本专利技术的第二实施方式的燃气轮机燃烧器和其燃料供给系统的概略纵向剖视图。【具体实施方式】下面，参照附图对本专利技术优选的实施方式进行说明。在本专利技术的实施方式中，适用燃气轮机燃烧器的燃气涡轮发动机GT如图1所示的单缸型，但也可以为多缸型。该燃气涡轮发动机GT具有离心压缩机1、燃烧器2及涡轮3，其中，所述离心压缩机I压缩从空气流入口 Ia吸入的空气A ;所述燃烧器2向被压缩的空气A供应燃料并使其燃烧；所述涡轮3由来自燃烧器2的燃烧气体来驱动。燃烧器2相对于发动机旋转轴心C在大致径向上突出配置。由燃烧器2产生的燃烧气体被导向涡轮3来使涡轮3旋转，驱动通过旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气轮机燃烧器，具备主喷燃器和补燃喷燃器；所述主喷燃器向燃烧室内的第一燃烧区域供应含有预混合用的第一燃料的预混合气，使其预混合燃烧；所述补燃喷燃器向比所述燃烧室内的所述第一燃烧区域更下游的第二燃烧区域供应与所述第一燃料组成不同的补燃用的第二燃料，使其扩散燃烧；所述第一燃料具有适合生成预混合气的预混合特性范围，所述第二燃料具有不在所述预混合特性范围的特性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：绪方正裕，小田刚生，木下康裕，
申请(专利权)人：川崎重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP