[发明专利]燃烧器连接结构、燃烧器尾筒、燃烧器尾筒的设计方法和燃气轮机

说明书

技术领域

本发明涉及把与涡轮连结的燃烧器尾筒出口的形状最优化的燃烧器连 接结构、把涡轮燃烧器中燃烧器尾筒的形状最优化的燃烧器尾筒、所述燃 烧器尾筒的设计方法以及适用所述燃烧器连接结构和所述燃烧器尾筒的燃 气轮机。

背景技术

燃气轮机由压缩机、燃烧器和涡轮构成。压缩机把从空气取入口取入 的空气通过压缩而变成高温高压的压缩空气。燃烧器向压缩空气供给燃料 并通过使燃烧而变成高温高压的燃烧气体。涡轮在壳体内的排气通路交替 地配置有多个涡轮静叶片和涡轮动叶片，通过由向该排气通路供给的燃烧 气体来驱动涡轮动叶片而例如驱动与发电机连结的转子旋转。驱动涡轮的 燃烧气体通过涡轮下游的扩散室而被变换成静压后向大气排出。

近年来，为了与燃气轮机的高温化一起提高输出和效率，知道有在燃 气轮机的下游组合蒸汽发生装置和蒸汽涡轮的复合循环。有时该复合循环 使用从蒸汽涡轮排出的蒸汽来进行燃气轮机燃烧器的冷却。

在这种复合循环中为了谋求提高复合效率(热效率)，优选削减在与涡 轮连结的燃烧器的尾筒出口处的冷却交换热量。即，用于冷却燃烧器的热 量虽然被进行热交换的蒸汽回收，但若能够从开始就削减被冷却的热量则 复合效率被提高。由于只要增大尾筒出口的截面积而减漫燃烧气体的流速 就使导热率也下降，所以能够削减热交换量。但由于在连结有尾筒出口且 接受燃烧气体的涡轮的第一级涡轮静叶片中，所述静叶片下游侧(出口侧) 的径向尺寸由空气动力来决定，所以在增大尾筒出口截面积上有问题。

在此，例如在专利文献1所示的燃气轮机中，有时把所述静叶片的上 游侧开口的径向尺寸设定得比下游侧开口的大。

在上述的燃气轮机中，涡轮被从第一级涡轮静叶片供给燃烧器的燃烧 气体。由于把第一级涡轮静叶片沿以转子轴心为中心的圆周配置，所以燃 烧气体通路被形成圆环状。另一方面，燃烧器以把燃烧气体向涡轮供给的 形态而沿以转子轴心为中心的圆周被配置多个。该燃烧器优选的是：被配 置成使自身的中心线与转子的轴心平行并把燃烧气体笔直地向涡轮喷出。 但由于燃气轮机的机室内部结构的制约而使燃烧器的中心线相对转子的轴 心倾斜(至少30度)，被配置成把燃烧气体倾斜地从径向外侧向径向内侧 喷出。该燃烧器取入压缩空气，并从燃料喷嘴向该压缩空气供给燃料并且 进行燃烧而生成高温高压的燃烧气体。

例如如专利文献2所示，燃烧器具有尾筒。尾筒把从燃料喷嘴喷出的 燃烧气体从紧跟燃料喷嘴后的尾筒入口向与涡轮的第一级涡轮静叶片连结 的尾筒出口引导。尾筒把尾筒入口形成圆形截面形状，且为了向第一级涡 轮静叶片供给燃烧气体而把尾筒出口形成按照燃烧器的数量而把第一级涡 轮静叶片燃烧气体通路的圆环状分割了的弧形截面形状。即尾筒从尾筒入 口到尾筒出口的截面形状有变形。且为了使燃烧气体的流动稳定，尾筒需 要从尾筒入口到尾筒出口有收缩。

现有技术文献

专利文献1：特开2002-327602号公报

专利文献2：特开2006-242559号公报

适用上述专利文献1，只要把第一级涡轮静叶片下游侧开口的径向尺寸 由空气动力决定并加大上游侧开口的径向尺寸，就有可能加大尾筒出口的 截面积。但仅单纯地扩大第一级涡轮静叶片的上游侧径向尺寸，则由于所 述静叶片的冷却面积增加而冷却空气量增加，所以结果是有可能复合效率 降低。

在此，说明冷却空气增加而使复合效率降低的理由。一般来说，冷却 空气是把被燃气轮机的压缩机压缩的空气进行抽气并向涡轮内部送出。另 一方面，燃气轮机的压缩机被同轴上的涡轮所驱动，而冷却空气对燃烧不 起作用，所以对涡轮的功没有什么贡献。因此，当冷却空气增加，则为此 涡轮的功就多余地被压缩机的驱动所消耗，结果是燃气轮机的输出降低。 由于冷却空气的温度比燃烧气体的温度低，所以冷却空气增加就使燃气轮 机的排气温度更加下降。其结果是利用燃气轮机的排气所产生的蒸汽量也 减少。因此，冷却空气增加就使复合效率降低。

发明内容

本发明是鉴于上述而开发的，目的在于提供一种能够提高复合效率的 燃烧器连接结构和燃气轮机。

如上所述，在复合循环中只要能够从开始就削减被冷却的热量则复合 效率提高。于是，希望降低燃烧器中尾筒整体的壁面流速，且防止局部流 速的增减，降低导热率以削减交换的热量。