(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と圧縮機から導入された燃焼用空気との混合気が燃焼して生成した燃焼ガスをガスタービンに供給する複数個の燃焼器と、前記混合気に点火する点火栓と、前記燃焼器同士の間で前記混合気の燃焼による火炎を伝播させる火炎伝播管とを備えるガスタービン燃焼器において、
前記燃焼器は、前記燃焼器の軸線方向で下流に向かって開放する混合室を形成する混合室壁と、燃料を供給する燃料ノズルとを有するバーナを備え、
前記混合室壁には、燃焼用空気を、前記燃料ノズルからの燃料と共に前記混合室に導入する複数の空気導入通路が設けられ、
前記空気導入通路から前記混合室に噴出した燃焼用空気および燃料が、前記点火栓および前記火炎伝播管の少なくとも一方に指向して流れる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記載のガスタービン燃焼器において、
前記混合室壁には、複数の前記空気導入通路が、前記軸線方向または径方向に第１列および第２列に並んで配置され、
前記点火栓に指向して流れる燃焼用空気が噴出する前記空気導入通路は、前記第１列に属し、
前記火炎伝播管に指向して流れる燃焼用空気が噴出する前記空気導入通路は、前記第２列に属することを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項３】
前記バーナである中央バーナと、前記中央バーナに対して外周側に配置された複数の外周バーナとを備える請求項１記載のガスタービン燃焼器において、
前記中央バーナは、前記混合室である中央混合室を形成する前記混合室壁である中央混合室壁と、前記燃料ノズルである中央燃料ノズルとを有し、
前記外周バーナは、前記軸線方向で下流に向かって開放する外周混合室を形成する外周混合室壁と、前記外周混合室に燃料を供給する外周燃料ノズルとを有し、
前記中央混合室壁には、複数の前記燃焼用空気導入通路が、前記軸線方向に第１列および第２列に並んで設けられ、
前記点火栓および前記火炎伝播管の少なくとも一方を指向して流れる燃焼用空気が噴出する前記空気導入通路は、前記第１列に属し、
前記第２列に属する前記空気導入通路から噴出する燃焼用空気は、前記外周混合室の出口に指向して流れ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記載のガスタービン燃焼器において、
前記中央バーナの前記第２列を構成する前記空気導入通路の個数が、前記外周バーナの個数の整数倍であることを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項５】
請求項３または４記載のガスタービン燃焼器において、
前記第１列および前記第２列のうちで、前記軸線方向で上流側の列を構成する前記空気導入通路は６個であり、下流側の列を構成する前記空気導入通路は１２個であり、
前記外周バーナは、４個または６個である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、燃料と空気との混合気の燃焼により発生した燃焼ガスをタービンに供給する複数の燃焼器と、点火栓と、燃焼器同士の間で火炎を伝播させる火炎伝播管とを備えるガスタービン燃焼器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来一般に採用されているガスタービンが備えるガスタービン燃焼器として、複数個の缶型の燃焼器を備えたものが知られており、その各々の燃焼器は、燃料と圧縮空気とを反応させて、タービンを回転駆動するための高温高圧の燃焼ガスを生成するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
これら複数個の燃焼器はタービンロータの周方向に沿った円上に配置されていて、周方向で隣接する燃焼器同士は連結パイプによって結合され、該連結パイプの内部に火炎伝播管が設置されている。火炎伝播管は管状となっており、接続された燃焼器の圧力差によって、火炎伝播管の中を燃焼ガスが通過する。
【０００３】
始動の際、ガスタービンは外部駆動装置によって駆動されて、点火回転速度まで回転速度が上昇し、その後、全ての燃焼器に燃料と空気が導入される。そして、１つあるいは２つの燃焼器に設置した点火栓をスパークさせることにより燃焼が開始する。燃焼器内での燃焼により高温の燃焼ガスが発生するため，燃焼器内部の圧力が上昇する。隣接する燃焼器が未点火の状態にある場合、点火した燃焼器との差圧により、火炎伝播管を通じて、高温の燃焼ガスが未点火の燃焼器へ流入する。こうして１つあるいは２つの燃焼器だけの点火から始まって、隣接する各々の燃焼器が点火され、全ての燃焼器が点火される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９４０７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ガスタービン燃焼器を構成する複数個の燃焼器のそれぞれが備えるバーナが、混合室を形成する混合室壁と燃料ノズルとを備え、前記混合室壁には、燃焼用空気を、燃料ノズルから供給された燃料と共に前記混合室に導入する複数の空気導入通路が設けられることにより、空気導入通路内および混合室において燃料と空気との混合気が促進されて、予混合燃焼によるＮＯｘの低減が可能になる。
一方、ガスタービン始動時の点火特性や火炎伝播特性は、混合気の燃料濃度が濃い（すなわち、燃空比が大きい）ほど、良好な特性を示すが、予混合燃焼では、混合室での混合気の燃料濃度は均一化される傾向にあるため、ガスタービン始動時の点火特性や火炎伝播特性が低下することがある。
【０００６】
本発明の目的は、ガスタービン燃焼器において、バーナの混合室壁に設けられた空気導入通路内および混合室内で燃料と空気との混合が促進されることにより、予混合燃焼によるＮＯｘの低減を図りながら、点火特性や火炎伝播特性の向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、燃料と圧縮機から導入された燃焼用空気との混合気が燃焼して生成した燃焼ガスをガスタービンに供給する複数個の燃焼器と、前記混合気に点火する点火栓と、前記燃焼器同士の間で前記混合気の燃焼による火炎を伝播させる火炎伝播管とを備えるガスタービン燃焼器において、前記燃焼器は、前記燃焼器の軸線方向で下流に向かって開放する混合室を形成する混合室壁と、燃料を供給する燃料ノズルとを有するバーナを備え、前記混合室壁には、燃焼用空気を、前記燃料ノズルからの燃料と共に前記混合室に導入する複数の空気導入通路が設けられ、前記空気導入通路から前記混合室に噴出した燃焼用空気および燃料が、前記点火栓および前記火炎伝播管の少なくとも一方に指向して流れるガスタービン燃焼器である。
【０００８】
これによれば、複数個の燃焼器と点火栓と火炎伝播管とを備えるガスタービン燃焼器において、各燃焼器が備えるバーナの混合室に燃焼用空気を導入する空気導入通路から、燃焼用空気が燃料ノズルから供給された燃料と共に混合気になって混合室内に噴出し、噴出した該混合気は点火栓および火炎伝播管の少なくとも一方に指向して流れる。この結果、点火栓および火炎伝播管の少なくとも一方の設置位置およびその近傍には、燃料濃度の濃い混合気が存在するので、点火しやすくなり、点火特性および火炎伝播特性の少なくとも一方が向上し、ガスタービンの始動性が向上する。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のガスタービン燃焼器において、前記混合室壁には、複数の前記空気導入通路が、前記軸線方向または径方向に第１列および第２列に並んで配置され、前記点火栓に指向して流れる燃焼用空気が噴出する前記空気導入通路は、前記第１列に属し、前記火炎伝播管に指向して流れる燃焼用空気が噴出する前記空気導入通路は、前記第２列に属するものである。
これによれば、点火栓および火炎伝播管に指向させる混合気を噴出する空気導入通路が、第１，第２列にそれぞれ振り分けられて設けられるので、混合室壁における空気導入通路の配置や形状の自由度が大きくなって、点火特性および火炎伝播特性向上の観点で好適な空気導入通路の設計が容易になる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、前記バーナである中央バーナと、前記中央バーナに対して外周側に配置された複数の外周バーナとを備える請求項１記載のガスタービン燃焼器において、前記中央バーナは、前記混合室である中央混合室を形成する前記混合室壁である中央混合室壁と、前記燃料ノズルである中央燃料ノズルとを有し、前記外周バーナは、前記軸線方向で下流に向かって開放する外周混合室を形成する外周混合室壁と、前記外周混合室に燃料を供給する外周燃料ノズルとを有し、前記中央混合室壁には、複数の前記燃焼用空気導入通路が、前記軸線方向に第１列および第２列に並んで設けられ、前記点火栓および前記火炎伝播管の少なくとも一方を指向して流れる燃焼用空気が噴出する前記空気導入通路は、前記第１列に属し、前記第２列に属する前記空気導入通路から噴出する燃焼用空気は、前記外周混合室の出口に指向して流れるものである。
【００１１】
これによれば、空気導入孔から燃料と共に噴出した燃焼用空気は、外周バーナの出口に指向して噴出することにより、外周バーナの出口には第２列に属する空気導入通路から噴出した混合気の燃焼により高温の燃焼ガスが供給されるので、外周バーナから供給される混合気の燃焼が容易になり、例えば外周バーナでの混合気の燃料濃度が低い場合にも、容易に燃焼を開始させることができる。この結果、外周バーナを備える燃焼器の燃焼性が向上して、ガスタービンの運用負荷範囲の拡大が可能になる。
さらに、空気導入通路が、第１，第２列にそれぞれ振り分けられて設けられるので、混合室壁における空気導入通路の配置や形状の自由度が大きくなって、点火特性または火炎伝播特性向上、メインバーナからの混合気の燃焼開始の容易化の観点で好適な空気導入通路の設計が容易になる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項３記載のガスタービン燃焼器において、前記中央バーナの前記第２列を構成する前記空気導入通路の個数が、前記外周バーナの個数の整数倍であるものである。
これによれば、空気導入通路の個数が、外周バーナの個数の整数倍であることで、外周バーナに指向して流れる混合気を噴出する空気導入通路を、外周バーナ毎に均等に割り当てることができ、しかもそのための複数の空気導入通路の配置や形状の均等化が容易になるので、バーナの構造を簡単化しながら、燃焼安定性の向上が可能になる。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項３または４記載のガスタービン燃焼器において、前記第１列および前記第２列のうちで、前記軸線方向で上流側の列を構成する前記空気導入通路は６個であり、下流側の列を構成する前記空気導入通路は１２個であり、前記外周バーナは、４個または６個であるものである。
これによれば、下流側列には、上流側列よりも多くの空気導入通路があるので、下流に向かって流れる混合気をより確実に指向させることができる。また、下流側列の空気導入通路の個数が、外周バーナの個数の整数倍になるので、請求項４記載の発明と同様の効果が奏される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ガスタービン燃焼器において、空気導入通路内および混合室内で燃料と空気との混合が促進されることにより、予混合燃焼によるＮＯｘの低減が可能になり、しかも点火特性や火炎伝播特性の向上が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例１に係るガスタービン燃焼器を備えるガスタービンが使用されたガスタービンプラントの要部概略断面図である。
【図２】図１のガスタービン燃焼器が備える燃焼器および火炎伝播管を説明する概略図である。
【図３】図１の要部拡大図であり、バーナの空気導入孔は簡略に示されている。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線での断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線での断面図である。
【図６】実施例１の変形実施例を示し、図３の要部に相当する図である。
【図７】本発明の実施例２を示し、図３に相当する図である。
【図８】実施例２において、図４に相当する図である。
【図９】実施例２において、ガスタービンの負荷とバーナの燃料流量との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例３を示し、図３に相当する図である。
【図１１】実施例３において、図４に相当する図である。
【図１２】実施例３において、図９に相当するグラフである。
【図１３】本発明の実施例４を示し、図３に相当する図である。
【図１４】実施例４において、図４に相当する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下，本発明の実施例に係るガスタービン燃焼器について、図１〜図１４を参照して説明する。
【００１７】
（実施例１）
本発明の実施例１に係るガスタービン燃焼器４について，図１〜図５を参照しつつ説明する。
図１を参照すると、ガスタービン１を備えるガスタービンプラントは、該ガスタービン１により駆動される駆動対象としての発電機２を備える発電用ガスタービンプラントである。
【００１８】
ガスタービン１は、空気を圧縮する圧縮機３と、圧縮機３で得られた圧縮空気の一部である燃焼用空気により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４と、ガスタービン燃焼器４で生成した高温高圧の燃焼ガスにより駆動されて回転するタービン５と、該燃焼ガスをガスタービン燃焼器４からタービン５に導くトランジションピース６と、ガスタービン燃焼器４に気体燃料（例えば、液化天然ガス）である燃料を供給する燃料供給系統７と、圧縮機３から吐出された圧縮空気が流れる車室９を形成すると共にガスタービン燃焼器４を支持するケーシング８とを備える。
圧縮機３および発電機２は、タービン５に連結されて、該タービン５により回転駆動される。車室９にはトランジションピース６が収容される。
【００１９】
図２を併せて参照すると、ガスタービン燃焼器４は、タービン５および圧縮機３の回転中心線Ｃ１を中心とする周方向に等しい間隔をおいて配置された複数個の、ここでは１０個の缶型の燃焼器１０と、燃料と燃焼用空気とが混合して生成された混合気に点火する点火栓１３と、燃焼器１０同士を連結する連結パイプ１４と、連結パイプ１４の内部に収容されると共に燃焼器１０同士の間で混合気の燃焼による火炎を伝播させる火炎伝播管１５とを備える。
【００２０】
ガスタービン燃焼器４を構成する全ての燃焼器１０のうち、一部の燃焼器１０は、点火栓１３が設けられた１または複数個の、ここでは２個の特定燃焼器としての第１燃焼器１１であり、残りの燃焼器１０は、点火栓１３が設けられていない第２燃焼器１２である。第１燃焼器１１および第２燃焼器１２は、第１燃焼器１１における点火栓１３に関連する構造を除いて、基本的に同じ構造を有する。なお、以下の説明では、第１，第２燃焼器１１，１２に関して、両者を区別しない場合、単に燃焼器１０と記載する。
【００２１】
図１，図３を参照すると、燃料と燃焼用空気との混合気が燃焼して生成した燃焼ガスをガスタービン１に供給する各燃焼器１０は、燃焼室２０を形成する円筒状の内筒２１と、内筒２１を囲んで配置されると共に内筒２１との間に圧縮機３からの燃焼用空気が流れる環状形状の空気通路２３を形成する円筒状の外筒２２と、上流端壁を構成するエンドカバー２４と、燃焼器軸線Ｃ２上に配置されると共に燃焼用空気および燃料を燃焼室２０に供給するバーナ３０と、バーナ３０の出口に配置されて燃焼火炎の保炎を補助する保炎部材としての保炎プレート２５とを備える。
そして、圧縮機３で圧縮された空気は、圧縮機３から車室９内に流入し、その一部が燃焼用空気として燃焼器１０に供給される。
【００２２】
なお、燃焼器軸線Ｃ２（図２も参照）は、内筒２１または燃焼室２０の中心軸線であり、軸線方向は燃焼器軸線Ｃ２に平行な方向であり、特に断らない限り、径方向および周方向は、それぞれ、燃焼器軸線Ｃ２を中心とした径方向および周方向であるとする。
また、上流および下流は、それぞれ、バーナ３０での燃焼用空気またはバーナ３０および燃焼室２０での燃焼ガスの、軸線方向における流れに関してのものであるとする。
【００２３】
燃焼器軸線Ｃ２上に中心がほぼ位置するように配置されるバーナ３０は、軸線方向で燃焼室２０に向かって開放する混合室３１を形成する混合室壁３２と、燃料を供給する燃料ノズル３８とを有する。混合室壁３２は、軸線方向で燃焼室２０よりも上流側に配置されると共に、燃焼器軸線Ｃ２を中心軸線として軸線方向で燃焼室２０に向かって径方向に拡開した中空円錐形状であり、その内部に、円錐面形状の混合室壁面３３により、下流に向かって頂角αで拡開した円錐形状の混合室３１を形成する。したがって、混合室壁面３３は頂角αの円錐面形状である。
【００２４】
混合室壁３２には、混合室３１の内部に燃焼用空気を導入する複数の空気導入通路をそれぞれ形成する複数の空気導入孔３５，３６，３７が設けられる。直線状の円孔である空気導入孔３５，３６，３７は、混合室壁面３３に対しそれぞれ異なる角度β１，β２，β３を形成している。各角度β１，β２，β３は、空気導入孔３５，３６，３７の中心線と円錐面形状の混合室壁面３３の母線（混合室壁面３３と、燃焼器軸線Ｃ２を含む平面との交線である。）とがなす角度である。
【００２５】
燃料供給系統７は、燃料供給装置４１と燃料分配器４２と燃料供給配管４３とを備える。燃料ノズル３８には，燃料供給装置４１からの燃料を、各燃焼器１０に分配する燃料分配器４２を介して導くための燃料供給配管４３が接続される。そして、燃料供給配管４３からの燃料が燃料マニホルド部３８ａを有する燃料ノズル３８に供給され、燃料ノズル３８から噴出した燃料が、全ての空気導入孔３５，３６，３７のそれぞれの内部に供給されるように配置されている。したがって、各空気導入孔３５，３６，３７は、燃焼用空気を、燃料ノズル３８から供給された燃料と共に、該燃料との混合気を生成しながら混合室３１に導入する。
【００２６】
２つの燃焼器１１のそれぞれにおいて、点火栓１３は、その点火部１３ａが燃焼室２０内に位置するように外筒２２に取り付けられる。
また、周方向で互いに隣接する燃焼器１０同士は，その外筒２２同士を連結する連結パイプ１４により連結される。そして、これら燃焼器１０の燃焼室２０同士または内筒２１同士は、火炎伝播管１５により連通している。火炎伝播管１５の両端開口は、燃焼室２０に開放している出入口１５ａを構成する。ここで、各出入口１５ａは、隣接する燃焼器１０への火炎の入口、および該隣接する燃焼器１０からの火炎の出口になり得ることを意味する。
【００２７】
そして、点火栓１３を備える燃焼器１１での該点火栓１３により点火された混合気が燃焼して生成された燃焼ガスにより、内筒２１の内部である燃焼室２０における圧力が上昇して、火炎伝播管１５で連通した隣接する燃焼器１２の燃焼室２０との間に圧力差が生じ、この圧力差によって該隣接燃焼器１２へ送り込まれた燃焼ガス２７が、該隣接燃焼器１２で生成された混合気に点火する。同様に、隣接する燃焼器１２の点火が火炎伝播管１５により順次行われて、全ての燃焼器１０が点火される。
【００２８】
図３，図４を参照すると、混合室壁３２に形成された空気導入孔３５〜３７は、軸線方向に複数列に並ぶように、この実施例１では第１〜第３列Ｒ１〜Ｒ３の３列に並ぶように配置されている。これら列Ｒ１〜Ｒ３のそれぞれは、軸線方向での形成位置での円周上において、周方向に間隔をおいて環状に配置された１個以上の、ここでは複数個の空気導入孔３５〜３７により構成される。
なお、図の煩雑さを避けるために、図４では、図３に図示されている構造の一部が省略されている。
【００２９】
そして、混合室壁３２には、図４，図５に部分的に示されるように、各列Ｒ１〜Ｒ３に属する複数の空気導入孔３５〜３７が、燃焼器軸線Ｃ２を中心に同心状に配置されている。また、各空気導入孔３５〜３７から噴出した燃焼用空気により混合室３１内で旋回流が生成されるように、空気導入孔３７は周方向に偏向されて形成され、空気導入孔３５，３６は軸線方向および周方向に偏向されて形成されている。
【００３０】
また、軸線方向での第１列Ｒ１および第２列Ｒ２の位置に関し、第１，第２列Ｒ１，Ｒ２のうちで、第１列Ｒ１は上流側に位置する上流側列であり、第２列Ｒ２は、下流側に位置する下流側列である。また、第２列Ｒ２は、第１列Ｒ１よりも径方向外方に位置し、第１列Ｒ１よりも大径の円周上に配置される。
【００３１】
図４を参照すると、各燃焼器１０において、空気導入孔３５〜３７のうちの１個以上の、この実施例では複数個の特定空気導入通路としての特定空気導入孔３５ａ，３５ｂから混合室３１内に噴出した燃焼用空気が、該特定空気導入孔３５ａ，３５ｂを燃焼用空気と共に流れる燃料と共に、内筒２１に設置した点火栓１３の点火部１３ａおよび火炎伝播管１５の出入口１５ａの設置位置に指向するように、該特定空気導入孔３５ａ，３５ｂが軸線方向および周方向に偏向して形成されている。
【００３２】
具体的には、燃焼器１１では、第１特定空気導入孔３５ａから噴出した燃焼用空気および燃料の混合気ｍ１が，点火部１３ａに指向して流れ、２個の第２特定空気導入孔３５ｂから噴出した燃焼用空気および燃料の混合気ｍ２が、２つの火炎伝播管１５の出入口１５ａに指向して流れる。
また、燃焼器１２（図１参照）では、第２特定空気導入孔３５ｂから噴出した燃焼用空気および燃料の混合気が、２個の火炎伝播管１５の出入口１５ａに指向して流れる。
【００３３】
図５を参照すると、空気導入孔３７はバーナ３０のバーナ中心線でもある燃焼器軸線Ｃ２からオフセット距離ｓだけオフセットされた位置に形成されているため、空気導入孔３７から流入した混合気は混合室３１内で旋回流を生成する。空気導入孔３５，３６についても、空気導入孔３７と同様に、前記バーナ中心線からオフセット距離ｓだけオフセットされた位置に形成されているため，混合室３１内で旋回流を生成することが可能となる。そして、この旋回流によってバーナ３０の下流部に安定した循環流が生成され、燃焼安定性を確保することが可能となる。
本実施例では、第１列Ｒ１に属する空気導入孔３５のうちの特定空気導入孔３５ａ，３５ｂから噴出した混合気ｍ１，ｍ２が点火栓１３や火炎伝播管１５に指向して流れるように空気導入孔３５を形成すべく、混合室３１を形成する混合室壁３２の頂角αと、空気導入孔３５の形成角度β２と、前記バーナ中心線（または、燃焼器軸線Ｃ２）からのオフセット距離ｓによって混合気の流れ方向が決定される。
【００３４】
また、本実施例では、空気導入孔３５〜３７を形成する混合室３１の内径ｄ（図５参照）に対する前記バーナ中心線からオフセット距離ｓの比ｓ/ｄをそれぞれ任意に設定することによって，空気導入孔３５から噴出した燃料と燃焼用空気の混合気ｍ１，ｍ２（図４参照）を、点火栓１３や火炎伝播管１５の設置位置に偏向させると共に、空気導入孔３５〜３７の比ｓ/ｄを制御することでバーナ３０の下流部に燃焼安定性に必要な循環流を生成することが可能となるため、点火特性や火炎伝播特性に優れ、安定に燃焼するガスタービン燃焼器４を提供することが可能となる。
【００３５】
図３，図４を参照すると、このように構成されたガスタービン燃焼器４において、ガスタービン１の始動時に、ガスタービン燃焼器４の点火時には、燃料供給装置４１（図１も参照）からの燃料が燃料ノズル３８に供給される。燃料は燃料ノズル３８から各空気導入孔３５〜３７に向かって噴出し、空気導入孔３５〜３７の内部や混合室３１において燃焼用空気と混合し混合気を生成する。そして、空気導入孔３５〜３７から噴出した混合気が点火栓１３のスパークによって点火され、予混合燃焼が行われる。
【００３６】
その際、第１〜第３列Ｒ１〜Ｒ３のうちの第１列Ｒ１、すなわち上流側から２番目（図３で、左から２番目）を構成する空気導入孔３５の特定空気導入孔３５ａ，３５ｂから、混合気ｍ１，ｍ２が点火栓１３の点火部１３ａおよび火炎伝播管１５の出入口１５ａに指向し噴出するように特定空気導入孔３５ａ，３５ｂを形成してある。
このため、燃焼器１１においては、点火栓１３の点火部１３ａおよびその近傍には、燃料濃度の濃い（すなわち、燃空比が大きい）混合気が存在するため、点火しやすくなり点火特性が向上する。
【００３７】
また、燃焼器１１が点火すると燃焼室２０の圧力が上昇するため、燃焼ガス２７は隣接する未点火の燃焼器１１に火炎伝播管１５を介して噴出することになるが，本実施例では特定空気導入孔３５ａ，３５ｂから、混合気ｍ２が火炎伝播管１５の出入口１５ａに指向して噴出しているので、燃焼器１１での出入口１５ａ（この場合、出口として機能する。）およびその近傍には、燃料濃度の濃い混合気が存在するため、温度の高い燃焼ガスを生成することができる。このため、この高温の燃焼ガス（火炎）が火炎伝播管１５を通って隣接する燃焼器１２の燃焼室２０に噴出する。
一方、燃焼器１１からの火炎が伝播する隣接する燃焼器１２では、特定空気導入孔３５ｂからの燃料濃度の濃い混合気が，火炎伝播管１５の出入口１５ａ（この場合、入口として機能する。）に指向して噴出しているため、燃焼器１１から火炎伝播管１５を通って流入した燃焼ガスによって火炎伝播がしやすくなって燃焼の開始が容易になり、火炎伝播特性が向上する。
【００３８】
本実施例１では、混合室壁３２が頂角αで形成されると共に円錐形状の混合室３１を形成し、かつ燃料ノズル３８から噴出した燃料と空気導入孔３５〜３７から噴出した燃焼用空気および燃料が混合室３１内で混合するため、均一化が向上した混合気での予混合燃焼により、ＮＯｘ排出量が一層低減される効果や、混合室３１内での混合気の旋回流が混合室壁３２によって拘束されることで、旋回強度が増加して燃焼安定性が向上する効果が期待できる。
さらに，混合室壁３２が中空円錐形状であることにより、混合室壁３２における空気導入孔３５〜３７の形成領域が、混合室壁３２が例えば環状形状の平板である場合に比べて増加するので、空気導入孔３５〜３７の個数や空気導入孔３５〜３７の径などの空気導入孔仕様を決めるときの自由度が増加する利点があり、また空気導入孔３５〜３７の形成が容易になる。
【００３９】
内筒２１における点火栓１３または火炎伝播管１５の軸線方向位置は、内筒２１の内径をＤ、内筒２１の上流端からの軸線方向での点火部１３ａまたは出入口１５ａまでの距離をＬとしたとき、比Ｌ/Ｄは０.３＜Ｌ/Ｄ＜０.７範囲となる場合が、設計上多い。このため、特定空気導入孔３５ａ，３５ｂから噴出した混合気が、内筒２１において０.３＜Ｌ/Ｄ＜０.７となる位置を指向するように特定空気導入孔３５ａ，３５ｂを形成するのが望ましい。
また、点火栓１３は，内筒２１に挿入する径方向位置を調整することで，点火特性を改善できるため，点火栓１３と火炎伝播管１５の軸方向位置が著しく異なる場合は，火炎伝播管１５の出入口１５ａの形成位置に指向して混合気ｍ２が噴出するよう特定空気導入孔３５ｂを形成するのが望ましい。
【００４０】
なお、空気導入孔３５〜３７が軸線方向に複数列に並ぶように形成された場合、実施例１の変形実施例として、１つの列である第１列Ｒ１に属する空気導入孔３５からの混合気ｍ１を点火栓１３の点火部１３ａに指向するように該空気導入孔３５が偏向して形成され、第１列Ｒ１とは別の列である第２列Ｒ２の空気導入孔３６からの混合気ｍ２が火炎伝播管１５の出入口１５ａに指向して噴出するように該空気導入孔３６が偏向して形成され、さらに残りの列である第３列Ｒ３（１以上の列であってもよい。）があるときは、該第３列Ｒ３の空気導入孔３７からの混合気が混合室３１内に旋回流を生成することで燃焼安定性に寄与するように該空気導入孔３７が形成されてもよい。
これにより、実施例１と同様に、点火特性や火炎伝播特性が向上して、ガスタービン１の始動性が向上すると共に燃焼安定性に優れたバーナ３０を提供することが可能となる。
また、点火部１３ａおよび出入口１５ａに指向させる混合気ｍ１，ｍ２を噴出する特定空気導入孔３５ａ、３５ｂが、第１，第２列Ｒ１，Ｒ２にそれぞれ振り分けられて設けられるので、混合室壁３２における空気導入通路３５，３６の配置や形状の自由度が大きくなって、点火特性および火炎伝播特性向上の観点で好適な空気導入孔３５，３６の設計が容易になる。
【００４１】
また，実施例１に係るガスタービン燃焼器４では，ガスタービン１の燃料として気体燃料に加え，液体燃料（例えば、Ａ重油や軽油）が使用される場合がある。実施例１のこの別の変形実施例を、図３，図４を参照しながら、主に図６を参照して説明する。
燃焼器１０は、前述した第１燃料としての気体燃料を供給する第１燃料ノズルとしての燃料ノズル３８を備えるバーナ３０の混合室３１の上流側に配置されて第２燃料としての液体燃料を噴射する第２燃料ノズルとしての液体燃料ノズル３９を備える。液体燃料ノズル３９には、燃料供給系統７が備える燃料供給装置４４から液体燃料が供給される。
【００４２】
液体燃料ノズル３９は液体燃料を噴霧し、混合室３１内の高温の燃焼用空気５と混合し蒸発させて燃焼させるもので、液体燃料を小さな液滴に微粒化する役目を担う。液体燃料を微粒化するには、空気のせん断力を利用して微粒化する空気噴霧式燃料ノズルと、液体燃料の供給圧力を利用して微粒化する圧力噴霧式燃料ノズルがあるが、本実施例にはいずれの方式、または上記した以外の噴霧方式による液体燃料ノズルを適用しても本発明の効果を適用できる。
【００４３】
本実施例では液体燃料ノズル３９が、バーナ３０の燃焼器軸線Ｃ２上で、且つ混合室３１の上流側に設置されているため、液体燃料ノズル３９から円錐状に噴霧した液滴は、バーナ３０の空気導入孔３５〜３７から噴出する燃焼用空気と混合室３１内で混合する。
実施例１と同様に、空気導入孔３５からの燃焼用空気は、内筒２１に設置した点火栓１３の点火部１３ａと火炎伝播管１５の出入口１５ａに指向して噴出するように空気導入孔３５が軸線方向および周方向に偏向して形成されているため、点火部１３ａや出入口１５ａの設置位置には、空気導入孔３５からの混合気と液体燃料ノズル３９からの微粒化した液体燃料の混合気が供給されるので、燃料濃度の濃い混合気によって、点火特性や火炎伝播特性を向上することが可能となる。
【００４４】
また、バーナ３０に配置する液体燃料ノズル３９の噴霧角度（液体燃料が噴霧する広がり角度）は、混合室３１の頂角αよりも小さく設定されている。液体燃料ノズル３９の噴霧角度が頂角αより大きくなると、液体燃料ノズル３９から噴霧した液滴が混合室壁３２に衝突し、該混合室壁３２で液体燃料が炭化するコーキングが発生して、バーナ３０の持つ様々な性能を劣化させる恐れがある。このため、液体燃料ノズル３９の噴霧角度が頂角αよりも小さいことにより、コーキングの発生を防止することができる。
【００４５】
（実施例２）
本発明の実施例２について、図７〜図９を参照しつつ以下に説明する。実施例２は、バーナ３０の外周側に複数個のメインバーナ５０，６０が配置されたもので、その他は、実施例１と基本的に同一の構成を有する。
【００４６】
なお、この実施例２および後記実施例３，４において、実施例１と同一の部分についての説明は省略または簡略にし、異なる点を中心に説明する。また、実施例１の部材等と同一の部材または対応する部材等については、必要に応じて同一の符号が使用されている。そして、実施例２〜４は、実施例１と同様の作用効果を奏する。
さらに、実施例２〜４において、混合室壁、混合室３１および燃料ノズルは、それぞれ中央混合壁、中央混合室および中央燃料ノズルであり、混合室壁、混合室および燃料ノズルは、それぞれ外周混合壁、外周混合室および外周燃料ノズルである。また、バーナおよびパイロットバーナは、中央バーナであり、メインバーナは外周バーナである。
さらに、実施例２〜４に関する図では、図の煩雑さを避けるために、例えば一部のメインバーナに指向する後記混合気ｍ３，ｍ４のみが図示されている。
【００４７】
図７，図８を参照すると、実施例２に係るガスタービン燃焼器４が備える燃焼器１０のバーナ３０，５０，６０は、パイロットバーナとしてのバーナ３０と、メインバーナ５０，６０とから構成される。
バーナ３０に対して外周側に（すなわち、径方向外方に）配置された１個以上の、ここでは複数個としての６個のメインバーナ５０，６０は、同数である３個ずつの第１メインバーナ５０および第２メインバーナ６０から構成される。
【００４８】
各メインバーナ５０，６０は、軸線方向で下流に向かって開放する外周混合室としての混合室５１，６１を形成する外周混合壁としての混合室壁５２，６２と、燃料を供給する外周燃料ノズルとしての燃料ノズル５９，６９とを有する。軸線方向で燃焼室２０よりも上流側に配置される混合室壁５２，６２は、燃焼器軸線Ｃ２を中心に軸線方向で燃焼室２０に向かって拡開した円錐形状の混合気室壁面５３，６３を有する上流壁部５２ａ，６２ａと、該上流壁部５２ａ，６２ａに連なると共に下流に向かって延びている円筒状の下流壁部５２ｂ，６２ｂとから構成され、その内部に混合室５１，６１を形成する。混合室壁５２，６２は円柱面状の外周面を有する。
【００４９】
メインバーナ５０，６０は基本的にはバーナ３０と同様な構造であるが、混合室５１，６１は、該混合室５１，６１において燃焼用空気と燃料との混合を促進させるため、軸線方向での長さがバーナ３０の混合室３１に比べて長くなっている。
上流壁部５２ａ，６２ａには、混合室５１，６１内に、燃焼用空気、または燃焼用空気を燃料と共に導入する複数の空気導入孔５５〜５７，６５〜６７が形成される。空気導入孔５５〜５７，６５〜６７は、軸線方向に複数列としての３列に並ぶように配置される。また、第２列Ｒ２は、軸線方向で第１列Ｒ１よりもバーナ３０の出口およびメインバーナ５０，６０の出口に近い。
【００５０】
燃料ノズル５９，６９は、メインバーナ５０，６０の上流部に形成した燃料マニホールド部５９ａ，６９ａと、該燃料マニホールド部５９ａ，６９ａと空気導入孔５５〜５７，６５〜６７とを連通させる燃料噴孔５９ｂ，６９ｂとから構成される。
燃料供給系統７が備える燃料供給装置４５，４６から燃料マニホールド部５９ａ，６９ａに供給された燃料は、燃料噴孔５９ｂ，６９ｂから空気導入孔５５〜５７，６５〜６７内に噴出されて供給される。
空気導入孔５５〜５７，６５〜６７に供給された燃料は，空気導入孔５５〜５７，６５〜６７の内部や混合室５１，６１の内部で燃焼用空気と混合し、メインバーナ５０，６０の下流の燃焼室２０で予混合火炎を形成し，予混合燃焼を開始する。
【００５１】
このように、メインバーナ５０は、メインバーナ６０と同様な構造である一方で、メインバーナ６０の燃料供給装置４６とは異なった燃料供給装置４５から燃料が供給される。したがって、バーナ３０には燃料供給装置２０から、３個のメインバーナ５０には燃料供給装置４５から、他の３個のメインバーナ６０は燃料供給装置４６から、燃料が別々に供給される。
【００５２】
次に、図９を参照して、実施例２に係るガスタービン燃焼器４を備えるガスタービン１（図１参照）の運転方法を説明する。
ガスタービン１の運転状態の指標としての負荷が、負荷ａ（無負荷である。）から負荷ｂ未満までの負荷状態では、バーナ３０に燃料が供給され、バーナ３０単独でガスタービン１が運転される。負荷ｂから負荷ｃ未満までの負荷状態では、負荷ｂでバーナ３０の燃料流量が低下させられる一方、メインバーナ５０に燃料が供給されて、バーナ３０とメインバーナ５０とでガスタービン１が運転される。負荷ｃから定格負荷ｄまでの負荷状態では、負荷ｃでバーナ３０とメインバーナ５０の燃料流量が低下させられる一方、メインバーナ６０に燃料が供給されて、バーナ３０およびメインバーナ５０，６０の全バーナでガスタービン１が運転される。
【００５３】
定格運転状態での負荷である定格負荷ｄでは，燃焼安定性を確保したうえで、バーナ３０の燃料流量とメインバーナ５０，６０の燃料流量との割合を調整することによって低ＮＯｘ燃焼をすることが可能となる。
このように、実施例２では、燃焼器１０の燃焼器軸線Ｃ２上の中央部にバーナ３０が配置され、その外周側にメインバーナ５０，６０が６個配置されて、定格運転状態において、拡散燃焼するバーナ３０と予混合燃焼するメインバーナ５０，６０との燃料流量割合を調整することで、低ＮＯｘ運転と燃焼安定性を両立することが可能である。
【００５４】
ところで、図７，図８に示されるように、バーナ３０の外周側にメインバーナ５０，６０が配置され，さらにその外周に点火栓１３や火炎伝播管１５が配置されている燃焼器では、燃焼器の点火の時にメインバーナ５０，６０から噴出する燃焼用空気によってバーナ３０の点火特性や火炎伝播特性が低下することが考えられる。
【００５５】
また，本実施例２の燃焼器１０では，図９に示されるようにパイロットバーナであるバーナ３０単独運転状態から、負荷ｂでメインバーナ５０に燃料が供給されてメインバーナ５０で予混合燃焼が開始され、さらに負荷ｃでメインバーナ６０に燃料が供給されて、全バーナでの運転が開始される。このため、メインバーナ５０，６０で予混合燃焼を開始したり停止したりするとき、負荷状態によっては燃焼が不安定になる場合があることから、ガスタービン１を安定に運転する範囲は、全てのバーナ３０，５０，６０に燃料が供給される負荷ｃ以上の高い負荷での運転状態であることが望ましい。一方、全てのバーナ３０，５０，６０への燃料供給が開始される運転状態である負荷ｃを低く設定することにより、運用できるガスタービン１の負荷範囲が拡大するため、運転の自由度が増加する。
【００５６】
そこで、実施例２では、第２列Ｒ２に属する空気導入孔３６は、該空気導入孔３６からの混合気ｍ３，ｍ４がそれぞれメインバーナ５０，６０の出口に指向して噴出するように形成されていることにより、メインバーナ５０，６０の出口には高温の燃焼ガスが供給される。このため，メインバーナ５０，６０から供給される混合気の燃料濃度が低い条件、すなわちガスタービン１の負荷が低い運転状態においても、メインバーナ５０，６０で予混合燃焼を開始することができるので、全ての全バーナ３０，５０，６０での燃焼の開始負荷である負荷ｃを低い負荷に設定することが可能となり、ガスタービン１の運用負荷帯を広げることが可能となる。
【００５７】
また、図８に示されるように、実施例１と同様に、燃焼器１１において、特定空気導入孔３５ａからの混合気ｍ１は点火栓１３の点火部１３ａに指向して噴出し，特定空気導入孔３５ｂからの混合気ｍ２は火炎伝播管１５の出入口１５ａに指向して噴出することにより、点火栓１３および火炎伝播管１５の設置位置に燃料濃度の濃い混合気ｍ１，ｍ２を供給できるため、ガスタービン１の始動時の点火特性および火炎伝播特性が向上する。
さらに、点火栓１３および火炎伝播管１５は、周方向でメインバーナ５０，６０のほぼ中間に配置されているため、混合気ｍ１，ｍ２はメインバーナ５０，６０から噴出する燃焼用空気または混合気の影響を受けにくくなり、この点でも点火特性および火炎伝播特性が向上する。
【００５８】
また、バーナ３０の空気導入孔３５が６個、空気導入孔３６が１２個形成され、メインバーナ５０，６０がバーナ３０の外周側に６個配置されていることに示されるように、バーナ３０に形成される空気導入孔３６の個数を、メインバーナ５０，６０の個数の整数倍にすることと併せて、第１列Ｒ１の空気導入孔３５の周方向での位置の設定により、バーナ３０で発生する混合気をガスタービン１の始動時の点火特性および火炎伝播特性の向上に効率よく利用することができ、さらに第２列Ｒ２の空気導入孔３６の周方向での配置の設定により、予混合燃焼するメインバーナ５０，６０にバーナ３０の燃焼ガスの熱エネルギーを効率よく伝えることができるため、ガスタービン１負荷が低いときから全バーナでの運転が可能となるので、この点でも、ガスタービン１を安定して運転することができる負荷範囲を拡大することが可能となる。
【００５９】
また、点火部１３ａおよび出入口１５ａに指向させる混合気ｍ１，ｍ２を噴出する特定空気導入孔３５ａ、３５ｂと、メインバーナ５０，６０の出口に指向させる混合気ｍ３，ｍ４を噴出する空気導入孔３６とが、第１，第２列Ｒ１，Ｒ２にそれぞれ振り分けられて設けられるので、混合室壁３２における空気導入孔３５，３６の配置や形状の自由度が大きくなって、点火特性および火炎伝播特性向上の観点で好適な空気導入孔３５，３６の設計が容易になる。
【００６０】
また、空気導入孔３６の個数が、メインバーナ５０，６０の個数の整数倍であることで、メインバーナ５０，６０に指向して流れる混合気を噴出する空気導入孔３６を、メインバーナ５０，６０毎に均等に割り当てることができ、しかもそのための複数の空気導入孔３６の配置や形状の均等化が容易になるので、バーナ３０の構造を簡単化しながら、燃焼安定性の向上が可能になる。さらに、第１列Ｒ１よりも下流に位置する第２列Ｒ２には、第１列Ｒ１よりも多くの空気導入孔があるので、下流に向かって流れる混合気をより確実にメインバーナ５０，６０に指向させることができる。
【００６１】
（実施例３）
本発明の実施例３について，図１０〜図１２を参照しつつ以下に説明する。
図１０，図１１を参照すると、実施例３に係るガスタービン燃焼器４が備える燃焼器１０のバーナ７０，８０は、実施例２のバーナ３０に相当するパイロットバーナ７０と、メインバーナ８０とから構成される。
パイロットバーナ７０は、軸線方向で下流に向かって開放する円錐形状の混合室７１を形成する混合室壁７２と、燃料を供給する中央ノズルとしての燃料ノズル７９とを有する。混合室壁７２の混合室壁面７３は円錐面形状に形成されて、円錐形状の混合室７１が形成される。
また、混合室壁７２には、混合室７１に燃焼用空気、または燃焼用空気を燃料と共に導入する複数の空気導入通路を形成する複数の空気導入孔７５，７６が軸線方向に第１，第２列Ｒ１，Ｒ２の２列に並ぶように配置されており，その上流側に、各空気導入孔７５，７６内に燃料を噴出して供給する燃料ノズル７９が配置されている。
【００６２】
第１列Ｒ１は、個数が１個以上の、ここでは複数個としての６個の、周方向に間隔をおいて形成された空気導入孔７５により構成され、第２列Ｒ２は、個数が１個以上の、ここでは複数個としての１２個の、周方向に間隔をおいて形成された空気導入孔７６により構成される。
また、空気導入孔７５，７６は、直線部７５ｃ，７６ｃと、直線部７５ｃ，７６ｃに下流側で連なる偏向部７５ｄ，７６ｄとを有する。空気導入孔７５，７６の出口部である偏向部７５ｄ，７６ｄは、空気導入孔７５，７６から噴出する燃焼用空気または混合気により混合室７１内に旋回流が生成されるように、軸線方向および周方向に偏向して形成されている。空気導入孔７５，７６の入口部を含む直線部７５ｃ，７６ｃは、偏向部７５ｄ，７６ｄから上流に向かって軸線方向にほぼ平行に延びていて、軸線方向での長さが、軸線方向での偏向部７５ｄ，７６ｄの長さよりも２倍以上長くなるように形成されている。
また、燃料供給装置４１からの燃料が燃料マニホールド部７９ａを有する燃料ノズル７９に供給され、燃料ノズル７９からの燃料が各空気導入孔７５内に供給されるように噴出する。
【００６３】
パイロットバーナ７０に対して外周側に配置されるメインバーナ８０は、軸線方向で下流に向かって開放する混合室８１を形成する円筒形状の混合室壁８２と、燃料を供給する燃料ノズル８９とを有する。外周混合室壁としての混合室壁８２は、外周室壁８２ａおよび内周室壁８２ｂから構成される。
軸線方向長さが混合室７１の軸線方向長さよりも長い混合室８１は、軸線方向に延びていると共に環状形状をしており、混合室８１の上流側には燃料ノズル８９が設置され，混合室８１の出口には円環状形状の保炎器８４が設置されている。
【００６４】
燃料供給系統７が備える燃料供給装置４７からの燃料が、燃料マニホールド部８８を有する燃料ノズル８９に供給される。燃料ノズル８９から噴出した燃料は、混合室８１内で燃焼用空気と混合して混合気を生成する。該混合気は燃焼室２０に向かって下流に流れ、保炎器８４の下流に形成される循環流の作用によって予混合燃焼が安定して行われる。また、径方向でパイロットバーナ７０とメインバーナ８０との間には、パイロットバーナコーン７８が設置されている。
【００６５】
図１１を参照すると、メインバーナ８０の混合室８１は、該混合室７１内に設置された４個の仕切部材としての仕切壁８７により、個数が４の分割混合室である混合室８１ａ〜８１ｄに分割される。そして、４個の混合室８１ａ〜８１ｄに対応して、燃料供給装置４７も混合室８１ａ〜８１ｄと同数の４個の分割燃料供給装置である燃料供給装置４７ａ〜４７ｄに分割されて個別に構成され、同様に燃料ノズル８９も、各燃料供給装置４７ａ〜４７ｄからの燃料が個別に供給されるように４個の分割燃料ノズルである燃料ノズル８９ａ〜８９ｄに分割されている。
このため、メインバーナ８０は、各混合室８１ａ〜８１ｄを形成する混合室壁８２の各部分および仕切壁８７により構成される混合室壁と、燃料ノズル８９ａ〜８９ｄとを備える４つの分割メインバーナであるメインバーナ８０ａ〜８０ｄにより構成される。そして、４つの燃料ノズル８９ａ〜８９ｄに供給される燃料は個別に制御可能である。
【００６６】
このように、実施例３での燃焼器１０は、混合室８１がパイロットバーナ７０の混合室７１よりも軸線方向に長いことにより、燃料と燃焼用空気の混合を促進させた超低ＮＯｘ型のバーナを構成するメインバーナ８０と、空気導入孔７５，７６の軸線方向長さが、直線部７５ｃ，７６ｃを有することにより、ほぼ偏向部７５ｄ，７６ｄに相当する部分のみである実施例１，２の空気導入孔３５，３６よりも長いパイロットバーナ７０とを備える。
【００６７】
パイロットバーナ７０において、混合室壁面７３は円錐面状であり，上流端壁面７４は平面状であることにより、空気導入孔７５，７６には、直線部７５ｃ，７６ｃを軸線方向に平行に延びた形状に形成することができるので、空気導入孔７５，７６内で燃焼用空気と燃料との混合が十分に促進され、パイロットバーナ７０で形成される火炎からのＮＯｘ排出量を低減することが可能となる。
【００６８】
また、本実施例３では、パイロットバーナ７０の内周側（または、上流側）の空気導入孔７５が周方向に６個の個数で、外周側（または、下流側）の空気導入孔７６が周方向に１２個の個数で形成されている。このため、空気導入孔７５に対して径方向外方となる空気導入孔７６では、その長さが空気導入孔７５の長さよりも長くなるので、個数の多い空気導入孔７６において，燃焼用空気と燃料の混合距離が長くなり、混合が促進されて低ＮＯｘ化に有利となる。
【００６９】
さらに、空気導入孔７５，７６の偏向部７５ｄ，７６ｄは、軸線方向および周方向に偏向しているので、これに関わる効果は実施例１，２と同様である。
具体的には、実施例３によれば、燃料ノズル７９から噴出した燃料は、各空気導入孔７５，７６内で燃焼用空気と混合し、混合室７１内に噴出する。そして、空気導入孔７５，７６は軸線方向および周方向に偏向されているため、混合室７１内には旋回流が生成される。また、空気導入孔７５，７６の偏向角を調整することで、空気導入孔７５，７６から噴出する混合気の噴出方向を制御することが可能となる。
そして、図１１に示すように，空気導入孔７５の特定空気導入孔７５ａ，７５ｂからは、混合気ｍ１，ｍ２が点火栓１３の点火部１３ａおよび火炎伝播管１５の出入口１５ａに指向して噴出するため、燃料濃度の濃い混合気が点火部１３ａおよび出入口１５ａおよびその近傍に形成され、ガスタービン１（図１参照）の始動時に、点火特性や火炎伝播特性が向上する。
【００７０】
また，空気導入孔７６から噴出した混合気ｍ３は，メインバーナ８０の各メインバーナ８０ａ〜８０ｄの保炎器８４（図１０参照）の下流部に噴出することにより、メインバーナ８０で予混合燃焼を開始する際に、高温の燃焼ガスが保炎器８４の下流部に供給されるので、燃料濃度の低い条件で予混合燃焼を開始することが可能となり、メインバーナ８０で予混合燃焼を開始するときの燃焼特性（以下、「切替特性」という。）が向上する。
【００７１】
次に，本実施例３のガスタービン燃焼器４の運転方法を図１０，図１１を参照しつつ、主に図１２を参照して、以下に説明する。
ガスタービン１（図１参照）の始動後、ガスタービン１は無負荷定格回転速度状態の図１２に示される負荷ｅに到達し、パイロットバーナ７０のみに燃料が供給された状態で、ガスタービン１の負荷が上昇する。
ガスタービン１の負荷が負荷ｆに到達すると、パイロットバーナ７０への燃料流量が低下させられ、メインバーナ８０ａに燃料が供給され、保炎器８４において、混合室８１ａに対応する部分の下流側に、予混合火炎が形成される。このとき，パイロットバーナ７０とメインバーナ８０ａの燃料流量はほぼ等しく、混合室７１から噴出した混合気は、保炎器８４の下流側においてパイロットバーナ７０からの高温の燃焼ガスの高い熱エネルギーを得ることができるので、混合室８１ａの下流に形成される予混合火炎の切替特性は良好となる。
【００７２】
ガスタービン１の負荷が上昇して負荷ｇに到達すると、メインバーナ８０ｂにも燃料が供給され、負荷ｈではメインバーナ８０ｂにも燃料が供給され、それぞれ予混合燃焼を開始するが、予混合燃焼する燃料流量に対するパイロットバーナ７０の燃料流量の割合が低下するため、切替裕度は低下する（または、小さくなる）傾向にある。
ここで、切替裕度とは、切替時における燃焼安定性を確保するための燃空比の許容範囲の広さの指標であり、切替裕度が高い（または、大きい）ほど、燃空比の広い範囲で所要の燃焼安定性が確保された切替ができ、切替特性が向上する。
【００７３】
負荷が負荷ｉは、パイロットバーナ７０およびメインバーナ８０の全体（したがって、メインバーナ８０ａ〜８０ｄ）が燃焼を開始する負荷であり、メインバーナ８０の燃料流量に対するパイロットバーナ７０の燃料流量の割合が低下するために、パイロットバーナ７０から供給される熱エネルギーが小さくなって、切替特性における前記切替裕度が低下する運転状態である。
しかしながら，本実施例３では、第１列Ｒ１の空気導入孔７５から、混合気ｍ５が各混合室８１ａ〜８１ｄの下流側に噴出すること、さらに第２列Ｒ２の空気導入孔７６から、混合気ｍ３が各混合室８１ａ〜８１ｄの下流側に噴出することから、高温の燃焼ガスを各混合室８１ａ〜８１ｄに対応する位置で、保炎器８４の下流に集中させることが可能となり、負荷ｉにおける切替特性を向上することが可能となる。
【００７４】
また、メインバーナ８０の混合室８１が、個数が４の混合室８１ａ〜８１ｄに分割された本実施例３では、パイロットバーナ７０の空気導入孔７６の個数が１２個とされて、空気導入孔７６の個数が混合室８１ａ〜８１ｄの個数の整数倍とされることで、各混合室８１ａ〜８１ｄの下流に均等に、パイロットバーナ７０による燃焼ガスの熱エネルギを供給することが可能となる。
【００７５】
さらに、パイロットバーナ７０の内周側の第１列Ｒ１に属する空気導入孔７５の個数を６とすることで，点火栓１３の点火部１３ａおよび火炎伝播管１５の出入口１５ａおよびその近傍に燃料濃度の濃い混合気を形成しつつ、最も前記切替裕度が低下する負荷ｉにおいて、空気導入孔７５，７６から噴出される混合気ｍ５，ｍ３が混合室８１ｄの出口およびその近傍に噴出して、混合室８１ｂ，８１ｃに比べ内周側の空気導入孔７５から供給される混合気の量が倍になるため燃焼ガスの熱エネルギーを有効に利用でき切替特性を向上することが可能となる。
【００７６】
また、図１２に示されるように、負荷ｉでは、パイロットバーナ７０の燃料流量を増加することにより、切替特性が向上するように制御されるが、パイロットバーナ７０からの熱エネルギーが大きすぎると、予混合火炎部の温度が上昇しサーマルＮＯｘの排出量が増加する。そこで、負荷ｉで全バーナ燃焼に切替えられた後は、パイロットバーナ７０の燃料流量を低下させ、かつメインバーナ８０の燃料流量を増加させることにより、ＮＯｘ排出量を低下させている。
【００７７】
このように、本実施例３によれば、空気導入孔７５の軸線方向長さを延長して長くすることができ、空気導入孔７５，７６の出口において空気導入孔７５から噴出する燃焼用空気や混合気の噴出方向を調整可能なパイロットバーナ７０を、混合室８１を軸線方向に延長したメインバーナ８０と組合せることで，点火特性および火炎伝播特性に優れ、しかもガスタービン１の切替負荷を低下できると共に，定格負荷においては超低ＮＯｘ燃焼が可能なガスタービン燃焼器４を提供できる。
【００７８】
（実施例４）
本発明の実施例４について，図１３，図１４を参照しつつ以下に説明する。
実施例４に係るガスタービン燃焼器４が備える燃焼器１０のバーナ９０，１００は、実施例２のバーナ３０に相当するパイロットバーナ９０と、メインバーナ１００とから構成される。
パイロットバーナ９０は、軸線方向で燃焼室２０に向かって開放する混合室９１を形成する混合室壁９２と、燃料を供給する燃料ノズル９８，９９とを有する。混合室壁９２の混合室壁面９３は円錐面形状に形成され、円錐形状の混合室９１を形成する。混合室壁９２には、燃焼用空気と燃料との混合気を噴出する複数の空気導入孔９５，９６が軸線方向に第１，第２列Ｒ１，Ｒ２の２列に並ぶように配置されており、軸線方向でその上流側の対向する位置に各空気導入孔９５，９６内に燃料を噴出して供給する燃料ノズル９８が配置されている。各空気導入孔９５，９６は、空気導入孔９５，９６から噴出する燃焼用空気または混合気により混合室９１内に旋回流が生成されるように、軸線方向および周方向に偏向して形成されている。
【００７９】
燃料ノズル９８，９９は、第１燃料としての気体燃料を供給する第１燃料ノズルとしての気体燃料ノズル９８と、第２燃料としての液体燃料を供給する第１燃料ノズルとしての液体燃料ノズル９９とから構成される。
燃料供給系統７が備える燃料供給装置４１からの気体燃料である燃料は、燃料マニホールド部９８ａを有する燃料ノズル９８から空気導入孔９５，９６内に噴出して供給される。
また、燃料供給系統７が備える燃料供給装置４７からの液体燃料である燃料は、燃焼器軸線Ｃ２上で燃焼室２０の上流側に設置された液体燃料ノズル９９から混合室９１内に噴出される。このように、各燃料ノズル９８，９９の燃料は個別に供給されることから、パイロットバーナ９０では、気体燃料単独燃焼，液体燃料単独燃焼，気体燃料と液体燃料の混合燃焼が可能である。
【００８０】
メインバーナ１００は、パイロットバーナ９０に対して外周側に、６個の個数で周方向に間隔をおいて配置されている。各メインバーナ１００は、同心円上に複数個配置された空気導入孔１０５〜１０７がメインバーナ１００のバーナ中心線を中心とする径方向に３列に並ぶように配置されている。そして、メインバーナ１００の上流側には空気導入孔１０５，１０６，１０７に対して、ほぼ同軸方向に平行に燃料を噴出して供給する燃料ノズル１０９が配置されている。
燃料供給系統７（図１参照）が備える燃料供給装置４８からの気体燃料としての燃料は、燃料マニホールド部１０９ａを有する燃料ノズル１０９に供給され、燃料ノズル１０９からの燃料が各空気導入孔１０５〜１０７内に噴出して供給される。
【００８１】
と燃焼用空気は、燃料ノズル１０９から噴出した燃料と共に、各空気導入孔１０５〜１０７を通って燃焼室２０に噴出する。燃焼用空気と燃料との混合気は、空気導入孔１０５〜１０７の狭い空間から燃焼室２０の広い空間に噴出する際に，混合気の流れに大きな乱れが発生するため、燃焼用空気と燃料との混合が燃焼室２０において促進される。
【００８２】
本実施例４では，メインバーナ１００に多数の空気導入孔１０５，１０６，１０７が形成され、該多数の空気導入孔１０５〜１０７のそれぞれに対応するように燃料ノズル１０９が配置されているため、多数の空気導入孔１０５〜１０７の個数に対応して燃料が予め分散するので、燃焼用空気と燃料との境界面積が増加している。このため、混合する軸線方向の距離が短くても燃焼用空気と燃料との混合が促進され、超低ＮＯｘ燃焼を行うことができる。
一般に、混合室９１の軸線方向長さが長い場合、混合室９１の内部に火炎が逆流する危険性があるが、実施例４のメインバーナ１００は燃焼室２０で燃料と燃焼用空気とを混合させるため、火炎がメインバーナ１００に逆流する危険性を回避することができる。
【００８３】
本実施例４では、前記したように、燃料と燃焼用空気の混合が促進されているため，メインバーナ１００の下流に噴出する混合気の燃料濃度が均一で低ＮＯｘ燃焼には有効である。
しかし、パイロットバーナ９０によって形成される火炎から、熱エネルギーを受けて予混合燃焼を開始する際、メインバーナ１００から噴出した混合気に燃料濃度が均一で濃度の濃い部分が存在しないため、混合気が点火しにくくなり点火特性が低下することが考えられる。このため、ガスタービン１（図１参照）の負荷が高くならないと全てのバーナ９０，１００での燃焼ができなくなり、その結果、ガスタービン１を運転する負荷範囲が狭くなる可能性があった。
【００８４】
そこで、図１４に示されるように、本実施例４では、実施例２と同様に、第１列Ｒ１を構成する１個以上の、ここでは複数個としての６個の空気導入孔９５が周方向に間隔をおいて形成され、第２列Ｒ２を構成する１個以上の、ここでは複数個としての１２個の空気導入孔９６が周方向に間隔をおいて形成される。したがって、空気導入孔９６の個数はメインバーナ１００の個数の整数倍である。
【００８５】
そして、空気導入孔９５の特定空気導入孔９５ａ，９５ｂからの混合気ｍ１，ｍ２は、点火栓１３の点火部１３ａおよび火炎伝播管１５の出入口１５ａに指向してそれぞれ噴出し、空気導入孔９６からの混合気ｍ３は各メインバーナ１００の出口に指向して噴出する。これにより、パイロットバーナ９０によって形成される火炎（すなわち、燃焼ガスでもある。）の熱エネルギーを、点火や火炎伝播、さらには予混合火炎の点火に効率よく利用できるので、点火特性、火炎伝播特性および切替特性が向上する。この結果、点火特性および火炎伝播特性に優れ、しかもガスタービン１の切替負荷を低下できると共に、定格負荷条件においては超低ＮＯｘ燃焼が可能なガスタービン燃焼器４を提供することが可能となる。
【００８６】
また，本実施例４に用いたメインバーナ１００は火炎が逆流することがないため、燃料速度の速い水素を含有した燃料用の低ＮＯｘ燃焼器として適用が可能である。水素を含有した燃料をガスタービンの燃料として利用する場合、水素は可燃範囲が広いため、一般に点火時の点火失敗による爆発を回避する目的で、液体燃料（例えば、軽油）で点火および火炎伝播を行わせ、その後、水素含有燃料で燃焼させることがある。
これに対して、本実施例４では、パイロットバーナ９０は気体燃料用の燃料ノズル９８および液体燃料用の燃料ノズル９９の両方を備え，液体燃料での単独燃焼、液体燃料および気体燃料での混合燃焼、気体燃料での単独燃焼を行うことができ、しかも液体燃料時の点火特性および火炎伝播特性にも優れている。このため、実施例４に係るガスタービン燃焼器４は、水素含有燃料を燃料とするガスタービン燃焼器に対して有効となる。
【００８７】
以下、前記した実施例の一部の構成を変更した実施例について、変更した構成に関して説明する。
実施例１のバーナ１１および実施例２〜４のパイロットバーナの混合室は、燃焼器の下流に向かって拡開した円錐形状とされたが、パイロットバーナの下流側形状は平板や下流側に中心部が突出した凸型でも良く、空気導入孔からの燃焼用空気や燃料と燃焼用空気の混合気を、点火栓の点火部、火炎伝播管の出入口または予混合燃焼するメインバーナの出口に、指向して噴出するように形成し、パイロットバーナ火炎の熱エネルギーを有効に利用できるように、パイロットバーナの空気導入孔の噴出方向を調整すればよい。
空気導入通路は、管部材により形成されてもよい。
特定空気導入孔以外の空気導入孔には、該空気導入孔内に燃料が供給されないものがあってもよく、その場合には、該空気導入孔は、燃焼用空気のみが混合室内に噴出することになる。
特定空気導入孔から噴出した燃焼用空気および燃料を含む混合気が、点火部１３ａまたは出入口１５ａおよびその近傍に達する前に、偏向手段（例えば、偏向板や偏向用空気流）により、点火部１３ａまたは出入口１５ａおよびその近傍に指向するように偏向されてもよい。
第１列Ｒ１が下流側列であり、第２列Ｒ２が上流側列であってもよい。
複数の空気導入通路は、径方向に複数列を形成してもよく、その場合にも、列が軸線方向に形成される場合と同様の作用効果が奏される。また、複数の空気導入通路が、軸線方向または径方向に３以上の複数列を形成する場合、該複数列の任意の２つの列に対して請求項２の第１，第２列が適用される。
本発明は、発電用のガスタービンだけでなく、熱と電力を併給可能なコジェネレーションシステムを構成するガスタービン、あるいはポンプ・圧縮機などの機械駆動用のガスタービン、その他様々なガスタービンのガスタービン燃焼器に適用可能である。
【符号の説明】
【００８８】
４    ガスタービン燃焼器
１０    燃焼器
１３    点火栓
１５    火炎伝播管
３０，５０，６０，７０，８０，９０，１００    バーナ
３１，５１，６１，７１，８１，９１    混合室
３２，７２，９２    混合室壁
３５，３６，５５，５６，６５，６６，７５，７６，９５，９６    空気導入孔
３８，５９，６９，７９，８９，９８，９９，１０９    燃料ノズル
ｍ１，ｍ２，ｍ３，ｍ４，ｍ５    混合気
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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