(57)【要約】【課題】本発明はガスタービンの低負荷条件において煤塵の発生量を抑制することを目的とする。【解決手段】上記課題を解決するために、本発明は、燃焼空気と燃料を混合させ燃焼ガスを生成する内筒と、該内筒上流側に位置し、内筒に流入する燃焼空気に旋回成分を付与する旋回器と、燃料と空気を燃焼させる燃焼室を該内筒の内側に備えたガスタービン燃焼器であって、パイロット燃料を噴出するパイロット噴孔と、該パイロット噴孔の外周側にメイン燃料を噴出するメイン噴孔とを備えた圧力噴霧式の燃料ノズルを前記旋回器の軸中心に備え、前記パイロット燃料又はメイン燃料に水を供給する手段を設けたことを特徴とする。【効果】本発明によれば、ガスタービンの低負荷条件において煤塵の発生量を抑制することが可能である。【選択図】図１
2008031847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼空気と燃料を混合させ燃焼ガスを生成する内筒と、該内筒の内部に燃料を供給する燃料ノズルを設置したガスタービン燃焼器であって、
前記燃料ノズルの燃料配管に水を供給する手段を設けたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項２】
燃焼空気と燃料を混合させ燃焼ガスを生成する内筒と、該内筒上流側に位置し、内筒に流入する燃焼空気に旋回成分を付与する旋回器と、燃料と空気を燃焼させる燃焼室を該内筒の内側に備えたガスタービン燃焼器であって、
パイロット燃料を噴出するパイロット噴孔と、該パイロット噴孔の外周側にメイン燃料を噴出するメイン噴孔とを備えた圧力噴霧式の燃料ノズルを前記旋回器の軸中心に備え、
前記パイロット燃料又はメイン燃料に水を供給する手段を設けたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項３】
燃焼空気と燃料を混合させ燃焼ガスを生成する内筒と、該内筒上流側に位置し、内筒に流入する燃焼空気に旋回成分を付与する旋回器と、燃料と空気を燃焼させる燃焼室を該内筒の内側に備えたガスタービン燃焼器であって、
パイロット燃料を噴出するパイロット噴孔と、該パイロット噴孔の外周側にメイン燃料を噴出するメイン噴孔とを備えた圧力噴霧式の燃料ノズルを前記旋回器の軸中心に備え、
前記メイン噴孔に接続され、燃料が供給されるメイン流路に、所定圧力以下の燃料が前記メイン噴孔へ流入することを妨げる加圧弁と、
前記パイロット燃料又はメイン燃料に水を供給する手段とを設けたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項４】
燃焼空気と燃料を混合させ燃焼ガスを生成する内筒と、該内筒の内部であって、パイロット燃料を供給するパイロット流路及びメイン燃料を供給するメイン流路を備えた燃料ノズルを設置したガスタービン燃焼器の運転方法であって、
前記パイロット流路又は前記メイン流路に燃料を供給し、
前記パイロット流路又は前記メイン流路に水を供給することを特徴とするガスタービン燃焼器の運転方法。
【請求項５】
燃焼空気と燃料を混合させ燃焼ガスを生成する内筒と、該内筒の内部に燃料を供給する燃料ノズルを設置したガスタービン燃焼器の改造方法であって、
前記燃料ノズルの燃料配管に水を供給する手段を設置したことを特徴とするガスタービン燃焼器の改造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン燃焼器とその運転方法、及びガスタービン燃焼器の改造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
油燃料焚きの燃焼器では、油燃料を燃料ノズルによって微粒化し、小径の燃料液滴群と燃焼空気との混合を促進させて燃焼させる。燃料ノズルの噴霧方式として、空気噴霧式と圧力噴霧式がある。
【０００３】
このうち、圧力噴霧式の燃料ノズルは、油燃料を高速で噴霧して微粒化するため、油燃料の噴霧速度が低下すると微粒化が損なわれる。このため、燃焼器の着火条件のように、燃料流量が少なく噴霧速度が低下すると微粒化が促進されない。従って、着火不具合やそれに伴う有色煙の排出量の増加を引き起こす可能性がある。
【０００４】
このような問題を解決する燃料ノズルとして、特公平７−６２５２２号公報に記載のものなどがある。この燃料ノズルは、燃料ノズルの軸中心に油燃料に旋回を付与して噴出する一次燃料ノズルと、その外周に位置し、一次燃料ノズルと同様に油燃料に旋回を付与して噴出する二次燃料ノズルとを有するデュアルオリフィス型燃料ノズルである。
【０００５】
デュアルオリフィス型燃料ノズルの特徴は、着火などの低流量条件においては噴孔径の小さな一次燃料ノズルから燃料が噴出するため、油燃料の供給圧力を確保でき、微粒化性能を損なうことがない。さらに、流量が増加する高負荷条件では噴孔径の大きな二次燃料ノズルからも油燃料を噴出することができるため、供給圧力を過上昇することなく、起動から高負荷条件に亘る広い範囲で微粒化性能に優れた燃料噴霧が可能となる。
【０００６】
【特許文献１】特公平７−６２５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
圧力噴霧式の燃料ノズルをデュアルオリフィス型にすることで、着火条件では一次燃料ノズルからのみ燃料を噴霧し、微粒化に必要な燃料供給圧力を確保することができる。そして、燃料流量が増加する高負荷条件では二次燃料ノズルからも油燃料を噴出し、供給圧力の過上昇を防止することができる。
【０００８】
しかし、一般的には圧力噴霧式のノズルは空気噴霧式の燃料ノズルに比べると燃料液滴の微粒化性能が低い。特に、二次燃料ノズルから燃料が噴出し始めるガスタービンの低負荷条件では、二次燃料ノズルの燃料供給圧が低いため燃料液滴の微粒化が損なわれる。
【０００９】
燃料液滴の微粒化が損なわれると、燃料液滴が大きくなり、煤塵が発生する可能性が高くなる。二次燃料ノズルから燃料が噴出し始める低負荷条件では、燃焼温度が低く、煤塵を完全に消滅させることも困難となる。
【００１０】
そこで、本発明はガスタービンの低負荷条件において煤塵の発生量を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、燃料ノズルの燃料配管に水を供給する手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ガスタービンの低負荷条件において煤塵の発生量を抑制することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
一般に、油燃料焚きの燃焼器では、油燃料を燃料ノズルによって微粒化し、小径の燃料液滴群と燃焼空気との混合を促進させて燃焼させる。油燃料を微粒化させる燃料ノズルには、高圧の噴霧空気などを用い空気のせん断力を利用して微粒化する空気噴霧式がある。しかし、本方式では高圧空気源やそれに付随する補機が必要となりイニシャルコストが増加する課題がある。また、燃料を微粒化する高圧の噴霧空気をガスタービンの圧縮機から抽気する場合、抽気した空気を昇圧したり冷却したりする必要があるため、昇圧や冷却するための動力が必要となり、ガスタービン全体の効率低下を招く可能性がある。
【００１４】
一方、高圧の噴霧空気を使用しない燃料ノズルとして、圧力噴霧式の燃料ノズルがある。圧力噴霧式の燃料ノズルは、油燃料の供給圧力を高くして燃料の噴霧速度を加速させ微粒化する燃料ノズルである。圧力噴霧式の燃料ノズルを用いると、噴霧空気用の圧縮機やそれに付随する補機が不要となるため、初期コストやランニングコストを低減でき、ガスタービンの効率を低下させない利点がある。
【００１５】
しかし、一般的には圧力噴霧式のノズルは空気噴霧式の燃料ノズルに比べると燃料液滴の微粒化性能が低い。この傾向は、特公平７−６２５２２号公報に記載されたデュアルオリフィス型の燃料ノズルでも同様である。特に、二次燃料ノズルから燃料が噴出し始めるガスタービンの低負荷条件では、二次燃料ノズルの燃料供給圧が低いため燃料液滴の微粒化が損なわれる。
【００１６】
そして、本発明を適用するような油焚き燃焼器を備えたガスタービンの第１の課題として、ガスタービン排気ガス中の煤塵の低減がある。油焚き燃焼器で発生する煤塵は燃料液滴が大きく、燃焼用空気との混合が悪い場合に発生し易い。一方、油焚き燃焼器から発生する煤塵の多くは、高温ガスに曝されると燃焼し消滅する特性がある。したがって、ガスタービンの高負荷条件では噴霧する燃料流量が多く供給圧力も高いため微粒化が促進され、かつ、燃焼温度が高いため発生した煤塵も燃焼し消滅する。
【００１７】
これに対し、前述のように低負荷条件では噴霧する燃料供給量が少ないため、供給圧力が低圧となり燃料ノズルから噴霧される燃料液滴の微粒化が促進されず大きな液滴が噴霧される。さらに、低負荷条件では燃焼ガス温度が低く、生成された煤粒子を完全に燃焼させることができないため、何ら対策を講じなければ、多くの煤塵が排気ガスとともに系外に排出される可能性がある。
【００１８】
また、油焚き燃焼器を備えたガスタービンの第２の課題として、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量低減がある。一般的な、油焚き燃焼器の窒素酸化物の低減方法としては、水噴霧ノズルから燃焼場に水や蒸気を噴霧して局所的な火炎温度を低下させ、高温燃焼領域から発生するサーマルＮＯｘを低減する方法を採用している。しかし、水を噴霧することでガスタービンの効率が低下するなどの課題があった。
【００１９】
以下、本発明を用いたガスタービン燃焼器とその運転方法、及びガスタービン燃焼器の改造方法の実施例について図面を参照し説明する。
【実施例１】
【００２０】
本発明の実施例１について、以下に説明する。図１は、ガスタービンプラントの全体構成を示す概略構成図である。図１に示すように、ガスタービンプラントは、主として、空気を圧縮して高圧の燃焼用空気を生成する圧縮機１と、この圧縮機１から導入される燃焼空気１３と燃料を混合して燃焼ガス１４を生成する燃焼器３と、この燃焼器３で生成された燃焼ガス１４が導入されるガスタービン２とを備える。なお、圧縮機１とガスタービン２の軸は連結されている。
【００２１】
上記燃焼器３は、燃焼ガスを生成する内筒７と、燃料を噴霧する燃料ノズル９と、燃焼空気１３に旋回を付与する旋回器１０と、点火栓１１とを外筒５とエンドカバー６で密閉した圧力容器である。内筒７の軸中心位置における上流側には、燃料を噴霧する燃料ノズル９が配置され、その周囲には拡散火炎１５を保持するための旋回器１０が設置され、その外周には内筒キャップ１２が設けられている。
【００２２】
このように構成された本実施例により、圧縮機１からの燃焼空気１３は、外筒５と内筒７で構成される環状の空気流路を通って、内筒７や内筒キャップ１２に設けられた燃焼孔や冷却孔、旋回器１０から内筒７の内部に導入される。内筒７に供給された空気は燃料と混合し、この混合ガスが内筒７の内部で点火栓１１により点火されて燃焼する。燃焼によって生成した燃焼ガス１４はトランジションピース８を介してガスタービン２に供給されてガスタービン２を駆動する。これにより、ガスタービン２に連結された発電機４を駆動して発電する。
【００２３】
燃料供給系統１６は、燃料タンク，油ポンプ，圧力調節器，燃料遮断弁，燃料流量計などによる燃料供給装置１７，燃料供給装置１７の下流に設置され燃料を複数の燃焼器へ分配する分配器１８、及び燃料配管１９などを備える。
【００２４】
また、本実施例では燃焼場に水を噴霧する水噴霧ノズル２０が、旋回器１０に対向する位置のエンドカバー６に、複数個が設置されている。エンドカバー６には複数の水噴霧ノズル２０に水を供給するためのマニホールド２１が形成される。水供給系統２２からマニホールド２１へ水を供給して、複数の水噴霧ノズル２０から水を噴霧する。水噴霧ノズル２０に水を供給する水供給系統２２は、水ポンプ，圧力調節器，水流量計などによる水供給装置２３と水配管２４などを備える。
【００２５】
このように構成されたガスタービンの燃焼器において、実施例１では、燃料ノズル９の燃料配管に水を供給する手段を設置している。当該手段として、水蒸気を燃料に供給する配管を接続することも可能である。本実施例では、当該手段として水供給系統２５を燃料配管に接続しており、水供給系統２５は、水ポンプ，圧力調節器，水流量計などによる水供給装置２６と水配管２７などを備える。
【００２６】
ここで、水噴霧ノズル２０から水を燃焼場に噴霧する主な目的は、大気汚染の要因となる排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量の低減である。そして、燃料ノズル９に水を供給する目的は、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量の低減に加え、排気ガス中に含まれる煤塵の排出量の低減である。
【００２７】
図２は、燃料ノズル９に接続されている燃料供給系統１６，噴霧空気供給系統３９及び水供給系統２５の詳細を示す。本実施例の燃料ノズル９は圧力噴霧式のデュアルオリフィス型である。着火時などの燃料流量の少ない条件ではパイロット流路３０にのみ燃料を供給し、高負荷時などの燃料流量の多い条件ではメイン流路３１にも燃料を供給することで、燃料供給圧力の過上昇を防止する構造となっている。メイン流路３１の下流側には、加圧弁３２が設置されている。加圧弁３２より上流側の分配管３３には、メイン流路３１とパイロット流路３０が接続されている。さらに、分配管３３の上流には、燃料供給装置
１７からの燃料配管１９が接続されており、燃料配管１９に逆止弁３４が設けられている。
【００２８】
ここで、メイン流路３１に設置した加圧弁３２は、加圧弁３２に順方向の圧力が作用した時、燃料が順方向に流れ始める圧力を設定することができる逆止弁であり、設定値以下の圧力では燃料がメイン噴孔へ流入することを妨げる構造となっている。
【００２９】
分配管３３の他端には、パイロット流路３０に空気を供給する噴霧空気配管３５が接続される。メイン流路３１に設けられた加圧弁３２の下流側には、メイン流路３１にも空気を供給する噴霧空気配管３６が接続されている。それぞれの噴霧空気配管３５，３６には逆止弁３７，３８が設置され、噴霧空気供給系統３９によってパイロット流路３０，メイン流路３１に噴霧空気が供給される。また、噴霧空気供給系統３９は、噴霧空気供給装置４０と噴霧空気配管４１から成り、噴霧空気配管４１から分岐されて噴霧空気配管３５，３６に接続されている。
【００３０】
一方、燃料ノズル９に水を供給するため、水供給装置２６からの水配管２７が分配管
３３と逆止弁３４との間であって、加圧弁３２より上流側に、逆止弁２８を介して接続されている。
【００３１】
次に、燃料ノズル９の燃料供給系統１６，噴霧空気供給系統３９，水供給系統２５の動作の概要について説明する。燃料供給装置１７から供給された燃料は、分配器１８によって各燃焼器に分配され、逆止弁３４を介して分配管３３に導かれる。この逆止弁３４は、燃焼空気や燃焼ガスなどが燃料供給系統１６に逆流することを防止するための弁である。分配管３３に供給された燃料は、パイロット流路３０とメイン流路３１に分配される。着火時のような燃料流量の少ない条件では、メイン流路３１の途中に設置された加圧弁３２に作用する燃料の供給圧力が加圧弁３２の設定圧力より低いため、加圧弁３２を開くことができず、燃料はパイロット流路３０にのみ供給される。ガスタービンの着火後、タービンの昇速，ガスタービンの負荷上昇に伴い燃料ノズルへ供給する燃料流量が増加すると、加圧弁３２に作用する燃料供給圧力が上昇する。そして、加圧弁３２を押し開くことで、パイロット流路３０に加えメイン流路３１にも燃料が供給される。
【００３２】
このようにして、着火時は燃料噴孔径の小さいパイロット噴孔に接続するパイロット流路３０のみに燃料を供給することができ、少ない燃料流量でも燃料の微粒化に必要な供給圧力を確保することができる。そのため、燃料液滴を微粒化することができ、燃焼器の点火特性が向上する。また、負荷運転時では加圧弁３２が開放し、メイン噴孔へ接続するメイン流路３１へも燃料が供給されるため燃料供給圧力の過上昇を防止することが可能である。
【００３３】
次に、ガスタービンの停止時における各系統の動作の概要について説明する。高温状態で運転していた燃焼器３の内部温度は、ガスタービンが停止した後も長い間、高温状態が維持される。この条件下に燃料ノズル９が曝されると燃料ノズル９が加熱され、燃料ノズルの内部に残留した燃料が過熱されて炭化し、燃料ノズル９の燃料噴出部やその内部で固着するコーキングが発生する。コーキングが発生すると燃料の噴出孔を閉塞し燃料を噴出できない場合がある。
【００３４】
このため、一般には、油燃料焚きの燃焼器では、燃料ノズル内部に残留している燃料を系外などへ排出する目的で、燃料ノズルの流路に噴霧空気などを供給する手段が講じられている。本実施例においても、同様の目的で噴霧空気を供給する手段が設けられている。そして、ガスタービン停止後には、噴霧空気供給装置４０から吐出された空気が、空気配管４１からパイロット噴霧空気配管３５，メイン噴霧空気配管３６に分岐され逆止弁３７，３８を介して各流路に供給される。
【００３５】
また、本実施例における燃料ノズル９の着火時には、パイロット流路３０にのみ燃料が供給され、メイン流路３１には燃料が供給されない。そこで、メイン流路３１に空気を供給することで、パイロット流路３０から噴出される燃料の微粒化をメイン流路３１から噴出する空気で助勢することができ、着火時の燃料液滴の微粒化を促進し、着火特性を向上することが可能である。
【００３６】
本発明による実施例１では、図２に示す燃料ノズル９の分配管３３と逆止弁３４の間に、水を供給する手段から逆止弁２８を介して水を供給する。
【００３７】
本発明を適用する圧力噴霧式のデュアルオリフィス型燃料ノズルは、燃料の供給圧力が低い場合、噴霧した燃料液滴の粒径が大きくなる場合がある。本実施例では、加圧弁３２の作用とメイン流路からの空気を利用して、着火時における燃料液滴の微粒化を促進している。しかし、燃料の供給圧力が上昇し加圧弁３２が開き始めるガスタービンの低負荷条件では、メイン流路３１の供給圧力が低いため、メイン流路３１から噴霧する液滴径が大きくなる傾向にある。
【００３８】
なお、本実施例における「ガスタービンの低負荷条件」とは、定格運転時における負荷条件以外のガスタービンの運転状態をいう。そのため、「ガスタービンの低負荷条件」では、ガスタービンが負荷運転状態でなく、ガスタービンを着火・昇速している状態をも含む。また、「定格運転時の負荷条件」とは、メイン流路３１のメイン噴孔において、燃料液滴の微粒化性能が最も高くなるよう設計された負荷条件をいうものとする。
【００３９】
燃焼器に供給される燃料液滴径が大きい場合、燃料と空気の混合が損なわれ、酸化反応に遅れを生じさせるため、煤の発生を促す。また、燃料液滴径が大きいため、発生する煤粒子も肥大化し、排出ガス中に含まれる煤塵量が増加する可能性がある。
【００４０】
このため、本実施例ではメイン流路３１の燃料供給圧力が低いガスタービンの低負荷条件において、燃料ノズル９の燃料配管へ水を供給する手段である水供給装置２６から水を供給する。そして、メイン流路３１の供給圧力を増加させ、メイン流路３１から噴出する燃料と水の液滴の微粒化を促進させるものである。
【００４１】
燃料ノズルの燃料配管に流入した水は分配管３３でパイロット流路３０とメイン流路
３１に分配され、それぞれの流路中で油燃料と水が混合し燃焼場に噴霧される。水の蒸発温度は燃焼場の温度に比べると低く、高温の燃焼場に噴霧された水は爆発的に蒸発する。このため、水滴が爆発する際に生じる衝撃によって燃料液滴の微粒化が期待でき、微粒化した燃料液滴と燃焼空気との混合が促進され煤粒子の肥大化を防止することができる。その結果、排気ガス中の煤塵量を低減することが可能となる。
【００４２】
また、水滴と燃料液滴が混在して燃焼場に噴霧された場合、水滴が蒸発し熱分解することで多くのＯＨラジカルが生成される。このＯＨラジカルが多環芳香族炭化水素に対して吸着，酸化し煤の生成を抑制するため、水滴と燃料液滴が混在して燃焼場に噴霧すると、煤の生成を効果的に抑制することが可能となる。
【００４３】
また、本実施例では水滴と燃料液滴が混在して燃焼場に噴霧するため、噴霧された水滴によって効果的に火炎温度を低下することができ、局所的な火炎温度の上昇を防止することができる。そのため、高温火炎領域から生成される窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を効果的に抑制することが可能となる。
【００４４】
水滴が蒸発した後の熱分解によるＯＨラジカルの煤発生抑制効果や、水噴霧により火炎温度を低減させ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を抑制する効果は、水噴霧ノズル２０からの水噴霧によっても得られる。しかし、本実施例のように燃料ノズル９の燃料供給系統に直接水を供給することで、燃料ノズル内部で水と油が混合し、燃焼場に噴霧されたときには水滴と燃料液滴が混在するため、水噴霧ノズル２０によって燃焼場に水を噴霧した場合よりもそれらの効果が顕著となる。
【００４５】
次に、燃料ノズル９へ供給する水の制御方法について説明する。図３は、比較例として、燃料ノズル９に水を供給しない場合のガスタービンの運転状態と、燃料ノズル９における各流路の供給圧力との関係を示した模式図である。破線ＡＢＣはパイロット流路３０の供給圧力の変化を示し、実線ＤＥはメイン流路３１の供給圧力の変化を示す。
【００４６】
燃料ノズル９に燃料が供給されると、加圧弁３２の作用によって、燃料はパイロット流路３０に流れるため、パイロット流路３０の供給圧力がＡからＢへ上昇する。Ｂ点は加圧弁３２の設定圧力であり、供給圧力がＢ点を超えるとＤ点からメイン流路３１にも燃料が流れ始め供給圧力が上昇する。メイン流路の供給圧力はガスタービンの運転状態によってＤからＥまで上昇する。一方、メイン流路３１の燃料噴出孔が大きいため、負荷の低い条件ではメイン流路３１の供給圧力が低く、噴霧する液滴の微粒化を促進できない。このことが、図３に示すガスタービン負荷の低い条件で煤塵が発生する要因のひとつになっている。
【００４７】
図４は、実施例１の場合に、燃料ノズル９に水を供給した時におけるメイン流路３１の供給圧力の変化を示したものである。図４に示す例では、負荷運転が開始されるＦ点から燃料ノズル９に水を供給し、供給圧力をＧ点まで上昇させたものである。一般に、拡散油焚きの燃焼器では燃焼の安定性に優れているため、燃料と同等の水を噴霧しても燃焼状態は安定に保たれる。燃料ノズル９に水を供給したことにより、メイン流路３１の供給圧力はＦ点からＧ点へと上昇するため、燃料ノズル９から噴霧した水滴と燃料液滴の微粒化が促進される。負荷の上昇に伴い燃料流量が増加しメイン流路３１の供給圧力は上昇する。この時、水の供給量も増加させることにより、メイン流路３１の供給圧力は油燃料のみ供給していたＩ点では、ほぼ２倍の圧力に相当するＨ点まで上昇させることが可能なため、水滴と燃料液滴の微粒化がより一層促進される。
【００４８】
図４に示した実施例では、メイン流路３１の供給圧力が油ポンプの吐出圧力の上限まで水を供給した例である。Ｈ点でメイン流路３１の供給圧力が油ポンプの吐出圧力の上限値になると、燃料がそれ以上供給できなくなる。そのため、Ｈ点から燃料流量の増加に合わせて、供給する水の流量を低減し、最終的にＥ点では燃料ノズルへの水の供給を停止し、燃料のみを燃料ノズルから噴出するように制御したものである。したがって、定格運転状態のＥ点では燃料ノズルの設計条件の燃料供給圧となるため、予め設定した燃料ノズルの噴霧特性が再現できる。
【００４９】
また、燃料ノズル９へ供給する水の流量が減少し始めるＨ点では、燃焼ガスの温度が高温になっているため、煤塵が生成されても燃焼室内で燃え尽きている。そのため、水の供給量を低減しても煤塵の発生量が増加することはない。
【００５０】
さらに、燃焼場に水を噴霧する流量は、ガスタービンの運転状態などによって決められる。そのため、燃料ノズル９へ供給可能な水の流量が、燃焼場に供給すべき水の流量より少ない場合、その差の流量を水噴霧ノズル２０から噴霧することが可能である。すなわち、実施例１では図４のＨ点から燃料ノズル９に供給される水流量は低下するが、ガスタービンの負荷は上昇するため燃焼場に噴霧する水流量の全体は増加する。そこで、燃料ノズル９から噴霧する水の減少分及びガスタービン負荷上昇に伴う水流量の増加分を水噴霧ノズル２０から噴霧することで、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を抑制することが可能となる。
【００５１】
なお、図４においてメイン流路３１に水の供給を開始する時期は、ガスタービンの負荷運転を開始するＦ点である。しかし、メイン流路３１に水の供給を開始する時期は、ガスタービンの負荷運転を開始するＦ点に限られず、メイン流路３１に燃料の供給を開始するＤ点でも良い。ガスタービンの低負荷条件であるＤ点から開始した場合にも、本実施例と同様に水滴と燃料液滴の微粒化が促進され、窒素酸化物の排出量を低減することができる。但し、煤塵の発生領域である区間ＦＩにおいて水を供給し、メイン流路の供給圧力を区間ＧＨとすることにより、水の使用量を抑えつつ、最も効率的に煤塵を低減することができる。
【００５２】
また、本実施例で説明した燃料ノズルの燃料配管に水を供給する手段は、既存のガスタービン燃焼器に追加する場合にも有用である。既にデュアルオリフィス型燃焼器を採用したガスタービン燃焼器において、燃料ノズルの燃料配管に水を供給する手段として水供給系統２５を追加することで、本実施例と同様の効果を得ることが可能である。
【実施例２】
【００５３】
実施例２について、図５，図６を参照して説明する。実施例２では、図５に示すように分配管３３に接続されたパイロット流路３０に逆止弁４５を設置し、その下流のパイロット流路３３に水供給装置２６からの水供給配管４６を、逆止弁４７を介して接続したものである。他の構成部品は、実施例１と同様である。
【００５４】
水供給装置２６からの水は逆止弁４５の下流でパイロット流路３０に供給される。そのため、逆止弁４５の作用により、パイロット流路３０に供給された水が分配管３３、すなわちメイン流路３１へ流入することはない。また、水供給装置２６によってパイロット流路３０へ水を供給した時、燃料供給装置１７から供給された油供給圧力が分配管３３の位置でパイロット流路３０の供給圧力より低い場合、燃料はメイン流路３１のみに流れる。パイロット流路３０より高い場合は、燃料の一部がパイロット流路３０に混入し、パイロット流路３０から噴出することになる。
【００５５】
図６は燃料ノズル９の先端部（図５のＡ部）における詳細図である。燃料ノズル９はノズルボディ５０，ノズルキャップ５１，メインチップ５２，パイロットチップ５３から構成される。パイロット流路３０からの燃料はパイロットチップ５３内部の旋回室５４で旋回力が付与され、パイロット噴出孔５５よりパイロット噴霧５６となり燃焼場に噴霧する。メイン流路３１からの燃料は、メインチップ５２とノズルキャップ５１からなる旋回室５７で旋回力が付与され、メイン噴出孔５８からメイン噴霧５９となり燃焼場に噴霧する。
【００５６】
燃料ノズルの噴霧角度などの噴霧特性は、燃料ノズルの構造により制御することができるが、実施例２ではパイロット噴霧５６がメイン噴霧５９の内側になるように制御された例である。
【００５７】
したがって、図４に示したようにガスタービンの負荷運転が開始され煤塵の発生量が増加するＦ点で、実施例２によって燃料ノズル９に水を供給すると、ガスタービンの負荷が低く燃料供給量も少ないため、分配管３３の燃料供給圧力はパイロット流路３０の水供給圧力より低くなる。そして、燃料はメイン流路３２のみに流れ、水供給装置２６からの水はパイロット流路３０にのみ流れる。したがって、パイロット噴霧５６は水滴のみが噴霧され、メイン噴霧５９は燃料のみが噴霧される。パイロット噴出孔５５の噴孔径は小さいため、Ｆ点のガスタービン運転状態で必要な水噴霧量がパイロット噴孔５５からのみでは供給できない場合、エンドカバー６に設置した水噴霧ノズル２０から水を噴霧することが可能である。
【００５８】
本実施例では、燃料のみのメイン噴霧５９により形成される火炎の内部に、水滴のみのパイロット噴霧５６があるため、火炎の内部に噴霧した水滴の作用により、窒素酸化物
（ＮＯｘ）の排出を促す高温の循環領域の温度を効果的に低下させることができる。そのため、水噴霧ノズル２０から水を噴霧する実施例１において、煤発生の抑制効果に加え窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量の低減をより効果的に行うことが可能となる。
【実施例３】
【００５９】
実施例３について、図７を参照して説明する。実施例３は、実施例１の水配管２７を逆止弁２８の下流で水配管６０と水配管６１に分岐し、水配管６０は分配管３３と逆止弁
３４の間に接続し、水配管６１はパイロット流路３０における逆止弁４５の下流に接続したものである。
【００６０】
実施例３の場合、燃料の供給圧力より水の供給圧力が高い場合、パイロット流路３０には水のみが供給され、メイン流路には水配管６０から水が混入するため、水と油燃料が供給される。このため、図６で説明したパイロット噴霧５６は水滴のみとなり、メイン噴霧５９は燃料液滴と水滴が混在した噴霧となり、実施例２と同等の効果が期待できる。
【００６１】
また、実施例３ではメイン流路３１にも水が供給されるため、メイン流路３１の供給圧力の上昇が期待され、メイン流路３１から噴霧された水滴と燃料液滴の微粒化が促進される効果も期待できる。
【実施例４】
【００６２】
実施例４について、図８を参照して説明する。実施例４は、メイン流路３１に噴霧空気を供給する噴霧空気配管３６に水供給装置７０からの水供給配管７２を逆止弁７１を介し設置したものであり、他の構成部品は実施例１と同様である。
【００６３】
水供給装置７０からメイン流路３１へ供給された水は加圧弁３２の作用によりパイロット流路３０には逆流しない。また、逆止弁３８により噴霧空気配管３６にも逆流せず、メイン流路３１のみに供給される。
【００６４】
他の実施例と同様に、ガスタービンが負荷運転を開始する状態から燃料ノズルへ水を供給すると、パイロット噴霧は燃料液滴のみが噴霧され、メイン噴霧は水滴と燃料液滴が混在した状態で噴霧される。パイロット噴霧は燃料液滴のみが噴霧されるため、パイロット噴霧から形成される火炎の安定性が向上し、他の実施例に比較して多くの水を供給できることが可能となり、実施例１，２，３と同等以上の煤塵や窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量の抑制効果が期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
圧力噴霧式の油燃料ノズルを備えた燃焼装置に広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】実施例１におけるガスタービンの全体構成を表す図である。
【図２】実施例１における圧力噴霧式の燃料ノズルの各供給系統を表す図である。
【図３】ガスタービンプラントの起動から定格負荷条件における、燃料ノズルの供給圧力を、比較例の場合の図である。
【図４】ガスタービンプラントの起動から定格負荷条件における、実施例１の場合の図である。
【図５】実施例２の圧力噴霧式の燃料ノズルの各供給系統を表す図である。
【図６】燃料ノズル先端部の詳細構造を表す図である。
【図７】実施例３の圧力噴霧式の燃料ノズルの各供給系統を表す図である。
【図８】実施例４の圧力噴霧式の燃料ノズルの各供給系統を表す図である。
【符号の説明】
【００６７】
１…圧縮機、２…ガスタービン、３…燃焼器、４…発電機、５…外筒、６…エンドカバー、７…内筒、８…トランジションピース、９…燃料ノズル、１０…旋回器、１１…点火栓、１２…内筒キャップ、１３…燃焼空気、１４…燃焼ガス、１５…拡散火炎、１７…燃料供給装置、１８…分配器、１９…燃料配管、２０…水噴霧ノズル、２１…マニホールド、２２，２５…水供給系統、２３，２６…水供給装置、２４，２７…水配管。
【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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