(57)【要約】【課題】一酸化炭素、未燃炭化水素その他の未燃ガスの排出量を効果的に抑制できるガスタービン燃焼器およびその運転方法を提供すること。【解決手段】ガスタービン燃焼器のメインノズル１０に、予混合燃焼用燃料ガスを噴射する第１噴射孔１１７を設け、この第１噴射孔１１７の下流側に噴射された予混合燃焼用燃料ガスを攪拌してその予混合を促進するスワラ１１２を設ける。さらに、メインノズル１０の先端であってスワラ１１２の下流側に、拡散燃焼用燃料ガスを噴射する第２噴射孔１１を設ける。【選択図】　　　図１
2004084490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予混合燃焼用燃料ガスを噴射する第１噴射孔を有するメインノズルと、前記第１噴射孔の下流側に配置されると共に、噴射された前記予混合燃焼用燃料ガスを攪拌してその予混合を促進するスワラとを含み、且つ、
前記メインノズルは、さらに、拡散燃焼用燃料ガスを噴射する第２噴射孔を、前記スワラの下流側に有するガスタービン燃焼器。
【請求項２】
予混合燃焼用燃料ガスを噴射する第１噴射孔を側周に有するメインノズルと、前記メインノズルの外周に設置されると共に、前記第１噴射孔の下流側に位置して前記第１噴射孔から噴射された前記予混合燃焼用燃料ガスを攪拌し、その予混合を促進するスワラとを含み、且つ、
前記メインノズルは、さらに、前記メインノズルの外周を流れる予混合気、空気その他のガスの流路方向に沿って拡散燃焼用燃料ガスを噴射する第２噴射孔を、前記スワラの下流側に有するガスタービン燃焼器。
【請求項３】
前記第２噴射孔は、前記メインノズルの略先端に設けられる請求項１または２に記載のガスタービン燃焼器。
【請求項４】
さらに、排ガス中に含まれる一酸化炭素、未燃炭化水素、窒素化合物その他の規制対象ガスの濃度を検出するガス濃度検出手段と、
検出した前記規制対象ガスの濃度に基づき、前記拡散燃焼用燃料ガスの噴射タイミング、噴射停止タイミング、再噴射タイミングその他のパラメータを制御する拡散燃焼制御手段を含む請求項１〜３のいずれか１つに記載のガスタービン燃焼器。
【請求項５】
タービンの部分負荷時において、拡散燃焼用燃料ガスをメインノズルに設けた噴射孔からスワラの下流側に噴射させて拡散燃焼させる拡散燃焼ステップを含むガスタービン燃焼器の運転方法。
【請求項６】
前記拡散燃焼ステップは、タービンの定格負荷に対する前記部分負荷の割合に基づいて、前記拡散燃焼用燃料ガスを噴射する噴射タイミング、当該噴射を停止する噴射停止タイミング、当該噴射を再開する再噴射タイミングその他のパラメータを制御する拡散燃焼制御ステップを含む請求項５に記載のガスタービン燃焼器の運転方法。
【請求項７】
前記拡散燃焼ステップは、
排ガス中に含まれる一酸化炭素、未燃炭化水素、窒素化合物その他のガスの濃度を検出するガス濃度検出ステップと、
検出した前記ガスの濃度に基づいて、前記拡散燃焼用燃料ガスを噴射する噴射タイミング、当該噴射を停止する噴射停止タイミング、当該噴射を再開する再噴射タイミングその他のパラメータを制御する拡散燃焼制御ステップと、
を含む請求項５に記載のガスタービン燃焼器の運転方法。
【請求項８】
前記部分負荷時にて前記噴射停止タイミングと、前記再噴射タイミングとを、前記部分負荷の割合、検出した前記ガス濃度その他の数値に基づき設定する場合において、前記噴射停止タイミングと前記再噴射タイミングとを、前記数値が相互に異なるときに行う請求項５〜７のいずれか１つに記載のガスタービン燃焼器の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガスタービン燃焼器およびその運転方法に関し、更に詳しくは、一酸化炭素、未燃炭化水素その他の未燃ガスの排出量を効果的に抑制できるガスタービン燃焼器およびその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、特開平９−２１５３１号公報図３にあるような従来のガスタービン燃焼器を示す構成図である。従来のガスタービン燃焼器１００において、圧縮機（図示省略）にて圧縮された圧縮空気は、外筒１４０から内筒１３０内に入り込み、メインノズル１１１に沿うようにその先端方向に流れ（図１０参照）、スワラ１１２および筒状体１１９内を通って燃焼室１３２側に抜ける。また、メインノズル１１１は、供給管１１３から通路１１６を通じて供給された燃焼ガスを、噴射孔１１７から噴射する。すると燃焼ガスは、外周を流れる圧縮空気と混ざり、筒状体１１９内に流れ込みスワラ１１２により攪拌されて、圧縮空気との予混合気となる。形成された予混合気は、パイロットノズル１２１の外周から燃焼室に流入し、パイロットバーナ１２０の火炎を火種として、予混合燃焼する。さらに特許第３１８７９４３号公報、特開２００２−３１３４３号公報などがある。
【０００３】
また、図８および図９は、改良提案とされるメインバーナの要部を示す側面断面図である。このガスタービン燃焼器１００は、メインバーナ１１０とパイロットバーナ１２０とを、内筒１３０の内部に収容して構成される。メインバーナ１１０は、全部で８基あり、パイロットバーナ１２０を軸としてその外周を環状に取り囲み配列される。メインバーナ１１０は、メインノズル１１１と、スワラ１１２とを含み構成される。メインノズル１１１は、内部に燃料ガスの通路１１６を有する中空のノズル胴１１４から成り、このノズル胴１１４の先端の付け根付近に、平板状のスポーク１１５を１基につき４枚有する。これらのスポーク１１５は、メインノズル１１１を先端側から見たときに十字型となるように、ノズル胴１１４の側周に固定設置される。また、スポーク１１５は、中空構造を有し、ノズル胴１１４の通路１１６に通じてその内部に燃料ガスを供給される。また、スポーク１１５は、その表面に複数の噴射孔１１７を有し、この噴射孔１１７から予混合燃焼用の燃料ガスを噴射する（図９参照）。一方、スワラ１１２は、複数の翼から成る環状構造を有し、筒状体１１９の内周に固定設置される。メインノズル１１１は、筒状体１１９内に挿入されてその先端がスワラ１１２を貫通し、且つ、スポーク１１５がスワラ１１２の上流側に位置するように設置される（図８および図９参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来一般のガスタービン燃焼器では、定格負荷より低い負荷（部分負荷）での運転時にて予混合気が十分に燃焼せず、一酸化炭素（ＣＯ）や未燃炭化水素（ＵＨＣ）等の未燃ガスが発生してその総排出量が増加するという問題点があった。この点において、図８および図９のようなガスタービン燃焼器１００が提案され、さらに改良がなされている。特に、本発明では、日々頻繁に起動・停止を行うガスタービンでは、かかる部分負荷下での運転時間の増大に伴って生じる、未燃ガスの総排出量の増加を防止することは、重要な課題になってきた。
【０００５】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、かかる未燃ガスの排出量を効果的に抑制できるガスタービン燃焼器およびその運転方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明にかかるガスタービン燃焼器は、予混合燃焼用燃料ガスを噴射する第１噴射孔を有するメインノズルと、前記第１噴射孔の下流側に配置されると共に、噴射された前記予混合燃焼用燃料ガスを攪拌してその予混合を促進するスワラとを含み、且つ、前記メインノズルは、さらに、拡散燃焼用燃料ガスを噴射する第２噴射孔を、前記スワラの下流側に有する。
【０００７】
この発明では、予混合燃焼用燃料ガスを噴射する第１噴射孔の他に、別途、第２噴射孔をスワラの下流側に設け、この第２噴射孔から拡散燃焼用燃料ガス噴射する。すると、拡散燃焼用燃料ガスは、スワラにより予混合されることなく拡散的に燃焼し、未燃ガスの燃焼を促進する火種となる。これにより、未燃ガスの排出量が効果的に抑制される。なお、この発明において、「スワラの下流側」には、スワラより下流側のみならず、スワラの内部後方付近も含まれるものとする。
【０００８】
また、この発明にかかるガスタービン燃焼器は、予混合燃焼用燃料ガスを噴射する第１噴射孔を側周に有するメインノズルと、前記メインノズルの外周に設置されると共に、前記第１噴射孔の下流側に位置して前記第１噴射孔から噴射された前記予混合燃焼用燃料ガスを攪拌し、その予混合を促進するスワラとを含み、且つ、前記メインノズルは、さらに、前記メインノズルの外周を流れる予混合気、空気その他のガスの流路方向に沿って拡散燃焼用燃料ガスを噴射する第２噴射孔を、前記スワラの下流側に有する。
【０００９】
この発明では、拡散燃焼用燃料ガスを上記第２噴射孔から噴射するにあたり、外周を流れる予混合気等のガスの流路方向に沿って噴射する。すると、噴射された拡散燃焼用燃料ガスは、外周を流れる他のガスと混合し難くなるので、拡散燃焼が生じ易くなり、未燃ガスの燃焼を効率化できる利点がある。
【００１０】
また、この発明にかかるガスタービン燃焼器は、上記ガスタービン燃焼器において、前記第２噴射孔は、前記メインノズルの略先端に設けられる。
【００１１】
この発明では、第２噴射孔をメインノズルの略先端に設けたので、この第２噴射孔から噴射される拡散燃焼用燃料ガスは、外周を流れる予混合気等のガスの流路方向に沿って流れ、これらのガスと混合し難い。これにより、拡散燃焼用燃料ガスの拡散燃焼を効率化できる利点がある。
【００１２】
また、この発明にかかるガスタービン燃焼器は、さらに、排ガス中に含まれる一酸化炭素、未燃炭化水素、窒素化合物その他の規制対象ガスの濃度を検出するガス濃度検出手段と、検出した前記規制対象ガスの濃度に基づき、前記拡散燃焼用燃料ガスの噴射タイミング、噴射停止タイミング、再噴射タイミングその他のパラメータを制御する拡散燃焼制御手段を含む。
【００１３】
ここで、上記拡散燃焼用燃料ガスの使用は、一酸化炭素や未燃炭化水素などの未燃ガスの燃焼を促進し、部分負荷時における未燃ガスの発生を効果的に抑制する利点を有する一方で、窒素化合物（ＮＯｘ）の総排出量を増加させるという問題点がある。かかる問題点に対して、この発明では、ガス濃度検出手段により未燃ガスや窒素化合物等の規制対象ガスの排出量を検出し、その検出結果に基づいて、拡散燃焼用燃料ガスの噴射タイミング等を制御する。これにより、未燃ガスや窒素化合物の排出量を監視しつつ、これらを適切に管理できる利点がある。
【００１４】
また、この発明にかかるガスタービン燃焼器の運転方法は、タービンの部分負荷時において、拡散燃焼用燃料ガスをメインノズルに設けた噴射孔からスワラの下流側に噴射させて拡散燃焼させる拡散燃焼ステップを含む。
【００１５】
ここで、タービンの部分負荷時とは、タービンを定格負荷より低い負荷（無負荷を含む。）で運転しているときであって、予混合燃焼により排ガス中に一酸化炭素や未燃炭化水素その他の未燃ガスが生じている時をいう。例えば、暖気運転時、運転開始直後等がこの部分負荷時に該当する。この発明では、かかる部分負荷時にて、拡散燃焼用燃料ガスをメインノズルからスワラの下流側に噴射し、拡散燃焼を生じさせる。これにより、発生した未燃ガスの燃焼を促進して、未燃ガスの総排出量を効果的に低減できる利点がある。なお、この発明において、上記拡散燃焼ステップは、部分負荷時にて常時行ってもよいし、部分負荷時内にて一時的に行ってもよい。
【００１６】
また、この発明にかかるガスタービン燃焼器の運転方法は、前記拡散燃焼ステップが、タービンの定格負荷に対する前記部分負荷の割合に基づいて、前記拡散燃焼用燃料ガスを噴射する噴射タイミング、当該噴射を停止する噴射停止タイミング、当該噴射を再開する再噴射タイミングその他のパラメータを制御する拡散燃焼制御ステップを含む。
【００１７】
この発明では、拡散燃焼用燃料ガスの噴射タイミングや噴射停止タイミング等を、タービンの定格負荷に対する部分負荷の割合に基づいて制御する。これにより、拡散燃焼の自動制御が可能となり、上記未燃ガスの発生を抑制しつつ、上記窒素化合物の発生量を適切に管理できる利点がある。なお、制御対象であるパラメータには、他に拡散燃焼用燃料ガスの噴射量等が含まれる。
【００１８】
また、この発明にかかるガスタービン燃焼器の運転方法は、前記拡散燃焼ステップは、排ガス中に含まれる一酸化炭素、未燃炭化水素、窒素化合物その他のガスの濃度を検出するガス濃度検出ステップと、検出した前記ガスの濃度に基づいて、前記拡散燃焼用燃料ガスを噴射する噴射タイミング、当該噴射を停止する噴射停止タイミング、当該噴射を再開する再噴射タイミングその他のパラメータを制御する拡散燃焼制御ステップとを含む。
【００１９】
この発明では、部分負荷時にて拡散燃焼を併用するにあたり、排ガス中の一酸化炭素等のガス濃度を検出し、この検出結果に基づいて拡散燃焼用燃料ガスの噴射タイミング等を制御する。これにより、未燃ガスや窒素化合物の排出量を監視しつつ、これらを適切に管理できる利点がある。
【００２０】
また、この発明にかかるガスタービン燃焼器の運転方法は、前記部分負荷時にて前記噴射停止タイミングと、前記再噴射タイミングとを、前記部分負荷の割合、検出した前記ガス濃度その他の数値に基づき設定する場合において、前記噴射停止タイミングと前記再噴射タイミングとを、前記数値が相互に異なるときに行う。
【００２１】
この発明では、部分負荷時にて付加的な拡散燃焼を行うにあたり、拡散燃焼用燃料ガスの噴射停止タイミングと再噴射タイミングとを部分負荷の割合、検出したガス濃度その他の数値に基づき設定する場合において、これらのタイミングを相互に異ならせることとした。例えば、部分負荷下にてタービンを断続的に運転する場合において、これらのタイミングを部分負荷の割合に基づき設定する場合がある。かかる場合に、これらのタイミングを同じ割合のときに行うこととすると、燃料ガスの噴射を停止した直後にその噴射が再開され、頻繁に噴射の停止再開が行われるという問題点がある。かかる問題点に対し、この発明では、例えば、噴射停止タイミングを部分負荷の割合が定格負荷に対してａ％の時に設定したときは、再噴射タイミングをａ％とは一定値を隔てたｂ％の時に設定する。これにより、燃焼ガスの停止再開が頻繁に行われる事態を防止できる利点がある。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的同一のものが含まれる。また、以下に示す図において、上記従来のガスタービン燃焼器１００と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２３】
図１は、この発明の実施の形態にかかるガスタービン燃焼器のメインノズルを示す側面断面図である。また、図２は、図１に記載したメインノズルの先端部付近を示す側面断面図である。このメインノズル１０は、従来のメインノズル１１１と比較して、その先端に、拡散燃焼用の燃料ガスを噴射する第２の噴射孔１１を有する点に特徴を有する。すなわち、このメインノズル１０は、スポーク１１５に設けられた予混合燃焼用の噴射孔１１７に加えて、さらに、拡散燃焼用の噴射孔１１を有する。以下、これらの噴射孔１１７，１１を第１噴射孔１１７および第２噴射孔１１と称して区別する。第２噴射孔１１は、メインノズル１０が筒状体１１９内に設置された状態にてスワラ１１２の下流側に位置し、この位置から拡散燃焼用の燃料ガスを噴射する（図２参照）。第２噴射孔１１は、筒状体１１９の中心軸上に位置し、この軸方向に燃料ガスの噴射方向を向ける。これにより、第２噴射孔１１は、予混合気の流れ方向に沿って筒状体１１９内に燃料ガスを噴射する。
【００２４】
また、メインノズル１０は、先端部内に設けられると共に第２噴射孔１１に通じる先端通路１２と、ノズル胴１１４の通路１１６内に挿入して設置されると共に先端通路１２に通じる管状部材１３とを有する。先端通路１２と管状部材１３とは、第２噴射孔１１への拡散燃焼用燃料ガスの通路となる。また、メインノズル１０は、既存の供給管１１３とは異なる第２の供給管１５を有し、この供給管１５から拡散燃焼用の燃料ガスを管状部材１３に供給する（図１参照）。以下、これらの供給管１１３、１５を第１供給管１１３および第２供給管１５と称して区別する。また、第１噴射孔１１７への燃料ガスの供給と、第２噴射孔１１への燃料ガスの供給とを、第１供給管１１３と第２供給管１５とを用いて別系統にて行うのは、これらの燃料ガスの供給制御を別個独立に行うためである。なお、このガスタービン燃焼器では、予混合燃焼用の燃料ガスと拡散燃焼用の燃料ガスとに同種の燃料ガスを用いる。ただし、異種の燃料ガスを用いてもよい。
【００２５】
このガスタービン燃焼器において、予混合燃焼用の燃料ガスは、平板状スポーク１１５の側部に設けた第１噴射孔１１７から外周を流れる圧縮空気流内に噴射され、スワラ１１２にて圧縮空気と攪拌混合されて予混合気となる。一方、拡散燃焼用の燃料ガスは、第２供給管１５からノズル胴１１４内の管状部材１３を介して先端通路１２に供給され、第２噴射孔１１から筒状体１１９内に噴射される。このとき、拡散燃焼用燃料ガスは、スワラ１１２の下流側から噴射され、且つ、メインノズル１０の先端から予混合気の流れ方向に沿って噴射されるので、周辺の予混合気と混合し難く拡散的に燃焼する。これにより、拡散燃焼用燃料ガスは、周辺の未燃ガスの燃焼を促進する火種となり、未燃ガスの総排出量を減少させる。
【００２６】
また、図３は、この発明の実施の形態にかかるガスタービン燃焼器の運転スケジュールを示すグラフであり、図４は、図３に記載した運転スケジュールに基づくガスタービン燃焼器の運転方法を示すフローチャートである。図３に示すグラフは、横軸にガスタービンの定格負荷に対する部分負荷の割合（％）をとり、縦軸に全燃料ガスに対する第２噴射孔１１への燃料ガスの割合をとる。ここで、タービンの部分負荷時とは、タービンを定格負荷より低い負荷で運転しているときであって、且つ、排ガス中に一酸化炭素や未燃炭化水素等の未燃ガスが生じている時をいう。また、全燃料ガスとは、パイロットノズル１２１への燃料ガスと、メインノズル１０の第１噴射孔１１７および第２噴射孔１１への燃料ガスとの総和を意味する。
【００２７】
このガスタービン燃焼器では、まず、パイロットバーナ１２０に着火すると共に、メインノズル１０の第１噴射孔１１７からのみ燃料ガス（予混合燃焼用燃料ガス）の噴射を開始する（ＳＴ１）。そして、その後に、第２噴射孔１１からの燃料ガス（拡散燃焼用燃料ガス）の噴射を開始し（ＳＴ２）、その噴射量を徐々に増加させて、全燃料ガスに対する割合を約５０％に維持する（ＳＴ３）。次に、この拡散燃焼用の燃料ガスの噴射を継続しつつ、タービンの負荷を徐々に上げていく（ＳＴ４）。このとき、ガスタービン燃焼器では、拡散燃焼用燃料ガスの噴射により拡散的な燃焼が行われるため、未燃ガスの発生が抑制されてその排出量が低減される。そして、タービンの負荷が増加し、未燃ガスの発生量が十分減少する付近にて拡散燃焼用燃料ガスの噴射量を減少させ（ＳＴ５）、その噴射を停止する。拡散燃焼用燃料ガスの過度の使用は、窒素化合物の総排出量を増加させる要因となるため、その使用量を必要十分に留めるためである。
【００２８】
その後、タービンは定格負荷により通常運転されるが（ＳＴ６）、上記部分負荷の状態のまま、断続的に運転を継続する場合もある。かかる場合には、未燃ガスの発生を抑制するため、再度、第２噴射孔１１から拡散燃焼用燃料ガスを噴射する（ＳＴ７）。このとき、拡散燃焼用燃料ガスの再噴射タイミングが、噴射停止タイミングと異なるように設定する。このガスタービン燃焼器では、拡散燃焼用燃料ガスを、部分負荷の割合が定格負荷に対して５０％となったときに噴射停止し、３５％となったときに再噴射するように設定している（図３参照）。このように、噴射停止タイミングと再噴射タイミングとを異ならせることにより、噴射の停止および再開が頻繁に行われる事態を防止できる。また、再噴射タイミングを噴射停止タイミングより低い割合時に設定したのは、噴射停止後にタービンの負荷が減少するときは、未燃ガスの発生量が負荷の増加時と比較して少ないためである。
【００２９】
このガスタービン燃焼器によれば、メインノズル１０の先端に第２噴射孔１１を設け、スワラ１１２の下流側から燃料ガスを噴出して拡散的な燃焼を行わせるので、予混合気の燃焼が促進されて未燃ガスの発生を効果的に抑制できる。図５は、拡散燃焼用燃料ガスの割合と未燃炭化水素の排出量との関係を示すグラフであり、図６は、拡散燃焼用燃料ガスの割合と一酸化炭素の排出量との関係を示すグラフである。これらの図では、横軸に、第２噴射孔から噴射される拡散燃焼用燃料ガスの全燃焼ガスに対する割合をとり、縦軸に、従来のガスタービン燃焼器１００を１００％とした未燃ガスの排出量の減少率をとる。これらの図に示すように、拡散燃焼用燃料ガスの噴射量が増加すれば、未燃ガスの排出量が効果的に減少することが判る。例えば、未燃炭化水素の排出量では、拡散燃焼用燃料ガスの割合が２０％のときには排出量が５０％以下に減少し、割合が５０％のときには排出量が約２０％まで減少する（図５参照）。また、一酸化炭素の排出量では、拡散燃焼用燃料ガスの割合が２０％のときには排出量が約７０％に減少し、割合が５０％のときには排出量が約５０％まで減少する（図６参照）。
【００３０】
ここで、上記効果を奏する他の構成としては、例えば、パイロットバーナ１２０による拡散燃焼を増大させて未燃ガスの発生を抑制する方法もある。しかし、未燃ガスは８基あるメインノズル１１１から個々に発生するので、かかる構成では、未燃ガスをバランスよく確実に燃焼させ得ないという問題点がある。この点において、このガスタービン燃焼器では、８基あるメインノズル１０のそれぞれに第２噴射孔１１を設けたので、上記パイロットバーナ１２０による場合と比較して、未燃ガスをより確実かつ効率的に燃焼させ得る利点がある。
【００３１】
なお、このガスタービン燃焼器では、メインノズル１０に第２噴射孔１１を設けるが、これは、構造的に簡単であると共に既存のガスタービン燃焼器１００にも容易に加工形成でき、また、拡散燃焼用燃料ガスを供給する燃料系統も簡素化できる点で好ましい。しかし、これに限らず、メインノズル１０以外の位置に燃料ガスの噴射孔を設けてもよい。
【００３２】
また、このガスタービン燃焼器では、メインノズル１０の先端に第２噴射孔１１を設けるが、これは、拡散燃焼用燃料ガスの噴射により筒状体１１９内にて乱流が発生する事態を防止し、拡散燃焼用燃料ガスと予混合気との混合を抑制して、拡散燃焼を効率化できる点で好ましい。しかし、これに限らず、第２噴射孔１１は他の位置に設けてもよい。図７は、図１および図２に記載したメインノズルの変形例を示す側面断面図である。このメインノズル２０は、先端部内に設けられた先端通路２１と、この先端通路２１から先端部の側周に引き出された複数の燃焼ガスの噴射孔２２とを有する。これらの噴射孔２２は、筒状体１１９内にてスワラ１１２の下流側に位置し、メインノズル２０の先端部側周に沿って拡散燃焼用の燃料ガスを噴射する。かかる構成によっても、乱流の発生を抑制して拡散燃焼を効率化できる利点がある。
【００３３】
また、このガスタービン燃焼器では、メインノズル１０の第２噴射孔１１をスワラ１１２よりも下流側に設けるが、これは、予混合気と拡散燃焼用燃料ガスとの混合を抑制して、拡散的な燃焼を効率化できる点で好ましい。ただし、第２噴射孔１１の位置は、上記拡散的な燃焼が可能な範囲内で、他の位置に設けてもよい。例えば、第２噴出孔１１をスワラ１１２内の後縁付近に位置させてもよい（図示省略）。
【００３４】
また、このガスタービン燃焼器において、第２噴射孔１１からの燃料ガスの噴射は、８基のメインノズル１０について全て同時使用するように制御してもよいし、例えば、４基から拡散燃焼用燃料ガスを噴射させ、残りの４基を停止させるといった部分的使用にかかる制御としてもよい。このように、上記噴射の制御は、ガスタービンの仕様等に応じて適宜変更してよい。また、制御の対象には、燃料ガスの噴射量を含めてもよい。
【００３５】
また、このガスタービン燃焼器では、その運転開始にあたり、まず、パイロットバーナ１２０に着火すると共に、メインノズル１０の第１噴射孔１１７からのみ燃料ガス（予混合燃焼用燃料ガス）の噴射を開始する（ＳＴ１）。そして、その後に、第２噴射孔１１からの燃料ガス（拡散燃焼用燃料ガス）の噴射を開始する（ＳＴ２）。かかる運転方法は、燃焼安定性の点で好ましい。しかし、これに限らず、上記第２噴射孔１１からの噴射は、パイロットバーナ１２０の着火時や第１噴射孔１１７からの噴射開始時から行ってもよい。
【００３６】
また、ガスタービン燃焼器では、拡散燃焼用燃料ガスを過度に使用すると、窒素化合物の総排出量が増加すると共に燃焼に不安定が生ずるという問題点がある。そこで、このガスタービン燃焼器では、拡散燃焼用燃料ガスの噴射量を、全燃料ガスに対して約５０％の割合に留める（図３参照）。ただし、噴射量の割合はかかる数値に限定されるものでなく、未燃ガスの排出量の減少効果や窒素化合物の総排出量等との関係を考慮しつつ、当業者自明の範囲内で適宜変更してよい。
【００３７】
また、ガスタービン燃焼器において、部分負荷時における未燃ガスの発生量は、タービン負荷の増加により徐々に減少する傾向にある。そこで、このガスタービン燃焼器では、部分負荷の割合が定格負荷に対して５０％となったときに第２噴射孔からの燃料ガスの噴射を停止し、３５％となったときに噴射を再開するように設定した（図３参照）。しかし、この数値は単なる例示であり、ガスタービンの仕様等に応じて、当業者自明の範囲内で他の数値としてもよい。また、さらに、排ガスが含む未燃ガスや窒素化合物の濃度を検出するセンサーを設け（図示省略）、その検出結果に基づいて、拡散燃焼用燃料ガスの噴射を停止し、若しくは噴射を再開する構成としてもよい。これにより、より適切に未燃ガスや窒素化合物の排出量を管理できる利点がある。なお、かかる構成において、センサーの設置位置は特に限定がなく、また、その制御系の構成も当業者自明の範囲内で任意に設計してよい。
【００３８】
また、このガスタービン燃焼器では、拡散燃焼用燃料ガスの噴射停止タイミングと再噴射タイミングとを異ならせることにより、噴射の停止および再開が頻繁に行われる事態を防止したが、これは、燃焼ガス噴射の制御の点で好ましい。しかし、これに限らず、上記未燃ガスや窒素化合物の検出結果に応じて、噴射の停止および再開を頻繁に行う設定としてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明にかかるガスタービン燃焼器によれば、予混合燃焼用燃料ガスを噴射する第１噴射孔の他に、別途、第２噴射孔をスワラの下流側に設け、この第２噴射孔から拡散燃焼用燃料ガスを噴射するので、この拡散燃焼用燃料ガスが拡散的に燃焼して未燃ガスの燃焼を促進する火種となり、未燃ガスの排出量を効果的に抑制できる。
【００４０】
また、この発明にかかるガスタービン燃焼器によれば、拡散燃焼用燃料ガスを上記第２噴射孔から噴射するにあたり、外周を流れる予混合気等のガスの流路方向に沿って噴射するので、拡散燃焼が生じ易くなり、未燃ガスの燃焼を効率化できる利点がある。
【００４１】
また、この発明にかかるガスタービン燃焼器によれば、第２噴射孔をメインノズルの略先端に設けたので、この第２噴射孔から噴射される拡散燃焼用燃料ガスが外周を流れる予混合気等のガスの流路方向に沿って流れ、これらのガスと混合し難くなり、拡散燃焼用燃料ガスの拡散燃焼を効率化できる利点がある。
【００４２】
また、この発明にかかるガスタービン燃焼器によれば、ガス濃度検出手段により未燃ガスや窒素化合物等の規制対象ガスの排出量を検出し、その検出結果に基づいて、拡散燃焼用燃料ガスの噴射タイミング等を制御するので、未燃ガスや窒素化合物の排出量を監視しつつ、これらを適切に管理できる利点がある。
【００４３】
また、この発明にかかるガスタービン燃焼器の運転方法によれば、タービンの部分負荷時にて、拡散燃焼用燃料ガスをメインノズルからスワラの下流側に噴射し、拡散燃焼を生じさせるので、発生した未燃ガスの燃焼を促進して、未燃ガスの総排出量を効果的に低減できる利点がある。
【００４４】
また、この発明にかかるガスタービン燃焼器の運転方法によれば、拡散燃焼用燃料ガスの噴射タイミングや噴射停止タイミング等を、タービンの定格負荷に対する部分負荷の割合に基づいて制御するので、拡散燃焼の自動制御が可能となり、上記未燃ガスの発生を抑制しつつ、上記窒素化合物の発生量を適切に管理できる利点がある。
【００４５】
また、この発明にかかるガスタービン燃焼器の運転方法によれば、部分負荷時にて拡散燃焼を併用するにあたり、排ガス中の一酸化炭素等のガス濃度を検出し、この検出結果に基づいて拡散燃焼用燃料ガスの噴射タイミング等を制御するので、未燃ガスや窒素化合物の排出量を監視しつつ、これらを適切に管理できる利点がある。
【００４６】
また、この発明にかかるガスタービン燃焼器の運転方法によれば、部分負荷時にて付加的な拡散燃焼を行うにあたり、拡散燃焼用燃料ガスの噴射停止タイミングと再噴射タイミングとを部分負荷の割合、検出したガス濃度その他の数値に基づき設定する場合において、これらのタイミングを相互に異ならせたので、燃焼ガスの停止および再開が頻繁に行われる事態を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態にかかるガスタービン燃焼器のメインノズルを示す側面断面図である。
【図２】図１に記載したメインノズルの先端部付近を示す側面断面図である。
【図３】この発明の実施の形態にかかるガスタービン燃焼器の運転スケジュールを示すグラフである。
【図４】図３に記載した運転スケジュールに基づくガスタービン燃焼器の運転方法を示すフローチャートである。
【図５】拡散燃焼用燃料ガスの割合と未燃炭化水素の排出量との関係を示すグラフである。
【図６】拡散燃焼用燃料ガスの割合と一酸化炭素の排出量との関係を示すグラフである。
【図７】図１および図２に記載したメインノズルの変形例を示す側面断面図である。
【図８】改良提案されているガスタービン燃焼器を示す側断面の構成図である。
【図９】図８に記載したメインバーナの要部を示す側面断面図である。
【図１０】従来のガスタービン燃焼器における気体の流れを示す説明図である。
【符号の説明】
１０、２０　メインノズル
１１、２２　噴射孔
１２、２１　先端通路
１３　管状部材
１５　第２供給管
【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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【図９】
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【図１０】
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