(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、圧力変動の発生を抑制して、燃焼器の信頼性が向上できるガスタービン燃焼器を提供することにある。【解決手段】  本発明は、上記課題を解決するために、燃料と空気が供給される燃焼室と、該燃焼室の上流側壁面に位置し、複数の空気孔が同心円の列状に形成されている空気孔プレートと、該空気孔プレートのそれぞれの空気孔の上流側に配置された複数の燃料ノズルとを備えたガスタービン燃焼器において、前記空気孔プレートは、前記燃焼室側の表面の中心部が該燃焼室側に最も突出している凸型に形成され、かつ、前記空気孔プレートの最も内周側に位置する前記空気孔の軸方向長さが、他の空気孔の軸方向長さより短く形成されていることを特徴とする。【選択図】図４
2012137228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と空気が供給される燃焼室と、該燃焼室の上流側壁面に位置し、複数の空気孔が同心円の列状に形成されている空気孔プレートと、該空気孔プレートのそれぞれの空気孔の上流側に配置された複数の燃料ノズルとを備えたガスタービン燃焼器において、
前記空気孔プレートは、前記燃焼室側表面の中心部が該燃焼室側に最も突出している凸型に形成され、かつ、前記空気孔プレートの最も内周側に位置する前記空気孔の軸方向長さが、他の空気孔の軸方向長さより短く形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２】
燃料と空気が供給される燃焼室と、該燃焼室の上流側壁面に位置し、複数の空気孔が同心円の列状に形成されている空気孔プレートと、該空気孔プレートのそれぞれの空気孔の上流側に配置された複数の燃料ノズルとを備えたガスタービン燃焼器において、
前記空気孔プレートは、前記燃焼室側表面の中心部が該燃焼室側に最も突出している凸型に形成され、かつ、前記燃料ノズル側の最も内周側に位置する前記空気孔の領域が、他の空気孔の領域よりも前記燃焼室側に窪んでい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１又は２に記載のガスタービン燃焼器において、
各列の前記燃料ノズルの先端と前記空気孔プレートの前記燃料ノズル側表面との距離が同等で、かつ、各列の前記燃料ノズルの先端と前記空気孔プレートの前記燃焼室側表面との距離が互いに異なっ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１又は２に記載のガスタービン燃焼器において、
各列の前記燃料ノズルの先端と前記空気孔プレートの前記燃焼室側表面との距離は、前記空気孔プレートの最も内周側が最も短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１に記載のガスタービン燃焼器において、
前記空気孔プレートの最も内周側に位置する前記空気孔の軸方向長さが最も短く形成され、かつ、前記空気孔の軸方向長さは、前記空気孔プレートの外周側に向うに従い段階的に長くなってい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１又は２に記載のガスタービン燃焼器において、
前記燃料ノズルの先端が、前記空気孔の中に挿入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７】
請求項６に記載のガスタービン燃焼器において、
前記燃料ノズル側の最も内周側に位置する前記空気孔の領域が、他の空気孔の領域よりも前記燃焼室側に窪んでいると共に、この窪んでいる領域に、燃料が流れる燃料分配器の一部が突出して配置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８】
請求項７に記載のガスタービン燃焼器において、
前記各燃料ノズルの軸方向長さが同等であ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１又は２に記載のガスタービン燃焼器において、
前記空気孔プレートの燃焼室側の径方向の各空気孔間距離が、前記空気孔プレートの燃料ノズル側の径方向の各空気孔間距離よりも小さくなってい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】
本発明はガスタービン燃焼器に係り、特に、燃料と空気を複数の同軸噴流として燃焼室内に供給するように構成されたものに好適なガスタービン燃焼器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
化石資源を燃料とするガスタービン発電プラントでは、地球温暖化の原因となる二酸化炭素(CO2)の排出量を低減する手段として、発電効率の向上が挙げられる。発電効率の向上には、ガスタービン燃焼器で生成される燃焼ガスの高温化が有効である。しかし、燃焼ガスの高温化に伴い、環境汚染物質である窒素酸化物(NOx)の排出量が増加するため、発電効率の向上とともにNOx排出量の低減が重要な技術課題となっている。
【０００３】
一方、地球温暖化防止策として、水素含有燃料の利用もある。水素含有燃料は、燃焼の際に、CO2排出量が少ないため、近年では、製鉄所で副生するコークス炉ガスや製油所で副生するオフガスなどを燃料として有効利用することが検討されている。また、豊富な資源である石炭をガス化して発電する石炭ガス化複合発電プラント（IGCC ：Integrated coal Gasification Combined Cycle）では、ガスタービンに供給される燃料中の炭素分を回収・貯留するシステム（CCS ：Carbon Capture and Storage）が検討されている。
【０００４】
上記のような副生ガスは、水素を３０％〜６０％含み、IGCCプラントの燃料である石炭ガス化ガスは水素を２５％〜９０％含む。従って、ガスタービン発電プラントにおいては、このような水素含有燃料の需要が高まっている。また、上記のような燃料に含有される水素は、可燃範囲が広く燃焼速度が速いため、燃焼室内の壁面近傍で高温の火炎が形成され、燃焼器の信頼性を損なうことが懸念される。
【０００５】
そこで、高温の火炎が局所的に形成されることを防止する手段として、空気孔プレートに複数の穴を設けることで燃料を分散させ、燃焼室内で均一に燃焼させる方法が有効である。
【０００６】
燃料の分散性を高めて高温の火炎の形成を防止し、NOx排出量を低減する方法として、特許文献１及び２に開示されたものがある。特許文献１及び２には、複数の燃料ノズルと複数の空気孔を備え、燃料流及び燃料流の周囲に形成された空気流を燃焼室に噴射するバーナを複数個配置して、燃料の分散性を高めて高温の火炎の形成を防止する燃焼器が開示されている。また、非特許文献１には、特許文献１で開示されたバーナで水素含有燃料を燃焼させた際に発生する可能性のある圧力変動について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１４８７３４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３３６２１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Asai,T., Koizumi,H., Dodo,S., Takahashi,H., Yoshida,S. and Inoue,H., 2010, “Applicability of a Multiple-Injection Burner to Dry Low-NOx Combustion of Hydrogen-Rich Fuels,” GT2010-22286, Proceedings of ASME Turbo Expo 2010, Glasgow, UK.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
非特許文献１に開示されているように、特許文献１に開示されたバーナで水素含有燃料を燃焼する際、バーナ下流の後流に流入した可燃混合気が着火源となって圧力変動が発生することが懸念される。この圧力変動が発生すると、燃焼器の信頼性を低下させる原因となるため、圧力変動の抑制が強く望まれていた。
【００１０】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、圧力変動の発生を抑制して、燃焼器の信頼性が向上できるガスタービン燃焼器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のガスタービン燃焼器は、上記目的を達成するために、燃料と空気が供給される燃焼室と、該燃焼室の上流側壁面に位置し、複数の空気孔が同心円の列状に形成されている空気孔プレートと、該空気孔プレートのそれぞれの空気孔の上流側に配置された複数の燃料ノズルとを備えたガスタービン燃焼器において、前記空気孔プレートは、前記燃焼室側の表面の中心部が該燃焼室側に最も突出している凸型に形成され、かつ、前記空気孔プレートの最も内周側に位置する前記空気孔の軸方向長さが、他の空気孔の軸方向長さより短く形成されているか、
或いは、前記空気孔プレートは、前記燃焼室側の表面の中心部が該燃焼室側に最も突出している凸型に形成され、かつ、前記燃料ノズル側の最も内周側に位置する前記空気孔の領域が、他の空気孔の領域よりも前記燃焼室側に窪んでいることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、圧力変動の発生を抑制することができ、ガスタービン燃焼器の信頼性が向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１（ａ）】本発明のガスタービン燃焼器の実施例１におけるバーナ部分を示す縦断面図である。
【図１（ｂ）】図１（ａ）の正面図である。
【図２】本発明のガスタービン燃焼器を備えたガスタービンプラントの概略を示す構成図である。
【図３】従来技術におけるバーナ部分を、その下流に形成される流動及び火炎と共に示す縦断面図である。
【図４】本発明の実施例１におけるバーナ部分を、その下流に形成される流動及び火炎と共に示す縦断面図である。
【図５】本発明の実施例２におけるバーナ部分を、その下流に形成される流動と共に示す縦断面図である。
【図６】本発明の実施例３におけるバーナ部分を示す縦断面図である。
【図７】本発明の実施例４におけるバーナ部分を示す縦断面図である。
【図８】本発明の実施例４におけるバーナ部分を、その下流に形成される流動及び火炎と共に示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１４】
まず、本発明のガスタービン燃焼器を備えたガスタービンプラントの概略構成を、図２を用いて説明する。
【００１５】
図２に示す如く、ガスタービンプラント１は、大気より空気１０１を吸入し圧縮する空気圧縮機２と、空気圧縮機２により圧縮した圧縮空気１０２とガス燃料２００を燃焼させ、燃焼ガス１１０を生成する燃焼器３と、燃焼器３で発生した燃焼ガス１１０により駆動されるタービン４と、タービン４の回転動力を利用して発電する発電機６と、ガスタービン４を起動する起動用モータ７とから概略構成されている。
【００１６】
燃焼器３はバーナ８を備えており、このバーナ８は、燃焼室５に空気圧縮機２で圧縮された圧縮空気１０２aを導くための空気孔２１を複数個設けた空気孔プレート２０と、ガス燃料２００を空気孔２１内に向けて噴射する複数の燃料ノズル２２とから成り、複数の空気孔２１と複数の燃料ノズル２２は、一つ一つ対応し、同軸に近い状態で配置されている。
【００１７】
複数の燃料ノズル２２は燃料分配器２３と連結しており、この燃料分配器２３により、燃料ノズル２２に供給するガス燃料２００の系統を分配できるようになっている。
【００１８】
また、ガス燃料２００は、燃料遮断弁６０を通って２つに分岐し、それぞれの系統で燃料圧力調整弁６１a、６２a及び燃料流量調整弁６図１（ｂ）、６２ｂを通過して、ガス燃料２０１、２０２として燃料ノズル２２に供給される。尚、本実施例では、燃料を２系統に分配したが、それ以上の数の系統に分配してもよい。
【００１９】
このように燃料系統を複数に分割すれば、系統数の増加により運転の自由度を拡大できる。ガス燃料２００としては、コークス炉ガスや製油所オフガス、或いは石炭ガス化ガスなどの水素含有燃料が使用される。
【００２０】
次に、図１（ａ）、図（ｂ）に、本発明のガスタービン燃焼器の実施例１におけるバーナ８の詳細を示す。
【００２１】
該図に示す如く、空気孔プレート２０に形成される空気孔２１は、燃焼器３の軸を中心として複数列から成り、本実施例１では、バーナ中心から外側に向けて１列目空気孔２１Ａ、２列目空気孔２図１（ｂ）、３列目空気孔２１Ｃの３列から成る。この空気孔の列数は、２列以上、各列の空気孔数は４孔以上であるのが望ましい。また、各列の空気孔の中心軸は、各列のピッチ円の周方向に傾斜しているため、空気孔を通過した流れは、空気孔の下流で螺旋状に旋回する。
【００２２】
そして、本実施例では、空気孔プレート２０は、燃焼室側表面３０１のバーナ中心が燃焼室５側に最も突出している凸型に形成されており、更に、燃料ノズル側表面３００上において、１列目空気孔２１Ａの領域が、周囲の領域よりも燃焼室５側に窪んでいる構成となっている。
【００２３】
一方、燃料ノズル２２は、各列の燃料ノズル先端と燃料ノズル側表面３００の位置（空気孔の入口位置）の距離が同等となるように、１列目空気孔２１Ａに対応する１列目燃料ノズル２２Ａの長さが、２列目空気孔２図１（ｂ）及び３列目空気孔２１Ｃに対応する２列目燃料ノズル２２Ｂ及び３列目燃料ノズル２２Ｃよりも長くなっている。
【００２４】
従って、各列の燃料ノズル先端と燃焼室側表面３０１の位置（空気孔の出口位置）までの距離（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３：図４参照）は、互いに異なっている。その結果、空気プレート２０の最も内周側に位置する１列目空気孔２１Ａの軸方向長さが、２列目空気孔２図１（ｂ）及び３列目空気孔２１Ｃの軸方向長さよりも短く形成されている。尚、１列目燃料ノズル２２Ａにはガス燃料２０１が供給され、２列目燃料ノズル２２Ｂ及び３列目燃料ノズル２２Ｃにはガス燃料２０２が供給される。
【００２５】
次に、実施例1の構成における作用、効果につて、従来技術と比較して説明する。
【００２６】
まず、図３に従来技術のバーナの下流に形成される流動と火炎の概略図を示す。該図に示す如く、従来技術では、空気孔プレート２０の燃料ノズル側表面３００と燃焼室側表面３０１は、ともに平板状となっており、燃料ノズル２２の長さもすべて等しくなっている。
【００２７】
しかし、従来技術のバーナで水素含有燃料を燃焼させた場合、圧力変動が発生する可能性があり、燃焼状態が不安定になることが考えられる。以下、この圧力変動が発生する原理について説明する。
【００２８】
従来技術では、空気孔プレート２０の燃焼室側表面３０１が平板状となっているため、その下流のデッドスペースに形成される低速領域の後流９０は、下流に大きく拡大している。水素は燃焼速度が速いため、火炎面８３aが火炎面８３b、８３cのように、バーナ近傍まで接近する可能性がある。火炎面がバーナに接近すると、後流９０に可燃範囲の混合気が存在した場合、接近した火炎が着火源となって可燃混合気が着火する可能性がある。
【００２９】
混合気の着火は圧力波を発生させ、後流９０や空気孔２１内及び燃料ノズル２２の出口における圧力が瞬間的に上昇する。燃料ノズル２２の出口の圧力が上昇すると、燃料供給差圧が低下して、燃料流量及び空気流量に対する燃料流量の比（燃空比）が減少する。この燃空比が減少する燃料希薄の条件では、火炎面における燃空比の減少に伴い燃焼速度が減少するため、火炎面は下流に後退する。火炎面が下流に後退すると、燃料供給差圧の低下は解消されて、燃空比が再び増加する。火炎面における燃空比の増加に伴い燃焼速度は増加するため、火炎面は、空気孔プレート２０の近傍に再び接近する。そこに、後流９０に存在する可燃混合気が着火すると、上記の現象が繰り返されて火炎位置が変動し、その結果、圧力変動が発生する。
【００３０】
このように、水素リッチ燃料の燃焼では、後流９０の可燃混合気の着火が原因で圧力変動が発生する。
【００３１】
以上の圧力変動の発生原理から、圧力変動の周波数ｆは、燃料ノズル２２の先端から空気孔プレート２０の燃焼室側表面３０１（空気孔出口）までの距離をＬ、燃料流速をＵｆ、音速をＵａとすると、次の式(１)で表される。
ｆ = １ ／ (Ｌ／Ｕｆ ＋ Ｌ／Ｕａ)        (１)
尚、従来技術では、各列のＬが等しいため、式(１)から各列で発生する圧力変動の周波数は互いに等しい。その結果、各列の圧力変動は同調し、圧力変動の振幅が増大しやすい傾向にある。
【００３２】
以上のように、後流９０の可燃混合気が着火することにより、バーナ近傍まで火炎が接近し、圧力変動が発生する可能性がある。水素を含有しない燃料、例えば液化天然ガス（LNG：Liquefied Natural Gas）などでは、バーナ中央部に火炎を付着させて保炎性を確保するのが一般的である。しかし、水素含有燃料では、燃焼速度が速いために、そのようなバーナ中央部への火炎付着による保炎性の確保は必要なく、むしろ火炎付着により過熱されることによって、バーナの信頼性が低下することが懸念される。従って、水素含有燃料では、バーナのどの位置においても可燃混合気の着火を抑制し、火炎付着を防止する必要がある。
【００３３】
そこで、本発明では、圧力変動の発生原因である後流９０での可燃混合気の着火を抑制するものである。以下、これについて説明する。
【００３４】
図４に実施例１のバーナの下流に形成される流動と火炎の概略図を示す。該図に示す如く、本実施例では、空気孔プレート２０は、燃焼室側表面３０１のバーナ中心が燃焼室５側に最も突出している凸型となっているため、１列目空気孔２１Ａ、２列目空気孔２図１（ｂ）、３列目空気孔２１Ｃ下流のそれぞれの後流９１、９２、９３は、縮小して火炎から遠ざかり、更にバーナの外周から中心に向けてプレート斜面に沿う流れ９９が生じる。
【００３５】
従って、１列目空気孔２１Ａ、２列目空気孔２図１（ｂ）、３列目空気孔２１Ｃ下流のそれぞれの後流９１、９２、９３の可燃混合気は、火炎からの熱を受けにくく、更にプレート斜面に沿う流れ９９により、火炎は下流に押し戻されるため、後流での可燃混合気の着火は抑えられ、圧力変動の発生は抑制されることになる。
【００３６】
更に本実施例では、最内周の１列目空気孔２１Ａ下流の後流９１における可燃混合気の形成を抑制することにより、可燃混合気の着火が抑制できる。しかし、水素含有燃料の水素濃度が高い場合、火炎の燃焼速度がさらに速くなるため、２列目空気孔２図１（ｂ）及び３列目空気孔２１Ｃ下流のそれぞれの後流９２及び９３より火炎に近い、１列目空気孔２１Ａ下流の後流９１に可燃混合気が存在すると、それが着火する恐れが懸念される。
【００３７】
そこで、本実施例では、燃料ノズル側表面３００上の１列目空気孔２１Ａの領域を周囲の領域よりも燃焼室５側に窪ませている。その結果、１列目空気孔２１Ａにおける燃料と空気の混合距離が短くなるため混合が進まず、１列目空気孔２１Ａ下流の後流９１に流入する混合気は可燃範囲から外れる。従って、火炎が１列目空気孔２１Ａ下流の後流９１に接近しても、そこに存在する混合気は可燃範囲から外れているため、混合気が着火することはなく、圧力変動の発生は抑制される。
【００３８】
更に本実施例では、各列の圧力変動の周波数を離調することにより、圧力変動の発生を抑制している。即ち、各列の燃料ノズルの先端から空気孔プレート２０の燃焼室側表面３０１（空気孔出口）までの距離をＬｉ（ｉ：列番号、ｉ=１、２、３）とすると、Ｌｉは各列でそれぞれ異なるため、式(１)から各列の圧力変動の周波数ｆｉ（ｉ：列番号、ｉ=１、２、３）はそれぞれ異なる。
【００３９】
従って、各列の圧力変動は離調されるため、圧力変動の振幅は増大することがなく、圧力変動の発生は抑制される。それに加え、各列でＬｉが異なっているため、可燃混合気の着火により発生した圧力波が、各燃料ノズル先端に到達した際の圧力波の位相は互いに異なっている。よって、圧力波は、お互いに強め合うことはなく、圧力変動は抑制される。
【００４０】
以上説明したように、本実施例によれば、後流での可燃混合気の着火の抑制、１列目空気孔下流の後流での可燃混合気の形成の抑制、及び各列の圧力変動の周波数の離調の３つの効果により、水素含有燃料の燃焼において圧力変動の発生を抑制でき、燃焼器の信頼性が向上できる。
【実施例２】
【００４１】
図５に、本発明のガスタービン燃焼器の実施例２におけるバーナの詳細を示す。
【００４２】
該図に示す実施例２の特徴は、空気孔プレート２０の軸方向長さが、バーナの中心側が最も短く、外側に向かう従い段階的に長くなっている点である。即ち、１列目空気孔２１Ａ、２列目空気孔２図１（ｂ）、３列目空気孔２１Ｃの軸方向長さをそれぞれＬａ１、Ｌａ２、Ｌａ３とすると、Ｌａ１ ＜Ｌａ２ ＜Ｌａ３の関係になっている。また、各列の燃料ノズル先端から空気孔入口までの距離Ｌｆは、同じである。
【００４３】
このような構成の実施例２においては、２列目空気孔２図１（ｂ）、３列目空気孔２１Ｃ下流の後流９２、９３においても、可燃混合気の形成を抑制できる。即ち、実施例２は、実施例１と比べて、２列目空気孔２図１（ｂ）及び３列目空気孔２１Ｃにおける燃料と空気の混合距離が短くなるため、２列目空気孔２図１（ｂ）、３列目空気孔２１Ｃにおいても混合が進まず、２列目空気孔２図１（ｂ）及び３列目空気孔２１Ｃ下流のそれぞれの後流９２及び９３に流入する混合気は可燃範囲から外れる。
【００４４】
従って、水素含有燃料の水素濃度がより高く、火炎が２列目空気孔２図１（ｂ）及び３列目空気孔２１Ｃ下流のそれぞれの後流９２及び９３にも接近する場合であっても、後流９２，９３に存在する混合気は可燃範囲から外れているため、混合気が着火することはなく、圧力変動の発生は抑制される。
【００４５】
更に、各列の燃料ノズル先端から空気孔プレート燃焼室側表面３０１までの距離Ｌｉ（ｉ：列番号、ｉ=１、２、３）はＬｆ＋Ｌａｉとなり、それぞれ異なるため、式(１)から各列の圧力変動の周波数ｆｉ（ｉ：列番号、ｉ=１、２、３）はそれぞれ異なる。従って、各列の圧力変動は離調されるため、圧力変動の振幅は増大することがなく、圧力変動の発生は抑制される。
【００４６】
以上のことから、実施例２は、より高い水素濃度の燃料に対しても圧力変動の発生の抑制に効果がある。
【実施例３】
【００４７】
図６に、本発明のガスタービン燃焼器の実施例３におけるバーナの詳細を示す。
【００４８】
該図に示す実施例３の特徴は、各列の燃料ノズル２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの先端部を、各列の空気孔２１Ａ、２図１（ｂ）、２１Ｃの内部に挿入し、各列の燃料ノズル２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの先端部を、より燃焼室５側に位置させた点である。各列の燃料ノズル２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの先端部から各列の空気孔２１Ａ、２図１（ｂ）、２１Ｃの入口までの距離は同等である。また、各列の燃料ノズル側の最も内周側に位置する空気孔２１Ａの領域が、他の空気孔２図１（ｂ）、２１Ｃの領域よりも燃焼室側に窪んでおり、この窪み部に燃料２０１が流れる燃料分配器２３の一部を下流側に突出させて配置し、燃料ノズル２２Ａの軸方向長さが燃料ノズル２２Ｂ、２２Ｃの軸方向長さと同じになっている。尚、空気孔プレート２０の形状や燃料系統などその他の構成は実施例１と同様である。
【００４９】
このような構成の実施例３においては、実施例１と比べて、いずれの空気孔においても燃料と空気の混合距離が短くなるために混合が進まず、後流に流入する混合気は可燃範囲から外れる。従って、水素含有燃料の水素濃度がより高く、火炎が後流により接近する場合であっても、混合気が着火することはなく、圧力変動の発生は抑制される。実施例３もより高い水素濃度の燃料に対しても圧力変動の発生の抑制に効果がある。また、燃料ノズル２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの長さをすべて同様にしているため、製作コストや製作上のメリットが生じると共に、燃料ノズル２２Ａが短くなった分強度が上がるため信頼性が向上する。
【実施例４】
【００５０】
図７に、本発明のガスタービン燃焼器の実施例４におけるバーナの詳細を示す。
【００５１】
該図に示す実施例４の特徴は、実施例１の各列の空気孔２１Ａ、２図１（ｂ）、２１Ｃにおいて、各列の空気孔２１Ａ、２図１（ｂ）、２１Ｃの中心を、空気孔プレート２０の燃料ノズル側表面３００から燃焼室側表面３０１に向うに従い狭くなるように傾斜させて、空気孔プレート２０の燃焼室側表面３０１での径方向の空気孔間距離が、空気孔プレート２０の燃料ノズル側表面３００での径方向の空気孔間距離よりも小さくなっている点である。
【００５２】
即ち、各列の空気孔プレート２０の燃焼室側表面３０１での径方向の空気孔間距離をＤｅｘｉ（ｉ：列番号、ｉ=１、２、３）、空気孔プレート２０の燃料ノズル側表面３００での径方向の空気孔間距離をＤｅｎｉ（ｉ：列番号、ｉ=１、２、３）とすると、 Ｄｅｘｉ ＜Ｄｅｎｉ（ｉ=１、２、３）としたものである。尚、燃料ノズルや燃料系統などその他の構成は実施例１と同様である。
【００５３】
このような構成の実施例４においては、実施例１に比べて、より下流に火炎をバーナから遠ざけることができ、バーナ後流での可燃混合気の着火を抑制することができる。この火炎をバーナから遠ざける原理を、図８を用いて以下に説明する。
【００５４】
該図に示す如く、各列の空気孔２１Ａ、２図１（ｂ）、２１Ｃにおいては、空気孔プレート２０の燃焼室側表面３０１での径方向の空気孔間距離Ｄｅｘｉが，空気孔プレート２０の燃料ノズル側表面３００での空気孔間距離Ｄｅｎｉよりも小さくなっているため、バーナ下流には流線８０（燃焼器横断面における旋回流の軸方向速度の流線）で示す旋回流が形成される。この旋回流は、図中に示す点Ｐまで徐々に旋回半径を小さくしながら噴出し、点Ｐからは旋回半径が拡大する。
【００５５】
このような縮小・拡大旋回流の形成により、火炎はバーナから離れた位置に保持される。旋回半径が小さくなる空気孔プレート２０から点Ｐまでの領域では、角運動量保存則より旋回方向速度成分が増加するため、旋回軸付近には、流れ方向に圧力が低下する順方向圧力勾配が生じる。一方、旋回半径が大きくなる点Ｐより下流の領域では、旋回方向速度成分が減少するため、旋回軸付近には、流れ方向に圧力が上昇する逆方向圧力勾配が生じる。その結果、燃焼器軸付近には図に示す圧力分布が形成される。
【００５６】
このような圧力分布により、バーナ下流側にある燃焼ガスの一部は、循環流８２として上流に逆流するが、上記の順圧力勾配が存在するため、燃焼ガスは、点Ｐを越えて空気孔プレート２０には接近できない。従って、空気孔プレート２０から離れた保炎点８１を基点に火炎８３が保持される。このようにして実施例４は、実施例１に比べて、より下流に火炎をバーナから遠ざけることができる。
【００５７】
よって、水素含有燃料の水素濃度がより高く、燃焼速度が速い場合であっても、火炎がバーナから離れた位置に保持されるため、後流の混合気が着火することはなく、圧力変動の発生が抑制される。従って、実施例４も、より高い水素濃度の燃料に対しても圧力変動の発生の抑制に効果がある。
【００５８】
以上の実施例は、水素含有燃料を対象に説明したが、水素を含有しない燃料、例えば液化天然ガス（LNG）などに対しても有効であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５９】
１…ガスタービンプラント、２…空気圧縮機、３…燃焼器、４…タービン、５…燃焼室、６…発電機、７…ガスタービン起動用モータ、８…バーナ、１０…外筒、１２…主室ライナ、１３…燃焼器エンドカバー、２０…空気孔プレート、２１…空気孔、２１Ａ…１列目空気孔、２図１（ｂ）…２列目空気孔、２１Ｃ…３列目空気孔、２２…燃料ノズル、２２Ａ…１列目燃料ノズル、２２Ｂ…２列目燃料ノズル、２２Ｃ…３列目燃料ノズル、２３…燃料分配器、６０…燃料遮断弁、６１a、６２a…燃料圧力調整弁、６図１（ｂ）、６２b…燃料流量調整弁、８０…燃焼器横断面における旋回流の軸方向速度の流線、８１…保炎点、８２…循環流、８３、８３a、８３b、８３c…火炎面、９０…後流、９１…１列目空気孔下流の後流、９２…２列目空気孔下流の後流、９３…３列目空気孔下流の後流、９９…プレート斜面に沿う流れ、１０１…空気、１０２、１０２a…圧縮空気、１０３…冷却空気、１１０…燃焼ガス、１１１…排気ガス、２００、２０１、２０２…ガス燃料、３００…燃料ノズル側表面、３０１…燃焼室側表面。
【図１（ａ）】
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【図１（ｂ）】
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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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