[发明专利]燃烧器、燃烧嘴及燃气轮机

说明书

技术领域

本发明涉及燃烧器、燃烧嘴及燃气轮机。

背景技术

与作为燃气轮机的主要燃料的液化天然气（LNG：Liquefied Natural Gas）比较，发热量低的燃料一般具有的特征是，由于火焰温度低、燃烧速度慢而难以燃烧，但燃烧时的NOx的排出量少。作为这样的低卡路里燃气典型地可列举高炉燃气。高炉燃气是在炼铁过程中从高炉发生的副生气体，近年来，作为燃气轮机燃料的高炉燃气的需求不断提高。但是，由于高炉燃气是除了作为主要成分的一氧化碳（CO）及氢（H₂）之外，还大量包含N₂及CO₂的难燃性气体，因而难以从燃气轮机点火开始通过专烧高炉燃气而在额定负荷范围进行运转，为了从点火开始在局部负荷范围稳定地进行运转（燃烧），另外还需要起动用的辅助燃料。

另外，作为高炉燃气以外的低卡路里燃气还可以列举煤及生物料（木屑等）的气化气体。这些以煤等为原料的燃料从资源的有效利用的观点来看作为燃气轮机燃料的需求不断提高，但因为是大量含有N2的难燃性气体，因而仍然还另外需要辅助燃料。

因此，为了使难燃性气体在燃烧器中稳定地燃烧，采用从各自的流道供给燃料和空气的扩散燃烧方式，一般做成能进行液体燃料等辅助燃料及低卡路里燃气的双燃料燃烧的燃烧嘴。作为一个例子，具有在半径方向中心部配置从燃气轮机起动开始在局部负荷范围运用的油嘴，而在油嘴的外周配置燃气喷孔的燃烧嘴（参照专利文献1等）。

另一方面，由于LNG等的高卡路里燃料的火焰温度变高，因而需要在抑制NOx排出量方面下工夫。作为抑制NOx排出量的燃烧方式，可以列举分散-稀薄燃烧。该分散-稀薄燃烧的燃烧方式是，将燃料和空气同轴地向设置于板上的空气孔喷射，利用空气孔入口的缩流和空气孔出口的急剧扩大的紊流，在短的距离中将燃料和空气迅速地混合并向燃烧室供给的燃烧方式（参照专利文献2等）。在分散-稀薄燃烧方式中，由于燃料和空气的混合距离短，因而不限于LNG，即使在使用含有氢的燃烧速度快的燃料的情况下也能预见到低NOx化的效果。

现有技术文献

专利文献1：日本特开平5—86902号公报

专利文献2：日本特开2003—148734号公报

一般，由于低卡路里燃气的火焰温度低，因而为了代替高卡路里燃气来使用，必须加大燃气喷孔的开口面积而确保燃料流量。但是，若燃气喷孔的开口面积太大，在以具有多筒型燃烧器的燃气轮机为对象的场合，从燃气轮机点火开始在局部负荷范围使用液体燃料等辅助燃料进行运转时，在燃烧器之间产生燃烧器内的压力不平衡时高温的燃烧气体就会借助于燃气喷孔从高压侧的燃烧器向低压侧的燃烧器逆流。

对此，在专利文献1中，将用于油微粒化的喷雾空气的一部分从燃料喷嘴内的气体流道向燃烧室内喷射，以在燃料喷嘴的燃气喷孔出口部施加空气压而防止燃烧气体的逆流。但是，为此，需要另外设置压力比燃烧用空气高的净化空气用的系统，或者加大供给用于油微粒化的空气的压缩机的容量，在成本方面及运用方面都是不利的。另外，在冷却燃料喷嘴的燃烧器径向内侧表面的场合，需要从燃料喷嘴的燃烧器径向外侧横过气体通道而供给冷却空气，导致燃料喷嘴的构造复杂化。此外，通过冷却空气的供给能冷却燃料喷嘴表面，但其反面是有可能损害燃烧稳定性。

另一方面，在专利文献2记载的燃烧器中，在供给低卡路里燃气的场合，由于难以燃烧的低卡路里燃气与空气混合，因而与扩散燃烧比较，稳定燃烧范围进一步变窄，在这种情况下燃烧稳定性存在问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种即使在使用液体燃料等辅助燃料进行运转的情况下，也不需要防止高温燃烧气体的逆流的净化空气系统，并且即使在专烧低卡路里燃气进行运转时也能够确保燃烧稳定性的燃烧器、燃烧嘴及燃气轮机。

为了达到上述目的，本发明的构造为，在燃烧辅助燃料时以空气流覆盖燃气喷嘴的喷孔来抑制燃烧气体向燃气喷嘴的逆流，另外，在燃烧低卡路里燃气时将来自燃气喷嘴的燃气不与空气混合就向燃烧室供给，从而即使对于低卡路里燃气也能利用扩散燃烧稳定地进行燃烧。

本发明的效果是，根据本发明，即使在用液体燃料等辅助燃料进行运转的情况下，也不需要防止高温燃烧气体的逆流的净化空气系统，并且即使专烧低卡路里燃气进行运转也能确保燃烧稳定性。

附图说明

图1是表示本发明的第一特征的燃烧器构造及系统的系统图。

图2是表示本发明的第一特征的燃烧嘴的剖视图，以及表示烧油的燃烧嘴内的空气流动的图。