(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、予混合燃焼方式のマルチバーナを搭載したガスタービン燃焼器において、低ＮＯｘ燃焼と燃焼振動の低減を両立しながら、燃料ノズル部の閉塞を抑制可能なガスタービン燃焼器を提供することにある。【解決手段】  予混合燃焼方式のマルチバーナを搭載したガスタービン燃焼器において、燃料ノズルヘッダを複数の区画に分け、各燃料ノズルヘッダの燃料入口にオリフィスを設け、オリフィスの上流部で各燃料ノズルヘッダからの燃料供給系統を合流させ、合流部の上流部に燃料流量調節弁を設ける構成とした。【選択図】図１
2014112003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と空気とを混合して燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼室と、前記燃焼室の上流側に位置し空気を供給する複数の空気孔を形成した空気孔プレートと、前記空気孔プレートに形成した複数の空気孔に向かって燃料を噴射する複数の燃料ノズルとを備え、
前記空気孔の一つと前記燃料ノズルの一つとが対となるように前記燃料ノズルの下流側の位置に前記空気孔が配設されており、対となった複数の前記燃料ノズルと複数の前記空気孔とから構成されるバーナを複数備え、
複数の前記バーナは、前記燃焼室の軸中心に同心円状に前記燃料ノズルを複数列配置した中央バーナと、前記中央バーナの周囲に同心円状に前記燃料ノズルを複数列配置した複数の外側バーナとから構成され、
前記中央バーナを構成する前記燃料ノズルの上流には、燃料を分配して供給する中央バーナ燃料ノズルヘッダを備え、前記中央バーナ燃料ノズルヘッダには中央バーナ燃料供給系統が配設され、
前記外側バーナを構成する前記燃料ノズルの上流には、前記外側バーナの最内周となる１列目の前記燃料ノズルに燃料を分配する外側バーナ１列目燃料ノズルヘッダと、前記外側バーナの２列目以降の各列に配設された前記燃料ノズルに燃料を分配する複数の外側バーナ外周燃料ノズルヘッダとを備え、
前記外側バーナ１列目燃料ノズルヘッダには外側バーナ１列目燃料供給系統が配設され、
前記複数の外側バーナ外周燃料ノズルヘッダには、それぞれ外側バーナ外周燃料供給系統が配設され、
前記複数の外側バーナ外周燃料ノズルヘッダの入口にはそれぞれオリフィスが設けられ、複数の前記オリフィスの上流部に複数の前記外側バーナ外周燃料供給系統を合流させる合流部を有し、前記合流部の上流部に燃料流量調節弁を備えたことを特徴とする燃焼器。
【請求項２】
請求項１に記載の燃焼器において、
複数の前記外側バーナには、前記燃料ノズルが同心円状に３列配置され、
２列目に配置された前記燃料ノズルに燃料を供給する第１の外側バーナ外周燃料ノズルヘッダと、
３列目に配置された前記燃料ノズルに燃料を供給する第２の外側バーナ外周燃料ノズルヘッダが配設され、
前記第１の外側バーナ外周燃料ノズルヘッダには第１の外側バーナ外周燃料供給系統が配設され、前記第２の外側バーナ外周燃料ノズルヘッダには第２の外側バーナ外周燃料供給系統が配設され、
複数の前記第１の外側バーナ外周燃料ノズルヘッダ及び、複数の前記第２の外側バーナ外周燃料ノズルヘッダの入口に、それぞれオリフィスを備え、
複数の前記オリフィスの上流部で複数の前記第１の外側バーナ外周燃料供給系統及び、複数の前記第２の外側バーナ外周燃料供給系統を合流させる合流部と、前記合流部の上流部に燃料流量調節弁とを備えたことを特徴とする。
【請求項３】
請求項１に記載の燃焼器において、
前記複数個の外側バーナには、前記燃料ノズルが同心円状に３列配置され、
前記外側バーナの２列目以降の領域を燃焼器の半径方向で２分割した一方の領域の前記燃料ノズルに燃料を供給する第１の外側バーナ外周燃料ノズルヘッダと、
前記外側バーナの２列目以降の領域を燃焼器の半径方向で２分割したもう一方の領域の前記燃料ノズルに燃料を供給する第２の外側バーナ外周燃料ノズルヘッダとが配設され、
複数の前記第１の外側バーナ外周燃料ノズルヘッダ及び、複数の前記第２の外側バーナ外周燃料ノズルヘッダの入口には、それぞれオリフィスを備え、
複数の前記オリフィスの上流部で複数の前記第１の外側バーナ外周燃料供給系統及び、複数の前記第２の外側バーナ外周燃料供給系統を合流させる合流部と、前記合流部の上流部に燃料流量調節弁とを備えたことを特徴とする。
【請求項４】
請求項１に記載の燃焼器において、
前記複数個の外側バーナには、前記燃料ノズルが同心円状に３列配置され、
前記外側バーナの２列目以降の領域を燃焼器の周方向で２分割した一方の領域の前記燃料ノズルに燃料を供給する第１の外側バーナ外周燃料ノズルヘッダと、
前記外側バーナの２列目以降の領域を燃焼器の周方向で２分割したもう一方の領域の前記燃料ノズルに燃料を供給する第２の外側バーナ外周燃料ノズルヘッダとが配設され、
複数の前記第１の外側バーナ外周燃料ノズルヘッダ及び、複数の前記第２の外側バーナ外周燃料ノズルヘッダの入口にはそれぞれオリフィスを備え、
複数の前記オリフィスの上流部で複数の前記第１の外側バーナ外周燃料供給系統及び、複数の前記第２の外側バーナ外周燃料供給系統を合流させる合流部と、前記合流部の上流部に燃料流量調節弁とを備えたことを特徴とする。
【請求項５】
請求項１に記載の燃焼器において、
前記複数個の外側バーナには、前記燃料ノズルが同心円状に３列配置され、
前記外側バーナの２列目以降の領域の前記燃料ノズルに燃料を供給する外側バーナ外周燃料ノズルヘッダが配設され、
前記外側バーナ外周燃料ノズルヘッダは、隣接する２つの前記外側バーナ同士で一体化されており、
複数の前記外側バーナ外周燃料ノズルヘッダの入口にはそれぞれオリフィスを備え、
複数の前記オリフィスの上流部で複数の前記外側バーナ外周燃料供給系統を合流させる合流部と、前記合流部の上流部に燃料流量調節弁とを備えたことを特徴とする燃焼器。
【請求項６】
請求項１に記載の燃焼器において、
前記複数個の外側バーナには、前記燃料ノズルが同心円状に３列配置され、
前記外側バーナの２列目以降の領域を燃焼器の半径方向で２分割した一方の領域の前記燃料ノズルに燃料を供給する第１の外側バーナ外周燃料ノズルヘッダと、
前記外側バーナの２列目以降の領域を燃焼器の半径方向で２分割したもう一方の領域の前記燃料ノズルに燃料を供給する第２の外側バーナ外周燃料ノズルヘッダが配設され、
前記第１の外側バーナ外周燃料ノズルヘッダと、前記第２の外側バーナ外周燃料ノズルヘッダとが、それぞれ隣接する２つの前記外側バーナ同士で第３の外側バーナ外周燃料ノズルヘッダとして一体化されており、
複数の前記第３の外側バーナ外周燃料ノズルヘッダの入口にはそれぞれオリフィスを備え、
複数の前記オリフィスの上流部で複数の前記第３の外側バーナ外周燃料供給系統を合流させる合流部と、前記合流部の上流部に燃料流量調節弁とを備えたことを特徴とする燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼器及びこれを備えたガスタービンに係り、特に、ガスタービン燃焼器の燃焼振動を低減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境保護の観点からガスタービンの排出ガスには更なる低ＮＯｘ化が求められている。ガスタービン燃焼器を低ＮＯｘ化するための一方策として、燃料と空気を予め混合してから燃焼させる予混合燃焼器の採用が挙げられるが、この場合、燃料を直接燃焼室に噴射して燃焼させる拡散燃焼器に比べて燃焼振動が発生しやすく、ガスタービン燃焼器の高サイクル疲労による損傷が懸念される。
【０００３】
特開２０１２−１５４５７０号公報には、燃料と空気とが供給される燃焼室と、燃焼室に空気を供給する空気孔と、空気孔に気体燃料を供給する燃料ノズルを備え、空気孔に供給する気体燃料に圧力損失を生じさせるオリフィスから構成される燃焼器が示されており、低ＮＯｘ燃焼と燃焼振動の低減を兼ね備えた燃焼器に関する技術が開示されている。
【０００４】
特許文献１では、予混合燃焼器の燃料ノズル部にオリフィスを設けたマルチバーナの構成が開示されており、オリフィスによって燃料ノズル上流の燃料ノズルヘッダと、燃料ノズル下流の燃焼室との間の差圧を高めることにより、燃焼室から燃料ノズルヘッダへの圧力伝播を抑制している。これにより、燃料ノズルヘッダの圧力変動がもたらす燃料の流量変動が抑制される。流量変動が抑制されることで、燃料ノズルヘッダの圧力変動が抑制される結果、燃焼振動が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１５４５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ガスタービンにおいては、燃料が燃焼する際にガスタービン燃焼器内で燃焼振動が発生することがある。燃焼振動により、高サイクル疲労による損傷が懸念されることから、ガスタービンを安定して運用するためには、燃焼振動を効果的に抑制することが望まれる。一方で、環境保護の観点からガスタービンには更なる低ＮＯｘ化が求められている。そのため、排出ＮＯｘを低減できる予混合燃焼器が多く採用されているが、予混合燃焼器は燃焼振動が拡散燃焼器に比べて発生しやすい傾向にある。
【０００７】
特許文献１の予混合燃焼器における燃焼振動の低減には、燃料ノズル部のオリフィス内径を縮小し、燃料ノズル前後の差圧を高めることが有効である。しかしながら、燃料ノズル部のオリフィス内径を縮小すると、燃料供給系統に紛れ込んだダスト等による燃料ノズル部の閉塞が懸念される。これに対し、特許文献１には、低ＮＯｘ燃焼と燃焼振動の低減を兼ね備えた燃焼器に関する技術が開示されているが、燃料ノズル部の閉塞を抑制する技術について何等開示されていない。
【０００８】
本発明の目的は、予混合燃焼方式のマルチバーナを搭載したガスタービン燃焼器において、低ＮＯｘ燃焼と燃焼振動の低減を両立しながら、燃料ノズル部の閉塞を抑制可能な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】
【０００９】
本発明の燃焼器は、燃料と空気とを混合して燃焼して燃焼ガスを生成する燃焼室と、前記燃焼室の上流側に位置し空気を供給する複数の空気孔を形成した空気孔プレートと、前記空気孔プレートに形成した複数の空気孔に向かって燃料を噴射する複数の燃料ノズルとを備え、前記空気孔の一つと前記燃料ノズルの一つとが対となるように前記燃料ノズルの下流側の位置に前記空気孔が配設されており、対となった複数の前記燃料ノズルと複数の前記空気孔とから構成されるバーナを複数備え、複数の前記バーナは、前記燃焼室の軸中心に同心円状に前記燃料ノズルを複数列配置した中央バーナと、前記中央バーナの周囲に同心円状に前記燃料ノズルを複数列配置した複数の外側バーナとから構成され、前記中央バーナを構成する前記燃料ノズルの上流には、燃料を分配して供給する中央バーナ燃料ノズルヘッダを備え、前記中央バーナ燃料ノズルヘッダには中央バーナ燃料供給系統が配設され、前記外側バーナを構成する前記燃料ノズルの上流には、前記外側バーナの最内周となる１列目の前記燃料ノズルに燃料を分配する外側バーナ１列目燃料ノズルヘッダと、前記外側バーナの２列目以降の各列に配設された前記燃料ノズルに燃料を分配する複数の外側バーナ外周燃料ノズルヘッダとを備え、前記外側バーナ１列目燃料ノズルヘッダには外側バーナ１列目燃料供給系統が配設され、前記複数の外側バーナ外周燃料ノズルヘッダには、それぞれ外側バーナ外周燃料供給系統が配設され、前記複数の外側バーナ外周燃料ノズルヘッダの入口にはそれぞれオリフィスが設けられ、複数の前記オリフィスの上流部に複数の前記外側バーナ外周燃料供給系統を合流させる合流部を有し、前記合流部の上流部に燃料流量調節弁を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、予混合燃焼方式のマルチバーナを搭載したガスタービン燃焼器において、低ＮＯｘ燃焼と燃焼振動の低減を両立しながら、燃料ノズル部の閉塞を抑制可能なガスタービン燃焼器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１に係る燃焼器の燃料供給系統及びバーナ部分を示す部分構造図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢示図である。
【図３】実施例１の燃焼器が適用されるガスタービンプラントの概略系統図である。
【図４】実施例２に係る燃焼器の燃料供給系統及びバーナ部分を示す部分構造図である。
【図５】図４のＡ−Ａ矢示図である。
【図６】実施例３となる図４のＡ−Ａ矢示図である。
【図７】実施例４に係る燃焼器の燃料供給系統及びバーナ部分を示す部分構造図である。
【図８】図７のＡ−Ａ矢示図である。
【図９】実施例５となる図７のＡ−Ａ矢示図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施例であるガスタービン燃焼器について以下に説明する。
【００１３】
（実施例１）
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〜図５を用いて説明する。
【００１４】
図３に示したガスタービンプラント９において、発電用ガスタービンは、吸い込み空気１５を加圧して高圧空気１６を生成する圧縮機１と、圧縮機１で生成した高圧空気１６と燃料供給系統５０からのガス燃料とを混合して燃焼させて高温燃焼ガス１８を生成するガスタービン燃焼器２と、ガスタービン燃焼器２で生成した高温燃焼ガス１８によって駆動されるタービン３と、タービン３の駆動によって回転され電力を発生させる発電機８と、圧縮機１、タービン３及び発電機８を一体に連結するシャフト７によって構成されている。
【００１５】
そして、ガスタービン燃焼器２は、ケーシング４の内部に格納されている。また、ガスタービン燃焼器２は、その頭部に複数の燃料ノズル２５で構成されたマルチバーナ６を備え、このマルチバーナ６の下流側となるガスタービン燃焼器２の内部に、高圧空気と燃焼ガスとを隔てる概略円筒状の燃焼器ライナ１０を備えている。燃焼器ライナ１０の内部には、高圧空気１６とガス燃料とを混合して燃焼させて高温燃焼ガス１８を生成する燃焼室５が形成されている。
【００１６】
この燃焼器ライナ１０の外周には高圧空気を流下させるために、空気流路を形成する外周壁である概略円筒状のフロースリーブ１１が配設されており、フロースリーブ１１の直径は燃焼器ライナ１０の直径よりも大径に形成されて、この燃焼器ライナ１０に対してほぼ同心円の円筒状となるように配設されている。燃焼器ライナ１０の下流側には、燃焼室５で発生した高温燃焼ガス１８をタービン３に導くための尾筒内筒１２が配設されている。また、この尾筒内筒１２の外周側の位置となるフロースリーブ１１の下流側には、尾筒外筒１３が配設されている。
【００１７】
吸い込み空気１５は、圧縮機１によって圧縮された後に高圧空気１６となる。高圧空気１６は、ケーシング４内に充満した後、尾筒内筒１２と尾筒外筒１３の間の空間に流入し、尾筒内筒１０を外壁面から対流冷却する。さらにこの高圧空気１６は、フロースリーブ１１と燃焼器ライナ１０との間に形成された環状の流路を通ってガスタービン燃焼器２の頭部に向かって流れる。高圧空気１６は流れる途中で、燃焼器ライナ１０の対流冷却に使用される。
【００１８】
また、高圧空気１６の一部は、燃焼器ライナ１０に設けられた複数の冷却孔から燃焼器ライナ１０内へ流入し、燃焼器ライナ１０のフィルム冷却に使用される。この高圧空気１６のうち、燃焼器ライナ１０のフィルム冷却に使用されなかった残りの燃焼用空気１７は、燃焼室５の上流側壁面に位置する空気孔プレート３１に設けられた複数の空気孔３２から燃焼室５に流入する。
【００１９】
複数の空気孔３２から燃焼器ライナ１０に流入した燃焼用空気１７は、複数の燃料ノズル２５から噴出される燃料とともに、燃焼器ライナ１０の内部の燃焼室５で燃焼して高温燃焼ガス１８を生成する。高温燃焼ガス１８は、尾筒内筒１２を通じてタービン３に供給され、タービン３を駆動した後にタービン３から排出されて排気ガス１９となる。タービン３で得られた駆動力は、シャフト７を通じて圧縮機１及び発電機８に伝えられる。タービン３で得られた駆動力は、圧縮機１による高圧空気の生成と、発電機８よる電力の発生に利用される。
【００２０】
複数の燃料ノズル２５で構成されたマルチバーナ６には、燃料供給系統５０からのガス燃料を供給する燃料供給系統５１〜５３の３つの燃料供給系統が配設されている。燃料供給系統５１〜５３には燃料流量調節弁６１〜６３がそれぞれ備えられており、図示しない制御装置からの制御信号に基づいて弁開度を操作することによってそれぞれのガス燃料の流量が調節され、ガスタービンプラント９の発電量が制御される。また、燃料流量調節弁６１〜６３の上流には、ガス燃料の供給を遮断するための燃料遮断弁６０が備えられている。
【００２１】
次に、図１に本実施例のマルチバーナ６の側断面図及び燃料供給系統を示す。
【００２２】
本実施例のマルチバーナ６は、円盤状の空気孔プレート３１の中心（燃焼室の軸中心）に配置された１個の中央バーナ３３と、中央バーナ３３の外周側に配置された６個の外側バーナ３７とから構成されている。
【００２３】
中央バーナ３３及び外側バーナ３７には、これらを構成する複数の燃料ノズル２５ａ〜２５ｄが設置されている。具体的には、中央バーナの燃料ノズルを構成する燃料ノズル２５ａと、外側バーナ３７の同心円状に３列配置された燃料ノズルのうち１列目（最内周列）を構成する燃料ノズル２５ｂと、２列目を構成する燃料ノズル２５ｃと、３列目（最外周列）を構成する燃料ノズル２５ｄが設置されている。
【００２４】
更に燃料ノズル２５ａ〜２５ｄの上流側には、ガス燃料を燃料ノズル２５ａに分配する燃料ノズルヘッダ２３ａと、燃料ノズル２５ｂに分配する燃料ノズルヘッダ２３ｂと、燃料ノズル２５ｃに分配する燃料ノズルヘッダ２３ｃと、燃料ノズル２５ｄに分配する燃料ノズルヘッダ２３ｄが設置されている。
【００２５】
また、１個の中央バーナ３３、及び中央バーナ３３の周囲に設置された６個の外側バーナ３７にそれぞれ設置された複数の燃料ノズル２５ａ〜２５ｄと１対１に対応して形成した複数の空気孔３２を備えた空気孔プレート３１が燃焼器ライナ１０の端面に設置されている。
【００２６】
即ち、中央バーナ３３に対応した領域の空気孔プレート３１には複数の空気孔３２と複数の燃料ノズル２５ａとが対となって同心円状に３列配置されている。同様に、６個の外側バーナ３７に対応した領域の空気孔プレート３１の６ケ所にも、複数の空気孔３２と複数の燃料ノズル２５ｂ〜２５ｄとが対となって同心円状に３列配置されている。
【００２７】
空気孔プレート３１に形成した複数の空気孔３２により、中央バーナ３３及び外側バーナ３７の各バーナの下流となるガスタービン燃焼器２の燃焼室５内に、ガス燃料と空気の混合気の流れである旋回流４０を形成する。そして、この旋回流４０によって生じた循環流４１によって、ガスタービン燃焼器２の燃焼室５内でガス燃料が燃焼して形成された火炎４２を保炎している。
【００２８】
次に、図２に燃料ノズルヘッダ２３の断面図を示すが、燃料ノズルヘッダ２３ａに配設される燃料供給系統５１及び燃料ノズルヘッダ２３ｂに配設される燃料供給系統５２は図示せず、燃料ノズルヘッダ２３ｃ及び燃料ノズルヘッダ２３ｄに接続される燃料供給系統５３のみ図示する。
【００２９】
本実施例では、６個の外側バーナ３７は、複数の燃料ノズル２５ｂ、燃料ノズル２５ｃ、燃料ノズル２５ｄによってそれぞれ構成されている。
【００３０】
燃料ノズル２５ｂには、燃料ノズルヘッダ２３ｂを介して、燃料供給系統５２が配設されている。また、燃料ノズル２５ｃには、燃料ノズルヘッダ２３ｃを介して、燃料供給系統５３が配設されており、燃料ノズルヘッダ２３ｃの入口にオリフィス２６が配設されている。同様に、燃料ノズル２５ｄにも、燃料ノズルヘッダ２３ｄを介して、燃料供給系統５３が配設されており、燃料ノズルヘッダ２３ｄの入口にオリフィス２６が配設されている。
【００３１】
そして、燃料供給系統５３は、燃料ノズルヘッダ２３ｃ、２３ｄの入口に配設されたオリフィス２６の上流部で合流しており、この合流部の上流部に燃料流量調節弁６３を備えている。
【００３２】
中央バーナ３３は、複数の燃料ノズル２５ａによって構成されており、これらの燃料ノズル２５ａに対して燃料を供給する燃料供給系統５１が、燃料ノズルヘッダ２３ａを介して接続されている。
【００３３】
次に、燃焼振動の発生メカニズムと、本実施例における燃焼振動の抑制方法について説明する。
【００３４】
図１に示す火炎４２は、ガス燃料と空気の未燃混合気の流速と火炎が伝播する速度がつり合う位置に形成される。しかし、燃焼室５内では、複数の噴流により旋回流が形成された複雑な乱流場となっているため、火炎面が変動している。本実施例ではＮＯｘ排出量を低減するために円錐状の火炎を形成し、予混合距離を拡大している。そのため、バーナの軸方向への火炎面の変動が大きくなりやすく、特にバーナの外周側において火炎面の変動が顕著となる。火炎４２が軸方向に変動すると圧力変動が生じ、この圧力変動が上流側の燃料供給系統に伝播する。燃料流量は、燃料供給系統と燃料ノズル噴出部の差圧によって変化する。
【００３５】
したがって、火炎面の変動により、燃料ノズル噴出部の圧力が変動すれば、燃料供給系統と燃料ノズル噴出部の差圧が変動し、燃料流量が変動する。燃料流量が変動することにより、空気孔３２を通過する混合気の燃空比が変動する。混合気の燃空比が変動することで火炎４２の燃焼速度が変化するため、未燃混合気の流速と火炎が伝播する速度がつり合う位置が変化し、火炎の位置は更に変動する。これによりフィードバックループが形成され、燃焼振動が発生すると考えられている。
【００３６】
そこで、本実施例においては、燃料ノズル２５ｃに燃料を分配する燃料ノズルヘッダ２３ｃの入口部分と、燃料ノズル２５ｄに燃料を分配する燃料ノズルヘッダ２３ｄの入口部分とにオリフィス２６を設けている。燃料ノズルヘッダ２３ｃ、２３ｄの入口部分に圧力損失を与えることで、燃料供給系統と燃料ノズル噴出部の差圧を十分に大きく取っている。
【００３７】
本構成により、燃料供給系統と燃料ノズル噴出部の差圧の変動に対する火炎面の変動による影響が相対的に小さくなり、結果として燃料の流量変動を小さくすることができる。また、燃料ノズルヘッダ２３ｃと燃料ノズルヘッダ２３ｄは独立しており、各々の燃料入口にオリフィス２６を備えている。そのため、燃料ノズル２５ｃで生じた圧力変動は燃料ノズルヘッダ２３ｄに伝播されず、燃料ノズル２５ｄの燃料流量に影響を与えないため、燃焼振動の発生を抑制できる。同様に、燃料ノズル２５ｄで生じた圧力変動は燃料ノズルヘッダ２３ｃに伝播されず、燃料ノズル２５ｃの燃料流量に影響を与えないため、燃焼振動の発生を抑制できる。
【００３８】
また、別の燃焼振動の様式として、周状に６個設置した外側バーナ３７において、周方向に隣接した外側バーナ３７に圧力変動が順々に伝播することで、周方向に回転しながら発振する燃焼振動が発生することがある。
【００３９】
上記の燃焼振動に対し、本実施例では、燃料ノズルヘッダ２３ｃと燃料ノズルヘッダ２３ｄが、各々の外側バーナ３７において独立しており、各々の燃料入口にオリフィス２６を備えている。そのため、任意の外側バーナ３７における燃料ノズル２５ｃ、或いは燃料ノズル２５ｄで生じた圧力変動は、周状に隣接した外側バーナ３７における燃料ノズルヘッダ２３ｃ及び、燃料ノズルヘッダ２３ｄに伝播されず、周状に隣接した外側バーナ３７の燃料ノズル２５ｃ及び、燃料ノズル２５ｄの燃料流量に影響を与えないため、周方向に回転しながら発振する燃焼振動を抑制することができる。
【００４０】
また、個別の燃料ノズルにオリフィスを設ける場合は、個別の燃料ノズルを流れる燃料流量に対して十分な差圧をとる必要があったため、オリフィスの径が小さくなり、ダスト等の混入に起因した閉塞が生じる恐れがあった。これに対し、本実施例において、燃料ヘッダの入口に設けられたオリフィス２６は、燃料ノズル複数本分の燃料流量に対する差圧を確保すれば良いため、個別の燃料ノズルにオリフィスを設ける場合よりも大きなオリフィス径で燃焼振動を抑制する事が可能となる。
【００４１】
即ち、本実施例によれば、予混合燃焼方式のマルチバーナを搭載したガスタービン燃焼器において、燃料ノズル部のオリフィスの省略化もしくは、燃料ノズル部のオリフィス内径の縮小幅を最小限化しながら、燃料ノズル前後での燃料の差圧を高められる。これにより、低ＮＯｘ燃焼と燃焼振動の低減を両立しながら、燃料ノズル部の閉塞を抑制可能なガスタービン燃焼器を提供することができる。その結果、燃焼振動に起因するガスタービン燃焼器の高サイクル疲労を抑制または低減できる効果が得られる。
【００４２】
（実施例２）
本発明の第２実施例であるガスタービン燃焼器２について図４及び図５を用いて説明する。なお、本実施例のガスタービン燃焼器２は、図１〜図３に示した第１実施例のガスタービン燃焼器２と基本的な構造及び作用効果は同じであるので、両者に共通した部分の説明は省略し、相違する部分について以下に説明する。
【００４３】
図４に本実施例のマルチバーナ６の側断面図及び燃料供給系統を示す。
【００４４】
本実施例のガスタービン燃焼器２では、中央バーナ３３及び外側バーナ３７には、これらを構成する複数の燃料ノズル２５ａ、２５ｂ、２５ｅ、２５ｆが設置されており、更に燃料ノズ２５ａ、２５ｂ、２５ｅ、２５ｆの上流側に位置し、ガス燃料を燃料ノズル２５ａに分配する燃料ノズルヘッダ２３ａと、燃料ノズル２５ｂに分配する燃料ノズルヘッダ２３ｂと、燃料ノズル２５ｅに分配する燃料ノズルヘッダ２３ｅと、燃料ノズル２５ｆに分配する燃料ノズルヘッダ２３ｆが設置されている。
【００４５】
次に、図５に燃料ノズルヘッダ２３の断面図を示すが、燃料ノズルヘッダ２３ａ及び燃料ノズルヘッダ２３ｂに接続される燃料供給系統は図示せず、燃料ノズルヘッダ２３ｅ及び燃料ノズルヘッダ２３ｆに接続される燃料供給系統のみ図示する。
【００４６】
本実施例のガスタービン燃焼器２では、６個の外側バーナ３７は、複数の燃料ノズル２５ｂと、複数の燃料ノズル２５ｅと、複数の燃料ノズル２５ｆとによってそれぞれ構成されている。
【００４７】
燃料ノズル２５ｂには、燃料ノズルヘッダ２３ｂを介して、燃料供給系統５２が配設されている。また、燃料ノズル２５ｅには、燃料ノズルヘッダ２３ｅを介して、燃料供給系統５３が配設されており、燃料ノズルヘッダ２３ｅの入口にオリフィス２６が配設されている。同様に、燃料ノズル２５ｆにも、燃料ノズルヘッダ２３ｆを介して、燃料供給系統５３が配設されており、燃料ノズルヘッダ２３ｆの入口にオリフィス２６が配設されている。
【００４８】
外側バーナ３７は上流部において、燃料ノズルヘッダ２３ｂと、燃料ノズルヘッダ２３ｂの外周円部分を燃焼器の略半径方向で２分割した一方の燃料ノズルヘッダ２３ｅと、燃料ノズルヘッダ２３ｂの外周円部分を燃焼器の略半径方向で２分割したもう一方の燃料ノズルヘッダ２３ｆとによって群分けされている。
【００４９】
そして、外側バーナ３７を構成する燃料ノズル２５ｂには、燃料ノズルヘッダ２３ｂを介して燃料供給系統５２が接続している。
【００５０】
また、外側バーナ３７に設けられた燃料ノズル２５ｅには燃料ノズルヘッダ２３ｅを介して燃料供給系統５３が接続され、燃料ノズル２５ｆには燃料ノズルヘッダ２３ｆを介して燃料供給系統５３が接続されている。
【００５１】
上記構成によっても実施例１と同様に、低ＮＯｘ燃焼と燃焼振動の低減を両立しながら、燃料ノズル部の閉塞を抑制可能なガスタービン燃焼器を提供することができる。その結果、燃焼振動に起因するガスタービン燃焼器の高サイクル疲労を抑制または低減できる効果が得られる。
【００５２】
更に、本実施例では、燃料ノズルヘッダ２３ｂの外周円部分が、燃料ノズルヘッダ２３ｅと燃料ノズルヘッダ２３ｆとによって略半径方向で２分割され、各々の燃料入口にオリフィス２６を備えている。そのため、燃料ノズルヘッダ２３ｅ及び燃料ノズル２５ｅの系で生じた圧力変動は、燃料ノズルヘッダ２３ｆに伝播されない。その結果、周状に配置された燃料ノズルに対し、順々に圧力が伝播していくことが抑制され、外側バーナ３７単体において、周方向に回転しながら発振する燃焼振動を抑制する効果が得られる。
【００５３】
（実施例３）
本発明の第３実施例であるガスタービン燃焼器２について図６を用いて説明する。
なお、本実施例のガスタービン燃焼器２は、図４及び図５に示した第２実施例のガスタービン燃焼器２と基本的な構造及び作用効果は同じであるので、両者に共通した部分の説明は省略し、相違する部分について以下に説明する。
【００５４】
本実施例では、外側バーナ３７は上流部において、燃料ノズルヘッダ２３ｂと、燃料ノズルヘッダ２３ｂの外周円部分を燃焼器の略周方向で２分割した一方の燃料ノズルヘッダ２３ｅと、燃料ノズルヘッダ２３ｂの外周円部分を燃焼器の略周方向で２分割したもう一方の燃料ノズルヘッダ２３ｆとによって群分けされている。
【００５５】
上記構成によっても実施例１と同様に、低ＮＯｘ燃焼と燃焼振動の低減を両立しながら、燃料ノズル部の閉塞を抑制可能なガスタービン燃焼器を提供することができる。その結果、燃焼振動に起因するガスタービン燃焼器の高サイクル疲労を抑制または低減できる効果が得られる。
【００５６】
また、実施例２と同様に、燃料ノズルヘッダ２３ｅ及び燃料ノズル２５ｅの系で生じた圧力変動は、燃料ノズルヘッダ２３ｆに伝播されない。その結果、周状に配置された燃料ノズルに対し、順々に圧力が伝播していくことが抑制され、外側バーナ３７単体において、周方向に回転しながら発振する燃焼振動を抑制する効果が得られる。
【００５７】
（実施例４）
本発明の第４実施例であるガスタービン燃焼器２について図７及び図８を用いて説明する。なお、本実施例のガスタービン燃焼器２は、図１〜図３に示した第１実施例のガスタービン燃焼器２と基本的な構造及び作用効果は同じであるので、両者に共通した部分の説明は省略し、相違する部分について以下に説明する。
【００５８】
図７に本実施例のガスタービン燃焼器２におけるマルチバーナ６の側断面図及び燃料供給系統を示す。
【００５９】
本実施例では、中央バーナ３３及び外側バーナ３７には、これらを構成する複数の燃料ノズル２５ａ、２５ｂ、２５ｇが設置されており、更に燃料ノズル２５ａ、２５ｂ、２５ｇの上流側に位置し、ガス燃料を燃料ノズル２５ａに分配する燃料ノズルヘッダ２３ａと、燃料ノズル２５ｂに分配する燃料ノズルヘッダ２３ｂと、燃料ノズル２５ｇに分配する燃料ノズルヘッダ２３ｇが設置されている。
【００６０】
次に、図８に燃料ノズルヘッダ２３の断面図を示すが、燃料ノズルヘッダ２３ａ及び燃料ノズルヘッダ２３ｂに接続される燃料供給系統は図示せず、燃料ノズルヘッダ２３ｇに接続される燃料供給系統のみ図示する。
【００６１】
本実施例では、６個の外側バーナ３７は、複数の燃料ノズル２５ｂと、複数の燃料ノズル２５ｇとによってそれぞれ構成されている。
【００６２】
燃料ノズル２５ｂには、燃料ノズルヘッダ２３ｂを介して、燃料供給系統５２が配設されている。
【００６３】
また、燃料ノズル２５ｇには、燃料ノズルヘッダ２３ｇを介して、燃料供給系統５３が配設されており、燃料ノズルヘッダ２３ｇの入口にオリフィス２６が配設されている。
【００６４】
本実施例では、隣接する２つの外側バーナ３７の２列目以降の燃料ノズルヘッダを一体化し、燃料ノズルヘッダ２３ｇとしている。
【００６５】
したがって、上記構成によれば、より簡易な燃料系統で低ＮＯｘ燃焼と燃焼振動の低減を両立しながら、燃料ノズル部の閉塞を抑制可能なガスタービン燃焼器を提供することができる。その結果、燃焼振動に起因するガスタービン燃焼器の高サイクル疲労を抑制または低減できる効果が得られる。
【００６６】
（実施例５）
本発明の第５実施例であるガスタービン燃焼器２について図９を用いて説明する。
【００６７】
本実施例では、実施例４の外側バーナ３７の２列目以降の燃料ノズルヘッダを略半径方向で２分割し、隣接する外周バーナ３７同士で前記分割区分を一体化し、燃料ノズルヘッダ２３ｈとしてある。
【００６８】
上記構成では、隣接する燃料ノズルヘッダ２３ｈ同士で圧力変動が伝播されない。その結果、周状に配置された燃料ノズルに対し、順々に圧力が伝播していくことが抑制され、外側バーナ３７単体において、周方向に回転しながら発振する燃焼振動を抑制する効果が得られる。
【００６９】
したがって、上記構成によっても、低ＮＯｘ燃焼と燃焼振動の低減を両立しながら、燃料ノズル部の閉塞を抑制可能なガスタービン燃焼器を提供することができる。その結果、燃焼振動に起因するガスタービン燃焼器の高サイクル疲労を抑制または低減できる効果が得られる。
【符号の説明】
【００７０】
１：圧縮機、２：ガスタービン燃焼器、３：タービン、４：ケーシング、５：燃焼室、６：マルチバーナ、７：シャフト、８：発電機、９：ガスタービンプラント、１０：燃焼器ライナ、１１：フロースリーブ、１２：尾筒内筒、１３：尾筒外筒、１５：吸い込み空気、１６：高圧空気、１７：燃焼用空気、１８：高温燃焼ガス、１９：排気ガス、２３、２３ａ〜２３ｈ：燃料ノズルヘッダ、２５、２５ａ〜２５ｇ：燃料ノズル、２６：オリフィス、３１：空気孔プレート、３２：空気孔、３３：中央バーナ、３７、３７ａ、３７ｂ：外側バーナ、４０：旋回流、４１：循環流、４２：火炎、５０〜５３：燃料供給系統、６０：燃料遮断弁、６１〜６３：燃料流量調節弁、
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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