(57)【要約】【課題】高反応性燃料を利用するガスタービンエンジン燃焼器において、低ＮＯｘ燃焼を実現しながら、起動時や停止時に未燃ガスの発生を防止する。【解決手段】複数の環状燃料噴射部（２５）を有し、各環状燃料噴射部に多数の燃料噴射孔（２５ａ）が形成されている燃料噴射装置（１５）を備えるガスタービン燃焼器（３）において、複数の環状燃料噴射部（２５）の一部である補助燃料噴射部（２５Ａ）に供給される補助燃料（ＡＦ）を燃料噴射装置に導入する補助燃料導入通路（４１）と、補助燃料噴射部以外の環状燃料噴射部である主燃料噴射部（２５Ｂ）に供給される主燃料（ＭＦ）を燃料噴射装置に導入する通路であって、流量調整弁（５１）を備える第１主燃料導入通路（４３）と、補助燃料噴射部（２５Ａ）に供給される主燃料（ＭＦ）を燃料噴射装置に導入する通路であって、流量調整弁（５３）を備える第２主燃料導入通路（４５）とを設ける。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側に燃焼室を形成する燃焼筒と、
互いに同心状に配置された複数の環状燃料噴射部を有し、各環状燃料噴射部に周方向に多数配置された燃料噴射孔が形成されており、前記燃焼筒の頂部に設けられている燃料噴射装置と、
前記燃料噴射装置から前記燃焼室へ噴射された燃料に点火する点火装置と、
前記複数の環状燃料噴射部の一部の環状燃料噴射部である補助燃料噴射部に供給される補助燃料を前記燃料噴射装置に導入する補助燃料導入通路と、
前記複数の環状燃料噴射部の前記補助燃料噴射部以外の環状燃料噴射部である主燃料噴射部に供給される主燃料を前記燃料噴射装置に導入する第１主燃料導入通路であって、第１流量調整弁を備える第１主燃料導入通路と、
前記補助燃料噴射部に供給される主燃料を前記燃料噴射装置に導入する第２主燃料導入通路であって、第２流量調整弁を備える第２主燃料導入通路と、
を備える燃焼器。
【請求項２】
請求項１に記載の燃焼器において、さらに、前記補助燃料噴射部に前記補助燃料および前記主燃料を供給する共通燃料供給路を備え、前記補助燃料導入通路および前記第２主燃料導入通路が、前記共通燃料供給通路に接続されている燃焼器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃焼器において、前記点火装置は前記燃焼筒に取り付けられており、前記補助燃料噴射部が、前記複数の環状燃料噴射部のうち最外径側に配置されている燃焼器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の燃焼器において、さらに、前記第１主燃料導入通路および第２主燃料導入通路にパージ用ガスを導入するパージガス導入通路を備える燃焼器。
【請求項５】
請求項４に記載の燃焼器において、さらに、前記補助燃料導入通路から分岐して前記第１主燃料導入通路および第２主燃料導入通路に前記補助燃料をパージ用ガスとして導入する追加パージガス導入通路を備える燃焼器。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の燃焼器であって、前記主燃料が水素含有ガスであり、前記補助燃料が天然ガスである燃焼器。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の燃焼器を運転する方法であって、
起動時に、前記補助燃料を前記補助燃料導入通路から前記補助燃料噴射部を介して前記燃焼室に噴射し、前記補助燃料に点火する過程と、
前記補助燃料に着火した後に、前記主燃料を、前記第１主燃料導入通路から前記主燃料噴射部を介して、前記第１流量調整弁によって次第に流量を増加させながら、前記燃焼室に噴射する過程と、
前記主燃料に着火した後に、前記補助燃料導入通路からの補助燃料の導入を停止する過程と、
を含む燃焼器の運転方法。
【請求項８】
請求項７に記載の運転方法において、さらに、
前記補助燃料導入通路からの補助燃料の導入を停止した後に、前記主燃料を、前記第２主燃料導入通路から前記補助燃料噴射部を介して、前記第２流量調整弁によって次第に流量を増加させながら、前記燃焼室に噴射する過程、
を含む燃焼器の運転方法。
【請求項９】
請求項１から６のいずれか一項に記載の燃焼器を運転する方法であって、
前記複数の環状燃料噴射部から前記燃焼室内に噴射された主燃料が燃焼している高負荷運転状態から、前記第２燃料導入通路から前記補助燃料噴射部への主燃料の導入を停止する過程と、
前記補助燃料噴射部への主燃料の導入を停止した後に、前記補助燃料を前記補助燃料導入通路から前記補助燃料噴射部を介して前記燃焼室に噴射する過程と、
前記補助燃料に着火した後に、前記第１主燃料導入通路からの主燃料の導入を停止する過程と、
前記第１主燃料供給路からの主燃料の導入を停止した後に、前記補助燃料導入通路からの補助燃料の供給を停止する過程と、
を含む燃焼器の運転方法。
【請求項１０】
請求項１から６のいずれか一項に記載の燃焼器を運転する方法であって、
前記複数の環状燃料噴射部のうち前記主燃料噴射部から前記燃焼室内に噴射された主燃料が燃焼している低負荷運転状態から、前記補助燃料を前記補助燃料導入通路から前記燃焼室に噴射する過程と、
前記補助燃料に着火した後に、前記第１主燃料導入通路からの主燃料の導入を停止する過程と、
前記第１主燃料導入通路からの主燃料の導入を停止した後に、前記補助燃料導入通路からの補助燃料の供給を停止する過程と、
を含む燃焼器の運転方法。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の運転方法であって、前記燃焼器が請求項４または５に記載の燃焼器である運転方法において、さらに、
前記第１主燃料導入通路からの主燃料の供給を停止した後に、前記パージガス導入通路からパージ用ガスを前記第１主燃料導入通路および前記第２主燃料導入通路に導入する過程と、
前記パージ用ガスの導入によって前記第１主燃料導入通路および前記第２主燃料導入通路から前記燃焼室へ排出された前記主燃料を、前記補助燃料導入通路からの補助燃料と共に燃焼させる過程と、
を含む燃焼器の運転方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の運転方法であって、前記燃焼器が請求項５に記載の燃焼器である運転方法において、さらに、
前記パージ用ガスの導入によって前記第１主燃料導入通路および前記第２主燃料導入通路から前記主燃料を前記燃焼室へ排出した後に、前記追加パージガス導入通路から補助燃料を前記第１主燃料導入通路および前記第２主燃料導入通路に導入する過程を含む燃焼器の運転方法。
【請求項１３】
請求項９または１０に記載の運転方法であって、前記燃焼器が請求項５に記載の燃焼器である運転方法において、さらに、
前記第１主燃料導入通路からの主燃料の導入を停止した後に、前記追加パージガス導入通路から補助燃料を前記第１主燃料導入通路および前記第２主燃料導入通路に導入する過程と、
前記補助燃料の導入によって前記第１主燃料導入通路および前記第２主燃料導入通路から前記燃焼室へ排出された前記主燃料を、前記補助燃料導入通路からの補助燃料と共に燃焼させる過程と、
を含む燃焼器の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンエンジンに使用される燃焼器およびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、いわゆる低炭素社会の実現に向けて、燃料に水素を利用するガスタービンエンジンが提案されている。もっとも、水素を含有する燃料のような反応性の高い燃料では、燃焼温度が高くなることからＮＯｘが発生しやすく、これを抑制する必要がある。
【０００３】
水素のような高反応性のガスを燃料として利用しながら、低ＮＯｘ燃焼を実現するための技術として、多数の燃料噴射孔から燃料を分散させて噴射することにより、局所的な高温燃焼の発生を抑制することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／０２５８４０９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、水素燃料のような反応速度が速く、可燃濃度範囲が広い燃料では、エンジン起動時に不着火が発生した際に、可燃ガス（水素と空気の混合気）がエンジン本体および煙道において、異常燃焼する恐れがある。また、上記のように多数の噴射孔から燃料を分散噴射させる場合、水素を含むガスは体積流量が大きいことから、エンジン起動時や停止時ならびに低負荷時運転時、つまり燃焼器に投入される燃料ガス体積流量が小さい場合に、燃料供給分布が不均一化しやすいため、やはり未燃ガスが発生しやすい。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決するために、高反応性の燃料を利用するガスタービンエンジンの燃焼器において、低ＮＯｘ燃焼を実現しながら、エンジン起動時や停止時にも未燃ガスの発生を防止して安定的な作動を維持することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明に係るガスタービン燃焼器は、内側に燃焼室を形成する燃焼筒と、
互いに同心状に配置された複数の環状燃料噴射部を有し、各環状燃料噴射部に周方向に多数配置された燃料噴射孔が形成されており、前記燃焼筒の頂部に設けられている燃料噴射装置と、
前記燃料噴射装置から前記燃焼室へ噴射された燃料に点火する点火装置と、
前記複数の環状燃料噴射部の一部の環状燃料噴射部である補助燃料噴射部に供給される補助燃料を前記燃料噴射装置に導入する補助燃料導入通路と、
前記複数の環状燃料噴射部の前記補助燃料噴射部以外の環状燃料噴射部である主燃料噴射部に供給される主燃料を前記燃料噴射装置に導入する第１主燃料導入通路であって、第１流量調整弁を備える第１主燃料導入通路と、
前記補助燃料噴射部に供給される主燃料ＭＦを前記燃料噴射装置に導入する第２主燃料導入通路であって、第２流量調整弁を備える第２主燃料導入通路と、
を備えている。
前記主燃料は、例えば水素含有ガスであり、前記補助燃料は、例えば天然ガスである。
【０００８】
この構成によれば、複数の環状燃料噴射部の燃料噴射孔から燃料を分散させて噴射するので、主燃料として高反応性の燃料を使用した場合にも、局所的に高温となる部分が発生することを回避して低ＮＯｘ燃焼を実現できる。さらに、複数の環状燃料噴射部の一部の環状燃料噴射部に補助燃料導入通路を接続して補助燃料の噴射を可能にしたことにより、補助燃料として主燃料よりも低反応性の燃料を供給して、燃焼器の低負荷状態である起動時や停止時にも安定した燃焼を実現できる。したがって、未燃ガスの発生および未燃ガスの発生による不具合を抑制しながら、燃焼器の安定的な作動およびエンジン運転を維持することができる。
【０００９】
本発明の一実施形態に係る燃焼器において、さらに、前記補助燃料噴射部に前記補助燃料および前記主燃料を供給する共通燃料供給路を備え、前記補助燃料導入通路および前記第２主燃料導入通路が、前記共通燃料供給通路に接続されていてもよい。この構成によれば、補助燃料噴射部に対して共通燃料供給通路から補助燃料と主燃料を供給可能とすることにより、燃料噴射装置の構造を簡素化できる。
【００１０】
本発明の一実施形態に係る燃焼器において、前記点火装置は前記燃焼筒に取り付けられており、前記補助燃料噴射部が、前記複数の環状燃料噴射部のうち最外径側に配置されていてもよい。この構成によれば、補助燃料噴射部を点火装置の近傍に配置することにより、補助燃料に確実に着火することができる。
【００１１】
本発明の一実施形態に係る燃焼器において、さらに、前記第１主燃料導入通路および第２主燃料導入通路にパージ用ガスを導入するパージガス導入通路を備えていてもよい。さらには、当該燃焼器が、前記補助燃料導入通路から分岐して前記第１主燃料導入通路および第２主燃料導入通路に前記補助燃料をパージ用ガスとして導入する追加パージガス導入通路を備えていてもよい。この構成によれば、燃焼器の停止時に、専用のパージ用ガスや補助燃料を用いて主燃料通路のパージを、主燃料を燃焼させながら行うことが可能になり、停止後の燃焼器および燃料供給配管に未燃ガスまたは可燃性ガスが残留することを防止できる。
【００１２】
本発明の第１構成に係るガスタービンエンジン燃焼器の運転方法は、上記燃焼器の起動時における運転方法であって、
起動時に、前記補助燃料を前記補助燃料導入通路から前記補助燃料噴射部を介して前記燃焼室に噴射し、この補助燃料に点火する過程と、
前記補助燃料に着火した後に、前記主燃料を、前記第１主燃料導入通路から前記主燃料噴射部を介して、前記第１流量調整弁によって次第に流量を増加させながら、前記燃焼室に噴射する過程と、
前記主燃料に着火した後に、前記補助燃料導入通路からの補助燃料の導入を停止する過程と、
を含む。
【００１３】
この構成によれば、複数の環状燃料噴射部の一部の環状燃料噴射部から、補助燃料導入通路を介して補助燃料を噴射するので、補助燃料として主燃料よりも低反応性の燃料を供給して、燃焼器の低負荷状態である起動時にも安定した燃焼を実現できる。したがって、未燃ガスの発生および未燃ガスの発生による不具合を抑制しながら、燃焼器の安定的な作動およびエンジン運転を維持することができる。
【００１４】
本発明に係る運転方法の一実施形態において、さらに、前記補助燃料導入通路からの補助燃料の導入を停止した後に、前記主燃料を、前記第２主燃料導入通路から前記補助燃料噴射部を介して、前記第２流量調整弁によって次第に流量を増加させながら、前記燃焼室に噴射する過程を含んでいてもよい。この構成によれば、複数の環状燃料噴射部を備える燃焼器の構造を利用して、負荷の増大に応じて作動させる環状燃料噴射部を増加させるステージング燃焼が可能になる。
【００１５】
本発明の第２構成に係るガスタービンエンジン燃焼器の運転方法は、上記燃焼器の停止時における運転方法であって、
前記複数の環状燃料噴射部から前記燃焼室内に噴射された主燃料が燃焼している高負荷運転状態から、前記第２燃料導入通路から前記補助燃料噴射部への主燃料の導入を停止する過程と、
前記補助燃料噴射部への主燃料の導入を停止した後に、前記補助燃料を前記補助燃料導入通路から前記補助燃料噴射部を介して前記燃焼室に噴射する過程と、
前記補助燃料に着火した後に、前記第１主燃料導入通路からの主燃料の導入を停止する過程と、
前記第１主燃料供給路からの主燃料の導入を停止した後に、前記補助燃料導入通路からの補助燃料の供給を停止する過程とを含む。
なお、補助燃料噴射部から主燃料が噴射されていない低負荷運転状態から停止する場合には、前記補助燃料を前記補助燃料導入通路から前記燃焼室に噴射する過程以降の過程を経て停止を行う。
なお、本明細書において、「停止時」とは、燃焼器の停止に向けた減速運転時を意味する。
【００１６】
この構成によれば、停止時に補助燃料導入通路を介して補助燃料を噴射することによって低負荷状態での安定的な燃焼を確保したうえで、主燃料の供給を停止し、その後補助燃料の噴射を停止するので、停止後に反応速度が速く、可燃濃度範囲が広い主燃料の未燃ガスが残ることを効果的に防止できる。
【００１７】
本発明の一実施形態に係る運転方法において、前記燃焼器が前記パージガス導入通路を備える場合、さらに、前記第１主燃料導入通路からの主燃料ＭＦの供給を停止した後に、前記パージガス導入通路からパージ用ガスを前記第１主燃料導入通路および前記第２主燃料導入通路に導入する過程と、前記パージ用ガスの導入によって前記第１主燃料導入通路および前記第２主燃料導入通路から前記燃焼室へ排出された前記主燃料を、前記補助燃料導入通路からの補助燃料と共に燃焼させる過程とを含んでいてもよい。
【００１８】
本発明の一実施形態に係る運転方法において、前記燃焼器が前記パージガス導入通路および追加パージガス導入通路を備える場合、さらに、前記パージ用ガスの導入によって前記第１主燃料導入通路および前記第２主燃料導入通路から前記主燃料を前記燃焼室へ排出した後に、前記追加パージガス導入通路から補助燃料を前記第１主燃料導入通路および前記第２主燃料導入通路に導入する過程を含んでいてもよい。
なお、パージ用ガスの導入を経ずに、直接追加パージガスの導入を行ってもよい。
【００１９】
この構成によれば、燃焼器の停止時に、専用のパージ用ガスや補助燃料を用いて、主燃料通路のパージを、主燃料を燃焼させながら行うので、停止後の燃焼器および燃料供給配管に、反応速度が速く、可燃濃度範囲が広い主燃料の未燃ガスが残留することを防止できる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明に係るガスタービン燃焼器およびその運転方法によれば、局所的な高温燃焼を防止してＮＯｘの発生が抑制されるとともに、燃焼器の起動時や停止時において、反応速度が速く、可燃濃度範囲が広い主燃料の未燃ガスの発生を防止して安定的な作動を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置が適用されるガスタービンエンジンの概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る燃焼器を示す断面図である。
【図３】図２の燃焼器に使用される燃料噴射装置の例を示す正面図である。
【図４】図２の燃焼器に使用される燃料導入系統の例を模式的に示すブロック図である。
【図５】図２の燃焼器の起動時における運転方法の一例を示すフロー図である。
【図６】図５の運転方法による燃料流量プロファイルの一例を模式的に示すグラフである。
【図７】図５の運転方法による燃料流量プロファイルの他の例を模式的に示すグラフである。
【図８】図５の運転方法による燃料流量プロファイルの他の例を模式的に示すグラフである。
【図９】図２の燃焼器の停止時における運転方法の一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００２３】
図１に、本発明の一実施形態に係る燃焼器が適用されるガスタービンエンジン（以下、単にガスタービンと称する。）ＧＴの概略構成を示す。ガスタービンＧＴは、導入した空気を圧縮機１で圧縮して燃焼器３に導き、燃料を燃焼器３内に噴射して燃焼させ、得られた高温高圧の燃焼ガスＧによりタービン５を駆動する。燃焼器３は、例えば、ガスタービンＧＴの軸心の周りに環状に複数個配置されるキャン型の燃焼器である。タービン５は圧縮機１に回転軸７を介して連結されており、タービン５によって圧縮機１が駆動される。このガスタービンＧＴの出力により、航空機のロータまたは発電機などの負荷Ｌを駆動する。以下の説明において、ガスタービンＧＴの軸心方向における圧縮機１側を「前側」と呼び、タービン５側を「後側」と呼ぶ。
【００２４】
図２に示すように、燃焼器３は、内側に燃焼室１１を形成する燃焼筒１３と、燃焼筒１３の頂部（最上流部）１３ａに取り付けられて燃焼室１１に燃料と空気を噴射する燃料噴射装置１５と、燃料噴射装置に燃料を導入する燃料供給系統ＩＳとを備えている。燃料噴射装置１５から噴射された燃料と空気に、燃焼筒１３に設けられた点火装置Ｐで点火することにより、燃焼室１１内に火炎が形成される。これら燃焼筒１３および燃料噴射装置１５は、燃焼器３の外筒となるほぼ円筒状のハウジングＨに同心状に収容されている。
【００２５】
本実施形態では、燃焼器３は空気Ａと燃焼ガスＧとの流動方向が逆向きの逆流型として構成されている。すなわち、燃焼器３は、ハウジングＨと燃焼筒１３および燃焼筒１３から前方へ筒状に延びる支持筒１７との間に形成された空気導入通路１９を有しており、この空気導入通路１９は、圧縮機１（図１）で圧縮された空気Ａを、燃焼室１１内の燃焼ガスＧの流動方向と逆方向に導く。なお、燃焼器３は、空気Ａと燃焼ガスＧとの流動方向が同じ向きの軸流型であってもよい。支持筒１７の周壁の前端部には、複数の空気導入孔２１が周方向に並べて設けられている。空気導入通路１９を通って送られてきた空気Ａは、空気導入孔２１を通って、支持筒１７の内方に形成された空気供給通路２３に導入され、後方、すなわち燃焼室１１の方向へ送られる。
【００２６】
図３に示すように、燃料噴射装置１５は、複数の環状燃料噴射部２５を備えている。本実施形態では、径寸法が互いに異なる３つの環状燃料噴射部２５が、互いに同心状に、かつ燃焼器３（図２）と同心状に配置されている。各環状燃料噴射部２５には、その周方向に等間隔に多数配置された燃料噴射孔２５ａが形成されている。図２に示すように、例えば、各環状燃料噴射部２５の径方向外側および内側に、空気供給通路２３からの空気Ａをガイドし、環状燃料噴射部２５から噴射された燃料と空気を混合するための空気ガイド２７が配置されている。各環状燃料噴射部２５から噴射された燃料は、空気ガイド２７でガイドされた空気と予混合され、予混合気として燃焼室１１へ噴射される。なお、環状燃料噴射部２５の数は、２つ以上であれば、特に限定されない。
【００２７】
次に、燃焼器３の燃料噴射装置１５における具体的な燃料供給構造について説明する。本実施形態の燃焼器３は、燃料噴射装置１５の各環状燃料噴射部２５に燃料Ｆを供給可能な複数の燃料供給路を有している。燃料噴射装置１５には、空気供給通路２３の中心部からハウジングＨの後方へかけて延びる燃料供給母管２９が設けられている。燃料供給母管２９と各環状燃料噴射部２５とは、互いに独立に分岐する分岐燃料供給管３１によって接続されている。燃料供給母管２９は、２つの円筒管を同心状に重ねた多管式構造（二重管構造）を有している。内側の燃料供給管の内方空間およびこれに連通する分岐燃料供給管３１の内方空間が、第１燃料供給路３３を形成し、内外の燃料供給管の間の空間およびこれに連通する分岐燃料供給管３１の内方空間が、第２燃料供給路３５を形成している。燃料供給母管２９内の各燃料供給路３３，３５には、後述する燃料導入系統ＩＳから燃料が導入される。
【００２８】
本実施形態では、第１燃料供給路３３を通った燃料は、複数の環状燃料噴射部２５のうちの内径側に配置された２つの環状燃料噴射部２５へ供給され、第２燃料供給路３５を通った燃料Ｆは、第２燃料供給路３５に接続された１つの分岐燃料供給管３１を介して、複数の環状燃料噴射部２５のうち最外径側に配置された１つの環状燃料噴射部２５へ供給される。
【００２９】
なお、燃料供給母管２９の多管式構造は、複数の管を用いて互いに独立した複数の燃料供給路を形成できるのであれば、図２の例に限らない。例えば、１つの大径の母管の中に、これより小径の同一径の複数の燃料供給管を平行に延設した多管式構造でもよい。
【００３０】
このような燃料供給構造とすることにより、ガスタービンＧＴの低負荷（部分負荷）から高負荷（定格負荷）までの出力変化に対して、燃料供給を行う環状燃料噴射部２５と燃料供給を行わない環状燃料噴射部２５とに分けることにより対応するステージング燃焼が可能となる。本実施形態のように、燃料を燃料噴射装置１５の複数の環状燃料噴射部２５の多数の燃料噴射孔２５ａに分散させて噴射する場合には、すべての環状燃料噴射部２５において均一的に燃料供給量を変化させるよりも、作動させる環状燃料噴射部２５と作動させない環状燃料噴射部２５を選択することによって負荷変動に対応することが、安定的かつ低ＮＯｘ燃焼のために効果的である。
【００３１】
次に、このような構造を有する燃料噴射装置１５に対して燃料を導入する燃料導入系統ＩＳの構成について説明する。図４に示すように、本実施形態において、燃料導入系統ＩＳは、補助燃料導入通路４１、第１主燃料導入通路４３および第２主燃料導入通路４５を備えている。補助燃料導入通路４１は、補助燃料源４７から補助燃料ＡＦを燃料噴射装置１５に導入する。第１主燃料導入通路４３および第２主燃料導入通路４５は、主燃料源４９からの主燃料を燃料噴射装置１５に導入する。図示の例では、第１主燃料導入通路４３と第２主燃料導入通路４５とは、共通の主燃料源４９に接続する共通の主燃料基幹通路５１に接続している。換言すれば、第１主燃料導入通路４３および第２主燃料導入通路４５は、主燃料基幹通路５１の下流端から分岐して設けられている。なお、第１主燃料導入通路４３と第２主燃料導入通路４５とは、別個に設けられた主燃料源にそれぞれ独立に接続されていてもよい。
【００３２】
補助燃料導入通路４１は、第１主燃料導入通路４３複数の環状燃料噴射部２５のうち最外径側に配置された環状燃料噴射部２５（以下、「補助燃料噴射部２５Ａ」と呼ぶ。）に供給される補助燃料ＡＦを燃料噴射装置１５に導入する。第１主燃料導入通路４３は、複数の環状燃料噴射部２５のうち、補助燃料噴射部２５Ａ以外の環状燃料噴射部２５、つまり内径側に配置された２つの環状燃料噴射部２５（以下、「主燃料噴射部２５Ｂ」と呼ぶ。）に供給される主燃料を燃料噴射装置１５に導入する。第２主燃料導入通路４５は、補助燃料噴射部２５Ａに供給される主燃料ＭＦを燃料噴射装置１５に導入する。すなわち、本実施形態においては、補助燃料導入通路４１および第２主燃料導入通路４５が、燃料噴射装置１５の第２燃料供給路３５に接続しており、第２燃料供給路３５は補助燃料噴射部２５Ａへの補助燃料ＡＦの供給通路と主燃料ＭＦの供給通路とを兼ねる共通燃料供給路として形成されている。また、第１主燃料導入通路４３は、燃料噴射装置１５の第１燃料供給路３３に接続しており、第１燃料供給路３３を介して２つの主燃料噴射部２５Ｂに主燃料ＭＦを供給する。
【００３３】
なお、本実施形態では、図２に示すように、点火装置Ｐが燃焼筒１３に取り付けられており、補助燃料噴射部２５Ａが複数の環状燃料噴射部２５のうち最外径側に配置されているので、補助燃料噴射部２５Ａが点火装置Ｐの近傍に位置し、補助燃料に確実に着火することができるが、点火装置Ｐおよび補助燃料噴射部２５Ａの配置はこの例に限定されない。例えば、点火装置を燃焼器３の軸心Ｃ上に配置した場合には、複数の環状燃料噴射部２５のうち最外径側に配置された環状燃料噴射部を補助燃料噴射部２５Ａとしてもよい（つまり、補助燃料導入通路４１からの補助燃料ＡＦの供給および第２主燃料導入通路４５からの主燃料ＭＦの供給を受けるように構成してもよい）。また、補助燃料噴射部２５Ａは必ずしも点火装置Ｐの近傍に配置しなくてもよい。また、補助燃料噴射部２５Ａの数は、複数の環状燃料噴射部２５の全部でない限り、１つに限定されず、２つ以上であってよい。
【００３４】
主燃料ＭＦは、反応性が高く、可燃濃度範囲が広い燃料であり、本実施形態では、主燃料ＭＦは水素含有ガス、例えば水素ガスである。補助燃料ＡＦは、主燃料ＭＦよりも反応性が低く、可燃濃度範囲が狭い燃料であり、燃焼器の起動時のほか、後述するように燃焼器の停止時のような低負荷時に利用することができる。本実施形態では、補助燃料ＡＦは天然ガスである。補助燃料ＡＦとしては、天然ガスのほかに、例えば、プロパン等の炭化水素燃料ガスを使用することができる。
【００３５】
図４に示すように、第１主燃料導入通路４３および第２主燃料導入通路４５には、それぞれ、上流部に開閉弁（第１開閉弁４７および第２開閉弁４９）が設けられており、その下流に流量調整弁（第１流量調整弁５１および第２流量調整弁５３）が設けられている。主燃料基幹通路５１には、開閉弁（第３開閉弁５５）が設けられている。また、補助燃料導入通路４１の上流部には、開閉弁（第４開閉弁５７）が設けられており、その下流に流量制限用のオリフィス５９が設けられている。
【００３６】
さらに、燃料導入系統ＩＳは、第１主燃料導入通路４３および第２主燃料導入通路４５にパージ用ガスＰＧを導入するパージガス導入通路６１を備えている。第１主燃料導入通路４３および第２主燃料導入通路４５が主燃料基幹通路５１から分岐している本実施形態では、パージガス導入通路６１は、主燃料基幹通路５１の第３開閉弁５５の下流部分に接続している。また、燃料導入系統ＩＳは、補助燃料導入通路４１から分岐して第１主燃料導入通路４３および第２主燃料導入通路４５に補助燃料ＡＦをパージ用のガスとして導入する追加パージガス導入通路６３を備えている。本実施形態では、追加パージガス導入通路６３も、主燃料基幹通路５１の第３開閉弁５５の下流部分に接続している。
【００３７】
なお、パージ用ガスＰＧとしては、例えば、反応性の極めて低い窒素ガスや、不活性ガスなどを使用することができる。パージ用ガスＰＧは、パージガス導入通路６１に接続されたパージガス源６５から供給される。
【００３８】
次に、このように構成された燃焼器３の運転方法について説明する。まず、燃焼器３の起動時の運転方法について説明する。
【００３９】
図５に示すように、燃焼器３の起動時には、まず、補助燃料ＡＦを補助燃料導入通路４１から、第２燃料供給路３５および補助燃料噴射部２５Ａを介して燃焼室１１に噴射し、燃焼室１１に噴射された補助燃料ＡＦに、点火装置Ｐ（図２）によって点火する（補助燃料点火ステップＳ１）。補助燃料ＡＦに着火した後に、主燃料ＭＦを、第１主燃料導入通路４３から主燃料噴射部２５Ｂを介して、第１流量調整弁５１（図４）によって次第に流量を増加させながら、燃焼室１１に噴射する（主燃料噴射ステップＳ２）。主燃料ＭＦに着火した後に、補助燃料導入通路４１からの補助燃料ＡＦの導入を停止する（補助燃料停止ステップＳ３）。
【００４０】
この燃焼器３が使用されるガスタービンの定格運転よりも低い負荷で運転する場合（低負荷運転状態）においては、この状態で運転を継続する。
【００４１】
上記低負荷運転状態よりも高負荷の、例えばガスタービンの定格運転を行う場合（高負荷運転状態）においては、補助燃料停止ステップＳ３の後に、追加の主燃料ＭＦを、第２主燃料導入通路４５から補助燃料噴射部２５Ａを介して、第２流量調整弁５３（図４）によって次第に流量を増加させながら、燃焼室１１に噴射する（追加主燃料噴射ステップＳ４）。
【００４２】
このような方法で燃焼器３を運転する場合の燃料流量のプロファイルを図６に示す。同図において、横軸が時間を、縦軸が燃料の流量を示す。また、一点鎖線が補助燃料導入通路４１を通過する補助燃料ＡＦの流量を示し、実線が第１主燃料導入通路４３を通過する主燃料ＭＦの流量を示し、破線が第２主燃料導入通路４５を通過する追加の主燃料ＭＦの流量を示す。なお、本実施形態では、補助燃料導入通路４１に流量調整弁を設けず、第４開閉弁５７とオリフィス５９の組合せによって、補助燃料導入通路４１に所定の流量の補助燃料ＡＦを流すか流さないかのみの制御を可能とした例を示した。しかし、補助燃料導入通路４１を介した運転方法の例はこれに限定されない。例えば、補助燃料導入通路４１上の第４開閉弁５７の下流に流量調整弁を設けて、補助燃料ＡＦの流量を調整しながら、補助燃料点火ステップＳ１における補助燃料ＡＦの導入や補助燃料停止ステップＳ３における補助燃料ＡＦの導入停止を行ってもよい。この場合、例えば、図７に示すように、補助燃料停止ステップＳ３において、主燃料ＭＦの噴射開始時点から、補助燃料ＡＦの流量を次第に減少させながら停止してもよい。あるいは、図８に示すように、補助燃料点火ステップＳ１において、補助燃料ＡＦの流量を次第に増加させた後、補助燃料停止ステップＳ３において、主燃料ＭＦの噴射開始時点から、補助燃料ＡＦの流量を次第に減少させながら停止してもよい。
【００４３】
次に、燃焼器３の停止時の運転方法について説明する。図９に示すように、まず、複数の環状燃料噴射部２５から燃焼室１１内に噴射された主燃料ＭＦが燃焼している高負荷運転状態から燃焼器３を停止する方法について説明する。高負荷運転状態において、第２主燃料導入通路４５から補助燃料噴射部２５Ａへの主燃料ＭＦの導入を停止する（追加主燃料停止ステップＳ５）。追加主燃料停止ステップＳ５の後、補助燃料ＡＦを補助燃料導入通路４１から補助燃料噴射部２５Ａを介して燃焼室１１に噴射する（補助燃料再噴射ステップＳ６）。補助燃料再噴射ステップＳ６によって噴射された補助燃料ＡＦに着火した後に、第１主燃料導入通路４３からの主燃料ＭＦの導入を停止する（主燃料停止ステップＳ７）。主燃料停止ステップＳ７の後に、補助燃料導入通路４１からの補助燃料ＡＦの供給を停止する（補助燃料最終停止ステップＳ８）。これにより、燃焼器３の運転が停止される。
【００４４】
複数の環状燃料噴射部２５のうち主燃料噴射部２５Ｂのみから主燃料ＭＦが燃焼室１１内に噴射されており、この主燃料ＭＦが燃焼している低負荷運転状態においては、上記追加主燃料停止ステップＳ５を除いたステップＳ６〜Ｓ８によって燃焼器３の作動を停止する。
【００４５】
上記ステップＳ５〜Ｓ８が燃焼器３の作動を停止するための基本的な手順であるが、燃焼器３の停止時に、さらに、主燃料ＭＦをパージするための以下のステップを行ってもよい。
【００４６】
第１主燃料導入通路４３からの主燃料ＭＦの供給を停止した（主燃料停止ステップＳ７）後に、パージガス導入通路６１からパージ用ガスＰＧを第１主燃料導入通路４３および第２主燃料導入通路４５に導入する（パージ用ガス導入ステップＳ９）。なお、本実施形態では、パージ用ガスＰＧをパージガス導入通路６１から主燃料基幹通路５１を介して第１主燃料導入通路４３および第２主燃料導入通路４５に導入する。その後、パージ用ガスＰＧの導入によって第１主燃料導入通路４３および第２主燃料導入通路４５、第１燃料供給路３３から主燃料噴射部２５Ｂを介して燃焼室１１へ排出された主燃料ＭＦを、補助燃料導入通路４１からの補助燃料ＡＦと共に燃焼させる（残主燃料燃焼ステップＳ１０）。パージ用ガス導入ステップＳ９から残主燃料燃焼ステップＳ１０にかけて、例えば、パージガス導入通路６１においてパージ用ガスＰＧの導入量（総流量）を計測することにより、主燃料基幹通路５１、第１主燃料導入通路４３および第２主燃料導入通路４５、第１燃料供給路３３内に残っていた主燃料ＭＦを完全に燃焼室１１内へ排出することができる。
【００４７】
上記パージ用ガス導入ステップＳ９および残主燃料燃焼ステップＳ１０の後、さらに、追加パージガス導入通路６３を利用して、追加パージガス導入通路６３から補助燃料ＡＦを第１主燃料導入通路４３および第２主燃料導入通路４５に導入してもよい（追加パージステップＳ１１）。なお、パージ用ガス導入ステップＳ９を省略して、追加パージステップＳ１１を行うことにより、その後残燃料燃焼ステップＳ１０に移行してもよい。
【００４８】
燃焼器３においてパージガス導入通路６１および追加パージガス導入通路６３を設け、かつ燃焼器３の運転方法において、これらの通路６１，６３を利用して主燃料ＭＦをパージするステップＳ９〜Ｓ１１を行うことにより、主燃料の通路のパージを、主燃料ＭＦを燃焼させながら行うことができるので、停止後の燃焼器３に反応速度が速く、可燃濃度範囲が広い主燃料の未燃ガスが残留することを防止できる。もっとも、これらのパージ用の通路６１，６３を設けることおよび主燃料ＭＦをパージするステップＳ９〜Ｓ１１を行うことは必須ではない。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態に係るガスタービンの燃焼器３およびその運転方法によれば、複数の環状燃料噴射部２５の燃料噴射孔２５ａから燃料を分散させて噴射するので、主燃料ＭＦとして水素ガスのような高反応性の燃料を使用した場合にも、局所的に高温となる部分が発生することを回避して低ＮＯｘ燃焼を実現できる。さらに、複数の環状燃料噴射部２５の一部の環状燃料噴射部（補助燃料噴射部２５Ｂ）に補助燃料導入通路４１を接続して補助燃料ＡＦの噴射を可能にしたことにより、補助燃料ＡＦとして、天然ガスのような主燃料ＭＦよりも低反応性の燃料を供給して、燃焼器３の低負荷状態である起動時や停止時にも安定した燃焼を実現できる。したがって、未燃ガスの発生および未燃ガスの発生による不具合を抑制しながら、燃焼器の安定的な作動およびエンジン運転を維持することができる。
【００５０】
なお、本実施形態では、キャン型の燃焼器３を例として説明したが、他のタイプ、例えばアニュラ型の燃焼器にも上記構成を適用することができる。
【００５１】
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００５２】
３  燃焼器
１１  燃焼室
１３  燃焼筒
１５  燃料噴射装置
２５  環状燃料噴射部
２５Ａ  補助燃料噴射部
２５Ｂ  主燃料噴射部
４１  補助燃料導入通路
４３  第１主燃料導入通路
４５  第２主燃料導入通路
５１  第１流量調整弁
６１  パージガス導入通路
６３  追加パージガス導入通路
ＡＦ  補助燃料
ＭＦ  主燃料
Ｐ  点火装置
【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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