(57)【要約】【課題】ガスタービン燃焼器を大型化した場合に、燃料と空気とを急速混合させて低ＮＯｘ化を実現すると共に、逆火を回避した構成のバーナを備えたガスタービン燃焼器を提供する。【解決手段】燃料と空気とを混合して燃焼室に噴出し燃焼させるバーナを備えたガスタービン燃焼器において、バーナは、燃料と空気とを混合して燃料と空気との混合気を流下する複数の第１空気孔を形成したベースプレートと、ベースプレートに固定されており該ベースプレートの第１空気孔を流下した燃料と空気との混合気を燃焼室に噴出する複数の第２空気孔を形成した旋回プレートを備え、ベースプレートの第１空気孔に燃料を噴出する燃料噴孔をこの第１空気孔に面した該ベースプレートの壁面に複数固設置し、複数個の燃料噴孔は該燃料噴孔から噴出した燃料が第１空気孔の内部で相互に衝突するように対向して配置させた。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と空気とを混合して燃焼室に噴出し燃焼させるバーナを備えたガスタービン燃焼器において、
前記バーナは、燃料と空気とを混合して燃料と空気との混合気を流下する複数の第１空気孔を形成したベースプレートと、前記ベースプレートに固定されており該ベースプレートの第１空気孔を流下した燃料と空気との混合気を燃焼室に噴出する複数の第２空気孔を形成した旋回プレートを備え、
前記ベースプレートの第１空気孔に燃料を噴出する燃料噴孔をこの第１空気孔に面した該ベースプレートの壁面に複数固設置し、前記複数個の燃料噴孔は該燃料噴孔から噴出した燃料が第１空気孔の内部で相互に衝突するように対向して配置させたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項２】
請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、
第１空気孔に面した前記ベースプレートの壁面に、燃料を第１空気孔に噴孔する前記燃料噴孔の上流側、或いは下流側に空気の渦流を発生させる渦発生部材を配設している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又は請求項２に記載のガスタービン燃焼器において、
前記ベースプレートは第１空気孔に面した壁面は、内部に燃料ヘッダを有する環状のスリーブ部材によって構成されており、このスリーブ部材に該燃料ヘッダから供給した燃料を第１空気孔に噴出する前記燃料噴孔が設けられていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項４】
請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、
前記旋回プレートの第２空気孔は、該第２空気孔を流下する燃料と空気との混合気に旋回をかける旋回角が形成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項５】
請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、
前記ベースプレートの第１空気孔及び前記旋回プレートの第２空気孔は相互に連通して形成され、
前記第１空気孔及び第２空気孔は前記ベースプレート及び旋回プレートにそれぞれ環状に複数列配設されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項６】
請求項５に記載のガスタービン燃焼器において、
前記ベースプレートに環状に複数列配設された前記第１空気孔のうち、中心側の列に位置する第１空気孔に燃料を噴出する燃料噴孔に燃料を供給する第１の燃料系統と、外周側の列に位置する第１空気孔に燃料を噴出する燃料噴孔に燃料を供給する第２の燃料系統とを分けて配設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】
本発明はガスタービン燃焼器に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境に対する規制や社会的要求が日増しに強くなっており、ガスタービンにおいてもさらなる高効率化、低ＮＯｘ化が求められている。
【０００３】
ガスタービンを高効率化させるための一方策として、タービン入口のガス温度を上昇させることが考えられるが、この場合、ガスタービン燃焼器での火炎温度の上昇に伴ってＮＯｘの排出量増加が懸念される。
【０００４】
ＮＯｘ排出量低減のために、燃料と空気を予め混合した混合気をガスタービン燃焼器に供給して燃焼させる燃焼方式である予混合燃焼を採用したガスタービン燃焼器がある。
【０００５】
前記の予混合燃焼を採用したガスタービン燃焼器は、バーナを構成する燃料と空気との混合を予め行う予混合器と、この予混合器の下流に位置して空気と混合させた燃料を燃焼させる燃焼室とを備えている。
【０００６】
予混合燃焼は火炎温度が均一化するため低ＮＯｘ化に有効であるが、火炎温度が上昇するとガスタービン燃焼器の燃焼室から上流に位置するバーナを構成する予混合器にまで火炎が想定外に遡上する逆火が起こる可能性が増加するため、ＮＯｘ排出量の抑制と耐逆火性を兼ね備えたガスタービン燃焼器への要求が高まっている。
【０００７】
ＮＯｘ排出量の抑制と耐逆火性を兼ね備えたガスタービン燃焼器に関して、複数の燃料ノズルと複数の空気孔とを同軸上に配置して、燃料と空気の複数の同軸噴流を燃焼室に供給して燃焼させるガスタービン燃焼器に関する技術が特許第３９６０１６６号公報に開示されている。
【０００８】
前記特許第３９６０１６６号公報に開示された燃料と空気の複数の同軸噴流を燃焼室に供給して燃焼させるガスタービン燃焼器は、従来の予混合燃焼を採用したガスタービン燃焼器と比較して非常に短い距離で燃料と空気とを急速混合することができるため、ＮＯｘ排出量の抑制と耐逆火性を両立することが可能となるだけでなく、従来の拡散燃焼方式によって対応してきた石炭ガス化ガスやコークス炉ガス等の水素含有量が高く燃焼速度が速い燃料に対しても対応が可能なガスタービン燃焼器である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３９６０１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
一般に、ガスタービン燃焼器を備えたガスタービンにおいて、多缶型のガスタービン燃焼器構造で定格出力を上げる場合には、ガスタービン燃焼器の缶数を増やすか、ガスタービン燃焼器の大きさを大型化する、あるいはその両方を実施する必要がある。
【００１１】
ここでは、定格出力を上げる場合に後者の方法であるガスタービン燃焼器を大型化して対応する場合を考える。
【００１２】
前記特許第３９６０１６６号公報に開示された燃料と空気の複数の同軸噴流を燃焼室に供給して燃焼させるガスタービン燃焼器では、ガスタービン燃焼器が大型化する場合に空気流量と燃料流量の双方が増加する。この空気流量と燃料流量の双方の増加に対応するためには、燃料と空気の同軸噴流の数を増加させる、すなわち燃料ノズルと空気孔数を増やす方法と、燃料ノズルと空気孔を大型化する方法が考えられる。
【００１３】
しかしながら前者の燃料と空気の同軸噴流の数を増やす方法は、燃料ノズルの個数が増加するため、製作コストの増加につながる。一方で、後者の燃料ノズルと空気孔を大型化する方法は、燃料ノズルと空気孔の機械加工が従来品に比べて容易となるためコスト増加を回避できるが、燃焼室で生じる火炎がバーナに逆流する逆火を防止する手段を講じる必要がある。
【００１４】
ここで、燃料と空気との混合性能には混合時に生じる小さなスケールの渦が大きく影響し、燃料と空気の混合均一化には渦スケールが小さいほど有効であることが知られている。
【００１５】
したがって、燃料ノズルと空気孔を単に大型化しただけでは従来の大きさの燃料ノズルと空気孔から構成される多数の同軸噴流に比べて混合時に生じる渦のスケールが大きくなるため、燃料と空気との混合性能は従来の大きさの燃料ノズルと空気孔によって構成される多数の同軸噴流に比べて低下してしまい、低ＮＯｘ化が困難になるものと考えられる。
【００１６】
本発明の目的は、ガスタービン燃焼器を大型化した場合に、燃料と空気とを急速混合させて低ＮＯｘ化を実現すると共に、逆火を回避した構成のバーナを備えた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】
【００１７】
本発明のガスタービン燃焼器は、燃料と空気とを混合して燃焼室に噴出し燃焼させるバーナを備えたガスタービン燃焼器において、前記バーナは、燃料と空気とを混合して燃料と空気との混合気を流下する複数の第１空気孔を形成したベースプレートと、前記ベースプレートに固定されており該ベースプレートの第１空気孔を流下した燃料と空気との混合気を燃焼室に噴出する複数の第２空気孔を形成した旋回プレートを備え、前記ベースプレートの第１空気孔に燃料を噴出する燃料噴孔をこの第１空気孔に面した該ベースプレートの壁面に複数固設置し、前記複数個の燃料噴孔は該燃料噴孔から噴出した燃料が第１空気孔の内部で相互に衝突するように対向して配置させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ガスタービン燃焼器を大型化した場合に、燃料と空気とを急速混合させて低ＮＯｘ化を実現すると共に、逆火を回避した構成のバーナを備えたガスタービン燃焼器が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施例であるガスタービン燃焼器を備えたガスタービンプラントの概略構成図。
【図２】図１に示した第１実施例のガスタービン燃焼器に備えたバーナを構成する燃料ノズルの部分拡大図。
【図３】図１に示した第１実施例のガスタービン燃焼器に備えたバーナを構成する燃料ノズルの燃料噴孔とベースプレート及び旋回プレートとの配置状況の詳細を示す部分構造図。
【図４】図３に示した第１実施例のガスタービン燃焼器に備えたバーナを構成する燃料ノズルのＡ−Ａ方向断面図。
【図５】図１に示した第１実施例のガスタービン燃焼器に備えたバーナの長手方向断面図。
【図６】図５に示した第１実施例のガスタービン燃焼器に備えたバーナの縦断面図。
【図７】図５に示した第１実施例のガスタービン燃焼器に備えたバーナのＢ−Ｂ方向断面図。
【図８】本発明の第２実施例であるガスタービン燃焼器に備えたバーナの長手方向断面図。
【図９】図８に示した第２実施例のガスタービン燃焼器に備えたバーナの縦断面図。
【図１０】図８に示した第２実施例のガスタービン燃焼器に備えたバーナのＣ−Ｃ方向断面図。
【図１１】図８に示した第２実施例のガスタービン燃焼器に備えたバーナを構成するベースプレート第１層を示す概略図。
【図１２】図８に示した第２実施例のガスタービン燃焼器に備えたバーナを構成するベースプレート第２層を示す概略図。
【図１３】本発明の第３実施例であるガスタービン燃焼器に備えたバーナを構成する燃料ノズルの燃料噴孔とベースプレート及び旋回プレートとの配置状況の詳細を示す部分構造図。
【図１４】図１３に示した本発明の第３実施例であるガスタービン燃焼器に備えたバーナを構成する燃料ノズルの燃料噴孔とベースプレート及び旋回プレートとの配置状況の変形例を示す部分構造図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施例であるガスタービン燃焼器の構成について図面を参照して以下に説明する。
【実施例１】
【００２１】
まず、本発明の第１実施例であるガスタービン燃焼器を備えたガスタービンプラントについて図１を用いて説明する。
【００２２】
図１は本発明の第１実施例であるガスタービン燃焼器２を備えた発電用のガスタービンプラント１０００の全体構成を表している。
【００２３】
図１に示した発電用のガスタービンプラント１０００は、吸い込み空気１００を加圧して高圧空気１０１を生成する圧縮機１と、前記圧縮機１で生成した高圧空気１０１と燃料系統２００を通じて供給される燃料とを混合して燃焼させ、高温の燃焼ガス１０２を生成するガスタービン燃焼器２と、前記ガスタービン燃焼器２で生成した高温の燃焼ガス１０２によって駆動されるタービン３と、前記タービン３の駆動によって回転され電力を発生させる発電機２０とを備えている。
【００２４】
そして前記圧縮機１、タービン３及び発電機２０は、一体のシャフト２１によって相互に連結されており、タービン３を駆動して得られた駆動力はシャフト２１を通じて圧縮機１及び発電機２０に伝えられる構成となっている。
【００２５】
前記ガスタービン燃焼器２は、ガスタービン装置のケーシング４の内部に格納されている。
【００２６】
また、前記ガスタービン燃焼器２の頭部にはバーナ６が設置されており、このバーナ６の下流側となるガスタービン燃焼器２の内部には、前記圧縮機１から供給される高圧空気１０１と、このガスタービン燃焼器２で生成される高温の燃焼ガス１０２とを隔てる概略円筒状の燃焼器ライナ１０が配設されている。
【００２７】
燃焼器ライナ１０の外周には圧縮機１からガスタービン燃焼器２に高圧空気１０１を流下させる空気流路を形成する外周壁となるフロースリーブ１１が配設されており、前記フロースリーブ１１は燃焼器ライナ１０よりも直径が大きく、該燃焼器ライナ１０とほぼ同心円の円筒状に配設されている。
【００２８】
燃焼器ライナ１０の下流側には、ガスタービン燃焼器２の該燃焼器ライナ１０の内側に形成した燃焼室５０にてバーナ６から噴出させた高圧空気１０１と燃料系統２００を通じて供給されたＦ１、Ｆ２燃料との混合気を燃焼させて発生した高温燃焼ガス１０２をタービン３に導くための尾筒内筒１２が配設されており、この尾筒内筒１２の外周には尾筒外筒１３が配設されている。
【００２９】
吸い込み空気１００は圧縮機１によって圧縮された後に高圧空気１０１となるが、この高圧空気１０１はケーシング４内に供給されて充満した後、尾筒内筒１２と尾筒外筒１３の間に形成された空間に流入し、尾筒内筒１２を外壁面から対流冷却する。
【００３０】
尾筒内筒１２と尾筒外筒１３の間の空間を流下した高圧空気１０１は、更にフロースリーブ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前記ガスタービン燃焼器２の頭部に向かって流下するが、この流下する途中でガスタービン燃焼器２の内部に設置された燃焼器ライナ１０の対流冷却に使用される。
【００３１】
また、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流下する高圧空気１０１の一部は、燃焼器ライナ１０の壁面に設けられた多数の冷却孔から燃焼器ライナ１０の内部へ流入して該燃焼器ライナ１０のフィルム冷却に使用される。
【００３２】
そして前記環状の流路を流下して燃焼器ライナ１０のフィルム冷却に使用されなかった残りの高圧空気１０１は、ガスタービン燃焼器２の頭部に設けたバーナ６に備えた多数の空気孔３２から燃焼器ライナ１０内に供給される。
【００３３】
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備えたバーナ６を構成する燃料ノズルを拡大して示した部分拡大図である。
【００３４】
前記ガスタービン燃焼器２の頭部に設置したバーナ６には、燃料遮断弁２１０を備えた燃料系統２００を通じて供給する燃料を、燃料系統２００から分岐したＦ１燃料流量調節弁２１１を備えたＦ１燃料系統２０１と、燃料系統２００から分岐したＦ２燃料流量調節弁２１２を備えたＦ２燃料系統２０２の二つの燃料系統が配設されている。
【００３５】
そしてＦ１燃料系統２０１を通じてバーナ６に供給されるＦ１燃料の流量は燃料流量調節弁２１１によって調節され、Ｆ２燃料系統２０２を通じてバーナ６に供給されるＦ２燃料の流量は燃料流量調節弁２１２によって調節される。
【００３６】
この燃料流量調節弁２１１及び２１１によって前記Ｆ１燃料及びＦ２燃料の燃料流量をそれぞれ調節して、ガスタービンプラント１０００の発電量が制御される。
【００３７】
次に、ガスタービン燃焼器２の詳細な構成について説明する。
【００３８】
図３は、図１に示した第１実施例のガスタービン燃焼器２に備えたバーナ６を構成する燃料ノズルの燃料噴孔とベースプレート及び旋回プレートとの配置状況の詳細を示す部分構造図であり、図４は図３に示した本実施例のガスタービン燃焼器２に備えたバーナ６を構成する燃料ノズルのＡ−Ａ方向断面図である。
【００３９】
図３及び図４において、本実施例のガスタービン燃焼器２の頭部に設置したバーナ６には、マルチノズル構造となる複数の空気孔３２Ａを形成したベースプレート３３と、該ベースプレート３３に固定され、旋回角を持たせた旋回空気孔となる複数の空気孔３２Ｂを形成した旋回プレート３８とが配設されており、このうち旋回プレート３８は燃焼器ライナ１０の内側に形成される燃焼室５０に面して配設されている。
【００４０】
そして前記ベースプレート３３の各空気孔３２Ａと旋回プレート３８の各空気孔３２Ｂとは相互に連通するように配設されている。
【００４１】
更に前記ベースプレート３３に形成された複数の空気孔３２Ａの外周側には該空気孔３２Ａを覆うように形成された環状の燃料ヘッダ４０を内部に有するスリーブ３７が設置されており、このスリーブ３７の燃料ヘッダ４０に前記Ｆ１燃料系統２０１及びＦ２燃料系統２０２を通じて供給されたＦ１燃料及びＦ２燃料を、この燃料ヘッダ４０から前記スリーブ３７に設けた複数の燃料噴孔３１を通じて空気孔３２Ａの内部に噴出するように構成されている。
【００４２】
前記ベースプレート３３に形成した空気孔３２Ａの外周側に設けたスリーブ３７の側面に配設した複数の燃料噴孔３１から空気孔３２Ａに噴出するＦ１燃料及びＦ２燃料は、図３及び図４に示したような燃料噴流３５となって空気孔３２Ａの内部に供給される。
【００４３】
また、ガスタービン燃焼器２のフロースリーブ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このガスタービン燃焼器２の頭部に供給された高圧空気１０１の一部は、前記バーナ６の燃料ノズルを構成するベースプレート３３に形成した空気孔３２Ａに、図３及び図４に示したような空気噴流３６となって供給され、このベースプレート３３の空気孔３２Ａを流下して該ベースプレート３３に固定された旋回プレート３８に形成された空気孔３２Ｂによって旋回をかけられて燃焼室５０に供給される。
【００４４】
本実施例のガスタービン燃焼器２では、バーナ６を構成するベースプレート３３に形成した空気孔３２Ａの外周側に配設したスリーブ３７の側面に設けられた複数の燃料噴孔３１は、これらの燃料噴孔３１の軸線が同一線上に位置するように、２個の燃料噴孔３１を対向させて配設している。
【００４５】
前記スリーブ３７は、概略円筒状に形成されており、燃料ヘッダ４０に隣接した該スリーブ３７の両端部が肉厚に形成されて、この肉厚に形成したスリーブ３７の両端部でベースプレート３３の内壁に固定される。
【００４６】
つまり、スリーブ３７は両端部が外周側に肉厚となっているため、両端部以外の部分ではスリーブ３７とベースプレート３３との間には空間が形成され、この空間に燃料ヘッダ４０を形成している。
【００４７】
ベースプレート３３に配設したスリーブ３７は、肉厚となっているその両端でベースプレート３３に燃料漏れが生じることがないように固定する必要があるので、ベースプレート３３へのスリーブ３７の固定方法には、燃料漏れを確実に防ぐため、冷やし嵌めや、焼き嵌めを施すようにすれば良い。
【００４８】
ただし、ベースプレート３３とスリーブ３７の接合部において燃料漏れを生じなければ、ロウ付け、溶接等の他の方法によっても特に問題ない。
【００４９】
ベースプレート３３の下流には、図３に示したようにベースプレート３３に配設した空気孔３２Ａの中心軸と旋回プレート３８に配設した空気孔３２Ｂの中心軸とが同軸となるように旋回プレート３８を配置している。
【００５０】
旋回プレート３８に配設した空気孔３２Ｂの孔径は、スリーブ３７に設けた空気孔３２Ａの孔径と等しくする。
【００５１】
さらに、旋回プレート３８に配設した空気孔３２Ｂは、図３に示すように角度θの旋回角が設けられており、この旋回プレート３８の空気孔３２Ｂに旋回角θを設けることで該空気孔３２Ｂを通じて前記燃焼器ライナ１０の内部の燃焼器５０に供給する燃料と空気の噴流に旋回流を形成することで、燃焼安定性を高めている。
【００５２】
尚、前記ベースプレート３３と旋回プレート３８とは、図示していないがボルト等で相互に固定している。
【００５３】
ここで、旋回プレート３８に配設した空気孔３２Ｂの孔径に比べて、ベースプレート３３に配設した空気孔３２Ａの内部に固定されるスリーブ３７の外径は大きい。
【００５４】
したがって、ベースプレート３３に配設したスリーブ３７がベースプレート３３から分離することが生じた場合であっても、旋回プレート３８はスリーブ３７が下流に流されるのを防ぐ役目を有する。
【００５５】
一方で、図３に示すようにスリーブ３７の側面に形成された対向配置された二つの燃料噴孔３１から噴出する燃料噴流３５は、空気孔３２Ａの内部において相互に衝突する。
【００５６】
すると、これらの燃料噴流３５の持つ運動量は相殺されて燃料噴流３５のポテンシャルコアは消失し、空気孔３２Ａの内部での燃料の滞留時間が増加する。
【００５７】
そして、空気孔３２Ａを流下する空気噴流３６が持つ乱れ成分によって、空気孔３２Ａの内部において燃料噴流３５と空気噴流３６とが急速に混合し、この燃料と空気の混合気は燃焼器ライナ１０の内側に形成される燃焼室５０に供給されて燃焼する。
【００５８】
よってガスタービン燃焼器を大型化した場合でも、前記バーナのベースプレート３３に設けた複数の燃料噴孔３１を対向配置することによって該燃料噴孔３１から噴出した燃料噴流３５と空気噴流３６とが空気孔３２Ａ内で急速混合するので燃料と空気との混合性能が維持される。
【００５９】
上記した実施例のガスタービン燃焼器２においては、燃料と空気は良好に混合した後に燃焼するため、全体に火炎温度は均一化して局所的に火炎温度が上昇することはなく、低ＮＯｘ燃焼が実現される。
【００６０】
また、上記した実施例のガスタービン燃焼器２では燃焼室で生じる火炎がバーナに逆流する逆火現象も回避できる。
【００６１】
本実施例のガスタービン燃焼器２では、ベースプレート３３に配設したスリーブ３７の側面に設けた燃料噴孔３１はスリーブ３７の側面に一対、対向配置させている。ただし、燃料噴孔３１から噴出する燃料噴流３５が空気孔３２Ａの中心軸上で互いに衝突するように構成すれば、スリーブ３７の側面に燃料噴孔３１を３孔以上設けても同様の効果が得られる。
【００６２】
図５は、図１のガスタービンプラント１０００における、ガスタービン燃焼器２のバーナ６の周辺部分を拡大した正面図であり、図６はバーナ６を燃焼器ライナ１０の内側に形成した燃焼室５０から見た側面図である。
【００６３】
本実施例のガスタービン燃焼器２では、図５及び図６に示すように空気孔３２Ａ及び空気孔３２Ｂから形成される空気孔３２は、同心円状に中心側から外周側に向かって第１列の空気孔３２ａ、第２列の空気孔３２ｂ、第３列の空気孔３２ｃとからなる３列で構成されており、バーナ６の内周側から第１列に４個、第２列に４個、第３列に８個の合計１６個が配設されている。
【００６４】
図７は図５のＢ−Ｂ方向断面であるガスタービン燃焼器２の断面図を示す。
【００６５】
図７に示したガスタービン燃焼器２において、Ｆ１燃料系統２０１を通じてバーナ６に供給されるＦ１燃料は、ベースプレート３３に配設したスリーブ３７の側面に設けた燃料噴孔３１に対応する第１列の空気孔３２ａの内部側面に配設された燃料噴孔３１ａに供給され、Ｆ２燃料系統２０２を通じてバーナ６に供給されるＦ２燃料は、前記燃料噴孔３１に対応する第２列の空気孔３２ｂ及び第３列の空気孔３２ｃの内部側面に配設された燃料噴孔３１ｂ及び燃料噴孔３１ｃに供給される。
【００６６】
このように、Ｆ１燃料とＦ２燃料をガスタービン燃焼器のバーナに供給する燃料系統を、Ｆ１燃料系統２０１とＦ２燃料系統２０２との二つに分けて配設することによって、ガスタービンの負荷変動に追従させてＦ１燃料とＦ２燃料との流量を調節して供給することが容易となる。
【００６７】
さらに、図７に示したガスタービン燃焼器２においては、Ｆ１燃料系統２０１とＦ２燃料系統２０２をそれぞれ流れるＦ１燃料とＦ２燃料の流量の総和を変化させずに、Ｆ１燃料の流量を上げると同時にＦ２燃料の流量を下げることで、１列目空気孔３２ａから燃焼器ライナ１０の内側に形成した燃焼器５０に供給される燃料と空気の混合気中の燃料濃度が高まる。
【００６８】
よって、１列目空気孔３２ａの下流では燃焼安定性が高まり、ガスタービン燃焼器２の全体の燃焼負荷を一定に保持した状態で燃焼安定性を確保することができる。
【００６９】
Ｆ１燃料系統２０１を通じて供給されるＦ１燃料は、ベースプレート３３の外周部に設けられた燃料ポート４２ａからベースプレート３３の内部に配設された燃料流路４４ａを介して燃料ヘッダ４０ａへと流入し、第１列の空気孔３２ａの内部に設けられた燃料噴孔３１ａに供給される。
【００７０】
燃料ポート４２ａは、第１列の空気孔３２ａの孔数分、ベースプレート３３の外周部に設けられている。
【００７１】
Ｆ２燃料系統２０２を通じて供給されるＦ２燃料は、二つの系統に分岐した後に、ベースプレート３３の外周部に設けられた燃料ポート４２ｂ及び４２ｃから、ベースプレート３３の内部に配設された燃料流路４４ｂ及び４４ｃを介して燃料ヘッダ４０ｂ及び４０ｃへと流入する。
【００７２】
燃料ポート４２ｂから燃料流路４４ｂを介して燃料ヘッダ４０ｂに流入したＦ２燃料は、第２列の空気孔３２ｂの内部側面に設けられた燃料噴孔３１ｂに供給される。
【００７３】
燃料ポート４２ｂは、第２列の空気孔３２ｂの孔数分、ベースプレート３３の外周部に設けられている。
【００７４】
一方で、燃料流路４４ｃを介して燃料ヘッダ４０ｃに流入したＦ２燃料は、第３列の空気孔３２ｃの内部に設けられた燃料噴孔３１ｃに供給される。
【００７５】
燃料ポート４２ｃは、第３列の空気孔３２ｃの孔数分、ベースプレート３３の外周部に設けられている。
【００７６】
かくして、Ｆ１燃料系統２０１を通じて供給されるＦ１燃料を第１列の空気孔３２ａの内部に配設した燃料噴孔３１ａに、Ｆ２燃料系統２０２を通じて供給されるＦ２燃料を第２列の空気孔３２ｂの内部に配設した燃料噴孔３１ｂと第３列の空気孔３２ｃの内部に配設した燃料噴孔３１ｃに供給することができる。
【００７７】
本実施例によれば、ガスタービン燃焼器を大型化した場合に、燃料と空気とを急速混合させて低ＮＯｘ化を実現すると共に、逆火を回避した構成のバーナを備えたガスタービン燃焼器が実現できる。
【実施例２】
【００７８】
次に、本発明の第２実施例であるガスタービン燃焼器について図８乃至図１２を用いて説明する。
【００７９】
本実施例のガスタービン燃焼器の構成は、図１乃至図７に示した第１実施例のガスタービン燃焼器の構成と基本的な部分が共通しているので、両者に共通した構成の説明は省略して相違した構成についてのみ以下に説明する。
【００８０】
図８は、図１のガスタービンプラント１０００における本実施例のガスタービン燃焼器に備えたバーナの長手方向断面図であり、図９は図８に示した本実施例のガスタービン燃焼器に備えたバーナの縦断面図である。
【００８１】
本実施例のガスタービン燃焼器２においては、バーナ６を構成するベースプレート３３及び旋回プレート３８には、図８及び図９に示すように空気孔３２Ａ及び空気孔３２Ｂから形成される空気孔３２は、同心円状に中心側から外周側に向かって第１列の空気孔３２ａ、第２列の空気孔３２ｂ、第３列の空気孔３２ｃとからなる３列で構成されており、バーナ６の内周側から第１列に６個、第２列に１２個、第３列に１８個の合計３６個が配設されている。
【００８２】
図１０は図８のＣ−Ｃ方向断面であるガスタービン燃焼器２の断面図を示す。
【００８３】
本実施例のガスタービン燃焼器２においてはでは、先の第１実施例のガスタービン燃焼器と同様に、Ｆ１燃料とＦ２燃料を供給する燃料系統は二つに分かれており、それぞれをＦ１燃料系統２０１、Ｆ２燃料系統２０２が配設されている。
【００８４】
Ｆ１燃料はＦ１燃料系統２０１を通じて第１列の空気孔３２ａの内部側面に配設した一対の燃料噴孔３１ａに供給され、Ｆ２燃料はＦ２燃料系統２０２を通じて第２列の空気孔３２ｂ及び第３列の空気孔３２ｃの内部側面に配設した一対の燃料噴孔３１ｂ及び３１ｃに供給される。
【００８５】
Ｆ１燃料系統２０１を通じて供給されたＦ１燃料は、ベースプレート３３の上流側の面に設けた図中点線で示した燃料ポート４２ａからベースプレートの内部に配設された環状の燃料流路４４ａに供給される。
【００８６】
燃料流路４４ａに供給されたＦ１燃料は、第１列の空気孔３２ａの内部側面に互いの軸線が同一線上に位置するように配設した一対の燃料噴孔３１ａから、空気孔３２ａの中心軸に向けて供給される。
【００８７】
Ｆ２燃料系統２０２を通じて供給されたＦ２燃料は、ベースプレート３３の外周に設けた燃料ポート４２ｂと４２ｃからベースプレート３３の内部に配設された環状の燃料流路４４ｂと４４ｃにそれぞれ供給される。
【００８８】
燃料流路４４ｂに供給されたＦ２燃料は、第２列の空気孔３２ｂの内部側面に互いの軸線が同一線上に位置するように配設した一対の燃料噴孔３１ｂから、空気孔３２ｂの中心軸に向けて供給される。
【００８９】
また、燃料流路４４ｃに供給されたＦ２燃料は、第３列の空気孔３２ｃの内部側面に互いの軸線が同一線上に位置するように配設した一対の燃料噴孔３１ｃから、空気孔３２ｃの中心軸に向けて供給される。
【００９０】
このように、各列の空気孔３２の内部に設けられた一対の燃料噴孔３１に、燃料２００を供給するための燃料ポート４２が、各空気孔３２に対して１つ設けられているのではなく、各列に対して１つ設けられている点が第１実施例と異なっている。
【００９１】
また、第１実施例に示した燃料流路４４と燃料ヘッダ４０が一体化している点でも前記第１実施例と異なっている。
【００９２】
次に、本実施例のガスタービン燃焼器２における燃料供給構造の詳細を説明する。
【００９３】
図８に示すように、本実施例のガスタービン燃焼器２におけるバーナ６を構成するベースプレート３３は、上流側からベースプレート第１層３３Ａ、ベースプレート第２層３３Ｂの２層から構成される。
【００９４】
ここで、図１１にベースプレート第１層３３Ａの概略図、図１２にベースプレート第２層３３Ｂの概略図をそれぞれ示す。
【００９５】
図１１に示すように、ベースプレート第１層３３Ａには、ベースプレート３３に配設される空気孔３２の位相でスリーブ３７の外径に等しい孔径のスリーブ設置孔４５Ａが配設されており、ベースプレート３３の中心には、Ｆ１燃料２０１をベースプレート３３の内部に流通させるための燃料ポート４２ａが配設されている。
【００９６】
ベースプレート第２層３３Ｂには、ベースプレート第１層３３Ａと同様に、ベースプレート３３に配設される空気孔３２の位相でスリーブ３７の外径に等しい直径のスリーブ設置孔４５Ｂが配設されており、さらに図１２に示すように、外周には燃料ポート４２ｂ〜４２ｃが、内部には燃料流路４４ａ〜４４ｃが配設されている。
【００９７】
そして、スリーブ設置孔４５Ａと４５Ｂにスリーブ３７を冷やし嵌め、焼き嵌め等で配設し、さらにベースプレート第１層３３Ａとベースプレート第２層３３Ｂを溶接し、図４（ｃ）に示す断面を保持する構造のベースプレート３３を提供できる。
【００９８】
ここで、本実施例のガスタービン燃焼器２においては、スリーブ３７の形状は本発明の第１実施例と同様に両端で肉厚な概略円筒形状としたが、外径をベースプレート第１層３３Ａ及びベースプレート第２層３３Ｂに配設した空気孔３２ａの孔径と等しい、肉厚が全体に均一な単純円筒形状であっても本実施例のガスタービン燃焼器２の構造は実現できる。
【００９９】
かくして、Ｆ１燃料系統２０１を通じて供給されたＦ１燃料を第１列の空気孔３２ａの内部に配設した燃料噴孔３１ａに、Ｆ２燃料系統２０２を通じて供給されたＦ２燃料を第２列の空気孔３２ｂの内部に配設した燃料噴孔３１ｂと第３列の空気孔３２ｃの内部に配設した燃料噴孔３１ｃに供給することができる。
【０１００】
また、本本実施例のガスタービン燃焼器２では、バーナ６を構成するベースプレート３３の内部をＦ１燃料及びＦ２燃料が流通するため、Ｆ１燃料及びＦ２燃料の冷熱によってベースプレート３３と旋回プレート３８は冷却される。
【０１０１】
したがって、バーナ６のベースプレート３３及び旋回プレート３８の過熱が防止され、ベースプレート３３及び旋回プレート３８に生じる熱応力を低下させるので、ガスタービン燃焼器２に備えられたバーナ６のベースプレート３３及び旋回プレート３８の構造信頼性を高めることができる。
【０１０２】
本実施例によれば、ガスタービン燃焼器を大型化した場合に、燃料と空気とを急速混合させて低ＮＯｘ化を実現すると共に、逆火を回避した構成のバーナを備えたガスタービン燃焼器が実現できる。
【実施例３】
【０１０３】
次に、本発明の第３の実施例であるガスタービン燃焼器について図１３及び図１４を用いて説明する。
【０１０４】
本実施例のガスタービン燃焼器の構成は、図１乃至図７に示した第１実施例のガスタービン燃焼器の構成と基本的な部分が共通しているので、両者に共通した構成の説明は省略して相違した構成についてのみ以下に説明する。
【０１０５】
図１３は本実施例のガスタービン燃焼器２に備えたバーナ６を構成するベースプレート３３及び旋回プレート３８に形成した空気孔３２Ａ及び空気孔３２Ｂの周辺部位を拡大した概略断面図である。
【０１０６】
図１３及び図１４において、本実施例のガスタービン燃焼器２に備えたバーナ６を構成するベースプレート３３及び旋回プレート３８は、第１実施例のスタービン燃焼器と同様に、空気孔３２Ａ及び空気孔３２Ｂにはその上流側から空気噴流３６が供給されて流下する。
【０１０７】
そして、ベースプレート３３に形成した空気孔３２Ａの外周側に配設したスリーブ３７の側面に設けられた複数の燃料噴孔３１は、これらの燃料噴孔３１の軸線が同一線上に位置するように、２個の燃料噴孔３１を対向させて配設している。この対向して配設された２個の燃料噴孔３１から供給された燃料噴流３５は空気孔３２Ａの中心軸上で衝突する。
【０１０８】
そして、本実施例のガスタービン燃焼器２におけるバーナ６では、ベースプレート３３の空気孔３２Ａに供給される空気噴流３６の持つ乱れによって、空気孔３２Ａの内部において前記複数の燃料噴孔３１から空気孔３２Ａに供給される燃料と空気噴流３６の空気とがより均一に混合して、燃焼室５０に供給するように構成している。
【０１０９】
更に、本実施例のガスタービン燃焼器２におけるバーナ６では、図１３に示すように、図３及び図４に示した第１実施例のガスタービン燃焼器２におけるバーナ６の構造に加えて、空気孔３２Ａと面するスリーブ３７の側壁であって、前記燃料噴孔３１の配設位置よりも上流側となる側壁に渦発生体３９を配設している。
【０１１０】
上記構成の本実施例のガスタービン燃焼器２におけるバーナ６においては、図１３に示すように、空気孔３２Ａと面するスリーブ３７の側壁で、燃料噴孔３１よりも上流側の位置に設置した前記渦発生体３９によって、この渦発生体３９の下流となるスリーブ３７の側壁近傍の空気孔３２Ａに渦４３が生成する。
【０１１１】
このため、空気孔３２Ａに供給される空気噴流３６が持つ乱れだけでなく、前記渦発生体３９によって積極的に乱れを発生させることで、前記複数の燃料噴孔３１から空気孔３２Ａに供給される燃料と空気噴流３６の空気とがより均一に混合して燃焼室５０に供給されるので、燃料と空気の混合が第１実施例のガスタービン燃焼器のバーナに比して更に促進される。
【０１１２】
ここで、図１４に本実施例の変形例であるガスタービン燃焼器２のバーナ６を示すように、空気孔３２Ａと面するスリーブ３７の側壁で、燃料噴孔３１よりも下流側の位置に渦発生体３９を設置する構成にしても、渦発生体３９の下流で生成する渦４３によって流れが乱されるので、前記複数の燃料噴孔３１から空気孔３２Ａに供給される燃料と空気噴流３６の空気とがより均一に混合して燃焼室５０に供給され、燃料と空気の混合が促進される。
【０１１３】
また、本実施例のガスタービン燃焼器２におけるバーナ６では、加工の容易さから渦発生体３９の形状を周方向に厚みが均一で、半径方向に高さが均一なリブ状構造としているが、例えば渦発生体３９の一部に切り欠きを持つ構造でも、その下流において流れが乱れるため、燃料と空気の混合を促進できる。
【０１１４】
かくして、本実施例のガスタービン燃焼器２におけるバーナ６のように燃料と空気をさらに均一に混合することで、さらなる低ＮＯｘ燃焼を実現するガスタービン燃焼器２のバーナ６構造を得ることができる。
【０１１５】
本実施例によれば、ガスタービン燃焼器を大型化した場合に、燃料と空気とを急速混合させて低ＮＯｘ化を実現すると共に、逆火を回避した構成のバーナを備えたガスタービン燃焼器が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明はガスタービン燃焼器に適用可能である。
【符号の説明】
【０１１７】
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、６：バーナ、１０：燃焼器ライナ、１１：フロースリーブ、１２：燃焼器尾筒内筒、１３：尾筒外筒、２０：発電機、２１：シャフト、３１：燃料噴孔、３２：空気孔、３３：ベースプレート、３４：スプリングシール、３５：燃料噴流、３６：空気噴流、３７：スリーブ、３８：旋回プレート、３９：渦発生体、４０：燃料ヘッダ、４２：燃料ポート、４３：渦、４４：燃料流路、４５：スリーブ設置孔、５０：燃焼室、１００：吸い込み空気、１０１：高圧空気、１０２：高温燃焼ガス、１０３：排ガス、２００：燃料、２０１：Ｆ１燃料、２０２：Ｆ２燃料、２１０：燃料遮断弁、２１１：Ｆ１燃料流調弁、２１２：Ｆ２燃料流調弁、１０００：ガスタービンプラント。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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