(57)【要約】【課題】本発明では、燃料濃度が低い範囲における燃焼安定性を向上し、排出される燃焼ガスの更なる低ＮＯｘ化を図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、複数のバーナーのうちの少なくとも一つの第一のバーナーからの燃料流と、第二のバーナーからの火炎とが交差するように、第一のバーナーが有する複数の噴出口の噴出位置を含む第一の平面と第二のバーナーが有する複数の噴出口の噴出位置を含む第二の平面とが交差することを特徴とする。【効果】本発明によれば、燃料濃度が低い範囲における燃焼安定性を向上し、排出される燃焼ガスの更なる低ＮＯｘ化を図ることが可能となる。【選択図】図１
2007232235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を噴出する空気ノズルと、燃料を噴出する燃料ノズルを有し、燃料と該燃料を包み込むように該燃料の周囲に形成された空気とによる燃料流を該空気ノズルから噴出する噴出口を複数備えたバーナーを複数有する燃焼装置であって、
複数のバーナーのうちの少なくとも一つの第一のバーナーからの該燃料流と、第二のバーナーからの火炎とが交差するように、該第一のバーナーが有する複数の噴出口の噴出位置を含む第一の平面と該第二のバーナーが有する複数の噴出口の噴出位置を含む第二の平面とが交差することを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
空気を噴出する空気ノズルと、該空気ノズルの上流側であって燃料を噴出する燃料ノズルを有し、燃料と該燃料を包み込むように該燃料の周囲に形成された空気とによる燃料流を該空気ノズルから噴出する噴出口を複数備えたバーナーを複数有する燃焼装置であって、
複数のバーナーのうちの少なくとも一つの第一のバーナーからの該燃料流と、第二のバーナーからの火炎とが交差するように、該第一のバーナーが有する複数の噴出口の噴出位置を含む第一の平面と該第二のバーナーが有する複数の噴出口の噴出位置を含む第二の平面とが交差し、
前記第二のバーナーからの燃料濃度が、バーナー単独で火炎を維持できる燃料濃度より高いことを特徴とする燃焼装置。
【請求項３】
燃料と空気を混合し燃焼させるための燃焼室と、燃料を供給するための燃料ノズルと、該燃料ノズルの下流に位置し空気を供給するための空気ノズルを設け、該燃料ノズルおよび該空気ノズルが同軸若しくは同軸に近い状態で配置され、かつ、前記空気ノズルから燃料を空気が包み込む燃料流を噴出するように構成された同軸ノズルを複数備えたバーナーを前記燃焼室の半径方向中心部にパイロットバーナーとして配置するとともに、該パイロットバーナーの外周側に前記同軸ノズルを複数備えた外周バーナーを複数配置した燃焼装置の燃焼方法であって、
前記パイロットバーナーに所望の燃料を供給し、前記外周バーナーからの燃料流の燃料濃度が前記パイロットバーナーよりも希薄になるように燃料を供給することを特徴とする燃焼装置の燃焼方法。
【請求項４】
燃料と空気を混合し燃焼させるための燃焼室と、燃料を供給するための燃料ノズルと、該燃料ノズルの下流に位置し空気を供給するための空気ノズルを設け、該燃料ノズルおよび該空気ノズルが同軸若しくは同軸に近い状態で配置され、かつ、前記空気ノズルから燃料を空気が包み込む燃料流を噴出するように構成された同軸ノズルを複数備えたバーナーを前記燃焼室の半径方向中心部にパイロットバーナーとして配置するとともに、該パイロットバーナーの外周側に前記同軸ノズルを複数備えた外周バーナーを複数配置した燃焼装置の燃焼方法であって、
前記パイロットバーナーにバーナー単独で保炎できる保炎限界濃度以上になるよう燃料を供給し、前記外周バーナーに該保炎限界濃度未満となるように燃料を供給することを特徴とする燃焼装置の燃焼方法。
【請求項５】
燃料と空気を混合し燃焼させるための燃焼室と、前記燃焼室に燃料を供給するための燃料ノズルと、該燃料ノズルの下流に位置し空気を供給するための空気ノズルを設け、該燃料ノズルおよび該空気ノズルの中心軸が同軸若しくは同軸に近い状態で配置され、かつ、前記空気ノズルの噴出口から燃料の周囲を空気が包み込む燃料流を噴出するように構成された同軸ノズルを複数備えたバーナーを前記燃焼室の半径方向中心部にパイロットバーナーとして配置するとともに、該パイロットバーナーの外周側に前記同軸ノズルを複数備えた外周バーナーを複数配置したガスタービン燃焼器であって、
前記外周バーナーの噴出口の噴出位置を含む平面からの垂線と燃焼器軸心とに内向角を設け、前記外周バーナーから噴出する燃料と空気の噴流が、前記パイロットバーナーからの火炎と衝突するように構成したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項６】
請求項５記載のガスタービン燃焼器であって、前記外周バーナーの平均燃料濃度を、前記パイロットバーナーの平均燃料濃度よりも希薄にすることを特徴としたガスタービン燃焼器。
【請求項７】
燃料と空気を混合し燃焼させるための燃焼室と、前記燃焼室に燃料を供給するための燃料ノズルと、該燃料ノズルの下流に位置し空気を供給するための空気ノズルを設け、該燃料ノズルおよび該空気ノズルの中心軸が同軸若しくは同軸に近い状態で配置され、かつ、前記空気ノズルの噴出口から燃料の周囲を空気が包み込む燃料流を噴出するように構成された同軸ノズルを複数備えたバーナーを前記燃焼室の半径方向中心部にパイロットバーナーとして配置するとともに、該パイロットバーナーの外周側に前記同軸ノズルを複数備えた外周バーナーを複数配置したガスタービン燃焼器であって、
前記外周バーナーのうち、隣り合う第一の外周バーナーと第二の外周バーナーの複数の噴出口の噴出位置を含む平面同士を交差させ、隣接する第一の外周バーナーから噴出する燃料流を第二の外周バーナーからの火炎と衝突するように構成したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項８】
請求項７記載のガスタービン燃焼器であって、前記第二の外周バーナーの平均燃料濃度を保炎限界濃度以上とし、前記第一の外周バーナーからの平均燃料濃度を該第二のバーナーよりも希薄とす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７記載のガスタービン燃焼器であって、前記パイロットバーナーからの火炎と、該外周バーナーから噴出する燃料と空気の噴流が衝突するように、前記２つの外周バーナーの複数の噴出口の噴出位置を含む平面と前記パイロットバーナーの複数の噴出口の噴出位置を含む平面とも交差させることを特徴とするガスタービン燃焼器。
【請求項１０】
請求項９記載のガスタービン燃焼器であって、前記２つの外周バーナーの平均燃料濃度と、前記パイロットバーナーの平均燃料濃度とを異ならしめることを特徴としたガスタービン燃焼器。
【請求項１１】
空気を噴出する空気ノズルと、燃料を噴出する燃料ノズルを有し、燃料と該燃料を包み込むように該燃料の周囲に形成された空気とによる燃料流を該空気ノズルから噴出する噴出口を複数備えたバーナーを複数有する燃焼装置であって、
複数のバーナーのうちの少なくとも一つの第一のバーナーからの該燃料流が、第二のバーナーからの火炎を利用することで保炎することを特徴とする燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼装置とガスタービン燃焼器，燃焼装置の燃焼方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料を燃焼させる燃焼装置では、窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減が求められている。ガスタービン燃料として液化天然ガス（ＬＮＧ）を使用し、ＮＯｘを低減する技術として、燃料と空気を予め混合することで燃空比を低下させる予混合燃焼バーナーの技術がある。しかし、水素など自発火温度の低い燃料でこの技術を適用すると、予混合流路に逆火が発生し燃焼器が焼損する可能性がある。
【０００３】
そこで、特許文献１の燃焼器では、燃料の周囲を空気によって包み込む同軸噴流が空気ノズルから燃焼室に供給されるように燃料ノズルと空気ノズルを配置したバーナーを、半径方向にグループ分けして複数の環状バーナー群としている。そして、燃焼器の半径方向内側に位置する環状バーナー群に供給する燃料量を半径方向外側に位置する環状バーナー群に供給する燃料量より減少させることで、燃焼室の下流側で緩慢燃焼させ、ＮＯｘを減少させている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３０６６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の一部位の燃料を減少させることによる低ＮＯｘ化には限界がある。つまり、燃焼器バーナーに供給する燃料量を全体的に減少させると火炎が吹き消える可能性があり、少なくとも一つの環状バーナー群は火炎が安定に保持される平均燃料濃度を維持しなければならず、濃度減少の限界によって低ＮＯｘにも限界がある。従って、燃焼器から排出されるＮＯｘを更に低減するには燃料濃度が低い範囲での燃焼安定性を向上させることが望まれる。
【０００６】
そこで、本発明では、燃料濃度が低い範囲における燃焼安定性を向上し、排出される燃焼ガスの更なる低ＮＯｘ化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、複数のバーナーのうちの少なくとも一つの第一のバーナーからの燃料流と、第二のバーナーからの火炎とが交差するように、第一のバーナーが有する複数の噴出口の噴出位置を含む第一の平面と第二のバーナーが有する複数の噴出口の噴出位置を含む第二の平面とが交差することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、燃料濃度が低い範囲における燃焼安定性を向上し、排出される燃焼ガスの更なる低ＮＯｘ化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
燃焼装置には多様な種類がある。まず、種々の燃焼技術のＮＯｘ低減及び火炎安定性につき説明する。燃焼装置の一つであるガスタービン燃焼器では種々の燃料を使用する。軽油やＡ重油などの液体燃料を使用する場合、燃料を微粒化して燃焼器に供給するとともに、燃料とは別流路から空気を供給する拡散燃焼方式を採用するのが一般的である。この場合、燃焼器に水や蒸気を噴射して火炎温度を低下させ、ＮＯｘを低減している。一方、液化天然ガス（ＬＮＧ）を使用するガスタービンの場合、燃料と空気を予め混合して燃焼する予混合燃焼バーナーと拡散燃焼用のパイロットバーナーを組み合わせた燃焼方式を採用しているものが多い。
【００１０】
ここで、火炎温度と燃料濃度（燃料／空気比）の関係について説明する。図９は、燃料濃度と理論火炎温度との関係を示した図であり、横軸に燃料と空気の比である燃料濃度、縦軸に理論火炎温度を示す。火炎温度は燃料濃度によって変化する。火炎温度は、燃料希薄領域では燃料濃度の増加に伴なって高くなり、量論混合比付近で最大となり、さらに燃料濃度が高くなる燃料過濃領域で低下する傾向を示す。拡散燃焼の場合、火炎面近傍で燃料と空気が量論混合比となる領域が存在するため、ＮＯｘ濃度が高くなる。これに対し、予混合燃焼では燃料と空気を均一に燃焼するため局所的な火炎温度を低くした低温均一燃焼が可能となり、低ＮＯｘ燃焼が可能となる。したがって、燃料希薄領域において燃料濃度を低下させるほど火炎温度は低下するため、より低ＮＯｘ化が期待できる。
【００１１】
しかしながら、予混合燃焼は拡散燃焼に比べて安定燃焼範囲が狭くなる。図１０は、火炎温度とＣＯ排出濃度との関係を示した図であり、横軸に火炎温度、縦軸にＣＯ排出濃度を示す。火炎温度の低下に伴う未燃分の排出量増加が顕著であり、火炎が吹き消える燃焼下限界は拡散燃焼に比べて高くなる。したがって、前述のような天然ガス焚きの燃焼器では、低ＮＯｘ化のために、拡散燃焼によるパイロットバーナーと予混合バーナーを組み合わせることで火炎の安定化を図っているものが多い。このため、拡散燃焼によるパイロットバーナーから排出されるＮＯｘの低減を図る必要がある。
【００１２】
一方、水素などの燃焼性の良い燃料、あるいはそれを含む混合燃料などをガスタービンに用いる場合、予混合燃焼では燃料と空気を混合する予混合流路内に火炎が逆火するなどの可能性が高くなる。以上のように、低ＮＯｘ化及び火炎安定化の双方を向上することは困難であり、双方を向上させる技術が望まれる。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本実施例において、液化天然ガスなどの高カロリーガス燃料を使用するガスタービンの構成の概略と、燃焼器頭部の部分拡大図を示したものである。図２は、バーナーを燃焼室から見たときの図である。ガスタービンは、外部からの空気１０１を圧縮する圧縮機２，燃料と空気を燃焼させる燃焼器３，燃焼器３からの燃焼ガスにより回転駆動されるタービン４，タービン４により駆動される発電機６およびガスタービン駆動用の起動用モーター５などを有する。
【００１４】
燃焼器３は、燃料と空気を混合して燃焼するための燃焼室８と、外側空間と区画する圧力容器の外筒１０，内部に燃焼室８を形成する内筒９，燃料を燃料ノズル２２０に分配する燃料分配器１１，燃料を燃焼室８に噴出するための燃料ノズル２２０と、その下流に位置し、燃焼空気１０２ａを燃焼室８に噴出するための空気ノズル２１０とを有する。燃料ノズル２２０と空気ノズル２１０は、燃料の周囲を空気が包み込む同軸噴流が形成されるようそれぞれの中心軸が同軸又は同軸に近い状態で配置され、同軸ノズルとして構成される。
【００１５】
本実施例では、複数の燃料ノズル２２０と、燃料ノズル２２０の下流側に設けた空気ノズル２１０と、複数の空気ノズル２１０を有する板状部材２０３によってバーナーを形成している。そして、空気ノズル２１０の噴出口２０４は燃焼室８に面しており、噴出口
２０４から噴射された燃料と空気の燃料流が燃焼室８の内部で燃焼して火炎を形成する。各バーナーの板状部材２０３は、バーナーホルダー２３０に固定されている。ここでは、図２に示すように、パイロットバーナー２０１の外側に外周バーナーを６個配置した例を示している。燃焼器の半径方向中心部にパイロットバーナー２０１，その外側に外周バーナー２０２ａ〜２０２ｆがそれぞれの板状部材２０３を介してバーナーホルダー２３０で固定されている。そして、空気ノズル２１０の上流には、燃料ノズル２２０が配置されている。
【００１６】
次に、本プラントの運転方法について説明する。始動時、ガスタービンは起動用モーター５などの外部動力によって駆動される。外部からの空気１０１を圧縮する圧縮機２からの燃焼空気１０２ａと、燃料５１をパイロットバーナー２０１に供給し、燃焼器３で着火する。その後、燃焼ガス１１０がタービン４に供給される。パイロットバーナー２０１への燃料流量の増加と共にタービン４が昇速し、起動用モーター５の離脱によって、ガスタービンは自立運転に入り無負荷定格回転数に達する。ガスタービンが無負荷定格回転数に到達後、発電機６の併入、パイロットバーナー２０１への燃料５１の流量増加によりタービン４の入口ガス温度が上昇し、負荷がさらに上昇する。その後、外周バーナー２０２ａ及び２０２ｂ，２０２ｃ及び２０２ｄと順次外周バーナーへ供給する燃料流量を増加させる。最終的には全ての外周バーナーに火炎が形成され、全バーナー燃焼による運用負荷範囲での連続的な負荷運転が可能となる。
【００１７】
そして、本実施例では、複数のバーナーのうちの少なくとも一つの第一のバーナーからの燃料流と、第二のバーナーからの火炎とが交差するように、第一のバーナーが有する複数の噴出口の噴出位置を含む第一の平面と第二のバーナーが有する複数の噴出口の噴出位置を含む第二の平面とが交差する。従って、第一のバーナーから噴出する燃料流と第二のバーナーからの火炎とが交差することで、燃料流と火炎が相互作用として干渉し、第一のバーナーからの燃料流は第二のバーナーからの火炎を利用することができる。そのため、第一のバーナーが不安定燃焼になったとしても、安定に燃焼している第二のバーナーからエネルギーを受けることができるため、第一のバーナーからの火炎が吹き消える可能性を抑制し燃焼安定性が向上する。
【００１８】
また、第一のバーナーが有する複数の噴出口の噴出位置を含む第一の平面と第二のバーナーが有する複数の噴出口の噴出位置を含む第二の平面とを交差させることで、第一のバーナーが有する複数の噴出口の噴出位置を燃料室側に傾け、第二のバーナーからの火炎に近づけることが出来る。このように構成することで、第一の平面と第二の平面とを交差させない場合に比べ、第一のバーナーは第二のバーナーからの火炎による熱を多く受けるため、第一の平面の温度が上昇する。そのため、第一のバーナーからの燃料流の燃焼速度が増加し、第一のバーナーによる火炎の安定性が向上する。従って、第一のバーナーからの燃料流の燃料濃度をより希薄にすることが出来る。
【００１９】
即ち、第一のバーナーからの燃料流と、第二のバーナーからの火炎とが交差するように、第一のバーナーが有する複数の噴出口の噴出位置を含む第一の平面と第二のバーナーが有する複数の噴出口の噴出位置を含む第二の平面とを交差させることにより、積極的に第二のバーナーからの火炎を熱源として第一のバーナーの火炎を保持できる。そして、第一のバーナーの希薄燃焼(火炎を保持する平均燃料濃度よりも低い平均燃料濃度による燃焼)が可能となる。従って、火炎を安定に保持できる燃焼安定性の燃料濃度の下限を更に下げることが出来るため、燃料濃度が低い範囲における燃焼安定性を向上し、燃焼器から排出される燃焼ガスを更に低ＮＯｘ化することが可能である。
【００２０】
なお、第一のバーナーが有する複数の噴出口の噴出位置を含む第一の平面と第二のバーナーが有する複数の噴出口の噴出位置を含む第二の平面とを交差させるために、空気ノズル２１０を備えた板状部材を燃焼室の中心軸に対して傾斜させることも可能である。
【００２１】
更に、本実施例では、第二のバーナーの燃料濃度が、バーナー単独で火炎を維持できる燃料濃度より高くしている。従って、少なくとも第二のバーナーからの火炎が吹き消えてしまうことを抑制し、第一のバーナーからの燃料流に熱を安定して供給することが出来る。
【００２２】
また、本実施例では外周バーナーの噴出口を含む平面からの垂線と燃焼器軸心とに内向角を設け、外周バーナーから噴出する燃料と空気の噴流が、パイロットバーナー２０１からの火炎と衝突するように構成する。パイロットバーナー２０１から噴出する火炎と、外周バーナーから噴出する噴流が衝突するため、外周バーナーからの噴流はパイロットバーナー２０１からの火炎を利用し、外周バーナーが不安定燃焼となっても、安定に燃焼しているパイロットバーナーからエネルギーを受けることができる。そのため、外周バーナーの火炎が吹き消える可能性を低下でき、燃焼安定性が向上する。
【００２３】
また、全ての外周バーナーの噴出口を含む平面からの垂線は、燃焼器の軸心に対してαの内向角を設けている。そのため、外周バーナーの噴出口を含む平面はパイロットバーナ２０１からの火炎により近づくため、前記平面の近傍の温度が上昇する。そのため、外周バーナーから噴流の温度も上昇し、燃焼速度が上昇する。従って、燃料濃度が低い範囲における燃焼安定性が向上し、排出される燃焼ガスの更なる低ＮＯｘ化を図ることが出来る。
【００２４】
なお、内向角αを設けたため、空気ノズル２１０の入口に燃料ノズル２２０の先端を配置する場合、燃料ノズル２２０の長さは燃焼器の半径方向外側になるほど長くなる。また内向角にもよるが、あまり内向角を大きく取りすぎると燃料ノズル２２０のスペースがとれなくなり、バーナーを構成できなくなる。従って、内向角αは４５°以下とすることが望ましい。
【００２５】
図３は各バーナーが燃焼器に噴出する燃料の平均燃料濃度を示す。燃焼器頭部のバーナー下流には、各バーナーから噴出する燃料と空気が瞬時に混合したと仮定したときの平均燃料濃度を模式的に点線で示している。本実施例では、パイロットバーナーの平均燃料濃度 (Ｆ／Ａ)201に比べ、外周バーナーの平均燃料濃度 (Ｆ／Ａ)202a〜 (Ｆ／Ａ)202fを希薄にしている。ここで、パイロットバーナーの平均燃料濃度 (Ｆ／Ａ)201は、バーナー単体で火炎を保持できる濃度よりも高い濃度であればよい。ここで、バーナー単体で火炎を保持できる平均燃料濃度を保炎限界濃度と称する。これに対して、希薄な平均燃料濃度とは、保炎限界濃度未満の濃度を表す。また、全ての外周バーナーの平均燃料濃度は均一としている。このように、外周バーナーの噴出口を含む平面からの垂線と燃焼器軸心に内向角を設け、外周バーナーから噴出する燃料と空気の噴流が、パイロットバーナー２０１からの火炎と衝突するよう構成した場合に、外周バーナーから噴出する燃料と空気の平均燃料濃度をパイロットバーナーから噴出する火炎の平均燃料濃度よりも希薄にすることで、外周バーナーの平均燃料濃度を従来よりも更に希薄にすることができ、燃料希薄化による低ＮＯｘ燃焼が実現できる。
【実施例２】
【００２６】
図４は燃焼器下流よりバーナー側を示した図であり、図５は燃焼器頭部の部分拡大図を示したものである。外周バーナーのうち、隣り合う第一の外周バーナーと第二の外周バーナーの複数の噴出口を含む平面同士を交差させ、隣接する第一の外周バーナーから噴出する燃料流を第二の外周バーナーからの火炎と衝突するように構成している。
【００２７】
この場合、２つの外周バーナーより噴出する火炎と燃料流をお互いに衝突させ、第二の外周バーナーからの火炎を利用して第一の外周バーナーからの燃料流の火炎安定性を向上させることができる。ここでは、隣接する外周バーナー２０２ａと２０２ｂ，２０２ｃと２０２ｄ，２０２ｅと２０２ｆをペアとしている。２０２ａと２０２ｂのバーナー間であって、燃焼器の半径方向中心部を通過する線ａｂを基準に、燃焼室側に外周バーナー202aと２０２ｂを傾けている。線ａｂは、バーナー中心を結ぶ線の中間点と燃焼器の半径方向中心部とを結ぶ線である。そして、図５に示すように、線ａｂに対して燃焼器軸方向に延長した垂線ａ′ｂ′に対して、外周バーナー２０２ａと２０２ｂの複数の噴出口を含む平面からの垂線に対して内向角βを設ける構造としている。この場合も前述の内向角αを設けたときと同様、燃焼器の軸心に対して外側になるにしたがって、燃料ノズル２２０の長さが長くなる。そのため、ペアとなる外周バーナー同士の内向角βも４５°以下とするのが望ましい。
【００２８】
以上より、隣接する外周バーナー同士においても、隣り合う２つの外周バーナーの複数の噴出口を含む平面同士を交差させるように燃焼室側に傾斜させることにより、第一の外周バーナーの複数の噴出口を第二の外周バーナーからの火炎に近づけることができ、第一の外周バーナーにより多くの熱を与えて温度を上昇させることが出来る。そのため、第一の外周バーナーに形成する火炎の燃焼速度が上昇し、火炎の燃焼安定性が向上し、第一の外周バーナーからの燃料流の平均燃料濃度をより希薄化することが出来る。
【００２９】
図６は、隣接する２つの外周バーナーが燃焼室に噴出する燃料の平均燃料濃度を示す。平均燃料濃度の示し方は、図３と同様である。内向角が設けられた２つの外周バーナーのうち、第二の外周バーナーから噴出する平均燃料濃度をバーナー単独で保炎できる保炎限界濃度以上とし、第一の外周バーナーから噴出する平均燃料濃度を第二の外周バーナーよりも希薄とする。図６では、外周バーナー２０２ａの平均燃料濃度は単独で保炎できる平均燃料濃度とし、外周バーナー２０２ｂは２０２ａよりも希薄として、２０２ａのバーナーに形成する火炎を利用して２０２ｂを保炎するものである。このように構成することで、６つの外周バーナーのうち、半数の外周バーナーは保炎限界濃度より低下することが可能となり、外周バーナー全体のＮＯｘ排出量を抑制することができる。
【実施例３】
【００３０】
図７は燃焼室からバーナーを示したものである。図７は、２つの外周バーナーの複数の噴出口の噴出位置を含む平面同士を交差させるとともに、パイロットバーナー２０１からの火炎と外周バーナーからの燃料と空気の噴流を衝突させるように、２つの外周バーナーの複数の噴出口の噴出位置を含む平面をパイロットバーナー２０１の複数の噴出口の噴出位置を含む平面とも交差させている。図４，図５では、ペア同士の外周バーナーの火炎を利用して保炎し、燃焼安定性を向上させていた。図７ではさらに、外周バーナーの複数の噴出口の噴出位置を含む平面からの垂線を燃焼器軸心に対して傾けるよう内向角αを設ける。したがって、外周バーナーのペア同士によって保炎された火炎に、パイロットバーナー２０１の火炎も利用できることになる。図８は、図７の断面Ａ′−Ａ′及び断面Ｂ−Ｂを示したものである。断面Ａ′−Ａ′のように、ペアとなる外周バーナー間の中心線を基準に内向角βを設けている。そして、ペアとなる外周バーナーに設けた内向角βに加え、パイロットバーナー２０１の火炎に外周バーナーの噴流の一部が衝突するように、燃焼器軸心に対して内向角αを設けている。このようにバーナー面である複数の噴出口の噴出位置を含む平面を傾斜させることで、パイロットバーナ２０１の火炎と外周バーナーの噴流を相互に干渉させ、燃焼器全体として燃料濃度が低い範囲における燃焼安定性を高めることが可能である。
【００３１】
また、第一の外周バーナーの複数の噴出口の噴出位置を含む平面は、第二の外周バーナーからの火炎に近づくとともに、パイロットバーナーからの火炎にも近づくため、第一の外周バーナーの複数の噴出口の噴出位置を含む平面はより多くの熱を受けることができる。そのため、第一の外周バーナーからの燃料流の燃焼速度が上昇し、燃焼安定性を向上させることが出来る。
【００３２】
そして、それらのバーナーの平均燃料濃度を異なるように設定することも可能である。具体的には、パイロットバーナー２０１ではバーナー単独で保炎可能な単独限界保炎濃度とし、外周バーナーはパイロットバーナー２０１よりも平均燃料濃度を希薄に設定する。例えば、ペアとなる外周バーナー２０２ａの平均燃料濃度Ｆ／Ａ202aと２０２ｂの平均燃料濃度Ｆ／Ａ202a、及びパイロットバーナー２０１の平均燃料濃度Ｆ／Ａ201 を比較すると、Ｆ／Ａ201＞Ｆ／Ａ202a＞Ｆ／Ａ202a のように設定する。平均燃料濃度をこのように設定することで、パイロットバーナー２０１のみを単独限界保炎濃度とし、外周バーナーはパイロットバーナー２０１より平均燃料濃度を低下させることが可能となる。更に、外周バーナーにおいても、半数の外周バーナーは残る外周バーナーと比べて平均燃料濃度を低下させることが出来る。
【００３３】
これに対し、特許文献１の燃焼器では半径方向外側に位置する環状バーナー群では、円周方向に一律の平均燃料濃度となっていた。しかし、本実施例では、外周バーナーにおいても隣接するバーナー同士に内向角を設けているため、外周バーナーの保炎性能が向上する。更に、外周バーナー同士の平均燃料濃度を異なるように設定したため、外周バーナー全体の平均燃料濃度を低下させることができる。従って、ガスタービンが排出するＮＯｘを更に低下させることが可能である。
【００３４】
なお、本実施例ではパイロットバーナー２０１の平均燃料濃度を最も高くなるように設定したが、場合によっては他の外周バーナーの平均燃料濃度を最も高くするように設定することも可能である。即ち、パイロットバーナー２０１と外周バーナーの全体で平均燃料濃度を低下させるように、それぞれの平均燃料濃度を異ならしめてもよい。
【００３５】
以上、パイロットバーナーの外側に設ける外周バーナーを６個配置したときの実施例について説明してきたが、５個や７個など奇数個の外周バーナーを配置した場合も同様の効果が得られる。奇数個の外周バーナーを配置した場合、ペアにできない外周バーナーが一つ残るが、パイロットバーナー２０１側に内向角を設けるか、あるいは単独で保炎できる平均燃料濃度に設定して燃焼器の軸心に平行に燃料を噴出しても良い。また、外周バーナーに設ける内向角αやβは全ての外周バーナーに対して、必ずしも同じ角度に設定しなくても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施例１を示す燃焼器頭部の部分拡大図である。
【図２】実施例１に関するバーナー配置図である。
【図３】実施例１の平均燃料濃度を示した模式図である。
【図４】実施例２を示すバーナー配置図である。
【図５】実施例２を示すバーナーのＡＡ断面図である。
【図６】実施例２の平均燃料濃度を示した模式図である。
【図７】実施例３を示すバーナー正面図である。
【図８】実施例３を示すバーナーの部分的なＡ′Ａ′断面図及びＢＢ断面図である。
【図９】燃料と空気の質量比率と理論火炎温度の関係を示す図である。
【図１０】火炎温度とＣＯ排出濃度との関係を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３７】
２…圧縮機、３…燃焼器、４…タービン、５…起動用モーター、６…発電機、８…燃焼室、９…内筒、１０…外筒、１１…燃料分配器、５１…燃料、１０１…空気、１０２…圧縮機吐出空気、１０２ａ…燃焼空気、１１０…燃焼ガス、２０１…パイロットバーナー、２０２ａ〜２０２ｆ…外周バーナー、２０３…板状部材、２０４…噴出口、２１０…空気ノズル、２２０…燃料ノズル、２３０…バーナーホルダー。
【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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