(57)【要約】【課題】ガスタービン用の燃焼器（１２６）を提供する。【解決手段】本燃焼器（１２６）は、燃焼チャンバと、単一の中心ノズル（１１４）を囲む複数の半径方向外側ノズル（４４）とを含み、半径方向外側ノズル（４４）は、燃焼チャンバにガス燃料のみを供給するように構成され、また中心ノズル（１１４）は、燃焼チャンバにガス及び液体燃料の両方を供給するように構成される。外側ノズル（４４）は、ほぼ７２度間隔で配置される。また、燃焼チャンバに拡散ガス及び予混合ガスのみを供給するようになった通路が形成されている。【選択図】      図４
2006112776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン用の燃焼器であって、
燃焼チャンバと、
単一の中心ノズルを囲む複数の半径方向外側ノズルと、を含み、
前記半径方向外側ノズルが、前記燃焼チャンバにガス燃料のみを供給するように構成され、
前記中心ノズルが、前記燃焼チャンバにガス及び液体燃料の両方を供給するように構成されている、
燃焼器。
【請求項２】
前記複数の半径方向外側ノズルが、ほぼ７２度間隔で配置された５つの半径方向外側ノズルを含む、請求項１記載の燃焼器。
【請求項３】
各ガス専用半径方向外側ノズルには、前記燃焼チャンバに拡散ガス及び予混合ガスのみを供給するようになった通路が形成されている、請求項１記載の燃焼器。
【請求項４】
前記二元燃料ノズルには、少なくとも１つの予混合ガス通路、液体燃料通路、霧化空気通路、ＮＯｘ水通路及びカーテン空気通路が形成されている、請求項１記載の燃焼器。
【請求項５】
前記二元燃料中心ノズルには、前記燃焼チャンバに予混合ガス燃料及び拡散液体燃料を供給するようになった通路が形成されている、請求項３記載の燃焼器。
【請求項６】
前記二元燃料ノズルには、少なくとも１つの予混合ガス通路、液体燃料通路、霧化空気通路及びＮＯｘ水通路が形成されている、請求項３記載の燃焼器。
【請求項７】
前記二元燃料ノズルには、少なくとも１つの予混合ガス通路、液体燃料通路、霧化空気通路、ＮＯｘ水通路及びカーテン空気通路が形成されている、請求項３記載の燃焼器。
【請求項８】
ガスタービン用の燃焼器であって、
単一の二元燃料中心ノズルを囲む複数のガス専用半径方向外側ノズルを含み、
各ガス専用半径方向外側ノズルには、拡散ガス及び予混合ガスのみを供給するようになった通路が形成され、
前記二元燃料中心ノズルには、前記燃焼チャンバに予混合ガス燃料及び拡散液体燃料を供給するようになった通路が形成されている、
燃焼器。
【請求項９】
各々が単一の中心ノズルを囲む複数の半径方向外側ノズルを含む低ＮＯｘ燃焼器をガスタービン内で作動させる方法であって、
前記半径方向外側ノズルのみが燃料供給される第１の拡散モードで前記燃焼器を作動させる段階と、
前記半径方向外側ノズルに拡散ガスが供給されかつ前記半径方向外側ノズル及び中心ノズルに予混合ガスが供給される第２のパイロット予混合モードで前記燃焼器を作動させる段階と、
前記半径方向外側ノズル及び中心ノズルに予混合ガスが供給される第３の予混合モードで前記燃焼器を作動させる段階と、
前記中心ノズルに液体燃料が供給される第４の液体燃料モードで前記燃焼器を作動させる段階と、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはガスタービン機械に関し、具体的には、陸上設置型発電ガスタービンに使用するための、外側ノズルによって囲まれた中心ノズルを有する多ノズル式二元燃料カン型燃焼器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービンは一般的に、圧縮機、１つ又はそれ以上の燃焼器、燃料噴射システム及び多段タービンセクションを含む。典型的には、圧縮機は、入口空気を加圧し、加圧された空気は次に、方向転換しすなわち燃焼器に向かって逆方向に流れ、燃焼器において、加圧空気は燃焼器を冷却し、また燃焼過程に空気を供給するために使用される。幾つかの多燃焼器タービンでは、燃焼器自体は、一般的に「カン−アニュラ型」配列と呼ばれるようなタービンロータ周りの円形配列の形態で設置され、移行ダクトが燃焼ガスを燃焼器の各々からタービンセクションの第１段に送給する。
【０００３】
より具体的には、典型的なガスタービン構成では、各燃焼器は、タービンケーシングに固定されたほぼ円筒形の燃焼器ケーシングを含む。各燃焼器はまた、内側流れスリーブと流れスリーブ内にほぼ同心に配置された燃焼器ライナとを含む。流れスリーブ及び燃焼器ライナの両方は、それらの下流端部における二重壁移行ダクトとそれらの上流端部における燃焼器ライナキャップ組立体との間で延びる。移行ダクトの外壁及び流れスリーブの一部分には、それらのそれぞれの表面の大部分にわたって空気供給孔が設けられ、それによって、圧縮機空気が移行部品の内壁及び外壁間並びに燃焼器ライナ及び流れスリーブ間の半径方向空間に流入し、また燃焼器の上流部分に向かって逆方向に流れてその上流部分で空気流がキャップを通って再び逆方向に燃焼器内に流れることを可能にする。
【０００４】
乾式低ＮＯｘ（ＤＬＮ）ガスタービンは、典型的には液体及びガス燃料の両方の能力を有する二元燃料燃焼器を使用する。１つの普通の配置は、二元燃料中心ノズルを囲む４つの二元燃料ノズルを含む。しかしながら、液体燃料、霧化空気、希釈水、拡散ガス、予混合ガス及び時には空気カーテン／パージ空気を流すための複合能力は、ノズルを複雑かつ高価にし、また予混合器内に多くの個別の流体通路のための大量の空間を必要とする。さらに、これらのノズル設計をより小型の機械に縮小する場合に、多くの通路の空間要件は、取扱いがますます困難になる。
【０００５】
本出願と同一出願人の特許文献１には、複数の二元燃料外側ノズルによって囲まれたガス専用中心ノズルを備えた配置が開示されている。この構成では、点火は、中心ノズルにおける拡散燃料によるのみであり、近接スパークの不足により、点火の問題を生じる可能性がある。
【特許文献１】特開２００１−２２７７４５号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、３つ又はそれ以上の半径方向外側ノズルによって囲まれた中心ノズルを有する簡略式多ノズル二元燃料「カン−アニュラ型」燃焼器を提供する。中心ノズルは、予混合ガス燃料及び拡散液体燃料を流す能力を有する二元燃料ノズルである。外側ノズルは、ガス専用ノズルであり、予混合ガス燃料及び拡散ガス燃料のみを流す能力を有する。この配置の場合、ノズル内の燃料通路の全数が著しく減少され、作動燃焼器燃料供給モードは、次のもの、すなわち、ガス専用外側ノズルのみが燃料供給されるガス燃料拡散モードと、外側ノズルに拡散ガスが供給されかつ全てのノズルに予混合ガスが供給されるパイロット予混合モードと、全てのノズルに予混合ガスのみが供給される予混合モードと、中心ノズルに液体燃料が供給される液体燃料モードとを含むように簡略化される。
【０００７】
さらに、半径方向外側位置における、従って点火源（スパークプラグ）により近接したガス専用ノズルの場合に、点火がガス専用モードにおいてより容易に達成される。
【０００８】
従って、そのより広い態様では、本発明はガスタービン用の燃焼器に関し、本燃焼器は、燃焼チャンバと、単一の中心ノズルを囲む複数の半径方向外側ノズルとを含み、半径方向外側ノズルは、燃焼チャンバにガス燃料のみを供給するように構成され、また中心ノズルは、燃焼チャンバにガス及び液体燃料の両方を供給するように構成される。
【０００９】
別の態様では、本発明はガスタービン用の燃焼器に関し、本燃焼器は、単一の二元燃料中心ノズルを囲む複数のガス専用半径方向外側ノズルを含み、複数の半径方向外側ノズルは、ほぼ７２度間隔で配置された５つの半径方向外側ノズルを含み、各ガス専用半径方向外側ノズルには、燃焼チャンバに拡散ガス及び予混合ガスのみを供給するようになった通路が形成され、また二元燃料中心ノズルには、燃焼チャンバに予混合ガス燃料及び拡散液体燃料を供給するようになった通路が形成される。
【００１０】
さらに別の態様では、本発明は、各々が単一の中心ノズルを囲む複数の半径方向外側ノズルを含む低ＮＯｘ燃焼器をガスタービン内で作動させる方法に関し、本方法は、半径方向外側ノズルのみが燃料供給される第１の拡散モードで燃焼器を作動させる段階と、半径方向外側ノズルに拡散ガスが供給されかつ半径方向外側ノズル及び中心ノズルに予混合ガスが供給される第２のパイロット予混合モードで燃焼器を作動させる段階と、半径方向外側ノズル及び中心ノズルに予混合ガスのみが供給される第３の予混合モードで燃焼器を作動させる段階と、中心ノズルに液体燃料が供給される第４の液体燃料モードで燃焼器を作動させる段階とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明を末尾に特定した図面に関連させて詳細に説明する。
【００１２】
ガスタービン１０（一部分を示す）は、圧縮機１２（同様に一部分を示す）、複数の燃焼器１４（１つを示す）及びここでは単一のブレード１６によって表したタービンセクションを含む。具体的には示していないが、タービンは、共通軸線に沿って圧縮機１２に駆動結合される。圧縮機１２は、入口空気を加圧し、加圧された空気は次に燃焼器１４に向かって逆方向に流れ、燃焼器において、加圧空気は燃焼器を冷却し、また燃焼過程に空気を供給するために使用される。
【００１３】
上述したように、複数の燃焼器１４は、ガスタービンの軸線の周りにアニュラ型配列の形態で設置される。二重壁移行ダクト１８は、各燃焼器の出口端部をタービンの入口端と結合して、燃焼の高温生成物をタービンに送給する。点火は、様々な燃焼器内において、通常の方法でクロスファイヤ管２２（１つを示す）と組合されたスパークプラグ２０によって達成される。
【００１４】
各燃焼器１４は、ボルト２８によって開放前方端部においてタービンケーシング２６に固定されたほぼ円筒形の燃焼器ケーシング２４を含む。燃焼器ケーシングの後方端部すなわち近位端部は、エンドカバー組立体３０によって閉じられ、エンドカバー組立体３０は、下記でより詳細に説明するように、燃焼器にガス燃料、液体燃料、空気及び水を供給するための供給管、マニホールド及び付属の弁を含む。エンドカバー組立体３０は、燃焼器の長手方向軸線の周りに円形配列の形態で配置された複数の（例えば、３つから６つの）「外側」燃料ノズル組立体３２（便宜上かつ明瞭にする目的で図１には１つのみ示す）と１つの中心ノズルとを受ける。
【００１５】
燃焼器ケーシング２４内には、それとほぼ同心の関係で、その前方端部において二重壁移行ダクト１８の外壁３６に結合したほぼ円筒形の流れスリーブ３４が取付けられる。流れスリーブ３４は、その後方端部において半径方向フランジ３５によって、燃焼器ケーシング２４の前方及び後方セクションを接合した突合せ継手３７における燃焼器ケーシング２４に結合される。
【００１６】
流れスリーブ３４内には、燃焼チャンバ３９を形成する同心に配置された燃焼器ライナ３８が設けられ、この燃焼器ライナ３８は、その前方端部において移行ダクト１８の内壁４０と結合される。燃焼器ライナの後方端部は、燃焼器ライナキャップ組立体４２によって支持され、この燃焼器ライナキャップ組立体４２は次に、複数のストラット及び関連する支持組立体（詳細には図示せず）によって燃焼器ケーシング２４内に支持される。
【００１７】
移行ダクト１８の外壁３６には、開口部４３の配列が設けられ、この開口部の配列により、空気が開口部４３を通って圧縮機１２から逆方向に流れ、燃焼器の上流側端部に向かって流れスリーブ３４と燃焼器ライナ３８との間の環状空間内に流入する（図１に流れ矢印で示すように）のを可能にすることができる。これは、更なる説明を必要としないほどよく知られた配置である。
【００１８】
図２に移ると、本発明の例示的な実施形態により、単一の中心ノズルを囲む半径方向外側ノズルの群の形態で従来型のガス専用ノズル４４を使用することができる。ノズル４４は外側管４６を含み、外側管４６には、後方端部４８において図１に符号３０で示すようなエンドカバー組立体に取付けるのを可能にするフランジ５０が形成される。それに代えて、フランジ５０は、エンドカバー組立体の一部として組込むこともできる。ノズル内に様々な通路を設ける方法及びノズル内部での様々な管の支持構成は、本発明の目的に合わせて当業者が想到する範囲内のものであると思われることが分かるであろう。第１の内側管５２は、外側管４６内に同心に配置されて、環状のカーテン空気供給（又は第１の）通路５６を形成し、圧縮機空気が、管４６の円周方向に配置した孔（図示せず）及びスワーラ５８の固定ベーンの通路（同様に図示せず）を介して管４６内の通路５６に流入する。
【００１９】
第２の半径方向内側管６０は、第１の半径方向内側管５２内で同心にノズルの中心を通って延びる。この配置により、第１及び第２の半径方向内側管間に環状の拡散ガス（又は第２の）通路６２が形成される。拡散ガスは、ボス／フランジ及びエンドカバー組立体上の分配管を通して供給される。第２の半径方向内側管（又は中心管）６０自体が、パージ空気通路６４を形成し、空気が、同様にエンドカバー組立体におけるハードウエアを介して供給される。
【００２０】
予混合（又は第３の）半径方向内側通路６６は管４６内部に位置し、半径方向内側通路６６の前方端部は、スワーラ５８の前方端縁部に隣接して終端する。第２の予混合通路（図示せず）は、半径方向に通路５６及び６６間に形成することができる。予混合ガスは、フランジ５０のコアー孔６７を通ってノズルに流入し、ベーンの側面７０の孔６８を通ってバーナ管７４の環状空間７２内に流出し、環状空間７２において予混合ガスは予混合され、その後燃焼ゾーンに流入する。拡散ガスとカーテン空気とは、管５２の先端に十字穿孔した孔によって混合される。
【００２１】
図３は、同様に公知の構造の二元燃料ノズル７６を示す。ノズルの全体構成は、図２に示したノズルとほぼ同じであるが、ノズルが二元燃料ノズルとして機能するのを可能にする追加の通路を有する。従って、ノズル７６は、エンドカバー組立体内に組込むことができるフランジ８０をその後方すなわち上流端部に有する外側管７８を含む。外側管７８内に同心に配置された第１の内側管８２は、環状のカーテン空気通路８４を形成し、圧縮機空気が、図２に示したノズルに関して上述したのと同じ方法で通路に流入する。
【００２２】
管８２内に同心に配置された第２の内側管８６は、環状の拡散ガス通路８８を形成する。管８６内に同心に配置された第３の内側管９０は、環状の水通路９２を形成する。中心管９４は、環状の霧化空気通路９６を形成すると同時に、中心管９４自体が液体燃料通路９８として働く。ここで今一度言うが、様々な管はエンドカバー組立体内に固定され、これらの様々な管には、他の従来型の方式で適当な燃料又は他の液体（すなわち、空気又は水）が供給される。
【００２３】
予混合ガス通路１００は、管７８内部に形成され、スワーラ１０２（通路８４及び１００間に第２の予混合通路（図示せず）を設ける場合もある）に隣接して終端する。図２に示したノズル４４におけるのと同様に、予混合ガスは、フランジ（又はエンドカバー）８０のコアー孔１０４を通して通路１００内に供給されて、ベーンの側面１０８の孔１０６を通ってバーナ管１１２の環状空間１１０内に流出することができる。
【００２４】
図４は、本発明の例示的な実施形態による改良型二元燃料ノズル１１４を示す。注目すべきことは、図３における拡散ガス通路８８が排除されていることである。従って、改良型ノズル１１４は、エンドカバー組立体内に組込むことができるフランジ１１８をその後方すなわち上流端部に有する外側管１１６を含む。外側管１１６内に同心に配置された第１の内側管１２０は、環状のカーテン空気通路１２２を形成し、圧縮機空気が、図２に示したノズルに関して上述したのと同じ方法でスワーラ１２３を介して通路に流入する。
【００２５】
管１２０内に同心に配置された第２の内側管１２４は、環状の水通路１２６を形成する。中心管１２８は、環状の霧化空気通路１３０を形成すると同時に、中心管１２８自体が液体燃料通路１３２として働く。ここで今一度言うが、様々な管はエンドカバー組立体内に固定され、これらの様々な管には、他の従来型の方式で適当な燃料又は他の液体（すなわち、空気又は水）が供給される。
【００２６】
予混合ガス通路１３４は、管１２０内部に形成され、その他は図３の予混合通路１００と同一にすることができ、予混合ガスは、ベーンの側面１３８の孔１３６を通ってバーナ管１４２の環状空間１４０内に流出する。
【００２７】
図２に示したガス専用ノズル構成と図４に示した改良型二元燃料ノズルとを使用することにより、燃焼器１２６における好ましいノズル配置を図５に示す。具体的には、中心ノズルは、図４に示すように二元燃料ノズル１１４とすることができ、一方、５つの外側ノズル４４は、図２に示すようにガス専用ノズル４４とすることができる。しかしながら、本発明は、図５に示した構成に限定されるものではない。外側ノズルの数は、３つから５つ以上まで変更することができる。
【００２８】
外側ノズル４４によって囲まれた中心ノズル１１４を有する上述の簡略式多ノズル二元燃料カン型燃焼器では、作動燃料供給モードはまた、下記、すなわち、
（１）外側ノズル４４のみが燃料供給される拡散モード
（２）外側ノズル４４には拡散ガスが供給され、また全てのノズル４４及び１１４には予混合ガスが供給されるパイロット予混合モード
（３）全てのノズル４４及び１１４に予混合ガスが供給される予混合モード
（４）中心ノズル１１４のみに液体燃料が供給される液体燃料モード
を含むように簡略化される。
【００２９】
さらに、ガス及び液体燃料間でのモードの移行は、拡散ガスと液体燃料とが同一のノズル内に同時に存在しないことになる点で簡略化される。
【００３０】
本発明を現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して説明してきたが、本発明は開示した実施形態に限定されるのものではなく、反対に、特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等な構成を保護しようとするものであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】公知のガスタービン燃焼器の部分断面図。
【図２】本発明で使用する公知のガスタービンガス専用ノズルの簡略部分概略断面図。
【図３】公知のガスタービン二元燃料ノズルの簡略部分概略断面図。
【図４】本発明で使用する改良型二元燃料ノズルの簡略部分概略断面図。
【図５】本発明の例示的な実施形態による燃焼器の「カン−アニュラ型」配列の概略図。
【符号の説明】
【００３２】
１０  ガスタービン
１２  圧縮機
１４  燃焼器
１６  タービンセクション
１８  二重壁移行ダクト
２０  スパークプラグ
２４  燃焼器ケーシング
３０  エンドカバー組立体
３２  外側燃料ノズル組立体
３４  流れスリーブ
３８  燃焼器ライナ
３９  燃焼チャンバ
１１４  二元燃料ノズル
１１６  外側管
１２０  第１の内側管
１２２  カーテン空気通路
１２３  スワーラ
１２４  第２の内側管
１２６  水通路
１２８  中心管
１３０  霧化空気通路
１３２  液体燃料通路
１３４  予混合ガス通路
１４２  バーナ管
１４０  環状空間
【図１】
2006112776.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2006112776.tif 000006
【図５】
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