(57)【要約】【課題】拡散燃焼バーナと予混合燃焼バーナとを組み合わせたガスタービン燃焼器において、圧縮空気の圧力損失を低減したガスタービン燃焼器を提供する。【解決手段】燃焼器の軸中心に配置された拡散燃焼バーナと、前記拡散燃焼バーナの外周に配置された複数の予混合燃焼バーナと、前記予混合燃焼バーナの内部にあって燃料と空気を混合するための混合室と、前記混合室に流入する空気に旋回成分を付与するための空気流路と、前記拡散燃焼バーナおよび前記複数の予混合燃焼バーナを内包し、前記拡散燃焼バーナおよび前記複数の予混合燃焼バーナに空気を導入するための複数の空気導入口を有するバーナカバーとを備えたガスタービン燃焼器において、前記バーナカバーに設けた前記空気導入口の周方向位置を隣接する２個の前記予混合燃焼バーナの中間に対向するように構成した。【選択図】  図１
2015218946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼器の軸中心に配置された拡散燃焼バーナと、
前記拡散燃焼バーナの外周に配置された複数の予混合燃焼バーナと、
前記予混合燃焼バーナの内部にあって燃料と空気を混合するための混合室と、
前記混合室に流入する空気に旋回成分を付与するための空気流路と、
前記拡散燃焼バーナおよび前記複数の予混合燃焼バーナを内包し、前記拡散燃焼バーナおよび前記複数の予混合燃焼バーナに空気を導入するための複数の空気導入口を有するバーナカバーとを備えたガスタービン燃焼器において、
前記バーナカバーに設けた前記空気導入口の周方向位置を隣接する２個の前記予混合燃焼バーナの中間に対向するように構成した
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、
前記空気流路により前記混合室に流入する空気に付与する旋回成分を前記予混合燃焼バーナと前記空気導入口との位置関係で決定する
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項３】
請求項２に記載のガスタービン燃焼器において、
前記空気導入口が前記燃焼器の軸中心に対して時計回りに位置する前記予混合燃焼バーナにおいては、前記旋回成分を前記燃焼器の軸中心に対して時計回りとし、
前記空気導入口が前記燃焼器の軸中心に対して反時計回りに位置する前記予混合燃焼バーナにおいては、前記旋回成分を前記燃焼器の軸中心に対して反時計回りとした
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、
前記空気導入口の縁に前記バーナカバーの内側に突出するように形成した案内板と、
前記拡散燃焼バーナの側面であって、隣接する２個の前記予混合燃焼バーナの中間に対向する位置に、前記燃焼器の外周側に向かって突出するように形成した分配板とを更に備えた
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、
隣接する前記予混合燃焼バーナの間を区切るように前記バーナカバーの内壁と前記拡散燃焼バーナの側面とを接続する仕切板を更に備え、
前記空気導入口を前記バーナカバーにおける前記仕切板に接する周方向の位置に配置した
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のガスタービン燃焼器において、
前記拡散燃焼バーナの内部にあって燃料と空気を混合するための拡散燃焼バーナ混合室と、
前記分配板又は前記仕切板によって区切られて前記拡散燃焼バーナの側面部に形成された複数の領域と、
前記複数の領域のそれぞれに設けられて前記拡散燃焼バーナ混合室に流入する空気に旋回成分を付与するための空気流路とを備え、
前記拡散燃焼バーナの側面の前記各領域における空気流路の開口面積を均等になるように形成した
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】
近年、さまざまな環境問題がクローズアップされており、ガスタービン燃焼器においても環境保護の観点から環境負荷となる窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）の排出量の低減を図ることが重要な課題となっている。また、燃料多様化の観点から、液体燃料と気体燃料のいずれも燃焼可能なデュアル燃料対応のガスタービン燃焼器への注目が高まっている。
【０００３】
デュアル燃料対応のガスタービン燃焼器において、ＮＯｘ排出量の低減のために予混合燃焼方式が提案されている。予混合燃焼方式は、燃料と空気を予め均一に混合してから燃焼させることで、燃焼室内での局所的な高温領域の発生を抑えると共にサーマルＮＯｘの発生量を低減できる。予混合燃焼方式を採用したデュアル燃料対応のガスタービン燃焼器であって、拡散燃焼バーナと複数の予混合燃焼バーナを組み合わせたガスタービン燃焼器がある（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】特開２０１０−２３６７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来技術のガスタービン燃焼器の場合、燃焼器頭部の軸中心位置に燃料と圧縮空気とを混合する混合室を有する拡散燃焼バーナを設け、この拡散燃焼バーナの周囲に燃料と圧縮空気とを混合する混合室を有する予混合燃焼バーナを複数個、同心円状に設置している。このため、圧縮空気をこれら複数個のバーナに導入するための流路形状は複雑化する傾向がある。
【０００６】
具体的には、各バーナの混合室は、圧縮空気が導入される流路となる空気孔が周方向に複数個設けられている。軸中心位置に拡散燃焼バーナを設け、拡散燃焼バーナの外周に複数個の予混合燃焼バーナを配置したので、圧縮空気の流路はこれらのバーナの間隙を通り複雑化し、バーナの空気孔の周方向の位置によっては、空気孔に流入する圧縮空気の流入角度がばらつく虞がある。また、空気孔に流入する圧縮空気の流入角度が増大すると、空気孔の流路の壁面から圧縮空気の流れが剥離し、燃料と圧縮空気の混合や保炎に寄与しない渦が形成されて、圧力損失が増加する可能性が生じる。圧力損失が増加するとガスタービンの熱効率が低下するという課題が生じる。
【０００７】
本発明は上述した事柄に基づいてなされたものであって、その目的は、拡散燃焼バーナと予混合燃焼バーナとを組み合わせたガスタービン燃焼器において、圧縮空気の圧力損失を低減し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】
【０００８】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、燃焼器の軸中心に配置された拡散燃焼バーナと、前記拡散燃焼バーナの外周に配置された複数の予混合燃焼バーナと、前記予混合燃焼バーナの内部にあって燃料と空気を混合するための混合室と、前記混合室に流入する空気に旋回成分を付与するための空気流路と、前記拡散燃焼バーナおよび前記複数の予混合燃焼バーナを内包し、前記拡散燃焼バーナおよび前記複数の予混合燃焼バーナに空気を導入するための複数の空気導入口を有するバーナカバーとを備えたガスタービン燃焼器において、前記バーナカバーに設けた前記空気導入口の周方向位置を隣接する２個の前記予混合燃焼バーナの中間に対向するように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、拡散燃焼バーナと予混合燃焼バーナとを組み合わせたガスタービン燃焼器において、圧縮空気の圧力損失を低減した高効率なガスタービン燃焼器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のガスタービン燃焼器の第１の実施の形態の要部の側断面図をガスタービンプラント全体の模式図と併せて表した概略構成図である。
【図２】本発明のガスタービン燃焼器の第１の実施の形態のガスタービン燃焼器頭部の拡大側断面図である。
【図３Ａ】図２のIII−III線におけるガスタービン燃焼器頭部の径方向の横断面図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＡ部及びＡ’部を拡大した横断面図である。
【図４Ａ】従来のガスタービン燃焼器頭部の径方向の横断面図である。
【図４Ｂ】図４ＡのＢ部を拡大した横断面図である。
【図５】本発明のガスタービン燃焼器の第２の実施の形態のガスタービン燃焼器頭部の径方向の横断面図である。
【図６】本発明のガスタービン燃焼器の第３の実施の形態のガスタービン燃焼器頭部の径方向の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明のガスタービン燃焼器の実施の形態を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は本発明のガスタービン燃焼器の第１の実施の形態の要部の側断面図をガスタービンプラント全体の模式図と併せて表した概略構成図である。  
図１に示すガスタービンプラントは、主として、大気より吸込んだ空気を圧縮して高圧の圧縮空気１００を生成する圧縮機１と、この圧縮機１から導入される圧縮空気１００と液体燃料２０１または気体燃料２０２とを混合して燃焼させて燃焼ガス５０を生成する燃焼器２と、燃焼器２で生成した燃焼ガス５０が導入されるタービン３と、タービン３の駆動により回転され電力を発生する発電機４とを備えている。なお、圧縮機１とタービン３と発電機４とは回転軸で連結されている。圧縮機１に伝えられた回転動力は圧縮動力に用いられ、発電機４に伝えられた回転動力は電気エネルギに変換される。
【００１３】
燃焼器２は、圧力容器である外筒１０と、外筒１０の内側でその内部に燃焼室１１を形成する円筒状のライナ１２と、ライナ１２の下流側に接続するトランジッションピース１３とを備えている。ライナ１２の上流側となる燃焼器頭部には、その軸中心位置に燃焼安定性の優れている拡散燃焼バーナ２０が設けられ、この拡散燃焼バーナ２０の周囲には、低ＮＯｘ化に有効な予混合燃焼を行う予混合燃焼バーナ３０が複数個、同心円状に配置されている。
【００１４】
次に、燃焼器頭部の構造について図２乃至図３Ｂを用いて説明する。図２は本発明のガスタービン燃焼器の第１の実施の形態のガスタービン燃焼器頭部の拡大側断面図、図３Ａは図２のIII−III線におけるガスタービン燃焼器頭部の径方向の横断面図、図３Ｂは図３ＡのＡ部及びＡ’部を拡大した横断面図である。図２乃至図３Ｂにおいて、図１に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００１５】
図２に示す拡散燃焼バーナ２０は、拡散燃焼バーナ用液体燃料ノズル２１と、拡散燃焼バーナ用液体燃料ノズル２１の下流側に中空円錐形状に形成された拡散燃焼バーナ混合室２２とを備えている。中空円錐形状の拡散燃焼バーナ混合室２２の壁面には拡散燃焼バーナ混合室２２の内部に導入する空気に旋回成分を付与する複数の拡散燃焼バーナ空気孔２３が形成されている。拡散燃焼バーナ用液体燃料ノズル２１の外周には、拡散燃焼バーナ空気孔２３と同数の気体燃料ノズル２４が、各拡散燃焼バーナ空気孔２３の上流側の相対する位置にそれぞれ配置されている。
【００１６】
一方、拡散燃焼バーナ２０の周囲に同心円状に配置した複数個の予混合燃焼バーナ３０は、燃料と空気との混合を促進するため、混合室３１を設けている。混合室３１は、上流側の軸中心に縮径部を下流側に拡径部を配置した中空円錐形状部と、この中空円錐形状部の下流端の縁から下流側に形成された中空円筒形状部とを備えている。換言すると、混合室３１は、中空円錐形状部と中空円筒形状部とからなる内周部と、この内周部を覆う壁面部と、壁面部の外周である外周部とを有している。
【００１７】
予混合燃焼バーナ３０の混合室３１の壁面部には、燃焼用空気を導入するための空気孔３２が軸方向、および周方向に複数形成され、これらの空気孔３２には、気体燃料２０２を噴出するための気体燃料噴孔３３が設けられている。
【００１８】
予混合燃焼バーナ３０の軸中心位置には、液体燃料２０１を混合室３１内に噴射する液体燃料ノズル３４が配置されている。さらに、予混合燃焼バーナ３０の外周側には、拡散燃焼バーナ２０と予混合燃焼バーナ３０を囲むバーナカバー４０が配置され、バーナカバー４０の下流端には拡散燃焼バーナ２０と予混合燃焼バーナ３０を支持するためのバーナプレート４１がバーナカバー４０と一体となって配置されている。
【００１９】
バーナカバー４０には、バーナカバー４０内部に圧縮空気１００を導入するための空気導入口４２が周方向に複数個、形成されている。
【００２０】
図２におけるIII−III線断面の拡散燃焼バーナ２０、予混合燃焼バーナ３０、バーナカバー４０および空気導入口４２の構造を図３Ａに示す。本実施の形態では、バーナカバー４０に設けた空気導入口４２の周方向位置を、隣接する２個の予混合燃焼バーナ３０の中間に対向するように構成している。また、本実施の形態では、６個の予混合燃焼バーナ３０に対し、３箇所の空気導入口４２を配置しており、隣接する２個の予混合燃焼バーナ３０間に空気導入口４２が配置された箇所（Ｘ部）と、配置されていない箇所（Ｙ部）とを交互に設けている。換言すると、隣接する２個の予混合燃焼バーナ３０で１つの群を構成し、この１つの群の周方向の中間に対向するバーナカバー４０の位置に空気導入口４２を設けている。
【００２１】
また、予混合燃焼バーナ３０の空気孔３２は、その孔中心を混合室３１の内周部を示す円の接線方向にずらして形成している。このことにより、混合室３１の内部に流入する空気に旋回を付与し、空気の旋回流３５が形成される。
【００２２】
さらに、本実施の形態では、予混合燃焼バーナ３０に設けた空気孔３２を通過する圧縮空気１００の旋回方向は、予混合燃焼バーナ３０に近接する空気導入口４２が燃焼器軸中心に対して時計回りに位置する場合には時計回りの旋回方向とし、反時計回りに位置する場合には反時計回りの旋回方向としたことを特徴とする。
【００２３】
具体的には、図３Ａにおいて、最上部の空気導入口４２が、燃焼器軸中心に対して時計回りに位置する予混合燃焼バーナ３０をＡ’として、反時計周りに位置する予混合燃焼バーナ３０をＡとすると、Ａ’の予混合燃焼バーナ３０は、空気孔３２を通過する圧縮空気１００が時計回りに旋回するように、空気孔３２の孔中心を混合室３１の内周部を示す円に対し、燃焼器軸中心に対して時計回りに位置する接線方向にずらして形成している。また、Ａの予混合燃焼バーナ３０は、空気孔３２を通過する圧縮空気１００が反時計回りに旋回するように、空気孔３２の孔中心を混合室３１の内周部を示す円に対し、燃焼器軸中心に対して反時計回りに位置する接線方向にずらして形成している。
【００２４】
次に、図１及び図２を用いて、上記構成におけるガスタービン燃焼器２の燃料と空気との流動状態を説明する。圧縮機１で圧縮された空気１００は、ディフューザ５を通って燃焼器２に流入し、外筒１０とライナ１２の間を通過する。圧縮空気１００の一部はライナ１２の冷却空気１０１として燃焼室１１に流入する。冷却空気１０１以外の圧縮空気１００は、バーナカバー４０に設けた空気導入口４２を通じてバーナカバー４０内部に流入し、拡散燃焼バーナ２０および予混合燃焼バーナ３０の内部に流入する。
【００２５】
拡散燃焼バーナ２０の内部に流入した圧縮空気１００は拡散燃焼空気１０２として拡散燃焼バーナ混合室２２に流入し、拡散燃焼バーナ用液体燃料ノズル２１から噴出する液体燃料２０１または気体燃料ノズル２４から噴出する気体燃料２０２と反応し、拡散火炎１０３を形成する。
【００２６】
予混合燃焼バーナ３０の内部に流入した圧縮空気１００は予混合燃焼空気１０４として混合室３１に流入し、液体燃料ノズル３４から噴射された液体燃料２０１または気体燃料噴孔３３から噴出される気体燃料２０２と混合した後、予混合火炎１０５を形成する。拡散火炎１０３および予混合火炎１０５により発生した高温の燃焼ガス５０は燃焼器２の下流に設置されたトランジションピース１３を通過してタービン３に流入する。燃焼ガス５０はタービン３および発電機４により仕事を取り出した後、排気ダクトを通じて排出される。
【００２７】
上記構成のガスタービン燃焼器２において、ガスタービン装置の起動から昇速、低負荷条件までは、拡散燃焼バーナ２０を単独で用いて液体燃料２０１または気体燃料２０２を拡散燃焼させた運転をする。次に、燃料流量がさらに増加する高負荷条件では、拡散燃焼バーナ２０に加えて予混合燃焼バーナ３０に液体燃料２０１または気体燃料２０２を供給して予混合燃焼させ、拡散燃焼と予混合燃焼とを組み合わせた運転を実施する。この時、拡散燃焼と予混合燃焼の燃焼負荷の割合を制御することで、低ＮＯｘと安定燃焼の両立した運転が可能となる。拡散燃焼と予混合燃焼による燃焼負荷の割合は、拡散燃焼は主に部分負荷運転での割合を高くし、予混合燃焼は主に定格負荷近傍での割合を高くしている。
【００２８】
次に、図３Ａ及び図３Ｂを用いて、本実施の形態におけるバーナカバー４０及び予混合燃焼バーナ近傍の圧縮空気及び燃料の流動状態を説明する。圧縮空気１００は空気導入口４２からバーナカバー４０内部に流入し、一部は予混合燃焼バーナ３０に設けた空気孔３２を通じて予混合燃焼空気１０４として混合室３１に流入し、残りは予混合燃焼バーナ３０の間（X部）を通過して拡散燃焼バーナ２０の側面に衝突する。
【００２９】
拡散燃焼バーナ２０の側面に衝突した圧縮空気１００は、別の空気導入口４２から流入した圧縮空気１００と合流し、一部は拡散燃焼バーナ空気孔２３を通じて拡散燃焼空気１０２として拡散燃焼バーナ混合室２２に流入する。残りの圧縮空気１００は予混合燃焼バーナ３０の間（Y部）を通過し、空気孔３２を通じて混合室３１に流入する。このため、予混合燃焼バーナ３０の周囲には、圧縮空気１００が予混合燃焼バーナ３０外周を旋回する流れ場が形成される。
【００３０】
例えば、記号Ａで図示した予混合燃焼バーナ３０の外周には、最上部の空気導入口４２から流入した圧縮空気１００が反時計周りに旋回する流れ場が形成され、記号Ａ’で示した予混合燃焼バーナ３０の外周には圧縮空気１００が時計回りに旋回する流れ場が形成されている。また、各混合室３１に流入する圧縮空気１００は、その孔中心を混合室３１の内周部を示す円の接線方向にずらして形成した空気孔３２により旋回成分が与えられ、混合室３１で旋回流３５を形成する。
【００３１】
本実施の形態においては、予混合燃焼バーナ３０に設けた空気孔３２を通過する圧縮空気１００の旋回方向は、予混合燃焼バーナ３０に近接する空気導入口４２が燃焼器軸中心に対して時計回りに位置する場合には時計回りの旋回方向とし、反時計回りに位置する場合には反時計回りの旋回方向となるように構成している。
【００３２】
例えば、記号Ａで図示した予混合燃焼バーナ３０は、近接する空気導入口４２が燃焼器軸中心に対して反時計回りに位置するため、空気孔３２により混合室３１内に形成される旋回流３５の旋回方向は反時計回りとなる。一方、記号Ａ’で図示した予混合燃焼バーナ３０は、近接する空気導入口４２が燃焼器軸中心に対して時計回りに位置するため、空気孔３２により混合室３１内に形成される旋回流３５の旋回方向は時計回りとなる。
【００３３】
すなわち、ガスタービン燃焼器を本実施の形態のように構成することで、図３Ｂに示すように、予混合燃焼バーナ３０の外周を流れる圧縮空気１００の旋回方向と、予混合燃焼バーナ３０内部の旋回流３５の旋回方向とを同一方向にすることができる。このことにより、予混合燃焼バーナ３０外周を旋回する流れ場における圧縮空気１００の進行方向に対する空気孔３２に流入する角度である流入角αを、空気孔３２の周方向位置によらずほぼ一定とすることができる。また、流入角αを９０度以下に抑えることができるので、圧縮空気１００が空気孔３２の流路の壁面から剥離することを抑制できる。この結果、ガスタービン燃焼器の圧力損失の増加を防止できる。
【００３４】
次に、本実施の形態と比較するために、従来のガスタービン燃焼器におけるバーナカバー４０及び予混合燃焼バーナ近傍の圧縮空気及び燃料の流動状態について図４Ａ及び図４Ｂを用いて説明する。図４Ａは従来のガスタービン燃焼器頭部の径方向の横断面図、図４Ｂは図４ＡのＢ部を拡大した横断面図である。図４Ａ及び図４Ｂにおいて、図１乃至図３Ｂに示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００３５】
従来のガスタービン燃焼器においては、図４Ａに示すように、バーナカバー４０に設けた空気導入部４３をバーナカバー全周に多孔形状とした点と、予混合バーナ３０の混合室３１内に形成される旋回流３５の旋回方向を空気導入部４３に対して規定しない点とが異なり、それ以外は同じ構成である。空気導入部４３を多孔形状とすることで、バーナカバー４０内部に流入する圧縮空気１００を整流していた。
【００３６】
この様な構成において、バーナカバー４０の空気導入部４３から流入した圧縮空気１００は、予混合燃焼バーナ３０に衝突し、予混合燃焼バーナ３０の両脇を通過して燃焼器軸中心部に向かい、一部は空気孔３２を通じて混合室３１に流入し、残りは拡散燃焼バーナ空気孔２３を通じて拡散燃焼バーナ混合室２２に流入していた。このため、予混合燃焼バーナ３０の空気孔３２の周方向位置によっては、予混合燃焼バーナ３０外周を旋回する流れ場における圧縮空気１００の進行方向に対する空気孔３２に流入する角度である流入角αが増大する場合がある。
【００３７】
図４Ｂに示すように、流入角αが９０度以上まで増大した場合には、空気孔３２の流路の壁面から予混合燃焼空気１０４としての圧縮空気１００が剥離し、空気孔３２の流路内に循環流３６を形成する。循環流３６は圧縮空気１００が混合室３１に流入する時に不要な流れでありエネルギの損失となるため、予混合燃焼バーナ３０において圧力損失が増大する要因となっていた。
【００３８】
また、従来の構造においては、空気孔３２の流路内に循環流３６が形成されると圧縮空気１００が流れにくくなって、圧縮空気１００の流量に周方向の偏差が生じていた。予混合燃焼バーナ３０に流入する圧縮空気１００に空気流量偏差が生じると、混合室３１における燃料濃度が高くなり、予混合火炎１０５の局所火炎温度が上昇し、ＮＯｘ排出量が増大する可能性が生じるという問題があった。
【００３９】
本実施の形態においては、予混合燃焼バーナ３０の外周を流れる圧縮空気１００の旋回方向と、予混合燃焼バーナ３０内部の旋回流３５の旋回方向とを同一方向にすることができるので、圧縮空気１００が空気孔３２の流路の壁面から剥離することを抑制でき、予混合バーナ３０で生じる圧力損失を低減できる。
【００４０】
上述した本発明のガスタービン燃焼器の第１の実施の形態によれば、拡散燃焼バーナ２０と予混合燃焼バーナ３０とを組み合わせたガスタービン燃焼器において、圧縮空気の圧力損失を低減した高効率なガスタービン燃焼器を提供できる。
【００４１】
また、述した本発明のガスタービン燃焼器の第１の実施の形態によれば、予混合燃焼バーナ３０の空気孔３２の流路内に循環流３６が形成されることを抑制できるので、予混合バーナ３０に流入する圧縮空気１００の流量偏差を低減でき、予混合火炎１０５の局所火炎温度の上昇を抑制し、低ＮＯｘ燃焼が可能となる。
【実施例２】
【００４２】
以下、本発明のガスタービン燃焼器の第２の実施の形態を図面を用いて説明する。図５は本発明のガスタービン燃焼器の第２の実施の形態のガスタービン燃焼器頭部の径方向の横断面図である。図５において、図１乃至図４に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００４３】
図５に示す本発明のガスタービン燃焼器の第２の実施の形態は、大略第１の実施の形態と同様の機器で構成されるが、以下の構成が異なる。本実施の形態においては、各空気導入口４２の縁にバーナカバー４０内側に突出する案内板４４を設けている点と、拡散燃焼バーナ２０の側面であって、外周に配置された隣接する２個の予混合燃焼バーナ３０の中間に対向する複数の位置のそれぞれに、燃焼器外周側に向かって突出した分配板４５を設けた点が異なっている。また、分配板４５によって区切られた拡散燃焼バーナ２０の側面の各領域には、拡散燃焼バーナ空気孔２３がそれぞれ設けられているが、これらは、拡散燃焼バーナ空気孔２３の総開口面積が各領域において均等になるように形成されている。
【００４４】
本実施の形態におけるガスタービン燃焼器では、空気導入口４２からバーナカバー４０の内部に圧縮空気１００が流入する際に、案内板４４により拡散燃焼バーナ２０に向かう方向に整流される。案内板４４により整流された圧縮空気１００は、拡散燃焼バーナ２０の側面に配置された分配板４５に衝突して分配板４５の両脇に分配された後に拡散燃焼バーナ２０の側面に衝突する。
【００４５】
拡散燃焼バーナ２０の側面に衝突した圧縮空気１００の一部は、拡散燃焼バーナ空気孔２３を通じて拡散燃焼バーナ混合室２２に流入し、残りは予混合燃焼バーナ３０の間（Ｚ部）を通過し、燃焼器２の外周側に向かう。予混合燃焼バーナ３０の間を通過した圧縮空気１００は、一部が空気孔３２を通じて混合室３１に流入し、残りはバーナカバー４０、案内板４４に沿って流れ、新たに空気導入口４２から流入する圧縮空気１００と合流して再び拡散燃焼バーナ２０に向かって流れる。
【００４６】
本実施の形態のように、各空気導入口４２の縁にバーナカバー４０内側に突出する案内板４４を設けることで、圧縮空気１００がバーナカバー４０に流入する際に、空気導入口４２近傍に循環流が形成されることを抑制し、圧力損失を低減することができる。
【００４７】
また、本実施の形態のように、拡散燃焼バーナ２０の側面に複数の分配板４５を配置した場合、分配板４５は空気導入口４２と周方向同位相に位置するため、拡散燃焼バーナ２０に衝突する圧縮空気１００を分配板４５の両脇に均等に分配することができる。このため、予混合燃焼バーナ３０の外周を流れる圧縮空気１００の周方向の流量偏差が低減し、予混合燃焼バーナ３０に流入する空気流量が均等になる。この結果、予混合燃焼バーナ３０に流入する空気流量偏差により生じる混合室３１における燃料濃度の上昇と予混合火炎１０５の局所火炎温度の上昇が抑制でき、ＮＯｘ排出量の増大を抑制できる。
【００４８】
上述した本発明のガスタービン燃焼器の第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４９】
また、上述した本発明のガスタービン燃焼器の第２の実施の形態によれば、拡散燃焼バーナ２０の側面であって、外周に配置された隣接する２個の予混合燃焼バーナ３０の中間に対向する複数の位置のそれぞれに燃焼器外周側に向かって突出した分配板４５を設けたので、拡散燃焼バーナ２０に衝突した圧縮空気１００を分配板４５に沿って燃焼器の外周側に流れ方向を転回することができる。このことにより、拡散燃焼バーナ２０近傍の流れを整流でき、圧力損失の発生を抑制できる。
【００５０】
また、上述した本発明のガスタービン燃焼器の第２の実施の形態によれば、分配板４５によって区切られた拡散燃焼バーナ２０の側面の各領域では、圧縮空気１００の流量はほぼ均一となる。また、拡散燃焼バーナ２０の側面の各領域における拡散燃焼バーナ空気孔２３の開口面積を均等になるように構成したので、各拡散燃焼バーナ空気孔２３に流入する圧縮空気１００の流量および流速の周方向偏差を低減できる。このことにより、燃焼室１１の軸方向に対して偏った拡散火炎１０３の形成を防止できる。この結果、拡散火炎１０３と予混合火炎１０５の燃焼安定性が確保できると共にライナ１２の温度上昇を抑制できる。
【実施例３】
【００５１】
以下、本発明のガスタービン燃焼器の第３の実施の形態を図面を用いて説明する。図６は本発明のガスタービン燃焼器の第３の実施の形態のガスタービン燃焼器頭部の径方向の横断面図である。図６において、図１乃至図５に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００５２】
図６に示す本発明のガスタービン燃焼器の第３の実施の形態は、大略第１の実施の形態と同様の機器で構成されるが、以下の構成が異なる。本実施の形態においては、隣接する予混合燃焼バーナ３０の間を区切るようにバーナカバー４０の内壁と拡散燃焼バーナ２０の側面とを接続する仕切板４６を複数個設け、バーナカバー４０と仕切板４６と拡散燃焼バーナ２０の側面とで区切られた空間に１個の予混合燃焼バーナ３０を配置した点と、区切られた空間を形成するバーナカバー４０において、１個の仕切板に接する周方向位置に空気導入口４２を設けた点が異なる。
【００５３】
このような構成により、空気導入口４２は、予混合燃焼バーナ３０の軸中心に対して周方向の位相がずれた位置に配置される。また、仕切板４６によって区切られた拡散燃焼バーナ２０の側面の各領域には、拡散燃焼バーナ空気孔２３がそれぞれ設けられているが、これらは、拡散燃焼バーナ空気孔２３の総開口面積が各領域において均等になるように形成されている。
【００５４】
本実施の形態におけるガスタービン燃焼器では、空気導入口４２からバーナカバー４０の内部に流入する圧縮空気１００は、仕切板４６に沿って流れて拡散燃焼バーナ２０の側面に衝突する。
【００５５】
拡散燃焼バーナ２０の側面に衝突した圧縮空気１００の一部は、拡散燃焼バーナ空気孔２３を通じて拡散燃焼バーナ混合室２２に流入し、残りは仕切板４６に沿って燃焼器２の外周側に向かう。このため、予混合燃焼バーナ３０の周囲には、予混合燃焼バーナ３０外周を旋回する圧縮空気１００の流れ場が形成される。
【００５６】
本実施の形態のように燃焼器２を構成することで、空気導入口４２から流入した圧縮空気１００は、仕切板４６により流れが制約されるため、仕切板４６内の予混合燃焼バーナ３０および拡散燃焼バーナ２０から燃焼室１１に流出する。このとき、バーナカバー４０と外筒１０との間の断面積は空気導入口４２の断面積よりも大きいので、空気導入口４２がオリフィスとなる。このため、各空気導入口４２には圧縮空気１００が均等に分配され、各予混合燃焼バーナ３０に流入する圧縮空気１００の流量を均一にできる。
【００５７】
このため、予混合燃焼バーナ３０の外周を流れる圧縮空気１００の周方向の流量偏差が低減し、予混合燃焼バーナ３０に流入する空気流量が均等になる。この結果、予混合燃焼バーナ３０に流入する空気流量偏差により生じる混合室３１における燃料濃度の上昇と予混合火炎１０５の局所火炎温度の上昇が抑制でき、ＮＯｘ排出量の増大を抑制できる。
【００５８】
上述した本発明のガスタービン燃焼器の第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
また、上述した本発明のガスタービン燃焼器の第３の実施の形態によれば、空気導入口４２と予混合燃焼バーナ３０の位置関係は、仕切板４６で区切られた空間において全て回転対称となっている。例えば本実施の形態においては、いずれの予混合燃焼バーナ３０においても、対応する空気導入口４２は燃焼器軸中心に対して反時計回りに位置している。このため、予混合燃焼バーナ３０に設けた空気孔３２の旋回方向は全て反時計回りとなり、使用する予混合燃焼バーナ３０の構造を統一することができる。この結果、予混合燃焼バーナ３０を組み立てるときに旋回方向を間違えるリスクを低減できる。また、予混合燃焼バーナ３０を１種類に統一できるため、部品の管理コストを低減できる。
【００６０】
また、本発明は上述した第１乃至第３の実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６１】
１          圧縮機
２          燃焼器
３          タービン
４          発電機
５          ディフューザ
１０        外筒
１１        燃焼室
１２        ライナ
１３        トランジッションピース
２０        拡散燃焼バーナ
２１        拡散燃焼バーナ用ノズル
２２        拡散燃焼バーナ混合室
２３        拡散燃焼バーナ空気孔
２４        気体燃料ノズル
３０        予混合燃焼バーナ
３１        混合室
３２        空気孔
３３        気体燃料噴孔
３４        液体燃料ノズル
３５        旋回流
３６        循環流
４０        バーナカバー
４１        バーナプレート
４２        空気導入口
４３        空気導入部
４４        案内板
４５        分配板
４６        仕切板
５０        燃焼ガス
１００      圧縮空気
１０１      冷却空気
１０２      拡散燃焼空気
１０３      拡散火炎
１０４      予混合燃焼空気
１０５      予混合火炎
２０１      液体燃料
２０２      気体燃料
【図１】
2015218946.tif 000003
【図２】
2015218946.tif 000004
【図３Ａ】
2015218946.tif 000005
【図３Ｂ】
2015218946.tif 000006
【図４Ａ】
2015218946.tif 000007
【図４Ｂ】
2015218946.tif 000008
【図５】
2015218946.tif 000009
【図６】
2015218946.tif 000010