(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器内筒の上流端中心部にパイロットノズルを軸方向に配置し、該パイロットノズルの周囲に複数の燃料噴射穴を穿設した単一の円環状の予混合ノズルを、該パイロットノズルを取り囲むように形成すると共に、該予混合ノズルの下流に環状の予混合燃焼室を連設したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項２】
前記単一の円環状の予混合ノズルに環状のスワーラを併設したことを特徴とする請求項１記載のガスタービン燃焼器。
【請求項３】
前記単一の円環状の予混合ノズルにガス燃料ノズルと液体燃料ノズルとを一体に形成し、これら各燃料ノズルに穿設した複数の燃料噴射穴にそれぞれ円周方向傾斜角を持たせたことを特徴とする請求項２記載のガスタービン燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ガスタービン燃焼器、特に発生ＮＯｘを極低値に抑える予混合式のガスタービン燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発生ＮＯｘを極低値に抑えるガスタービン燃焼器として予混合式のものがあり、その一例として図３、図４に示すようなものが最近開発されている。図３はこの予混合式低ＮＯｘガスタービン燃焼器のノズル部分を示す正面図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【０００３】
このガスタービン燃焼器は、図３に示すように、１本のパイロットノズルと、このパイロットノズル１を中心とした直径ｄのピッチ円上に等間隔に配置した例えば４本を１組とした第１の群のメインノズル２と、パイロットノズル１を中心とした直径Ｄ（ただしＤ＞ｄ）のピッチ円上に等間隔に配置した例えば４本を１組とした第２の群のメインノズル３とから成る燃焼ノズルを備えており、これらは図示しない燃焼器ケーシング内に設けられた内筒４の上流端に設置されて、燃焼領域を共用している。
【０００４】
上記したパイロットノズル１は内筒４の中心部に軸方向に配置されていて、保炎に使われるもので、図４に詳細を示すように、中央に液体燃料を噴射する液体燃料ノズル５が設けられ、その周りに噴霧空気を噴出させる噴霧空気ノズル６、さらにガス燃料噴射穴７Ａを有する予混合パイロットガスノズル７が設けられている。そして、この予混合パイロットガスノズル７の外側には、燃焼用空気の循環流を拡大して保炎を確実にするためのスワーラ８が設けられている。
【０００５】
一方、第１の群のメインノズル２は、上流側に位置していて、中央に液体燃料を噴射する液体燃料ノズル９が設けられ、その周りにガス燃料噴射穴１０Ａを有する予混合メインガスノズル１０が設けられている。また、第２の群のメインノズル３は、第１の群のメインノズル２の先端よりも軸方向に距離ｌだけ下流側に位置している。そして、中央に液体燃料を噴射する液体燃料ノズル１１が設けられ、その周りにガス燃料噴射穴１２Ａを有する予混合メインガスノズル１２が設けられている。
【０００６】
次に、作用について説明する。先ず、パイロットノズル１を点火してこれを火種とする。このパイロットノズル１からの燃料は、拡散燃焼を行い、予混合火炎の保炎器として作用する。そして、起動からほぼ１／２負荷までの間は、パイロットノズル１のすぐ外側に配置されている第１の群のメインノズル２だけを使用するものとし、第２の群のメインノズル３には液体燃料やガス燃料を供給しない。ただし、この時、第２の群のメインノズル３からは空気だけが噴き出している。そして、１／２負荷から全負荷までは、第１の群のメインノズル２に加えて、第２の群のメインノズル３も使用するようにする。この場合、第１の群のメインノズル２は第２の群のメインノズル３の火種となる。
【０００７】
すなわち、各群のメインノズル２，３において、燃料は空気と混合して予混合燃焼を行うが、負荷に対応して使用するメインノズル群を加減できるので、予混合気が稀薄になることはない。また、各群のメインノズル２，３は軸方向の位置やピッチ円の直径が異なるため、使用していないメインノズル群があったとしても、使用中のメインノズル群の予混合炎が隣接する未使用のメインノズル群の空気流で冷やされることはなく、失火の恐れもない。
【０００８】
なお、各群のメインノズル２，３において、液体燃料ノズル９，１１から噴射される液体燃料は、予混合メインガスノズル１０，１２から噴射されるガス燃料によって微粒化され、ガス燃料を使用しないときには空気によって、液体燃料が微粒化されるものである。また、パイロットノズル１の液体燃料の微粒化は、噴霧空気ノズル６から噴射される噴霧空気によって行われる。
【０００９】
【発明が解決使用とする課題】
ところで、予混合式低ＮＯｘガスタービン燃焼器にあっては、一般に、それぞれの燃料ノズル外周部に旋回流を作るための直径の大きなスワーラを必要とする。このため、スワーラ設置スペースの限界から、燃焼器内筒の径に対して燃料ノズルの数に制限があり、燃料ノズルを増やすためには燃焼器内筒の径を大きくしなければならなかった。この問題は、特に、図３、図４に示したようなガス燃料と液体燃料とのデュアルフュエルノズル（２重燃料ノズル）の場合、著しかった。
【００１０】
また、燃焼器内筒の内部で燃焼に関与しないデッドゾーンが発生し、供給酸素の不足からＣＯが発生し易いこと、及び構造が複雑でコストが高く、また焼損し易くて保守費が高くなるという問題があった。
【００１１】
本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたもので、燃焼器内筒内のスペースを有効に使用でき、燃料噴射穴の数を増やして燃焼に関与しないデッドゾーンをなくし、かつコスト及び保守費が安いガスタービン燃焼器を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、予混合式のガスタービン燃焼器において、燃焼器内筒の上流端中心部にパイロットノズルを軸方向に配置し、該パイロットノズルの周囲に複数の燃料噴射穴を穿設した単一の円環状の予混合ノズルを、該パイロットノズルを取り囲むように形成すると共に、該予混合ノズルの下流に環状の予混合燃焼室を連設したものである。
【００１３】
【作用】
上記の手段によれば、複数の燃料噴射穴を穿設した単一の円環状の予混合ノズルと環状の予混合燃焼室との組合せにより、燃焼器内筒内のスペースを有効に使用し、燃焼噴射穴の数を増やして燃焼に関与しないデッドゾーンをなくし、ＣＯの発生をなくすことができ、また構造が簡単なので、コスト及び保守費を安くすることができる。
【００１４】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について詳細に説明する。図１は、本実施例に係るガスタービン燃焼器を示す要部の断面図である。
【００１５】
図１において、パイロットノズル１がガスタービン燃焼器の内筒４の上流端中心部に軸方向に配置されている。このパイロットノズル１は、図３、図４に示したものと同一であって、中央に液体燃料を噴射する液体燃料ノズル５が設けられ、その周りに噴霧空気を噴出させる噴霧空気ノズル６、さらにガス燃料噴射穴７Ａを有する予混合パイロットガスノズル７が設けられている。また、この予混合パイロットガスノズル７の外側には、燃焼用空気の循環流を拡大して保炎を確実にするためのスワーラ８が設けられている。
【００１６】
そして、本実施例によれば、２層の予混合ノズル２１Ａ，２１Ｂが配置されているが、一方の予混合ノズル２１Ａはパイロットノズル１の先端周囲に、このパイロットノズルを取り囲むように単一の円環状に形成され、他方の予混合ノズル２１Ｂはこの予混合ノズル２１Ａの先端よりも軸方向に距離ｌだけ下流側に位置して、パイロットノズルを取り囲むように単一の円環状に形成されている。また、各単一の円環状の予混合ノズル２１Ａ，２１Ｂの下流には、それぞれ、環状の予混合燃焼室２２Ａ，２２Ｂが連設されている。更に、各単一の円環状の予混合ノズル２１Ａ，２１Ｂの内側には、それぞれ、環状のスワーラ２３Ａ，２３Ｂが併設されている。
【００１７】
上記した単一の円環状の予混合ノズル２１Ａと２１Ｂとは同一の構造であって、それぞれ、ガス燃料ノズル２４Ａ，２４Ｂと液体燃料ノズル２５Ａ，２５Ｂとが仕切壁２６Ａ，２６Ｂを介して一体に形成され、かつ各ガス燃料ノズル２４Ａ，２４Ｂには複数のガス燃料噴射穴２７Ａ，２７Ｂが、また各液体燃料ノズル２５Ａ，２５Ｂには複数の液体燃料噴射穴２８Ａ，２８Ｂがそれぞれ穿設されている。
【００１８】
この場合、本実施例によれば、各液体燃料噴射穴２８Ａ，２８Ｂは円周方向へ傾斜されている。その理由は、図２に示すように、液体燃料噴射穴２８’を軸方向に設定すると、液体燃料の周方向への分散が空気の混合のみに依存するためあまり良好にならないので、液体燃料噴射穴２８（２８Ａ，２８Ｂ）を円周方向へ傾斜させることにより、液体燃料の周方向への分散を良好にすることにある。また、同様な理由から、ガス燃料噴射穴２７Ａ，２７Ｂも円周方向へ傾斜されているが、より好適には図示するようにほぼ半径方向へ傾斜させて、ガス燃料と空気の流れをほぼ直交させるか、又はガス燃料を少し上流側に噴射させるようにして、空気とガス燃料との混合を促進させることがきる。
【００１９】
なお、図１において、２９はガスタービン燃焼器の外筒である。
【００２０】
以上述べた構成のガスタービン燃焼器によれば、それぞれ単一の円環状の予混合ノズル２１Ａ，２１Ｂ、環状の予混合燃焼室２２Ａ，２２Ｂ及び環状のスワーラ２３Ａ，２３Ｂの組合せにより内筒４内スペースが効率的に使われ、燃焼噴射穴の数が増えて燃焼に関与しないデッドゾーンもなくなり、ＣＯが発生しなくなる。また、部分負荷時には内周層の予混合ノズル２１Ａを使用し、定格負荷時には内、外周層の予混合ノズル２１Ａ，２１Ｂのすべてを使用することにより、全負荷にわたって安定した低ＮＯｘ稀薄燃焼が行われ、特に図１に示したようなデュアルフュエル焚きの場合効果が大きい。更に、従来のマルチバーナに比べて、構造が簡単で、コスト及び保守費が安い。そして、単一の円環状の予混合ノズル２１Ａ，２１Ｂから噴出するガス及び液体燃料はスワールを有し、空気との混合が促進される。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、予混合式のガスタービン燃焼器において、燃焼器内筒の上流端中心部にパイロットノズルを軸方向に配置し、該パイロットノズルの周囲に複数の燃料噴射穴を穿設した単一の円環状の予混合ノズルを、該パイロットノズルを取り囲むように形成すると共に、該予混合ノズルの下流に環状の予混合燃焼室を連設し、円環状の予混合と環状の予混合燃焼室との組合せにより、燃焼器内筒内のスペースを有効に使用し、燃料噴射穴の数を増やして燃焼に関与しないデッドゾーンをなくし、ＣＯの発生をなくすことができ、また構造が簡単なので、コスト及び保守費を安くすることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガスタービン燃焼器の一実施例を示す要部の断面図である。
【図２】本実施例中の液体燃料噴射穴の作用を説明するための図である。
【図３】従来のガスタービン燃焼器の一例を示すノズル部分の正面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【符号の説明】
１    パイロットノズル
４    内筒
２１Ａ，２１Ｂ  予混合ノズル
２２Ａ，２２Ｂ  予混合燃焼室
２３Ａ，２３Ｂ  スワーラ
２４Ａ，２４Ｂ  ガス燃料ノズル
２５Ａ，２５Ｂ  液体燃料ノズル
２６Ａ，２６Ｂ  仕切壁
２７Ａ，２７Ｂ  ガス燃料噴射穴
２８Ａ，２８Ｂ  液体燃料噴射穴
２９    外筒
【図１】
0003581372.tif 000002
【図２】
0003581372.tif 000003
【図３】
0003581372.tif 000004
【図４】
0003581372.tif 000005