(57)【要約】【課題】本発明の目的は、ガスタービン燃焼器において、低ＮＯｘと高い燃焼安定性を両立する構造を提供することにある。【解決手段】本発明は、燃料を噴出する燃料ノズル３１と、燃料ノズル３１から噴出された燃料と空気とを噴出する空気孔３４，３５を備えた空気孔プレートと、空気孔３４，３５から供給された燃料と空気とを混合燃焼させる燃焼室７とを有する燃焼器において、少なくとも一つの空気孔３５では、入口の数よりも出口の数が多いことを特徴とする。【選択図】  図１
2011226723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を噴出する燃料ノズルと、
前記燃料ノズルから噴出された燃料と空気とを噴出する空気孔を備えた空気孔プレートと、
前記空気孔から供給された燃料と空気とを混合燃焼させる燃焼室とを有する燃焼器において、
少なくとも一つの前記空気孔では、入口の数よりも出口の数が多いことを特徴とする燃焼器。
【請求項２】
請求項１の燃焼器において、
前記空気孔プレートは、前記燃焼室側が複数に分岐した第一の空気孔と、
前記燃焼室側の空気孔軸の中心軸が、前記燃料ノズルの中心軸に対して傾斜している第二の空気孔を有することを特徴とする燃焼器。
【請求項３】
請求項２の燃焼器において、
前記空気孔は前記空気孔プレート上で同心円状に複数列配置され、
前記第一の空気孔が、前記第二の空気孔よりも内周側に位置していることを特徴とする燃焼器。
【請求項４】
気体燃料を供給する燃料ノズルヘッダと、前記燃料ノズルヘッダから供給された気体燃料を噴出する燃料ノズルと、前記燃料ノズルから噴出された気体燃料と空気とを噴出する空気孔を、同心円状に複数列配置した空気孔プレートとを備えたバーナと、
前記バーナから噴出された気体燃料と空気とを混合燃焼させる燃焼室とを有する燃焼器において、
前記燃料ノズルヘッダ側である入口に対して、前記燃焼室側である出口の数が多い第一の空気孔と、
前記第一の空気孔の外周側に配置され、下流側の中心軸が前記バーナの中心軸に対して傾斜している第二の空気孔を有することを特徴とする燃焼器。
【請求項５】
請求項４の燃焼器であって、
前記第一の空気孔に燃料を噴射する第一の燃料ノズルと、前記第一の燃料ノズルのみに燃料を供給する第一の燃料ヘッダと、前記第二の空気孔に燃料を噴射する第二の燃料ノズルと、前記第二の燃料ノズルに燃料を供給する第二の燃料ヘッダとを有することを特徴とする燃焼器。
【請求項６】
請求項５の燃焼器であって、
前記第一の燃料ノズルは一本であり、前記バーナの中心軸上に配置されていることを特徴とする燃焼器。
【請求項７】
請求項２から６の何れかの燃焼器であって、
前記第一の空気孔の複数の出口の少なくとも一つが、入口よりも小径であることを特徴とする燃焼器。
【請求項８】
請求項２から７の何れかの燃焼器において、
前記第一の空気孔の分岐直後の流路断面積の合計が、分岐前の流路断面積と同じかそれより狭いことを特徴とする燃焼器。
【請求項９】
請求項２から８の何れかの燃焼器であって、
前記第一の空気孔の出口がテーパ状に広がっていることを特徴とする燃焼器。
【請求項１０】
気体燃料を供給する燃料ノズルヘッダと、前記燃料ノズルヘッダから供給された気体燃料を噴出する燃料ノズルと、前記燃料ノズルから噴出された気体燃料と空気とを噴出する空気孔を、同心円状に複数列配置した空気孔プレートとを備えたバーナと、
前記バーナから噴出された気体燃料と空気とを混合燃焼させる燃焼室とを有する燃焼器の運転方法において、
前記燃料ノズルヘッダ側である入口に対して、前記燃焼室側である出口の数が多い第一の空気孔と、前記第一の空気孔に気体燃料を噴出する第一の燃料ノズルと、前記第一の燃料ノズルに燃料を供給する第一の燃料ヘッダとを有するバーナに燃料を供給する際に、
前記バーナに供給する燃料が少なくなったときに、前記第一の燃料ノズルに供給する燃料の割合を多くすることを特徴とする燃焼器の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃焼器及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境保護に対して社会的要求が日増しに強くなっており、環境規制が強化され、ガスタービンにおいてもさらなる低ＮＯｘ化が求められている。
【０００３】
ガスタービン燃焼器を低ＮＯｘ化するための一方策として、燃料を良く混合し希薄予混合燃焼させることが考えられるが、この場合、希薄予混合化に伴って燃焼の不安定化が懸念される。
【０００４】
特許文献１には、燃焼室に燃料を供給する燃料ノズルと、この燃料ノズルの下流側に位置し、酸化剤を供給する酸化剤ノズルとを備え、燃料ノズルの噴出孔と酸化剤ノズルの噴出孔とを同軸上に配置した燃料燃焼用ノズルが開示されている。また、特許文献１では、燃料と空気の混合を促進するため、空気流に乱れを発生させるための突起物が燃料ノズルに設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２３２２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１では、燃焼室内における保炎の仕組みについて、旋回流による循環流形成以外の燃焼安定化策については適用されていなかった。
【０００７】
そこで本発明の目的は、燃焼器において、低ＮＯｘ燃焼と高い燃焼安定性を両立する構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、燃料を噴出する燃料ノズルと、前記燃料ノズルから噴出された燃料と空気とを噴出する空気孔を備えた空気孔プレートと、前記空気孔から供給された燃料と空気とを混合燃焼させる燃焼室とを有する燃焼器において、少なくとも一つの前記空気孔では、入口の数よりも出口の数が多いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、低ＮＯｘ燃焼と高い燃焼安定性を両立する燃焼器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１におけるガスタービン燃焼器の燃料供給部を構成する燃料ノズルヘッダと燃料ノズル及び空気孔プレートとの配置状況の詳細を示す部分構造図である。
【図２】図１に示した実施例１の空気孔プレートを燃焼室側から見た正面図である。
【図３】実施例１のガスタービン燃焼器が適用されるガスタービンプラントの概略構成を示すプラントの系統図である。
【図４】実施例１における燃焼室に面した１つの出口を有する空気孔と燃料ノズル一対の関係を示した詳細断面図である。
【図５】実施例１における燃焼室に面した複数の出口を有する空気孔と燃料ノズル一対の関係を示した詳細断面図である。
【図６】実施例１における燃焼室に面した複数の出口を有する空気孔の別案の一例を示した図である。
【図７】実施例２におけるガスタービン燃焼器の燃料供給部を構成する燃料ノズルヘッダと燃料ノズル及び空気孔プレートとの配置状況の詳細を示す部分構造図である。
【図８】実施例３におけるガスタービン燃焼器の燃料供給部を構成する燃料ノズルヘッダと燃料ノズル及び空気孔プレートとの配置状況の詳細を示す部分構造図である。
【図９】実施例４におけるガスタービン燃焼器の燃料供給部を構成する燃料ノズルヘッダと燃料ノズル及び空気孔プレートとの配置状況の詳細を示す部分構造図である。
【図１０】図９に示した実施例４の空気孔プレートを燃焼室側から見た正面図である。
【図１１】実施例４における燃焼室に面した複数の出口を有する空気孔の詳細図である。
【図１２】実施例５におけるガスタービン燃焼器の空気孔プレートを燃焼室側から見た正面図である。
【図１３】比較例におけるガスタービン燃焼器の燃料供給部を構成する燃料ノズルヘッダと燃料ノズル及び空気孔プレートとの配置状況の詳細を示す部分構造図である。
【図１４】比較例におけるガスタービン燃焼器のバーナを燃焼室側から見た正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、各実施例について説明する。
【００１２】
（第１の実施例）
図３は発電用ガスタービンプラント７０の全体構成を表すシステム図である。
【００１３】
図３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とガス燃料２０とを燃焼させて高温燃焼ガス１８を生成する燃焼器２と、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１２と、圧縮機１，タービン３及び発電機１２を一体に連結するシャフト１３を備える。
【００１４】
そして、燃焼器２は、ケーシング４の内部に格納されている。
【００１５】
また、燃焼器２は、その頭部にバーナ６を備え、このバーナ６の下流側となる燃焼器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８を備える。
【００１６】
この燃焼器ライナ８の外周に、高圧空気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９が配設されている。フロースリーブ９は燃焼器ライナ８よりも直径が大きく、燃焼器ライナ８とほぼ同心円の円筒状に配設されている。
【００１７】
燃焼器ライナ８の下流側は、燃焼器２の燃焼室７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１０が配設されている。また、尾筒内筒１０の外周側に、尾筒外筒１１が配設されている。
【００１８】
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１０と尾筒外筒１１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。
【００１９】
さらに高圧空気１６は、フロースリーブ９と燃焼器ライナ８との間に形成された環状の流路を通って燃焼器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８の対流冷却に使用される。
【００２０】
また、高圧空気１６の一部は、燃焼器ライナ８に設けられた多数の冷却孔から燃焼器ライナ内へ流入し、燃焼器ライナ８のフィルム冷却に使用される。
【００２１】
高圧空気１６のうち燃焼器ライナ８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７の上流側壁面に位置する空気孔プレート３３に設けられた多数の空気孔３４，３５から燃焼室７に流入する。
【００２２】
多数の空気孔３４，３５から燃焼器ライナ８に流入した燃焼用空気１７は、燃料ノズル３１から噴出される燃料とともに、燃焼室７で燃焼して高温燃焼ガス１８を生成する。この高温燃焼ガス１８は尾筒内筒１０を通じてタービン３に供給される。
【００２３】
高温燃焼ガス１８は、タービン３を駆動した後に排出されて、排気ガス１９となる。
【００２４】
タービン３で得られた駆動力は、シャフト１３を通じて圧縮機１及び発電機１２に伝えられる。
【００２５】
タービン３で得られた駆動力の一部は、圧縮機１を駆動して空気を加圧し高圧空気を生成する。また、タービン３で得られた駆動力の他の一部は、発電機１２を回転させて電力を発生させる。
【００２６】
バーナ６はＦ１燃料２１とＦ２燃料２２の二つの燃料系統を備える。それぞれの燃料系統は燃料流量調節弁２１ａ，２２ａを備えている。そして、Ｆ１燃料２１の流量は燃料流量調節弁２１ａで、Ｆ２燃料２２の流量は燃料流量調節弁２２ａでそれぞれ調節され、ガスタービンプラント７０の発電量が制御される。
【００２７】
ここでバーナ６の詳細を図１の断面図に示し、空気孔プレート３３を燃焼室７側から見た正面図を図２に示す。以下、詳細を図１，図２により説明する。
【００２８】
本実施例のバーナ６は、気体燃料を供給するヘッダ３０と、ヘッダ３０から供給された燃料を噴出する多数の燃料ノズル３１と、燃料ノズル３１から噴出された気体燃料と空気とを噴出する空気孔３４，３５を、同心円状に複数列配置した空気孔プレート３３とを備えている。燃料ノズル３１は燃料ノズルヘッダに取り付けられている。空気孔３４，３５は、燃料ノズル３１に対して１対１に配置されている。図２の正面図に示すように、第二の空気孔である空気孔３４は３列の同心円状に配置されている。第一の空気孔３５は、バーナ６の中心軸上である空気孔プレート３３の中心に配置されている。バーナ６の下流には、バーナ６から噴出された気体燃料と空気とを混合燃焼させる燃焼室７が位置している。
【００２９】
空気孔３４と燃料ノズル３１の詳細図を図４（ａ）に、空気孔３５と燃料ノズル３１の詳細図を図５に示す。空気孔３４，３５の内部では、燃料噴流２４の周囲を空気流２５が包み込むように流れる。２つの噴流の境界面では速度差や密度差によって渦２６が生じ、流れに乱れが発生する。この乱れが燃料と空気を半径方向に輸送，攪拌し、燃料と空気を混合する。また、本実施例の構成では、空気孔上流側において燃料噴流２４は空気流２５の中心を流れ、流れ方向も同一方向であるため空気孔内部で燃料噴流２４が偏って流れることがなく、燃料が効率よく半径方向外側に向かって拡散し、空気との混合が進む。また、空気孔３５については、複数の空気孔３５ａに分岐される前に燃料と空気が混合されるため、分岐後のそれぞれの流路に均等に燃料と空気が流入する。これにより、燃焼室で局所的に燃空比が高くなる領域を抑え、ＮＯｘ排出量の増加を防止することができる。
【００３０】
以上のように、燃料噴流２４と空気流２５の小さな同軸流を多数形成することにより、燃料と空気の界面が増加し、それぞれの同軸流で燃料と空気の混合が行われるため、空気孔３４，３５の出口側では燃料と空気が十分に混合された予混合気が燃焼室７に向かって噴出される。そのため、図１に示したように形成される火炎４２の火炎温度分布が均一化し、ＮＯｘの発生量を低減することができる。
【００３１】
本実施例では、簡略化のため燃料ノズル３１には特許文献１のようには突起物が設けられていないが、燃料と空気の混合を促進するには図４（ｂ）のように燃料ノズル３１の先端に突起物５０を設けることは有効である。さらに図４（ｂ）に図示するように、燃料ノズル先端を空気孔３４の内部に挿入すると良い。そうすることにより燃料ノズル先端周囲を流れる空気流２５の流速が速くなり、かつ突起物によって強い乱れが生じ、渦２７が発生する。この渦２７により燃料噴流２４と空気流２５を半径方向に輸送し、強く攪拌することによって積極的に混合することができる。そして、図１に示した火炎４２に到達する前に燃料と空気が均一化することで火炎の局所的な温度上昇を抑え、ＮＯｘ排出量をさらに低減することができる。
【００３２】
空気孔３５に対応する燃料ノズル３１についても、先端に突起物５０を設けることによりさらなる燃料と空気の混合を促進し、ＮＯｘの排出量を低減することができる。後述する他の実施例についても、ＮＯｘ低減のため燃料ノズル３１の先端に突起物５０を設けることは有効である。
【００３３】
本実施例では、図４に示すように第二の空気孔である空気孔３４のうち下流側（燃焼室７側）の空気孔中心軸５６を、図１のバーナ中心軸５５の軸方向に対し傾斜させている。バーナ中心軸は燃料ノズル３１の中心軸と平行であるため、空気孔中心軸５６は燃料ノズル３１に対して傾斜しているとも言える。この傾斜により、燃焼室７に旋回流４０を形成し、その内部に循環流４１を発生させている。そうすると火炎４２は循環流領域に沿って円錐状に形成される。また、循環流４１によって下流の高温燃焼ガスが火炎基部にまで戻ってくる。この高温燃焼ガスが空気孔３４から噴出される燃料と空気の混合気に熱や活性化学種を伝えることで火炎４２を連続的に保炎することができる。
【００３４】
ここで本実施例の特徴を、比較例との違いを用いて説明する。予混合火炎は予混合気流の速度と火炎の伝播する速度のつり合う位置に形成される。そのため、ガスタービンの負荷が低い条件の予混合火炎の場合、火炎温度が低く燃焼速度が遅くなるため、火炎が不安定化し下流に吹き飛ぶ恐れが生じる。また、負荷１００％の条件であったとしても、ＮＯｘ排出量を低減するために燃料と空気を完全に均一化した予混合火炎の場合、火炎が変動しやすく、燃焼振動や火炎が大きく周期的に変動するフリッカ現象が発生しやすくなる。
【００３５】
この問題に対応するため、以下の比較例の構造を用いることが考えられる。図１３で示した比較例のガスタービン燃焼器は、バーナ中心部にパイロットノズル５１を配置し、拡散火炎４４を形成することにより、空気に比して燃料が少ない条件でも火炎を安定に保炎させている。また、図１４で示した比較例の、バーナを複数個配置したマルチバーナの場合、中央に拡散バーナ５２を配置している。しかし、拡散火炎はＮＯｘを多く排出するため、これらの方式を採用する限り低ＮＯｘ化には限界がある。
【００３６】
これに対し、図１等で示した本実施例の燃焼器では、バーナ中心部に第一の空気孔である空気孔３５が配置されている。空気孔３５は流路が途中で複数に分岐し、予混合気は空気孔３４よりも小径で複数の空気孔３５ａから燃焼室７に噴出される。一般的に直径が小さくなるに従い、拡散速度一定に対し混合空間が狭まるため、空間全体の混合が早く進行する。そのため、開口面積の合計が同じであれば一つの大きな穴から噴出するよりも複数の小径の穴から噴出する方がより短い距離で均一な濃度分布を得ることができる。噴流の燃焼室７内での速度分布は、一般的に直径が小さくなるに従い減衰度が大きくなるため、開口面積の合計が同じであれば一つの大きな穴から噴出するよりも複数の小径の穴から噴出する方が、燃焼室７での流速がより遅い予混合気を得ることができる。そのため、空気孔３５の入口の数よりも出口の数を多くする、すなわち燃焼室７側を複数に分岐することにより、予混合気噴流２８の分布をより平準化し、燃焼室７に流速が遅く広く分散した予混合気分布を形成することができる。これらの予混合気噴流２８は、循環流４１により戻ってきた燃焼ガスから熱をもらい、火炎４３を形成する。そのため、本発明では火炎温度が低く燃焼速度が遅くなるような条件でも火炎が吹き飛ぶことなく安定に火炎を維持することができる。
【００３７】
また、出口の複数化により空気孔３５ａから噴出される予混合気噴流２８の代表径は小さくなり、体積に対する表面積は大きくなる。そのため、循環流である旋回流４０によって戻ってきた燃焼ガスから熱を受け取りやすく予熱されやすくなるため、火炎のさらなる安定化を図ることができる。
【００３８】
以上のことから、空気孔３５ａから噴出される予混合気噴流２８は火炎４３を形成し、安定に燃焼を維持することができる。また、この火炎４３が火種となって火炎４２を安定燃焼させることができる。また、火種が予混合火炎であるため、火種に拡散火炎を利用した比較例に比べてＮＯｘ排出量を低減することができる。
【００３９】
なお代案として、バーナ６の空気孔プレート３３の開口面積を大きくすれば、全空気孔からの噴出流速を遅くすることはできる。しかしこの場合、火炎の吹き飛びを抑制することはできるが、同時に空気孔内部に完全に火炎が戻ってしまう逆火の恐れが生じる。火炎が逆火してしまうとバーナが焼損してしまうため、逆火は必ず避けなければならない。
【００４０】
本実施例では、空気孔内部の予混合気の流速を遅くすることなく、燃焼室７の内部で低流速分布を形成することができる。また、空気孔の出口側である空気孔３５ａを、入口側である空気孔３５に比べて小径にしたため、火炎の壁面への熱損失が大きくなり空気孔内部へ火炎が戻ることを防止することができる。そのため、逆火を防止しつつ低ＮＯｘ燃焼と火炎の安定性強化を両立することができる。
【００４１】
本実施例では、空気孔３５のように空気孔を途中で複数に分岐し、小径の空気孔３５ａから予混合気を噴出しているが、別の代案として、空気孔３４の直径を小さくし本数を増やすことにより燃焼室に代表径の小さな予混合気噴流を供給することもできる。しかし、燃料ノズルもこれに比して径を細くする必要があるため小径化には限界がある。また、燃料ノズルが細長くなってしまうと強度が弱くなり、信頼性に支障をきたす可能性がある。逆に、先端の噴出孔のみ細くした場合は、燃料ノズルをお互いに干渉しないように配置する必要が生じ、燃料ノズルならびに空気孔の配置や個数は制約される。以上のことから、本実施例は各代案と比べても、信頼性を損なうことなく予混合気を小径多数の噴流で任意の場所から燃焼室に供給できる有効な手段であるといえる。
【００４２】
本実施例では燃料に気体燃料を用いている。そのため、前述したように空気孔と燃料ノズルを同軸上に配置し同軸流を形成することによって、非常に単純な構造で燃料と空気の混合を図ることができる。
【００４３】
一方、燃料が液体の場合、本実施例の構成では液体燃料がコーキングし、特に流路が細くなった分岐後の流路で目詰まりを起こす恐れがある。周囲を流れる空気は圧縮機１によって加圧され温度が高くなっているためである。また、液体燃料と空気では比重が大きく異なるため、本実施例のような同軸流では燃料噴流が空気流を貫通し、短い距離で混合することは難しい。そのため、気体燃料と同様の効果を液体燃料で得るには、空気源を別に用意し、その空気流には液体を微粒化するために強い旋回を施す必要がある。この場合、気体燃料のみを用いる場合に比べて構造は複雑になる。
【００４４】
本実施例の空気孔３５の別案として、図６に示す構造を用いることもできる。本別案は小径の空気孔３５ａの出口をテーパ拡大している。第一の空気孔の出口である空気孔３５ａをテーパ状に広げることで、空気孔の出口付近で噴出流速を遅くすることができる。なおかつ噴出されたあとの速度の減衰も速めることができる。一方で、第一の空気孔である空気孔３５の分岐直後の流路断面積の合計Ｓ2を、分岐前の流路断面積Ｓ1と同じかそれよりも狭くすることによって流路断面積Ｓ2での流速を速く保ち、逆火を防ぐことができる。
【００４５】
以上のように、本別案のバリエーションは逆火を抑止しつつ燃焼室での噴流の速度の減衰を助長し火炎４３の安定性を強化することができ、信頼性のより高い燃焼器を供給することができる。
【００４６】
（第２の実施例）
第２の実施例を図７に示す。本実施例では、空気孔３５に対応する燃料ノズル３２に供給されるＦ３燃料２３は、空気孔３４に対応した他の燃料ノズル３１に供給されるＦ１燃料２１，Ｆ２燃料２２と供給系統が分けられており、独立して燃料流量を制御することができる。すなわち、第一の空気孔３５に燃料を噴射する第一の燃料ノズル３２と、第一の燃料ノズル３２のみに燃料を供給する第一の燃料ヘッダ３０ａと、第二の空気孔３４に燃料を噴射する第二の燃料ノズル３１と、第二の燃料ノズル３１に燃料を供給する燃料ヘッダ３０とを有している。そのため、火炎４２の火種となる火炎４３の火炎温度を任意に調整することができる。
【００４７】
ガスタービン負荷が低くバーナ６全体に供給する燃料流量が少なくなったときでも、第一の燃料ノズル３２に供給する燃料の割合を多くし、火炎４３の温度を高く維持することでより火炎４３を安定に燃焼させることができる。また、火炎４２の温度が低くても火種となる火炎４３から熱が供給されるため、火炎４２についても安定に保炎することができる。
【００４８】
ガスタービン定格負荷条件においても、火炎４３のみ火炎温度を高くするだけで同様に火炎４２が安定化される。また、火炎４３の燃焼量は火炎４２に比して小さく、火炎温度が上昇する領域は必要最小限に抑えられる。そのため、ＮＯｘ排出量の増加を最小限に抑制し、結果として安定化のために火炎４２の一部を高温化するよりもＮＯｘ排出量を低減することができる。
【００４９】
（第３の実施例）
第３の実施例を図８に示す。本実施例では、１つの流路を複数の流路に分岐した第一の空気孔３５が、第２の空気孔３４の内周側、すなわちバーナ６の中央部に複数個配置されている。バーナのサイズが大きくなり、火炎４２が大きくなる場合、火炎の安定性を確保するには火種である火炎４３も大きくする必要がある。空気孔３５を比例拡大して対応した場合、空気孔３５ａから噴出される予混合気の代表直径が大きくなり、本実施例の各種効果が小さくなってしまう。そこで、本実施例では、空気孔３５とそれに対応する燃料ノズルとを含めて複数化することによって、予混合気噴流の代表直径を大きくすることなく火種である火炎４３を拡大し、火炎４２の安定性を強化することができる。
【００５０】
（第４の実施例）
第４の実施例を図９，図１０，図１１に示す。図９はバーナ断面図、図１０はバーナを燃焼室側から見た図である。図１１（ａ）は空気孔３６の断面図で、図１１（ｂ）は図１１（ａ）に示す空気孔３６のＡ−Ａ断面の断面図、図１１（ｃ）は空気孔３６を燃焼室側から見た正面図である。図１１に示すように、本実施例の空気孔３６には径の大きい主流路３６ａに対し、径の小さい副流路３６ｂが設けられており、予混合気の一部は主流路３６ａから副流路３６ｂに流入する。空気孔３６は空気孔３４と同様に上流側ではバーナ中心軸５５の軸方向に対し平行であり、下流側では主流路３６ａの空気孔中心軸５６をバーナ軸方向に対し傾斜させている。これにより第１の実施例と同様に図１に示すような旋回流４０を燃焼室７に形成し、その内部に循環流４１を発生させ、循環流領域に沿って円錐状の火炎４２を形成することができる。一方、副流路３６ｂを設けたことにより、第一の空気孔３６の複数の出口の少なくとも一つである副流路３６ｂが、入口よりも小径であるよう構成している。このような構成とすることで、燃焼室に代表径の小さい予混合気噴流２８を供給することができる。そのため、副流路３６ｂの出口下流に第１の実施例と同様な安定な火炎４３を形成させることができる。この火炎４３が火炎４２の火種となることにより、火炎４２も安定に保炎させることができる。このように、空気孔３６に空気孔３４と空気孔３５の機能を同時に持たせることができる。
【００５１】
（第５の実施例）
第５の実施例として図１２にバーナ正面図を示す。ガスタービンでは起動から定格負荷条件まで幅広い燃空比条件を運転する必要がある。予混合火炎は拡散火炎に比べてＮＯｘ排出量は低いが安定燃焼できる燃空比条件の範囲が狭い。そこで本実施例は第１の実施例のバーナ６を一つのセクターバーナ６０とし、中央に１つ、外周に６つマルチ状に配置して１つのバーナを構成している。個々のセクターバーナ６０には円錐状の火炎がそれぞれ形成される。
【００５２】
ガスタービン燃焼器の運転例を説明する。着火，起動時は中央のセクターバーナのみに燃料を供給して火炎を形成し、負荷の上昇とともに外側６つのセクターバーナのうち２つにも燃料を供給して火炎を形成する。さらに負荷が上昇すれば４つ，６つと燃料を供給するセクターバーナ６０の個数を増やして形成する火炎の数を変える。このように負荷に応じて燃料を供給するセクターバーナの個数を変えることにより、形成する火炎の燃空比を一定値以上に保つことができ、安定に火炎を保炎し燃焼負荷に応じた制御が容易となる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は発電用のガスタービン燃焼器だけでなく、熱と電力を併給可能なコジェネレーションシステム、あるいはポンプ・圧縮機などの機械駆動用エンジンとしてのガスタービン燃焼器やその他様々な燃焼器に適用可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１  圧縮機
２  燃焼器
３  タービン
４  ケーシング
６  バーナ
７  燃焼室
８  燃焼器ライナ
９  フロースリーブ
１０  尾筒内筒
１１  尾筒外筒
１２  発電機
１３  シャフト
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
２０  ガス燃料
２１  Ｆ１燃料
２１ａ，２２ａ  燃料流量調節弁
２２  Ｆ２燃料
２３  Ｆ３燃料
２４  燃料噴流
２５  空気流
２６，２７  渦
２８  予混合気噴流
３０  ヘッダ
３１，３２  燃料ノズル
３３  空気孔プレート
３４，３５，３５ａ，３６  空気孔
３６ａ  主流路
３６ｂ  副流路
４０  旋回流
４１  循環流
４２，４３  火炎
４４  拡散火炎
５０  突起物
５１  パイロットノズル
５２  拡散バーナ
５５  バーナ中心軸
５６  空気孔中心軸
６０  セクターバーナ
７０  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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