(57)【要約】【課題】更に燃焼状態を向上させる。【解決手段】軸線Ａを中心とした筒状をなす燃焼筒４と、軸線Ａを中心とした筒状をなし、燃焼筒４の上流側から燃料を噴出する燃料供給部３５であって、軸線Ａの径方向内側に不活性ガスＥが導入されて燃焼筒４に不活性ガスＥを供給する内周側空間３４ａを区画形成し、かつ、径方向外側に不活性ガスＥが導入されて燃焼筒４に不活性ガスを供給する外周側空間３４ｂを区画形成する燃料供給部３５と、内周側空間３４ａに酸素を供給する内周側酸素供給部３２ａと、外周側空間に酸素を供給する外周側酸素供給部３２ｂと、内周側酸素供給部が供給する酸素と外周側酸素供給部が供給する酸素との相対量を調整する調整部と、を備える燃焼器２２を提供する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線を中心とした筒状をなす燃焼筒と、
前記軸線を中心とした筒状をなし、前記燃焼筒の上流側から燃料を噴出する燃料供給部であって、
前記軸線の径方向内側に不活性ガスが導入されて前記燃焼筒に不活性ガスを供給する内周側空間を区画形成し、かつ、径方向外側に不活性ガスが導入されて前記燃焼筒に不活性ガスを供給する外周側空間を区画形成する燃料供給部と、
前記内周側空間に酸素を供給する内周側酸素供給部と、
前記外周側空間に酸素を供給する外周側酸素供給部と、
前記内周側酸素供給部が供給する酸素と前記外周側酸素供給部が供給する酸素との相対量を調整する調整部と、を備える燃焼器。
【請求項２】
前記調整部は、前記内周側酸素供給部から供給される酸素供給量と前記外周側酸素供給部から供給される酸素供給量とを個別に調整する請求項１に記載の燃焼器。
【請求項３】
前記内周側酸素供給部は、軸線方向に延在する筒状の内周側ノズルと、前記内周側ノズルの先端に設けられた複数の内周側酸素噴射孔と、を有し、前記内周側酸素噴射孔は、可能な限り径方向外側に配置され、
前記外周側酸素供給部は、軸線方向に延在する筒状の外周側ノズルと、前記外周側ノズルの先端に設けられた複数の外周側酸素噴射孔と、を有し、前記外周側酸素噴射孔は、可能な限り径方向内側に配置されている請求項１又は請求項２に記載の燃焼器。
【請求項４】
前記内周側酸素供給部は、軸線方向に延在する筒状の内周側ノズルと、前記内周側ノズルの先端に設けられた複数の内周側酸素噴射孔と、を有し、
前記外周側酸素供給部は、軸線方向に延在する筒状の外周側ノズルと、前記外周側ノズルの先端に設けられた複数の外周側酸素噴射孔と、を有し、
前記内周側酸素噴射孔の軸線方向の位置と、前記外周側酸素噴射孔の軸線方向の位置とは異なる請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃焼器。
【請求項５】
前記内周側酸素噴射孔の軸線方向の位置は、前記外周側酸素噴射孔の軸線方向の位置よりも下流側に配置されている請求項４に記載の燃焼器。
【請求項６】
前記燃焼筒内を流れる燃焼ガスのＣＯ濃度を測定するＣＯ濃度測定装置を有し、
前記調整部は、
中央部のＣＯ濃度が径方向外側のＣＯ濃度より高い場合、内周側酸素供給部の酸素供給量を増加させ、かつ、外周側酸素供給部の酸素供給量を減少させ、
中央部のＣＯ濃度が径方向外側のＣＯ濃度より低い場合、内周側酸素供給部の酸素供給量を減少させ、かつ、外周側酸素供給部の酸素供給量を増加させる請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されている。ガスタービンは、空気を圧縮機により圧縮することで高温・高圧の圧縮空気とし、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスによりタービンを駆動している。また、ガスタービンでは、タービンに連結された発電機を駆動して発電を行うことができる。
また、このようなガスタービンにガス化炉を適用した複合発電システムがある。複合発電システムでは、ガス化炉で固体燃料または液体燃料をガス化し、生成したガスを燃料としてガスタービンへ送給して燃焼させ、発生した燃焼ガスによりタービンを駆動して発電している。また、ガスタービンから排出された高温の排気ガスをボイラに送って蒸気を生成させ、生成された蒸気により蒸気タービンを駆動して発電している。
【０００３】
ところで、上述した複合発電システムでは、ガスタービンから排出された排気ガスに、二酸化炭素（ＣＯ２）が含まれている。
特許文献１には、ガス化炉と、排気ガスにガス燃料と酸素を混合して燃焼させるクローズドガスタービンを組み合わせた複合発電システムが記載されている。この複合発電システムは、圧縮機から排出された排気循環ガスに酸素を混入し、燃焼器で燃焼させている。また、この複合発電システムでは、安全性、及び、燃焼器の圧力損失を考慮して酸素を燃焼領域の直前に投入している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−９４５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、ガス燃料の径方向内側及び径方向外側の両側に酸素を隣接して供給する燃焼器が記載されている。この燃焼器によれば、ガス燃料と酸素との混合を促進させて効率的な燃焼を実現している。
一方、燃焼器の分野では、更に燃焼状態を向上させる要求がある。
【０００６】
この発明は、更に燃焼状態を向上させることができる燃焼器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の態様によれば、燃焼器は、軸線を中心とした筒状をなす燃焼筒と、前記軸線を中心とした筒状をなし、前記燃焼筒の上流側から燃料を噴出する燃料供給部であって、前記軸線の径方向内側に不活性ガスが導入されて前記燃焼筒に不活性ガスを供給する内周側空間を区画形成し、かつ、径方向外側に不活性ガスが導入されて前記燃焼筒に不活性ガスを供給する外周側空間を区画形成する燃料供給部と、前記内周側空間に酸素を供給する内周側酸素供給部と、前記外周側空間に酸素を供給する外周側酸素供給部と、前記内周側酸素供給部が供給する酸素と前記外周側酸素供給部が供給する酸素との相対量を調整する調整部と、を備える。
【０００８】
このような構成によれば、内周側空間に供給する酸素と外周側空間に供給する酸素との相対量を調整することによって、燃料の燃焼状態に合わせてより適した酸素濃度に近づけることができる。これにより、燃焼ガス中のＣＯ濃度を低減することができる。
【０００９】
上記燃焼器において、前記調整部は、前記内周側酸素供給部から供給される酸素供給量と前記外周側酸素供給部から供給される酸素供給量とを個別に調整してよい。
【００１０】
このような構成によれば、燃料の燃焼状態に合わせた最適な酸素濃度を設定することができる。
【００１１】
上記燃焼器において、前記内周側酸素供給部は、軸線方向に延在する筒状の内周側ノズルと、前記内周側ノズルの先端に設けられた複数の内周側酸素噴射孔と、を有し、前記内周側酸素噴射孔は、可能な限り径方向外側に配置され、前記外周側酸素供給部は、軸線方向に延在する筒状の外周側ノズルと、前記外周側ノズルの先端に設けられた複数の外周側酸素噴射孔と、を有し、前記外周側酸素噴射孔は、可能な限り径方向内側に配置されてよい。
【００１２】
このような構成によれば、燃料供給部側の酸素濃度が高くなるため、燃料の燃焼が促進され、燃焼ガス中のＣＯ濃度をより低減することができる。
【００１３】
上記燃焼器において、前記内周側酸素供給部は、軸線方向に延在する筒状の内周側ノズルと、前記内周側ノズルの先端に設けられた複数の内周側酸素噴射孔と、を有し、前記外周側酸素供給部は、軸線方向に延在する筒状の外周側ノズルと、前記外周側ノズルの先端に設けられた複数の外周側酸素噴射孔と、を有し、前記内周側酸素噴射孔の軸線方向の位置と、前記外周側酸素噴射孔の軸線方向の位置とは異なってよい。
【００１４】
上記燃焼器において、前記内周側酸素噴射孔の軸線方向の位置は、前記外周側酸素噴射孔の軸線方向の位置よりも下流側に配置されてよい。
【００１５】
このような構成によれば、内周側では、燃料と酸素の燃焼性が活発化し保炎性が向上し、外周側では火炎温度が抑制されるため、燃焼筒の壁面側の温度上昇を抑制することができる。
【００１６】
上記燃焼器において、前記燃焼筒内を流れる燃焼ガスのＣＯ濃度を測定するＣＯ濃度測定装置を有し、前記調整部は、中央部のＣＯ濃度が径方向外側のＣＯ濃度より高い場合、内周側酸素供給部の酸素供給量を増加させ、かつ、外周側酸素供給部の酸素供給量を減少させ、中央部のＣＯ濃度が径方向外側のＣＯ濃度より低い場合、内周側酸素供給部の酸素供給量を減少させ、かつ、外周側酸素供給部の酸素供給量を増加させてよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、内周側空間に供給する酸素と外周側空間に供給する酸素との相対量を調整することによって、燃料の燃焼状態に合わせてより適した酸素濃度に近づけることができる。これにより、燃焼ガス中のＣＯ濃度を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一実施形態の発電システムの概略図である。
【図２】本発明の第一実施形態の燃焼器の概略図である。
【図３】本発明の第一実施形態の燃焼器の詳細図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ断面図であって、燃焼器を下流側から見た図である。
【図５】本発明の第一実施形態の燃焼器の制御方法について説明するフローチャートである。
【図６】本発明の第二実施形態の燃焼器の詳細図である。
【図７】本発明の第三実施形態の燃焼器の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態の燃焼器について図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の発電システム１は、ガス化炉１１と、ガス精製装置１２と、酸素製造装置１３と、燃焼器２２を備えるガスタービン１４と、ガスタービン１４の駆動力により発電する第一発電機１５と、排熱回収ボイラ１６（ＨＲＳＧ）と、蒸気タービン１７と、第二発電機１８と、を備える複合発電システムである。
【００２０】
ガス化炉１１は、固体燃料としての微粉炭（石炭）を不完全燃焼して未燃ガス（Ｈ２，ＣＯ，ＣＯ２，Ｎ２など）を生成する。ガス精製装置１２は、ガス化炉１１で生成された未燃ガスから浄化処理などを行うことで、不純物を除去してガス燃料Ｆ（Ｈ２，ＣＯ）を精製する。即ち、ガス化炉１１で生成された未燃ガスをガス精製装置１２の各種装置に通過させることで、自身のもつ熱により硫黄分化合物、窒素化合物、その他の有害物質を除去することができる。ガス化炉１１は、液体燃料をガス化する構成としてもよい。
【００２１】
酸素製造装置１３は、大気から高濃度の純酸素を製造する。酸素製造装置１３は、例えば、深冷分留法（液化分留法）、ゼオライト吸着剤を使用した圧力掃引吸着（ＰＳＡ）法、カーボンモレキュラーシーブを使用した圧力掃引吸着（ＰＳＡ）法などの技術を用いた装置を採用することができる。
【００２２】
ガスタービン１４は、圧縮機２１と燃焼器２２とタービン２３とを有している。圧縮機２１とタービン２３とはタービン軸２４を介して連結されている。ガスタービン１４と第一発電機１５とは、タービン軸２４を介して連結されている。
【００２３】
ガスタービン１４の圧縮機２１と燃焼器２２とは、排気循環ガス供給ライン２５によって接続されている。
燃焼器２２とガス精製装置１２とは、ガス燃料供給ライン２６によって接続されている。
燃焼器２２と酸素製造装置１３とは、酸素供給ライン２７によって接続されている。燃焼器２２とタービン２３とは、燃焼ガス供給ライン２８によって接続されている。
【００２４】
排熱回収ボイラ１６は、例えば、高圧ボイラと中圧ボイラと低圧ボイラを有している。排熱回収ボイラ１６は、ガスタービン１４から排出された排気ガスにより各ボイラでそれぞれ蒸気を発生させることができる。
タービン２３と排熱回収ボイラ１６とは、排気ガス排出ライン２９によって接続されている。排気ガス排出ライン２９には、タービン２３から排出された排気ガスＥ（ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ）が導入される。排熱回収ボイラ１６とガスタービン１４の圧縮機２１とは、排気ガス戻しライン３０によって接続されている。排気ガス戻しライン３０からは、排気ガス回収ライン３１が分岐している。
【００２５】
蒸気タービン１７は、排熱回収ボイラ１６で発生した蒸気が供給されることで駆動し、連結された第二発電機１８を運転することができる。蒸気タービン１７に供給された蒸気は図示しない復水器に送られて凝縮された後、復水ポンプにより排熱回収ボイラ１６に送られる。なお、この場合、ガスタービン１４と蒸気タービン１７とを同軸上に配置し、一つの発電機を共用してもよい。
【００２６】
排気循環ガス供給ライン２５と、燃焼ガス供給ライン２８と、排気ガス排出ライン２９と、排気ガス戻しライン３０と、により排気ガスＥの循環経路が構成される。なお、以下の説明では、タービン２３から排出されたガスを排気ガスＥと称し、圧縮機２１で圧縮され、排気循環ガス供給ライン２５により燃焼器２２に供給されるガスを排気循環ガスＥと呼ぶ。排気ガスＥと排気循環ガスＥとは温度と圧力が相違するが、同質のガスである。排気ガスＥと排気循環ガスＥは、不活性ガスとして機能する。
【００２７】
次に、本実施形態の発電システム１の作用について説明する。
ガス化炉１１では、酸素、窒素、微粉炭が供給され、内部で微粉炭が燃焼して未燃ガスが生成される。未燃ガスは、熱交換器で冷却されてからチャーが除去され、その後、ガス精製装置１２で硫黄分化合物、窒素化合物、その他の有害物質が除去させてガス燃料Ｆが精製される。
【００２８】
ガスタービン１４では、排気ガス戻しライン３０を通して圧縮機２１に取り込まれた排気ガスＥが圧縮されることで高温・高圧の圧縮ガス（排気循環ガスＥ）となる。圧縮ガスは、排気循環ガスＥとして排気循環ガス供給ライン２５を介して燃焼器２２に送られる。ガス精製装置１２で精製されたガス燃料Ｆがガス燃料供給ライン２６を介して燃焼器２２に送られるとともに、酸素製造装置１３で製造された酸素（Ｏ２）が酸素供給ライン２７を通して燃焼器２２に送られる。
【００２９】
燃焼器２２では、排気循環ガスＥとガス燃料Ｆと酸素との混合ガスに対して着火され、燃焼する。燃焼器２２で生成された高温・高圧の燃焼ガスは、燃焼ガス供給ライン２８を介してタービン２３に送られ、図示しない複数の静翼及び動翼を通過することでタービン軸２４を駆動回転する。これにより、第一発電機１５が作動して発電が行われる。
【００３０】
タービン２３から排出された排気ガスＥは、排気ガス排出ライン２９を介して排熱回収ボイラ１６に送られる。排熱回収ボイラ１６では、高温・高圧の排気ガスＥにより蒸気が生成される。生成された蒸気は蒸気タービン１７に送られ、蒸気タービン１７を駆動することで第二発電機１８が作動して発電が行われる。排熱回収ボイラ１６で熱回収された排気ガスは、排気ガス戻しライン３０を介して圧縮機２１に戻され、一部が排気ガス回収ライン３１を通して回収される。
【００３１】
このように構成された本実施形態の発電システム１では、燃焼器２２に排気循環ガスＥとガス燃料Ｆと酸素を供給して燃焼させることから、ガス燃料Ｆと酸素を十分に混合して効率的に燃焼させる必要がある。
【００３２】
図２に示すように、燃焼器２２は、軸線Ａを中心とする円筒状をなす内筒２と、内筒２の外周側に内筒２の軸線Ａと同軸状に設けられた外筒３と、内筒２の下流側Ｄａ２に接続されてさらに下流側Ｄａ２に延びる燃焼筒４と、内筒２内に配置されたパイロットノズル５及びメインノズル６（燃料供給部）と、燃焼筒４を貫通するように形成されたスクープ７と、燃焼筒４内に酸素を供給する複数の酸素供給部３２と、燃焼筒４を流れる燃焼ガスのＣＯ濃度を測定するＣＯ濃度測定装置１０と、ＣＯ濃度測定装置１０によって測定されたＣＯ濃度を分析する分析部１９と、分析部１９によって分析された結果に基づいて酸素供給部３２に供給される酸素供給量を調整する調整部２０と、を備えている。
【００３３】
なお、以下の説明において、内筒２の軸線Ａが延びている方向を軸線方向Ｄａとする。また、軸線Ａに直交する方向を径方向とし、この径方向で軸線Ａから遠ざかる側を径方向外側と言い、この径方向で軸線Ａに近づく側を径方向内側という。また、軸線方向Ｄａであって、図２及び図３の左側を上流側Ｄａ１、図２及び図３の右側を下流側Ｄａ２という。
また、図２及び図３では、酸素を実線の矢印で示し、排気循環ガスＥを一点鎖線の矢印で示し、ガス燃料Ｆを二点鎖線の矢印で示す。
【００３４】
外筒３と内筒２との間には、内筒２の端部２ａで反転して下流側Ｄａ２に向かうように排気循環ガスＥを導入する排気循環ガス流路Ｒが形成されている。即ち、排気循環ガス流路Ｒには、排気循環ガス供給ライン２５を介して排気循環ガスＥが導入される。
外筒３と燃焼筒４との間から燃焼器２２内に流入した排気循環ガスＥは、図示しない外筒３の端壁で１８０°転回し、内筒２の内部（メインノズル６）に供給される。
【００３５】
燃焼筒４は、軸線Ａを中心とする筒形状をなし、下流側Ｄａ２に排気循環ガスＥを流す複数の開口部３３を有している。開口部３３から流される排気循環ガスＥは、フィルム流体として機能する。
【００３６】
スクープ７は、燃焼筒４の外周面を径方向外側から燃焼筒４の中心部に向けて貫通する管状部材である。スクープ７は、周方向に等間隔で４つ設けられている。スクープ７の数はこれに限ることはなく、例えば、８つでもよい。
【００３７】
パイロットノズル５は、燃焼筒４の上流側Ｄａ１に内筒２の軸線Ａに沿って設けられている。パイロットノズル５は、ガス精製装置１２から供給されるガス燃料Ｆを先端側から下流側Ｄａ２に噴射し、ガス燃料Ｆに着火することで火炎を生成する。即ち、ガス燃料供給ライン２６を介して燃焼器２２に導入されるガス燃料Ｆの一部は、パイロットノズル５に供給される。
メインノズル６は、内筒２の径方向内側であって、パイロットノズル５の径方向外側に設けられ、内筒２と同軸状をなすリング形状のノズルである。
【００３８】
燃焼器２２は、メインノズル６の径方向内側に酸素を供給する内周側酸素供給部３２ａ、メインノズル６の径方向外側に酸素を供給する外周側酸素供給部３２ｂ、スクープ７に酸素を供給するスクープ酸素供給部３２ｃ、パイロットノズル５に酸素を供給するパイロットノズル酸素供給部３２ｄ、の４系統の酸素供給部３２を有している。酸素製造装置１３から酸素が導入される酸素供給ライン２７は、４つに分岐している。
【００３９】
内周側酸素供給部３２ａは、第一酸素供給ライン２７ａに接続された内周側ノズル３７ａ（図３参照）を有している。
外周側酸素供給部３２ｂは、第二酸素供給ライン２７ｂに接続された外周側ノズル３７ｂ（図３参照）を有している。
スクープ酸素供給部３２ｃは、第三酸素供給ライン２７ｃに接続されたスクープノズル３８（図３参照）を有している。
パイロットノズル酸素供給部３２ｄは、第四酸素供給ライン２７ｄに接続されたパイロットノズル５を有している。即ち、パイロットノズル５は、酸素供給部３２として機能する。
【００４０】
第一酸素供給ライン２７ａには、第一酸素供給ライン２７ａを流れる酸素の流量を調整する第一調整弁４２ａが設けられている。
第二酸素供給ライン２７ｂには、第二酸素供給ライン２７ｂを流れる酸素の流量を調整する第二調整弁４２ｂが設けられている。
第三酸素供給ライン２７ｃには、第三酸素供給ライン２７ｃを流れる酸素の流量を調整する第三調整弁４２ｃが設けられている。
第四酸素供給ライン２７ｄには、第四酸素供給ライン２７ｄを流れる酸素の流量を調整する第四調整弁４２ｄが設けられている。
【００４１】
ガス精製装置１２から供給されるガス燃料Ｆは、パイロットノズル５と、メインノズル６に導入される。
排気循環ガス供給ライン２５から供給される排気循環ガスＥは、排気循環ガス流路Ｒ及びスクープ７に導入される。本実施形態の燃焼器２２では、スクープ７から燃焼筒４の中心部に排気循環ガスＥが導入され、燃焼ガスの流れ方向の前後（上流側Ｄａ１及び下流側Ｄａ２）に流動する。
【００４２】
図３に示すように、本実施形態のメインノズル６は、パイロットノズル５の径方向外側に設けられた環状部材である第一リング８と、第一リング８の径方向外側に設けられた環状部材である第二リング９と、を有している。メインノズル６の径方向内側であって、パイロットノズル５と第一リング８との間には、不活性ガスである排気循環ガスＥが導入される内周側空間３４ａが区画形成されている。
【００４３】
メインノズル６の径方向外側であって、第二リング９と内筒２との間には、不活性ガスである排気循環ガスＥが導入される外周側空間３４ｂが区画形成されている。
即ち、排気循環ガス供給ライン２５から供給される排気循環ガスＥの一部は、メインノズル６の径方向内側の内周側空間３４ａと、メインノズル６の径方向外側の外周側空間３４ｂとに導入された後、燃焼筒４に供給される。
内周側空間３４ａ、及び外周側空間３４ｂには、スワラ３６（旋回羽根）が設けられている。スワラ３６は、内周側空間３４ａ、外周側空間３４ｂにおける流れに旋回力を付与する。
本実施形態の内周側空間３４ａの径方向の幅は、外周側空間３４ｂの径方向の幅よりも大きい。
【００４４】
メインノズル６は、第一リング８と第二リング９との間に設けられ、ガス燃料Ｆを噴射する燃料噴射ノズル部３５を有している。燃料噴射ノズル部３５の先端部には、複数の燃料噴射孔３５ａが形成されている。即ち、ガス燃料供給ライン２６から供給されるガス燃料Ｆの一部は、燃料噴射ノズル部３５に導入される。燃料噴射ノズル部３５は、燃焼筒４内にガス燃料Ｆを供給する燃料供給部として機能する。
【００４５】
パイロットノズル５の先端部には、複数の燃料噴射孔５ａと、複数の酸素噴射孔５ｂが形成されている。図４に示すように、複数の燃料噴射孔５ａは、軸線Ａを中心とする周方向に間隔をあけて形成されている。複数の酸素噴射孔５ｂは、複数の燃料噴射孔５ａの径方向内側に、周方向に間隔をあけて形成されている。
【００４６】
内周側酸素供給部３２ａは、メインノズル６とパイロットノズル５との間（径方向の隙間）で、下流側Ｄａ２から上流側Ｄａ１に向かって延在する内周側ノズル３７ａを有している。内周側ノズル３７ａは、メインノズル６とパイロットノズル５との間の内周側空間３４ａに配置された筒状のノズルである。
内周側ノズル３７ａは、第一酸素供給ライン２７ａと接続されている。内周側ノズル３７ａの先端部には、複数の内周側酸素噴射孔４０ａが形成されている。内周側酸素噴射孔４０ａ（内周側ノズル３７ａの先端）は、スワラ３６より上流側Ｄａ１に配置されている。
【００４７】
外周側酸素供給部３２ｂは、メインノズル６と内筒２との間（径方向の隙間）で、下流側Ｄａ２から上流側Ｄａ１に向かって延在する外周側ノズル３７ｂを有している。外周側ノズル３７ｂは、メインノズル６と内筒２との間の外周側空間３４ｂに配置された筒状のノズルである。
外周側ノズル３７ｂは、第二酸素供給ライン２７ｂと接続されている。外周側ノズル３７ｂの先端部には、複数の外周側酸素噴射孔４０ｂが形成されている。外周側酸素噴射孔４０ｂ（外周側ノズル３７ｂの先端）は、スワラ３６より上流側Ｄａ１に配置されている。
【００４８】
スクープ酸素供給部３２ｃは、スクープ７の内周側でスクープ７の中心軸に沿うように延在するスクープノズル３８を有している。スクープノズル３８は、スクープ７と同様に、燃焼筒４を貫通するように形成されており、スクープノズル３８の先端には、酸素噴射孔４０ｃが形成されている。スクープノズル３８の酸素噴射孔４０ｃから噴射された酸素は、スクープ７を介して導入される排気循環ガスＥとともに、燃焼筒４の中心部に導入される。
【００４９】
パイロットノズル５は、酸素供給部３２として機能する。即ち、第四酸素供給ライン２７ｄを介してパイロットノズル５に供給された酸素は、パイロットノズル５の先端部に形成されている酸素噴射孔５ｂから噴射される。第四酸素供給ライン２７ｄを介してパイロットノズル５に導入された酸素は、燃焼筒４の上流側Ｄａ１の径方向中心から下流側Ｄａ２に向かって供給される。
【００５０】
ＣＯ濃度測定装置１０は、燃焼筒４を流れる燃焼ガスのＣＯ濃度（一酸化炭素濃度）を測定する装置である。ＣＯ濃度測定装置１０は、燃焼筒４の内周面に取り付けられている。ＣＯ濃度測定装置１０は、径方向に離間して配置された複数の測定点１０ａを有している。測定点１０ａは、少なくとも燃焼筒４の径方向の中心部近傍と、燃焼筒４の径方向外側（燃焼筒４の内周面近傍）とに配置されている。ＣＯ濃度測定装置１０は、分析部１９と電気的に接続されている。
【００５１】
分析部１９は、ＣＯ濃度測定装置１０によって測定された燃焼ガスのＣＯ濃度を分析する。分析部１９は、例えば、燃焼筒４の中央部のＣＯ濃度と径方向外側のＣＯ濃度の差Ｄを算出することができる。
【００５２】
分析部１９と調整部２０とは、電気的に接続されている。また、調整部２０と第一調整弁４２ａとは電気的に接続されており、調整部２０と第二調整弁４２ｂとは電気的に接続されている。
調整部２０は、分析部１９によって算出された燃焼筒４の中央部のＣＯ濃度と径方向外側のＣＯ濃度の差Ｄに基づいて第一調整弁４２ａ及び第二調整弁４２ｂの開度を調整する機能を有している。即ち、調整部２０は、内周側酸素供給部３２ａが供給する酸素と外周側酸素供給部３２ｂが供給する酸素との相対量を調整する機能を有している。
【００５３】
調整部２０は、差Ｄが所定値以内か否かを判定し、差Ｄが所定値以内ではなかった場合に、第一調整弁４２ａ及び第二調整弁４２ｂの開度を調整する。
具体的には、調整部２０は、差Ｄが所定値以内ではなかった場合で、中央部のＣＯ濃度が径方向外側のＣＯ濃度より高い場合、内周側酸素供給部３２ａの酸素供給量を増加させ、かつ、外周側酸素供給部３２ｂの酸素供給量を減少させるように第一調整弁４２ａ及び第二調整弁４２ｂの開度を調整する。また、調整部２０は、中央部のＣＯ濃度が径方向外側のＣＯ濃度より低い場合、内周側酸素供給部３２ａの酸素供給量を減少させ、かつ、外周側酸素供給部３２ｂの酸素供給量を増加させるように第一調整弁４２ａ及び第二調整弁４２ｂの開度を調整する。
【００５４】
次に、燃焼器２２の制御方法について説明する。
図５に示すように、燃焼器の制御方法は、内周側酸素供給部３２ａ及び外周側酸素供給部３２ｂから酸素を供給する酸素供給工程Ｓ１と、燃焼筒４の中央部のＣＯ濃度と径方向外側のＣＯ濃度の差Ｄが所定値以内かを判定する濃度差判定工程Ｓ２と、差Ｄが所定値以内ではない場合に酸素供給量を変更する酸素供給量変更工程Ｓ３と、を有している。
【００５５】
酸素供給工程Ｓ１では、内周側酸素供給部３２ａ及び外周側酸素供給部３２ｂから酸素を供給する。例えば、内周側酸素供給部３２ａから供給される酸素供給量と、外周側酸素供給部３２ｂから供給される酸素供給量とは、等しくすることができる。
濃度差判定工程Ｓ２では、燃焼筒４の中央部のＣＯ濃度と径方向外側のＣＯ濃度の差Ｄが所定値以内の場合は、そのまま酸素供給を続行する。一方、差Ｄが所定値以内でない場合は、酸素供給量変更工程Ｓ３を実行する。
【００５６】
酸素供給量変更工程Ｓ３では、中央部のＣＯ濃度が径方向外側のＣＯ濃度より高い場合、内周側酸素供給部３２ａの酸素供給量を増加させ、かつ、外周側酸素供給部３２ｂの酸素供給量を減少させるように第一調整弁４２ａ及び第二調整弁４２ｂの開度を調整する。また、中央部のＣＯ濃度が径方向外側のＣＯ濃度より低い場合、内周側酸素供給部３２ａの酸素供給量を減少させ、かつ、外周側酸素供給部３２ｂの酸素供給量を増加させるように第一調整弁４２ａ及び第二調整弁４２ｂの開度を調整する。
これらの制御により、燃焼筒４内のＣＯ濃度の均一化を図ることができる。
【００５７】
本実施形態の燃焼器２２では、メインノズル６からガス燃料Ｆ及び酸素が噴射され、内周側空間３４ａ及び外周側空間３４ｂから排気循環ガスＥ及び酸素が噴射され、パイロットノズル５からガス燃料Ｆ及び酸素が噴射され、スクープ７から中心部に向けて排気循環ガスＥ及び酸素が噴射される。
そのため、ガス燃料Ｆと酸素は、排気循環ガスＥにより挟まれた空間で混合し、着火されることとなり、十分な混合が可能となり、適正な位置に火炎面ＦＬ（図２参照）が形成されて効率的に燃焼する。
【００５８】
メインノズル６の燃料噴射ノズル部３５から噴射されるガス燃料Ｆは、スクープ７から供給される排気循環ガスＥより径方向外側に供給される。
また、ノズル３７ａ，３７ｂから噴射された酸素はメインノズル６に導入された後、内周側空間３４ａ及び外周側空間３４ｂにて排気循環ガスＥと混合される。この混合気は、スクープ７を介して燃焼筒４の中心部に供給される排気循環ガスＥより径方向外側に供給される。
【００５９】
本実施形態の燃焼器２２によれば、内周側空間３４ａに供給する酸素と外周側空間３４ｂに供給する酸素との相対量を調整することによって、燃料の燃焼状態に合わせてより適した酸素濃度に近づけることができる。これにより、燃焼ガス中のＣＯ濃度を低減することができる。
【００６０】
また、調整部２０が内周側酸素供給部３２ａから供給される酸素供給量と外周側酸素供給部３２ｂから供給される酸素供給量とを個別に調整することによって、燃料の燃焼状態に合わせた最適な酸素濃度を設定することができる。
【００６１】
また、燃焼筒４内にて中心部に供給される排気循環ガスＥ（不活性ガス）より外側にガス燃料Ｆと酸素が隣接して供給されることで、ガス燃料Ｆと酸素との混合が良好となる。これにより、燃焼による酸素の利用率を１００％に近づけることができ、排気循環ガスＥにおける酸素の残留を抑制し、燃焼効率の向上を図ることができる。
また、上記酸素に加えて、スクープノズル３８を介し、スクープ７から酸素を供給して、二段階で酸素を供給することにより、燃焼ガス温度、及び輻射強度の低減を図ることができる。さらに、ガス燃料Ｆ中に窒素成分が含まれている場合においても、ＮＯｘの生成を抑制することができる。
【００６２】
また、燃焼筒４の上流側Ｄａ１の径方向中心から下流側Ｄａ２に向かって酸素を供給する酸素供給部３２として、パイロットノズル５を備えることによって、三段階で酸素を供給することにより、燃焼ガス温度、及び輻射強度の更なる低減を図ることができる。
【００６３】
また、パイロットノズル５の先端から酸素を供給することによって、ガスタービン１４の起動時における保炎性を向上させることができる。
【００６４】
また、不活性ガスである排気循環ガスＥが二酸化炭素を含有し、この排気循環ガスＥを循環させることで、二酸化炭素の排出量を抑制することができる。
【００６５】
なお、上記実施形態では、内周側酸素供給部３２ａから供給される酸素供給量と外周側酸素供給部３２ｂから供給される酸素供給量とを個別に調整する構成としたが、これに限ることはない。例えば、第二調整弁４２ｂを廃して、第一調整弁４２ａのみを用いて内周側空間３４ａに供給する酸素と外周側空間３４ｂに供給する酸素との相対量を調整してもよい。
【００６６】
〔第二実施形態〕
以下、本発明の第二実施形態の燃焼器について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図６に示すように、本実施形態の内周側ノズル３７ａ（内周側酸素噴射孔４０ａ）は、径方向でメインノズル６側に偏らせた位置に設置されている。換言すれば、本実施形態の内周側ノズル３７ａは、可能な限り径方向外側に配置されている。
本実施形態の外周側ノズル３７ｂ（外周側酸素噴射孔４０ｂ）は、メインノズル６側に偏らせた位置に設置されている。換言すれば、本実施形態の外周側ノズル３７ｂは、可能な限り径方向内側に配置されている。
【００６７】
上記実施形態によれば、燃料供給部であるメインノズル６側の酸素濃度が高くなるため、燃料の燃焼が促進され、燃焼ガス中のＣＯ濃度をより低減することができる。
【００６８】
〔第三実施形態〕
以下、本発明の第三実施形態の燃焼器について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第二実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図７に示すように、本実施形態の内周側酸素噴射孔４０ａの軸線方向の位置と、外周側酸素噴射孔４０ｂの軸線方向の位置とは異なっている。具体的には、内周側酸素噴射孔４０ａの軸線方向の位置は、外周側酸素噴射孔４０ｂの軸線方向の位置よりも下流側Ｄａ２に配置されている。
【００６９】
上記実施形態によれば、内周側では、ガス燃料Ｆと酸素の燃焼性が活発化し保炎性が向上し、外周側では火炎温度が抑制されるため、燃焼筒４の壁面側の温度上昇を抑制することができる。
【００７０】
なお、上記実施形態では、内周側酸素噴射孔４０ａの軸線方向の位置を外周側酸素噴射孔４０ｂの軸線方向の位置よりも下流側Ｄａ２に配置したが、これに限ることはない。例えば、内周側酸素噴射孔４０ａの軸線方向の位置を外周側酸素噴射孔４０ｂの軸線方向の位置よりも上流側Ｄａ１に配置してもよい。
このように、排気循環ガスと酸素の混合距離を恣意的に変化させることによって、ノズル出口での酸素混合に分布をもたせることができる。下流での燃焼状態に応じて、敢えて分布を付けることでＣＯ濃度を低減することができる。ガスの組成や燃焼状態によっては、Ｏ２に分布を持たせた方が良い可能性がある。
【００７１】
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
なお、本実施形態の燃焼器２２は、パイロットノズル５を有しているが、必ずしもパイロットノズルを設ける必要はない。
【符号の説明】
【００７２】
１  発電システム
２  内筒
３  外筒
４  燃焼筒
５  パイロットノズル
５ａ，５ｂ  燃料噴射孔５ａ
６  メインノズル
７  スクープ
８  第一リング
９  第二リング
１０  ＣＯ濃度測定装置
１０ａ  測定点
１１  ガス化炉
１２  ガス精製装置
１３  酸素製造装置
１４  ガスタービン
１５  第一発電機
１６  排熱回収ボイラ
１７  蒸気タービン
１８  第二発電機
１９  分析部
２０  調整部
２１  圧縮機
２２  燃焼器
２３  タービン
２４  タービン軸
２５  排気循環ガス供給ライン
２６  ガス燃料供給ライン
２７  酸素供給ライン
２７ａ  第一酸素供給ライン
２７ｂ  第二酸素供給ライン
２７ｃ  第三酸素供給ライン
２７ｄ  第四酸素供給ライン
２８  燃焼ガス供給ライン
２９  排気ガス排出ライン
３０  排気ガス戻しライン
３１  排気ガス回収ライン
３２  酸素供給部
３２ａ  内周側酸素供給部
３２ｂ  外周側酸素供給部
３２ｃ  スクープ酸素供給部
３２ｄ  パイロットノズル酸素供給部
３３  開口部
３４ａ  内周側空間
３４ｂ  外周側空間
３５  燃料噴射ノズル部（燃料供給部）
３５ａ  燃料噴射孔
３６  スワラ
３７ａ  内周側ノズル
３７ｂ  外周側ノズル
３８  スクープノズル
４０  酸素噴射孔
４０ａ  内周側酸素噴射孔
４０ｂ  外周側酸素噴射孔
４０ｃ  酸素噴射孔
４２  調整弁
４２ａ  第一調整弁
４２ｂ  第二調整弁
４２ｃ  第三調整弁
４２ｄ  第四調整弁
Ａ  軸線
Ｅ  排気循環ガス（不活性ガス）
Ｆ  ガス燃料
ＦＬ  火炎面
Ｄａ  軸線方向
【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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