(57)【要約】      （修正有）【課題】水素を含む燃料の使用において、安定な燃焼と、低ＮＯｘ燃焼性能を維持するガスタービン燃焼器を提供する。【解決手段】ガスタービン燃焼器９は、燃料と空気が供給される燃焼室１と、燃焼室１の上流側に位置し複数の空気孔５５を同心円の列状に形成する空気孔プレート５４と、空気孔プレート５４のそれぞれ空気孔５５の上流側に配置され空気孔５５に対し燃料を供給する複数の燃料ノズル５６とから成る多孔同軸噴流バーナ５０、５３を複数個備え、水素を含む燃料を燃焼するガスタービン燃焼器９において、燃焼室１の上流側側壁に、燃焼室１の中心軸に向く噴出方向を持つ複数の燃焼室側壁空気孔５９と、燃焼室側壁空気孔５９に対して同軸に配置され燃焼室側壁空気孔５９に燃料を供給する燃焼室側壁燃料ノズル６０とから成る燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２を設け、燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２は燃焼室側壁の円周方向に所定間隔をもって複数個配置される。【選択図】図１
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【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空気孔の上流側に配置され、前記空気孔に対して燃料を供給する複数の燃料ノズルとから成る多孔同軸噴流バーナを複数個備え、前記多孔同軸噴流バーナは、前記燃焼室の中心軸側にパイロット多孔同軸噴流バーナが配置されていると共に、該パイロット多孔同軸噴流バーナの周囲に複数個のメイン多孔同軸噴流バーナが配置されて成り、かつ、燃料組成に水素を含む燃料を燃焼するガスタービン燃焼器において、
前記燃焼室の上流側側壁に、前記燃焼室の中心軸に向かう噴出方向を持つ複数の燃焼室側壁空気孔と、該燃焼室側壁空気孔に対して同軸に配置され、該燃焼室側壁空気孔に燃料を供給する燃焼室側壁燃料ノズルとから成る燃焼室側壁同軸噴流バーナを設け、該燃焼室側壁同軸噴流バーナは、前記燃焼室側壁の円周方向に所定間隔をもって複数個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２】
請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、
前記燃焼室は円筒状に形成され、この円筒状の前記燃焼室の前記空気孔プレートに隣接する側壁に、前記燃焼室側壁同軸噴流バーナが設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、
前記燃焼室側壁同軸噴流バーナは、前記燃焼室の軸方向に複数列設置され、かつ、前記燃焼室の軸方向の異なる位置に開口し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乃至３のいずれか１項に記載のガスタービン燃焼器において、
前記燃焼室側壁同軸噴流バーナは、該燃焼室側壁同軸噴流バーナに水素含有燃料を供給する燃焼室側壁多孔同軸噴流バーナ燃料系統に接続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５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガスタービン燃焼器において、
前記パイロット多孔同軸噴流バーナ及びメイン多孔同軸噴流バーナは、それぞれの前記空気孔が配置されたピッチ円直径ごとに、前記燃焼室の中心軸に対して等しい角度ずつ傾斜され、前記各空気孔から噴出する同軸噴流が合流して、らせん状に旋回しながら拡大する旋回流を形成す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乃至５のいずれか１項に記載のガスタービン燃焼器において、
前記燃焼室側壁同軸噴流バーナは、前記空気孔プレートの燃焼室側表面から前記燃焼室の上流側に位置する前記燃料ノズルの出口位置と前記空気孔プレートの燃焼室側表面の距離Ｌａに対して、Ｌａ／２の距離以内となる距離Ｌｂだけ下流側の位置に開口し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３に記載のガスタービン燃焼器において、
前記燃焼室の軸方向に複数列設置されている前記燃焼室側壁同軸噴流バーナは、その列数が、前記燃焼室の上流側に位置し、複数の前記空気孔を有する前記空気孔プレートに形成した前記メイン多孔同軸噴流バーナの列数より少なくとも１列多く配列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、
前記燃焼室側壁同軸噴流バーナは、前記空気孔プレートの燃焼室側表面から燃焼室上流側に位置する前記燃料ノズルの出口位置と前記空気孔プレートの燃焼室側表面の距離Ｌａに対して、Ｌａ／２以内の距離となるＬｂだけ下流側の位置を開始点として、前記空気孔プレートに設けた前記メイン多孔同軸噴流バーナの外接直径Ｌｃと等しい距離Ｌｄの間に、複数列設置され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、複数の同軸噴流ノズルを備え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】
近年、発電コスト低減、資源有効利用、地球温暖化防止の観点から、石油精製所で発生するオフガスや製鉄プロセスで発生するコークス炉ガス（ＣＯＧ：Coke Oven Gas）などの水素（Ｈ２）を含む副生ガスを、発電用ガスタービン用燃料として有効利用することが求められている。
【０００３】
更に、豊富な資源である石炭を酸素でガス化して発電する石炭ガス化発電プラント（ＩＧＣＣ：Integrated coal Gasification Combined Cycle）では、地球温暖化防止の観点より、ＩＧＣＣのガスタービン燃焼器に供給されるガス化燃料中の炭素分を分離・回収するシステムにより、石炭の炭素分を水素に転換して二酸化炭素（ＣＯ２）排出を抑制する方策が、国内外で検討されている。
【０００４】
これらの燃料は、製油所オフガスやＣＯＧで燃料成分の３０〜６０％、二酸化炭素分離回収付のＩＧＣＣプラントでは、燃料のほとんどの成分が水素となる。水素は燃焼速度が速いため、ガスタービン燃焼器内で形成される火炎が燃焼器構造物に接近し、信頼性上の問題を引き起こす可能性がある。
【０００５】
そこで、水素が含まれる燃料に対して、ガスタービン燃焼器の信頼性を確保する燃焼方式としては、ガスタービン燃焼器の燃焼室に直接燃料のみを投入し、燃焼室内で燃料と空気の混合を行なう拡散燃焼方式が有力であるが、この燃焼方式では最も燃焼しやすい状態で火炎が形成されるため、火炎温度が高くなり窒素酸化物（ＮＯｘ）排出量が増大しやすい。
【０００６】
一方、ＮＯｘ排出量の小さい燃焼を行なうには、予め燃料と空気を量論混合比よりも希薄となるよう混合してガスタービン燃焼器に供給する予混合燃焼方式が有力であるが、この予混合燃焼方式では、ガスタービン燃焼器の燃焼室に流入する前から可燃範囲の混合気が形成されているため、火炎の位置がガスタービン燃焼器の構造物に接近しやすく、ガスタービン燃焼器の信頼性上の問題を引き起こす可能性が高くなる。
【０００７】
このようなことから、水素が含まれる燃料をガスタービンに適用する場合であっても、構造物の信頼性と燃焼安定性を確保しながら低ＮＯｘ燃焼を実現する技術が求められている。
【０００８】
燃焼安定性を確保しながら低ＮＯｘ燃焼を実現する構造の一例として、特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１には、燃料ノズルと空気ノズルとを同軸に配置した多数の同軸ノズルを集合化し、予め燃料と空気の分散性を高めてＮＯｘを低減するガスタービン燃焼器の同軸ノズルバーナ（以下、多孔同軸噴流バーナという）により、燃焼安定性を確保しながら低ＮＯｘ燃焼を実現する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１４８７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示されているガスタービン燃焼器は、天然ガスや軽油などの一般的な組成の燃料に関して燃焼安定性を維持して低ＮＯｘ燃焼を実現するものであり、水素を燃料組成に含むガス燃料を、ガスタービン燃焼器に使用する場合の信頼性を確保する技術は開示されていない。
【００１１】
また、水素を組成成分として含むガス燃料を、ガスタービン燃焼器に使用する場合には、水素の燃焼速度が速いことと、水素の必要とする着火エネルギが低いため、ガスタービン燃焼器内で形成される火炎が燃焼器構造物に接近し、信頼性上の問題を引き起こす可能性が高い。
【００１２】
また、水素の必要とする着火エネルギが低く可燃範囲が広いため、何らかの外乱により燃焼室内で火炎が構造物に近接して形成されると、構造物に近接した火炎が位置を次々に変えることにより、連鎖的に圧力波が発生し、燃焼振動と呼ばれる不安定現象が発生する可能性が高くなる。
【００１３】
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、燃料中に水素が含まれる燃料を使用する場合であっても、信頼性の高い安定な燃焼を維持すると共に、低ＮＯｘ燃焼性能を維持することの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】
【００１４】
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空気孔の上流側に配置され、前記空気孔に対して燃料を供給する複数の燃料ノズルとから成る多孔同軸噴流バーナを複数個備え、前記多孔同軸噴流バーナは、前記燃焼室の中心軸側にパイロット多孔同軸噴流バーナが配置されていると共に、該パイロット多孔同軸噴流バーナの周囲に複数個のメイン多孔同軸噴流バーナが配置されて成り、かつ、燃料組成に水素を含む燃料を燃焼するガスタービン燃焼器において、前記燃焼室の上流側側壁に、前記燃焼室の中心軸に向かう噴出方向を持つ複数の燃焼室側壁空気孔と、該燃焼室側壁空気孔に対して同軸に配置され、該燃焼室側壁空気孔に燃料を供給する燃焼室側壁燃料ノズルとから成る燃焼室側壁同軸噴流バーナを設け、該燃焼室側壁同軸噴流バーナは、前記燃焼室側壁の円周方向に所定間隔をもって複数個配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、燃料中に含まれる水素濃度が変動する燃料を使用する場合であっても、広範な負荷範囲にわたって構造物の過熱を避け、燃焼器内の圧力変動を生じにくい信頼性の高い燃焼安定性を維持すると共に、低ＮＯｘ燃焼性能を発揮することのできるガスタービン燃焼器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１のガスタービン燃焼器を備えた水素含有燃料焚きガスタービン発電システムの概略を示す構成図である。
【図２】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の概略を示す断面図である。
【図３】本発明のガスタービン燃焼器の実施例１における同軸噴流バーナを、燃焼室側壁の円周方向に多数配置した状態を示す図２の断面図である。
【図４】本発明の実施例１のガスタービン燃焼器の複数個配置された多孔同軸噴流バーナのうち、メイン多孔同軸噴流バーナにおける燃料ノズルと空気孔から燃焼室に噴出する流体と、燃焼室内の燃焼ガスの流れの状況を説明するための部分拡大断面図である。
【図５】図４に示したメイン多孔同軸噴流バーナを燃焼室側から見た場合を示し、空気孔から噴出する流体と、空気孔の間隙部分に生じる低流速領域の分布状況を説明するための図である。
【図６】図４に示したメイン多孔同軸噴流バーナの低流速領域に、構造物に近接した火炎が形成された際に圧力波が発生する状況を説明するための部分拡大断面図である。
【図７】図６に示したメイン多孔同軸噴流バーナを燃焼室側から見た場合を示し、圧力波の発生と、圧力波に伴う空気孔から噴出する流体の流量の変化及びバーナ構造物に近接した火炎の移動の状況を説明するための図である。
【図８】図６及び図７に示した圧力波の発生と火炎の移動により、定在的な圧力波と定在的な燃料濃度の変動が生じる状況を説明するための部分拡大断面図である。
【図９】図７に示したメイン多孔同軸噴流バーナの低流速領域の一つに、構造物に近接した火炎が発生した場合における燃料ノズルと空気孔から燃焼室に噴出する流体と、燃焼室内の燃焼ガスの流れの様子を示す部分断面図である。
【図１０】図６に示したメイン多孔同軸噴流バーナの低流速領域に、構造物に近接した火炎が形成された場合における圧力波の形成される様子と、同軸噴流から噴出する流体の圧力波に対する挙動を、燃焼室の中心軸と燃焼室側壁に設けた同軸噴流バーナを含む平面で切って示す部分拡大断面図である。
【図１１】本発明のガスタービン燃焼器の実施例２におけるバーナ部分の概略を示す断面図である。
【図１２】本発明のガスタービン燃焼器の実施例２における燃焼器の上流側に位置する多孔同軸噴流バーナと、隣接する燃焼室側壁に設けた同軸噴流バーナの燃料ノズルと、空気孔から燃焼室に噴出する流体と、燃焼室内の燃焼ガスの流れの状況を、燃焼室の中心軸と燃焼室側壁に設けた同軸噴流バーナを含む平面で切って示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明のガスタービン燃焼器の実施例について、図面を用いて以下に説明する。尚、各実施例において、同一部品については同符号を使用する。
【００１８】
本発明のガスタービン燃焼器は、石炭をガス化して得られる水素含有燃料を用いる石炭ガス化複合発電プラントの他、製鉄プラントから得られる副生ガスであるコークス炉ガス（ＣＯＧ：Coke Oven Gas）、高炉ガス（ＢＦＧ：Blast Furnace Gas）、転炉ガス（ＬＤＧ：Linzer Donawitz Gas）あるいはこれらの混合ガスを燃料として使用するガスタービン、ナフサ分解プラントなどから得られる副生ガスなどの水素を組成成分として含むガス燃料を用いるガスタービンに好適な燃焼器である。
【実施例１】
【００１９】
図１に、本発明のガスタービン燃焼器の実施例１を備えた水素含有燃料焚きガスタービンプラントの概略構成を、図２に、図１に示した本発明のガスタービン燃焼器の実施例１の概略構造を、図３に、本発明のガスタービン燃焼器の実施例１における同軸噴流バーナを、燃焼室側壁の円周方向に多数配置した状態を、それぞれ示す。
【００２０】
図１に示す如く、本実施例のガスタービン燃焼器９を有するガスタービンプラントは、燃料組成に水素を含む水素含有燃料２２が供給されるものである。
【００２１】
この水素含有燃料２２によって駆動されるガスタービンプラントは、圧縮機５によって外気が吸入され圧縮された圧縮空気１０が、車室７を経由してガスタービン燃焼器９に燃焼用空気１２として供給され、この燃焼用空気１２がガスタービン燃焼器９に設置されたパイロット多孔同軸噴流バーナ５０、メイン多孔同軸噴流バーナ５３及び後述する燃焼室１の側壁に設けられた燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２から、水素含有燃料２２と共に燃焼室１に噴射されて燃焼するものである。
【００２２】
このガスタービンプラントは、ガスタービン燃焼器９で水素含有燃料２２を燃焼させて発生させた高温高圧の燃焼ガス１３をタービン６に流入させて駆動し、タービン６の回転動力により駆動されることで電力を発生する発電機５０１を備えている。
【００２３】
上述したガスタービン燃焼器９は、外周側に設置された燃焼器外筒２と、燃焼器外筒２の内部に設置された燃焼器ライナー３と、この燃焼器ライナー３の下流側に接続された燃焼器尾筒４とを備えた円筒構造であり、前記燃焼器ライナー３の内部には、水素含有燃料２２と燃焼用空気１２を燃焼させる円筒状の燃焼室１が形成されている。また、燃焼器尾筒４は、円筒形状の燃焼器ライナー３の出口と扇形形状のタービン６の静翼入口の間を滑らかに連絡する部品である。
【００２４】
ガスタービン燃焼器９の燃焼室１内で水素含有燃料２２の燃焼に用いられる燃焼用空気１２は、ガスタービン燃焼器９の燃焼器外筒２と燃焼器ライナー３との間の空間を通じて供給されるが、ガスタービン燃焼器９の頭部に設けた燃焼器エンドカバー８によってせき止められ、この燃焼器エンドカバー８によってせき止められた燃焼用空気１２の一部が、パイロット多孔同軸噴流バーナ５０及びメイン多孔同軸噴流バーナ５３を構成する空気孔プレート５４に形成された複数の空気孔５５、燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２を構成する燃焼室側壁空気孔リング５８に形成された複数の燃焼室側壁空気孔５９に供給される。
【００２５】
また、燃焼用空気１２として供給される以外の圧縮空気１０の一部は、燃焼器ライナー３の壁面に開口した多数の空気孔（図示せず）から冷却空気１１として燃焼室１内に流入しており、この冷却空気１１で、ガスタービン燃焼器９の燃焼室１で発生した高温高圧の燃焼ガス１３により燃焼器ライナー３などの構造物が過熱されないよう冷却される。
【００２６】
ガスタービン燃焼器９に供給される水素含有燃料２２は、燃料遮断弁１０３の下流で、パイロットバーナ燃料系統２２ａとメインバーナ燃料系統２２ｂの２系統に分岐されて供給される。パイロットバーナ燃料系統２２ａには、パイロットバーナ燃料圧力調整弁１０５及びパイロットバーナ燃料流量調整弁１０６がそれぞれ設置されている。同様に、メインバーナ燃料系統２２ｂにも、メインバーナ燃料圧力調整弁１０７及びメインバーナ燃料流量調整弁１０８がそれぞれ設置されている。
【００２７】
パイロットバーナ用燃料及びメインバーナ用燃料は、燃焼器エンドカバー８の外部から燃焼器エンドカバー８の内部に設けた燃料分配器５７の分配流路を通って、パイロット多孔同軸噴流バーナ５０及びメイン多孔同軸噴流バーナ５３の各燃料ノズル５６にそれぞれ配分される。
【００２８】
また、メイン多孔同軸噴流バーナ５３用の水素含有燃料２２の一部は、分岐されて燃焼器外筒２の側壁に設けた燃料マニホールド６１を通り、燃焼室１の側壁に設けた燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２を構成する燃焼室側壁燃料ノズル６０に配分される。
【００２９】
尚、本実施例では、燃焼室１の側壁に設けた燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２に供給する水素含有燃料２２を、メイン多孔同軸噴流バーナ５３用の水素含有燃料２２から分岐させて供給しているが、別に燃焼室側壁多孔同軸噴流バーナ燃料系統２２ｃを設けて、独立に供給しても良い。
【００３０】
また、本実施例のガスタービン燃焼器９は、図１乃至図３に示すように、燃焼室軸心の中央に、主に起動運転に用いる多孔同軸噴流バーナ構造のパイロット多孔同軸噴流バーナ５０が１個配置され、燃焼室軸心の外周側となるパイロット多孔同軸噴流バーナ５０の周囲に、主に負荷運転の際に用いる多孔同軸噴流バーナ構造のメイン多孔同軸噴流バーナ５３が６個配置されており、更に、空気孔プレート５４に隣接した燃焼室１の側壁に、概略の噴出方向としては燃焼室１の中心軸に向かう噴出方向を持つ複数の燃焼室側壁空気孔５９と、この燃焼室側壁空気孔５９に対して燃料を供給する燃焼室側壁燃料ノズル６０からなる燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２が、円筒状の燃焼室１の側壁の円周方向に所定間隔をもって複数個配置された構造となっている。
【００３１】
本実施例のガスタービン燃焼器９を構成する多孔同軸噴流バーナは、多数の燃料、空気の同軸噴流を形成するバーナであり、かつ、燃料と空気の混合の度合いを、燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２を構成する燃焼室側壁空気孔５９の形状及び燃焼室側壁燃料ノズル６０の形状で調整することができる。また、空気孔プレート５４に形成される空気孔５５を、円筒状の燃焼室１の中心軸に対して、ある法則性を持たせて傾斜させることにより、個々の同軸噴流を合流させて一つの流れを形成させることが可能である。
【００３２】
本実施例では、図２に示すように、パイロット多孔同軸噴流バーナ５０及びメイン多孔同軸噴流バーナ５３においては、それぞれの空気孔５５を、配置したピッチ円直径ごとに円筒状の燃焼室１の中心軸に対して等しい角度ずつ傾斜させ、各空気孔５５から噴出する同軸噴流が合流して、らせん状に旋回しながら拡大する旋回流４６を形成するように調整している。
【００３３】
らせん状に旋回しながら拡大する旋回流４６は、下流側に進むほど旋回半径が大きくなって旋回成分速度が低下するので、旋回の中心軸上に誘導する静圧が大きくなり、旋回の中心軸上に逆圧力勾配を誘起して循環流４３を形成する。この循環流４３により、燃焼ガス４４の一部が旋回の中心軸近傍を逆流することで、安定な着火源が上流側に伝播し定常火炎４５が形成される。
【００３４】
このため、本実施例の燃焼室１の上流側に位置し、複数の空気孔５５を有する空気孔プレート５４を燃焼室１側から見ると、図３に示すように、空気孔プレート５４の表面に対して傾斜した噴出方向を持つ空気孔５５が楕円形に観察される。
【００３５】
各空気孔５５は、それぞれのバーナの中心に近いピッチ円直径に配置されたものから順に、１列目空気孔５５−１、２列目空気孔５５−２、３列目空気孔５５−３に分類され、配置されたピッチ円直径ごとに異なる旋回角を持っている。このうち、最もバーナの中心軸に近いピッチ円直径を持つ１列目空気孔５５−１は、循環流４３によってもたらされる着火源となる燃焼ガス４４に最初に触れる同軸噴流を形成するので、特に保炎に関係が深い。
【００３６】
本実施例では、２列目及び３列目空気孔５５−２及び５５−３にも旋回を与えているが、水素濃度が特に高い燃料を使用する場合などで、保炎能力が十分である場合には、２列目及び３列目空気孔５５−２及び５５−３には旋回を与えなくてもよい。また、本実施例では、３列の空気孔で多孔同軸噴流バーナを構成しているが、空気孔列の数は、３列以外の構成も可能である。
【００３７】
前述のように、本実施例では、全ての空気孔５５に旋回が与えられているため、空気孔５５の入口において空気孔５５と同軸に配置されている燃料ノズル５６は、燃焼室１側から見た図３には表れていない。
【００３８】
一方、空気孔プレート５４に隣接した燃焼室１の側壁に設けられた燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２は、上述した如く、燃焼室１の側壁に設けた燃焼室側壁空気孔リング５８の中心方向に向かう燃焼室側壁空気孔５９と、この燃焼室側壁空気孔５９に同軸に配置された燃焼室側壁燃料ノズル６０とにより構成されている。
【００３９】
図３に示すように、燃焼室１の側壁に設けられた燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２は、概略の噴出方向として燃焼室１の中央に向かう噴出方向を持っている。燃焼室１の側壁に設けた燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２から噴出する水素含有燃料２２と燃焼用空気１２の混合気は、概略燃焼室１の中央に向かいメイン多孔同軸噴流バーナ５３の形成する定常火炎４５に合流して燃焼する。
【００４０】
ここで、図４を用いて、メイン多孔同軸噴流バーナ５３から噴出する水素含有燃料２２と燃焼用空気１２の混合気の流れの様態と、燃焼ガス４４の流れを説明する。図４は、図３に示した空気孔プレート５４に複数個配置された多孔同軸噴流バーナのうち、一点鎖線で囲んだ一つのメイン多孔同軸噴流バーナ５３について、燃料ノズル５６と空気孔５５から燃焼室１に噴出する流体と、燃焼室１内の燃焼ガス４４の流れを示すものである。
【００４１】
図４に示したメイン多孔同軸噴流バーナ５３では、空気孔プレート５４が、メイン多孔同軸噴流バーナ５３を構成する燃料ノズル５６と燃焼室１との間に配置されている。また、空気孔プレート５４の上流側には、燃焼用空気１２が引き込まれ、この燃焼用空気１２は、空気孔プレート５４に開口している１列目空気孔５５−１、２列目空気孔５５−２、３列目空気孔５５−３から燃焼室１に噴出される。
【００４２】
この１列目乃至３列目空気孔５５−１乃至５５−３の上流側入口の中央付近には、それぞれの空気孔と同軸上に燃料ノズル５６が配置されている。これらの燃料ノズル５６からは、水素含有燃料２２が、１列目メインバーナ燃料４１−１、２列目メインバーナ燃料４１−２、３列目メインバーナ燃料４１−３として、それぞれ１列目空気孔５５−１、２列目空気孔５５−２、３列目空気孔５５−３の中心部に流入する。
【００４３】
このような構成を採用しているので、空気孔プレート５４の上流側から供給される燃焼用空気１２は、空気孔プレート５４の上流側に形成された広い空間から燃料ノズル５６の周囲の狭い領域を通って、空気孔プレート５４に形成した狭い空間の空気孔５５に流入する。
【００４４】
そのため、空気孔５５の内部には、燃料流及び燃料流の外周側に形成された環状の空気流が、燃料ノズル５６の下流に生じる後流渦や、空気孔入口での燃焼用空気１２の急収縮による剥離渦などの細かい乱れ構造を含んで流下する同軸噴流が形成されることになる。
【００４５】
空気孔プレート５４の空気孔５５を通過した燃料流及び空気流は、空気孔５５より広い空間の燃焼室１に一気に噴出し、空気孔５５の狭い空間で限定されていた渦が大きく拡大して崩壊するにつれて、燃焼室１において燃料流と空気流が急速に混合する。
【００４６】
このように、空気孔プレート５４に複数の燃料ノズル５６と同軸の複数の空気孔５５をそれぞれ配置し、空気孔５５の上流側に燃料ノズル５６を配置する構成にすると、燃焼室１に流入した燃料は急速に分散するため、燃料と空気の混合度が増加し、短距離で急速に混合できる。
【００４７】
前記構成のガスタービン燃焼器９のメイン多孔同軸噴流バーナ５３においては、同軸噴流バーナを構成する空気孔５５の内部において燃料流が中心部を流れ、燃料流の周囲を空気流が流れているため、燃料ノズル５６のごく近傍では可燃範囲の混合気が形成されない。また、空気孔５５の内部と燃焼室１に流入した直後の非常に狭い領域で混合が進行するため、空気孔プレート５４の近傍に火炎が接近しにくく、ガスタービン燃焼器９は信頼性が高い特徴を持つ。
【００４８】
図４に示す本実施例のメイン多孔同軸噴流バーナ５３の同軸噴流バーナを構成する燃料ノズル５６と空気孔５５との位置関係において、メイン多孔同軸噴流バーナ５３の内周側に設置した第１の同軸噴流バーナ部となるバーナ最内周の１列目空気孔５５−１の中心軸は、バーナ中心軸に対して空気孔を配置したピッチ円の円周方向に傾斜している。
【００４９】
図４に示すように、第１の同軸噴流バーナ部となるバーナ最内周の１列目空気孔５５−１の中心軸は、バーナ中心軸に対して空気孔を配置したピッチ円の円周方向に傾斜しているので、第１の同軸噴流バーナ部となるバーナ最内周の１列目空気孔５５−１から噴出する内周燃料の１列目メインバーナ燃料４１−１及び空気流は、バーナ最内周の１列目空気孔５５−１の中心軸に沿って空気孔を配置したピッチ円の接線方向の旋回成分を持って燃焼室１に噴射され、前記の機構により急速に混合されて１列目メインバーナ混合気４２−１となる。
【００５０】
第１の同軸噴流バーナ部となる１列目空気孔５５−１は、図４に示すように円周方向に傾斜した旋回角を持っているため、１列目空気孔５５−１から噴射された１列目メインバーナ混合気４２−１は、燃焼室１の内部で螺旋状に旋回しながら下流側へ流れる旋回流４６となり、燃焼室１の内部で旋回直径を拡大しながら下流側に流出する。
【００５１】
このように拡大しながら流下する旋回流４６は、旋回の中心軸上に逆方向の圧力勾配を誘導するので、図４に示すように、旋回流４６の中で定常火炎４５内の反応により生じた燃焼ガス４４の一部は、循環流（循環ガス）４３として循環し、１列目空気孔５５−１から流入する１列目メインバーナ混合気４２−１に対して活性化エネルギを与えることで、燃焼反応を維持する着火源として機能する。これにより、燃焼室１の内部に安定な円錐状の定常火炎４５が形成される。
【００５２】
一方、空気孔５５の出口近傍では、高速で空気孔５５を流下した燃料及び空気が急に広い空間に噴出して空気孔壁面の拘束を受けなくなるため、後流と呼ばれる流速の低い渦を伴う低流速領域４８が、空気孔プレート５４の燃焼室側表面５４ａの各空気孔と空気孔の間隙部分に生じる。後流と呼ばれる流速の低い渦は、空気孔５５から噴出する高速の同軸噴流によって、空気孔５５の周囲の流体が引きずられるように運動することで生み出される。
【００５３】
このため、空気孔５５から噴出する高速の同軸噴流の１列目メインバーナ混合気４２−１、２列目メインバーナ混合気４２−２及び３列目メインバーナ混合気４２−３から可燃性の混合気を、空気孔５５の間隙部分に引き込む働きをする。
【００５４】
従って、後流を伴う低流速領域４８は、可燃範囲の燃料、空気の混合気を持つ流速の低い領域となるので、水素含有燃料２２のように水素を含む燃料の場合には、この後流を伴う低流速領域４８に空気孔プレート５４に近接した火炎が付着する場合が生じる。
【００５５】
図４においては、３列の空気孔すべてを通る断面を選択して図示しているため、後流を伴う低流速領域４８は小さく見える。しかし、図５に示すように、燃焼室１側から見た場合には、１列目空気孔５５−１と２列目空気孔５５−２及び２列目空気孔５５−２と３列目空気孔５５−３の間隙部分の面積は、空気孔５５の開口面積と同等かそれ以上の面積を占めている。
【００５６】
図５は、図４に示したメイン多孔同軸噴流バーナ５３を燃焼室１側から見た状態を示すものである。図５に網掛けを施して示した部分が、後流を伴う低流速領域４８であり、１列目空気孔５５−１、２列目空気孔５５−２及び３列目空気孔５５−３から噴出する、主流である同軸噴流の１列目メインバーナ混合気４２−１、２列目メインバーナ混合気４２−２及び３列目メインバーナ混合気４２−３に囲まれて、各空気孔と空気孔の間隙部分に分布している。
【００５７】
ここで、比較例として燃焼室１の側壁に燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２を持たない構成の燃焼器のメイン多孔同軸噴流バーナ５３において、後流を伴う低流速領域４８に構造物に近接した近接火炎４９が発生した場合に生じる現象について説明する。
【００５８】
図６は、図４に示したメイン多孔同軸噴流バーナ５３において、後流を伴う低流速領域４８の１つに、構造物に近接した近接火炎４９が発生した場合に、燃料ノズル５６と空気孔５５から燃焼室１に噴出する流体と、燃焼室１内の燃焼ガス４４の流れを示すものである。
【００５９】
また、図７は、図６に示したメイン多孔同軸噴流バーナ５３において、後流を伴う低流速領域４８の１つに、構造物に近接した近接火炎４９が発生した場合に、燃料ノズル５６と空気孔５５から燃焼室１に噴出する流体と、燃焼室１内の燃焼ガス４４の流れを燃焼室１側から見たものである。
【００６０】
図６に示すように、後流を伴う低流速領域４８のうち、２列目空気孔５５−２と３列目空気孔５５−３に挟まれたある箇所に、構造物に近接して近接火炎４９が発生すると、前述したように低流速領域４８には、後流により可燃混合気が燃焼して膨張圧力波７０を発生する。膨張圧力波７０は、近接火炎４９を中心に概略球面状に膨張伝播する。
【００６１】
この際、近接火炎４９は、空気孔プレート５４の表面に近い位置で発生し球面状に拡大するので、近接火炎４９から離れた位置では、膨張圧力波７０に直面した空気孔５５の有効開口面積が小さくなり、膨張圧力波７０の影響は少ない。
【００６２】
しかし、近接火炎４９に隣接した位置の２列目空気孔５５-２及び３列目空気孔５５-３では、膨張圧力波７０を直接受けるため、燃料ノズル５６の出口での圧力落差が膨張圧力波７０により減少する。即ち、２列目メインバーナ燃料４１-２は減少して、図６に示す変化後２列目メインバーナ燃料４１−２ａに、３列目メインバーナ燃料４１-３は減少して、図６に示す変化後３列目メインバーナ燃料４１−３ａになる。
【００６３】
同様に、空気孔プレート５４前後の圧力差も、近接火炎４９に隣接した空気孔以外では、膨張圧力波７０の影響をほとんど受けないが、近接火炎４９に隣接した２列目空気孔５５−２と３列目空気孔５５−３では、膨張圧力波７０により圧力差が縮小して、燃焼用空気１２の流入流量が減少する。このため、近接火炎４９に隣接した２列目空気孔５５−２及び３列目空気孔５５−３では、空気孔から噴出する混合気の流量が減少する。即ち、２列目メインバーナ混合気４２-２は、減少して図６に示す変化後２列目メインバーナ混合気４２−２ａのように、３列目メインバーナ燃料４２-３は、減少して図６に示す変化後３列目メインバーナ混合気４２−３ａのようになる。
【００６４】
図６に示す近接火炎４９が発生した場合の膨張圧力波７０の発生と、近接火炎４９に隣接する２列目空気孔５５-２及び３列目空気孔５５-３からの流量の変化の状況を燃焼室１側から観察すると、図７に示すような状況である。
【００６５】
一方で、膨張圧力波７０の影響を受けて流量が減少した近接火炎４９に隣接した２列目空気孔５５−２及び３列目空気孔５５−３の周囲の空気孔では、当該空気孔に流入するはずであった燃料及び空気の一部が流入することによって流量が増加する。即ち、２列目メインバーナ混合気４２-２は、増加して図7に示す影響後２列目メインバーナ混合気４２−２ｂのように、３列目メインバーナ混合気４２−３は、増加して図７に示す影響後３列目メインバーナ混合気４２−３ｂのようになる。
【００６６】
このため、近接火炎４９の発生した低流速領域に隣接する低流速領域４８では、影響後２列目メインバーナ混合気４２−２ｂ及び影響後３列目メインバーナ混合気４２−３ｂが増加したことにより、低流速領域４８にもたらされる可燃混合気量が増加して、火炎を生じやすくなる。
【００６７】
更に、近接火炎４９との間を隔てる同軸噴流の主流である変化後２列目メインバーナ混合気４２−２ａ及び変化後３列目メインバーナ混合気４２−３ａは、流量が減少しているため、近接火炎４９は、図７に示す近接火炎４９の移動４９ａとして示すように、多孔同軸噴流バーナの旋回方向に従って隣接する低流速領域４８に移動する。
【００６８】
また、図７に示す如く、最初に近接火炎４９を生じた領域では、周囲の空気孔から噴出する混合気量が、変化後２列目メインバーナ混合気４２−２ａ及び変化後３列目メインバーナ混合気４２−３ａとなって流量が減少するため、低流速領域４８にもたらされる可燃混合気量が減少して、近接火炎４９が維持できなくなる。
【００６９】
このようにして、燃焼室１の側壁に燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２を持たない構成の比較例の燃焼器では、メイン多孔同軸噴流バーナ５３の後流を伴う低流速領域４８に近接火炎４９が発生すると、近接火炎４９の発生する膨張圧力波７０と、圧力波の影響による混合気流量の変化によって、隣接する低流速領域４８に次々に火炎が移動するような現象が生じる場合がある。
【００７０】
このような近接火炎４９の移動４９ａが円周方向に何周も繰り返されると、圧力波によって生じた混合気流量の変化によって、発生する膨張圧力波７０の圧力落差が大きくなり、最終的には、図８に示すように、定在的な圧力変動７１と、圧力変動と逆位相で変化する定在的な当量比変動７２が生じるようになる。
【００７１】
このような状態になると、定在的な圧力変動７１によって生じる燃料流量の変動に起因する定在的な当量比変動７２により、定在的な圧力変動７１の変動振幅が大きい状態で固定化されてしまい、燃焼振動と呼ばれる不安定燃焼状態に陥る。燃焼振動が発生すると、燃焼器の構造物には、繰り返し圧力波による応力が作用するため、繰り返し疲労の寿命を消費するなどの信頼性上の問題が発生する。
【００７２】
以上に述べた比較例の構造の燃焼器で発生する可能性のある燃焼振動状態に陥ることを避けるため、本発明の実施例１では、燃焼室１の側壁に燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２を多数設けている。その効果について、図９及び図１０を用いて説明する。
【００７３】
図９は、図４に示したメイン多孔同軸噴流バーナ５３と、隣接する燃焼室１の側壁に設けた燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２の構成において、メイン多孔同軸噴流バーナ５３の低流速領域４８の１つに、構造物に近接した近接火炎４９が発生した場合に、燃料ノズル５６と空気孔５５から燃焼室１に噴出する流体と、燃焼室１内の燃焼ガスの流れの様子を、燃焼室１の側壁に設けた燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２の位置で燃焼室１の中心軸に垂直な断面で、燃焼室１側から見たものである。また、図１０は、図９に示す状況を燃焼室１の中心軸と、燃焼室１の側壁に設けた燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２を含む平面で切ったものである。
【００７４】
図９に示すように、メイン多孔同軸噴流バーナ５３の低流速領域４８の１つに、構造物に近接した近接火炎４９が発生した場合には、燃焼室１の側壁に設けた燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２でも、近接火炎４９に直面する空気孔を持つ燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２では、膨張圧力波７０の影響を受けて、燃料及び空気流量は変動する。即ち、燃焼室側壁同軸噴流バーナ燃料４１−４は、変化後燃焼室側壁同軸噴流バーナ燃料４１−４ａに変化し、同様に燃焼室側壁同軸噴流バーナ混合気４２−４は、変化後燃焼室側壁同軸噴流バーナ混合気４２−４ａに変化する。
【００７５】
ただし、前述のように膨張圧力波７０は、近接火炎４９を中心に球面状に拡大するので、影響を受けるのは近接火炎４９の発生した位置に最も近い位相に開口する燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２のみである。また、燃焼室１の側壁に設けた燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２は、近接火炎４９が生じる空気孔プレート５４の表面とは、燃焼室１の軸方向に異なる位置に開口するため、膨張圧力波７０によってもたらされる混合気の流量変化が火炎４５に到達する際の位相は、燃焼室１の上流側の空気孔プレート５４に相対する燃料ノズル５６で生じる流量変動とは異なってくる。
【００７６】
この位相の差異は、燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２の空気孔が開口している位置が、燃焼室１の軸方向に異なることによる効果であるため、燃焼室１の中心軸と、燃焼室１の側壁に設けた燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２を含む平面で切った部分断面である図１０を用いて説明する。流量変動の位相の違いを明確にするため、図１０には、燃焼振動をもたらすような定在的な圧力変動７１と、空気孔プレート５４に相対する燃料ノズル５６からの混合気の定在的な当量比変動７２も併せて示す。
【００７７】
近接火炎４９が円周方向に移動を繰り返して定在的な圧力変動７１が形成される過程では、前述のように定在的な圧力変動７１によってもたらされる混合気流量の変化によって、圧力変動と逆位相の定在的な当量比変動７２が形成されることで、定在的な圧力変動７１の振幅が増大することが重要な要因である。従って、燃焼振動をもたらす定在的な圧力変動７１の主たる伝播方向は、近接火炎４９が発生するメイン多孔同軸噴流バーナ５３の軸方向と一致し、燃焼室１の中心軸に概略平行な方向となる。
【００７８】
この方向に定在的な圧力変動７１が成長しようとした際、燃焼室１の側壁に設けた燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２は、燃焼室１の軸方向の位置に応じた圧力変動の位相に対応した、燃料流量及び空気流量の変化を呈することとなる。特に、燃焼室１の側壁に設けた燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２の開口する位置と空気孔プレート５４の燃焼室側表面の距離Ｌｂが、空気孔プレート５４に相対するメイン多孔同軸噴流バーナ５３の燃料ノズル５６の出口と空気孔プレート５４の燃焼室側表面との距離Ｌａに対して、Ｌｂ≦Ｌａ／２であるとき、燃焼室１の側壁に設けた燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２は、空気孔プレート５４に相対するメイン多孔同軸噴流バーナ５３の燃料ノズル５６の経験する変動圧力に対して、常に逆位相の圧力変動を経験することとなる。
【００７９】
従って、燃焼室１の側壁に設けた燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２から噴出する燃焼室側壁同軸噴流バーナ混合気４２-４は、図１０に示すメイン多孔同軸噴流バーナ５３の燃料ノズル５６に生じる定在的な当量比変動７２に対して逆位相の当量比変動となり、メイン多孔同軸噴流バーナ５３から供給される混合気の当量比変動による圧力変動を緩和する性質を持つことになる。このため、定在的な圧力変動７１が成長しようとしても、定常火炎４５において燃焼する熱量の変動は緩和され、圧力変動の振幅が増大しないため燃焼振動状態に陥ることを回避することができる。
【００８０】
このように、燃焼室１の側壁に燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２を設け、更に、その開口する位置を空気孔プレート５４の燃焼室側表面から近い位置にすることで、近接火炎４９が発生して円周方向に移動することで発生する定在的な圧力変動７１の振幅が増大することを緩和し、燃焼振動を回避することができる。
【実施例２】
【００８１】
次に、本発明のガスタービン燃焼器の実施例２について、図１１及び図１２を用いて説明する。
【００８２】
本発明の実施例２であるガスタービン燃焼器を有するガスタービンプラントもまた、実施例１と同様の水素含有燃料焚きガスタービン発電プラントであり、プラントの構成及び運用方法は、実施例１と同様である。
【００８３】
図１１に示す如く、本実施例のガスタービン燃焼器９は、燃焼室１の側壁に設けた燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２を、燃焼室１の軸方向に複数列備えていることが実施例１と異なる。即ち、本実施例のガスタービン燃焼器９は、１つの燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２が、概略の燃料噴出方向が燃焼室１の中心軸に向かう噴出方向を持つ複数の燃焼室側壁空気孔５９と、この燃焼室側壁空気孔５９に対して燃料を供給する燃焼室側壁燃料ノズル６０とが、円筒状の燃焼室１の側壁の円周方向に所定間隔をもって複数個配置されて形成され、この燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２が、燃焼室１の軸方向に開口位置が異なるように複数列配置された構造となっている。
【００８４】
また、燃焼室１の側壁の軸方向に複数列配置された燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２に供給される水素含有燃料２２は、軸方向全ての燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２に水素含有燃料２２を供給する燃料マニホールド６１に、燃焼室側壁多孔同軸噴流バーナ燃料系統２２ｃを設けて、独立に供給されることが実施例１と異なる。他の構成は、実施例１と同様である。
【００８５】
このような本実施例は、実施例１よりさらに水素濃度の高い水素含有燃料を燃料とするガスタービン発電プラントや、実施例１よりも高圧力比、高負荷のガスタービン発電プラントに好適である。
【００８６】
ところで、水素濃度のより高い水素含有燃料をガスタービンに使用する場合には、燃料を着火するために必要な最小着火エネルギがさらに低下し、着火しやすくなる上に可燃範囲が広がるため、燃焼室１の上流側に位置する空気孔プレート５４に設けた多孔同軸噴流バーナの空気孔と空気孔の間隙部分に分布する後流を伴う低流速領域４８に近接火炎４９が発生しやすくなる。また、高圧力比のガスタービンで水素含有燃料を使用する場合も、圧縮空気１０の吐出温度が高くなるため、水素濃度が増加した場合と同様に、着火しやすくなる上に、可燃範囲が広がって、近接火炎４９が発生しやすくなる。
【００８７】
上記のように近接火炎４９が発生しやすい条件では、後流を伴う低流速領域４８の１つに近接火炎４９が発生した際に、周囲の低流速領域４８で近接火炎４９が発生しやすくなっている。そのため、近接火炎４９は、図７に例示したように、旋回方向にしたがって円周方向に移動するのみならず、その他の低流速領域４８にも火炎４５の移動が起きるようになる。
【００８８】
このような状況では、実施例１で説明したような、空気孔と空気孔の間隙を円周方向に一周する周期の他に、より短い周期で変動を繰り返すような近接火炎４９の移動経路が形成され、図８に定在的な圧力変動７１として図示した基本波の他に、より高次の圧力変動７１ａや高次の当量比変動７２ａが発生してくるようになる。
【００８９】
このような状況のメイン多孔同軸噴流バーナ５３の１つと、隣接する燃焼室１の側壁に設けた燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２の燃焼室側壁燃料ノズル６０と燃焼室側壁空気孔５９から燃焼室１に噴出する流体と、燃焼室１内の燃焼ガス４４の流れを、燃焼室１の中心軸と、燃焼室１の側壁に設けた燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２を含む平面で切った部分断面の状況を図１２に示す。
【００９０】
実施例２は、上記のように、基本波の他により高周波の圧力変動などが発生しやすい状況に対しても、メイン多孔同軸噴流バーナ５３から高次の当量比変動７２ａを緩和できるよう、燃焼室１の側壁の軸方向に燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２を複数列備えているものである。
【００９１】
本実施例のように、燃焼室１の側壁の軸方向に、開口位置の異なる複数列の燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２を備えると、燃焼室１の側壁における開口位置の違いにより、それぞれの燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２に影響を与える圧力波の位相が異なるので、より高次の圧力変動に対しても影響を緩和するような混合気変化を提供することができる。即ち、燃焼室１の側壁の軸方向に、開口位置の異なる複数列の燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２からの応答の重ね合わせにより、高次の変動に対して緩和するような混合気量の変化を合成することができる。
【００９２】
また、本実施例のように、燃焼室１の側壁の軸方向に開口位置の異なる複数列の燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２を備える場合に考慮すべき倍波の次数は、変動を生み出すメイン多孔同軸噴流バーナ５３で生じうる近接火炎４９の移動ループの数と等しくなり、対象となるメイン多孔同軸噴流バーナ５３の空気孔の列数がＮ列であれば、Ｎ次である。
【００９３】
一方、燃焼室１の側壁の軸方向に設けた燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２群により、合成できる高次の変動の次数は、上記のように燃焼室１の軸方向の開口位置の違いに基づく位相応答の差によるものであるので、燃焼室１の軸方向に設けた列の数をＭとすれば、Ｍ−１次である。従って、燃焼室１の側壁の軸方向に設けた燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２の列数Ｍは、Ｍ≧Ｎ＋１列であることが望ましい。
【００９４】
また、前述のように、燃焼室１の側壁の軸方向に設けた燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２の中で、最も上流側の燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２の開口する位置と空気孔プレート５４の燃焼室側表面の距離Ｌｂは、メイン多孔同軸噴流バーナ５３の燃料ノズル５６の出口と空気孔プレート５４の燃焼室側表面との距離Ｌａに対して、Ｌｂ≦Ｌａ／２であることが望ましい。
【００９５】
更に、メイン多孔同軸噴流バーナ５３の中で、近接火炎４９の移動によって生じる変動の空間的な特性長さは、図１２に示すように、メイン多孔同軸噴流バーナ５３の最も外周側の空気孔(本実施例では３列目)出口に外接する円の直径Ｌｃに相当するものが最大である。燃焼室１の側壁の軸方向に設けた燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２群により、メイン多孔同軸噴流バーナ５３に生じる様々な次数の圧力変動を緩和しようとするためには、メイン多孔同軸噴流バーナ５３に生じる変動の空間的な特性長さの最大のものを表現可能な軸方向の距離を持つことが望ましい。従って、燃焼室１の側壁の軸方向に燃焼室側壁同軸噴流バーナ６２を設ける場合の軸方向の分布長さＬｄは、メイン多孔同軸噴流バーナ５３の最外周空気孔出口に外接する円の直径Ｌｃと概略等しいことが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明は、燃料中に水素が含まれる燃料を使用するガスタービン燃焼器に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００９７】
１…燃焼室、２…燃焼器外筒、３…燃焼器ライナー、４…燃焼器尾筒、５…圧縮機、６…タービン、７…車室、８…燃焼器エンドカバー、９…ガスタービン燃焼器、１０…圧縮空気、１１…冷却空気、１２…燃焼用空気、１３…燃焼ガス、２２…水素含有燃料、２２ａ…パイロットバーナ燃料系統、２２ｂ…メインバーナ燃料系統、２２ｃ…燃焼室側壁多孔同軸噴流バーナ燃料系統、４１−１…１列目メインバーナ燃料、４１−２…２列目メインバーナ燃料、４１−３…３列目メインバーナ燃料、４１−４…燃焼室側壁同軸噴流バーナ燃料、４１−２ａ…変化後２列目メインバーナ燃料、４１−３ａ…変化後３列目メインバーナ燃料、４１−４ａ…変化後燃焼室側壁同軸噴流バーナ燃料、４２−１…１列目メインバーナ混合気、４２−２…２列目メインバーナ混合気、４２−３…３列目メインバーナ混合気、４２−４…燃焼室側壁同軸噴流バーナ混合気、４２−２ａ…変化後２列目メインバーナ混合気、４２−２ｂ…影響後２列目メインバーナ混合気、４２−３ａ…変化後３列目メインバーナ混合気、４２−３ｂ…影響後３列目メインバーナ混合気、４２−４ａ…変化後燃焼室側壁同軸噴流バーナ混合気、４３…循環流(循環ガス)、４４…燃焼ガス、４５…定常火炎、４６…旋回流、４８…低流速領域、４９…近接火炎、４９ａ…近接火炎の移動、５０…パイロット多孔同軸噴流バーナ、５３…メイン多孔同軸噴流バーナ、５４…空気孔プレート、５４ａ…空気孔プレートの燃焼室側表面、５５…空気孔、５５−１…１列目空気孔、５５−２…２列目空気孔、５５−３…３列目空気孔、５６…燃料ノズル、５７…燃料分配器、５８…燃焼室側壁空気孔リング、５９…燃焼室側壁空気孔、６０…燃焼室側壁燃料ノズル、６１…燃料マニホールド、６２…燃焼室側壁同軸噴流バーナ、７０…膨張圧力波、７１…定在的な圧力変動、７１ａ…高次の圧力変動、７２…定在的な当量比変動、７２ａ…高次の当量比変動、１０３…燃料遮断弁、１０５…パイロットバーナ燃料圧力調整弁、１０６…パイロットバーナ燃料流量調整弁、１０７…メインバーナ燃料圧力調整弁、１０８…メインバーナ燃料流量調整弁、５０１…発電機。
【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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