(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気が流量可変に注入され、圧縮機からの圧縮空気で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成するガスタービン燃焼器であって、
内部に燃焼室を形成し、燃焼ガス下流側の領域における周方向に間隔をもって設けられた複数の希釈孔を有する筒状の燃焼器ライナと、
前記燃焼器ライナを内包する燃焼器ケーシングと、
前記燃焼器ライナと前記燃焼器ケーシングとの間に配置されて圧縮空気が流れる環状の空気流路を前記燃焼器ライナと共に形成し、複数の蒸気注入孔を有する筒状のライナフロースリーブと、
前記ライナフロースリーブの外周側に設けられ、注入される蒸気を受け容れると共に受け容れた蒸気を前記複数の蒸気注入孔に分配する蒸気分配機構を備え、
前記複数の蒸気注入孔のうちの少なくとも一部は、前記複数の希釈孔のうちの少なくとも一部にそれぞれ対向するように配置され、
前記希釈孔に対向する前記蒸気注入孔の各々は、注入された蒸気を前記対向する希釈孔に向かって噴射するように形成された
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、
前記蒸気分配機構は、
前記燃焼器ケーシングに設けられ、蒸気が注入される蒸気注入ポートと、
前記燃焼器ケーシングの内周側に前記蒸気注入ポートからの蒸気を受け容れる環状空間を有し、前記蒸気注入ポートからの蒸気を前記複数の蒸気注入孔に分配する蒸気ヘッダとを備える
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、
前記蒸気ヘッダは、
前記燃焼器ケーシングと、
前記複数の蒸気注入孔を有する前記ライナフロースリーブと、
前記燃焼器ケーシングの燃焼ガス下流側端部から前記ライナフロースリーブ側に張り出し、前記燃焼器ケーシングと前記ライナフロースリーブと共に前記環状空間を形成する隔壁とで構成されている
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項４】
請求項３に記載のガスタービン燃焼器において、
前記ライナフロースリーブにおける前記希釈孔に対向する前記蒸気注入孔の部分に配置され、前記蒸気ヘッダ内の蒸気を前記空気流路内に案内する軸対称な蒸気フローガイドを更に備え、
前記蒸気フローガイドは、その軸線が前記希釈孔を通るように配置され、
前記蒸気フローガイドの流路断面積は、蒸気入口側が蒸気出口側よりも大きい
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項５】
請求項４に記載のガスタービン燃焼器において、
前記蒸気フローガイドは、その蒸気出口側端部が直管部である
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、
前記蒸気フローガイドは、その全体が前記蒸気ヘッダ内に位置するように前記蒸気注入孔に固定される
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項７】
請求項４又は５に記載のガスタービン燃焼器において、
前記蒸気フローガイドは、その蒸気出口側先端部が前記空気流路内に、残りの部分が前記蒸気ヘッダ内に位置するように前記蒸気注入孔に固定される
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項８】
請求項４又は５に記載のガスタービン燃焼器において、
前記蒸気フローガイドは、その軸線方向に移動可能に配置され、
前記蒸気フローガイドを前記希釈孔に対して、注入される蒸気量の増加に応じて接近させると共に注入される蒸気量の減少に応じて離間させる蒸気フローガイド移動機構を更に備える
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項９】
請求項８に記載のガスタービン燃焼器において、
前記蒸気フローガイド移動機構は、
前記蒸気フローガイドを移動可能に収納し、前記ライナフロースリーブの外周面に固定された筒状のフローガイドスリーブと、
前記フローガイドスリーブ内に収納され、一端側が前記蒸気フローガイドに当接すると共に他端側が前記ライナフロースリーブの外周面に当接するばねとを備え、
前記蒸気フローガイドの蒸気入口側と前記フローガイドスリーブとの間隙は、前記蒸気フローガイドの蒸気出口側と前記蒸気注入孔の開口縁との間隙よりも小さい
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項１０】
請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、
前記蒸気分配機構は、蒸気が注入される蒸気導入管部と、前記蒸気導入管部から分岐し、前記複数の蒸気注入孔の各々にそれぞれ接続される複数の分岐管部とを備えるマニホールドであり、
前記複数の分岐管部のうち、前記希釈孔に対向する前記蒸気注入孔に接続された分岐管部の各々は、その軸線が前記蒸気注入孔に対向する前記希釈孔を通るように配置される
ことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項１１】
請求項１に記載のガスタービン燃焼器を備えた蒸気注入ガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気が注入されるガスタービン燃焼器及びそれを備えた蒸気注入ガスタービンに係り、更に詳しくは、注入蒸気量を可変にすることで熱（蒸気）と電力の出力割合を変更する熱電可変型コジェネレーションシステムに適用できるガスタービン燃焼器及びそれを備えた蒸気注入ガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱電可変型コジェネレーションシステムは、ガスタービンの排熱により生成した蒸気（熱）の一部をガスタービン燃焼器に注入することで発電電力の増加及び熱効率の向上を図るシステムであり、ガスタービン燃焼器への注入蒸気量を可変にすることで蒸気（熱）と電力の比率を変更できるものである。このシステムは、要求された熱と電力の需要比に応じて、熱電比を変化させることができるので、エネルギーロスの小さい高効率分散電源として期待されている。
【０００３】
熱電可変型コジェネレーションシステムのガスタービン燃焼器のように蒸気が注入されるガスタービン燃焼器には、多量の蒸気が供給された場合でも安定燃焼の維持及び窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減を図るために、燃焼器の内筒と外筒との間に形成された環状断面空気流路内に蒸気を供給する多孔式の外筒内水蒸気噴射ノズルと、内筒に形成された希釈空気孔の一部から燃焼器内の希釈領域に直接蒸気を供給する希釈域水蒸気噴射ノズルの２種類の水蒸気噴射ノズルを備えているものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平４−２５９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
蒸気を空気（燃焼用空気）に混合させると、燃焼器から排出されるＮＯｘが低減する効果が得られる。しかし、蒸気の空気に対する混合が不均一な場合には、湿分が少ない領域からのＮＯｘ発生量が多くなり、所望のＮＯｘの低減効果が得られない可能性がある。また、湿分が過剰な領域では、消炎等の火炎安定性の低下により燃焼効率の低下を招く可能性があるほか、燃焼器ライナ、尾筒、タービン等の高温部品の熱応力が大きくなって寿命を損なう可能性もある。そのため、低ＮＯｘ化と安定燃焼の両立を図るには、蒸気の空気に対する均一な混合が必要である。特許文献１に記載のガスタービン燃焼器のように、周方向に配設された多数の孔を有する外筒内水蒸気噴射ノズルにより環状断面空気流路に蒸気を供給する構造の場合、孔数を調整することで蒸気と空気の均一な混合が可能である。
【０００６】
また、燃焼器内を流れる空気中の湿分が２５ｖｏｌ％以上となるような多量の蒸気を注入する場合でも、低ＮＯｘ化と安定燃焼の両立が求められる。そこで、特許文献１に記載のガスタービン燃焼器のように、蒸気の一部を環状断面空気流路内に噴射させることで低ＮＯｘ化を図ると共に、残りの余剰の蒸気を燃焼室内に直接噴射させることで消炎の回避（安定燃焼の維持）を図る方法が考えられる。
【０００７】
また、燃焼器に注入する蒸気量を変動させることで熱（蒸気）と電力の出力割合を変更する熱電可変型コジェネレーションシステムのガスタービン燃焼器のように、注入蒸気量が変動するガスタービン燃焼器においては、注入蒸気量の多寡によらず、低ＮＯｘ化と安定燃焼の維持の両立が求められる。特許文献１に記載のガスタービン燃焼器を熱電可変型コジェネレーションシステムに適用する場合、熱需要が大きくガスタービン燃焼器への注入蒸気量が少ないときには、低ＮＯｘ化を図るために、外筒内水蒸気噴射ノズルの噴射量を希釈域水蒸気噴射ノズルの噴射量より増加させる蒸気流量制御を行う必要がある。逆に、電力需要が大きく注入蒸気量が多いときには、消炎の回避（安定燃焼の維持）を図るために、希釈域水蒸気噴射ノズルの噴射量を外筒内水蒸気噴射ノズルの噴射量より増加させる蒸気流量制御を行う必要がある。つまり、外筒内水蒸気噴射ノズルと希釈域水蒸気噴射ノズルの２種類のノズルから噴射される蒸気を別々の２系統に分けて別々に流量を調節するような複雑な制御を行う必要があると考えられる。
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、注入蒸気量の変動に対して、複雑な制御を行うことなく低ＮＯｘ化と安定燃焼の両立を図ることができるガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、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、蒸気が流量可変に注入され、圧縮機からの圧縮空気で燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成するガスタービン燃焼器であって、内部に燃焼室を形成し、燃焼ガス下流側の領域における周方向に間隔をもって設けられた複数の希釈孔を有する筒状の燃焼器ライナと、前記燃焼器ライナを内包する燃焼器ケーシングと、前記燃焼器ライナと前記燃焼器ケーシングとの間に配置されて圧縮空気が流れる環状の空気流路を前記燃焼器ライナと共に形成し、複数の蒸気注入孔を有する筒状のライナフロースリーブと、前記ライナフロースリーブの外周側に設けられ、注入される蒸気を受け容れると共に受け容れた蒸気を前記複数の蒸気注入孔に分配する蒸気分配機構を備え、前記複数の蒸気注入孔のうちの少なくとも一部は、前記複数の希釈孔のうちの少なくとも一部にそれぞれ対向するように配置され、前記希釈孔に対向する前記蒸気注入孔の各々は、注入された蒸気を前記対向する希釈孔に向かって噴射するように形成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、注入された蒸気が複数の蒸気注入孔から対向する希釈孔に向かって空気流路内の圧縮空気の流れに噴射されるので、燃焼に利用される圧縮空気に混合する蒸気と希釈孔内に流入する蒸気との割合が注入蒸気量に応じて適切に変化する。すなわち、注入蒸気量の変動に対して、複雑な制御を行うことなく低ＮＯｘ化と安定燃焼との両立を図ることができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のガスタービン燃焼器の第１の実施の形態を示す縦断面図及びそれを備える熱電可変型コジェネレーションシステムを示すシステムフロー図である。
【図２】図１に示す本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第１の実施の形態における注入蒸気がない場合の希釈孔付近の作動流体の流れを示す説明図である。
【図３】図２に示す注入蒸気がない場合の希釈孔付近の作動流体の流れを燃焼器ライナ外周側から見た状態で示す説明図である。
【図４】図１に示す本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第１の実施の形態における注入蒸気が比較的小流量の場合の希釈孔付近の注入蒸気を含む作動流体の流れを示す説明図である。
【図５】図４に示す注入蒸気が比較的小流量の場合の希釈孔付近の注入蒸気を含む作動流体の流れを燃焼器ライナ外周側から見た状態で示す説明図である。
【図６】図１に示す本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第１の実施の形態における注入蒸気が比較的大流量の場合の希釈孔付近の注入蒸気を含む作動流体の流れを示す説明図である。
【図７】図６に示す注入蒸気が比較的大流量の場合の希釈孔付近の注入蒸気を含む作動流体の流れを燃焼器ライナ外周側から見た状態で示す説明図である。
【図８】本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第２の実施の形態の一部を構成する蒸気フローガイドの一例を示す概略縦断面図である。
【図９】本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第２の実施の形態の一部を構成する蒸気フローガイドの他の例を示す概略縦断面図である。
【図１０】本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第２の実施の形態の一部を構成する蒸気フローガイドの第１の変形例の一例を示す概略縦断面図である。
【図１１】本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第２の実施の形態の一部を構成する蒸気フローガイドの第１の変形例の他の例を示す概略縦断面図である。
【図１２】本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第２の実施の形態の一部を構成する蒸気フローガイドの第２の変形例の一例を示す概略縦断面図である。
【図１３】本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第２の実施の形態の一部を構成する蒸気フローガイドの第２の変形例の他の例を示す概略縦断面図である。
【図１４】本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第３の実施の形態の一部を構成する蒸気フローガイドを示す概略縦断面図であり、注入蒸気が比較的小流量の場合の蒸気フローガイドの状態を示す図である。
【図１５】図１４に示す本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第３の実施の形態における注入蒸気が比較的大流量の場合の蒸気フローガイドの状態を示す説明図である。
【図１６】本発明のガスタービン燃焼器の第１の実施の形態の変形例を示す縦断面図及びそれを備える熱電可変型コジェネレーションシステムを示すシステムフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの実施の形態を図面を用いて説明する。
［第１の実施の形態］
本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第１の実施の形態、及びそれを備えた熱電可変型コジェネレーションシステムの構成を図１を用いて説明する。
図１は本発明のガスタービン燃焼器の第１の実施の形態を示す縦断面図及びそれを備える熱電可変型コジェネレーションシステムを示すシステムフロー図である。
【００１３】
図１において、熱電可変型コジェネレーションシステムは、主に、ガスタービン１と、ガスタービン１により駆動されて発電する発電機７０と、ガスタービン１の排熱から熱を回収して蒸気３０２を発生させ、発生した蒸気３０２をガスタービン１等に供給する蒸気供給系統８０とで構成されている。ガスタービン１は、空気１００を圧縮して高圧の圧縮空気１０１を生成する圧縮機２と、圧縮機２から導入される圧縮空気１０１と燃料２００とを混合して燃焼させることで燃焼ガス１０５を生成する複数の燃焼器３と、燃焼器３で生成された燃焼ガス１０５が導入されるタービン４とを備えている。
【００１４】
次に、本発明のガスタービン燃焼器の第１の実施の形態の詳細な構成を図１を用いて説明する。
図１において、燃焼器３は、内部に燃焼室２１を形成する概略円筒状の燃焼器ライナ１１と、燃焼器ライナ１１を内包する筒状の燃焼器ケーシング１２と、燃焼器ケーシング１２の軸方向一端側（図１では左側）の開口部を閉塞する燃焼器カバー１３と、燃焼器ライナ１１の軸方向一端（図１では左端）の概略中央部に配置され、燃焼器ライナ１１内に燃料２００を噴射する燃料ノズル１４と、燃焼器ライナ１１の軸方向他端（図１では右端）に一端が差し込まれ、燃焼器ライナ１１内で生成された燃焼ガス１０５をタービン４に導く尾筒１５とを備えている。燃焼器ケーシング１２の他端側（図１では右側）は、タービンケーシング６に取り付けられている。タービンケーシング６内には、圧縮機２からの圧縮空気１０１が流入する空間７が形成されている。
【００１５】
燃焼器ライナ１１と燃焼器ケーシング１２との間には、概略円筒状のライナフロースリーブ１６が配置されている。ライナフロースリーブ１６は、フランジ部１６ａにより燃焼器ライナ１１と概略同軸となるように燃焼器ケーシング１２の燃焼器カバー１３側端部（図１の左側端部）に締結されている。尾筒１５の外側には、筒状の尾筒フロースリーブ１７が間隔をあけて配置されている。尾筒フロースリーブ１７は、その一端部（図１の左端部）がライナフロースリーブ１６の下流側端部（図１の右側端部）に差し込まれている。燃焼器ライナ１１とライナフロースリーブ１６との間、及び、尾筒１５と尾筒フロースリーブ１７の間には、圧縮空気１０１が燃料ノズル１４側に向かって流れる環状の空気流路２３が形成されている。つまり、燃焼器ライナ１１は、ライナフロースリーブ１６と共に空気流路２３を形成し、圧縮機２から流入した未燃の圧縮空気１０１と既燃の燃焼ガス１０５とを隔てるものである。同様に、尾筒１５も、尾筒フロースリーブ１７と共に空気流路２３を形成し、未燃の圧縮空気１０１と既燃の燃焼ガス１０５とを隔てるものである。
【００１６】
燃焼器ライナ１１の燃焼ガス１０５下流側の領域における周方向には、複数の希釈孔２２が間隔をもって設けられている。希釈孔２２は、空気流路２３内の圧縮空気１０１の一部を希釈空気１０３として燃焼器ライナ１１内の燃焼ガス１０５に混合させるものである。燃料ノズル１４の外周部には、旋回器１８が設けられている。旋回器１８は、燃料ノズル１４側に流れてきた圧縮空気（燃焼用空気１０４）に旋回成分を付与するものである。
【００１７】
燃焼器ケーシング１２には、蒸気供給系統８０の後述する蒸気注入系統８４から蒸気（注入蒸気３１０）が注入される蒸気注入ポート３１が設けられている。燃焼器ケーシング１２の内周面側には、蒸気注入ポート３１からの蒸気（注入蒸気３１０）を受け容れる環状空間３２を有する蒸気ヘッダ３３が設けられている。蒸気ヘッダ３３は、蒸気注入ポート３１からの注入蒸気３１０を後述する複数の蒸気注入孔３５に分配するものであり、例えば、燃焼器ケーシング１２と、ライナフロースリーブ１６と、燃焼器ケーシング１２のタービンケーシング６側端部（燃焼ガス１０５下流側の端部、図の右側端部）からライナフロースリーブ１６側に張り出す環状の隔壁３４とで構成されている。隔壁３４は、タービンケーシング６内の空間７と環状空間３２とを隔てるものである。
【００１８】
上記の蒸気注入ポート３１と蒸気ヘッダ３３は、後述する蒸気注入系統８４から注入される蒸気（注入蒸気３１０）を受け容れ、受け容れた蒸気を複数の蒸気注入孔３５に分配する蒸気分配機構を構成する。
【００１９】
ライナフロースリーブ１６には、蒸気注入孔３５が周方向に間隔をもって複数設けられている。蒸気注入孔３５は、蒸気ヘッダ３３内の蒸気を空気流路２３内の圧縮空気１０１の流れの中に噴射させるものである。複数の蒸気注入孔３５のうち、少なくとも一部は、燃焼器ライナ１１の複数の希釈孔２２のうちの少なくとも一部に対向するように配置されている。つまり、蒸気注入孔３５の全部が希釈孔２２の全部に対向する場合（蒸気注入孔３５と希釈孔２２の孔数が同数の場合のみ）、蒸気注入孔３５の全部が希釈孔２２の一部に対向する場合（蒸気注入孔３５の孔数が希釈孔２２の孔数より少ない場合のみ）、蒸気注入孔３５の一部が希釈孔２２の全部に対向する場合（蒸気注入孔３５の孔数が希釈孔２２の孔数より多い場合のみ）、又は蒸気注入孔３５の一部が希釈孔２２の一部に対向する場合がある。希釈孔２２に対向する蒸気注入孔３５は、注入蒸気３１０を対向する希釈孔２２に向かって噴射するように形成されている。この構造は、例えば、蒸気注入孔３５の孔径を蒸気ヘッダ３３の環状空間３２の体積等を考慮して決定することで実現可能である。なお、この明細書における対向位置には、対向位置からずれた位置であっても、蒸気注入孔３５から希釈孔２２内に蒸気を噴射することが可能な位置を含むものとする。
【００２０】
燃焼器３には、燃料２００を燃焼器３に供給する燃料系統６０が接続されている。燃料系統６０は、燃料流量調整弁６１を有している。燃料流量調整弁６１の弁開度を制御して燃料流量を調整することにより、ガスタービン１の発電出力が調整される。
【００２１】
次に、蒸気供給系統８０の構成を図１を用いて説明する。
図１において、蒸気供給系統８０は、ボイラ水３００を加圧して高圧水３０１を吐出するポンプ８１と、ポンプ８１から圧送された高圧水３０１をガスタービン１の排熱と熱交換させることで蒸気３０２を発生させる排熱回収ボイラ８２と、排熱回収ボイラ８２で発生した蒸気３０２をプロセス蒸気３０３として蒸気消費設備８８に供給するプロセス蒸気系統８３と、排熱回収ボイラ８２で発生した蒸気３０２を燃焼器３に注入する注入蒸気系統８４とを備えている。蒸気消費設備８８としては、工場などの熱源を必要とする設備が挙げられる。
【００２２】
プロセス蒸気系統８３の配管には、蒸気消費設備８８への送気蒸気流量を制御するプロセス蒸気流量制御弁８５が設置されている。注入蒸気系統８４の配管は、一端が蒸気注入ポート３１に接続され、他端がプロセス蒸気系統８３の配管から分岐している。注入蒸気系統８４の配管には、燃焼器３への蒸気流量が調節可能な蒸気流量調整弁８６が設けられている。
【００２３】
このような構成の熱電可変型コジェネレーションシステムは、排熱回収ボイラ８２で発生した蒸気量が蒸気消費設備８８で必要な蒸気量を上回った場合、余剰の蒸気３０２を燃焼器３へ注入して発電機７０の出力を増加させ、熱電比を可変とすることができる。
【００２４】
次に、本発明の本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第１の実施の形態における注入蒸気を含む作動流体の流れを図１を用いて説明する。
【００２５】
図１に示すように、圧縮機２から吐出された高圧の圧縮空気１０１は、タービンケーシング６内の空間７から、尾筒１５と尾筒フロースリーブ１７の間の空気流路２３にタービン４側（燃焼ガス下流側）の開口部を介して流入する。この圧縮空気１０１は、燃焼器ライナ１１側（燃焼ガス上流側）に向かって流れる際に、尾筒１５を外側から冷却する。その後、燃焼器ライナ１１とライナフロースリーブ１６の間の空気流路２３を通って燃料ノズル１４側へ流れ、その際、燃焼器ライナ１１を外側から冷却する。
【００２６】
この圧縮空気１０１のうち、一部の空気は、冷却空気１０２として、燃焼器ライナ１１に設けられた冷却孔（図示せず）から燃焼器ライナ１１内へ流入し、フィルム冷却に使用される。別の一部の空気は、希釈空気１０３として、燃焼器ライナ１１の複数の希釈孔２２から燃焼器ライナ１１内へ流入し、後述する燃焼ガス１０５と混合して尾筒１５内へと流入する。
【００２７】
さらに残りの空気は、燃焼用空気１０４として、燃料ノズル１４の外周に配置された旋回器１８から燃焼器ライナ１１内に流入し、燃料ノズル１４から噴出される燃料２００とともに燃焼に使用され、高温の燃焼ガス１０５となる。この高温の燃焼ガス１０５は、さらに、冷却空気１０２及び希釈空気１０３と混合して温度が低下し、タービン４へと送られる。タービン４に流入した燃焼ガス１０５は、タービン４を回転駆動して低圧となる。タービン４を出た低圧のタービン排ガス１０７は、排熱回収ボイラ８２で熱回収された後、排気ガス１０８として大気に排気される。
【００２８】
排熱回収ボイラ８２では、タービン排ガス１０７の熱により蒸気３０２が発生する。この蒸気３０２の一部は、必要に応じて注入蒸気３１０として、注入蒸気系統８４を介して蒸気流量調整弁８６により流量が調節されて燃焼器３に注入される。この注入蒸気３１０は、蒸気注入ポート３１を介して蒸気ヘッダ３３内に流入し、環状空間３２の周方向全域に亘って流れる。環状空間３２を流れる注入蒸気３１０は、複数の蒸気注入孔３５から燃焼器ライナ１１とライナフロースリーブ１６との間の空気流路２３内に流入する。そのため、１つの燃焼器ケーシング１２に対して蒸気注入ポート３１が１箇所であっても、燃焼器３の周方向の湿分の均一化を図ることができる。また、蒸気ヘッダ３３は、隔壁３４によりタービンケーシング６内の空間７と隔てられているので、蒸気ヘッダ３３内の注入蒸気３１０とタービンケーシング６内の圧縮空気１０１との混合が抑制されている。
【００２９】
次に、本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第１の実施の形態における希釈孔付近の注入蒸気を含む作動流体の流れを図２乃至図７を用いて説明する。
先ず、蒸気を注入しない場合の希釈孔付近の作動流体の流れを図２及び図３を用いて説明する。これは、蒸気消費設備８８（図１参照）での蒸気消費量が多く、蒸気注入のない単純なコジェネレーションシステムの場合に相当する。また、ガスタービンからの視点から考えると単純サイクルに相当する。
図２は図１に示す本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第１の実施の形態における注入蒸気がない場合の希釈孔付近の作動流体の流れを示す説明図、図３は図２に示す注入蒸気がない場合の希釈孔付近の作動流体の流れを燃焼器ライナ外周側から見た状態で示す説明図である。なお、図２及び図３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。
【００３０】
図２及び図３に示すように、燃焼器ライナ１１とライナフロースリーブ１６の間の空気流路２３には、右側から左側（図１に示す尾筒１５側から燃料ノズル１４側）に向かって圧縮空気１０１が流れる。この圧縮空気１０１のうち、一部の空気は、燃焼器ライナ１１の希釈孔２２から希釈空気１０３として燃焼器ライナ１１内へと流入し、その後、燃焼ガス１０５と混合する。残りの空気は、ライナの左側（図１に示す燃料ノズル１４側）へ燃焼用空気１０４として流れる。
【００３１】
これにより、通常の単純サイクルの場合と同様に、燃焼用空気１０４を、低ＮＯｘ化に必要かつ十分な流量に設定できる。また、燃焼安定性に悪影響を与える余剰な空気を燃料ノズル１４側（図１参照）に流さずに希釈空気１０３とすることで、燃焼安定性を確保することがきる。さらに、希釈空気１０３の流れによって燃焼ガス１０５を撹拌しつつ希釈することで、タービン４（図１参照）の入口での温度分布を均一にすることができ、高温部品の寿命を確保できる。
【００３２】
次に、注入蒸気が比較的小流量である場合の希釈孔付近の注入蒸気を含む作動流体の流れを図４及び図５を用いて説明する。これは通常の蒸気注入システムに相当する。
図４は図１に示す本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第１の実施の形態における注入蒸気が比較的小流量の場合の希釈孔付近の注入蒸気を含む作動流体の流れを示す説明図、図５は図４に示す注入蒸気が比較的小流量の場合の希釈孔付近の注入蒸気を含む作動流体の流れを燃焼器ライナ外周側から見た状態で示す説明図である。なお、図４及び図５において、図１乃至図３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。
【００３３】
図４及び図５に示すように、蒸気ヘッダ３３の環状空間３２を流れる注入蒸気３１０は、ライナフロースリーブ１６の蒸気注入孔３５から対向する希釈孔２２に向かって空気流路２３内の圧縮空気１０１の流れに概略直交するように噴射される。この場合、注入蒸気３１０は流量が少ないので、その噴射流速は遅い。
【００３４】
このため、噴射された注入蒸気３１０のうち、大部分の蒸気は、圧縮空気１０１の高速な流れによって、半径内側方向（図４の下方向、図５の紙面の直交方向の下方向）から圧縮空気１０１の流れ方向（図４及び図５の左方向）に曲げられ、低ＮＯｘ用蒸気３１２として、燃焼用空気１０４と共に左側（図１に示す燃料ノズル１４側）へ流れる。低ＮＯｘ用蒸気３１２と燃焼用空気１０４は、左側に流れる際に、混合して高湿分空気となる。この高湿分空気が燃焼に用いられることにより、低ＮＯｘ化の効果を得ることができる。
【００３５】
一方、一部の蒸気のみ、圧縮空気１０１の流れを貫通して希釈蒸気３１１として希釈空気１０３と共に蒸気注入孔３５に対向する希釈孔２２から燃焼器ライナ１１内に流入する。余剰の蒸気を希釈蒸気３１１とすることにより、燃焼安定性を確保することがきる。さらに、希釈蒸気３１１の流れによって燃焼ガス１０５を撹拌しつつ希釈することで、タービン４（図１参照）の入口での温度分布を均一にすることができ、高温部品の寿命を確保できる。
【００３６】
なお、希釈孔２２に対向しない蒸気注入孔３５を含む場合、希釈孔２２に対向しない蒸気注入孔３５から噴射される蒸気は、そのすべてが低ＮＯｘ用蒸気３１２として燃焼用空気１０４と混合する。この場合は、例えば、低ＮＯｘ化に必要な最低限の蒸気量を確保する必要があるときに用いられる。
【００３７】
次いで、注入蒸気が比較的大流量である場合の希釈孔付近の注入蒸気を含む作動流体の流れを図６及び図７を用いて説明する。これは熱電変化幅の大きな蒸気注入システムにおいて、熱よりも電力の要求が大きくなった場合に相当する。
図６は図１に示す本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第１の実施の形態における注入蒸気が比較的大流量の場合の希釈孔付近の注入蒸気を含む作動流体の流れを示す説明図、図７は図６に示す注入蒸気が比較的大流量の場合の希釈孔付近の注入蒸気を含む作動流体の流れを燃焼器ライナ外周側から見た状態で示す説明図である。なお、図６及び図７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。
【００３８】
図６及び図７に示すように、環状空間３２の注入蒸気３１０は、注入蒸気が比較的小流量である場合（図４及び図５参照）と同様に、蒸気注入孔３５から希釈孔２２に向かって空気流路２３内の圧縮空気１０１の流れに概略直交するように噴射される。
【００３９】
この場合、注入蒸気３１０の流量が多く噴射流速が速いため、注入蒸気が小流量である場合と比べると圧縮空気１０１の流れを貫通する注入蒸気３１０の力が大きく、大部分の注入蒸気３１０が希釈孔２２内に流入し希釈蒸気３１１となる。一方、注入蒸気３１０の一部のみ、周囲の圧縮空気１０１の流れに引きずられて低ＮＯｘ用蒸気３１２として燃焼用空気１０４と混合し、燃焼に使用される。そのため、蒸気の湿分による低ＮＯｘ化の効果を維持することができる。その一方で、余剰の蒸気を希釈蒸気３１１とすることで、燃焼安定性を確保することがきる。さらに、希釈蒸気３１１の流れによって燃焼ガス１０５を撹拌しつつ希釈することで、高温部品の寿命を確保できる。
【００４０】
また、多量の注入蒸気３１０が希釈孔２２内へ流れることにより、注入蒸気が比較的小流量である場合と比較すると、希釈空気１０３の流量は減少し、その分、燃焼用空気１０４の流量が増加する。そのため、注入蒸気量が増加しても、燃焼用空気１０４中の湿分の増加が抑制され、高湿分による不安定燃焼の発生を防止できる。
【００４１】
このように、注入蒸気系統８４からの注入蒸気量が少なく蒸気注入孔３５から噴射される蒸気流速が小さい場合には、注入蒸気３１０は、空気流路２３内の圧縮空気１０１の流れによって曲げられて燃焼用空気１０４に混合する割合が大きくなる。逆に、注入蒸気系統８４からの注入蒸気量が多く蒸気注入孔３５から噴射される蒸気流速が大きい場合には、注入蒸気３１０は、圧縮空気１０１の流れを貫通して希釈孔２２に流入する割合が大きくなる。このため、熱電可変型のガスタービン１において、蒸気注入量が大きく変化する場合でも、燃焼用空気１０４中の湿分を自動的に適正に保つことができ、その結果、低ＮＯｘ化と安定燃焼を維持できる。
【００４２】
上述したように、本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第１の実施の形態によれば、注入された蒸気（注入蒸気３１０）が複数の蒸気注入孔３５から対向する希釈孔２２に向かって空気流路２３内の圧縮空気１０１の流れに噴射されるので、燃焼に利用される圧縮空気１０１に混合する蒸気（低ＮＯｘ用蒸気３１２）と希釈孔２２内に流入する蒸気（希釈蒸気３１１）との割合が注入蒸気量に応じて適切に変化する。すなわち、注入蒸気量の変動に対して、複雑な制御を行うことなく低ＮＯｘ化と安定燃焼との両立を図ることができる。
【００４３】
また、本実施の形態によれば、複数の蒸気注入孔３５に蒸気を分配する蒸気分配機構の構成として、燃焼器ケーシング１２内に蒸気ヘッダ３３を設けたので、燃焼器ケーシング１２内の空き空間を利用して燃焼器３の周方向の湿分の均一化を図ることができる。
【００４４】
さらに、本実施の形態によれば、蒸気ヘッダ３３の構成の一部として、燃焼器ケーシング１２とライナフロースリーブ１６を用いているので、簡易な構成で燃焼器３の周方向の湿分の均一化を図ることができる。
【００４５】
［第２の実施の形態］
次に、本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第２の実施の形態を図８乃至図１３を用いて説明する。
先ず、本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第２の実施の形態の一例及び他の例を図８及び図９を用いて説明する。
図８は本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第２の実施の形態の一部を構成する蒸気フローガイドの一例を示す概略縦断面図、図９は本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第２の実施の形態の一部を構成する蒸気フローガイドの他の例を示す概略縦断面図である。なお、図８及び図９において、図１乃至図７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。
【００４６】
図８に示す本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第２の実施の形態の一例は、第１の実施の形態の構成に追加して、ライナフロースリーブ１６の蒸気注入孔３５の部分に蒸気ヘッダ３３の環状空間３２内の蒸気を空気流路２３内に案内する筒状の蒸気フローガイド４０を設けたものである。
【００４７】
具体的には、蒸気フローガイド４０は、概略軸対称に形成されており、その軸線Ｌが希釈孔２２内を、好ましくは希釈孔２２の中心Ｃを通るように配置されている。つまり、この構造は、蒸気フローガイド４０から噴出する蒸気が対向する希釈孔２２に向かい、空気流路２３内の圧縮空気１０１の流れと概略直交するようにすることを意図している。また、蒸気フローガイド４０は、その全体が環状空間３２内に位置するように蒸気注入孔３５に固定されている。さらに、蒸気フローガイド４０は、例えば、ベルマウス型に形成されており、その流路断面積は、その蒸気入口側（図８の上側）が蒸気出口側（図８の下側）よりも大きくなるように設定されている。これにより、蒸気注入孔３５の入口での注入蒸気３１０の流れの抵抗が低減し、第１の実施の形態の場合（図４及び図６参照）よりも小さな圧力損失で圧縮空気１０１の流れの中に注入蒸気３１０を噴射させることができる。
【００４８】
また、第２の実施の形態の一例が蒸気フローガイド４０をベルマウス型に形成するものであるのに対して、図９に示す本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第２の実施の形態の他の例は、蒸気フローガイド４０Ａを中空の円錐台状に形成するものである。第２の実施の形態の他の例も、第２の実施の形態の一例と同様な効果を得ることができる。また、中空の円錐台状の蒸気フローガイド４０Ａは、図８に示すベルマウス型の蒸気フローガイド４０よりも製作が容易である。
【００４９】
次に、本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第２の実施の形態の第１の変形例の一例及び他の例を図１０及び図１１を用いて説明する。
図１０は本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第２の実施の形態の一部を構成する蒸気フローガイドの第１の変形例の一例を示す概略縦断面図、図１１は本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第２の実施の形態の一部を構成する蒸気フローガイドの第１の変形例の他の例を示す概略縦断面図である。なお、図１０及び図１１において、図１乃至図９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。
【００５０】
図１０及び図１１に示す本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第２の実施の形態の第１の変形例の一例及び他の例の蒸気フローガイド４１、４１Ａは、それぞれ第２の実施の形態の一例及び他の例（図８及び図９参照）の蒸気フローガイド４０、４０Ａの形状部分の下流側に更に直管部４５を備えるものである。すなわち、蒸気フローガイド４１、４１Ａは、その蒸気出口側端部が直管部４５となっている。
【００５１】
具体的には、第１の変形例の一例の蒸気フローガイド４１は、蒸気注入孔３５に固定される直管部４５と、直管部４５に一体で形成されたベルマウス部４６とで構成されている。一方、第１の変形例の他の例の蒸気フローガイド４１Ａは、蒸気注入孔３５に固定される直管部４５と、直管部４５に一体に形成された円錐台部４７と、円錐台部４７の上流端の周縁から外側に張り出す鍔部４８とで構成されている。
【００５２】
この蒸気フローガイド４１、４１Ａは、第２の実施の形態の一例及び他の例と同様な効果を得ることができる。
【００５３】
また、蒸気フローガイド４１、４１Ａの直管部４５により、噴射される注入蒸気３１０の流れ方向が圧縮空気１０１の流れと直交する方向に向きやすくなり、より多くの蒸気を希釈孔２２内に注入することができる。この構造の蒸気フローガイドは、蒸気注入量が多い蒸気注入システムに最適である。
【００５４】
次に、本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第２の実施の形態の第２の変形例の一例及び他の例を図１２及び図１３を用いて説明する。
図１２は本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第２の実施の形態の一部を構成する蒸気フローガイドの第２の変形例の一例を示す概略縦断面図、図１３は本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第２の実施の形態の一部を構成する蒸気フローガイドの第２の変形例の他の例を示す概略縦断面図である。なお、図１２及び図１３において、図１乃至図１１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。
【００５５】
図１２及び図１３に示す本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第２の実施の形態の第２の変形例の一例及び他の例の蒸気フローガイド４２、４２Ａは、それぞれ第２の実施の形態の第１の変形例の一例及び他の例の蒸気フローガイド４１、４１Ａの蒸気出口側端部（直管部４５の先端部）をライナフロースリーブ１６よりも燃焼器ライナ１１側（図の下側）に配置したものである。すなわち、蒸気フローガイド４２、４２Ａは、その直管部４５の先端部が空気流路２３内に、残りの部分が蒸気ヘッダ３３の環状空間３２に位置するように蒸気注入孔３５に固定されている。
【００５６】
これにより、蒸気フローガイド４２、４２Ａの蒸気出口と希釈孔２２の距離が、第１の変形例の一例及び他の例の場合よりも小さくなり、より多くの注入蒸気３１０を希釈孔２２内に注入することができる。本構造の蒸気フローガイドは、蒸気注入量が多い蒸気注入システムに最適である。
【００５７】
また、蒸気フローガイド４２、４２Ａの軸長が第１の変形例の一例及び他の例と同じ場合、蒸気フローガイド４２、４２Ａの蒸気入口と燃焼器ケーシング１２の距離が第１の変形例の一例及び他の例の場合より大きくなる。このため、蒸気注入孔３５の入口での注入蒸気３１０の流れの抵抗がより低減し、その結果、第１の変形例の一例及び他の例の場合よりも小さな圧力損失で注入蒸気３１０を圧縮空気１０１の流れに噴射させることができる。
【００５８】
さらに、蒸気フローガイド４２、４２Ａが直管部４５を備えることにより、第１の変形例の一例及び他の例と同様な効果を得ることができる。
【００５９】
なお、蒸気フローガイド４２、４２Ａは、蒸気フローガイド４２、４２Ａから噴出する注入蒸気３１０の流れが周囲の圧縮空気１０１の流れに引きずられて低ＮＯｘ用蒸気３１２として燃焼用空気１０４と混合して燃焼に使用される程度に、その蒸気出口が希釈孔２２から離れるように配置されている。そのため、蒸気の湿分によるＮＯｘの低減効果を維持することができる。
【００６０】
上述した本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第２の実施の形態によれば、前述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
また、本実施の形態によれば、概略軸対称に形成した蒸気フローガイド４０、４０Ａ、４１、４１Ａ、４２、４２Ａをその軸線Ｌが対向する希釈孔２２内を通るように配置したので、前述した第１の実施の形態よりも、噴射される注入蒸気３１０の向きを希釈孔２２に向けやすくなり、噴射された注入蒸気３１０を圧縮空気１０１の流れに確実に概略直交させることができる。
【００６２】
さらに、本実施の形態によれば、流路断面積が蒸気出口側よりも蒸気入口側の方が大きい蒸気フローガイド４０、４０Ａ、４１、４１Ａ、４２、４２Ａを蒸気注入孔３５に設けたので、第１の実施の形態の場合よりも小さな圧力損失で注入蒸気３１０を空気流路２３内に噴出させることができる。
【００６３】
［第３の実施の形態］
次に、本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第３の実施の形態を図１４及び図１５を用いて説明する。
図１４及び図１５は本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第３の実施の形態の一部を構成する蒸気フローガイドを示す概略縦断面図であり、図１４は注入蒸気が比較的小流量の場合の蒸気フローガイドの状態を示す説明図、図１５は蒸気注入量が比較的大流量の場合の蒸気フローガイドの状態を示す説明図である。なお、図１４及び図１５において、図１乃至図１３に示す符号と同符号ものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００６４】
第２の実施の形態の第１及び第２の変形例の他の例は、蒸気フローガイド４１Ａ、４２Ａをライナフロースリーブ１６の蒸気注入孔３５に固定するものである（図１１及び図１３参照）。それに対して、図１４に示す本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第３の実施の形態は、蒸気フローガイド４３Ａを、その軸線方向に注入蒸気量の多寡に応じて移動可能に設けるものである。
【００６５】
具体的には、ライナフロースリーブ１６の外周面には、蒸気注入孔３５と同軸となるように概略円筒状のフローガイドスリーブ５１が固定されている。フローガイドスリーブ５１内には、蒸気フローガイド４３Ａがその軸線方向（図１４の上下方向）に移動可能に収納されている。蒸気フローガイド４３Ａは、直管部４５（蒸気出口側）の外径が蒸気注入孔３５の孔径よりも小さく、鍔部４８（蒸気入口側）の外径が蒸気注入孔３５の孔径よりも大きくなるように形成されている。蒸気フローガイド４３Ａの鍔部４８（蒸気入口側）とフローガイドスリーブ５１の間隙Ｃ１の面積は、蒸気フローガイド４３Ａの直管部４５（蒸気出口側）と蒸気注入孔３５の開口縁との間隙Ｃ２の面積よりも小さくなるように設定されている。フローガイドスリーブ５１と蒸気フローガイド４３Ａとライナフロースリーブ１６とにより、間隙Ｃ１及び間隙Ｃ２をもった環状の空間５３が形成されている。フローガイドスリーブ５１内の空間５３には、ばね５２が収納されている。ばね５２は、一端側が鍔部４８に当接すると共に他端側がライナフロースリーブ１６の外周面に当接している。すなわち、このばね５２を介して、蒸気フローガイド４３Ａはライナフロースリーブ１６に支持されている。
【００６６】
上記のフローガイドスリーブ５１とばね５２は、蒸気フローガイド４３Ａを希釈孔２２に対して、注入蒸気量の増加に応じて接近させると共に注入蒸気量の減少に応じて離間させる蒸気フローガイド移動機構を構成する。
【００６７】
次に、本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第３の実施の形態における注入蒸気量の異なる場合の蒸気フローガイドの状態を図１４及び図１５を用いて説明する。
図１４に示すように、蒸気ヘッダ３３の環状空間３２内の注入蒸気３１０の大部分は、蒸気フローガイド４３Ａ内を通って圧縮空気１０１の流れの中に噴出する。一方、一部の少量の注入蒸気３１０は、間隙Ｃ１及び間隙Ｃ２を順に通って圧縮空気１０１の流れの中に噴出する。このとき、フローガイドスリーブ５１と蒸気フローガイド４３Ａとライナフロースリーブ１６とで画成された空間５３（ばね５２が配置されている空間）の圧力は、間隙Ｃ２が間隙Ｃ１よりも大きいので、圧縮空気１０１の流れる空気流路２３内の圧力と略等しくなっている。
【００６８】
注入蒸気が比較的小流量の場合、蒸気ヘッダ３３の環状空間３２内の圧力は、空間５３の圧力より、一部の注入蒸気３１０が狭い間隙Ｃ１から流入する際に生じた圧力損失分大きくなっている。このため、蒸気フローガイド４３Ａは、この圧力差によって希釈孔２２側（図１４の下側）に押され、この圧力差による力とばね５２の弾性力とが釣り合った位置で保持される。
【００６９】
それに対して、注入蒸気が比較的大流量の場合、注入蒸気量が増加した分、間隙Ｃ１から流入する注入蒸気３１０の圧力損失が増加するので、環状空間３２の圧力は、注入蒸気が比較的小流量の場合よりも大きくなる。このため、図１５に示すように、蒸気フローガイド４３Ａを希釈孔２２側（図１５の下側）に押す力は、注入蒸気が比較的小流量の場合よりも大きくなり、蒸気フローガイド４３Ａは、注入蒸気が比較的小流量の場合よりも希釈孔２２側（図１５の下側）に接近した位置で保持される。このため、蒸気フローガイド４３Ａの蒸気出口と希釈孔２２の距離が小さくなり、注入蒸気が比較的大流量の場合、注入蒸気が比較的小流量の場合よりも多くの蒸気を希釈孔２２内に流入させることができる。
【００７０】
このように、注入蒸気が比較的小流量の場合には、蒸気フローガイド４３Ａの出口と希釈孔２２の距離が注入蒸気の比較的大流量の場合よりも相対的に大きくなると共に、注入蒸気３１０の流速も小さい。このため、注入蒸気３１０の多くが低ＮＯｘ用蒸気３１２として燃焼空気と混合し、燃焼に使用される。その結果、蒸気の湿分によるＮＯｘの低減効果が発揮される。
【００７１】
一方、注入蒸気が比較的大流量の場合には、蒸気フローガイド４３Ａの出口と希釈孔２２の距離が注入蒸気の比較的小流量の場合よりも小さくなると共に、注入蒸気３１０の流速も大きい。このため、比較的小流量の場合よりも多くの注入蒸気３１０が圧縮空気１０１の流れを貫通して希釈孔２２内に流入するので、余剰の注入蒸気３１０を希釈蒸気３１１として使用できる。つまり、燃焼安定性を確保することがきる。
【００７２】
また、上記効果を得るために、低ＮＯｘ用蒸気と希釈蒸気を別個の２系統に分け、各系統にそれぞれ流量調節弁を設けて蒸気流量を調節するような複雑な制御を行う必要がない。
【００７３】
上述した本発明のガスタービン燃焼器及び蒸気注入ガスタービンの第３の実施の形態によれば、蒸気フローガイド４３Ａを燃焼器ライナ１１の希釈孔２２に対して注入蒸気量の多寡に応じて接近離間する方向に移動可能となるように構成したので、前述した第２の実施の形態の蒸気フローガイドを蒸気注入孔３５に固定する場合と比較して、注入蒸気量の変動に対する低ＮＯｘ化と安定燃焼との両立を確実に図ることができる。
【００７４】
また、本実施の形態によれば、注入蒸気量に応じた蒸気フローガイド４３Ａの移動を、フローガイドスリーブ５１とばね５２により行う構成としたので、注入蒸気量の変動に対する低ＮＯｘ化と安定燃焼との両立を、複雑な制御を行うことなく簡易な構成で実現できる。
【００７５】
［その他の実施形態］
なお、上述した第１乃至第３の実施の形態においては、熱電可変型コジェネレーションシステムの燃焼器３を例に示したが、熱電可変型コジェネレーションシステム以外の蒸気の注入量が可変であるガスタービ燃焼器にも適用可能である。
【００７６】
また、上述した第１の実施の形態においては、蒸気を周方向に均一に配分する蒸気分配機構として、燃焼器ケーシング１２とライナフロースリーブ１６と隔壁３４とで構成された蒸気ヘッダ３３の例を示したが、蒸気分配機構として、図１６に示すように、蒸気注入孔３５に接続する蒸気マニホールド５５を用いることも可能である。
【００７７】
図１６は、本発明のガスタービン燃焼器の第１の実施の形態の変形例を示す縦断面図及びそれを備える熱電可変型コジェネレーションシステムを示すシステムフロー図である。なお、図１６において、図１乃至図１５に示す符号と同符号ものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００７８】
蒸気マニホールド５５は、蒸気注入系統８４から注入蒸気３１０が注入される蒸気導入管部５５ａと、蒸気導入管部５５ａから分岐して各蒸気注入孔３５にそれぞれ接続される複数の分岐管部５５ｂとで構成されている。分岐管部５５ｂは、その軸線Ｘが対向する希釈孔２２内を通るように設置される。これにより、分岐管部５５ｂから噴射される注入蒸気３１０の流れ方向は、対向する希釈孔２２を向き、空気流路２３内の圧縮空気１０１の流れ方向と概略直交するようになる。この蒸気マニホールド５５により、蒸気注入系統８４からの注入蒸気３１０を周方向に設けられた各希釈孔２２に均一に分配できる。したがって、前述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７９】
また、上述した第３の実施の形態においては、円錐台状に形成された蒸気フローガイド４３Ａを用いた例を示したが、ベルマウス型に形成された蒸気フローガイドを用いることも可能である。
【００８０】
なお、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。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１  ガスタービン（蒸気注入ガスタービン）
２  圧縮機
３  燃焼器（ガスタービン燃焼器）
１１  燃焼器ライナ
１２  燃焼器ケーシング
１６  ライナフロースリーブ
２１  燃焼室
２２  希釈孔
２３  空気流路
３１  蒸気注入ポート（蒸気分配機構）
３２  環状空間
３５  蒸気注入孔
３３  蒸気ヘッダ（蒸気分配機構）
３４  隔壁
４０、４０Ａ、４１、４１Ａ、４２、４２Ａ、４３Ａ  蒸気フローガイド
４５  直管部
５１  フローガイドスリーブ（蒸気フローガイド移動機構）
５２  ばね（蒸気フローガイド移動機構）
５５  マニホールド（蒸気分配機構）
５５ａ  蒸気導入管部
５５ｂ  分岐管部
１０１  圧縮空気
１０５  燃焼ガス
２００  燃料
３１０  蒸気（注入蒸気）
【図１】
0006320316.tif 000002
【図２】
0006320316.tif 000003
【図３】
0006320316.tif 000004
【図４】
0006320316.tif 000005
【図５】
0006320316.tif 000006
【図６】
0006320316.tif 000007
【図７】
0006320316.tif 000008
【図８】
0006320316.tif 000009
【図９】
0006320316.tif 000010
【図１０】
0006320316.tif 000011
【図１１】
0006320316.tif 000012
【図１２】
0006320316.tif 000013
【図１３】
0006320316.tif 000014
【図１４】
0006320316.tif 000015
【図１５】
0006320316.tif 000016
【図１６】
0006320316.tif 000017