(57)【要約】【課題】大型化に伴う燃料ノズルの増加を抑え、かつ燃料ノズルの本数を抑えながらも燃焼安定性を維持することができるバーナ、燃焼器及びバーナの改造方法を提供する。【解決手段】燃焼ガスを生成する燃焼室１の燃焼ガスの上流側に設けた空気孔３４，３５を有する空気孔部材３１と、バーナ軸に交差する方向から空気孔３４，３５のうちの複数の空気孔３５に燃料を噴出する燃料ノズル３３と、残りの空気孔３４に対してそれぞれ１つずつ設けられバーナ軸に沿う方向から対応の空気孔３４に燃料を噴出する複数の燃料ノズル３２と、燃料ノズル３２，３３に燃料を分配する燃料ヘッダ３０と、燃料ヘッダ３０及び燃料ノズル３２，３３を覆い空気流入孔７１を有する燃料ヘッダ収納部７０とを備える。【選択図】図２
2010230199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ガスを生成する燃焼室の燃焼ガスの上流側に設けた複数の空気孔を有する空気孔部材と、
バーナ軸に交差する方向から前記複数の空気孔のうちの２つ以上の空気孔に燃料を噴出する第１燃料ノズルと、
残りの各空気孔に対してそれぞれ１つずつ設けられバーナ軸に沿う方向から対応の空気孔に燃料を噴出する複数の第２燃料ノズルと、
前記第１燃料ノズル及び前記第２燃料ノズルに燃料を分配する燃料ヘッダと、
前記燃料ヘッダ、前記第１燃料ノズル及び前記第２燃料ノズルを覆い空気流入孔を有する燃料ヘッダ収納部と
を備えたことを特徴とするバーナ。
【請求項２】
請求項１のバーナにおいて、
前記複数の空気孔は同心円状に複数列設けられバーナ軸に対して周方向に傾斜しており、
前記第１燃料ノズルは前記空気孔部材の中心軸上に配置され、最内周列の各空気孔の内壁面に対して燃料を噴出し、
前記第２燃料ノズルは対応の空気孔の入口中心に対してバーナ軸方向に対向する位置に設けられ、それぞれ最内周列を除く各空気孔に対して燃料を噴出する
ことを特徴とするバーナ。
【請求項３】
請求項１のバーナにおいて、
前記複数の空気孔は同心円状に複数列設けられバーナ軸に対して周方向に傾斜しており、
最内周列の空気孔を２つのグループに分け、２本の第１燃料ノズルによってそれぞれのグループの各空気孔の内壁面に燃料を噴出し、
前記第２燃料ノズルは対応の空気孔の入口中心に対してバーナ軸方向に対向する位置に設けられ、それぞれ最内周列を除く各空気孔に対して燃料を噴出する
ことを特徴とするバーナ。
【請求項４】
請求項３のバーナにおいて、前記２つのグループの各空気孔は円周上で隣り合っていることを特徴とするバーナ。
【請求項５】
請求項３のバーナにおいて、前記２つのグループの空気孔が円周上で交互に配置されていることを特徴とするバーナ。
【請求項６】
請求項１のバーナにおいて、
前記複数の空気孔は同心円状に複数列設けられバーナ軸に対して周方向に傾斜しており、
前記第１燃料ノズルは前記空気孔部材の中心軸上に配置され、最内周列のうちの複数の空気孔の内壁面に対して燃料を噴出し、
前記第２燃料ノズルは対応の空気孔の入口中心に対してバーナ軸方向に対向する位置に設けられ、それぞれ最内周列を除く各空気孔、及び最内周列のうち前記第１燃料ノズルから燃料が噴出されるものを除く各空気孔に対して燃料を噴出する
ことを特徴とするバーナ。
【請求項７】
請求項１−５のいずれかのバーナにおいて、前記第１燃料ノズル及び第２燃料ノズルの先端が対応の空気孔の入口よりも上流側に位置していることを特徴とするバーナ。
【請求項８】
請求項１−５のいずれかのバーナにおいて、前記第１燃料ノズルの先端を前記空気孔部材に嵌め込み、前記空気孔部材の板厚内に設けた通過口を介して前記第１燃料ノズルからの燃料を対応の空気孔に噴出させることを特徴とするバーナ。
【請求項９】
燃焼器ライナの燃焼ガス流れ方向上流側に配置された請求項１−８のいずれかのバーナからなるパイロットバーナと、
前記パイロットバーナの外周側に設けられ、燃料と空気を混合する予混合路と該予混合路の出口に設けた保炎器と有する予混合バーナと
を備えたことを特徴とする燃焼器。
【請求項１０】
燃焼器ライナの燃焼ガス流れ方向上流側に配置された請求項１−８のいずれかのバーナからなるパイロットバーナと、
前記パイロットバーナの外周側に設けられ、複数の空気孔を有する空気孔部材及び空気孔と同数の燃料ノズルを有し各燃料ノズルから対応の空気孔を介して燃焼室に燃料を噴出する複数の外側バーナと
を備えたことを特徴とする燃焼器。
【請求項１１】
燃焼器ライナの燃焼ガス流れ方向上流側に配置された請求項１−８のいずれかのバーナからなるパイロットバーナを複数備えたことを特徴とする燃焼器。
【請求項１２】
燃焼ガスを生成する燃焼室の燃焼ガスの上流側に設けた複数の空気孔を有する空気孔部材と、
各空気孔に対してそれぞれ１つずつ設けられバーナ軸に沿う方向から対応の空気孔に燃料を噴出する複数の燃料ノズルと、
前記複数の燃料ノズルに燃料を分配する燃料ヘッダと、
前記燃料ヘッダ及び前記燃料ノズルを覆い空気流入孔を有する燃料ヘッダ収納部とを備えたバーナの改造方法であって、
前記複数の燃料ノズルを２つ以上取り外し、取り外した２つ以上の燃料ノズルに代えて、取り外した各燃料ノズルに対応していた２つ以上の空気孔に対してバーナ軸に交差する方向から燃料を噴出する少なくとも１つの燃料ノズルを取り付けることを特徴とするバーナの改造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスタービン設備に用いるバーナ、燃焼器及びバーナの改造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー資源の問題や環境問題が注目されるようになって各分野で長期間に渡って様々な取り組みがなされてきた。ガスタービンにおいても燃焼器から排出される燃焼ガスの高温化による高効率化や低ＮＯｘ燃焼に対する技術開発が行われ目覚しい進歩を遂げているが、ＮＯｘ排出量の規制はますます厳しくなってきておりＮＯｘ排出量の更なる低減が急務である。
【０００３】
この一環として、空気孔に燃料を噴射して燃料と空気の同軸噴流を形成し、燃焼室に供給するガスタービン燃焼器が開示されている（特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１４８７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ガスタービン燃焼器では、拡散燃焼型燃焼器から予混合燃焼型燃焼器に移行することによって大幅にＮＯｘ排出レベルが低減した。しかし、ガスタービンは起動から定格負荷まで幅広い条件で運転を行う必要があるため、燃焼器中央部には燃焼安定性の高いパイロットバーナが配置される。特許文献１のガスタービン燃焼器では、パイロットバーナは同心円状の２列の空気孔を備えているが、バーナの適用対象によって消費する燃料や供給する空気量は大きく異なってくる。ガスタービン燃焼器では発電出力の増大に伴って空気供給量、燃料流量とも増加するため燃焼器全体を大きくする必要があり、その結果バーナもサイズアップする必要がある。しかし、バーナを相似拡大すると空気孔径が大きくなり、燃料と空気を予混合させる空気孔容積の増大によって混合性能が低下する恐れがある。したがって、特許文献１のようなバーナをサイズアップする場合、相似拡大ではなく燃料ノズル及び空気孔を増設することが有効である。
【０００６】
しかしながら、特許文献１のバーナでは空気孔と燃焼ノズルが１対１の対応関係にある。例えば１８本の燃料ノズルを有するバーナをパイロットバーナとし、さらに同型のバーナをパーロットバーナの周囲に６缶配置した場合、燃焼器１缶当たり１２６本の燃料ノズルが必要になる。この場合、ガスタービンに１０缶の燃焼器を配置するなら燃料ノズルは１２００を超えてしまい、部品点数の大幅な増加により、制作上、メンテナンス上問題となる可能性がある。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑みなされたもので、大型化に伴う燃料ノズルの増加を抑え、かつ燃料ノズルの本数を抑えながらも燃焼安定性を維持することができるバーナ、燃焼器及びバーナの改造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、燃焼ガスを生成する燃焼室の燃焼ガスの上流側に設けた複数の空気孔を有する空気孔部材と、バーナ軸に交差する方向から前記複数の空気孔のうちの２つ以上の空気孔に燃料を噴出する第１燃料ノズルと、残りの各空気孔に対してそれぞれ１つずつ設けられバーナ軸に沿う方向から対応の空気孔に燃料を噴出する複数の第２燃料ノズルと、前記第１燃料ノズル及び前記第２燃料ノズルに燃料を分配する燃料ヘッダと、前記燃料ヘッダ、前記第１燃料ノズル及び前記第２燃料ノズルを覆い空気流入孔を有する燃料ヘッダ収納部とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、大型化に伴う燃料ノズルの増加を抑え、かつ燃料ノズルの本数を抑えながらも燃焼安定性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１に係るバーナの概略構成図である。
【図２】図１（ｂ）中のＺ−Ｚ断面図である。
【図３】本発明の実施例２に係るガスタービンの全体構成を示す概略図である。
【図４】図３のガスタービンに備えられた燃焼器の燃焼室側から見た断面図である。
【図５】図３と異なるパイロットバーナを使用した場合における予混合型ガスタービン燃焼器であって比較例の構成例である。
【図６】本発明の実施例３のバーナに備えられた空気孔部材を燃焼室から見た正面図である。
【図７】本発明の実施例４のバーナに備えられた空気孔部材を燃焼室から見た正面図である。
【図８】本発明の実施例５のバーナに備えられた空気孔部材を燃焼室から見た正面図である。
【図９】本発明の実施例７のバーナに備えられた空気孔部材を燃焼室から見た正面図である。
【図１０】本発明の実施例８のバーナに備えられた空気孔部材を燃焼室から見た正面図である。
【図１１】本発明の実施例８のバーナにより形成される火炎の模式図である。
【図１２】本発明の実施例９のバーナに備えられた空気孔部材を燃焼室から見た正面図である。
【図１３】本発明の実施例１０のバーナに備えられた空気孔部材を燃焼室から見た正面図である。
【図１４】本発明の実施例１１のバーナに備えられた空気孔部材を燃焼室から見た正面図である。
【図１５】本発明の実施例１２に係るガスタービン燃焼器の側断面図である。
【図１６】本発明の実施例１２のバーナに備えられた空気孔部材を燃焼室から見た正面図である。
【図１７】本発明の実施例１３のバーナに備えられた空気孔部材を燃焼室から見た正面図である。
【図１８】本発明の実施例１４のバーナに備えられた燃料ノズルの概略構成を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
【００１２】
本実施形態のバーナは、複数の空気孔を有する空気孔部材と、複数の空気孔に燃料を噴出する第１燃料ノズルと、対応する１つの空気孔に燃料を噴出する複数の第２燃料ノズルと、第１燃料ノズル及び第２燃料ノズルに燃料を分配する燃料ヘッダと、燃料ヘッダ、第１燃料ノズル及び第２燃料ノズルを覆い空気流入孔を有する燃料ヘッダ収納部とを備える。空気孔部材は燃焼ガスを生成する燃焼室の燃焼ガスの上流側に設けられ、空気孔部材の空気孔はバーナ中心軸に対して周方向に傾斜している。第１燃料ノズルは、バーナ軸に交差する方向から２つ以上の空気孔に燃料を同時噴出する。第２燃料ノズルは、残りの各空気孔に対してそれぞれ１つずつ設けられ、バーナ軸に沿う方向から対応の空気孔に燃料を噴出する。
【００１３】
このように、第１燃料ノズルから複数の空気孔に燃料を噴出することで燃料ノズルの本数を抑えることができ、また第１燃料ノズルは複数の空気孔に燃料を噴出する関係上、対象の空気孔の入口中心からオフセットした配置となり対象の空気孔の入口に臨む障害物（燃料ノズル）がなく空気孔入口が大きく開放される。そのため、第１燃料ノズルに対応する空気孔に流入する空気の乱れを抑え当該空気孔内における燃料と空気の混合を抑えることができる。これによって第１燃料ノズルに対応する空気孔の下流域には拡散燃焼火炎が形成され、幅広い運転条件で安定な燃焼特性を確保することができる。また、周囲の第２燃料ノズルは対応の空気孔で十分に空気と予混合されて燃焼室に噴出するので、予混合燃焼領域が大勢を占めＮＯｘ排出量も抑えられる。よって、大型化に伴う燃料ノズルの増加を抑え、かつ燃料ノズルの本数を抑えながらも燃焼安定性を維持することができる。
【００１４】
次に具体的実施例を順次説明していく。
【実施例１】
【００１５】
図１は実施例１に係るバーナの概略構成図であり、図１（ａ）はバーナの側断面図、図１（ｂ）は空気孔部材３１を燃焼室１から見たバーナの正面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）中のＹ−Ｙ断面図である。図１（ａ）は図１（ｂ）中のＸ−Ｘ断面図に相当する。
【００１６】
本実施例のバーナ１００は、複数の空気孔３５を環状に配列してなる空気孔列５１及びこの空気孔列５１の外周側に複数の空気孔３４を同心円状に配列してなる空気孔列５２を有する空気孔部材３１と、空気孔３４，３５にそれぞれ燃料（本実施例ではガス燃料）を噴出する燃料ノズル３２，３３と、燃料ノズル３２，３３に燃料を分配する燃料ヘッダ３０と、燃料ヘッダ３０、燃料ノズル３２，３３を収納し燃料ヘッダ３０より上流側に空気流入孔７１有する円筒状の燃料ヘッダ収納部７０とを備えている。
【００１７】
空気孔部材３１は燃焼室１の上流側壁面に配置されている。空気孔３４，３５の空気流路の中心軸はバーナ１００の中心軸に対して周方向の一の側に傾斜している。図１（ｂ）のＹ−Ｙ断面である図１（ｃ）に空気孔３４が周方向に傾斜した状態を図示しているが、空気孔３５についても同様である。空気孔３４，３５は径方向には傾きを持たないため、図１（ｂ）のＸ−Ｘ断面である図１（ａ）の側面視ではバーナ軸方向に延びているように見える。
【００１８】
以降、空気孔部材３１の燃焼室１と反対側の面（図１（ａ）中の左側の面）の空気孔３４，３５の開口を空気孔３４，３５の入口とし、空気孔入口の中心を通り空気孔部材３１に対して垂直に形成された軸（バーナ軸に沿う方向の軸）を「空気孔入口の中心軸」と定義する。また、本実施例では空気孔部材３１が円板状の部材であるため、空気孔部材３１の中心点をバーナ面中心と定義する。
【００１９】
燃料ノズル３２，３３は燃料噴出態様が異なる。外周側の空気孔３４に向かって燃料を噴出する燃料ノズル３２は先端部からバーナ軸方向に沿って燃料を噴出し、内周側の空気孔３３に向かって燃料を噴出する燃料ノズル３３は、外周面に設けた複数の噴出口からバーナ軸方向に向かって径方向外側に傾斜した方向に燃料を噴出する。
【００２０】
燃料ノズル３２は対応の空気孔３４と１対１の組をなし、燃料ノズル３３は１本で複数の空気孔３５と組をなす。燃料ノズル３２と空気孔３４の組合せにおいて、燃料ノズル３２の中心軸は空気孔３４の空気孔入口の中心軸にほぼ一致している。燃料ノズル３３と空気孔３５の組合せにおいて、燃料ノズル３３の中心軸はバーナ中心軸（空気孔部材３１の中心軸に相当）にほぼ一致している。
【００２１】
燃料ヘッダ収納部７０の空気流入孔７１から流入した空気４５は空気孔３４，３５を通過して燃焼室１に噴出し、バーナ１００の下流域に旋回流４１を形成する。また、燃料ヘッダ３０に流入した燃料４２は複数の燃料ノズル３２，３３に分配される。各燃料ノズル３２，３３から噴出した燃料噴流は空気孔３４，３５を通過して空気とともに燃焼室１に流入する。旋回流４１の中心には循環流５０が生じ低流速領域ができるため、低流速領域を起点に火炎を保持することができる。旋回流４１によってＮＯｘ排出量が低減される。
【００２２】
図２は図１（ｂ）中のＺ−Ｚ断面図であり、内側の空気孔列５１と外側の空気孔列５２の空気孔を周方向に展開し、対応の燃料ノズル３２，３３を合わせて図示している。
【００２３】
図２に示したように、燃料ノズル３２の先端は空気孔３４の空気孔入口に対向して配置されており、空気孔部材３１の空気孔入口面よりも上流（燃焼室１と反対側）に位置している。そのため燃料ノズル３２と空気孔４３の間の空間が、燃料ノズル３３と空気孔３５のそれよりも狭くなっており、燃料ノズル３２から噴出し空気孔３４に流入した燃料噴流４３は、空気孔３４の内部において空気孔３４に流入してきた空気４５の乱流に取り囲まれた状態で流れ、燃料噴流４３と空気４５が混合しながら燃焼室１に噴出する。このように空気孔３４から燃焼室１に噴出する時点で燃料噴流４３と空気４５の混合が進んでいるため、空気孔３４の下流領域４６に形成される火炎は予混合火炎となり、ＮＯｘ排出量が抑えられる。
【００２４】
一方、燃料ノズル３３の先端は円板状の空気孔部材３１の中央（中心点付近）に対向しており、空気孔部材３１の空気孔入口面よりも上流（燃焼室１と反対側）に位置している。これによって燃料ノズル３３の外周面に設置された複数の噴射口から燃料噴流４４が分流して噴出し、空気孔３５の内壁面に衝突して内壁面に沿って下流側に流れる。燃料ノズル３３は空気孔３５の入口中心からオフセットしていて空気孔３５の対向領域は空気孔３４のそれに比べて開けているので、燃料ノズル３２と空気孔３４の組合せに比べて空気孔３５に流入する空気量は相対的に増加するが、空気３４に乱れが生じ難いので燃料噴流４４は空気４５とさほど混合しないまま燃焼室１へ噴出する。つまり燃料ノズル３３が空気孔３５の空気孔入口に対向していないので空気４５の流れを乱す障害物がなく、燃料噴流４４と空気４５の混合が抑制される。
【００２５】
なお、図２の模式図では燃料噴流４４が空気孔３５の傾斜面に衝突した状態を図示しているが、燃料噴流４４はバーナ中心位置から放射状に噴出し、また空気孔３５はバーナ周方向に傾斜するので、実際には燃料噴流４４は空気孔３５のバーナ軸方向に沿う面に衝突する。
【００２６】
ここで、図２に示した態様から空気孔３５の傾斜角や傾斜方向を変更する場合、少なくとも燃料ノズル３３から噴出した燃料噴流４４が空気孔３５の内壁面に衝突する範囲で調整することが望ましい。また、空気孔部材３１は、燃料ノズル３３から噴出した燃料噴流４４が空気孔３５の内壁面に衝突する厚みを要する。例えば空気孔３５の流路の中心軸と燃料噴流４４の中心軸が平行に近付けば空気孔部材３１を厚くする必要が生じる場合があるし、空気孔３５の流路の中心軸と燃料噴流４４の中心軸が垂直に近付けば空気孔部材３１を薄くて良い場合もある。
【００２７】
以上のことから、燃料ノズル３５から噴出される燃料噴流４４は空気孔３５を通過する過程で空気４５とほとんど混ざり合わずに燃焼室１へ噴出するため、空気孔３５の下流領域４７には拡散燃焼火炎が形成される。これによって非常に安定した燃焼特性を確保することができ、幅広い運転条件において安定に保炎することができる。
【００２８】
以上、図１（ｂ）及び図２に示すように、空気孔部材３１の内側の空気孔列５１の空気孔３５及び燃焼ノズル３３の組と、外側の空気孔列５２の空気孔３４及び燃焼ノズル３２の組を並設したことにより、図２に示すように空気孔部材３１の拡散燃焼火炎（下流領域４７）の周りを予混合燃焼火炎（下流領域４６）が囲むように燃焼火炎が形成される。拡散燃焼領域は安定性が高いため、幅広い条件で安定に燃焼し続けることができる。そして、内側の空気孔列５１の空気孔３５はバーナ中心軸に対して傾斜角があるため、空気孔３５から噴出した燃料噴流４４と空気流４５は旋回状に燃焼室１に噴出する。そのため空気孔列５２の空気孔３４から噴出する予混合気はバーナ中央部に形成される拡散燃焼火炎から熱・化学活性種の供給を受けながら予混合燃焼し、燃焼温度の低い条件でも安定燃焼する。すなわち、空気孔３５の下流領域４７に形成される拡散燃焼領域を基点に非常に安定な火炎が形成され、かつ火炎全体としては予混合燃焼領域が大勢を占めるためＮＯｘ排出量を低く抑えることができる。
【００２９】
また、空気孔３５をバーナ中心軸に対して傾斜させて旋回流の拡散燃焼領域を形成することで火炎全体としての燃焼安定性が強化されるので、ガスタービン負荷運転の運用範囲を広げることができる。また、窒素分の多い反応性の低い燃料に対しても安定に火炎を保持させることができる。また傾斜させるのは内側の空気孔列５１の空気孔３５のみでも周囲のバーナに十分な熱及び化学活性種を供給することができるので、十分にパイロットバーナとして役割を果たすことができる。注意点は傾斜角をつけた空気孔３５の内壁面に燃料ノズル３３からの燃料噴流４４が衝突することである。
【００３０】
図１（ａ）及び図２に示したように燃料ノズル３２は先端にテーパをつけずに円筒形状としている。燃料ノズル３３に関しては外周面に複数の燃料噴出口が必要であるが、先端形状は図示した態様に限られない。テーパを省略することで製作工数の減少につながるため製作コストを抑えることができる。燃料ノズル３２の先端にテーパをつける場合、空気孔３４に流入する空気の流れに発生する乱れが小さくなるので、図２に示したよりも燃料ノズル３２の先端を空気孔３４の入口に近付けることができ、また空気孔３４へ流れ込む空気の流路面積を十分に維持し、十分な空気量を確保することができる。
【００３１】
なお、燃料ノズル３３の燃料噴出口部に空気孔３５に向かう燃料噴流ガイドを設置することが考えられるが、ガイドを設置することによって空気の流れに乱れや流体渦が生じ、燃料噴流４４と空気４５の混合が促進されて拡散燃焼から予混合燃焼に燃焼特性がやや移行することが予想される。この場合、燃焼安定性は低下するがＮＯｘ排出量は減少すると考えられる。
【００３２】
以上のように、燃料ノズル３３から複数の空気孔３５に燃料を噴出することで燃料ノズルの本数を抑えることができ、また燃料ノズル３３は複数の空気孔に燃料を噴出する関係上、対象の空気孔３５の入口中心からオフセットした配置となるため対象の空気孔３５の入口に臨む障害物（燃料ノズル）がなく空気孔入口が大きく開放されるため、空気孔３５に流入する空気４５の乱れを抑え空気孔３５内における燃料と空気の混合を抑えることができる。これによって空気孔３５の下流域４７には拡散燃焼火炎が形成され、幅広い運転条件で安定な燃焼特性を確保することができる。また、周囲の燃料ノズル３２は空気孔３４で十分に空気と予混合されて燃焼室１に噴出するので、予混合燃焼領域が大勢を占めＮＯｘ排出量も抑えられる。よって、大型化に伴う燃料ノズルの増加を抑え、かつ燃料ノズルの本数を抑えながらも燃焼安定性を維持することができる。すなわち、ガスタービンの使用条件に沿って適切に燃料ノズル３２の本数や位置を選定することで、複数の空気孔に対し、燃料ノズル本数を低減しても燃焼安定性と低ＮＯｘ排出量を維持することができるバーナを提供することができる。
【実施例２】
【００３３】
本実施例は本発明に係るバーナを燃焼器のパイロットバーナとして適用した例である。本実施例では予混合型ガスタービン燃焼器を例示する。
【００３４】
図３は本発明の実施例２に係るガスタービンの全体構成を示す概略図、図４は図３のガスタービンに備えられた燃焼器の燃焼室側から見た断面図である。
【００３５】
空気の供給系統について説明すると、圧縮機５から送られる圧縮空気１０はディフューザ７より燃焼器へ流入し、外筒２と燃焼器ライナ３の間を通過する。その空気１１の一部は燃焼器ライナ３の冷却空気１２として燃焼室１に流入する。また、空気１１の残りは燃焼空気１３，４５としてそれぞれ予混合路２２と空気孔部材３１を通過して燃焼室１に流入する。燃焼室１の内部で燃料と空気が混合燃焼され、燃焼ガスが生成される。燃焼ガスは燃焼器ライナ３から排出されてタービン６に供給される。
【００３６】
燃料の供給系統について説明すると、制御弁１４ａを備えた燃料供給系統１４がそれぞれ制御弁１６ａ，１６ａを備えた燃料供給系統１５，１６に分岐している。制御弁１５ａ，１６ａは個別に制御可能である。制御弁１５ａ，１６ａの下流にはそれぞれ遮断弁１５ｂ，１６ｂが備えられている。燃料供給系統１５はパイロットバーナに燃料を供給する燃料ヘッダ３０に、燃料供給系統１６は予混合バーナの燃料ノズル２０にそれぞれ接続されている。
【００３７】
本実施例では、中央部（パイロットバーナ）に本発明のバーナが設置され、その周囲に環状の予混合バーナが配置されている。燃焼室１から見たパイロットバーナと予混合バーナの直径は、例えば２２０ｍｍ程度である。中央部のバーナは実施例１と同様に、燃料ヘッダ３０と、これに接続された複数個の燃料ノズル３２，３３と、複数個の空気孔３４，３５を開けた空気孔部材３１とを備えている。空気孔部材３１は燃焼室１の上流側壁面に位置する。空気孔は同心円状に２列で配置され、内側の空気孔列５１には空気孔３５が配置されている。空気孔３４は燃料ノズル３２と組になっており、燃料ノズル３２の先端は空気孔３４の入口よりも上流側に位置する。空気孔３５は燃料ノズル３３と組となっており、燃料ノズル３３も先端が空気孔３５の入口より上流側に位置している。
【００３８】
外周部に配置された予混合バーナは、燃料ノズル２０、予混合路２２、そして出口に配置された保炎器２１を備えている。この予混合バーナでは燃料ノズル２０から噴出された燃料が予混合路２２内で燃焼空気１３と混合され、予混合燃焼気となって燃焼室１に噴出される。バーナ出口には予混合路２２の流路を半径方向に２分する保炎器２１が配置されているため、保炎器２１のすぐ下流に循環流２３が形成され、循環流２３に火炎がホールドされる。
【００３９】
ここで、図３と異なるパイロットバーナを使用した場合における予混合型ガスタービン燃焼器を比較例として図５に示す。
【００４０】
図５の比較例の予混合型ガスタービン燃焼器では、燃焼器中央部にパイロットバーナとして拡散バーナ２５が配置されており、燃焼室１に拡散火炎２６を形成する。拡散火炎２６によって発生した熱及び化学活性種が外周部に伝わることによって保炎器２１の下流に形成される火炎の安定燃焼を補助することができる。しかし、パイロットバーナとしての機能を保つためには、パイロットバーナで形成する火炎は一定の大きさを必要とするため燃焼器全体としては拡散燃焼が一定比率を占め、燃焼器全体のＮＯｘ排出量の低減には限界があった。
【００４１】
図３に示した本実施例のガスタービンでが、本発明のバーナをパイロットバーナとして備えているため、バーナ下流に形成される火炎２４は限定された拡散燃焼領域を基点にして保炎される予混合火炎となる。そのため、拡散バーナをパイロットバーナとした予混合型ガスタービン燃焼器に比べてＮＯｘ排出量を削減することができる。
【００４２】
また、空気孔部材３１の空気孔３４，３５にはバーナ中心軸に対して旋回角を設けているため、パイロットバーナから噴出した火炎は旋回流の安定した火炎となる。そのため、予混合バーナから噴出した循環流２３に熱及び化学活性種を安定に供給することができ、予混合バーナによる火炎を安定に保持することができる。
【００４３】
以上のように、パイロットバーナに拡散バーナを用いた図５のような予混合型ガスタービン燃焼器に比較して、本実施例の場合、燃焼安定性を大きく損なうことなく拡散バーナと同様に幅広い運転条件においてガスタービン燃焼器を運用することができ、しかもＮＯｘ排出量を低減することができる。
【実施例３】
【００４４】
近年、エネルギー資源の枯渇問題からガスタービンには幅広い燃料に対する汎用性が求められている。水素を多く含む燃料では燃焼速度が早くなる一方、窒素分を多く含む燃料では火炎温度が下がり燃焼速度も遅くなる。このように、燃料組成によって燃焼特性が大きく変わるため、燃料組成に合わせて空気孔の配置や個数などを適正化する必要がある。また、ガスタービンを使用する地域によって求められるＮＯｘ排出量や運用範囲の広さ等が異なり、これらに対しても柔軟に対応する必要がある。本発明の場合、燃料ノズル３２と空気孔３４の組と燃料ノズル３３と空気孔３５の組における配列バリエーションを実施例１の構成から変更することによってＮＯｘ排出量や燃焼安定性を調整することが可能である。
【００４５】
図６は本発明の実施例３のバーナに備えられた空気孔部材を燃焼室から見た正面図であり、実施例１の図１（ｂ）に対応する図である。
【００４６】
本実施例では、２列の同心円状に並んだ空気孔３４，３５の全てが旋回角を有しており、内側の空気孔列５１に配置された６個の空気孔３５を３個ずつの２つのグループ３５ａ，３５ｂにグループ分けしている。図６ではグループ３５ａの空気孔３５をハッチングで、グループ３５ｂの空気孔３５を塗り潰しで表している。グループ３５ａの３つの空気孔３５は同一円周上で隣り合って配置されており、グループ３５ｂの３つの空気孔３５も同じく同一円周上で隣り合っている。そして、２本の第１燃料ノズル３３（図２参照）によってそれぞれ２つのグループ３５ａ，３５ｂの空気孔３５に燃料を噴出する。実施例１では１本の燃料ノズル３３から６つの空気孔３５に燃料を噴出したが、本例では燃料ノズル３３一本当たり３つの空気孔３５に燃料を噴出する。特に図示していないが、２本の燃料ノズル３３は、各グループ３５ａ，３５ｂの３つの空気孔３５の中間位置に配置され、その位置から各空気孔３５に向けて燃料を噴出するように外周面に３つの燃料噴出口を備えている。その他の構成は実施例１と同様である。
【００４７】
本実施例では、１本の燃料ノズル３３から燃料を供給する空気孔３５の数が減少したことによって各空気孔３５から燃焼室１に噴出する噴流の燃料濃度が実施例１に比べて上昇する。この場合、実施例１と予混合領域は変化せず、空気孔３５からの噴流の燃料濃度が増加するので、全体としてはＮＯｘ排出量が増加し得る。反面、火炎全体に占める拡散燃焼が強化されて火炎基部における燃焼安定性が向上し得る。また、窒素が多く含まれるような低カロリー燃料や燃焼速度の遅い燃料であっても火炎安定性を維持し易いメリットがある。
【実施例４】
【００４８】
図７は本発明の実施例４のバーナに備えられた空気孔部材を燃焼室から見た正面図であり、実施例３の図６に対応する図である。
【００４９】
本実施例では実施例３と同様に内側の空気孔列５１の６個の空気孔３５を３個ずつの２つのグループ３５ａ，３５ｂに分けるが、各グループ３５ａ，３５ｂの３つの空気孔３５は実施例３のように隣り合っておらず、グループ３５ａ，３５ｂの空気孔３５が同一円周上に交互に配置されている。その他の構成は実施例３と同様である。
【００５０】
本実施例では、実施例３と同じく空気孔３５からの噴流の燃料濃度が増加するため、実施例１と比べて全体的にＮＯｘ排出量が増加し得る。反面、火炎全体に占める拡散燃焼が実施例１に比べて強化され、火炎基部における燃焼安定性が向上し得る。さらに本実施例ではグループ３５ａ，３５ｂの各空気孔３５が１２０度間隔で均一に配置されているので、燃料組成や運用範囲等によって燃料調整やＮＯｘ排出調整が必要な場合、例えば空気孔３５の２つのグループ３５ａ，３５ｂのうちいずれかの燃料噴流を停止した場合でも、全体的な燃焼安定性を保つことができる。そのため、低カロリー燃料や燃焼速度の遅い燃料を用いた場合や運用範囲を広げた場合でも火炎安定性を維持し易い。
【実施例５】
【００５１】
図８は本発明の実施例５のバーナに備えられた空気孔部材を燃焼室から見た正面図であり、実施例４の図７に対応する図である。
【００５２】
本実施例では最内周の空気孔列５１に空気孔３４，３５が３個ずつ配列してある。空気孔列５１には空気孔３４，３５が交互に配列してある。したがって、空気孔３５は１２０度間隔の配置である。３つの空気孔３５には１つの燃料ノズル３３（図２参照）から燃料が供給され、空気孔列５１の３つの空気孔３４には、外側の空気孔列５２の空気孔３４と同様それぞれに１本ずつ対応して設置された燃料ノズル３２から燃料が供給される。なお、本例では空気孔３５を１２０度間隔で配置しているが、例えば空気孔列５１の６つの空気孔のうち隣り合う３つを空気孔３５にして残りを空気孔３４としても良いし、空気孔３５の配置の仕方は任意に変更可能である。その他の構成は実施例１と同様である。
【００５３】
本実施例では、内側の空気孔列５１にも空気孔３４を混在させたことによって予混合燃焼の割合が増加するので、実施例１に比べてもＮＯｘ排出量を低減することができる。一方、空気孔３５の減少に伴って拡散燃焼の割合が減少したことによって実施例１に比べて燃焼安定性が低下し得るが、空気孔３４，３５の全てに旋回角を設けているためバーナ中央部に形成される拡散燃焼領域から熱・化学活性種の供給を受けながら安定な燃焼状態を維持することができる。
【実施例６】
【００５４】
実施例１の変形例として、外側の空気孔列５２の空気孔に旋回角を施さず内側の空気孔列５１の空気孔にのみ旋回角を付ける構成も考えられる。この場合、空気孔列５２の空気孔３４は空気孔部材３１に垂直にドリルを立てて穿孔することができるため、加工費を抑えることができる。またバーナ下流に形成される旋回流は小さくなるが、本バーナを単独で用いる場合には問題ない。また、本バーナをパイロットバーナとして用いる場合であっても周囲のバーナとの距離が近ければ本バーナで形成される火炎から周囲のバーナまで十分に熱及び化学活性種が供給され、パイロットバーナとしての役割を十分に果たすことができる。なお、外側の空気孔列５２の空気孔に旋回角を設けず空気孔部材３１に対して垂直な流路とする構成は、以降の実施例を含めて他の実施例に適用しても有効である。
【００５５】
実施例１の他の変形例として、内側の空気孔列５１の空気孔に旋回角を施さず外側の空気孔列５２の空気孔にのみ旋回角を付ける構成も考えられる。この場合も加工費を抑えることができ、バーナ下流に形成される旋回流が小さくなっても本バーナを単独で用いることができる。またパイロットバーナとして用いる場合であっても周囲のバーナとの距離が近ければ周囲のバーナの火炎領域に十分に熱及び化学活性種を供給することができ、パイロットバーナとしての役割は十分に果たされる。
【００５６】
空気孔部材３１上の全ての空気孔をバーナ軸方向（空気孔部材３１に垂直）に開けるにことも考えられ、この場合は加工費をさらに抑えることができるが、熱及び化学活性種の供給面や燃焼安定性の面では好ましくないと考えられる。
【実施例７】
【００５７】
図９は本発明の実施例７のバーナに備えられた空気孔部材を燃焼室から見た正面図であり、実施例１の図１（ｂ）に対応する図である。
【００５８】
本実施例では全ての空気孔３４，３５にバーナ中心軸に対して周方向に傾斜した旋回角が施されており、内側の空気孔列５１、外側の空気孔列５２ともに空気孔３４，３５が混在している。実施例１，３と同様、空気孔３４は燃料ノズル３２と組になり、空気孔３５は燃料ノズル３３と組となる。また、空気孔３５は２つのグループ３５ａ，３５ｂに分けられている。グループ３５ａは空気孔列５１の２つと空気孔列５２の３つの合計５つからなり、これら５つの空気孔３５は同じ扇状の領域に集まっており、同一の燃料ノズル３３から燃料が供給される。グループ３５ｂも空気孔列５１の２つと空気孔列５２の３つの合計５つからなり、グループ３５ａと１８０度対向する領域に集まっており、やはり同一の燃料ノズル３３から燃料が供給される。グループ３５ａ，３５ｂの間の領域は空気孔列５１，５２とも空気孔３４としてあり、それぞれ対応付けられた燃料ノズル３２から燃料が供給される。空気孔３４は空気孔列５１の２つと空気孔列５２の６つの合計８つからなる。その他の構成は実施例１と同様である。
【００５９】
燃料ノズル３２と燃料ノズル３３はいずれも、空気孔３４と空気孔３５の入口より下流側に挿入されている。本実施例では、空気孔３４より空気孔３５の個数が若干数多く、予混合燃焼領域より拡散燃焼領域が占める割合が増えるため、拡散バーナに対するＮＯｘ削減効果は多少減少し得る一方で、実施例１に比べて燃焼安定性は向上し得る。そのため、窒素が多く含まれるような低カロリー燃料や燃焼速度の遅い燃料であっても火炎安定性を維持できる。
【００６０】
なお、本実施例では空気孔３５が空気孔３４に対して若干多いが、空気孔３５より空気孔３４が多くなれば、拡散燃焼領域より予混合燃焼領域が占める割合が増え、拡散バーナに対するＮＯｘ削減効果が増加し得る。また実施例１に比べて燃焼安定性も向上し得る。空気孔３４，３５のいずれが多くても空気孔３４，３５に旋回角が施されているため、燃焼下流域にて旋回流により熱及び化学活性種が十分に供給され、全体的に火炎安定性を維持することができる。
【実施例８】
【００６１】
実施例１−７のバーナは同心円状の２列の空気孔を備えていたが、バーナの適用対象によって消費する燃料や空気の流量が大きく異なる。発電出力が大きくなって燃焼器やバーナがサイズアップする場合、空気量や燃料流量の増加に対応するにあたってバーナを相似拡大するのではなく、前述した通り燃料ノズル及び空気孔部材３１の空気孔の数を増やすことが有効である。
【００６２】
また、本発明のバーナをガスタービン燃焼器のパイロットバーナとして用いる場合、燃料の種類によってはパイロットバーナが形成する火炎を大きくして火炎の燃焼安定性を向上させる必要がある。
【００６３】
図１０は本発明の実施例８のバーナに備えられた空気孔部材を燃焼室から見た正面図であり、実施例１の図１（ｂ）に対応する図である。
【００６４】
本実施例は実施例１に対し、空気孔列を２列から３列に増やしている。追加した最外周の空気孔列５３は空気孔５４からなる。前述したように、本実施例は実施例１に比べてより多くの空気量及び燃料を供給する必要がある場合、より大きな火炎を形成する必要がある場合に有効である。供給する空気や燃料流量及び形成する火炎の大きさによって４列以上に空気孔列を増やしていくことも可能である。
【００６５】
本実施例では、空気孔３５は３つの空気孔列５１−５３のうち最内周の空気孔列５１だけにある。空気孔列５１の空気孔は全て空気孔３５である。空気孔５３，５４はいずれも旋回角を有している。すなわち燃焼室１に形成される拡散燃焼領域は実施例１と同等であるが、空気孔列５３の追加によって予混合燃焼領域が拡大した分だけ火炎全体に対する拡散燃焼領域の割合は実施例１に比べて小さくなるため、燃焼器全体から排出されるＮＯｘ排出量は抑えられる。このようにバーナサイズを大きくする場合、１本の燃料ノズル３３から複数の空気孔３５に燃料を噴出する構成を組み合わせることでノズル本数の増加を抑えることができるメリットは大きい。
【００６６】
ここで、図１１は本実施例のバーナにより形成される火炎の模式図であり、図１０の中央線５４を通る側断面図である。
【００６７】
実施例１と同様、本実施例においても空気孔３５の下流部では拡散燃焼領域が形成される。周囲の予混合気はこの拡散燃焼領域５５から熱及び化学活性種の供給を受けながら下流及び外周側に広がりながら予混合火炎５６を形成する。内側の空気孔列５１の空気孔３５は燃料ノズル３３と組になっており、燃料ノズル３３の先端は空気孔入口より上流側に配置されているため、空気孔３５からは拡散燃焼気が噴出される。そして、空気孔列５２，５３の空気孔３４は拡散燃焼領域から予混合気に十分な熱を受けることができ、空気孔列５１の空気孔３５の出口付近に安定して予混合火炎が保炎される。また、最内周の空気孔列５１の空気孔３５はバーナ中心軸に対して旋回角を有しているため、予混合火炎５６は外周側に広がりつつ下流に形成される。下流に向かって広がる円錐状の予混合火炎５６の基点に存在する拡散燃焼領域５５が火炎を安定に保持するため、同心円状の空気孔列が２列から３列に増えても拡散燃焼領域５５を増やすことなく燃焼安定性を維持することができる。もちろん、実施例１と同じく最内周空気孔列５１を除く空気孔列５２，５３の空気孔３４に旋回角を持たせれば本実施例の効果と相乗して更なる燃焼安定性を得ることができる。
【実施例９】
【００６８】
実施例８で説明したように火炎基部の一部を拡散燃焼とすることで火炎全体を安定に燃焼させることができる。しかし、本発明のバーナをパイロットバーナとして用いる場合、幅広い運転条件で安定に燃焼できることが求められ、隣接する周囲の予混合バーナへ熱を供給して予混合バーナに着火して燃焼安定性を補完することで、更なる燃焼安定性が求められ得る。また、一般にカロリーが低く燃焼速度の遅い材料の場合、予混合火炎が途中で消えてしまって燃料が完全に反応しきらずに未燃炭化水素や一酸化炭素が排出される恐れがある。
【００６９】
図１２は本発明の実施例９のバーナに備えられた空気孔部材を燃焼室から見た正面図であり、実施例１の図１（ｂ）に対応する図である。
【００７０】
図１２に示した実施例９では、３列の空気孔列５１−５３に空気孔３４，３５が混在している。既出の各実施例と同様、空気孔３４は燃料ノズル３２、空気孔３５は燃料ノズル３３と組であり、実施例７と同様に空気孔３５は全列に跨るグループ３５ａ，３５ｂにグループ分けされている。グループ３５ａ，３５ｂはバーナ中心を境に対向し、空気孔列５１の２つ、空気孔列５２の３つ、空気孔列５３の４つの合計９つの空気孔３５で扇状に構成されている。グループ３５ａ，３５ｂの各空気孔３５には、それぞれ１本の燃料ノズル３３から燃料が噴出する。また、グループ３５ａ，３５ｂの間には空気孔３４の２つのグループが介在し、空気孔３４の１つのグループは、空気孔列５１の１つ、空気孔列５２の３つ、空気孔列５３の５つの合計９つの空気孔３５で扇状に構成されている。その他の構成は実施例１と同様である。
【００７１】
本実施例では、空気孔３４，３５が同数であるため、予混合燃焼領域と拡散燃焼領域が同程度となり得る。そのため、全体として前述した各実施例と比較すると拡散燃焼領域の占める割合が増加する分だけＮＯｘ削減効果は減少し得るが、燃焼安定性は向上する。そして、このように最外周にも空気孔３５が混在する構成とすることによって、バーナに形成される火炎の外側にも拡散燃焼領域を形成させることができ、火炎外周側に十分に熱及び化学活性種を供給することができるため、窒素が多く含まれるような低カロリー燃料や燃焼速度の遅い燃料に対しても未燃炭化水素や一酸化炭素の発生を抑制して火炎安定性を維持できる。
【００７２】
また本実施例のバーナをガスタービン燃焼器のパイロットバーナとして用いる場合、燃焼安定性が向上することでガスタービン負荷運転の運用範囲を拡大させることが可能となる。使用燃料や運転条件に合わせて燃料ノズル３３や空気孔３５の組数や配置を調整することで、必要とされる燃焼安定性に対する性能を満たす中でＮＯｘ排出量を最少とすることができる。
【実施例１０】
【００７３】
ここで、図１０や図１２の実施例では、供給する空気や燃料流量の増加に対応するために空気孔列を増やす場合を例に挙げて説明したが、これに限られず、例えば１列当たりの空気孔の数を増やすこともできる。これまでの実施例では最内周の空気孔列５１は６つの空気孔からなっていたが、例えば８個、１０個と増やすことができる。最内周の空気孔列５１の空気孔数が増加すれば、これに応じてその外周側の各列の空気孔数も増し、バーナの半径方向サイズを大きくすることができる。
【００７４】
図１３は本発明の実施例１０のバーナに備えられた空気孔部材を燃焼室から見た正面図であり、実施例１の図１（ｂ）に対応する図である。
【００７５】
図示したように、本実施例では最内周の空気孔列５１の空気孔が８個であり、前述した各実施例に比べて多い。燃料ノズル３３と組となる空気孔３５は実施例１と同様に最内周の空気孔列５１に配置されており、８つの空気孔３５に対して同一の燃料ノズル３３から燃料が噴出する。
【実施例１１】
【００７６】
実施例１０では空気孔を３列としたが、当然ながら２列以下の場合、４列以上の場合のいずれにも１列当たりの空気孔数を変更するメリットはある。
【００７７】
図１４は本発明の実施例１１のバーナに備えられた空気孔部材を燃焼室から見た正面図であり、実施例１の図１（ｂ）に対応する図である。
【００７８】
本実施例では最内周の空気孔列５１の空気孔数が実施例１０と同様に８個であり実施例７までと比べて１列当たりの空気孔数が多いが、空気孔列が２列に抑えられている。その他の構成は実施例１０と同様である。
【００７９】
例えば空気孔列を増やすとバーナが必要以上に大きくなってしまう場合、空気孔列を維持して最内周の空気孔数を増やすことで、バーナの必要以上の大型化を抑えつつ全体の空気孔数を増加させることができる。また１列当たりの空気孔数を増やすと空気孔の配列が全体に外側に広がるため、バーナ中心部下流に形成される循環流領域も大きくなり、最内周の空気孔列５１の空気孔３５が増加しても１本の燃料ノズル３３で空気孔３５へ燃料を供給することができ、燃料ノズルの増加を抑えつつ燃焼安定性を維持することができる。
【実施例１２】
【００８０】
図１５は本発明の実施例１２に係るガスタービン燃焼器の側断面図、図１６は本発明の実施例１２のバーナに備えられた空気孔部材を燃焼室から見た正面図であり、実施例１の図１（ｂ）に対応する図である。
【００８１】
本実施例の燃焼器は、空気孔部材を備えたバーナを燃焼室１の上流側に複数配置したガスタービン燃焼器であって、中央のバーナ５７に本発明（例えば実施例１−１１のいずれか）を適用している。バーナ５７の外周側には複数（本例では６つ）のバーナ５８が配置してある。各バーナ５８は、燃料ヘッダ６０、燃料ノズル６１、空気孔６２から構成され、それぞれに供給される燃料は個別制御可能である。空気孔６２は空気孔部材に複数設けられており、各空気孔６２に対応して空気孔６２と同数の燃料ノズル６１が配置されている。各バーナ５８において、それぞれ燃料ヘッダ６０に送られた燃料は燃料ヘッダ６０に接続された複数の燃料ノズル６１に分配され、燃料ノズル６１から対応の空気孔６２に向かって噴射された後、空気孔６２を通過する際に予混合されて燃焼室１に噴出する。
【００８２】
外側のバーナ５８では、全ての燃料ノズルの先端が空気孔入口より上流側に配置されている。そのため、空気孔内で燃料流の外周側に空気流が形成され、燃料と空気が予混合される。このとき、空気孔内の容量が燃焼室１に比べて小さいことから短い距離で十分に混合させることができ、バーナ５８の下流には予混合火炎２７が形成される。
【００８３】
ガスタービンでは起動から定格負荷条件まで幅広い条件で運転を行う必要がある。特に起動条件や燃料系統を切り換えた後の条件ではバーナ局所における燃空比が低くなるため、火炎の燃焼安定性が非常に重要である。そこで、中央のバーナ５７に本発明を適用することでバーナ５７の燃焼安定性が向上し、起動からガスタービン回転数の増加条件に対応して高い信頼性を得ることができる。外側のバーナ５８の下流側に形成される予混合火炎２７においても、中央のバーナ５７の下流側に形成される安定な火炎２４から熱及び化学活性種の供給を受けることで燃料ノズル本数の増加を抑えても燃焼安定性が維持できる。
【実施例１３】
【００８４】
図１７は本発明の実施例１３のバーナに備えられた空気孔部材を燃焼室から見た正面図であり、実施例１の図１（ｂ）に対応する図である。
【００８５】
本実施例は実施例１２の外側のバーナにも本発明を適用したバーナ５７を配した例である。本実施例では、個々のバーナ５７に形成される火炎に拡散燃焼領域が存在するのでＮＯｘ排出量は増加し得るが、各バーナ５７が形成する火炎の燃焼安定性は向上する。そのため、低カロリー燃料のように燃焼速度が遅く非常に燃えにくい燃料をガスタービンの燃料として用いる場合でも、複数のバーナ５７に形成されるそれぞれの火炎基部に拡散燃焼領域が形成され、火炎を安定に保持して信頼性高く運用することが可能となる。また、ガスタービン負荷運転の運用範囲の拡大も同時に実現することができる。
【実施例１４】
【００８６】
図１８は本発明の実施例１４のバーナに備えられた燃料ノズルの概略構成を示す側断面図である。
【００８７】
図１８のバーナの燃料ノズル３３は、実施例１の燃料ノズル３３とは異なり先端が空気孔３５の入口より下流にあり、空気孔部材３１の中心部に燃料ノズル３３の先端が嵌め込まれた構成になっている。燃料ノズル３３の外周面には複数の噴射口が穿孔されており、各噴射口は最内周の空気孔列５１の各空気孔３５の側面にそれぞれ通過口を介して直通している。通過口は空気孔部材３１の板厚内に中心部から放射状に延びている。空気孔３５は実施例１等と同じく周方向に旋回角を有している。その他の構成は既述した実施例のバーナ構造と同様である。
【００８８】
本実施例では、燃料ノズル３３から噴出される燃料噴流４４が空気孔３５の内壁面に衝突し、空気孔３５の内壁面に沿って下流側に流れる。そのため、燃料ノズル３２と空気孔３４の組合せに比べ、空気孔３５に流入する空気量は相対的に増加し、空気４５との混合が進行しないまま燃料噴流４４が燃焼室１へ噴出する。燃料ノズル３３が空気孔部材３１の内部を通って空気孔３５内に直接噴出するので、空気孔３５に流入する空気４５の流れを乱す障害物もなく燃料噴流４４と空気４５の混合をより効率的に抑制することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１          燃焼室
２          外筒
３          燃焼器ライナ
４          トランジションピース
５          圧縮機
６          タービン
７          ディフーザ
１０，１１  圧縮空気
１２        冷却空気
１３        燃焼空気
１４−１６  燃料供給系統
２０        燃料ノズル
２１        保炎器
２２        予混合路
２３        循環流
２４        火炎
２５        拡散バーナ
２６        拡散火炎
３０        燃料ヘッダ
３１        空気孔部材
３２，３３  燃料ノズル
３４，３５  空気孔
４９        循環流
４１        旋回流
４２−４４  燃料噴流
４５        空気
４６，４７  下流領域
５０        循環流
５１−５３  空気孔列
５４        中央線
５５        拡散燃焼領域
５６        予混合火炎
５７，５８  バーナ
６０        燃料ヘッダ
７０        燃料ヘッダ収納部
７１        空気流入孔
１００      バーナ
【図１】
2010230199.tif 000003
【図２】
2010230199.tif 000004
【図３】
2010230199.tif 000005
【図４】
2010230199.tif 000006
【図５】
2010230199.tif 000007
【図６】
2010230199.tif 000008
【図７】
2010230199.tif 000009
【図８】
2010230199.tif 000010
【図９】
2010230199.tif 000011
【図１０】
2010230199.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2010230199.tif 000017
【図１６】
2010230199.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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