(57)【要約】  少なくとも２つのセクタ（８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）を有し、各セクタ（８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）に少なくとも１つの燃料ノズルが付設されているバーナ出口部（４）を備えたバーナの運転方法であって、この方法は、異なるセクタ（８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）の燃料ノズルに燃料が個別に供給されることを特徴としている。さらに、少なくとも２つのセクタ（８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）を有し、各セクタ（８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）に少なくとも１つの燃料ノズルが付設されているバーナであって、このバーナには、異なるセクタ（８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）の燃料ノズルに燃料を供給する少なくとも２つの個別の燃料供給管路が設けられており、さらに、各燃料供給管路内を流れる燃料質量流量を調整するための装置が設けられていることを特徴としている。それに加えて、本発明に係る少なくとも１つのバーナを装備したガスタービンが記載される。【選択図】図３
2010531969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのセクタ（８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）を有し、各セクタ（８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）に少なくとも１つの燃料ノズルが付設されているバーナ出口部（４）を備えたバーナ（１０７）の運転方法であって、異なるセクタ（８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）の燃料ノズルに燃料が個別に供給される方法。
【請求項２】
異なるセクタ（８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）の燃料ノズルに燃料が０：１００〜１００：０の割合で供給される請求項１記載の方法。
【請求項３】
異なるセクタ（８、９）の燃料ノズルに燃料が０：１００〜３５：６５の割合で供給される請求項２記載の方法。
【請求項４】
中心軸線を有する燃焼器（１）内にバーナが配置されており、このバーナが燃焼器（１）の中心軸線を基準に半径方向（６）と接線方向（７）とを有し、このバーナの接線方向（７）に沿って配置される１つのセクタ（８ａ、８ｂ）に付設された燃料ノズルに、このバーナの半径方向（６）に沿って配置される１つのセクタ（９ａ、９ｂ）に付設された燃料ノズルよりも少ない燃料が供給される請求項１ないし３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
前記バーナの接線方向に沿って配置される１つのセクタ（８ａ、８ｂ）に付設された燃料ノズルには、バーナに全体として供給される燃料量の２０％が供給され、このバーナの半径方向（６）に沿って配置される１つのセクタ（９ａ、９ｂ）に付設された燃料ノズルには、バーナに全体として供給される燃料量の８０％が供給される請求項４記載の方法。
【請求項６】
少なくとも２つのセクタ（８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）を有し、各セクタ（８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）に少なくとも１つの燃料ノズルが付設されているバーナ出口部（４）を備えたバーナ（１０７）であって、異なるセクタ（８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）の燃料ノズルへ通じる少なくとも２つの個別の燃料供給管路が設けられており、さらに、各燃料供給管路内を流れる燃料質量流量を調整するための装置が設けられているバーナ。
【請求項７】
バーナ出口部（４）が円形横断面を有する請求項６記載のバーナ（１０７）。
【請求項８】
前記燃料ノズルがバーナ出口部（４）の中心点を基準に環状に配置されている請求項６または７記載のバーナ（１０７）。
【請求項９】
それぞれ相対向する複数の燃料ノズルに同じ燃料供給管路が付設されている請求項８記載のバーナ（１０７）。
【請求項１０】
異なる複数のセクタ（８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）が角度７０°〜１１０°の扇形である請求項６ないし９のいずれか１つに記載のバーナ（１０７）。
【請求項１１】
異なる複数のセクタ（８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）が角度９０°の扇形である請求項１０記載のバーナ（１０７）。
【請求項１２】
前記相対向する扇形部の燃料ノズルに同じ燃料供給管路が付設されている請求項１０または１１記載のバーナ（１０７）。
【請求項１３】
前記各燃料供給管路内を流れる燃料を調整するための装置が、各燃料供給管路内に配置される制御可能な弁である請求項６ないし１２のいずれか１つに記載のバーナ（１０７）。
【請求項１４】
請求項６ないし１３のいずれか１つに記載の少なくとも１つのバーナを備えたガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バーナの運転方法、バーナ、そしてＣＯ排出量およびＮＯｘ排出量を低減したガスタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
最新のバーナ、特にガスタービンで利用されるバーナに対する主な要求は、極力大きな出力範囲を極力僅かな排出量でカバーすることである。望ましくない排出量とは特に一酸化炭素排出量（ＣＯ排出量）と窒素酸化物排出量（ＮＯｘ排出量）である。バーナの出力は基本的に火炎温度および空気質量流量にほぼ比例している。僅かな出力での運転とは火炎温度が低いことを意味し、ＣＯ排出量が著しく増加する。さらに火炎が長くなり、そのことから燃焼器壁の冷却時にクエンチ作用が生じ、これによりＣＯ排出量がやはり増加する。
【０００３】
それに加えて、ガスタービンでは運転範囲全体で熱音響的不安定を生じることがあり、そのことから燃焼設備の確実な運転が危うくなることがある。このような熱音響的不安定はしばしば「振動（熱音響振動）」とも称され、今日一般的な予混合バーナにおいて特に現れることがある。
【０００４】
ガスタービンのバーナは、一般に、火炎が不安定となりまたはＣＯ排出量が過度に高くなる臨界温度限界より下では遮断されねばならない。場合によっては別のバーナ段、一般に拡散バーナを作動させねばならないが、しかしその場合これらのバーナ段は高いＮＯｘ排出量を生成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、バーナを運転するための有利な方法を提供することである。本発明の他の課題は、有利なバーナと有利なガスタービンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これらの課題は請求項１記載の方法、請求項６記載のバーナ、そして請求項１４記載のガスタービンによって解決される。従属請求項は本発明のその他の有利な諸構成を含む。
【０００７】
本発明に係る方法は、少なくとも２つのセクタを備えたバーナ出口部を備えるバーナに関係しており、各セクタに少なくとも１つの燃料ノズルが付設されている。異なるセクタの燃料ノズルに燃料が個別に供給される。バーナを運転するためのこの方法はガスタービンバーナの作動用に特に適している。バーナ出口部の異なるセクタの燃料ノズルへの個別の燃料供給は例えば弁を用いて調節することができる。
【０００８】
本発明に係る方法によって、バーナの部分負荷運転のときＣＯ排出量および／またはＮＯｘ排出量の低減を達成することができる。例えばバーナ出口部の異なるセクタの燃料ノズルに燃料を０：１００〜１００：０、特に０：１００〜３５：６５の調整可能な割合で供給することができる。
【０００９】
普通、バーナは燃焼器内に配置されている。この燃焼器は中心軸線を有する。それに加えて、バーナは燃焼器の中心軸線を基準に半径方向と接線方向とを有する。その際、バーナの半径方向はそれが燃焼器の中心軸線と交差することを特徴としている。バーナの接線方向はバーナの半径方向に対して垂直であり、燃焼器の中心軸線の周りに設けた仮想円に対して接線方向に延びている。
【００１０】
バーナの接線方向に沿って配置される１つのセクタに付設された燃料ノズルに、バーナの半径方向に沿って配置される１つのセクタに付設された燃料ノズルよりも少ない燃料が供給されると有利であると判明した。例えば、バーナの接線方向に沿って配置される１つのセクタに付設された燃料ノズルにはバーナに全体として供給される燃料量の２０％を供給することができる。その場合、バーナの半径方向に沿って配置される１つのセクタに付設された燃料ノズルにはバーナに全体として供給される燃料量の８０％が供給される。
【００１１】
例えば個別に制御可能な弁で個々のバーナセクタへの燃料供給を個別に調節することによって、部分負荷運転のとき燃焼器内に高温領域と低温領域が意図的に生成される。高温領域では発生する一酸化炭素が少ない。高温領域は特に、本来なら最大のクエンチ作用が予想されるような箇所に設けることもできる。低温領域は完全燃焼用に最も長い時間が供給される箇所に設けることができ、ここでは温度が低いにもかかわらず付加的一酸化炭素が発生しないかまたはごく僅かに発生するだけである。こうして総燃料量が等しい場合、従って出力が等しい場合でも、全体として生成されるＣＯ排出量が合計して低減する。
【００１２】
極端な場合、個々のセクタは完全に遮断することもでき、これによりこれらのセクタでは燃料が存在していないので一酸化炭素は発生し得ない。その間、別のセクタは一酸化炭素を殆ど生成しないほどに高温である。しかしながらその場合にも高温領域とＣＯ排出量の現れる低温領域との間に移行層が常に存在する。
【００１３】
それに加えて本発明に係る方法の応用時に温度範囲が変化し、またノズル出口から火炎前線に至るまでに燃料が要する時間が同時に変化することによって、使用する燃焼器の熱音響的特性が影響を受ける。それゆえに、これらのセクタへの個別燃料供給は熱音響的特性に適切に肯定的影響を及ぼすのにも利用することができる。
【００１４】
全負荷運転のときには一般に均一な温度分布になるように努められる。というのもこれは部材へのごく僅かな負荷とごく僅かなＮＯｘ排出量を意味するからである。つまりここでは、好ましくはすべてのセクタが均一に燃料を供給される。
【００１５】
本発明に係るバーナは少なくとも２つのセクタを備えたバーナ出口部を含み、各セクタに少なくとも１つの燃料ノズルが付設されている。本発明に係るバーナは、異なるセクタの燃料ノズルへと通じた少なくとも２つの個別の燃料供給管路と、各燃料供給管路内を流れる燃料質量流量を調整するための装置が設けられていることを特徴としている。つまり、各燃料供給管路が別のセクタの燃料ノズルに燃料を供給する。
【００１６】
バーナ出口部は特に円形横断面を有することができる。その場合、本発明に係るバーナの燃料ノズルは例えばバーナ出口部の中心点を基準に環状に配置しておくことができる。それに加えて、それぞれ相対向する燃料ノズルには同じ燃料供給管路を付設しておくことができる。さらに、これらの異なるセクタはバーナ出口部の円形面から角度７０°〜１１０°の扇形部として形成することができる。例えば４つの同じ大きさの扇形部が存在する場合、これらの扇形部はそれぞれ９０°の角度を有する。その場合、相対向する扇形の燃料ノズルには特に同じ燃料供給管路に付設しておくこともできる。
【００１７】
各燃料供給管路内を流れる燃料を調整するための装置は、基本的に、各燃料供給管路内に配置される制御可能な弁とすることができる。
【００１８】
本発明に係る方法は本発明に係るバーナで実施することができ、こうして本発明に係る方法に関連して述べた諸利点を達成することができる。
【００１９】
本発明に係るガスタービンは本発明に係る少なくとも１つのバーナを含む。
【００２０】
全体として本発明は広い運転範囲にわたって所定の排出量限界の遵守を可能とする。それに加えて、広い運転範囲にわたってバーナの熱音響的に安定した運転が可能であり、または運転範囲が同じ場合にはＮＯｘ排出量を低減した運転が可能である。それゆえに、本発明は全体としてバーナ運転範囲の拡大をもたらす。本発明はさらに、燃料分配の点で付加的自由度を提供することによって、バーナを運転するためのより広い制御可能性を切り開く。例えば、総燃料量が等しい場合には付加的運転段の燃料割合を、操作量として、閉制御回路において熱音響的特性または排出量を制御するのに利用することができる。
【００２１】
以下、本発明のその他の特徴、性質および諸利点は添付図を参考に実施例に基づいて説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ガスタービンを概略部分縦断面図で示す。
【図２】ガスタービンの燃焼器を概略斜視図で示す。
【図３】環状燃焼器の一部の概略断面図を示す。
【図４】本発明に係るバーナの異なる運転段におけるＣＯ排出量とＮＯｘ排出量とを示す。
【図５】本発明に係るバーナ代案の異なる運転段におけるＣＯ排出量とＮＯｘ排出量とを示す。
【図６】異なるバーナについてＣＯ排出量と火炎温度との関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は例示的にガスタービン１００を部分縦断面図で示す。
【００２４】
ガスタービン１００は、軸を備えて回転軸線１０２の周りを回転可能に支承されたロータ１０３を内部に有し、このロータはタービンロータとも称される。
【００２５】
ロータ１０３に沿って順次、吸込ケーシング１０４、圧縮機１０５、同軸に配置される複数のバーナ１０７を備えた例えばトーラス状燃焼器１１０、特に環状燃焼器、タービン１０８、そして排気ケーシング１０９が続く。
【００２６】
環状燃焼器１１０は例えば環状の高温ガス通路１１１と連通している。そこで、例えば４つの相前後して接続されるタービン段１１２がタービン１０８を形成する。
【００２７】
各タービン段１１２は２つの翼輪で形成されている。作動媒体１１３の流れ方向に見て高温ガス通路１１１中で静翼列１１５に、動翼１２０で形成される列１２５が続く。
【００２８】
静翼１３０がステータ１４３の内部ケーシング１３８に固定されているのに対して、列１２５の動翼１２０は例えばタービンディスク１３３によってロータ１０３に取付けられている。
【００２９】
ロータ１０３に発電機または作業機械（図示せず）が連結されている。
【００３０】
ガスタービン１００の運転中、圧縮機１０５によって吸込ケーシング１０４を通して空気１３５が吸い込まれて圧縮される。圧縮機１０５のタービン側末端に提供される圧縮された空気はバーナ１０７へと送られ、そこで燃料と混合される。この混合物は次に作動媒体１１３を形成しながら燃焼器１１０内で燃焼される。そこから作動媒体１１３は高温ガス通路１１１に沿って静翼１３０および動翼１２０の脇を流れる。作動媒体１１３は動翼１２０で膨張されてインパルスを伝達し、動翼１２０はロータ１０３を駆動し、ロータはこれに連結された作業機械を駆動する。
【００３１】
高温の作動媒体１１３に曝される部材はガスタービン１００の運転中に熱負荷を受ける。作動媒体１１３の流れ方向に見て第１タービン段１１２の静翼１３０と動翼１２０は、環状燃焼器１１０に内張りされる遮熱要素１０６と並んで最も大きい熱負荷を受ける。そこで支配的な温度に耐えるために翼は冷却材によって冷却することができる。
【００３２】
図２はガスタービンの燃焼器１１０を示す。燃焼器１１０は例えばいわゆる環状燃焼器として構成されており、そこでは回転軸線１０２の周りに周方向に配置される多数のバーナ１０７が共通の燃焼器空間に開口し、火炎を生成する。このため燃焼器１１０はその総体において環状構造として構成され、回転軸線１０２の周りに位置決めされている。
【００３３】
比較的高い効率を達成するために燃焼器１１０は作動媒体Ｍの比較的高い概ね１０００℃乃至１６００℃の温度用に設計されている。材料にとって不都合なこれらの運転パラメータにおいても比較的長期の運転時間を可能とするために、燃焼器壁１５３は作動媒体Ｍに向き合う側に遮熱要素１５５で形成される内張りを備えている。
【００３４】
図３が一部を断面図で示す本発明に係る環状燃焼器１は正面壁２１と外壁２と内壁３とを有する。外壁２も内壁３も冷却されている。これにより、燃焼器の運転時にいわゆるクエンチ作用の現れる虞がある。環状燃焼器１の正面壁２１にバーナ１０７が配置されている。図３に複数のうちの１つのバーナ１０７のバーナ出口４もしくはバーナ出口部が平面図で示してある。バーナ出口４は円形横断面を有する。ここに示した例では高温ガス流れ方向５が図示平面から外へと垂直に延びている。
【００３５】
図３に示すバーナ１０７は予混合バーナであり、このバーナでは燃焼前に旋回流発生器によって燃料と空気が混ぜ合わされて燃料空気混合物にされる。その際に生成する旋回流の方向が図３に矢印１０で示してある。図３に示す本発明に係るバーナ１０７は４つのセクタ８ａ、８ｂと９ａ、９ｂを含む。これらのセクタはバーナ出口４の扇形横断面であり、各扇形部が横断面の４分の１を成す。セクタ８ａと８ｂもしくは９ａと９ｂはそれぞれ相対向している。
【００３６】
図３に示す例では相対向するセクタ９ａ、９ｂが半径方向６に沿って配置されている。つまりセクタ９ａ、９ｂは外壁３もしくは内壁２の近傍にある。両方のセクタ８ａ、８ｂは接線方向７に沿って配置されている。両方のセクタ８ａ、８ｂも両方のセクタ９ａ、９ｂもそれぞれ四分円である。
【００３７】
環状燃焼器１内の図３には図示しない縦軸線を基準に、この縦軸線に垂直かつ縦軸線に交差する半径方向６があり、この半径方向は燃焼器出口４の中心点を通る。この半径方向６に垂直に接線方向７が燃焼器出口４の中心点を通る。
【００３８】
図３では、セクタ８ａ、８ｂと９ａ、９ｂの間の境界２０の一つが半径方向６に対してバーナ出口４の中心点の周りで角度β＝４５°だけ回して配置されているように、バーナ１０７のセクタ８ａ、８ｂと９ａ、９ｂは配置されている。それに加えてセクタ８、９は相互に角度α1＝α2＝９０°だけ回して配置されている。角度α1はバーナ出口４の横断面のうち、セクタ８に割り当てられた両方の部分範囲の一方によって占められる割合を表す。角度α2はバーナ出口４の横断面のうち、セクタ９に割り当てられた両方の部分範囲の一方によって占められる割合を表す。図３に示す例の代わりに、ｎ個の同じ大きさのセクタを設ける場合には角度α1、α2は任意の別の値、例えば３６０°／ｎとすることができる。しかしこれらのセクタはバーナ出口部の横断面の異なる大きさの扇形とすることもできる。その場合α1≠α2となる。角度が７０°〜１１０°であると有利である。
【００３９】
そのバーナ出口４が図３に示してあるバーナ１０７は若干数の燃料ノズルを含む。これらの燃料ノズルは図３に示していない。これらの燃料ノズルがバーナ出口部４の中心点を基準に環状に配置されており、各セクタ８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂに少なくとも１つの燃料ノズルが付設されているのが好ましい。さらにバーナ１０７が２つの個別の燃料供給管路を有し、そのうち一方の燃料供給管路がセクタ８ａ、８ｂの燃料ノズルに燃料を供給し、他方の燃料供給管路はセクタ９ａ、９ｂの燃料ノズルに燃料を供給する。各燃料供給管路は各燃料供給管路内を流れる燃料を調整するための装置を装備している。これらの装置は好ましくは制御可能な弁である。
【００４０】
一方でセクタ８ａ、８ｂと他方でセクタ９ａ、９ｂとの間で、クエンチ作用の低減に最大限寄与する最適な燃料の割合を各管路について調整することができる。全負荷運転のときにはセクタ８ａ、８ｂと９ａ、９ｂに燃料を均一に供給するように努められる。これは、同じ大きさのセクタの場合、燃料を５０：５０の割合で一方でセクタ８ａ、８ｂと他方でセクタ９ａ、９ｂとに分配することに相当する。
【００４１】
部分負荷運転のときには供給燃料の総量は全負荷運転と比較して低減されており、そのことから、冒頭で述べたように排出量増加と熱音響的安定性の低下とを生じることがある。セクタ８ａ、８ｂと９ａ、９ｂへの燃料分配の割合を僅かにずらすと、部分負荷運転時のバーナ１０７の熱音響的安定性と排出量に肯定的影響を与えることができる。
【００４２】
基本的に環状燃焼器１の複数のバーナまたはすべてのバーナ１０７は本発明により形成しておくことができ、つまり個別の燃料供給管路を備えた複数のセクタを含むことができる。
【００４３】
図４は、一酸化炭素排出量および窒素酸化物排出量と図３の個々のセクタへの燃料供給割合との関係を示す。図４の中央にまず半径方向６を基準に被検バーナ１０７のセクタ配置が略示してある。被検バーナ１０７は、既に図３に関連して述べたように４つのセクタ８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂに区分された円形横断面のバーナ出口４を有する。セクタ８ａ、８ｂは符号Ａとされ、接線方向７に沿って配置されている。セクタ９ａ、９ｂは符号Ｂとされ、半径方向６に沿って配置されている。セクタ境界２０は図３に示すように半径方向６を基準に配置されている。符号Ａ、Ｂとしたセクタに個別の燃料供給管路が付設されている。
【００４４】
図４に示すグラフのＸ軸に、セクタＡに供給される燃料質量流量ｍAがバーナ１０７に全体として供給される燃料質量流量、つまりセクタＡ、Ｂに供給される燃料質量流量の合計（ｍA＋ｍB）との比でパーセントでプロットしてある。それとの関係において曲線１１は使用される燃料空気混合物内の酸素割合１５％におけるＣＯ排出量を示す。ＣＯ排出量は任意単位でプロットしてある。曲線１１は、セクタＢのみに燃料が供給されるときＣＯ排出量が最小であることを示している。セクタＡにもやはり燃料が供給されるに従って、発生するＣＯ排出量は連続的に最大値まで上昇する。バーナ１０７に供給される燃料質量流量の約６０％がセクタＡに供給されるときＣＯ排出量はその最大値に達する。バーナ１０７に全体として供給される燃料質量流量の６０％以上がセクタＡに供給されると、発生するＣＯ排出量は確かに再び僅かに低下するが、しかしセクタＡ、Ｂへの均一な燃料質量流量分布において達成される値以下には低下しない。
【００４５】
曲線１２は、燃料空気混合物内部の酸素含量１５％におけるバーナ１０７のＮＯｘ排出量とセクタＡ、Ｂへの燃料分配との関係を示す。ＮＯｘ排出量の単位はやはり任意に選択されている。曲線１２はバスタブ状推移を示す。それによれば、セクタＡに供給される燃料の割合がバーナ１０７に全体として供給される燃料のほぼ３０％〜６０％であるとき窒素酸化物排出量は最小である。発生する窒素酸化物排出量は３０％以下、６０％以上で連続的に増加し、窒素酸化物排出量が最大値に達するのは専らセクタＡに燃料が供給されるときである。
【００４６】
一酸化炭素排出量も窒素酸化物排出量も最小にすべきである場合、図４の曲線１１、１２から、セクタＡに供給される燃料の割合はバーナ１０７に全体として供給される燃料の概ね１５％〜３０％とすべきであることが判明する。
【００４７】
図５は、セクタＡ、Ｂの異なる配置についての一酸化炭素排出量および窒素酸化物排出量とセクタＡ、Ｂへの燃料配分との関係を示す。半径方向６および接線方向７を基準にセクタＡ、Ｂの分割が図５の左下に略示してある。ここで明らかとなるように、セクタＡ、Ｂ間の境界２０は半径方向６と平行もしくは接線方向７と平行に延びている。これは角度β＝０°に相当する。すなわち、セクタＡもしくはＢは外壁２もしくは内壁３との距離に関して等価と見做すことができる。
【００４８】
図５に示すグラフのＸ軸には、セクタＡに供給される燃料質量流量ｍAの割合がバーナ１０７に全体として供給される燃料質量流量（ｍA＋ｍB）との比でやはりパーセントでプロットされている。それとの関係において、使用する燃料空気混合物内の酸素割合１５％において発生するＣＯ排出量が曲線１３に、そして発生するＮＯｘ排出量が曲線１４にそれぞれ任意単位で示してある。曲線１３を基に明らかなように、燃料全体がセクタＡに供給されるとき一酸化炭素排出量は最小である。しかしながらその場合、曲線１４から明らかとなるように窒素酸化物排出量はその最大値に達する。曲線１３、１４が全体として示すように、図５に図示したセクタＡ、Ｂの配置でも、発生する一酸化炭素排出量および窒素酸化物排出量と、異なるセクタＡ、Ｂへの燃料分配との依存関係が成立し、燃料質量流量をセクタＡ、Ｂへと好適に配分することによって排出量に影響を及ぼすことができる。
【００４９】
図６が示す一酸化炭素排出量と規格化した火炎温度との関係は、従来のバーナと、従来のバーナと同様に運転される本発明に係るバーナ、すなわちセクタＡ、Ｂに対する燃料分配割合５０：５０で作動される本発明に係るバーナ、つまり図４に関連して述べたセクタ配置を有する本発明に係るバーナと図５に関連して述べたセクタ配置を有する本発明に係るバーナとに関するものである。Ｘ軸には正規化した火炎温度がプロットされている。Ｙ軸には、使用される燃料空気混合物内の酸素割合１５％において発生するＣＯ排出量がｐｐｍ（１００万分の１）でプロットされている。
【００５０】
曲線１５は図３、図４に関連して述べた如くに個々のセクタが配置された本発明に係るバーナについて一酸化炭素排出量と火炎温度との関係を示しており、ここでは燃料は専らセクタＢに供給される。曲線１６は図５に関連して述べた如くに個々のセクタが配置された本発明に係るバーナについてこの関係を示しており、ここでは燃料は専らセクタＡに供給される。
【００５１】
図６に三角形１９で示した測定点は、燃料がセクタＡ、Ｂに均一に配分してバーナに供給される本発明に係るバーナについて測定された値である。菱形１８で示した測定点は、従来型バーナの運転時に発生する一酸化炭素排出量である。本例において従来型バーナとは前記セクタのないバーナである。従来型バーナの運転時にも本発明に係るバーナの個々のセクタに均一に燃料供給するときにも一酸化炭素排出量の測定値は曲線１７によって十分に再現される。
【００５２】
曲線１５、１６、１７は３つともすべて、発生する一酸化炭素排出量が火炎温度上昇時に連続的に減少することを特徴としている。しかしながら曲線１５のＣＯ排出量値は特定の火炎温度のとき曲線１６のＣＯ排出量値以下であり、且つ曲線１７のＣＯ排出量値以下である。曲線１６のＣＯ排出量値は曲線１７のＣＯ排出量値以下でもある。従って本発明に係るバーナの曲線１５に代表される運転様式は、曲線１６、１７によって代表されるバーナもしくは運転様式と比較して、低減した火炎温度において同時に一酸化炭素排出量を低減したバーナ運転を可能とする。
【００５３】
それゆえに、全体として本発明に係るバーナ１０７内の図３、図４に関連して述べたセクタＡ、Ｂの配置は本発明の好ましい構成であり、部分負荷運転のときバーナ１０７に全体として供給される燃料の少なくとも７０％がセクタＢに供給される有利である。この好ましい構成ではクエンチ作用が減少し、比較的低い火炎温度においてバーナ１０７の安定した運転が可能となる。同時に、この低い火炎温度にもかかわらず全負荷運転と比較して付加的一酸化炭素は生成されないかまたはごく僅かに生成されるだけである。窒素酸化物排出量と一酸化炭素排出量を同時に最小にしなければならない場合、バーナ１０７に供給される燃料の７０％〜８０％をセクタＢに供給すると有利である。こうして等しい総燃料量、従って等しい出力において全体として一酸化炭素排出量が減少する。
【符号の説明】
【００５４】
１  燃焼器
４  バーナ出口
６  半径方向
７  接線方向
８、９  セクタ
１０７  バーナ
【図１】
2010531969.tif 000003
【図２】
2010531969.tif 000004
【図３】
2010531969.tif 000005
【図４】
2010531969.tif 000006
【図５】
2010531969.tif 000007
【図６】
2010531969.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月11日(2010.5.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのセクタ（８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）を有し、前記各セクタ（８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）には少なくとも１つの燃料ノズルが付設されており、異なるセクタ（８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）の燃料ノズルに燃料が個別に供給される構成を有するバーナ出口部（４）を備えたバーナ（１０７）の運転方法であって、全負荷運転のとき均一な温度分布を生ずるようにすべく、全てのセクタ（８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）に燃料が均一に供給され、部分負荷運転のとき燃焼器内に高温領域と低温領域とを生成するように燃料を供給し、その際、本来ならばクエンチ作用が最大となると想定される箇所に高温領域を設ける方法。
【請求項２】
異なるセクタ（８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）の燃料ノズルに燃料が０：１００〜１００：０の割合で供給される請求項１記載の方法。
【請求項３】
異なるセクタ（８、９）の燃料ノズルに燃料が０：１００〜３５：６５の割合で供給される請求項２記載の方法。
【請求項４】
中心軸線を有する燃焼器（１）内にバーナが配置されており、このバーナが燃焼器（１）の中心軸線を基準に半径方向（６）と接線方向（７）とを有し、このバーナの接線方向（７）に沿って配置される１つのセクタ（８ａ、８ｂ）に付設された燃料ノズルに、このバーナの半径方向（６）に沿って配置される１つのセクタ（９ａ、９ｂ）に付設された燃料ノズルよりも少ない燃料が供給される請求項１ないし３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
前記バーナの接線方向に沿って配置される１つのセクタ（８ａ、８ｂ）に付設された燃料ノズルには、バーナに全体として供給される燃料量の２０％が供給され、このバーナの半径方向（６）に沿って配置される１つのセクタ（９ａ、９ｂ）に付設された燃料ノズルには、バーナに全体として供給される燃料量の８０％が供給される請求項４記載の方法。
【請求項６】
少なくとも２つのセクタ（８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）を有し、各セクタ（８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）に少なくとも１つの燃料ノズルが付設されているバーナ出口部（４）を備え、異なるセクタ（８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）の燃料ノズルへ通じる少なくとも２つの個別の燃料供給管路が設けられ、さらに、各燃料供給管路内を流れる燃料質量流量を調整するための装置が設けられているバーナ（１０７）であって、前記各燃料供給管路内を流れる燃料を調整するための装置が、各燃料供給管路内に配置される制御可能な弁であり、全負荷運転のとき均一な温度分布を生ずるようにすべく、全てのセクタ（８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）に燃料が均一に供給され、部分負荷運転のとき燃焼器内に高温領域と低温領域とを生成するように燃料を供給し、その際、本来ならばクエンチ作用が最大となると想定される箇所に高温領域を設けるべく、前記弁が別々に調節されるようにしてなるバーナ。
【請求項７】
バーナ出口部（４）が円形横断面を有する請求項６記載のバーナ。
【請求項８】
前記燃料ノズルがバーナ出口部（４）の中心点を基準に環状に配置されている請求項６または７記載のバーナ。
【請求項９】
それぞれ相対向する複数の燃料ノズルに同じ燃料供給管路が付設されている請求項８記載のバーナ。
【請求項１０】
異なる複数のセクタ（８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）が角度７０°〜１１０°の扇形である請求項６ないし９のいずれか１つに記載のバーナ。
【請求項１１】
異なる複数のセクタ（８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）が角度９０°の扇形である請求項１０記載のバーナ。
【請求項１２】
前記相対向する扇形部の燃料ノズルに同じ燃料供給管路が付設されている請求項１０または１１記載のバーナ。
【請求項１３】
請求項６ないし１２のいずれか１つに記載の少なくとも１つのバーナを備えたガスタービン。
【国際調査報告】
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