(57)【要約】【課題】本発明の目的はＮＯｘ排出量の抑制と燃焼不安定の発生を防止した信頼性の高いガスタービン燃焼器を提供することにある。【解決手段】拡散燃焼バーナと拡散燃焼バーナの外周に配設された複数の予混合燃焼バーナと、拡散燃焼バーナ及び予混合燃焼バーナの外周側を囲繞するバーナカバーと、バーナカバーの下流側に設置され拡散燃焼バーナ及び予混合燃焼バーナを支持するバーナプレートとを備えたガスタービン燃焼器において、バーナカバーに予混合燃焼バーナに燃焼用空気を導入する第一の空気導入部と、拡散燃焼バーナに燃焼用空気を導入する第二の空気導入部をそれぞれ設け、バーナカバーの内周側に第一の空気導入部から導入した燃焼用空気と第二の空気導入部から導入した燃焼用空気とを分離する仕切り部材を設置し、バーナプレートに第二の空気導入部から導入した燃焼用空気を燃焼器の内筒に流下させる冷却孔を設けるように構成したガスタービン燃焼器。【選択図】図１
2010236739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器の軸中心に配設されて燃料と燃焼用空気とを混合する混合室を有する拡散燃焼バーナと、前記拡散燃焼バーナの外周に配設されて燃料と燃焼用空気とを混合する混合室を備えた複数の予混合燃焼バーナと、前記拡散燃焼バーナ及び予混合燃焼バーナの外周側を囲繞するバーナカバーと、前記バーナカバーの下流側に設置されて前記拡散燃焼バーナ及び予混合燃焼バーナを支持するバーナプレートとを備えたガスタービン燃焼器において、
前記バーナカバーに前記予混合燃焼バーナに燃焼用空気を導入する第一の空気導入部と、前記拡散燃焼バーナに燃焼用空気を導入する第二の空気導入部をそれぞれ設け、前記バーナカバーの内周側に第一の空気導入部から導入した燃焼用空気と第二の空気導入部から導入した燃焼用空気とを分離する仕切り部材を設置し、前記バーナプレートに第二の空気導入部から導入した燃焼用空気を燃焼器の内筒に流下させる冷却孔を設けるように構成したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項２】
燃焼器の軸中心に配設されて燃料と燃焼用空気とを混合する混合室を有する拡散燃焼バーナと、前記拡散燃焼バーナの外周に配設されて燃料と燃焼用空気とを混合する混合室を備えた複数の予混合燃焼バーナと、前記拡散燃焼バーナ及び予混合燃焼バーナの外周側を囲繞するバーナカバーと、前記バーナカバーの下流側に設置されて前記拡散燃焼バーナ及び予混合燃焼バーナを支持するバーナプレートとを備えたガスタービン燃焼器において、
前記バーナカバーに前記予混合燃焼バーナに燃焼用空気を導入する第一の空気導入部を設け、前記バーナカバーの内周側に第一の空気導入部から導入した燃焼用空気の一部を分離する仕切り部材を設置すると共に、前記仕切り部材に第一の空気導入部から導入した燃焼用空気の他の一部を流通させる複数の空気導入孔を設け、この空気導入孔を流下した燃焼用空気の他の一部を前記バーナプレートに設けた冷却孔を通じて燃焼器の内筒に流下させるように構成したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項３】
請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、
前記拡散燃焼バーナの外周側に該拡散燃焼バーナの混合室を囲繞する拡散燃焼バーナカバーを設置し、この拡散燃焼バーナカバーに複数の空気導入孔を設けてこれらの空気導入孔を流下した空気を拡散燃焼バーナの混合室に燃焼用空気として供給するように構成したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項４】
請求項２に記載のガスタービン燃焼器において、
前記仕切り部材は相互に離間させて複数個設置されており、これらの仕切り部材にそれぞれ設けた複数の空気導入孔は前記仕切り部材間でその位置をずらせて配設するように構成していることを特徴とするガスタービン燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のバーナを備えたガスタービン燃焼器に関するもので、特に、低ＮＯｘと燃焼安定性の両立を図るガスタービン燃焼器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な環境問題がクローズアップされ、ガスタービン燃焼器においても、環境保護の観点から低環境負荷となるＮＯｘ排出量の低減を図ることが重要な課題となっている。
【０００３】
ガスタービン燃焼器におけるＮＯｘ低減技術として予混合燃焼方式がある。予混合燃焼とは、ガスタービン燃焼器の予混合器内で予め燃料と空気を混合してからガスタービン燃焼器の燃焼室に供給して燃焼させる燃焼技術である。この予混合燃焼技術によって燃焼室内で燃焼する局部的な高温領域の発生を抑えることで、サーマルＮＯｘの発生量を低減させることが可能となる。
【０００４】
一般に、予混合燃焼は燃料と空気の混合を促進し、希薄な混合ガスを生成して燃焼するため、ガスタービン燃焼器の燃焼室内に形成される火炎が不安定となり、この火炎の不安定化に伴い燃焼振動が発生する場合が多くなる。
【０００５】
そこで、この火炎の不安定化、及びそれに伴なう燃焼振動の発生を回避する対策として、例えば、特開平５−２１５３３８号公報に記載されたように、燃焼安定性に優れた拡散燃焼を行う拡散燃焼バーナと、低ＮＯｘ燃焼に優れた予混合燃焼を行う複数の予混合バーナとを組合せたガスタービン燃焼器の技術が提案されている。
【０００６】
通常、上記の対策が講じられたガスタービン燃焼器では、拡散燃焼バーナによる拡散燃焼と予混合バーナによる予混合燃焼との燃焼比率を制御して、低ＮＯｘ化と燃焼安定性の両立を図るようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２１５３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般に、拡散燃焼と予混合燃焼を組合せたガスタービン燃焼器の場合、燃焼空気をガスタービン燃焼器に備える複数のバーナに導入するための流路形状は複雑化する傾向にある。このため、ガスタービン燃焼器を構成するバーナ等の製作誤差や組立て誤差などによって、前記各バーナ間でバーナに流入する空気流量に偏差が生じる可能性がある。
【０００９】
例えば、製作誤差や組立て誤差などによってバーナに流入する空気流量が所定の流量よりも減少した場合には、局部的な高温領域が発生し、ＮＯｘ排出量が増加するなどの問題が発生する。
【００１０】
逆に、製作誤差や組立て誤差などによってバーナに流入する空気流量が所定の流量よりも増加した場合には、燃料と空気の比率が低下し、燃焼不安定や燃焼振動の増大につながる問題が発生する。
【００１１】
本発明の目的は、拡散燃焼と予混合燃焼を組合せたガスタービン燃焼器において、ガスタービン燃焼器を構成する機器に製作誤差や組立て誤差が生じた場合でもＮＯｘ排出量の抑制と燃焼不安定の発生を防止した信頼性の高いガスタービン燃焼器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のガスタービン燃焼器は、燃焼器の軸中心に配設されて燃料と燃焼用空気とを混合する混合室を有する拡散燃焼バーナと、前記拡散燃焼バーナの外周に配設されて燃料と燃焼用空気とを混合する混合室を備えた複数の予混合燃焼バーナと、前記拡散燃焼バーナ及び予混合燃焼バーナの外周側を囲繞するバーナカバーと、前記バーナカバーの下流側に設置されて前記拡散燃焼バーナ及び予混合燃焼バーナを支持するバーナプレートとを備えたガスタービン燃焼器において、前記バーナカバーに前記予混合燃焼バーナに燃焼用空気を導入する第一の空気導入部と、前記拡散燃焼バーナに燃焼用空気を導入する第二の空気導入部をそれぞれ設け、前記バーナカバーの内周側に第一の空気導入部から導入した燃焼用空気と第二の空気導入部から導入した燃焼用空気とを分離する仕切り部材を設置し、更に前記バーナプレートに第二の空気導入部から導入した燃焼用空気を燃焼器の内筒に流下させる冷却孔を設けるように構成したことを特徴とする。
【００１３】
また本発明のガスタービン燃焼器は、燃焼器の軸中心に配設されて燃料と燃焼用空気とを混合する混合室を有する拡散燃焼バーナと、前記拡散燃焼バーナの外周に配設されて燃料と燃焼用空気とを混合する混合室を備えた複数の予混合燃焼バーナと、前記拡散燃焼バーナ及び予混合燃焼バーナの外周側を囲繞するバーナカバーと、前記バーナカバーの下流側に設置されて前記拡散燃焼バーナ及び予混合燃焼バーナを支持するバーナプレートとを備えたガスタービン燃焼器において、前記バーナカバーに前記予混合燃焼バーナに燃焼用空気を導入する第一の空気導入部を設け、前記バーナカバーの内周側に第一の空気導入部から導入した燃焼用空気の一部を分離する仕切り部材を設置すると共に、前記仕切り部材に第一の空気導入部から導入した燃焼用空気の他の一部を流通させる複数の空気導入孔を設け、この空気導入孔を流下した燃焼用空気の他の一部を前記バーナプレートに設けた冷却孔を通じて燃焼器の内筒に流下させるように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、拡散燃焼と予混合燃焼を組合せたガスタービン燃焼器において、ガスタービン燃焼器を構成する機器に製作誤差や組立て誤差が生じた場合でＮＯｘ排出量の抑制と燃焼不安定の発生を防止した信頼性の高いガスタービン燃焼器が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施例であるガスタービン燃焼器の構成を示す側断面図。
【図２】図１に示した第１実施例のガスタービン燃焼器における燃焼器頭部構造を示した部分詳細側断面図。
【図３】図１に示した第１実施例のガスタービン燃焼器の頭部における燃料と空気の流動状態を示す模式図。
【図４】本発明の第２実施例であるガスタービン燃焼器の構成を示す部分詳細側断面図。
【図５】本発明の第３実施例であるガスタービン燃焼器の構成を示す部分詳細側断面図。
【図６】本発明の第４実施例であるガスタービン燃焼器の構成を示す部分詳細側断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に本発明の実施例のガスタービン燃焼器について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１７】
本発明の第１実施例のガスタービン燃焼器について図１乃至図３を用いて以下に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の第１実施例であるガスタービン装置に備えられたガスタービン燃焼器の構成を示す側断面図である。
【００１９】
図１に示すように、ガスタービン装置は、空気を圧縮して高圧の燃焼用空気１００を生成する圧縮機１と、この圧縮機１から導入される燃焼用空気１００と燃料とを混合して燃焼し、高温の燃焼ガス１０３を生成するガスタービン燃焼器３と、このガスタービン燃焼器３で生成された高温の燃焼ガス１０３が導入して駆動されるガスタービン２とから構成されている。
【００２０】
そして、前記ガスタービン２と圧縮機１、及び前記ガスタービン２と発電機とは軸によってそれぞれ連結されており、ガスタービン２の駆動によって負荷の発電機４を回転して発電し、圧縮機１を回転して空気を圧縮するように構成している。
【００２１】
ガスタービン燃焼器３は、燃料として気体燃料、液体燃料の何れも燃焼可能であり、これらの気体燃料、又は液体燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する内筒７と、この内筒７の下流側に接続されたトランジションピース８と、これらの内筒７及びトランジションピース８を内部に収容した外筒５と、前記内筒７及び外筒５の一端を密閉するように内筒７及び外筒５に共通して設けられたエンドカバー６を備えた圧力容器であり、外筒５には点火栓９が設置されている。
【００２２】
前記ガスタービン燃焼器３の内筒７の上流側となる燃焼器頭部には、その軸中心位置に燃焼安定性の良い拡散燃焼を行う拡散燃焼バーナ１０が設けられ、この拡散燃焼バーナ１０の周囲には低ＮＯｘ化に有効な予混合燃焼を行う予混合燃焼バーナ１１を複数個、同心円状に配置した構成となっている。
【００２３】
図２は図１に示した第１実施例のガスタービン燃焼器における燃焼器頭部の構造を詳細に示した部分詳細図である。
【００２４】
図１及び図２に示すように、本実施例のガスタービン燃焼器３に設置した拡散燃焼バーナ１０は、拡散燃焼バーナ１０を構成する液体燃料ノズル１２と、この液体燃料ノズル１２の下流側に形成された中空円錐形状の混合室１０ａとを備えた構造であり、この中空円錐形状の混合室１０ａの壁面には該混合室１１ａの内部に導入される燃焼用空気に旋回成分を付与する複数の空気孔１９が複数個形成されている。
【００２５】
前記燃焼器頭部の拡散燃焼バーナ１０の軸中心位置には、拡散燃焼用の液体燃料１５５を前記混合室１０ａ内に噴射する液体燃料ノズル１２が配置されており、この液体燃料ノズル１２の外周には、拡散燃焼バーナ１０を構成する前記中空円錐形状の混合室１０ａの壁面に形成した前記複数の空気孔１９と同数の気体燃料ノズル１４を設けて、これらの気体燃料ノズル１４を各空気孔１９の上流の相対する位置にそれぞれ配置させている。
【００２６】
尚、前記拡散燃焼バーナ１０で気体燃料１５４と液体燃料１５５との切り替えはガスタービンの部分負荷運転の段階で行う。
【００２７】
前記拡散燃焼バーナ１０の気体燃料ノズル１４から混合室１０ａ内に噴射する気体燃料１５４は、空気孔１９から混合室１０ａ内に噴出する燃焼用空気の流れと同軸方向となるように噴射する構成となっている。
【００２８】
一方、前記燃焼器頭部となる拡散燃焼バーナ１０の周囲に同心円状に配置した複数個の予混合燃焼バーナ１１は、燃料と燃焼用空気との混合を促進するための混合室となる中空円錐形状と中空円筒形状とからなる混合室１１ａが形成されている。
【００２９】
予混合燃焼バーナ１１の前記混合室１１ａの壁面には、図２に示すように、予混合燃焼バーナ１１内に燃焼用空気を導入するための空気孔２０が軸方向、及び周方向に複数形成され、これらの空気孔２０を形成した混合室１１ａよりも上流側の壁面には、気体燃料１５３を噴出して前記空気孔２０に供給するための気体燃料噴孔２１が設けられている。
【００３０】
前記燃焼器頭部の予混合燃焼バーナ１１の軸中心位置には、液体燃料を前記混合室１１ａ内に噴射する液体燃料ノズル１３が設置されている。
【００３１】
更に前記予混合燃焼バーナ１１の外周側には、拡散燃焼バーナ１０と予混合燃焼バーナ１１を囲繞するバーナカバー１５が配置され、バーナカバー１５の下流端には拡散燃焼バーナ１０と予混合燃焼バーナ１１を支持するためのバーナプレート１７がバーナカバー１５と一体となって配置されている。
【００３２】
バーナプレート１７には部材を冷却するために燃焼用空気の一部を流下させる冷却孔１８が多数形成されている。
【００３３】
上記構成のガスタービン燃焼器３の運転方法について簡単に説明すると、ガスタービン装置の起動から昇速、低負荷条件までの範囲の運転では、ガスタービン燃焼器３に備えられた拡散燃焼バーナ１０と予混合燃焼バーナ１１のうち、拡散燃焼バーナ１０を単独で用いて気体燃料１５４を拡散燃焼させた運転を行う。
【００３４】
次に、燃料流量が更に増加する高負荷条件の運転では、拡散燃焼させる前記拡散燃焼バーナ１０に加えて予混合燃焼バーナ１１に液体燃料を供給して予混合燃焼させ、この拡散燃焼と予混合燃焼とを組合せたガスタービン燃焼器３の運転を実施する。
【００３５】
前記拡散燃焼バーナ１０で気体燃料１５４と液体燃料１５５との切り替えはガスタービンの部分負荷運転の段階で行う。
【００３６】
この場合、ガスタービン燃焼器３の運転では拡散燃焼と予混合燃焼の燃焼負荷の割合を制御して、低ＮＯｘと安定燃焼の両立を図るガスタービン燃焼器の運転を実施する。
【００３７】
拡散燃焼と予混合燃焼による燃焼負荷の割合としては、拡散燃焼は部分負荷運転の段階で主に行い、予混合燃焼は定格負荷運転の近傍で主に行っている。
【００３８】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は本実施例のガスタービン燃焼器３における燃料と空気の流動状態を模式的に示した説明図である。図２及び図３に示したように、本実施例のガスタービン燃焼器３では、燃焼用空気の供給を拡散燃焼バーナ１０の中空円錐形状の混合室１０ａの壁面に形成した空気孔１９と予混合燃焼バーナ１１の中空円錐形状と中空円筒形状とからなる混合室１１ａの壁面に形成した空気孔２０とに燃焼用空気１５０を導入する第一の導入部１６を有するバーナカバー１５が拡散燃焼バーナ１０及び予混合燃焼バーナ１１の外周側に設置されている。
【００３９】
そして本実施例のガスタービン燃焼器３では、前記バーナカバー１５に燃焼用空気１５１を導入する第二の空気導入部５１を設け、この第一の空気導入部１６と第二の空気導入部５１から導入される燃焼用空気１５１とを分離する仕切り板５０を該バーナカバー１５の内周側に設け、更に第二の空気導入部５１から導入された燃焼用空気を流下させる冷却孔１８を有するバーナプレート１７を設置した構成を採用している。
【００４０】
上記構成にした本実施例のガスタービン燃焼器３では、燃焼用空気１５０は第一の空気導入部１６からバーナカバー１５の内部に流入し、拡散燃焼バーナ１０と予混合燃焼バーナ１１に流入し、また第二の空気導入部５１を経由してバーナプレート１７に形成した冷却孔１８にそれぞれ流入する。
【００４１】
そして、予混合燃焼バーナ１１に流入する燃焼用空気は、予混合燃焼バーナ１１の混合室１１ａ内で燃料と均一に混合され、混合室１１ａの下流の内筒７に噴出して燃焼し、予混合火炎１０２を形成する。
【００４２】
また、拡散燃焼バーナ１０に流入する燃焼用空気は、拡散燃焼バーナ１０の混合室１０ａ内で燃料と均一に混合され、混合室１０ａの下流の内筒７に噴出して燃焼し、拡散火炎１０１を形成する。
【００４３】
本実施例のガスタービン燃焼器３では、図２及び図３に示すように予混合燃焼バーナ１１の混合室１１ａを形成する壁面に空気孔２０を設け、拡散燃焼バーナ１０の混合室１０ａを形成する壁面に空気孔１９を設け、予混合燃焼バーナ１１の外周側に設けられたバーナカバー１５に導入する燃焼用空気を分離する仕切り板５０と、燃焼用空気の一部を導入する第二の空気導入部５１と、第二の空気導入部５１から導入された燃焼用空気を流下させる冷却孔１８を有するバーナプレート１７とを設置した構成にして、バーナカバー１５に設けた第一の空気導入部１６から流入する燃焼用空気１５０は全て予混合燃焼バーナ１１の燃焼用空気となるようにすると共に、第二の空気導入部５１から流入する燃焼用空気１５１は拡散燃焼バーナ１０の燃焼空気とバーナプレート１７の冷却孔１８を流下する冷却空気となるように構成したものである。
【００４４】
上記のように本実施例のガスタービン燃焼器３を構成したので、燃焼用空気として供給する空気流量の配分を第一の空気導入部１６と第二の空気導入部５１の面積配分で設定することができることから、予混合燃焼バーナ１１の混合室１１ａ内に流入する燃焼用空気は図３に示す如く均一流量分布１５２を形成することが可能となってバーナの製作誤差や組立て誤差に起因した空気流量偏差を低減でき、燃料と均一に混合されて混合室１１ａの下流の内筒７で燃焼し、良好な予混合火炎１０２を形成する。
【００４５】
この結果、本実施例のガスタービン燃焼器３では、上述したＮＯｘ排出量増加や燃焼不安定の発生を防止した、より信頼性の高いガスタービン燃焼器を提供することができる。
【００４６】
第一の空気導入部１６と第二の空気導入部５１の面積配分は概略、次のように設定すれば良い。即ち、第一の空気導入部１６の面積は空気孔２０の面積と等しくなるように設定する。また、第二の空気導入部５１の面積は冷却孔１８の面積と空気孔１９の面積との合計面積と等しくなるように設定する。
【００４７】
蒸気のように構成した本実施例のガスタービン燃焼器３においては、予混合燃焼バーナ１１の混合室１１ａを形成する壁面に設けた各空気孔２０から混合室１１ａ内に流入する燃焼用空気の空気流量偏差に対して、予混合燃焼バーナ１１の外周と、バーナカバー１５の内周と、バーナカバー１５に設けた仕切り板５０とで覆われた空間が空気流の淀み域となるため、第一の空気導入部１６からこの空間を経由して予混合燃焼バーナ１１の混合室１１ａに流入した燃焼用空気１５０の静圧を回復でき、よって各空気孔２０から混合室１１ａ内に流入して形成する均一流量分布１５２の空気流量偏差を低減することができる。
【００４８】
これにより、予混合燃焼バーナ１１の混合室１１ａでは、供給された燃料と空気流量偏差が低減した燃焼用空気とが均一に混合した均一流量分布１５２が形成でき、混合室１１ａの下流側の内筒７で燃焼して良好な予混合火炎１０２を形成することが可能となるので、ＮＯｘ排出量の増加や燃焼不安定の発生が防止でき、より信頼性の高いガスタービン燃焼器が実現できる。
【００４９】
つまり、本実施例のガスタービン燃焼器では、予混合燃焼バーナ１１の混合室１１ａ内に流入する燃焼用空気を均一流量分布１５２にして良好な予混合火炎１０２を形成できるので、ＮＯｘ排出量の抑制と燃焼不安定の発生の両立が可能になる。
【００５０】
また、本実施例の第一空気導入部１６及び第二の空気導入部５１の開口部の形状は特に限定していないが、これらの開口部を多孔形状にするとさらに整流効果を得ることができ、流量偏差低減に効果がある。
【００５１】
本発明の実施例によれば、拡散燃焼と予混合燃焼を組合せたガスタービン燃焼器において、ガスタービン燃焼器を構成する機器に製作誤差や組立て誤差が生じた場合でＮＯｘ排出量の抑制と燃焼不安定の発生を防止した信頼性の高いガスタービン燃焼器が実現できる。
【実施例２】
【００５２】
次に、本発明の第２実施例のガスタービン燃焼器について図４を用いて以下に説明する。
【００５３】
図４に示した第２実施例のガスタービン燃焼器は、図１乃至図３に示した第１実施例のガスタービン燃焼器と基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成に説明は省略し、相違した構成についてのみ以下に説明する。
【００５４】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す通り、本発明の第２実施例のガスタービン燃焼器３では、図１乃至図３に示した前記第１実施例ガスタービン燃焼器３において、バーナカバー１５の第一の空気導入部１６から導入された燃焼用空気１５０は予混合燃焼バーナ１１の空気孔２０に供給する燃焼用空気と、拡散燃焼バーナ１０の空気孔１９に供給する燃焼用空気及びバーナプレート１７の冷却孔１８に流下する燃焼用空気とに分離するために、該バーナカバー１５の内周側に設けた仕切り板５０に替えて複数の空気導入孔２０２を形成した仕切り板２００を冷却孔１８を有するバーナプレート１７の上流側に配置した構成を採用している。
【００５５】
尚、本実施例ではバーナカバー１５には第二の空気導入部５１を備えていない構成となっている。
【００５６】
前記した第２実施例のガスタービン燃焼器３では、第一の空気導入部１６から流入した燃焼用空気１５０は予混合燃焼バーナ１１の空気孔２０と、拡散燃焼バーナ１０の空気孔１９に供給される燃焼用空気及びバーナプレート１７の冷却孔１８に流下する燃焼用空気とに分離するように仕切り板２００が設けられており、この仕切り板２００に設けた空気導入孔２０２を通過した空気を拡散燃焼バーナ１０の空気孔１９に供給される燃焼用空気及びバーナプレート１７の冷却孔１８に流下する燃焼用空気として分配して流下させる。
【００５７】
つまり、仕切り板２００に形成した複数の空気導入孔２０２を通過した燃焼用空気の一部は、拡散燃焼バーナ１０の空気孔１９に燃焼用空気として供給される。また、複数の空気導入孔２０２を通過した燃焼用空気の他の一部は、バーナプレート１７の冷却孔１８を流入して該バーナプレート１７を冷却し、内筒７内に流入する。
【００５８】
このように第２実施例のガスタービン燃焼器３を構成することで、予混合燃焼バーナ１１の外周と、バーナカバー１５の内周と、バーナカバー１５に設けた仕切り板２００とで覆われた空間が空気流の淀み域となるため、第一の空気導入部１６からこの空間に流入した仕切り板２００の上流部の燃焼用空気１５０は静圧を回復することができ、よって予混合燃焼バーナ１１の空気孔２０から混合室１１ａに流入して形成する均一流量分布１５２の空気流量偏差を低減することができる。
【００５９】
また、拡散燃焼バーナ１０の空気孔１９の空気量、及びバーナプレート１７の冷却孔１８の空気量の配分は仕切り板２００の空気導入孔２０２の開口面積を設定することで管理することができ、バーナの製作誤差や組立て誤差に起因した空気流量偏差を低減でき、燃料と均一に混合されて混合室１１ａの下流の内筒７で燃焼して良好な予混合火炎１０２を形成する。
【００６０】
この結果、本実施例のガスタービン燃焼器３では、上述したＮＯｘ排出量増加や燃焼不安定の発生を防止する、簡素化した構造でコスト低減を図れる信頼性の高いガスタービン燃焼器を提供することができる。
【００６１】
本発明の実施例によれば、拡散燃焼と予混合燃焼を組合せたガスタービン燃焼器において、ガスタービン燃焼器を構成する機器に製作誤差や組立て誤差が生じた場合でＮＯｘ排出量の抑制と燃焼不安定の発生を防止した信頼性の高いガスタービン燃焼器が実現できる。
【実施例３】
【００６２】
次に、本発明の第３実施例のガスタービン燃焼器について図５を用いて以下に説明する。
【００６３】
図５に示した第３実施例のガスタービン燃焼器は、図４に示した第２実施例のガスタービン燃焼器と基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成に説明は省略し、相違した構成についてのみ以下に説明する。
【００６４】
図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示した通り、本発明の第３実施例のガスタービン燃焼器３では、図４に示した前記第１実施例ガスタービン燃焼器３において、バーナカバー１５の第一の空気導入部１６から導入された燃焼用空気１５０を拡散燃焼バーナ１０の空気孔１９及び予混合燃焼バーナ１１の空気孔２０に供給する燃焼用空気と、冷却孔１８に流下する燃焼用空気とに分離するために、該バーナカバー１５の内周側に設けた複数の空気導入孔２０２を形成した仕切り板２００に加えて複数の空気導入孔２０３を形成した仕切り板２０１を設け、これらの２枚の仕切り板２００、２０１を相互に間隙を持たせて冷却孔１８を有するバーナプレート１７の上流側に設置した構成を採用している。
【００６５】
ここで、図５（ｂ）に示すように前記仕切り板２００に形成した空気導入孔２０２と、前記仕切り板２０１に形成した空気導入孔２０３とは夫々の相対位置が異なるようにずらせて配置している。
【００６６】
前記した第２実施例のガスタービン燃焼器３では、バーナカバー１５の第一の空気導入部１６から流入した燃焼用空気１５０は、予混合燃焼バーナ１１の空気孔２０に供給する燃焼用空気と、拡散燃焼バーナ１０の空気孔１９に供給する燃焼用空気及びバーナプレート１７の冷却孔１８に流下する燃焼用空気とに分離するように仕切り板２００、２０１が設けられており、これらの仕切り板２００、２０１に設けた空気導入孔２０２、２０３によってバーナプレート１７の冷却孔１８に流下する燃焼用空気を分配して流下する。
【００６７】
そして、仕切り板２００に設けた複数の空気導入孔２０２を通過した燃焼用空気の一部は、仕切り板２００の下流側に設置された仕切り板２０１に一旦、衝突し、その後、仕切り板２０１に設けた空気導入孔２０３を通過した燃焼用空気の一部は、拡散燃焼バーナ１０の空気孔１９に燃焼用空気として供給される。
【００６８】
また、仕切り板２０１の複数の空気導入孔２０３を通過した燃焼用空気の他の一部は、バーナプレート１７の冷却孔１８を流入して該バーナプレート１７を冷却し、内筒７内に流入することになる。
【００６９】
このように第３実施例のガスタービン燃焼器３を構成することで、バーナカバー１５の第一の空気導入部１６から導入されて下流側の仕切り板２０１の空気導入孔２０２を通過した燃焼用空気が下流側の仕切り板２０１に衝突するため、圧力損失が増加して第３実施例のガスタービン燃焼器に比べて仕切り板２０１の上流の燃焼用空気の静圧をより回復できる。
【００７０】
よって予混合燃焼バーナ１１の空気孔２０から混合室１１ａに流入して形成する均一流量分布１５２の空気流量偏差を更に低減してバーナの製作誤差や組立て誤差に起因した空気流量偏差を低減し、燃料と均一に混合されて混合室１１ａの下流の内筒７で燃焼して良好な予混合火炎１０２を形成する。
【００７１】
この結果、本実施例のガスタービン燃焼器３では、上述したＮＯｘ排出量増加や燃焼不安定の発生を防止する、簡素化した構造でコスト低減を図れる信頼性の高いガスタービン燃焼器を提供することができる。
【００７２】
本発明の実施例によれば、拡散燃焼と予混合燃焼を組合せたガスタービン燃焼器において、ガスタービン燃焼器を構成する機器に製作誤差や組立て誤差が生じた場合でＮＯｘ排出量の抑制と燃焼不安定の発生を防止した信頼性の高いガスタービン燃焼器が実現できる。
【実施例４】
【００７３】
次に、本発明の第４実施例のガスタービン燃焼器について図６を用いて以下に説明する。
【００７４】
図６に示した第４実施例のガスタービン燃焼器は、図２及び図３に示した第１実施例のガスタービン燃焼器と基本的な構成は同じであるので、両者に共通した構成に説明は省略し、相違した構成についてのみ以下に説明する。
【００７５】
図６に示した通り、本発明の第４実施例のガスタービン燃焼器３では、拡散燃焼バーナ１０の混合室１０ａを形成する壁面の外周を囲繞するように拡散燃焼バーナカバー３００が設置されており、この拡散燃焼バーナカバー３００に複数の空気導入孔３０１を形成して、バーナカバー１５の第二の空気導入部５１から導入された燃焼用空気１５１が拡散燃焼バーナカバー３００に設けたこの複数の空気導入孔３０１を通過して、拡散燃焼バーナ１０の混合室１０ａの壁面に形成した空気孔１９を通じて前記混合室１０ａに供給される燃焼用空気となるように構成したガスタービン燃焼器を採用している。
【００７６】
前記した第４実施例のガスタービン燃焼器３における拡散燃焼バーナ１０では、燃焼の安定性が重要になる。燃焼安定性は燃焼バーナの燃焼用空気の吹出し流速と関係し、その流速により安定性が異なる。燃焼用空気の吹出し流速は燃焼バーナ前後の差圧によって決定され、ガスタービン燃焼器の圧力損失が高くなると燃焼用空気の吹出し流速が速くなり、燃焼安定性が損なわれる可能性がある。
【００７７】
そこで、本発明の第４実施例のガスタービン燃焼器３においては、拡散燃焼バーナ１０の混合室１０ａを形成する壁面の外周を囲繞する拡散燃焼バーナカバー３００を設置し、該拡散燃焼バーナカバー３００に形成した空気導入孔３０１の開口面積が拡散燃焼バーナ１０の空気孔１９の総面積よりも小さくなるように設定する。
【００７８】
このように本発明の第４実施例のガスタービン燃焼器３を構成すると、拡散燃焼バーナ１０の空気孔１９より混合室１０ａに吹出す燃焼用空気の流速が遅くなって燃焼安定性を向上させることが可能となり、信頼性の高いガスタービン燃焼器が実現できる。
【００７９】
本発明の実施例によれば、拡散燃焼と予混合燃焼を組合せたガスタービン燃焼器において、ガスタービン燃焼器を構成する機器に製作誤差や組立て誤差が生じた場合でＮＯｘ排出量の抑制と燃焼不安定の発生を防止した信頼性の高いガスタービン燃焼器が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は低ＮＯｘと燃焼安定性の両立を図るガスタービン燃焼器に適用可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１：圧縮機、２：ガスタービン、３：ガスタービン燃焼器、５：外筒、７：内筒、８：トランジションピース、９：点火栓、１０：拡散燃焼バーナ、１０ａ：混合室、１１：予混合燃焼バーナ、１１ａ：混合室、１２：液体燃料ノズル、１３：液体燃料ノズル、１４：気体燃料ノズル、１５：バーナカバー、１６：第一の空気導入部、１７：バーナプレート、１８：冷却孔、１９、２０：空気孔、５０：仕切り板、５１：第二の空気導入部、２００、２０１：仕切り板、２０２、２０３：空気導入孔、３００：拡散燃焼バーナカバー、３０１：空気導入孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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