[发明专利]燃烧器

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机等的燃烧器。

本申请基于在2012年1月5日向日本申请的日本特愿2012-000605号而主张优先权，并在此援引其内容。

背景技术

近年来，在火力发电厂等所使用的工业用燃气轮机中，与高输出化/高效率化一并要求实现低NO_X(氮氧化物)化。与此相应地，在构成燃气轮机的燃烧器中，采用了下述那样的低NO_X型的燃烧器。

例如，在下述专利文献1中，公开有如下的燃烧器，该燃烧器具备：燃烧器内筒，其与涡轮的燃烧废气入口连接，使供给来的燃料燃烧，并将生成的燃烧废气向涡轮供给；导向喷嘴，其配置在该燃烧器内筒的中心，向燃烧器内筒内喷射燃料而形成扩散火焰；多个主预混合喷嘴，其配置在该导向喷嘴的周围，将压缩空气与燃料的预混合气向燃烧器内筒内喷射，利用扩散火焰进行点火而形成预混合火焰。

即，在基于导向喷嘴的扩散燃烧中，由于燃烧中的局部的空燃比相对增高，因而燃烧稳定性良好，但成为高温燃烧而增大NO_X生成量。另一方面，在基于主预混合喷嘴的预混合燃烧中，通过实现均匀的空燃比，能够设为低温燃烧而降低NO_X生成量。换句话说，在下述专利文献1的燃烧器中，在形成稳定的扩散火焰的同时，利用该扩散火焰而对预混合气进行点火，从而兼具低NO_X化与相对较高的燃烧稳定性。

然而，上述的预混合燃烧方式乍一看有利于低NO_X化，但容易产生燃烧振动。燃烧振动是因燃烧在燃烧器内产生的压力变动、与因在喷嘴部处产生的燃料浓度的时间变动而产生的发热变动在燃烧位置处进行同步而发生振荡的现象。燃烧振动使燃烧变得不稳定，由此无法使燃烧器稳定地运转，因此需要极力抑制燃烧振动的产生。

作为抑制该燃烧振动的燃烧器，具有专利文献2所述那样的燃烧器。在该燃烧器中，在将喷射预混合气的主预混合喷嘴例如设置多组之外，将上述多组主预混合喷嘴在轴向上交替配置。另一方面，从主预混合喷嘴喷射出的预混合气伴随有发热变动。多组主预混合喷嘴配置为从各个主预混合喷嘴喷射出的燃料的发热变动抵消彼此的发热变动那样的位置关系。由此，抵消发热变动，降低燃烧振动。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-289441号公报

专利文献2：日本特开2009-281720号公报

发明概要

发明要解决的课题

然而，由于将利用主预混合喷嘴来混合的燃料与空气的比率设定得高于可燃极限，因此在上述专利文献2的燃烧器的情况下，产生返火(逆火)的可能性增高。即，在上述专利文献2所述的燃烧器中，当欲以抵消彼此的发热变动的方式配置主预混合喷嘴时，基于压缩空气的流速以及发热变动的周期而计算出的两个主预混合喷嘴彼此的距离为至少100mm以上。如上所述，供主预混合喷嘴设置的内筒内处于可燃性高的状态，因此难以避免返火。另外，由主预混合喷嘴混合的燃料与空气的预混合气保持有较高的流速，根据设为对象的燃烧振动的频率，需要取得相当大的主预混合喷嘴彼此的间隔。

发明内容

本发明是考虑上述情况而完成的，其目的在于提供一种通过抑制燃烧振动的产生而能够扩大燃气轮机的运转限度(能够安全运转范围)的燃烧器。

解决方案

为了实现上述的目的，本发明提供有以下的机构。

根据本发明的第一技术方案，燃烧器具备：燃烧器外筒；筒状的燃烧器内筒，其设于所述燃烧器外筒内部；压缩空气流路，其在所述燃烧器外筒的内周面与所述燃烧器内筒的外周面之间划分出；多个燃料喷嘴，它们设于所述燃烧器内筒内部，与所述燃烧器内筒的中心轴大致平行地延伸，从它们中至少一个燃料喷嘴喷射预混合燃烧用的燃料，在所述压缩空气流路中流动的压缩空气在所述燃烧器内筒的端部处将流动方向大致反转而导入到所述多个燃料喷嘴，在所述压缩空气流路中设有由喷射上游侧燃料的上游侧燃料喷射栓(peg)与喷射下游侧燃料的下游侧燃料喷射栓构成的燃料喷射栓，以燃烧器内的压力变动为起因的上游侧燃料的浓度变动在燃烧器的燃烧开始位置处降低所述下游侧燃料的浓度变动的峰值。

根据上述结构，以下游侧燃料的浓度变动为起因的火焰位置中的发热变动被以上游侧燃料的浓度变动为起因的火焰位置中的发热变动抵消，因此能够抑制燃烧振动的产生。由此，能够扩大具备该燃烧器的燃气轮机的运转限度。