CN102032569B - 燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃烧器及其运转方法。本发明的目的在于提供一种在燃气轮机燃烧器中，同时获得低NO_X与燃烧稳定性的结构。本发明的燃烧器(2)，具备：供给燃料与空气的燃烧室(50)；位于燃烧室(50)的上游侧，具有多个空气孔(32)的空气孔板(33)；向空气孔板(33)的空气孔(32)供给燃料的燃料喷嘴(31)。其特征是，空气孔板(33)的燃烧室侧的面的中心位于比最外周侧的空气孔(32)的出口更靠燃烧室(50)侧。

Description

燃烧器

技术领域

本发明涉及燃烧器及其运转方法。

背景技术

对于环境的控制或社会的要求日益增强，即使燃气轮机，也要求更高效率化、低NO_X化。

作为用于使燃气轮机高效率化的一项措施，考虑过提高涡轮机入口气体温度，但担心伴随此时燃气轮机燃烧器中的火焰温度的上升，NO_X的排出量增加。

在专利文献1(日本特开2005-106305号公报)中公开有下述燃料燃烧用喷嘴：具备向燃烧室供给燃料的燃料喷嘴与位于该燃料喷嘴的下游侧、供给氧化剂的氧化剂喷嘴，并将燃料喷嘴的喷出孔与氧化剂喷嘴的喷出孔配置于同轴上。另外，在专利文献1中，为了即使由燃料与空气形成的同轴射流产生的火焰被吹灭，也可重新点火，将具备氧化剂喷嘴的板的外周侧部件形成为比中心侧部件厚(图1)。

但是，在专利文献1中没有考虑NO_X降低。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种在燃烧器中同时获得具有低NO_X和燃烧稳定性的结构。

本发明是一种燃烧器，具备：供给燃料与空气的燃烧室；位于上述燃烧室的上游侧、具有多个空气孔的空气孔板；向上述空气孔板的空气孔供给燃料的燃料喷嘴，其特征在于，上述空气孔板的燃烧室侧的面的中心比最外周侧的上述空气孔的出口更位于燃烧室侧。

根据本发明，能够提供在燃烧器中同时获得低NO_X和燃烧稳定性的结构。

附图说明

图1是表示构成实施例1的燃气轮机燃烧器的燃料供给部的燃料喷嘴头部和燃料喷嘴及空气孔板之间的配置的详细状况的局部结构图。

图2是从燃烧室侧观察图1所示的实施例1的空气孔板的正视图。

图3是表示适用实施例1的燃气轮机燃烧器的燃气轮机设备的概略结构的设备系统图。

图4是表示在构成实施例1的燃气轮机燃烧器的燃料供给部的燃料喷嘴头部和燃料喷嘴及空气孔板的配置中的燃料室内的燃料流与空气流的流动状态的图。

图5是表示构成实施例1的燃气轮机燃烧器的燃料供给部的燃料喷嘴头部和燃料喷嘴及空气孔板之间的配置的详细状况的局部结构图(变形例)。

图6是表示构成实施例1的燃气轮机燃烧器的燃料供给部的燃料喷嘴头部和燃料喷嘴及空气孔板的配置的详细状况的局部结构图(变形例)。

图7是从燃烧室侧观察图6所示的实施例1的空气孔板的正视图(变形例)。

图8是表示构成作为实施例1的燃气轮机燃烧器的燃料供给部的燃料喷嘴头部和燃料喷嘴及空气孔板的配置中的燃料室内的燃料流与空气流的流动状态的图(变形例)。

图9是表示构成作为实施例2的燃气轮机燃烧器的燃料供给部的燃料喷嘴头部和燃料喷嘴及空气孔板的配置的详细状况的局部结构图。

图10是从燃烧室侧观察图9所示的实施例2的空气孔板的正视图。

图11是表示构成作为实施例3的燃气轮机燃烧器的燃料供给部的燃料喷嘴头部和燃料喷嘴及空气孔板的配置的详细状况的局部结构图。

图12是从燃烧室侧观察图11所示的实施例3的空气孔板的正视图。

图13是表示构成作为实施例4的燃气轮机燃烧器的燃料供给部的燃料喷嘴头部和燃料喷嘴及空气孔板的配置的详细状况的局部结构图。

图14是从燃烧室侧观察图13所示的实施例4的空气孔板的正视图。

图15是放大图3的A部、B部的图。

图16是表示构成实施例5的燃气轮机燃烧器的燃料供给部的燃料喷嘴头部和燃料喷嘴及空气孔板的配置的详细状况的局部结构图。

图17是从燃烧室侧观察图16所示的实施例5的空气孔板的正视图。

图18是表示构成实施例5的燃气轮机燃烧器的燃料供给部的燃料喷嘴头部和燃料喷嘴及空气孔板的配置的详细状况的局部结构图(变形例)。

图19是表示构成实施例5的燃气轮机燃烧器的燃料供给部的燃料喷嘴头部和燃料喷嘴及空气孔板的配置的详细状况的局部结构图(变形例)。

图20是表示构成实施例6的燃气轮机燃烧器的燃料供给部的燃料喷嘴头部和燃料喷嘴及空气孔板的配置的详细状况的局部结构图。

图21是从燃烧室侧观察图20所示的实施例6的空气孔板的正视图。

图22是从燃烧室侧观察配置7个图20所示的实施例6的燃烧嘴的燃气轮机燃烧器的空气孔板的正视图。

图23是供给燃料的燃烧嘴的燃空比条件相对于燃气轮机燃烧器的燃气轮机负荷的一个例子。

图24是供给燃料的燃烧嘴的燃空比条件相对于图22所示的燃气轮机燃烧器的燃气轮机负荷的一个例子。

图25是表示构成实施例7的燃气轮机燃烧器的燃料供给部的燃料喷嘴头部和燃料喷嘴及空气孔板的配置的详细状况的局部结构图。

图26是从燃烧室侧观察图25所示的实施例7的空气孔板的正视图。

图27是表示构成实施例8的燃气轮机燃烧器的燃料供给部的燃料喷嘴头部和燃料喷嘴及空气孔板的配置的详细状况的局部结构图。

图28是从燃烧室侧观察图27所示的实施例8的空气孔板的正视图。

图29是参考例1的燃烧器的剖视图。

图30是参考例1的燃烧器的预混合器、主室燃烧筒部的放大图。

图31是参考例1的燃气轮机燃烧器的工作状态的说明图。

图32是参考例2的燃气轮机燃烧器的结构图。

图33是从燃烧器上游侧观察圆锥形的隔壁的结构图。

图34是圆锥形的隔壁的截面结构图。

图35是说明由扩散燃料喷嘴的喷射倾角引起的CO的产生量的图。

图36是参考例2的变形例的燃烧器的概略结构图。

图37是说明参考例2的燃烧器的燃料流量运用例的图。

图38是说明参考例2的燃烧器的预混合喷嘴燃空比的运用例的图。

图39是表示参考例2的燃烧器的NO_X特性例的图。

图40是表示参考例3的燃气轮机燃烧器的纵剖侧视图。

图41是沿图40的A-A线的剖视图。

图42是表示参考例3的燃烧器的燃料流量运用例的图。

图43是用于说明扩散燃料喷嘴的节流效果的图，是表示燃料喷出孔与节流部的关系的特性图。

图44表示参考例4-1的燃烧器的局部横剖视图。

图45表示参考例4-1的燃烧器的局部俯视图。

图46是表示参考例4-1的燃烧器的局部纵剖视图。

图47是参考例4-1的燃烧器的局部纵剖视图。

图48是参考例4-1的燃烧器的局部横剖视图。

图49是参考例4-1的燃烧器整体的结构剖视图。

图50表示参考例4-1的燃烧器的局部横剖视图。

图51表示参考例4-1的燃烧器的局部纵剖视图。

图52表示参考例4-1的燃烧器的局部俯视图。

图53表示参考例4-1的燃烧器的局部横剖视图。

图54表示参考例4-1的燃烧器的局部纵剖视图。

图55表示参考例4-1的燃烧器的局部俯视图。

图56表示参考例4-1的燃烧器的局部横剖视图。

图57表示参考例4-1的燃烧器的局部纵剖视图。

图58表示参考例4-1的燃烧器的局部俯视图。

图59表示参考例4-1的燃烧器的局部横剖视图。

图60表示参考例4-1的燃烧器的局部纵剖视图。

图61表示参考例4-1的燃烧器的局部俯视图。

图62表示参考例4-1的燃烧器的局部横剖视图。

图63表示参考例4-1的燃烧器的局部纵剖视图。

图64表示参考例4-1的燃烧器的局部俯视图。

图65表示参考例4-1的燃烧器的局部横剖视图。

图66表示参考例4-1的燃烧器的局部纵剖视图。

图67表示参考例4-1的燃烧器的局部俯视图。

图68表示参考例4-2的燃烧器的局部俯视图。

图69表示参考例4-3的燃烧器的局部俯视图。

图70是比较三个实施例的回旋强度的图。

图71是以参考例4-2为基准、比较三个参考例的回旋强度的衰减的图。

图72是表示参考例5的燃料喷嘴、空气喷嘴和障碍物及其位置关系以及空气流、燃料喷流的流动的剖视图。

图73是从空气喷嘴下游观察参考例5的空气喷嘴的正视图。

图74是表示参考例5的燃料喷嘴、空气喷嘴、障碍物、支撑部件及其位置关系以及空气流、燃烧喷流的流动的剖视图。

图75是参考例5的空气喷嘴及支撑部件的剖视图。

图76是表示参考例5的空气喷嘴及空气喷嘴板、障碍物、支撑部件的结构例的剖视图。

图77是表示参考例5的障碍物与支撑部件的结构例的图。

图78是表示参考例5的空气喷嘴板及槽加工的例子的剖视图及正视图。

图79是表示参考例5的空气喷嘴及空气喷嘴板、障碍物、支撑部件的结构例的剖视图。

图80是表示参考例5的空气喷嘴板及槽加工的例子的剖视图及后视图。

图81是表示参考例5的支撑部件的截面形状的例子的剖视图。

图82是表示参考例5的障碍物的支撑方法例及障碍物与支撑部件的结构例的图。

图83是表示参考例5的障碍物的支撑方法例的图。

图84是表示参考例5的障碍物的形状的变化的图及表示纵涡流的产生的图。

图85是表示参考例5的障碍物的形状的变化的图。

图86是表示燃气轮机燃烧器的整体的概略图。

图87是以侧剖视图表示参考例6-1的燃气轮机燃烧器的结构且概略地表示具有该部件的燃气轮机设备的整体结构的概略结构图。

图88是表示构成参考例6-1的燃气轮机燃烧器的燃烧嘴的详细结构的侧剖视图。

图89是构成参考例6-1的燃气轮机燃烧器的燃烧嘴的沿图88中III-III截面的混合室壁的横剖视图。

图90是构成参考例6-1的燃气轮机燃烧器的燃烧嘴的沿图88中的IV-IV截面的混合室壁的横剖视图。

图91是表示构成参考例6-2的燃气轮机燃烧器的燃烧嘴的详细结构的侧剖视图。

图92是放大地表示参考例6-3的燃气轮机燃烧器的入口部分的侧剖视图。

图93表示参考例7的燃气轮机设备的整体结构。

图94表示作为参考例7的燃烧器的燃烧嘴结构的剖视图。

图95表示作为参考例7-1的流道的空气导入孔714部的剖视图(图94的III-III截面)。

图96表示作为参考例7-1的流道的空气导入孔716部的剖视图(图94的IV-IV截面)。

图97表示作为参考例7-1的流道的空气导入孔的燃料供给部的剖视图(图93的V-V截面)。

图98表示作为参考例7-2的流道的空气导入孔的燃料供给部的剖视图。

图99表示作为参考例7-3的燃烧器的燃烧嘴结构的剖视图。

图100表示作为参考例7-4的燃烧器的燃烧嘴结构的剖视图。

图101是包括参考例8的整体剖视图的说明图。

图102是参考例8的喷嘴部详细说明图。

图103是参考例8的空气喷嘴展开图。

图104是参考例8的空气喷嘴展开图。

图105是表示参考例8的空气喷嘴的坐标系的图。

图106是表示由空气喷嘴板的直管部而在燃烧室产生的燃料浓度分布的图。

图107是表示由空气喷嘴板的倾斜部而在燃烧室产生的燃料浓度分布的图。

图108是表示由参考例8的空气喷嘴板而在燃烧室产生的燃料浓度分布的图。

图109是表示参考例9-1的空气孔板的结构图。

图110是表示燃烧器的概略结构和燃烧器内部的燃料流、空气流的流向的图。

图111是表示燃烧器截面及压缩机与涡轮机的系统的图(参考例9-1)。

图112是表示参考例9-1的燃烧器内的气流的概略的图。

图113是表示参考例9-2的空气孔板的结构图。

图114是表示参考例9-3的空气孔板的结构图。

图115是表示燃烧器截面及压缩机与涡轮机的系统的图(参考例9-3)。

图116是放大燃料喷嘴的前端部的图。

图中：

1-压缩机、2-燃烧器、3-涡轮机、4-壳、6-燃烧嘴、10-燃烧器套筒、11-气流套筒、12-尾筒内筒、13-尾筒外筒、20-发电机、21-轴、30-燃料喷嘴头部、31-燃料喷嘴、32-空气孔、33-空气孔板、35-燃料喷流、36-空气喷流、40-循环流、41-火焰、42-滞流、43-连接部、43a，43b-区域、44-气流、50-燃烧室、51-内周同轴喷流喷嘴组、52-外周同轴喷流喷嘴组、60-起动喷嘴、70-运转例(燃烧嘴局部燃空比)、71，72-下限条件、100-吸入空气、101-高压空气、102-高温燃烧气体、200-燃料、201-F1燃料、202-F2燃料、211，212-燃料流量调整阀、1000-燃气轮机设备

具体实施方式

下面，对各实施例进行说明。

实施例1

图3是表示发电用燃气轮机设备1000的整体结构的系统图。

在图3中，发电用燃气轮机具备：对吸入空气100进行加压而产生高压空气101的压缩机1；使由压缩机1产生的高压空气101与燃料200燃烧且产生高温燃烧气体102的燃烧器2；由燃烧器2产生的高温燃烧气体102驱动的涡轮机3；通过涡轮机3驱动而旋转并产生电力的发电机20；将压缩机1、涡轮机3及发电机20一体连接的轴21。

并且，燃烧器2装于罩4的内部。

另外，燃烧器2其头部具有燃烧嘴6，在成为该燃烧嘴6的下游侧的燃烧器2的内部具有隔开高压空气与燃烧气体的大致圆筒状的燃烧器套筒10。

在该燃烧器套筒10的外周配设有成为形成使高压空气流入的空气流道的外周壁的气流套筒11。气流套筒11比燃烧器套筒10的直径大，并配置成与燃烧器套筒10大致同心圆的圆筒状。

燃烧器套筒10的下游侧配设有用于将在燃烧器2的燃烧室50产生的高温燃烧气体102向涡轮机3引导的尾筒内筒12。另外，在尾筒内筒12的外周侧配设有尾筒外筒13。

吸入空气100由压缩机1压缩后成为高压空气101。高压空气101在充满罩4内后，流入尾筒内筒12和尾筒外筒13之间的空间，从外壁面对尾筒内筒12进行对流冷却。

另外，高压空气101通过形成于气流套筒11和燃烧器套筒10之间的环状的流道流向燃烧器的头部。高压空气101在流动途中，用于燃烧器套筒10的对流冷却。

另外，高压空气101的一部分从设于燃烧器套筒10的多个冷却孔流入燃烧器套筒内，用于燃烧器套筒10的膜冷却。

未用于燃烧器套筒10的膜冷却的高压空气101从设于位于燃烧室50的上游侧壁面的空气孔板33的多个空气孔32流入燃烧器套筒10内。

从多个空气孔32流入燃烧器套筒10的高压空气101与从燃料喷嘴31喷出的燃料200一起在燃烧室50内燃烧并产生高温燃烧气体102。该高温燃烧气体102通过尾筒内筒12供给涡轮机3。

高温燃烧气体102驱动涡轮机3后被排出，成为废气103。

由涡轮机3得到的驱动力通过轴21传递给压缩机1及发电机20。

由涡轮机3得到的驱动力的一部分驱动压缩机1并加压空气而产生高压空气。另外，由涡轮机3得到的驱动力的另一部分使发电机20旋转并产生电力。

接着，对燃烧器2的结构进行说明。

在本实施例的燃烧器2的燃烧嘴6中，喷出燃料的多个燃料喷嘴31安装于燃料喷嘴头部30。另外，空气孔板33具备的多个空气孔32与燃料喷嘴31一一对应，分别位于对应的燃料喷嘴31的下游侧。

图15的A部详细图、B部详细图表示在图3记载的燃烧器2中，A部及B部的一对燃料喷嘴31与空气孔32的配置关系。

在A部，燃料喷嘴31与设于空气孔板33的空气孔32以两者的轴线位于同一线上的方式配置。另一方面，在B部，相对于燃料喷嘴31的中心轴，空气孔32的中心轴倾斜(细节将后述)。因此，由包含空气孔板的中心轴的平面切割的空气孔板的切割面形状如B部详细图所示。另外，图1～图14中的全部的空气孔形状方便地用直管形状表示。如A部、B部所示，在空气孔的内部，以空气喷流36包围燃料喷流35的周围的方式流动。这种燃料喷流35及空气喷流36的同轴喷流形成与燃料喷嘴31和空气孔32的对数相应的多个。在本发明中，将一对燃料喷嘴与空气孔的组合称为同轴喷流喷嘴。

通过形成多个燃料喷流35

与空气喷流36的小的同轴喷流，增加燃料与空气的界面。因此，在空气孔32的出口侧，形成促进了燃料喷流35与空气喷流36的混合的混合气。通过使该混合气在燃烧器2的燃烧室50燃烧，能够使火焰温度均匀化，能够抑制NO_X的产生量。

另外，燃烧嘴6具备F1燃料201和F2燃料202的两个燃料系统。各自的燃料系统具备燃料流量调整阀211、212。并且，F1燃料201的流量由燃料流量调整阀211进行调节，F2燃料202的流量由燃料流量调整阀212进行调节。并且，控制燃气轮机设备1000的发电量。

图1是放大了图3的燃气轮机设备中的燃料喷嘴31和空气孔32的周围部位的概略剖视图。图2(a)是从燃烧室50侧观察空气孔板33的正视图。

在本实施例中，空气孔32呈同心圆状地配置为3列，从燃烧嘴内周侧设有6个、12个、18个空气孔32。另外，各自的空气孔列从内周侧定为第一列空气孔32a、第二列空气孔32b、第三列空气孔32c。

另外，为了在燃烧室50形成回旋流，第一列空气孔32a配设成相对于燃烧嘴轴向(燃料喷嘴的中心轴)倾斜θ角。图2(b)表示在燃烧嘴的圆周方向切割第一列空气孔32a的图。

另外，本实施例的燃料系统分成两个供给F1燃料201的系统和供给F2燃料202的系统。其中，F1燃料201供给到与第一列空气孔32a对应的燃料喷嘴31a(第一燃料喷嘴组)，F2燃料202供给到与第二列空气孔32b及第三列空气孔32c对应的燃料喷嘴31b及31c(第二燃料喷嘴组)。

在本实施例中，将供给F1燃料201的第一列燃料喷嘴31a和与此成对的空气孔32a称为内周同轴喷流喷嘴组51。将供给F2燃料202的第二列燃料喷嘴31b及第三列燃料喷嘴31c和与此成对的第二列空气孔32b及第三列空气孔32c称为外周同轴喷流喷嘴组52。并且，以图1的点划线包围的部分构成一个燃烧嘴6。也就是说，燃烧嘴6具有空气孔板，以及与设于空气孔板上的多个空气孔32a、32b、32c分别对应的燃料喷嘴31a、31b、31c。

空气孔板33的燃烧室侧壁面是空气孔出口所在的面。并且，关于燃烧室侧壁面，内周侧壁面比外周侧壁面位于燃烧室下游侧。因此，位于内周侧壁面的第一列空气孔32a的喷出口与位于外周侧壁面的第三列空气孔32c的喷出口相比，位于燃烧室下游侧。另外，以距空气孔板中心轴的半径距离与燃烧室上游侧相比使下游侧减小的方式使连接燃烧室侧的内周侧壁面和外周侧壁面的连接部壁面相对于中心轴倾斜，。因此，空气孔板的连接部壁面呈圆锥台形状。

通过形成这种空气孔板形状，将外周同轴喷流喷嘴组52相对于内周同轴喷流喷嘴组51配设于燃烧嘴轴向的上游侧。

图4表示使用本实施例的燃烧嘴而得到的火焰的概略形状和流体的流动。

构成内周同轴喷流喷嘴组51的空气孔板33的燃烧室侧壁面与燃烧嘴轴(即、空气孔板的中心轴)垂直。因此，在邻近第一列空气孔32a的出口的区域形成滞流区域42a及42b。

滞流区域42a、42b附近的气流因为滞流而流速变慢，在局部产生燃烧速度和流速平衡的部分。以其燃烧速度和流速平衡的部分为基点，形成火焰41。另外，因为第一列空气孔32a相对于燃烧嘴轴(空气孔板的中心轴)倾斜地配设，因此产生循环流40。通过该循环流40，从火焰41的下游向上游输送高温的燃烧气体，热能量也从下游向上游输送。因此，从空气孔32供给燃烧室的未燃混合气被加热且反应性提高，能够提高燃烧稳定性。通过以上，能够使内周同轴喷流喷嘴组51成为燃烧稳定性高的燃烧嘴。

另一方面，外周同轴喷流喷嘴组52具备连接内周侧壁面和外周侧壁面的连接部43。以使距该连接部壁面的空气孔板中心轴的半径距离与燃烧室上游侧相比下游侧变近的方式使连接部壁面倾斜。因为第二列空气孔32b的出口和第三列空气孔32c的出口间的连接部壁面相对于燃烧嘴轴倾斜，因此气流难以滞流。因此，在构成外周同轴喷流喷嘴组52的空气孔板33的附近不会形成火焰。因此，如图4所示，形成以内周同轴喷流喷嘴组51为火种的火焰41。另外，因为以距连接部壁面的空气孔板中心轴的半径距离与燃烧室上游侧相比使下游侧近的方式使连接部壁面倾斜，因此能够抑制连接部壁面的预混合气流的剥离，气流难以滞流。

在本实施例中，流经空气孔32的内部流道的同轴喷流的燃料与空气在内部流道内混合。另外，从内部流道到燃烧室空间流道急剧扩大。因此，燃料与空气流入燃烧室后也进一步进行燃料与空气的混合。

若燃料与空气的混合充分地进行，则局部燃烧温度能够均匀化。因此，本实施例的结构对低NO_X化是有效的。也就是说，在本实施例这种由燃料与空气的多个同轴喷流构成的燃烧嘴中，期望在燃料与空气的混合充分进行的位置使燃料燃烧。即，优选在离开空气孔32的出口的位置形成火焰41。

如图4所示，本实施例以作为燃烧稳定性高的燃烧嘴的内周同轴喷流喷嘴组51为基点，火焰41能够稳定地形成。因此，在空气孔板的燃烧室侧壁面，通过将内周侧壁面形成在比外周侧壁面靠燃烧室下游侧，从而在离开外周同轴喷流喷嘴组52具备的第二列空气孔32b的出口及第三列空气孔32c的出口的位置形成火焰41。也就是说，燃料与空气的混合不只是空气孔32的出口急剧扩大的效果，连从空气孔32的出口到达火焰41的区间也进行。因此，利用外周同轴喷流喷嘴组52能够实现火焰温度均匀化且低NO_X化燃烧。

如此，通过具备本实施例的内周同轴喷流喷嘴组和外周同轴喷流喷嘴组，能够提供同时获得低NO_X和燃烧稳定性的结构。

另外，在本实施例中，连接内周侧壁面及外周侧壁面的连接部壁面加工成锥形。但如图5所示，相同的燃烧器也可以用曲线连接内周同轴喷流喷嘴组51和外周同轴喷流喷嘴组52来实现。

也就是说，内周侧壁面和外周侧壁面只要以平面或圆滑面连接，就能够得到低NO_X化效果。这是因为，能够确保形成于内周侧壁面的下游侧的火焰和设于连接面或外周侧壁面的空气孔32b、32c之间的距离，能够促进通过这些空气孔32b、32c的燃料与空气的混合。

其中，作为圆滑面，只要是其倾斜状况的变化不引起气流的滞流或剥离超过允许的程度的圆滑面即可。这是因为，只要不对形成于空气孔板33中心附近的下游侧的火焰的稳定带来大的坏影响，就能得到上述效果。只要在此限度内，也可以将相对于轴向的角度不同的平面予以组合，或将这些平面与曲面予以组合。

在本实施例中，所谓内周侧壁面是指构成内周同轴喷流喷嘴组51的空气孔板33的燃烧室侧壁面。内周侧壁面是与空气孔板33的中心轴方向垂直的平面。外周侧壁面也是与空气孔板33的中心轴方向垂直的平面。在本实施例中，如图5所示，外周侧壁面是指连接空气孔32c的线的外侧的面。

另外，在本实施例中，具备供给内周同轴喷流喷嘴组51的F1燃料201和供给外周同轴喷流喷嘴组52的F2燃料202这两个燃料系统。

其中，提高相对于空气流量的燃料流量的比率是提高燃烧稳定性的有效方法。也就是说，与供给燃料喷嘴31b、31c的每一个喷嘴的燃料流量相比，通过增加供给燃料喷嘴31a的每一个喷嘴的燃料流量，来增加相对于内周同轴喷流喷嘴组51的空气流量的燃料流量的比率，则火焰41的火焰稳定点的温度上升。因此，能够提高燃烧嘴6形成的火焰41的燃烧稳定性。

但是，因为如果只增加从内周同轴喷流喷嘴组51喷出的F1燃料201的流量，供给燃烧嘴6整体的燃料200的流量就会变化，因此得到的输出也变化。因此，在本实施例中，在提高F1燃料201的流量比率的同时降低F2燃料202的流量比率。于是，不会增加供给燃烧嘴6整体的燃料200的燃料流量，能够提高内周同轴喷流喷嘴组51中相对于空气流量的燃料流量的比率。

也就是说，在本实施例中，使供给与第一空气孔32a组对应的第一燃料喷嘴31a组的每一个燃料喷嘴的燃料流量比与上述第二空气孔32b、32c组对应的第二燃料喷嘴31b、31c组多。

这样一来，因为不改变供给燃烧嘴6整体的燃料200的流量，因此所得到的输出也不变化。因此，提高燃烧嘴6形成的火焰41的燃烧稳定性的同时，也能够抑制从燃烧嘴6整体排出的NO_X排出量的增加。

图6表示扩大了连接空气孔板的内周侧壁面及外周侧壁面的连接部壁面的宽度的变形例。具体地说，是从内周同轴喷流喷嘴组51的空气孔32a的最外周位置(图中A的位置)向外周向进行锥形加工的结构。

其中，图7是从燃烧室50侧观察图6的正视图。

图8表示使用图6的燃烧嘴得到的火焰的概略形状和流体的流动。在图8中，流速与燃烧速度平衡的位置形成于滞流42的区域、即第一列空气孔32a的内侧区域。因此，火焰41形成为如图8所示。

实施例2

接着，使用图9说明实施例2的燃气轮机燃烧器。

因为本实施例的燃气轮机燃烧器的结构与实施例1的燃气轮机燃烧器的结构基本部分相同，因此省略两者相同的结构的说明，以下只对不同的结构进行说明。

图9是放大了燃料喷嘴31和空气孔32的周围部位的概略剖视图，图10是从燃烧室50观察空气孔板33的正视图。

本实施例的空气孔板33的厚度在半径方向是大致相同的。也就是说，空气孔板的燃烧室侧壁面与燃料喷嘴侧壁面是平行的。

在本实施例中，因为空气孔板33的厚度在半径方向是大致相同的，因此全部的空气孔的内部流道长度也是相同的。因此，能够使空气喷流36通过空气孔32时产生的压力损失与空气孔32的位置无关而恒定。

另外，为了使从燃料喷嘴31的喷出孔到空气孔32的入口的距离全部相同，与第三列燃料喷嘴31的长度相比，使第一列和第二列燃料喷嘴31的长度较长。由此，能够保持空气孔入口部的流动分布相同，能够使空气喷流36流入空气孔32时产生的入口压力损失与空气孔32的位置无关而恒定。

这样一来，使空气喷流36通过空气孔32的内部时及空气喷流36流入空气孔32时产生的压力损失与空气孔32的位置无关而恒定。并且，使空气孔板33的上游侧和下游侧的压力差与空气孔32的配设位置无关而恒定。

于是，通过空气孔板33的空气孔32的配设位置能够防止空气喷流36的流量产生偏差。

因此，因为能够与空气孔板33的空气孔32的配置位置无关地使相对于燃料流量的空气流量的比率恒定，因此能够防止不期望的局部的火焰温度的上升且进行低NO_X燃烧。

因此，因为能够利用内周同轴喷流喷嘴组51确保充分的燃烧稳定性、利用外周同轴喷流喷嘴组52实现低NO_X燃烧，因此能够同时获得燃烧稳定性和低NO_X燃烧。

实施例3

下面，使用图11说明实施例3的燃气轮机燃烧器。

因为本实施例的燃气轮机燃烧器的结构与实施例1的燃气轮机燃烧器的结构基本部分相同，因此省略两者相同的结构的说明，以下只对不同的结构进行说明。

图11是放大了燃料喷嘴31和空气孔32的周围部位的概略剖视图，图12是从燃烧室50观察空气孔板33的正视图。

在本实施例中，内周同轴喷流喷嘴组51的结构与实施例1相同。但是，配设于外周同轴喷流喷嘴组52的空气孔32b及32c的空气孔径因在空气孔板33上的配设位置而不同。也就是说，在配设于外周同轴喷流喷嘴组52的第三列空气孔32c中，对于与第二列空气孔32b之间的孔间距离大的空气孔扩大其孔径，对于孔间距离小的空气孔缩小其孔径。

具体地，使用图12说明。

首先，观察配设于外周同轴喷流喷嘴组52的空气孔32中作为第三列空气孔32c的一部分的空气孔32c-1。在圆周方向的空气孔32c-1的位置设于与空气孔32c-1邻接、在圆周方向排列的第二列空气孔32b之间。也就是说，因为第三列空气孔32c-1与第二列空气孔32b之间的孔间距最远，因此如图所示扩大其孔径。

另一方面，观察第三列空气孔32c的与空气孔32c-1不同部分的空气孔32c-2。其中，因为该空气孔32c-2与第二列空气孔32b之间的孔间距邻近，因此如图所示缩小其孔径。

如此，根据与邻接的第二列空气孔32b之间的孔间距离，扩大或缩小空气孔32c的孔径。也就是说，使第三列空气孔32c与第二列空气孔32b之间的空气孔板33的孔间壁厚在空气孔板33上大致相等。

在空气孔板33的燃烧室侧壁面，缩小没有配设空气孔32的部分的区域43a及43b，抑制气流滞流。由此，通过消除气流滞流处，从而不在区域43a、43b的附近产生燃烧速度与流速平衡点，火焰41则难以在区域43a、43b的附近形成。

另一方面，内周同轴喷流喷嘴组51与实施例1相同，在滞流42附近以流速与燃烧速度平衡的位置为基点，形成稳定的火焰41。

因此，利用外周同轴喷流喷嘴组52，在离开空气孔32b及32c的出口的位置形成火焰41。由此，因为在燃料与空气充分混合的位置形成火焰41，因此火焰温度能够均匀化、利用外周同轴喷流喷嘴组52能够实现低NO_X燃烧。

这样，因为能够利用内周同轴喷流喷嘴组51确保充分的燃烧稳定性，利用外周同轴喷流喷嘴组52能够实现低NO_X燃烧，因此能够同时获得燃烧稳定性和低NO_X燃烧。

实施例4

接着，使用图13说明实施例4的燃气轮机燃烧器。

因为本实施例的燃气轮机燃烧器的结构与实施例1的燃气轮机燃烧器的结构基本部分相同，因此省略两者相同的结构的说明，以下只对不同的结构进行说明。

本实施例将7个实施例1所示的燃烧嘴6组合而构成一个燃烧装置。

图13是放大了燃料喷嘴31和空气孔32的周围部位的概略剖视图，图14是从燃烧室50观察空气孔板33的正视图。

如图13所示，在中心配设一个燃烧嘴，在该燃烧嘴的外周侧配设六个燃烧嘴。这些燃烧嘴6分别与两个燃料系统连接。另外，全部燃烧嘴6采用图1的燃烧嘴结构。

如图13所示，通过为各燃烧嘴6的内周同轴喷流喷嘴组51和外周同轴喷流喷嘴组52分配燃料系统，能够根据燃气轮机负荷控制使其燃烧的燃烧嘴个数。因此，能够从燃气轮机的起动条件到100％负荷条件改变各燃烧嘴的F1燃料201及F2燃料202的流量并稳定地燃烧。另外，也可以对每个燃烧嘴分配燃烧系统。此时，燃料系统的总数增加，但部分负荷条件的运用性上升，能够在全负荷范围内使燃气轮机稳定地运转。

另外，也可以将实施例1～3所示的燃烧嘴6的结构组合而成一个燃烧装置。

因此，通过本实施例的结构，能够同时获得燃烧稳定性和低NO_X燃烧。

以上说明的各实施例的燃烧器2具备：供给燃料与空气、并使它们混合燃烧的燃烧室50；在燃烧室50的主流方向位于上游侧、具有多个空气孔32的空气孔板33；位于空气孔板33的上游侧且向空气孔32供给燃料的燃料喷嘴31。该空气孔板33形成燃烧室50的上游侧壁，同心圆状地具有多个空气孔32。该空气孔32相对于空气孔板33的中心轴倾斜地穿设，成为促进从火焰的下游侧向上游侧流动的循环流40的产生的结构。

各实施例的燃烧器2的空气孔板33的燃烧室侧(下游侧)的面的中心比最外周侧的空气孔32c的出口更位于燃烧室侧(下游侧)。换言之，在空气孔板33的燃烧室侧的面上的任意点(例如图8的43a)距空气孔板中心轴的距离小于位于比该任意点还靠燃烧室上游侧的点(例如图8的43b)距空气孔板中心轴的距离。通过采用这种结构，能够使设于空气孔板33的外周侧的空气孔与形成于空气孔板33的中心部下游侧的火焰之间的距离加大。其结果，能够促进通过外周侧的空气孔的燃料与空气的混合，能够将NO_X的产生量抑制得更低。

另外，各实施例的燃烧器2的空气孔板33的内周侧，即燃烧室50侧壁面的中心附近呈与空气孔板中心轴方向垂直的平面。因此，能在该内周侧壁面上形成滞流区域42a、42b。

从空气孔32a喷出的燃料与空气的混合气的一部分流入该滞流区域。于是，因为向流速缓慢区域充分地供给混合气，因此通过由循环流40向滞流区域供给燃烧气体产生的热，能够形成稳定的火焰。由于在该内周侧壁面的下游侧保持火焰41稳定，在滞流区域形成稳定的火焰，因此能够对整个火焰41提高该火焰稳定能力。

在本实施例中，如此，因为空气孔板33的燃烧室50一侧侧面的中心以强化火焰41的火焰稳定的方式构成，因此能够抑制火焰吹灭、实现高可靠性。

实施例5

图16、图17表示第五实施例。图16是放大了燃料喷嘴31和空气孔32的周围部位的概略剖视图，图17

是从燃烧室50观察空气孔板33的正视图。

在本实施例中，空气孔32的出口位置位于连接空气孔板33的内周侧壁面及外周侧壁面的连接部壁面。以从燃烧嘴中心轴到连接部壁面的半径距离与燃烧室上游侧相比使下游侧近的方式使连接部壁面从空气孔板的上游面倾斜。因此，抑制连接部壁面的预混合气流的剥离，预混合气流难以滞流。

另一方面，本实施例的空气孔32全部相对于燃烧嘴中心轴倾斜地配设。因此，在燃烧室50形成强回旋流、产生大的循环流40。因为循环流40在向燃烧室50突出的位置形成，因此如图16所示，通过由循环流40的拖带(エントレイン)，在空气孔板壁面附近产生向着循环流40的气流44。通过该气流44，防止中央部的高温燃烧气体向第一列空气孔32a流出。

由于以上原因，因为不向第一列空气孔32a周围供热、滞流区域也难以产生，因此能抑制火焰的附着，从空气孔板头顶部的内周侧燃烧室壁面形成火焰。

在本实施例中，在空气孔板33的下游侧的面不设置空气孔32。也就是说，在最内周侧的空气孔设于连接内周侧平面和上述外周侧平面的连接面。因此，即使对于第一列同轴喷流喷嘴，通过空气孔32的出口的急剧扩大和保持从空气孔32的出口至到达火焰41的距离，可以促进燃料与空气的混合，能够大幅度降低由燃烧嘴排出的NO_X。

本实施例对于燃烧稳定性也是优异的。这是因为，通过增大空气孔的倾斜角强化回旋流，通过扩大空气孔板头顶部的区域，能够形成大的循环流40，从而能够形成稳定的火焰41。另外，作为进一步的燃烧稳定性改善措施，如图18所示，也可以采用使空气孔板的头顶部洼陷等进一步促进滞流结构。这是因为在该部分的促进滞流与强化火焰稳定相关。只要扩大滞流42的区域，就能改善火焰41的稳定性。

另外，本实施例的燃烧器2全部的空气孔32设于连接内周侧平面和外周侧平面的连接面。与由循环流40拖带产生的气流44的效果相应，通过这种结构，能够抑制在各空气孔32的出口周围产生滞流区域。因此，能够对不需要的部分使其保持火焰稳定的可能性降低。

另外，本实施例的空气孔板33在内周侧平面未设空气孔。可以说这是促进滞流的结构，也可以说该部分以强化火焰稳定的方式构成。

在本实施例中，为了简化燃料系统并降低费用，3列燃料喷嘴组由同一燃料系统供给燃料。但是，在本实施例中也可以与第一实施例相同地使燃料系统多数化。

在第五实施例中，如图19所示，也可以在途中改变连接内周侧壁面及外周侧壁面的连接部壁面的倾斜角度，使倾斜角θ₂比θ₁大。通过成为这种形状，能够将空气孔板33的厚度抑制到最小限度，并且，能够增大在空气孔板33的头顶部附近由循环流40拖带产生的气流44的速度向量的燃烧嘴轴向成分。于是，可进一步增强抑制循环流40内的燃烧气体向第一列空气孔流出的效果。之外，将连接部壁面做成圆弧状也能够得到同样的效果。

实施例6

图20、图21表示第六实施例。图20是放大了燃料喷嘴31和空气孔32的周围部位的概略剖视图，图21是从燃烧室50观察空气孔板33的正视图。在本实施例中，空气孔板33是与第五实施例相同的形状，但在燃烧嘴中心部(空气孔板33的中心部)设有作为燃料供给机构的起动喷嘴60。通过从该起动喷嘴60向空气孔板头顶部的滞流42直接喷出少量的燃料，可以使燃料在火焰41的火焰稳定点扩散燃烧，即使火焰41的平均燃烧气体温度低也能稳定地燃烧。另外，因为由起动喷嘴供给的燃料的比例即使少量也能得到充分的效果，因此能够抑制NO_X排出量的增加且提高燃烧稳定性。

图22表示从燃烧室观察配置有7个第六实施例的燃烧嘴的燃气轮机燃烧器的正视图。另外，图23表示未使用起动喷嘴的情况下的燃气轮机燃烧器的运转例。燃气轮机从起动到额定负荷条件需要以范围宽的燃空比条件稳定地运转。因此，与燃料流量条件相符合地控制供给燃料的燃烧嘴的个数。

图23表示运转例70的燃烧嘴局部燃空比的变化图。在图23(及后述的图24)中，●表示供给燃料的燃烧嘴，○表示未供给燃料的燃烧嘴。在运转例70中，在全燃料流量少的条件下，以只向中央的燃烧嘴供给燃料的模式1运转。接着，与由负荷的上升引起的燃料流量的增加相吻合，切换到向3个燃烧嘴供给燃料的模式2。并且，随着燃料流量的进一步增加，依次切换到向5个燃烧嘴供给燃料的模式3、向7个全部的燃烧嘴供给燃料的模式4。如此，增加供给燃料的燃烧嘴的个数。

燃料系统切换之后不久燃烧嘴局部的燃空比下降。但是，若燃空比在下限条件71以下则火焰变得不稳定，根据情况而而被吹灭。因此，需要使燃烧嘴局部的燃空比在下限条件71以上运转。在燃气轮机中，因为需要将发电所用的负荷范围设定在不包括燃烧嘴的局部燃空比急剧变动的燃料切换的范围内，因此要求降低从模式3到模式4的切换负荷条件，扩大运用负荷范围，提高燃气轮机的运用性。

因此，在本实施例中，在燃烧嘴中央部具备作为燃料供给机构的起动喷嘴60，在增加供给燃料的燃烧嘴的个数时，从该起动喷嘴60喷出燃料(模式4’)，图4的双重圆●表示也由起动喷嘴60供给燃料。

如此，通过在从模式3向模式4切换时夹持模式4’运转，如图24所示，可将产生火焰的吹灭或多量的未燃烧成分而无法运用的燃空比的下限值从下限条件71下降到下限条件72。因此，与图23所示的从模式3到模式4的燃料系统切换条件相比，在图24中能以更低的负荷条件从模式3切换到下一个模式，也就是说，能够切换到向全部燃烧嘴供给燃料且从起动喷嘴供给燃料的模式4’。

燃料系统从模式4’向模式4的切换能够以各系统的燃料流量不急剧地变动、全部燃烧嘴点火的状态连续地运转。因此，能够将从模式4’到模式4作为运用负荷范围，从而能够扩大运用负荷范围。另外，因为在模式4中全部成为预混合燃烧，因此能够大幅度地降低NO_X排出量，能够同时获得NO_X排出量的降低和燃烧稳定性的提高。

实施例7

图25、图26表示第七实施例。图25是放大了燃料喷嘴31和空气孔32的周围部位的概略剖视图，图26是从燃烧室50观察空气孔板33的正视图。

本实施例在空气孔板33上同心圆状地配设有4列空气孔列。各自的空气孔列从内周侧分别称为第一列空气孔32a、第二列空气孔32b、第三列空气孔32c、第四列空气孔32d。本实施例与第五实施例相同，从第一列空气孔32a到第三列空气孔32c的出口位置位于连接空气孔板33的内周侧壁面及外周侧壁面的连接部壁面。也就是说，第四列空气孔32d是与设于连接部的空气孔32a、32b、32c不同的空气孔。另外，以从燃烧嘴中心轴到连接部壁面的半径距离与燃烧室上游侧相比使下游侧近的方式使连接部壁面倾斜。

另一方面，第四列空气孔32d的出口位置在与燃烧嘴中心轴垂直的外周侧壁面上。因此，在空气孔32d出口周围产生滞流区域42d，存在火焰的燃烧速度与预混合气流的流速平衡的条件。但是，因为该滞流区域42d与火焰形成位置远离，因此不向燃烧速度与预混合气流的流速平衡的区域供热、在滞流区域42d火焰不稳定，因此从第四列空气孔32d喷出的燃料与空气在到达火焰41之前有距离，因此能够充分地混合后燃烧。

在尺寸大的燃烧嘴的情况下，若要将空气孔出口全部配置于倾斜面，则燃烧嘴中心部变厚，加工费用增加。因此，对于尺寸大的燃烧嘴通过采用本实施例，能够抑制燃烧嘴中心部的厚度，从而能够抑制加工费用。

在本实施例中，只是第四列的燃料喷嘴31d的燃烧系统为不同的系统。通过与燃烧嘴的燃烧负荷相吻合地调整燃料供给量，能够同时获得燃烧稳定性和NO_X排出量的降低。另外，为了降低费用，也可以将燃料系统统一为一个系统。

实施例8

图27、图28表示第八实施例。图27是放大燃料喷嘴31和空气孔32的周围部位的概略剖视图。图28是从燃烧室50观察空气孔板33的正视图。在本实施例中，与第五实施例相同的部分省略说明。在本实施例中，空气孔板33的倾斜面延伸到燃烧嘴中心轴附近，空气孔板成为圆锥形。因此，燃烧嘴头顶部的滞流42的区域非常地小，循环流40也变小。

本实施例对包含使煤气化得到的改性气体等的氢的燃料是有效的。包含氢的燃料燃烧速度快、火焰稳定性好。另一方面，因为燃烧速度快，因此火焰容易与空气孔板接近。因此，如图27所示，通过使循环流区域变窄、从第一列空气孔32a离开距离，能够防止在空气孔出口周围的火焰的稳定、加长燃料与空气的喷流到达火焰的距离。因为如此进行混合，因此能够抑制NO_X的排出量。另外，即使循环流区域狭窄，因燃烧速度快也能够稳定地燃烧。

除了包含氢的燃料以外，在为了高效率化而升高涡轮机入口温度的燃气轮机等中，因为火焰的温度上升且燃烧速度变快，因此本实施例的结构是有效的。

作为本申请发明的实施例的说明如上所述。下面，说明本申请发明的燃烧器的参考例。

参考例1

参考例1的目的是为了实现高温燃烧器的低NO_X化，增加用于必要的稀薄燃烧化的过剩燃烧空气量。

为了达到上述目的，通过积极地且直接地将燃烧器壁面冷却空气作为燃烧空气而起作用、增加对低NO_X化必要的过剩空气而完成。特别地，通过将燃烧器壁面冷却空气作为由空气过剩燃烧带来的低NO_X效果显著地高的预混合燃烧空气而起作用，能够实现低NO_X效果极高的燃烧。

下面，根据图29详细地说明参考例1。

燃烧器由通过燃烧器外筒122和头部盖123容纳的双重壁结构的主室燃烧筒105、106和副室燃烧筒109构成，第二级燃烧用预混合器115通过弹簧密封件安装于主室燃烧筒105、106和副室燃烧筒109的连接部。副室燃烧筒109的中心部设有内筒112，形成环状的燃烧空间，多个第一级燃料喷嘴119突出并安装于该燃烧空间。第二级燃烧用预混合器115通过内周流道壁113和外周流道壁114形成环状流道，在该流道内安装有供给第二级燃料的多个第二级燃料喷嘴121。第二级燃料由具有燃料流道120的凸缘124供给，第二级燃料喷嘴121安装于设于凸缘124内的环状的燃料头部。二级燃料用的预混合空气的流入部通过在上述预混合器的外前流道壁114的上游端向外径方向延伸的矩形形状体的外周环部件与从内周流道壁113的上游以大致圆弧形状向外径方向延长流道、上述矩形形状体在同一圆周上形成环状的空气流入口。另外，矩形形状体设有与燃烧用空气流道连接的开口部117。另外，该流入口的外周安装有用于与第二级燃料流量相对应地调节预混合空气流量的可动环125。该可动环125由层叠弹簧126可动地支撑，通过驱动杆127在燃烧器轴向移动并调节入口空面积。另一方面，主室燃烧筒以适当的间隙、利用多个肋107组装主室燃烧内筒壁105和主室燃烧外筒壁106，该间隙设为关闭下游侧、打开上游侧，利用弹簧密封件分别将下游侧安装在过渡件103的内部，将上游侧安装在矩形形状体上。主室燃烧外筒壁106设有导入冷却空气的多个开口部。另外，由图30可以明白，主室外筒设有贯通主室燃烧外筒壁106和主室燃烧内筒壁105、向燃烧室内接连的稀释空气导管128。

在这种结构的燃气轮机燃烧器中，由压缩机104供给的高压空气150一边流经燃烧筒与燃烧外筒之间的环状空间、一边分别作为稀释空气151、主室燃烧筒冷却空气152、两级预混合燃烧空气154及第一级燃烧空气155流入燃烧室内。另外，主室燃烧筒冷却空气152一边冷却内筒壁，一边流向上游并作为两级预混合空气153经预混合器115流入燃烧室内。第一级燃料170由一级燃料喷嘴119向副室燃烧筒内喷射，与从在副室燃烧筒109上开设的第一级燃烧空气孔110流入的空气111混合并燃烧。第二级燃料171通过第二级燃料喷嘴121向预混合器115内的环状空气流道内供给、形成可燃烧预混合气并供给主室燃烧室内，形成两级燃烧。其中，第一级燃烧在从点火工作到额定负荷，第二级燃烧从部分负荷工作到额定负荷。通过使各自的燃空比为理论混合比以下的燃料稀薄的条件，能够成为低温燃烧而抑制NO_X的产生。其中，第一级燃烧的燃空比从0.01到0.025的范围、第二级燃烧的燃空比从0.035到0.045的范围，其低NO_X化的燃烧性能达到良好的平衡。另外，在低NO_X方面，预混合燃烧因为火焰中没有富燃料点，NO_X的产生显著地小，因此，优选在NO_X的产生增大的高负荷侧增大第二级的燃烧量，通过使第一级的燃料向第二级移动而提高低NO_X效果。据此，有必要增加第二级的预混合空气154，这通过将本发明的主室燃烧筒的冷却空气152兼用作预混合燃烧空气153来实现。即，这是因为，可以将在主室燃烧筒过去作为冷却专用来使用的10～20％的冷却空气作为燃烧空气使用。通过该作用，如图31所示，可以将额定负荷附近的第二级燃料量设定为如70～80％。

图31是表示与燃气轮机负荷相对应的燃烧器的工作状态的图。从无负荷到约30％负荷只用第一级燃烧，从30％到额定负荷用两级燃烧。在高负荷侧打开可动环，通过增加第二级燃烧空气而增大第二级燃烧比率，从而增大低NO_X效果。另外，在向两级燃烧过渡时，这可以通过先行关闭可动环来实现一级燃烧的低NO_X。

通过将本参考例1的主室燃烧筒的冷却空气作为预混合燃烧用空气而起作用，能够以稀薄的状态大量地燃烧低NO_X效果好的预混合燃烧量，与现有状况相比能够实现大幅度地降低NO_X。另外，在高温燃气轮机中，若燃烧必要的理论空气量增大，则冷却必要的空气量增大，用于稀薄燃烧量的过剩空气变少。对于这种高温燃烧器也可以通过将冷却空气作为燃烧空气而起作用来实现高温燃烧器的低NO_X化。

参考例2

参考例2的目的是在使扩散燃烧和预混合燃烧在相同的燃烧室进行的燃气轮机的低NO_X燃烧器中，提供提高燃烧稳定性和运用性及谋求NO_X降低的低NO_X燃烧器。

为了达到上述目的，通过将扩散燃烧燃料喷嘴设于预混合喷嘴的上游且在扩散燃料喷嘴与预混合喷嘴之间设置圆锥形的隔壁，能够形成高温的扩散火焰。另外，为了使扩散火焰稳定燃烧，利用回旋叶片将扩散燃料分散用空气作为回旋流喷出，在扩散燃烧用燃料喷嘴尾流形成高温循环流。另外，通过做成圆锥形的隔壁，谋求减少隔壁冷却空气。

图32表示参考例2。燃气轮机由空气压缩机、燃烧器、涡轮机构成，由空气压缩机压缩的空气导入燃烧器，在这里燃烧燃料而成为高温气体并导向涡轮机。燃烧器由燃烧室201、扩散燃烧用燃料喷嘴202A、预混合喷嘴203、将该预混合喷嘴203分割成多个的分割板220、由该分割板形成的预混合室构成。来自空气压缩机的燃烧用空气204从燃烧器下游冷却形成燃烧室的套筒表面，导向燃烧器上游。空气作为扩散燃料分散用空气204A、隔壁冷却空气204B、预混合燃烧用空气204C供给燃烧室。燃料从扩散燃烧用燃料喷嘴202A、预混合燃烧用燃料喷嘴202B喷出。

扩散燃烧用燃料喷嘴202A设置于燃烧器中心，圆环状的预混合喷嘴203通过圆锥形的隔壁205配置于其外周。此时的扩散燃烧用燃料喷嘴202A与预混合喷嘴203之间的半径方向的距离以扩散火焰9B的燃烧气体从扩散火焰209B的尾流侧到扩散燃烧用燃料喷嘴202A的燃料出口侧能够充分循环的方式离开是重要的。通过产生这种循环流，能够提高扩散火焰209B的稳定性。

扩散燃料用燃料喷嘴202A从燃料喷出口喷出，其外周设有扩散燃料分散用空气204A的流道206，与燃料喷出用空气204A一起向燃烧室201内喷出。扩散燃料分散用空气204A通过设于流道206出口的回旋叶片作为回旋流208，投入燃烧室201内。若不使用扩散燃料分散用空气204A，将燃料作为回旋流208直接喷出，则根据燃气轮机负荷即燃料流量，回旋成分的动量变化。为了避免这个，不根据燃料流量地总是确保某种程度的回旋动量，因而将扩散燃料分散用空气204A作为回旋流208投入。该扩散燃料分散用空气204A对给予燃料喷流回旋的动量是必要的空气且是充分的，是导入燃烧器的空气的10％以下，通常是2～3％。另外，在本参考例中，扩散燃料分散用空气204A向燃烧室中心喷出。

设置于燃烧器外周部的圆环状的预混合喷嘴203由预混合燃烧用燃料喷嘴202B、从喷嘴入口导入的空气的混合部203A、设置于喷嘴出口的环状的火焰稳定环203B构成。预混合火焰用的燃料209A与空气在混合部混合并向燃烧室201内投入。在喷嘴出口的火焰稳定环203B尾流形成循环流210，预混合燃烧时，该循环流210成为高温燃烧气体，预混合火焰209A利用该燃烧气体而稳定化。

在扩散燃烧时，从预混合喷嘴203喷出的空气用于扩散燃烧用。该燃烧器在从燃气轮机的起动到负荷低时只使用扩散燃烧，一旦负荷变高，则同时使用预混合燃烧和扩散燃烧。因此，对于负荷低时、也就是燃料流量少时使用的扩散火焰209B来说，从预混合喷嘴203喷出的空气是过剩的，若全部空气投入扩散燃烧的反应区域，则出现吹灭或使未燃烧部分排出量增加。在本参考例的燃烧器中，从预混合喷嘴203喷出的空气由火焰稳定环分割成内周空气(204D)和外周空气(204E)两股气流。若如此分割空气流，则外周的空气与扩散燃烧用的燃料的混合慢，用于形成于燃烧器中心的扩散火焰209B的空气减少，易于形成稳定的火焰。

扩散燃烧用燃料喷嘴202A与预混合喷嘴203之间设置有圆锥形的隔壁205。通过该隔壁，扩散燃烧用燃料与燃烧用空气204即从预混合喷嘴203喷出的空气的混合慢，能够确保形成于燃烧器中心部的扩散火焰209B的稳定性。

图33及图34表示该隔壁205的详细结构。图33是从燃烧器上游侧观察隔壁205的图。图34是放大了隔壁205的截面的图。

隔壁205在其上游侧配置大致与隔壁平行的多孔板211，从多孔板喷出的空气喷流与各壁冲撞，为了让从多孔板211喷出的喷流冲撞而冷却隔壁，隔壁与多孔板211之间保持充分的距离，冷却空气204B通过隔壁与多孔板间的流道212，从预混合喷嘴203附近向燃烧室201投入。

在本参考例中，圆锥形隔壁的扩展角α为34°，隔壁的高度h与环状的预混合喷嘴的内圈直径H的比是h/H＝0.32。优选该α及h/H在30°～60°及0.2～0.4的范围内。通过将h/H设定在该范围，能够充分地形成上述的扩散火焰209B的燃烧气体的循环流。

图35表示将扩散燃烧用燃料的喷出孔出口设为与预混合喷嘴出口相同的面时、即α＝0°的燃烧器与图32的参考例的燃烧器的CO排出特性的比较。α＝0°的燃烧器在某个燃空比范围内的CO排出量变多。也就是说，将扩散燃烧用燃料喷嘴拉到上游侧、燃料在与从预混合喷嘴喷出的空气混合前能够良好的分散是重要的。

下面，根据附图说明参考例2的变形例。

图36是参考例2的变形例的燃气轮机用低NO_X燃烧器的概略结构图。该燃烧器在中央设有扩散燃烧用的燃料喷嘴255，其外周侧设有环状的预混合喷嘴253。该预混合喷嘴253由分隔板258在周向分割成两部分，形成上半部分的预混合室254A和下半部分的预混合室254B。

来自压缩机(未图示)的高压空气259通过外筒251和在内部形成燃烧室的内筒252之间分支成预混合喷嘴用空气和扩散燃料喷嘴用空气。预混合喷嘴用空气通过设于预混合喷嘴253的入口的回旋器257与从预混合燃烧用燃料喷嘴256A、256B喷出的燃料在预混合室254A、254B内预混合，在预混合喷嘴253的出口燃烧，形成预混合火焰266A、266B。另外，预混合火焰利用通过了回旋器257的空气的回旋保持火焰稳定。

另一方面，扩散燃料喷嘴用空气通过预混合喷嘴253与扩散燃烧用燃料喷嘴255之间，由回旋器269回旋，与燃料一起向燃烧室内喷出。该扩散燃烧用燃料一边与从预混合喷嘴253喷出的空气混合一边燃烧并形成扩散火焰265。因此，扩散燃料喷嘴用空气只要是对于扩展燃料的喷流必要的量就足够，以使扩散燃烧用燃料能够与从预混合喷嘴203喷出的空气混合，即使比对扩散燃烧必要的量少也可以。

燃料260根据燃气轮机的负荷信号264，由燃料流量控制装置262分割成供给各喷嘴的燃料。也就是说，扩散燃烧用燃料260C根据燃料流量控制装置262发出的控制信号263C调整燃料控制阀261C的开度即燃料流量并供给扩散燃烧用喷嘴215。同样地，预混合燃烧用燃料260A(或260B)根据燃料流量控制装置262发出的控制信号263A(263B)调整燃料控制阀211A(211B)的开度即燃料流量并供给预混合燃烧用燃料喷嘴216A(216B)，在预混合室214A(214B)内与空气混合。其中，向两个预混合室214A、214B供给燃料的燃料喷嘴256A、256B在本参考例中分别设置5个，但只要燃料和空气的混合度不变坏，几个都可以。

接着，对上述结构的燃烧器的燃烧控制工作进行说明。如图37所示，在低负荷时，只向扩散燃烧用喷嘴255供给燃料，单独进行扩散燃烧的运转，到达预混合开始负荷时，减少扩散燃烧用燃料，对减少的部分相应地向预混合燃烧用燃料喷嘴256A供给燃料，通过扩散燃烧用喷嘴和上半部分的预混合喷嘴进行运转，在更高的负荷下，将上半部分的预混合燃烧用燃料喷嘴206A的燃料减半，也向下半部分的预混合燃烧用燃料喷嘴256B供给等量的燃料，使全部喷嘴工作，一边进行控制使两个预混合喷嘴的燃空比相等，一边使负荷上升到全负荷。此时的预混合喷嘴的燃空比及燃烧器出口的NO_X浓度分别为图38、图39中的实线。

图38表示能够稳定的预混合燃烧的燃空比的上限值和下限值，因为需要在该上下限值的范围内运用预混合喷嘴，因此若多个预混合喷嘴工作时在各喷嘴间存在燃空比的差，则能够运用的负荷范围变窄，因此需要进行控制以使工作的预混合喷嘴的燃空比完全相等。另外，与向全部预混合喷嘴供给燃料的情况相比，若只向上半部分的预混合喷嘴供给燃料，则因为预混合喷嘴的燃空比成为两倍，因此通过将预混合喷嘴分割成两部分，能够从与未分割时的大约1/2的燃料流量相当的负荷开始预混合燃烧。其结果，如图39所示，能够降低扩散燃烧单独运转负荷，能够降低扩散燃烧单独运转时的NO_X值，能够实现宽负荷范围内的低NO_X化。另外，本参考例虽表示将预混合喷嘴分成两部份的例子，但通过增加分割数，能够进一步降低预混合开始负荷，能够进一步降低扩散燃烧单独运转时的NO_X值。用于参考，图38、图39用虚线表示将预混合喷嘴三等分时的特性。

参考例3

参考例3的目的在于提供一种不使用特别的装置或部件，即不使燃烧器形状复杂便能够充分地降低燃烧振动、长寿命的燃气轮机燃烧器。

为了达到上述目的，在燃烧筒的内部具备具有扩散燃烧用的燃料喷嘴并进行扩散燃烧的扩散燃烧的燃烧嘴和喷出燃料与空气的混合气并进行预混合燃烧的预混合燃烧的燃烧嘴的燃气轮机燃烧器中，在上述扩散燃烧用的燃料喷嘴内部设有缩小燃料流道截面积的节流部。

下面，详细说明本参考例。图40及图41表示该燃气轮机燃烧器的主要部位。燃气轮机由空气压缩机、燃烧器、涡轮机构成，来自空气压缩机的空气被导入燃烧器，在此燃烧燃料，成为高温燃烧气体并导向涡轮机。

该燃烧器在中央设有扩散燃料喷嘴305，其外周设有环状的预混合器303。该预混合器303由分割板308在周向分为两部分，形成上半部分的预混合室304A和下半部分的预混合室304B。来自压缩机(未图示)的高压空气309通过外筒301与在内部形成燃烧室324的内筒302之间，分支成预混合燃烧用空气309A和扩散燃烧用空气309B。扩散燃烧用空气309B通过预混合器303与扩散燃料喷嘴305之间，由回旋器319回旋，与从扩散燃料喷嘴305前端的燃料喷出孔323喷出的燃料一起向燃烧室内喷出，形成扩散火焰315。

一支预混合燃烧用空气309A进入预混合器303，与从预混合燃料喷嘴306A、306B及307A、307B喷出的燃料在预混合室304A、304B内混合。在预混合器303的出口设有火焰稳定器317，该火焰稳定器317与环状的预混合器303对应地形成为环状，其截面为以顶点向上游侧的方式配置的等腰三角形状，通过产生于火焰稳定器317的尾流侧的循环流，稳定地保持预混合火焰316A、316B。

燃料310根据燃气轮机的负荷信号314，通过燃料流量控制装置312分配供给各喷嘴的燃料。也就是说，扩散燃烧用燃料310C根据燃料流量控制装置312发出的控制信号313C调整燃料控制阀311C的开度、即燃料流量并供给扩散燃料喷嘴305。

同样地，预混合燃烧用燃料310A(或310B)根据燃料流量控制装置312发出的控制信号313A(或313B)调整燃料控制阀311A(或311B)的开度、即燃料流量并供给预混合燃料喷嘴306A(或306B)及307A(或307B)。其中，向两个预混合室304A、304B供给燃料的预混合燃料喷嘴306A、306B、307A、307B在本参考例中分别设置5个，但只要燃料和空气的混合度不变坏，几个都可以。

其中，在扩散燃料喷嘴305的内部设有缩小流道面积的节流部320，该节流部320的流道截面积设定为比燃料喷出孔323的合计面积小。因此，能够减小燃烧室324的压力变动对燃料流量造成的影响，能够抑制燃烧振动。另外，节流部320的形状设为面积渐渐缩小及扩大以减少压力损失。但是，燃料的供给压力非常高、能够容许压力损失的增大时，也可将节流部320设为孔形状或多孔板等。

向一个预混合器供给燃料的喷嘴在预混合器的气流方向具有距离地在上游侧设有307A(或307B)、在下游侧设有306A(或306B)这两种预混合喷嘴。另外，在上下游喷嘴间设有缩小流道的节流部321、及在预混合器303的出口部设有节流部322。通过该结构，能够减小预混合器303的出口的燃空比变动，抑制燃烧振动。

另外，预混合喷嘴间的节流部321与扩散喷嘴内的节流部320相同，在能够容许压力损失的增大时，可以设为节流孔形状或多孔板等。但是，若将预混合器303出口部的节流部322设为节流孔形状或多孔板等，则在节流部尾流产生涡流，其作用于预混合火焰316A(或316B)，预混合火焰向预混合器中逆流，产生所谓的逆火现象的危险性高，因此不是优选的。

构成为由共通的燃料歧管318A(或318B)向上游侧的预混合喷嘴307A(或307B)和下游侧的预混合喷嘴306A(或306B)供给燃料，谋求燃料控制系统的简化。

接着，对上述结构的燃烧器的燃料控制工作进行说明。如图42所示，在低负荷时，只向扩散燃料喷嘴305供给燃料，单独进行扩散燃烧运转，到达预混合开始负荷时，减少扩散燃烧用燃料，对减少的部分相应地通过预混合燃料喷嘴306A及307A进行运转。在更高的负荷下，将上半部分的预混合喷嘴306A及307A的燃料减半，也向下半部分的预混合喷嘴306B及307B供给等量的燃料，使全部喷嘴工作且上升到全负荷。其中，因为预混合喷嘴306A和307A(或306B和307B)只控制合计燃料流量，因此两者的流量比率能够由喷孔面积比大致保持恒定。

接着，根据图43说明这些的作用及效果。图的横轴是节流部部的流道面积与燃料喷出孔面积的比率，上图的纵轴是扩散燃料喷嘴内的燃料压力变动振幅与燃烧室内的压力变动振幅的比率。在相对于燃料喷出孔面积的节流部部的流道面积大时，纵轴的值大约是0.9接近1。也就是说，扩散燃料喷嘴内的燃料压力变动振幅与燃烧室内的压力变动振幅大致相等。但是，若不断减小相对于燃料喷出孔面积的节流部部的流道面积，则扩散燃料喷嘴内的燃料压力变动难以受燃烧室内的压力变动的影响，振幅变小。

另一方面，下图的纵轴是燃料喷出流量变动振幅的、以相对于燃料喷出孔面积的节流部部的流道面积大时的流量变动振幅为基准的相对值。若不断减小相对于燃料喷出孔面积的节流部部的流道面积，则由于扩散燃料喷嘴内的燃料压力变动振幅变小，燃料喷出流量变动振幅也变小，其结果，能够抑制发热量的变动、进一步抑制燃烧振动。

另外，因为在节流部的流道面积与燃料喷出孔面积为相同程度以上的情况下效果小，因此，期望扩散燃料喷嘴内部的节流部其流道面积比燃料喷出孔面积更小。

另外，由于在预混合器流道长度方向有间隔地配置多个预混合燃料喷嘴，因此直到从上游侧的喷嘴喷出的燃料到达预混合器出口的时间与直到从下游侧的喷嘴喷出的燃料到达预混合器出口的时间产生差异。也就是说，由上游侧的喷嘴的燃料流量变动引起的预混合器出口的燃空比变动与由下游侧的喷嘴的燃料流量变动引起的预混合器出口的燃空比变动产生相位偏差。因此，预混合器出口的燃空比变动比在预混合器流道长度方向上未设置间隔时小，能够抑制燃烧振动。

另外，期望上、下游的喷嘴的间隔的设定使喷嘴的流量变动相互抵消。因此，例如，在流动方向两处设置喷嘴的情况下，若将喷嘴部的空气流速设为V，燃烧室的压力变动的频率设为f，则优选两者的间隔为下式L的奇数倍附近。

数1

L＝V/f/2                           ...(1)

另外，燃气轮机燃烧器的构成为，具备设于燃烧器中心部的扩散燃烧用的燃料喷出喷嘴(扩散燃料喷嘴)和设于其外周且喷出燃料与空气的混合气的环状的预混合器，在圆周方向分割该预混合器并形成多个预混合室、并且在燃气轮机低负荷运转时，向上述多个预混合室中的规定数的预混合室投入燃料，在高负荷运转时，向全部的预混合室投入燃料；在这种燃气轮机燃烧器中，为了向该预混合室内喷出燃料，在预混合器流道长度方向有间隔地配置的、设有多个燃料喷出喷嘴(预混合燃料喷嘴)，向同一预混合室供给燃料的喷嘴能够通过使其流量控制系统共用而将流量控制系统简化。

也就是说，在圆周方向分割预混合器并形成多个预混合室的情况下，需要与分割数相当的流量控制系统，另外，使在预混合器流道长度方向有间隔地设置的多个预混合燃料喷嘴的流量控制为不同系统，在预混合器的分割数多的情况下，实质是困难的。

另外，如上所述，分割预混合器并形成多个预混合室，在低负荷运转时即燃料流量少时，通过只向分割了的一部分的预混合室供给燃料，能够以分割数的倍率提高所使用的预混合室的燃空比。

因此，越增加预混合器的分割数，越能从更低负荷开始预混合燃烧，有能够降低部分负荷下的NO_X的优点，但如果上游侧的喷嘴投入燃料的预混合室与下游侧的喷嘴投入燃料的预混合室时常不一致，则无法以分割数的倍率提高所使用的预混合室的燃空比，因此无法降低预混合开始负荷，降低NO_X效果丧失。另外，因为抑制燃烧振动的效果也消失，因此未必有必要区分燃料控制系统。因此，期望使流量控制系统共用，利用燃料喷孔面积等来适当地分配上下游的喷嘴的流量。

另外，通过在流动方向有间隔地配置的多个预混合燃料喷嘴之间设置缩小预混合器流道截面积的节流部，节流部的上游侧的燃料喷嘴难以受到燃烧室的压力变动的影响，能够与上述所示的相位的偏移效果吻合，抑制燃烧振动。特别地，该方法对受结构的制约、无法实现上述所示的适当的喷嘴间隔的情况是有效的。

另外，通过设置缩小预混合器的出口部的流道截面积的节流部，预混合器内的压力难以受到燃烧室的压力变动的影响，燃料流量变动及预混合空气流量变动小，其结果，能够进一步抑制由燃空比变动引起的燃烧振动。

参考例4

参考例4的目的在于以简单的结构改善预混合器的混合度，形成更均匀的预混合器，实现低NO_X燃烧。

为了达到上述目的，相对于配置于预混合器的周向的两个燃料喷嘴设一个空气入口孔并作为一组，通过产生每两个一对的回旋涡流来促进混合。另外，考虑的是，通过将入口孔的形状做成在燃烧器的轴向使其周向的宽度变化的结构，从而改变回旋涡流的强度及大小，以得到最大的效果。

参考例4-1

下面，根据图44～图49说明参考例4-1。

图49是燃烧器整体的结构剖视图。该燃烧器是使中心部进行稳定性优异的扩散燃烧、在外周侧配置低NO_X性优异的预混合燃烧并谋求低NO_X化的例子。

如图49所示，在该燃烧器中，由压缩机410输送的空气450流经燃烧器外筒402和燃烧器套筒403之间。并且，该空气的一部分作为燃烧器套筒的冷却空气451流入燃烧室401，另外，该空气的另一部分作为预混合用空气449流入预混合器412。该空气的剩余部分经过预混合器流道与燃烧器端板之间的通道从燃烧空气孔414a和冷却空气孔417流入燃烧室401。

另外，扩散燃烧用燃料416由扩散燃料喷嘴413向燃烧室401喷射，形成稳定的扩散火焰404。预混合用燃料421从预混合燃料喷嘴408向环状的预混合器412内喷出并与空气混合而成为预混合气422。该预混合气422向燃烧室401流出并形成预混合火焰405。并且，已产生的高温燃烧气体进入涡轮机418作功后被排出。

在利用这种预混合燃烧的低NO_X燃烧器中，均匀的预混合气的形成在很大程度上左右低NO_X性能。特别地，在空气流在预混合器的入口为U形回转的结构情况下，预混合气内的空气流容易产生偏流，难以形成均匀的混合气。因此，需要留意在预混合器内促进混合。

图47表示适用本参考例的燃烧器的局部纵剖视图。图48表示适用本参考例的燃烧器的局部横剖视图。如图47及图48所示，本参考例的预混合装置具备：燃烧器外筒402和圆筒状的燃烧器套筒403，具有向燃烧室401流出的环状的流道的预混合器412，及由以上部件形成的环状的空气流道463，作为设于预混合器412的外周侧的空气入口孔的空气入口开口部430，在预混合器环状流道内沿周向设置的多个预混合燃料喷嘴408，开设于预混合燃料喷嘴408上的燃料喷口481，作为在预混合器环状流道内沿周向设置的多个隔壁的间壁431。

燃烧器外筒402是使高温高压的空气450不向空气泄漏和将燃烧器部件固定于燃气轮机主体上的部件。燃烧器套筒403是形成燃烧室401，燃料和空气在其内部进行燃烧反应，产生高温的燃烧气体，并将高温的燃烧气体导向涡轮机的部件。

预混合器412是形成环状的流道，在该流道内混合燃料和空气并形成预混合气422，流入燃烧室401，进行NO_X排出量少的预混合燃烧的部件。

空气流道463是用于将高温高压的空气送入预混合器412等的环状的流道。

预混合燃料喷嘴408在预混合器412的入口附近的环状流道中以适当地分散燃料的方式沿周向设置多个，另外，在各个燃料喷嘴408上设置一个以上燃料喷口481，向预混合器412中喷射燃料。

作为隔壁的间壁431在机械的支撑预混合器412的内外周的壁的同时，将预混合器的环状流道在周向上分割成多个。

接着，使用图44～图46说明本参考例。图44表示参考例4-1的燃烧器的局部横剖视图，图45表示本参考例的燃烧器的局部俯视图，图46表示本参考例的燃烧器的局部纵剖视图。

在本参考例中，作为空气入口孔的空气入口开口部430形成空气从空气流道463流入预混合器412的入口，开口部分以在两个燃料喷嘴408中有一个的比例沿周向分散设置，并设置成各自的主开口面积位于两个燃料喷嘴的周向中间位置。

另外，开口部分的宽度形成为在流经空气流道463的空气的主流方向呈尖细、大致三角形状的开口形状。

接着，说明本参考例的工作。如图47所示，由压缩机输送的高温高压的空气450通过由燃烧器外筒402、燃烧器套筒403及预混合器412形成的环状的空气流道463，到达预混合器的空气入口开口部430。在此，空气450分支为流入预混合器412的预混合用空气449和流入扩散燃烧器等的空气414。

如图44所示，进入了预混合器412的预混合空气449沿着预混合器412的流道地使气流方向反转，一边与由设于中间的燃料喷嘴408的燃料喷孔481喷射的预混合燃料421混合，一边形成预混合气422，流入燃烧室401。

在燃烧室401，通过将上游侧的扩散燃烧器的高温气体作为火源或适当的火焰稳定装置(ブラフボデイ)形成预混合火焰，进行NO_X产生少的预混合燃烧反应并产生高温燃烧气体。

其中，预混合气422的燃料浓度的均匀性越好，燃烧气体的温度越均匀，能够排除成为NO_X的产生源的高温部分且实现低NO_X燃烧。

接着，使用图50～图67详细说明本参考例的燃料与空气的混合过程。

首先，根据图50～图67说明空气入口孔形状和在预混合器中产生的空气流。

如图50～图55所示，进入了预混合器412的预混合空气449沿着预混合器412的流道使流动方向反转，一边与由设置于中部的燃料喷嘴408的燃料喷孔481喷出的预混合燃料421混合，一边形成预混合气422，流入燃烧室401。在此，为了简单，暂且省略燃料喷嘴而只对空气流进行说明。如图52所示，在整个周向将孔形状作为一个大的开口的情况下，即在圆周方向连续地设置空气入口开口部430的情况下，如图50及图51所示，预混合器412中的空气流成为流道截面内的第二股气流小的层状气流，不怎么能促进燃料与空气的混合。另外，空气流易产生反转的、在预混合器外周侧壁的内面沿周向具有轴的剥离涡流。该涡流不稳定，经常脱离且载置气流，向下游放出，成为引起拉回下游侧的火焰的逆火现象的原因之一。

相对于此，如图53～图55所示，在本参考例中，成为在圆周方向分散的开口部。即，在圆周方向不连续地设置空气入口开口部430。因此，如图53及图54所示，在作为周向两侧的入口空气孔的空气入口开口部430的背面，形成伴随气流的剥离的负压区域470，形成以该负压区域470为中心的一对稳定的涡流471。另外，如图53所示，若已产生的涡流471的回旋方向是燃烧器圆周方向，则相邻的涡流471分别向反方向回旋。该涡流471一边因与预混合器壁内表面的摩擦损失而逐渐衰减还一边向轴向下游侧延伸，能够在流道截面内较大地搅拌预混合器内的空气，促进燃料与空气的混合。

接着，使用图56～图58及图59～图61对在空气450的主流方向改变作为空气入口孔的空气入口开口部430的开口宽度情况下的效果的不同进行说明。图56是本参考例的燃烧器的局部横剖视图，图57是本参考例的燃烧器的局部纵剖视图，图58是本参考例的燃烧器的局部俯视图。

图56～图58所示的参考例表示使开口部形状形成为向空气流道463的空气450主流方向(向着与预混合空气的流动方向相反的方向)为尖细的大致三角形状的情况下的涡流471的状况。此时，涡流扩展到整个预混合器流道内周侧，能得到更强的搅拌混合作用。

另外，图59是本参考例的燃烧器的局部横剖视图，图60是本参考例的燃烧器的局部纵剖视图，图61是本参考例的燃烧器的局部俯视图。

图59～图61所示的参考例相反地表示使开口部形状形成为在空气流道463的空气主流方向末端扩展的情况下的涡流471的状况。此时，涡流471被限定在预混合器的比较的外周侧，搅拌混合作用也相对变小。

上述的图53～图55是使空气入口孔的形状在气流方向不变化的情况的例子，图53～图55的例子起到图56至图61的情况的中间的作用。

如此，通过使预混合器空气入口孔430在周向分散、在预混合器内形成回旋方向相反的一对涡流471，能够促进预混合器内的燃料与空气的混合。

另外，通过使作为预混合器空气入口孔的空气入口开口部430的形状在空气450的气流方向成为尖细的大致三角形状，能够大大地增强涡流471，能够进一步强化混合搅拌作用。

接着，根据图62～图64及图65～图67说明空气入口孔430与预混合燃料喷嘴408的位置关系和混合过程的关系。图62是本参考例的燃烧器的局部横剖视图，图63是本参考例的燃烧器的局部横剖视图，图63是本参考例的燃烧器的局部纵剖视图，图64是本参考例的燃烧器的局部俯视图，图65是作为本参考例的燃烧器的局部横剖视图，图66是本参考例的燃烧器的局部纵剖视图，图67是本参考例的燃烧器的局部俯视图。

图62～图64是将预混合燃料喷嘴408设置成位于空气入口孔430的中央正下方的情况。即，是预混合燃料喷嘴408大致位于连接空气入口孔430与燃烧器轴中心的线上的情况。此时，涡流471形成于邻接的预混合燃料喷嘴408之间，但使预混合用空气449的主流成为受到预混合燃料喷嘴妨碍的形状，涡流471变成为比较小且缓慢。

相对于此，图65～图67表示本参考例，是将作为空气入口孔的空气入口开口部430的开口中心设置成位于邻接的预混合燃料喷嘴408的大致中间的情况。此时，涡流471围绕预混合燃料喷嘴408大而强地形成，能够得到优异的混合搅拌效果。

另一方面，在本参考例中，因为相对于一个预混合器入口空气孔形成相反地回旋的涡流对，因此邻接的预混合器入口空气孔的涡流彼此间也相反地回旋，成为难以干涉的结构。因此，以前，对于每一个周向的孔必须设置作为隔开预混合器流道的隔壁的间壁431，但在本参考例中，只要有保持预混合器的机械强度的最低限度的隔壁即可。即，成为省略间壁431的简易结构，能够使间壁431简单化。通常，因为促进混合的涡流471衰减的主要原因是与预混合器壁的摩擦损失导致的衰减，因此在本参考例中，能够充分地减少在预混合器入口空气孔形成的涡流的衰减，能够形成更均匀的预混合器。

换言之，为了得到同一混合度的预混合器，能够缩短必要的预混合器的长度，提高降低费用的效果和设计上的自由度。

另外，可以认为，这也与难以产生不稳定的周向剥离涡流、降低逆火等的可能性相关联。

同时，如本参考例，因为能够将隔壁减小到最小限度，因此在该点上也能有助于降低制造上的费用。

参考例4-2

根据图68说明参考例4-1的变形例。在该参考例4-2中，基本的结构与参考例4-1是相同的，但空气入口开口部430的形状在空气的主流方向为恒定宽度这一点上不同。可以认为，通过这种结构，上述的混合搅拌性能稍微减小，但部件制造及组装的容易性提高。

参考例4-3

根据图69说明参考例4-1的变形例。在该参考例4-3中，与参考例4-1基本结构是相同的，但空气入口开口部430的形状为在空气的主流方向末端扩展的大致三角形形状这一点上不同。通过这种结构，如上述，孔下游侧的回旋涡流产生源被限定在比较靠外的狭小范围内，能够实现比较缓慢的混合，对在与上游侧扩散燃烧的干涉问题中期望内周侧的混合度变缓的情况是有效的。

在此，关于上述参考例4-1～参考例4-3，使用图70说明对涡流的回旋强度进行比较的情况。图70是比较三个参考例的回旋强度的图。横轴采用将距预混合喷嘴喷孔的轴向的距离无因次化的值，纵轴表示回旋强度。

这些回旋强度与现有相比是高的，另外，在回旋强度的轴向的衰减比现有的少。

其中，在参考例4-1中，可看出回旋强度全部都高。即，可看出在像参考例4-1那样的向着主流方向顺次减小其宽度的大致三角形上的开口部的情况下，回旋强度显著地高。

另外，关于上述参考例4-1～参考例4-3，使用图71说明对涡流的回旋强度的衰减进行比较的情况。图71是以参考例4-2为基准，比较三个参考例的回旋强度的衰减的图。横轴采用距预混合喷嘴喷孔的轴向的距离无因次化的值，纵轴表示将参考例4-2的回旋强度值设为1时的相对的回旋强度。

即使在上述参考例4-1～参考例4-3中，在参考例4-1中，可看出回旋强度全部都高且与参考例4-2比较即使轴向距离长，回旋强度也难以衰减。即，可看出在像参考例4-1那样的向着主流方向(向着与预混合气的流向相反的方向)顺次减小其宽度的大致三角形上的开口部的情况下，回旋强度难以显著地减小。

如上，在本参考例中，能够使在预混合器入口空气孔形成的涡流的衰减为最小限度，能够形成更均匀的混合器，能够有助于低NO_X性能的提高。能够缩短为了得到同一混合度的预混合器而必要的预混合器的长度，提高降低费用的效果和设计上的自由度。另外，可以认为，这也与难以产生不稳定的周向剥离涡流、降低逆火等可能性相关联。同时，如本参考例，因为能够将隔壁减小到最小限度，因此在这一点上，也能够有助于降低制造上的费用。

参考例5

参考例5的目的是与燃料流量无关地谋求进一步促进燃料与空气的混合。

本参考例的特征在于，具备喷出气体燃料的燃料喷嘴及设有向燃烧室喷出从该燃料喷嘴喷出的燃料与空气的空气喷嘴的空气喷嘴板，在上述空气喷嘴内部设有使从上述燃料喷嘴喷出的燃料喷流冲撞且使流入上述空气喷嘴的空气流产生紊流的障碍物。

下面，详细说明本参考例。

图86表示本参考例的燃气轮机燃烧器的整体剖视图。由压缩机505压缩的空气510通过进气段507流入燃烧器580，通过外筒502与燃烧器套筒503之间。该空气510的一部分作为燃烧器套筒503的冷却空气511流入燃烧室501。另外，该空气的其余部分作为空气流512通过空气喷嘴521流入燃烧室501。在燃烧室501与燃料喷嘴522之间配置设有空气喷嘴521的空气喷嘴板520。

燃料供给系统515及燃料供给系统516由具备控制阀514a的燃料供给系统514分割而成。另外，燃料供给系统515具备控制阀515a，燃料供给系统516具备控制阀516a，能够分别进行控制。另外，在各自的控制阀的下游具备断流阀515b、516b。

如图所示，本参考例的燃烧器具备多个燃料喷嘴522。燃料喷嘴522与向多个燃料喷嘴分配燃料的燃料头部523连接。燃料头部523的内部分为多个房间，将燃料喷嘴分组。由燃料供给系统515、516供给的燃料流入燃料头部523的房间，供给各自的燃料喷嘴组。因为各燃料供给系统具备控制阀，因而能够将多个燃料喷嘴522中的一部分凑在一起进行控制。从燃料喷嘴522喷出的燃料与空气流512一起作为同轴流流入燃烧室501、均质并形成稳定的火焰。已产生的高温燃烧气体进入涡轮机506作功后排气。

从图72到图75表示燃料喷嘴522和空气喷嘴521的详细情况。图73是从轴向下游的燃烧室501观察上游方向的图。图72是图73中的A-A截面，图74是B-B截面，图75是C-C截面。

在图72中，从燃料喷嘴522的燃料喷孔喷出的燃料喷流529在燃料喷嘴522的轴向流动。另外，空气喷嘴板520的上游侧的空气流512沿着燃料喷嘴522的外周侧流入空气喷嘴521。空气喷嘴521由设于空气喷嘴板520的圆柱形状的中空部构成。流入空气喷嘴521这种非常狭小的空间的空气流512在燃料喷流529的外周侧形成环状的层。如此，燃料喷嘴522及空气喷嘴521的配置使得在以环状的空气流512包围从燃料喷嘴522喷出的燃料喷流529的外周侧的同时，燃料与空气流经空气喷嘴521的内部。

另外，在与燃料喷嘴522的燃料喷孔相比是燃料喷嘴轴向下游侧、空气喷嘴内部配置障碍物524。因此，燃料喷流529与障碍物524冲撞，在与燃料喷嘴522的中心轴垂直方向分散。即，与圆板形状的障碍物524冲撞的燃料喷流529在圆板平面的半径方向分散。在本参考例中，“轴向”是沿着燃料喷嘴522的中心轴的方向，“半径方向”是相对于障碍物的圆板平面的半径方向。

另外，障碍物524也阻碍空气流512的流动，在障碍物边缘的下游区域544产生非常大的速度差。该速度差作为起因，障碍物524使空气流512的气流产生强紊流526。

此时，可以认为，因为燃料喷流529向半径方向外侧广泛分散，因此半径方向的速度成分变小，不能从障碍物524的边缘向半径方向外侧较大地扩展。因此，燃料喷流529容易进入产生紊流的区域544，进行与空气的混合。

在此，使用图85说明比较例。比较例表示不在燃料喷嘴下游侧设置障碍物，而在燃料喷嘴前端设置凸缘的情况。即使在比较例中，通过燃料喷嘴前端的凸缘，也能够在比燃料喷嘴前端靠下游侧产生空气流的紊流526。但是，因为燃料喷流529具有动量且对抗空气流的紊流526，因此燃料与空气的混合受到限定。尤其在部分负荷条件局部的燃空比增高的情况，或者使用包含较多氢或一氧化碳且单位体积的卡路里低的燃料的情况下，燃料喷流贯通紊流526的产生区域，燃料与空气的混合不充分。

因此，本参考例通过使燃料喷流529与障碍物一次冲撞，与燃料流量无关，能大幅度衰减燃料喷流529具有的动量。另外，通过在空气喷嘴内部设置使流入空气喷嘴的空气流产生紊流的障碍物，可实现燃料与空气的混合。并且，能够向产生于障碍物的下游侧的空气流的紊流526有效率地输送动量衰减了的燃料，可进一步促进燃料与空气的混合。

如此，与比较例相比，因为能够向速度差大的空气流的紊流526供给燃料，因此能获得更进一步促进混合的效果。另外，障碍物代表长度532设为可阻止燃料喷流的大小、即与燃料喷孔径531相比同等以上的大小是有效的。另外，燃料喷孔径531表示在燃料喷嘴522中燃料流经的中空部的截面积。

本参考例除适用于以甲烷为主成分的天然气以外，也可适用于包含较多的在炼钢厂等的钢铁的精制过程中产生的焦炉煤气(COG-Coke Oven Gas)或煤气化气体等含大量的氢及一氧化碳的气体燃料。使用这些燃料时，与比较例相比的促进混合的效果更大。在本参考例中，除此而外即使对在燃料中包含较多氮或二氧化碳、单位体积的卡路里低的燃料也是有效的。

如此，在本参考例中使用气体燃料。气体燃料与液体燃料相比，因为粘度、密度低而惯性力小。因此，撞到了障碍物的气体燃料不与空气喷嘴521的内壁碰撞地流向障碍物的下游侧。即，因为撞到了障碍物的气体燃料不与空气喷嘴521的内壁碰撞地流向障碍物的下游侧，因此气体燃料流动的区域为沿着障碍物的外缘非常狭小的部分。

并且，因为障碍物配置于空气喷嘴内部，因此在沿着障碍物的外缘的下游侧产生空气流的紊流。在本参考例中，因为空气流的紊流526与气体燃料流经的区域各自的大小大致相等，因此能够有效地促进气体燃料与空气的混合。

如图72所示，在燃料喷嘴522的前端也位于空气喷嘴521的内部的情况下，使障碍物代表长度532比燃料喷嘴前端部的外径533大，以使流经燃料喷嘴周围的空气流512直接与障碍物碰撞是有效的。该障碍物代表长度532在障碍物是圆形状的情况下表示障碍物的直径。另外，在障碍物是正方形的情况下，障碍物代表长度532表示一边的长度。通过使障碍物代表长度532比燃料喷嘴前端部的外径533大，可在障碍物524的下游侧产生更强的紊流526。另外，燃料喷嘴前端部的外径533表示在燃料流经的中空部的截面积之外，还加上燃料喷嘴配管的壁厚部的截面积的外径。

如图73、74所示，为了支撑障碍物524且连接空气喷嘴521与障碍物524，设有支撑部件525。本参考例的障碍物524的形状是圆形平板，紊流526在障碍物524的下游呈环状广泛地分布，能够使燃料与空气均匀地混合。

如图75所示，支撑部件525的截面是矩形。并且，支撑部件自身也成为紊流产生体而产生紊流526，辅助空气与燃料的混合。但是，因为成为压力损失增加的主要原因，因此期望将其粗细抑制为强度上没有问题的程度。

从图76到图78表示本参考例的制造例。如图76所示，空气喷嘴板520胶结被分成两个的520-1和520-2制造而成。另外，如图77所示，障碍物524与支撑部件525作为一体部件制成。如图78所示，空气喷嘴板520-1设有槽527，将支撑部件525插入槽527中。通过做成这种结构，能够将障碍物524正确地配置于空气喷嘴中心，能够使障碍物524的面与气流垂直地相对。在本制造方法中，因为易于正确地控制空气喷嘴与障碍物的位置关系，因此能够使向各空气喷嘴的空气流入量恒定。因此，可抑制在燃烧室501的内部的燃空比产生空间的偏移，可降低NO_X。另外如图77所示，通过冲压加工大量生产障碍物524与支撑部件525的一体部件，可降低费用。

图79、图80表示另一制造例。在本制造例中，与上述制造例相同，障碍物524与支撑部件525为一体部件。但是，因为利用一张板构成空气喷嘴板520，因此对空气喷嘴板520，从上游侧较深地挖入槽527。并且，如图79所示，障碍物524与支撑部件525的一体部件插入槽527并固定。在本制造例中，具有没有必要分割空气喷嘴板的效果。

图81表示支撑部件525的截面形状的变化。图81(a)的截面形状为三角形，顶点向上游侧配置。三角形的支撑部件与矩形的支撑部件相同地在支撑部件下游产生剥离流545，使空气流诱发紊流。与矩形相比，因为上游侧的气流变得顺畅，因此能够少许降低压力损失。

图81(b)的支撑部件525的截面是菱形。与矩形形状或三角形状相比，在下游产生的剥离流545变小，因为能够降低压力损失，因此能够降低喷嘴整体的压力损失。

图81(c)的支撑部件525的截面是圆形，在下游产生的剥离流545最小，能够较大地抑制压力损失。

图82表示障碍物524的支撑方法的变化。之前说明的支撑方法是以两点进行支撑，但在本变化中，用三点进行支撑。并且，如图82(b)所示，使障碍物524与支撑部件525成为一体部件。因为图82(b)的支撑部件被三点支撑，因此在从图76到图80所示的制作方法中，安装在空气喷嘴521上时，将障碍物524的平面与燃料喷嘴轴向垂直地配置是容易的。

图83也同样表示障碍物524的支撑方法的变化。在本变化中，又增加支撑点数，以四点支撑。与三点支撑的情况相同，将障碍物524的平面与燃料喷嘴轴向垂直地配置是容易的，强度也增加。

图84表示障碍物形状的变化。在本变化中，障碍物524是三角形状。就本形状而言，因为产生由生成于障碍物524的下游的剥离流引起的紊流且三角形的角部554向空气的通过区域突起，因此从障碍物524的角部554向下游产生纵涡流541。该纵涡流541进一步产生紊流，能够促进燃料与空气的混合。但是，纵涡流一般具有寿命长难以衰减的特性。因此，期望使三角形状的障碍物524应用于配置于远离火焰面的空气喷嘴。

将以上说明的燃料喷嘴、空气喷嘴以及障碍物作为一个组合，在具备多个这种组合的燃气轮机燃烧器中，能够以非常短的距离使燃料与空气混合，另外，并且能够将燃料与空气普遍地、均质地供给燃烧室1。因此，能够实现NO_X的排出量非常少的燃烧。另外，燃料流量的多少未较大地左右燃料与空气的混合状态，具有稳定的混合性能。因此，燃空比高时或者使用卡路里低的燃料时，即使增加燃料流量，也能抑制混合特性的恶化。另外，燃空比高时或使用卡路里低的燃料时，燃料的喷出速度变快，燃料与障碍物冲撞时在宽范围上分散。因此，能够确保与空气流的边界面积且充分地进行混合，能够降低NO_X排出量。

另外，本发明因为能以非常短的距离使两种流体混合，因此不仅用于燃气轮机燃烧器，也可作为以短距离使两种流体混合的混合器或其他的燃烧器使用。

另外，在专利文献1所示的现存的燃烧器中，通过更换为本参考例的空气孔板，还可改造燃烧器。

参考例6

参考例6的目的在于提供既降低NO_X产生量又能防止逆化的燃气轮机燃烧器及其燃料供给方法。

为了达到上述目的，在使从压缩机导入的燃烧用空气与燃料混合并燃烧、将已生成的燃烧气体供给燃气轮机的燃烧器中，具备：喷出燃料的液体燃料喷嘴；在中心具备该液体燃烧喷嘴，具有向其喷出方向扩展的中空圆锥状的形状，在内部形成混合室的混合室壁；以将燃烧用空气导入混合室且使其导入角度至少偏向混合室壁的周向的方式穿设于混合室壁的多个空气导入孔；以与多个空气导入孔相对的方式分别设于混合室壁的外周侧，向与空气导入孔的轴心线大致同轴方向喷出燃料的气体燃料喷嘴。

参考例6-1

下面，参照附图说明本参考例的燃气轮机燃烧器及其燃料供给方法。

首先，下面参照图87至图90说明参考例6-1。

图87以侧剖视图表示本参考例的燃气轮机燃烧器的结构，同时，是概略地表示具备这些的燃气轮机设备的整体结构的概略结构图。如该图87所示，燃气轮机设备主要由压缩空气并产生高压燃烧用空气的压缩机601，混合由该压缩机601导入的压缩空气与燃料并生成燃烧气体的燃烧器602，导入由该燃烧器602生成的燃烧气体的燃气轮机603构成。另外，压缩机601与燃气轮机603连接。

上述燃烧器602具备：具备使燃料与燃烧用空气混合的混合室604及在内部形成该混合室604的混合室壁605的燃烧嘴611；燃烧在混合室604内混合的混合气体且生成燃烧气体的燃烧室606；在内部形成该燃烧室的内筒607；将从该内筒607流出的燃烧气体导向燃气轮机603的过渡件608；将这些燃烧嘴611、内筒607及过渡件608容纳于内部的外筒609；以及由该外筒609支撑，在燃烧室606内点燃混合气体的点火栓610。通过这种结构，由压缩机601压缩的压缩空气如图86中箭头所示被导入混合室604内并与燃料混合，该混合气体在燃烧室606内由点火栓610点火并燃烧，燃烧生成的燃烧气体如图87中箭头イ所示通过过渡件608向燃气轮机603喷射并驱动燃气轮机603。由此，驱动未图示的与燃气轮机603连接的发电机并进行发电。

图88是表示燃烧嘴611的详细结构的侧剖视图。如该图88所示，形成混合室604的混合室壁605呈向燃烧室606方向(图88中为右方向，换言之，后述液体燃料喷嘴613的喷出方向)扩开的中空圆锥状的形状，在该混合室壁605的圆锥的顶点部分以与混合室壁605的轴心线L1大致同轴方向的方式设有向燃烧室606的上游位置喷出液体燃料的液体燃料喷嘴613。另外，在混合室壁605上以在其周向为多处以及在轴心线L1方向(以下，记载为轴向)为多级(在本参考例中是三级)的方式穿设有将由压缩机601压缩的燃烧用空气导入混合室4内的空气导入孔614、615、616，并从轴向上游侧(图88中的左侧)按空气导入孔614、615、616的顺序配置。

在混合室壁605的外周侧，向上述空气导入孔614、615、616的各自的上游侧喷出气体燃料的多个气体燃料喷嘴617设置成分别与空气导入孔614、615、616相对。使该气体燃料喷嘴617能向与空气导入孔614、615、616的轴心线L2、L3、L4大致同轴方向喷出气体燃料。

另外，由液体燃料供给系统618向上述液体燃料喷嘴613供给液体燃料，由气体燃料供给系统619向气体燃料喷嘴617供给气体燃料(参照图87)。

上述的空气导入孔614、615、616设置成，燃烧用空气向混合室604的导入角度至少偏向混合室壁605的周向，更详细地说，在混合室604的上游侧，配置成向液体燃料喷嘴613的喷出位置附近喷出气体燃料与燃烧用空气的同轴喷流，随着向混合室604的下游侧，以气体燃料与燃烧用空气的同轴喷流沿着混合室壁5的内周面605a的方式配置。对此的详细情况，使用图89、图90及之前的图88进行说明。

图89是穿设有空气导入孔614的轴向位置的混合室壁605的横剖视图(图88中的III-III截面)，图90是穿设有空气导入孔616的轴向位置的混合室壁605的横剖视图(图88中的IV-IV截面)。

在这些图89及图90中，X是空气导入孔614、616的轴心线L2、L4与混合室壁605的轴心线L1之间的偏移距离(即、轴心线L1分别与轴心线L2、L4两者以垂直正交的线段连接时该线段的长度)，D是穿设有空气导入孔614、616的轴向位置的混合室壁5的内径。在本参考例中，设置成随着向混合室壁605的轴向下游侧(图88中的右侧)X/D增大而改变空气导入孔614、615、616的周向角度。由此，在混合室604的上游位置，X/D变小，如图89中箭头ウ所示，从空气导入孔614喷出的燃烧用空气向混合室壁605的轴心线L1附近(即液体燃料喷嘴613的喷出位置附近)流入。另一方面，在混合室604的下游位置，X/D变大，如图90中箭头エ所示，从空气导入孔616喷出的燃烧用空气沿着混合室壁605的内周面605a流入。

另外，在本参考例中，对于空气导入孔614、615、616的轴向角度也设置成使其与轴心线L1方向位置相应地变化。也就是说，如图88所示，对于作为混合室壁605的最上游侧的空气导入孔614，使其轴心线L2与混合室壁605的内周面605a之间的角度α1比较大(例如，包含空气导入孔614的轴心线L2的平面与轴心线L1为大致垂直相交的角度)，对于作为混合室壁605的中、下游侧的空气导入孔615、616，使其轴心线L3、L4与混合室壁内周面605a之间的角度α2比较小(例如90°的程度)。由此，从空气导入孔614喷出的燃烧用空气与减小上述X/D的效果相吻合，相对于轴心线L1(即相对于从液体燃料喷嘴613喷出的液体燃料)大致呈直角地流入。

另外，关于空气导入孔615、616，如上所述因X/D比较大而周向的偏转量大，因此，空气导入孔615、616的出口(混合室604侧)的口径变大，在与上述空气导入孔614设为同样的角度α1的情况下，相邻的导入孔出口相互干扰，必须减少空气导入孔615、616的周向的设置数，但根据本参考例，作为角度α2，将空气导入孔615、616的轴心线L3、L4与内周面605a的角度设为大致直角，能够减小出口的直径，由此能够确保

空气导入孔615、616的周向的设置数。通过这种结构，能够使混合室604及混合室壁605小型化。

如上，液体燃料喷嘴613构成喷出本发明各方案记载的燃料的第一燃料喷嘴，气体燃料喷嘴617构成向与空气导入孔的轴心线大致同轴方向喷出燃料的第二燃料喷嘴。

接着，按以下各项的顺序说明由参考例6-1得到的作用。

(1)防止火焰逆火的作用

在本参考例中，由液体燃料喷嘴613向混合室604内喷出液体燃料的同时，由气体燃料喷嘴617向空气导入孔614、615、616喷出气体燃料，将该气体燃料与由压缩机1导入的燃烧用空气从空气导入孔614、615、616导入混合室604内。之后，将从液体燃料喷嘴613喷出的液体燃料，从气体燃料喷嘴617喷出的气体燃料及燃烧用空气在混合室604内充分地混合而成为均质的预混合气体，通过在混合室604的下游侧的燃烧室606使其燃烧，向燃气轮机603供给燃烧气体。

其中，例如，在空气导入孔614、615、616为如上述现有技术那样具有对于预混合从气体燃料喷嘴617喷出的气体燃料与燃烧用空气来说充分的长度的结构的情况下，因为空气导入孔614、615、616内为以气体燃料与燃烧用空气的混合气体充满的状态，因此有可能产生在空气导入孔614、615、616内的混合气体的自动着火，或者火焰从燃烧室606经混合室604向空气导入孔614、615、616内的逆火。另外，被导入燃烧器602的燃烧用空气在由压缩机601压缩产生、流下各流道的过程中，包含尘埃等的情况也不少。因此，在导入空气导入孔614、615、616的燃烧用空气中包含可燃性的尘埃等的情况下，有可能其尘埃成为火种，而在空气导入孔614、615、616内保持火焰。在产生这种事态的情况下，有可能导致混合室壁605因过热引起的变形、破损，或者与燃气轮机设备整体的损伤相关。

相对于此，在本参考例中，因为构成为在混合室壁605上穿设混合燃烧用空气与从气体燃料喷嘴617喷出的气体燃料并导入混合室604的空气导入孔614、615、616，因此空气导入孔614、615、616的混合长度只是混合室壁605的壁厚。因此，在空气导入孔614、615、616内，燃烧用空气与气体燃料无法充分地混合，因此能够防止在上述现有结构中会产生的在空气导入孔614、615、616内的混合气体的自动着火或火焰的逆火。另外，即使在被导入的燃烧用空气包含可燃性的尘埃等的情况下，因为空气导入孔614、615、616不具有如上述现有结构那样充分的混合长度或向下游侧缩径的形状，因此尘埃等无法滞留在空气导入孔614、615、616内而直接喷入混合室604内，因此也能够防止保持逆火的火焰的情况。这样一来，根据本参考例能够防止火焰的逆化。

(2)降低NO_X产生量的作用

在本参考例中，构成为将气体燃料喷嘴617与空气导入孔614、615、616相对地配置于混合室壁605的外周侧，使气体燃料从空气导入孔614、615、616的上游侧向与其轴心线L2、L3、L4大致同轴方向地喷出。由此，导入空气导入孔614、615、616内的燃烧用空气及气体燃料在空气导入孔614、615、616内进行粗混合(以下，将该状态的燃烧用空气及气体燃料记载为粗混合气体)，之后，从空气导入孔614、615、616向混合室604内喷出，由其喷出时产生的涡流促进混合(以下，将该状态的燃烧用空气及气体燃料记载为一次混合气体)。另外，该涡流是流道扩大为台阶状时经常产生的。

此时，在本参考例中，如上所述，设置成以随着向混合室壁605的轴向下游侧的X/D变大的方式改变空气导入孔614、615、616的周向角度。由此，在混合室604的上游位置，从空气导入孔614喷出的一次混合气体向液体燃料喷嘴613的燃料喷出位置附近流入。由此，因为从空气导入孔614喷出的一次燃烧气体互相快速冲撞，因此更进一步促进混合。另一方面，在混合室604的中、下游位置，从空气导入孔615、616导入的一次混合气体沿混合室壁605的内周面605a流入。由此，在混合室604内产生强回旋流，通过该回旋流，从各空气导入孔615、616喷出的一次混合气体相互冲撞，能够大幅度地促进混合。这样一来，从空气导入孔614、615、616喷出的一次混合气体在混合室604内能够充分混合。

另一方面，从液体燃料用喷嘴613喷出的液体燃料由于从空气导入孔614喷出的、大致呈直角地冲撞的一次混合气体的剪切力的作用而微粒化，并且，因为其一部分蒸发而气化，因此通过回旋流一边向混合室604的下游流动一边促进与一次混合气体的混合(以下，将该液体燃料、气体燃料及燃烧用空气混合的状态记载为预混合气体)。

这样一来，在混合室604内，液体燃料、气体燃料及燃烧用空气充分混合并能够形成均质的预混合气体，因此能够降低NO_X的产生量。

(3)防止捻缝的作用

根据本参考例，由于在混合室604上游位置X/D小，如图89所示，因为从空气导入孔614喷出的一次混合气体向混合室壁605的轴心线L1附近流入，因此强回旋力只作用于该中心区域，在混合室壁605的内周面605a附近，回旋流衰减，回旋力比较小。因此，能够防止从液体燃料喷嘴613喷出的液体燃料的液滴由于回旋流的回旋作用而与混合室壁的内周面605a冲撞。因此，能够防止捻缝的产生。

另外，有时会在液体燃料喷嘴613的喷出位置附近产生喷出的小液滴停滞的滞流区域。若产生该滞流区域，则液滴附着在混合室壁的内周面605a上的可能性变大，成为产生捻缝的主要原因。根据本参考例，如上所述，因为一次混合气体从周向整个范围向液体燃料喷嘴613的燃料喷出位置附近流入，因此能够抑制产生液体燃料的液滴易于附着在混合室壁的内周面605a的上述滞流区域。由此，能够可靠地防止捻缝的产生。

另外，考虑到粒径比较大的液滴由于其惯性力，与回旋流的回旋力逆流而与混合室壁的内周面605a冲撞，但根据本参考例，因为在混合室壁的内周面605a的周向整个范围设有空气导入孔614、615、616，因此能够通过从空气导入孔614、615、616喷出的一次混合气体吹走将要与内周面605a冲撞的液滴。由此，能够更加可靠地防止捻缝的产生。

另外，例如在液体燃料喷嘴613使用压力喷雾式涡旋型液体燃料喷嘴的情况下，从液体燃料喷嘴613喷出的液滴由于离心力而向轴心线L1的外周侧喷出。即使在这种情况下，根据本参考例，如上所述，因为一次混合气体从周向整个范围向液体燃料喷嘴613的燃料喷出位置附近流入，因此能够抑制喷出的液滴向外周侧扩散，能够防止液滴冲撞混合室壁的内周面605a。另外，在该情况下，因为能够使由一次混合气体产生的剪切力以最大限度作用于液体燃料，因此能够使液滴微粒化并大幅度地促进混合。

(4)提高燃烧稳定性的作用

根据本参考例，设置成以随着向混合室壁605的轴向下游侧X/D变大的方式改变空气导入孔614、615、616的周向的角度。由此，越向混合室壁605的轴向下游位置X/D越大，在混合室604的出口区域，预混合气体一边产生强回旋流一边流入燃烧区域。由此，在混合室604的出口区域，在其轴心位置附近形成再循环区域，能够提高燃烧稳定性。

参考例6-2

接着，参照图91说明参考例6-2。本参考例是延长混合室壁的轴向长度，将空气导入孔的轴向配置集中于上游侧的结构。

图91是表示本参考例的燃烧嘴的详细结构的侧剖视图。另外，在该图91中，对与上述参考例6-1的图88相同的部分标记相同的符号而省略说明。

如该图91所示，在本参考例的燃烧嘴661中，形成为使混合室壁655的扩展角度比上述参考例6-1的混合室壁605小且加长轴向长度，并将空气导入孔664～666集中设于混合室壁655的上游侧。这些空气导入孔664～666与参考例6-1相同地设置成以随着向混合室壁655的轴向下游侧X/D变大的方式、即以在空气导入孔664X/D小、在空气导入孔666X/D大的方式改变周向角度。另外，在本参考例中，对于空气导入孔664～666的轴向角度，形成为使其不与轴心线L5方向位置而相应地变化，而使包含空气导入孔664～666的轴心线(未图示)的平面与轴心线L5分别为大致垂直相交的角度。

另外，设置成向这些空气导入孔664～666各自的上游侧喷出气体燃料的多个气体燃料喷嘴667分别与空气导入孔664～666相对，与参考例6-1相同，能够向与这些空气导入孔664～666的轴心线(未图示)大致同轴方向喷出气体燃料。

另外，使相对于混合室壁655的内周面655a的轴心线L5的扩展角度形成为，在混合室604的上、中游侧为比较小的α3、在下游侧为比较大的α4，且在出口区域扩展角度变大。

根据上述结构的本参考例，与上述参考例6-1相同，在能够分别得到防止火焰的逆化、降低NO_X产生量、防止捻缝、提高燃烧稳定性的作用的同时，还能够得到以下的作用。

(5)进一步提高燃烧稳定性的作用

在本参考例中，因为将混合室壁655形成为相对于其内周面655a的轴心线L5的扩展角度在出口区域增大，因此在该出口区域，在降低预混合气体的轴向速度的同时，能够在火焰的外周侧形成再循环流区域(图91中T所示部分)，其结果，能够增大火焰的火焰稳定性，防止例如火焰的轴向的不稳定振动等。因此，能够进一步提高燃烧稳定性。

(6)进一步防止火焰逆火的作用

根据本参考例，与上述参考例6-1相同，可防止火焰向空气导入孔664～666内的逆火，如参考例6-1及本参考例那样，若在混合室604、654内形成回旋流，则通过在混合室出口区域，在回旋流的中心部(轴心线L1、L5部)产生再循环区域，能够提高燃烧稳定性，但根据情况，火焰有可能从燃烧区域回流到混合室604、654内。

其中，如上述(5)所述，根据本参考例，因为能进一步提高燃烧稳定性，因此即使减弱出口区域的预混合气体的回旋力，也可将燃烧稳定性保持为与参考例6-1相同程度。也就是说，在将各空气流入孔664～666的X/D设定得较小并减弱在出口区域的回旋流，减弱再循环区域的形成，抑制火焰的回流，并且，增大出口区域的扩展角度α4，增大火焰的火焰稳定性并维持燃烧稳定性的情况下，通过调整X/D及出口扩展角度α4，可以调整实现预混合气体的回旋力与轴向速度的平衡，既能维持燃烧稳定性又能抑制火焰从燃烧区域向混合室654内部的逆火。因此，能够进一步防止火焰的逆火。

(7)进一步降低NO_X产生量的作用

根据本参考例，通过使混合室壁655的轴向长度形成得比较长且将空气导入孔664～666集中配置于上游侧，能够加长混合室604中的混合距离。由此，能够进一步促进从各空气流入孔664～666喷出的一次混合气体(气体燃料与燃烧用空气)之间的混合的同时，还能够增加从混合距离相应加长的液体燃料喷嘴663喷出的液体燃料蒸发的比例，通过进一步促进对液体燃料与一次混合气体之间的混合也能够产生更均质的预混合气体。因此，能够进一步降低NO_X的产生量。

(8)抑制燃烧振动的产生的作用

本参考例因为加长了用于产生预混合气体的混合距离，因此与上述参考例6-1比较，能够实现更接近于预混合燃烧的燃烧特性。在进行这种预混合燃烧的情况下，有时会产生燃烧器2内部的压力(即混合室654及燃烧室606内的压力)周期变化的燃烧振动。该燃烧振动存在多个振动模式，若由燃烧状态激起特定的振动模式，则燃烧振动的压力振幅增大。若燃烧振动的压力振幅增大，则构成燃烧器602的部件的滑动面产生磨耗，因此防止燃烧振动的产生是重要的。

在本参考例这种燃气轮机设备的情况，一般，若燃烧器602内的压力与燃气轮机603内的压力为一定的压力比，则燃烧气体的流速在第一级定叶孔口630(参照图87)达到声速。如此，若流体的流速达到声速，则因为在声学上可视为不传播声波的固体壁，因而在本参考例中，有可能产生以燃烧器602的两端(即上述第一级定叶孔口部630与燃烧器602入口部)为边界条件的振动模式，此时，压力波在第一级定叶孔口部630与成为另一方的反射端的燃烧器602入口部之间反复反射，有可能形成驻波而压力振幅增大。

在本参考例中，因为在成为一方的反射端的燃烧器602入口部设置反射率小的中空圆锥状的混合壁655，因此即使压力波沿混合壁655行进也对压力波施加阻尼作用，能够抑制燃烧振动的产生。另外，该抑制燃烧振动的产生的作用在上述参考例6-1中也能够得到。

另外，在以上说明的参考例6-1、6-2中，对于液体燃料喷嘴613、663及气体燃料喷嘴617、667无特别记载，但作为例如液体燃料喷嘴613、663.，可以使用压力喷雾式的涡旋型喷嘴(单节流孔型或者双节流孔型的任一种均可)、压力喷雾式冲撞型喷嘴或喷雾空气式喷嘴等任一喷雾方式的液体燃料喷嘴。另外，在任一参考例中只设有一个液体燃料喷嘴613、663，但不限定于此，也可以对一个混合室设置多个液体燃料喷嘴。

另一方面，关于气体燃料喷嘴617、667，只要能大致向同轴方向将气体燃料供给各空气流入孔，哪种方式的喷嘴都可以。另外，也可以控制或截断向多个空气流入孔中的特定的空气流入孔供给的气体燃料流量。

另外，在以上说明的参考例6-1、6-2中，作为能够从液体燃料喷嘴613、663及气体燃料喷嘴617、667双方喷出燃料且同时使用液体燃料及气体燃料双方的燃气轮机燃烧器使用，但本参考例不限定于此。即，例如能够通过以只从液体燃料喷嘴613、663喷出液体燃料的方式运用而作为只使用了液体燃料的燃气轮机燃烧器使用，另外，能够通过将液体燃料喷嘴613、663作为例如可喷出气体、液体燃料双方的双重喷嘴，并以从该双重燃料喷嘴及气体燃料喷嘴617、667中至少一方喷出气体燃料的方式运用而能作为只使用了气体燃料的燃气轮机燃烧器使用。如此，通过根据需要改变燃料的运用方式，可与对燃气轮机设备的多样化的燃料方式的需要相对应。

参考例6-3

接着，参照图92说明参考例6-3。本参考例将参考例6-1的燃烧嘴作为起动燃烧嘴设于中心部，将参考例6-2的燃烧嘴作为主燃烧嘴在起动燃烧嘴的周围配置多个，并将它们组合设于燃烧器中。

图91是放大表示参考例的燃烧器的入口部分的侧剖视图。另外，在该图92中，对于与上述参考例6-1、6-2的图88及图91相同的部分标记相同的符号并省略说明。

如该图92所示，在本参考例中，在燃烧室606的入口，将参考例6-1所示的燃烧嘴611作为起动燃烧嘴设于中心部，将参考例6-2所示的燃烧嘴661作为主燃烧嘴在起动燃烧嘴的周围配置多个。另外，在这些起动燃烧嘴611的出口部与各主燃烧嘴661的出口部之间分别设置板631，辅助保持火焰的稳定。另外，液体燃料供给系统638与起动燃烧嘴611的液体燃料613连接，气体燃料系统639与气体燃料喷嘴617连接，液体燃料供给系统640与主燃烧嘴611的液体燃料喷嘴663连接，气体燃料系统641与气体燃料喷嘴667连接。

即，参考例6-1所示的燃烧嘴611形成为与参考例6-2的燃烧嘴661相比，混合室壁605的扩展角度比较大、轴向的混合距离短，因为空气导入孔614、615、616在混合室壁605的上、中、下游侧的整个范围设置，因此即使火焰与混合室604内接近也能够抑制混合室壁605的温度上升。因此，能够将相对于燃烧空气流量的燃料(液体燃料或气体燃料，或者液体燃料及气体燃料)流量的质量流量比(所谓的燃空比)设定得较高，与燃烧嘴661相比，能够以接近于扩散燃烧的燃烧状态进行稳定燃烧。因此，在本参考例中，如上所述，将燃烧嘴611作为起动燃烧嘴，从燃空比或燃烧气体的流量变化激烈的燃气轮机设备的起动、提速时点火而使用。

另一方面，参考例6-2的燃烧嘴661与燃烧嘴611相比，因为轴向的混合距离长、具有与预混合燃烧相近的燃烧特性，因此燃烧稳定范围狭窄。因此，在本参考例中，如上所述，通过以将燃烧嘴661作为主燃烧嘴，从燃烧用空气的流量变化变小的燃气轮机设备的低负荷时(结束上述起动、提速时的状态)点火，如果成为恒定负荷状态，就以增加燃烧嘴661的燃烧比例的方式运用，能够实现NO_X产生量的降低。

根据上述结构的本参考例，通过使用具有不同的燃烧特性的燃烧嘴611和组合使用燃烧嘴661，能够在从燃气轮机的起动、提速时到恒定负荷区域的宽负荷变动的范围进行稳定燃烧。

另外，在本参考例中，虽然起动燃烧嘴和主燃烧嘴使用了不同结构的燃烧嘴，但不限定于此，也可以使用相同结构的燃烧嘴。即，因为参考例6-1的燃烧嘴611通过只控制燃料流量就能从扩散燃烧状态变化到预混合燃烧状态，因此可以将例如燃烧嘴611作为起动燃烧嘴和主燃烧嘴这两者使用。由此，也可得到与本参考例相同的效果。

参考例7

参考例7的目的在于提供作为抑制逆火而且稳定燃烧的燃烧器及燃烧器的燃烧方法。

为了达到上述目的，本参考例7的燃烧器的特征是，具备在内部形成混合燃烧用空气与燃料的混合室的混合室形成部件，以及燃烧在上述混合室混合的混合气体且生成燃烧气体的燃烧室，在上述混合室形成部件内设有从上述混合室形成部件的外周侧向该混合室供给燃烧用空气的流道。另外，在其流道内对燃料与空气进行预混合，并向混合室供给预混合气体。

下面，详细说明本参考例。

参考例7-1

下面，参照附图说明本参考例的燃烧器及燃烧方法的实施方式。首先，参照图93至图97对参考例7-1说明如下。

图93表示参考例7-1的燃气轮机设备的整体结构，其中，用侧剖视图表示燃气轮机燃烧器的结构。如图93所示，燃气轮机设备主要具备压缩空气且产生高压燃烧用空气的压缩机701，混合从该压缩机701导入的压缩空气与燃料且生成燃烧气体的燃烧器702，导入由该燃烧器702生成的燃烧气体的燃气轮机703。另外，压缩机701与燃气轮机703连接。

燃烧器702具备：具备使燃料与燃烧用空气混合的混合室704及作为在内部形成该混合室704的混合室形成部件的混合室壁705的燃烧嘴711；使在混合室704内混合的混合气体燃烧且生成燃烧气体的燃烧室706；在内部形成该燃烧室的内筒707；将从该内筒707流出的燃烧气体导入燃气轮机703的过渡件708；将这些燃烧嘴711、内筒707及过渡件708容纳于内部的外筒709；由该外筒709支撑，在燃烧室706内点燃混合气体的点火栓710。通过这种结构，来自压缩机701的压缩空气如图93中箭头ア所示被导入混合室704内并与燃料混合，该混合气体在燃烧室706内由点火栓710点火并燃烧，由燃烧生成的燃烧气体如图93中箭头イ所示通过过渡件708喷射到燃气轮机703中并驱动燃气轮机703。由此，驱动未图示的与燃气轮机703连接的发电机并进行发电。

图94是表示燃烧嘴711的详细结构的侧剖视图。如该图94所示，形成混合室704的混合室形成部件的混合室内壁705a为向燃烧室706方向(图94中为右方向，换言之，后述第一燃料喷嘴713的喷出方向)扩展的扩散器(デイフ一ザ)形状或中空圆锥状的形状，在该混合室内壁705a的圆锥的大致顶点部分以与混合室壁705的轴心线L1大致同轴方向的方式设有向燃烧室706的上游位置喷出第一燃料的第一燃料喷嘴713。另外，混合室外壁705b形成为圆筒状，在混合室壁705上以在其周向为多处以及在轴心线L1方向(以下，记载为轴向)为多级(在本参考例中是三级)的方式穿设有将来自压缩机701的燃烧用空气导入混合室704内的空气导入孔714、715、716，从轴向上游侧(图94中为左侧)按空气导入孔714、715、716的顺序配置。即，在混合室形成部件内形成空气导入孔714、715、716等流道。

在上述各个空气导入孔714、715、716分别设有向空气导入孔714、715、716的内部喷出第二燃料的多个燃料孔717、718、719。该燃料孔717、718、719设于混合室外壁705b附近的空气导入孔内-，与设于混合室704的上游部的第二燃料的燃料歧管712连接，能够在与空气导入孔714、715、716的轴心线L2、L3、L4大致垂直的方向喷出第二燃料。该第二燃料向与空气流大致直角方向供给。

另外，由第一燃料供给系统720向第一燃料喷嘴713供给第一燃料，由第二燃料供给系统721向燃料孔717、718、719供给第二燃料(参照图93)。第一燃料、第二燃料可以是同一种类的气体燃料或液体燃料，也可以是例如发热量不同的气体燃料。另外，也可使第一燃料为液体燃料、使第二燃料为气体燃料。另外，在燃气轮机的运用上可考虑向第一燃料喷嘴713只供给液体燃料的情况，向燃料孔717、718、719只供给气体燃料的情况，在向第一燃料喷嘴713供给液体燃料的同时向燃料孔717、718、719供给气体燃料的情况。

下面，对在参考例7-1中，向第一燃料喷嘴713只供给液体燃料的情况和向燃料孔717、718、719只供给气体燃料的情况的燃气轮机的运用方法进行说明。

上述的空气导入孔714、715、716设置成，燃烧用空气向混合室704的导入角度至少偏向于混合室壁705的周向，更详细地说，在混合室704的上游侧，配置成向液体燃料的第一燃料喷嘴713的喷出位置附近喷出燃烧用空气喷流或气体燃料与燃烧用空气的混合喷流，随着向混合室704的下游侧，配置成使燃烧用空气喷流或气体燃料与燃烧用空气的混合喷流沿着混合室壁705的内周面705a。下面，使用图95、图96及之前的图94说明这些的详细情况。

图95是穿设有空气导入孔714的轴向位置的混合室壁705的横剖视图(图94中的III-III截面)，图96是穿设有空气导入孔716的轴向位置的混合室壁705的横剖视图(图94中的IV-IV截面)。

在图95及图96中，X是空气导入孔714、716的轴心线L2、L4与混合室壁705的轴心线L1之间的偏移距离(即、轴心线L1分别与轴心线L2和L4两者以垂直正交的线段连接时该线段的长度)，D是穿设有空气导入孔714、716的轴向位置的混合室壁705的内径。在本实施方式中，设置成以随着向混合室壁705的轴向下游侧(图94中为右侧)X/D变大的方式改变空气导入孔714、715、716的周向角度。由此，在混合室704的上游位置，X/D变小，如图95中箭头ウ所示，从空气导入孔714喷出的燃烧用空气向混合室壁705的轴心线L1附近(即，液体燃料的第一喷嘴713的喷出位置附近)流入。另一方面，在混合室704的下游位置，X/D变大，如图96中箭头エ所示，从空气导入孔716喷出的燃烧用空气沿着混合室壁705的内周面705a流入。

另外，在本参考例中，对于空气导入孔714、715、716的轴向角度也设置成使其与轴心线L1方向位置相应地变化。也就是说，如图94所示，对于作为混合室壁705内的最上游侧的空气导入孔714，使其轴心线L2与混合室壁705的内周面705a的角度α1比较大(例如，包含空气导入孔714的轴心线L2的平面与轴心线L1为大致垂直相交的角度)，对于作为混合室壁705内的中、下游侧的空气导入孔715、716，使其轴心线L3、L4与混合室壁的内周面705a的角度α2比较小(例如90°的程度)。由此，来自空气导入孔714的燃烧用空气与减小上述X/D的效果相吻合，相对于轴心线L1(相对于从液体燃料的第一燃料喷嘴713喷出的液体燃料)大致呈直角地流入。

另外，关于空气导入孔715、716，如上所述，因X/D比较大而周向的偏转量大，因此，空气导入孔715、716的出口(混合室704侧)的口径变大，在与上述空气导入孔714设为同样的角度α1的情况下，相邻的导入孔出口相互干扰，必须减少空气导入孔715、716的周向的设置数，但根据本参考例，作为角度α2，将空气导入孔715、716的轴心线L3、L4与内周面705a的角度大致设为直角，能够减小出口的直径，由此能够确保空气导入孔715、716的周向的设置数。通过这种结构，能够使混合室704及混合室壁705小型化。

图97是穿设于空气导入孔714的燃料孔717的位置的混合室壁705的剖视图(图94中的V-V截面)。燃料孔717形成为在一个空气导入孔设一个燃料孔并与轴心线L1垂直，如图中箭头オ所示，构成为向空气导入孔714的中心供给气体燃料。

接着，按以下每项的顺序说明由上述结构的参考例7-1得到的作用。

(1)防止火焰逆火的作用。在本参考例中，由燃料孔717、718、719供给气体燃料的情况下，从燃料孔717、718、719向空气导入孔714、715、716喷出气体燃料，从空气导入孔714、715、716将该气体燃料与由压缩机701导入的燃烧用空气导入混合室704内。将从气体燃料孔717、718、719喷出的气体燃料及燃烧用空气在混合室704内充分混合而成为均质的预混合气体，通过使其在混合室704的下游侧的燃烧室706内燃烧，向燃气轮机703供给燃烧气体。

其中，例如在空气导入孔714、715、716为对于预混合从气体燃料孔717、718、719喷出的气体燃料与燃烧用空气来说具有充分的长度的结构，且向下游侧缩径或者存在弯曲部的情况下，有可能出现在空气导入孔714、715、716内的混合气体的自动着火，或者火焰由燃烧室706经混合室704向空气导入孔714、715、716内的逆火的情况，由产生于缩径的上游部的流速缓慢区域或弯曲部的涡流保持火焰的情况。另外，导入燃烧器702的燃烧用空气在由压缩机701压缩而产生并流经各流道的过程中，包含尘埃的情况也不少。因此，在导入空气导入孔714、715、716的燃烧用空气中包含可燃性的尘埃等的情况下，其尘埃等成为火种，有可能由产生于空气导入孔714、715、716内的缩径的上游部的流速缓慢区域或弯曲部的涡流保持火焰。

另外，即使在空气导入孔内部没有产生保持火焰的涡流的结构的情况下，如比较例(日本特表2004-50771号公报)那样，若在旋流器的外表面存在燃料供给部之类的结构物，则由该结构物使旋流器周围的空气流产生紊流，或者在结构物的下游方向产生比较强的小涡流，因而可以认为由该涡流在空气导入孔714、715、716内部保持火焰。特别地，如比较例那样，在旋流器的空气入口附近存在燃料供给部之类的结构物的情况下，因为由结构物产生的涡流不衰减地流入旋流器，因此保持火焰的可能性变高。另外，在旋流器的空气入口部产生空气流的紊流或涡流的情况下，因为旋流器入口部的静压分布变化，由于在燃烧器的轴向开口的空气入口部的轴向位置流入旋流器的空气流量与设计值不同，因此有可能使旋流器内部的燃料浓度分布紊乱而产生燃烧振动，或者因燃烧振动而产生火焰回流。

在发生这种事态的情况下，导致由混合室壁705的过热引起的变形、破损，需要考虑燃气轮机设备整体的损伤。

相对于此，在本参考例中，因为混合燃烧用空气与从气体燃料孔717、718、719喷出的气体燃料且导入混合室704的空气导入孔714、715、716不具有向下游侧缩径的形状，没有产生涡流的弯曲部的结构，即使自动着火或火焰回流、或者由于燃烧用空气内混入可燃性的尘埃等引起的火焰侵入空气导入孔714、715、716内部，由于火焰不会停留于空气导入孔714、715、716内而立即喷入混合室704内，因此也能够防止保持逆火的火焰的情况。

另外，在本参考例中，因为燃料孔717、718、719形成于空气导入孔714、715、716的内部，因此在空气导入孔714、715、716的周围不存在使空气流产生紊流或涡流的结构物，因此难以产生流入混合室的空气流的流量变动等，能够抑制火焰回流的产生。这样一来，根据本参考例，能够抑制火焰的逆火。

(2)降低NO_X产生量的作用。在本参考例中，如图97所示，将燃料孔717、718、719形成为在空气导入孔714、715、716的内部与空气流大致垂直的方向喷出燃料。从燃料孔717喷出的气体燃料因为同与燃料孔717相对的空气导入孔714的壁面714a冲撞而分散，因此与流经空气导入孔714的空气流的接触面积增加，能够促进与空气流的混合。

另外，若燃料流量增加，则因燃料的喷出速度增加而使燃料与壁面714a冲撞时的分散显著，能进一步促进与空气流的混合。

另外，在本参考例中，形成为从燃料孔717喷出的气体燃料在空气导入孔714、715、716的内部与空气流大致垂直地喷出，另外，因为是相对于气体燃料的穿透力(距离)，能够使空气导入孔714的直径比较小的结构，因此向壁面714a的冲撞速度难以衰减，气体燃料分散并能进一步促进与空气流的混合。

由此，导入空气导入孔714、715、716内的燃烧用空气与气体燃料在空气导入孔714、715、716内充分混合(以下，将该状态的燃烧用空气及气体燃料记载为一次混合气体)，之后，从空气导入孔714、715、716向混合室704内喷出，由其喷出时产生的涡流促进混合(以下，将该状态的燃烧用空气及气体燃料记载为二次混合气体)。另外，该涡流通常在流道呈台阶状扩大时产生。

此时，在本参考例中，如上所述，设置成以随着向混合室壁705的轴向下游侧X/D增大的方式改变空气导入孔714、715、716的周向角度。由此，在混合室704的上游位置，从空气导入孔714喷出的二次混合气体向液体燃料的第一燃料喷嘴713的燃料喷出位置附近流入。由此，从空气导入孔714喷出的二次燃烧气体互相快速冲撞，因此更进一步促进混合。另一方面，在混合室704的中、下游位置，从空气导入孔715、716导入的二次混合气体沿混合室壁705的内周面705a流入。由此，在混合室704内产生强回旋流，通过该回旋流，从各空气导入孔715、716喷出的二次混合气体相互冲撞，大幅度地促进混合。这样一来，从空气导入孔714、715、716喷出的二次混合气体在混合室704内能够充分混合。

另外，在本参考例中，因为构成为越上游侧的空气导入孔，空气导入孔的长度越长，因此越上游侧的空气导入孔越能在空气导入孔的内部促进气体燃料与燃烧用空气的一次混合。

另一方面，从液体燃料的第一燃料喷嘴713喷出的液体燃料由于从空气导入孔714喷出的、大致垂直地冲撞的燃烧用空气的剪切力的作用而微粒化，并且，其一部分蒸发而气化，因此通过回旋流一边向混合室704的下游流动，一边促进与从空气导入孔715、716喷出的燃烧用空气的混合(以下，将该液体燃料、气体燃料及燃烧用空气混合的状态记载为预混合气体)。

这样一来，在同一结构的混合室704内，气体燃料与燃烧用空气或液体燃料与燃烧用空气能够充分地混合而生成均质的预混合气体，因此无论使用何种燃料都能够降低NO_X的产生量。

(3)防止捻缝的作用。根据本参考例，由于在混合室704上游位置X/D小，如图95所示，因为从空气导入孔714喷出的燃烧用空气向混合室壁705的轴心线L1附近流入，因此强回旋力只作用于该中心区域，在混合室壁705的内周面705a附近回旋流衰减，回旋力比较小。因此，从液体燃料的第一燃料喷嘴713喷出的液体燃料的液滴能够因回旋流的回旋作用而防止与混合室壁的内周面705a冲撞。因此，能够防止捻缝的产生。

另外，有时会在液体燃料的第一燃料喷嘴713的喷出位置附近产生喷出的小液滴停滞的滞流区域。若产生该滞流区域，则液滴附着在混合室壁的内周面705a的可能性变大，成为捻缝产生的主要原因。根据本参考例，如上所述，因为燃烧用空气从周向整个范围向液体燃料的第一燃料喷嘴713的燃料喷出位置附近流入，因此能够抑制液体燃料的液滴易于附着在混合室壁的内周面705a的上述滞流区域的产生。由此，能可靠地保防止捻缝的产生。

另外，考虑到粒径比较大的液滴由于其惯性力，与回旋流的回旋力逆流而与混合室壁的内周面705a冲撞，但根据本参考例，因为在混合室壁的内周面705a的周向整个范围设有空气导入孔714、715、716，因此能通过从空气导入孔714、715、716喷出的燃烧用空气吹走将要与内周面705a冲撞的液滴。由此，能够更可靠地防止捻缝的产生。

另外，例如在液体燃料的第一燃料喷嘴713使用压力喷雾式涡旋型液体燃料喷嘴的情况下，从液体燃料的第一燃料喷嘴713喷出的液滴由于离心力而向轴心线L1的外周侧喷出。即使在这种情况下，根据本参考例，如上所述，因为燃烧用空气从周向整个范围向液体燃料的第一燃料喷嘴713的燃料喷出位置附近流入，因此能够抑制已喷出的液滴向外周侧扩散，能够防止液滴冲撞混合室壁的内周面705a。另外，在该情况下，因为能够使由燃烧用空气产生的剪切力以最大限度作用于液体燃料，因此能够使液滴微粒化并大幅度地促进混合。

(4)提高燃烧稳定性的作用。根据本参考例，因为在成为空气导入孔的入口部的混合室外壁705b不存在产生空气流的紊流或涡流之类的结构物，因此，因能够向混合室内部供给稳定的空气流量而提高燃烧稳定性。

另外，根据本参考例，设置成以随着向混合室壁705的轴向下游侧X/D增大的方式改变空气导入孔714、715、716的周向的角度。由此，越向混合室壁705的轴向下游位置X/D越大，在混合室704的出口区域，预混合气体一边产生强回旋流一边流入燃烧区域。由此，在混合室704的出口区域，在其轴心位置附近形成再循环区域，能够提高燃烧稳定性。

(5)其他作用。根据本参考例，因为燃料孔717、718、719在燃烧嘴711的空气导入孔714、715、716的内部一体化形成，因此燃烧嘴711外形为圆筒形、小型的形状，产生成为诱发逆火的原因的剥离涡流等的比例变小。

(6)提高效率。根据本参考例，因为燃烧用空气的流动顺畅，因此能够减小燃烧嘴711的压力损失，能够提高燃气轮机整体的效率。

参考例7-2

接着，参照图98说明参考例7-2。图98是表示本参考例的空气导入孔714和燃料孔717的局部的侧剖视图。

在参考例7-1中，如上所述，因为燃料孔717、718、719形成为在与空气流大致垂直的方向向空气导入孔的内部喷出，由于从燃料孔喷出的气体燃料与空气导入孔的相对的壁面冲撞并扩散，因此能大幅度地促进在空气导入孔内部的一次混合。

从图98(a)到图98(d)所示的本参考例也是与参考例7-1相同地形成为在与空气流垂直的方向喷出。

图98(a)在一个空气导入孔714内形成两个燃料孔717a，因为燃料孔717a形成于互相相对的位置，因此如图中箭头オ所示，气体燃料向空气导入孔714的中心喷出。

另外，图98(b)在一个空气导入孔714内形成四个燃料孔717b，与图98(a)的结构相同，因为燃料孔717b形成于互相相对的位置，因此如图中箭头カ所示，气体燃料向空气导入孔714的中心喷出。

因为图98(a)、图98(b)燃料孔数都比参考例7-1增加，因此与空气的接触面积增加且促进混合。另外，因为图98(a)、图98(b)燃料孔都分别形成于相对的位置，从燃料孔喷出的气体燃料在空气孔的中央部冲撞并扩散，因此能伴随与空气的接触面积的增加而促进混合。另外，在本参考例中，供给燃料流量越增加，从燃料孔717a、717b喷出的喷出速度越增加，气体燃料冲撞时的扩散显著，能够促进混合。

图98(c)在一个空气导入孔714形成两个燃料孔717c，其构成为，通过将燃料孔717c设置于空气孔的内壁附近，如图中箭头キ所示，使气体燃料沿着空气导入孔的壁面喷出，气体燃料在空气导入孔的内部回旋。在空气导入孔714的内部，因为从燃料孔717c喷出的气体燃料如图中箭头キ所示，一边回旋一边流下，因此与燃烧用空气的接触时间变长，能够大幅度地促进混合。另外，在本参考例中，是以在一个空气孔内设有两个燃料孔的情况为例说明的，但燃料孔即使只有一个的情况下，促进混合的效果也是能够期待的。

利用图98(a)、图98(b)、图98(c)任一种是以增加与空气流的接触面积或接触时间的效果来促进一次混合的，其结果，因为也能促进在混合室704内的二次混合，因此能够进一步降低NO_X的产生量。

图98(d)在空气导入孔714上形成截面积不同的燃料孔717d、717e，其构成为，从燃料孔717d喷出主气体燃料，从燃料孔717e喷出与主气体燃料发热量不同的副气体燃料。

考虑到在石油化学工厂等中，在产生主燃料的过程中产生多种副产品燃料的情况。考虑到在工厂的燃气轮机发电设备中，将这类副产品气体作为燃气轮机燃烧器的燃料使用的要求增加，在本参考例中，如图中箭头ケ所示，从燃料孔717d喷出主气体燃料，如图中箭头ク所示，从燃烧孔717e喷出副产品燃料，在空气导入孔的内部，因能使空气、主燃料、副产品燃料混合而促进混合。另外，燃料孔717e的截面积是根据副产品燃料的流量调整的，另外，供给燃料孔717e的气体也可以是氮气或蒸汽，不限于可燃性的气体燃料。

参考例7-3

接着，参照图99说明参考例7-3。本参考例为延长混合室壁的轴向长度、将空气导入孔的轴向配置集中于上游侧的结构。

如该图99所示，在本参考例的燃烧嘴761中，形成为使混合室壁755的扩展角度比上述参考例7-1的混合室壁705小且延长轴向长度，并将空气导入孔764～768集中设于混合室壁755的上游侧。这些空气导入孔764～768与参考例7-1相同地设置成以随着向混合室壁755的轴向下游侧X/D变大的方式，即以在空气导入孔764X/D小、在空气导入孔768X/D大的方式改变周向角度。另外，在本参考例中，对于空气导入孔764～768的轴向角度，使其不与轴心线L5方向位置相应变化，而是包含空气导入孔764～768的轴心线(未图示)的平面与轴心线L5分别成大致垂直相交的角度。

另外，向这些空气导入孔765～768各自的内部喷出气体燃料的多个气体燃料孔769～772如图98(a)所示，设置成在空气导入孔765～768的内部分别相对，与参考例7-2相同，能够在与这些空气导入孔765～768的轴心线(未图示)大致垂直方向喷出气体燃料。

另外，形成为使相对于混合室壁755的内周面755a的轴心线L5的扩展角度在混合室704的上、中游侧为比较小的α3，在下游侧为比较大的α4，、在出口区域扩展角度变大。

根据上述结构的本参考例，与上述参考例7-1、7-2相同，在分别能够得到防止火焰的逆化、降低NO_X产生量、防止捻缝、提高燃烧稳定性的作用的同时，还能够得到以下的作用。

(7)进一步提高燃烧稳定性的作用。在本参考例中，因为将混合室壁755形成为相对于其内周面755a的轴心线L5的扩展角度在出口区域变大，因此在该出口区域，在降低预混合气体的轴向速度的同时，能够在火焰的外周侧形成再循环流区域(图99中的T所示部分)，其结果，能够增大火焰的稳定性，防止例如火焰的轴向的不稳定振动等。因此，能够进一步提高燃烧稳定性。

(8)进一步防止火焰逆火的作用。根据本参考例，与上述参考例7-1相同，在从气体燃料孔769～772喷出气体燃料的情况下，因为在空气导入孔765～768的上游侧附近没有产生空气流的紊流或涡流的结构物，因此可防止火焰保持在空气导入孔765～768内，如参考例7-1及本参考例所示，若在混合室704、754内形成回旋流，则通过在混合室出口区域，在回旋流的中心部(轴心线L1、L5部)产生再循环区域，能够提高燃烧稳定性，但根据情况，火焰有可能从燃烧区域向混合室704、754内回流。

其中，如上述(7)所示，根据本参考例，因为能进一步提高燃烧稳定性，因此即使减弱出口区域的预混合气体的回旋力，也可将燃烧稳定性保持为与参考例7-1相同的程度。也就是说，在将各空气流入孔764～768的X/D设定得较小且减弱在出口区域的回旋流，减弱再循环区域的形成，抑制火焰的回流，并且增大在出口区域的扩展角度α4，增大火焰的稳定性，维持燃烧稳定性的状态下，通过调整X/D及出口扩展角度α4，可以调整预混合气体的回旋力与轴向速度的平衡，既能维持燃烧稳定性又能抑制火焰从燃烧区域向混合室754内部的逆火。因此，能够进一步防止火焰的逆火。

(9)进一步降低NO_X产生量的作用。根据本参考例，通过使混合室壁755的轴向长度形成得比较长且将空气导入孔764～768集中配置于上游侧，能够使在混合室754中的混合距离变长。由此，能够进一步促进从各空气导入孔765～768喷出的二次混合气体(气体燃料与燃烧用空气)之间的混合。

另外，即使在从液体燃料喷嘴763喷出液体燃料的情况下，由于混合距离变长，从液体燃料喷嘴763喷出的液体燃料蒸发的比例也相应变多，也能通过进一步促进液体燃料与燃烧用空气之间的混合而产生更均质的混合气体。因此，能够进一步降低NO_X的产生量。

(10)抑制加热液体燃料喷嘴的作用。在本参考例中，因为未在混合室754的最上游侧的空气导入孔764内形成气体燃料孔，因此从空气导入孔764专门喷出燃烧用空气。

在从气体燃料孔喷出气体燃料而进行燃烧的情况下，由于燃料供给的开始或燃料供给系统状况不好导致燃料浓度低时，有时产生火焰时现时灭的闪烁现象。若产生闪烁，则燃烧器内部的压力变动，由时则因该压力变动而引起火焰向混合室754的内部逆流，加热混合室754内部或液体燃料喷嘴763的情况，但在本参考例中，因为从与液体燃料喷嘴763最近的空气导入孔764专门喷出燃烧用空气，由于通过从空气导入孔764喷出的燃烧用空气冷却液体燃料喷嘴763，因此即使产生闪烁现象，也能够抑制加热液体燃料喷嘴763。

(11)抑制燃烧振动的产生的作用。本参考例因为用于产生预混合气体的混合距离较长，因此与上述参考例7-1相比能够实现更接近于预混合燃烧的燃烧特性。在进行这种预混合燃烧的情况下，有时会产生燃烧器702内部的压力(即混合室754及燃烧室706内的压力)周期性变化的燃烧振动。该燃烧振动存在多个振动模式，若由燃烧状态激起特定的振动模式，则燃烧振动的压力振幅增大。若燃烧振动的压力振幅增大，则构成燃烧器702的部件的滑动面产生磨耗，因此防止燃烧振动的产生是重要的。

在本参考例的这种燃气轮机设备中，一般若燃烧器702内的压力与燃气轮机703内的压力为一定的压力比，则燃烧气体的流速在第一级定叶孔口部730(参照图93)达到声速。如此，若流体的流速达到声速，则在声学上可视为不传播声波的固体壁，因此在本参考例中，有可能产生以燃烧器702的两端(即上述第一级定叶孔口部730和燃烧器702入口部)为边界条件的振动模式，此时，压力波在第一级定叶孔口部630和成为另一方的反射端的燃烧器702入口部之间反复反射，有可能形成驻波且压力振幅增大。

在本参考例中，因为在成为一方的反射端的燃烧器702入口部设有反射率小的中空圆锥状的混合壁755，因此即使压力波沿混合壁755行进也对压力波产生阻尼作用而能够抑制燃烧振动的产生。另外，该抑制燃烧振动的产生的作用在上述参考例7-1、7-2中也能够得到。

参考例7-4

接着，参照图100说明参考例7-4。本参考例将参考例7-1的燃烧嘴作为起动燃烧嘴设于中心部，将参考例7-3的燃烧嘴作为主燃烧嘴在起动燃烧嘴的周围配置多个，将它们予以组合并设于燃烧器中。

图100是放大表示参考例的燃烧器的入口部分的侧剖视图。另外，在该图100中，对于与上述参考例7-1、7-3的图94及图99相同的部分标记相同的符号并省略其说明。

如该图100所示，在本参考例中，在燃烧室706的入口，将参考例7-1所示的燃烧嘴711作为起动燃烧嘴设于中心部，将参考例7-3所示的燃烧嘴761作为主燃烧嘴在起动燃烧嘴的周围配置多个。另外，在这些起动燃烧嘴711的出口部与各主燃烧嘴761的出口部之间分别设置板731，以辅助保持火焰的稳定。另外，液体燃料供给系统738与起动燃烧嘴711的液体燃料的第一燃料喷嘴713连接，气体燃料系统739与气体燃料孔717、718、719连接，液体燃料供给系统740与主燃烧嘴761的液体燃料喷嘴763连接，气体燃料系统741与气体燃料孔769、770、771、772连接。

参考例7-1所示的燃烧嘴711形成为与参考例7-3的燃烧嘴761相比，混合室壁705的扩展角度比较大而轴向的混合距离短，因为空气导入孔714、715、716设置在混合室壁705的上、中、下游侧整个范围内，因此即使火焰与混合室704内接近也能够抑制混合室壁705的温度上升。因此，能够将相对于燃烧空气流量的燃料(液体燃料或气体燃料，或者液体燃料及气体燃料)流量的比例设定得较高，与燃烧嘴761相比，能够以近于扩散燃烧的燃烧状态进行稳定燃烧。因此，在本参考例中，如上所述，将燃烧嘴711作为起动燃烧嘴，用于从燃空比或燃烧气体的流量变化激烈的燃气轮机设备的起动、提速时点火。

另一方面，参考例7-3的燃烧嘴761与燃烧嘴711相比，因为轴向的混合距离长并具有近于预混合燃烧的燃烧特性，因此燃烧稳定范围变狭窄。因此，在本参考例中，如上所述，将燃烧嘴761作为主燃烧嘴，从燃烧用空气的流量变化小的燃气轮机的低负荷时(结束上述起动、提速时的状态)点火，通过如果成为恒定负荷状态，就以增加燃烧嘴761的燃烧比例的方式运用，能够实现降低NO_X产生量。

根据上述结构的本参考例，通过组合使用具有不同的燃烧特性的燃烧嘴711和燃烧嘴761，能够在从燃气轮机的起动、提速时到恒定负荷区域的广泛的负荷变动的范围进行稳定燃烧。

另外，在上述参考例7-4中，虽然起动燃烧嘴和主燃烧嘴使用不同结构的燃烧嘴，但不限定于此，也可以使用相同结构的燃烧嘴。即，因为参考例7-1的燃烧嘴711通过只控制燃料流量就能从扩散燃烧状态变化到预混合燃烧状态，因此例如可以将燃烧嘴711作为起动燃烧嘴和主燃烧嘴这两者使用。由此也能得到与上述参考例7-4相同的效果。

另外，如在参考例7-1中所述，在参考例7-4中，在空气流入孔的上游侧不存在扰乱空气流或产生涡流的结构物。

如比较例(日本特表2004-50771号公报)那样，若在旋流器的外表面存在燃料供给部之类的结构物，则会由该结构物扰乱旋流器周围的空气流，或者在结构物的下游方向产生比较强的小涡流，因此有可能因该涡流而在空气导入部内部保持火焰。

特别地，如参考例7-4，考虑到在配置多个旋流器的多结构情况下，由邻接的旋流器的燃料供给部产生的涡流流入旋流器。因此，可以认为，在多个旋流器中，特定的旋流器的入口部的静压分布因已产生的涡流的影响而变化，流入旋流器的空气流量与设计值不同，有可能因各自的旋流器内部的燃料浓度分布紊乱而产生燃烧振动，或者因燃烧振动的增大而产生火焰回流。

但是，在本参考例中，在燃烧嘴711、761的空气导入孔附近不存在扰乱空气流或产生涡流的结构物，因此能够抑制火焰回流的产生。另外，因为涡流的产生少，因此分配到各燃烧嘴的空气流量达到设计值，能够抑制NO_X排出量的增加，或者燃烧振动的增加。

参考例8

参考例8的目的在于提供同时解决扩散燃烧方式情况下的高含量的NO_X、预混合燃烧方式情况下的逆火等燃烧稳定性的问题，实现低NO_X化且燃烧稳定性优异的燃烧方式。

为了达到上述目的，该燃烧方式的构成为，将燃料流与燃烧用空气流道配置于同一轴上，形成空气流包围燃料流的同轴喷流，并且将该同轴喷流作为以分散为多数的方式构成的多孔同轴喷流配置于燃烧室壁面，在其一部分的燃烧用空气流道上为了施加用于燃烧稳定化的回旋而以倾斜角设置的空气孔的上游端部，添加不具有倾斜角的直管部分，将燃料喷流向该直管部或者在直管部内喷出。

下面，对本参考例进行详细说明。

通过形成空气流包围燃料流的同轴流，在燃料流入燃烧室后，实际上与高温气体接触并在燃烧开始前与周围的同轴空气流混合，成为适当混合比的预混合气后燃烧。因此，有可能成为与稀薄预混合燃烧相同的低NO_X燃烧。此时，因为与现有的预混合燃烧器的预混合管相当的部分极短，且在空气喷嘴内壁面附近燃料浓度几乎为零，因此由逆火引起的烧损可能性也极低。另一方面，其构成为，利用在保持火焰的区域的同轴喷流组用于保持火焰的低流速部和由配置于其周围的具有倾斜角的空气喷嘴组产生的回旋流，使燃料稀薄的火焰稳定化。

其中，使空气喷嘴倾斜的同时，也赋予燃料喷嘴倾斜角而保持燃料与空气的同轴性在技术上是可能的。但是，使两者的轴高精度地一致是困难的，另外，燃料喷嘴侧的加工也变难。实用上可考虑选择燃料喷嘴不具有倾斜角地设置。此时，燃料喷流与空气流的轴为偏离地设置，在燃料浓度分布上呈现非对称性，能够预想对NO_X降低效果有限制。

因此，通过构成为在空气喷嘴的上游端部添加不具有倾斜角的直管部，使燃料喷流朝向该直管部或者在直管部喷出，能够期待缓和伴随燃料喷流轴与空气孔轴的角度偏离的燃料浓度的非对称性的作用。由此，可提供发挥充分的降低NO_X效果的燃烧器。

下面，根据附图说明参考例8。图102是表示本参考例的燃气轮机燃烧器的整体剖视图。在图102中，该燃气轮机燃烧器主要由压缩燃烧用空气的压缩机810，由燃烧气体驱动涡轮机轴的涡轮机818及燃烧器800构成。

压缩机810压缩由外部供给的空气并将该压缩了的空气向燃烧器输送。

涡轮机818使用由燃烧器800产生的高温燃烧气体旋转驱动涡轮机轴并产生电力。

燃烧器800主要具备供给燃料、空气的部位和燃烧器套筒803、外筒802。如图所示，在燃烧器的外筒802内有将燃料854输送到燃烧器套筒803中的燃烧室801的燃料头部860，燃料由从燃料头部860突出的燃料喷嘴855供给。另外，在燃料喷嘴855前方与各自的喷嘴对应地在同一轴上设有空气喷嘴852。该空气喷嘴852设于燃烧室上游侧的燃烧室壁面。

由压缩机810输送的空气850通过外筒802和燃烧器套筒803之间，其一部分作为燃烧器套筒803的冷却空气831供给燃烧室801，而其余的部分作为同轴空气851通过空气喷嘴852供给燃烧室801。燃料喷嘴855与空气喷嘴852大致同轴地配置。燃料854由燃料头部860恢复压力、经整流后由多个燃料喷嘴855供给，与燃烧空气一起作为同轴流流入燃烧室801，混合均匀并形成稳定的火焰。已产生的高温燃烧气体进入涡轮机818作功并排气。

图103表示喷嘴部的详细情况。空气喷嘴852配置成由燃料喷嘴855供给的燃料和燃烧用空气形成同轴流，从空气喷嘴852的端面喷出以空气环状流包围燃料流的多个同轴流。燃料与空气构成为多个直径小的同轴流，这些燃料与空气在比较短的距离内充分混合，不存在燃料分布不均而可防止逆火。在本参考例中，对于与燃烧嘴中心轴接近的6个空气喷嘴，为了赋予提高火焰稳定性的回旋流速度成分，使其相对于燃烧嘴轴具有倾斜角。另外，相对于燃烧嘴中心轴，第二列及第三列空气喷嘴是不具有倾斜角的结构。

图101是表示沿着图103所示的空气喷嘴组的间距+圆880将空气喷嘴及燃料喷嘴截面展开成平面的图。倾斜部852a相对于燃烧器轴心以回旋角θ倾斜地设置，从而使其相对于燃烧器轴向大致沿着间距圆。另外，比较短的直管部852b与倾斜部852a的上游侧连接，燃料喷嘴855配置成与该直管部同轴。通过成为这种结构，即使在只对倾斜部852a赋予回旋的情况下，燃料喷流与空气流也能在直管部852b确保同轴性，能够缓和在空气喷嘴出口的燃料浓度分布的非对称性，实现NO_X降低。另外，图104表示在本参考例中加长了直管部852b的情况的例子，直管部852b的长度可没有大的制约地延长，对于在必要的情况下进一步降低NO_X是有效的。

接着，使用图105(a)、图105(b)对燃料喷嘴与空气喷嘴的位置关系进行说明。图105是燃料喷嘴与空气喷嘴的放大图，图105(a)是将燃料喷嘴喷出口插入空气喷嘴的图，图105(b)表示将燃料喷嘴喷出孔与空气喷嘴上游侧拉开距离的图。如上所述，空气喷嘴852设于在燃烧室壁面820上设置的空气喷嘴板821，具有作为沿着与燃料喷嘴的中心轴相同方向的孔部的直管部852b，以及与燃烧嘴中心轴倾斜的倾斜部852a。另外，倾斜部852a与燃烧器轴心也存在倾斜关系。另外，空气喷嘴板821具备恒定的厚度，由与燃烧室壁面820连接的燃烧室侧壁面822，以及与燃烧室侧壁面相对的面即与燃料喷嘴855相对的燃料喷嘴侧壁面823构成。

在此，考虑以由燃料喷嘴855喷出燃料的方向为X轴，以燃料喷嘴侧壁面823为原点的坐标系。并且，在将燃料喷嘴855的直径设为D的情况下，期望燃料喷嘴855的喷出孔856在0(原点)～+D的范围内并插入空气喷嘴中。如图105(a)所示，在将燃料喷嘴855插入空气喷嘴852的内部的情况下，由燃料喷嘴在空气喷嘴的空气流道变窄的区间产生空气的缩流。并且，由于在比燃料喷嘴855的喷出孔856靠下游侧，空气喷嘴852的空气流道急剧扩大，因此能得到空气流由缩流急剧扩大的效果。因此，从燃料喷嘴855喷出的燃料流也能通过由空气流产生的缩流急剧扩大的效果而在空气喷嘴内与空气流充分地混合。

但是，即使在使燃料喷嘴855的喷出孔856超过+D而插入空气喷嘴852中，也不会改善由上述空气流的缩小、放大产生的效果。另外，因为空气喷嘴的有效部分(燃料喷嘴与空气喷嘴的流道未重合的部分)变得更短，因此可以认为能将燃料喷嘴插入空气喷嘴中的最大距离为+D。因此，在本参考例的空气喷嘴板821的情况下，期望直管部852b的板厚至少为+D以上。

另外，如图105(b)所示，在将燃料喷嘴855与空气喷嘴852的上游侧拉开距离的情况下，期望使燃料喷嘴喷出孔856位于-D～0(原点)的范围。通过使燃料喷嘴喷出孔856与空气喷嘴852的上游侧拉开距离，可以降低压力损失，并且加长从燃料喷嘴喷出孔856到燃料喷嘴侧壁面823的预混合距离。但是，在使燃料喷嘴喷出孔与空气喷嘴的上游侧拉开的距离大于-D的情况下，压力损失没有改善。另外，可以认为，在燃料喷流刚要进入空气喷嘴之前形成的低速部的时间变长，有逆火、自发火的可能性。因此，在本参考例的空气喷嘴板821与燃料喷嘴855的位置关系中，也期望使燃料喷嘴喷出孔856距空气喷嘴板821的燃料喷嘴侧壁面823位于-D～0(原点)的范围。

图106是表示由于空气喷嘴板的直管部而在燃烧室产生的燃料浓度分布的图。如图106所示，在燃料喷嘴855的中心轴与空气喷嘴852b的中心轴平行地配置的直管部852b的情况下，空气喷嘴出口(空气喷嘴板821的燃烧室侧壁面822)的燃料浓度分布呈燃料喷嘴的中心轴的燃料浓度高的轴对称分布。但是，若与刚从燃料喷嘴855喷出之后的燃料浓度相比，形成于空气喷嘴内面壁附近的低速区域相对的燃料浓度变低。因此，难以由形成于空气喷嘴内面壁的附近的低速区域引起逆火。另外，因为分散配置多个直径小的燃料喷嘴及空气喷嘴，因此在空气喷嘴中不存在大规模的低流速区域，能够抑制逆火。另外，因为将燃料与空气作为多个同轴喷流分散地喷出，因此适当地保持燃料与空气的空间分布变得容易。因此，使流入燃烧室的燃料整体的燃料浓度分布均匀是容易的，可降低NO_X。

另外，如图107所示，在使空气喷嘴852a的中心轴与燃料喷嘴855的中心轴倾斜的倾斜部852a中，燃料喷流与空气流交差地向燃烧室喷出。因此，空气喷嘴出口(空气喷嘴板821的燃烧室侧壁面822)的燃料浓度分布呈非对称分布。

因此，在本参考例中，如图108所示，通过在倾斜部852a的上游侧设置直管部852b，即使在燃烧室也能保持直管部852b的燃料浓度分布的轴对称性。另外，通过燃料喷流与空气流流经直管部852b的一定距离，燃料喷流与周围的空气流混合且两者的速度差变小。如此，因为以燃料喷流与空气流的速度差变小的状态流入倾斜部852a，因而能在保持燃料浓度分布的轴对称性的状态下，使燃料喷流与空气流的整体相对于燃烧嘴中心轴倾斜。另外，空气孔出口(空气喷嘴板821的燃烧室侧壁面822)的燃料浓度分布的非对称性与图107相比也可变得非常小，能进一步降低NO_X。

通过上述，在直管部852b，流入的燃料喷流与空气流的速度差变小，对于倾斜部852a也期望其距离形成为与能追随燃料喷流的空气流的速度相应。

另外，如图103所示，若从燃烧室观察，在形成本参考例的燃烧嘴的空气喷嘴板821上同心圆状地形成有三列空气喷嘴852、852a。三列空气喷嘴中，形成于空气喷嘴板的中心轴侧的第一列空气喷嘴852a具备倾斜部及直管部。并且，从第一列空气喷嘴852a喷出的燃料流与空气流一边在燃烧室回旋一边流向下游侧。因此，形成于第一列空气喷嘴852a的下游侧的再循环流大且稳定，可提高火焰的稳定性。

其次，第二列、第三列空气喷嘴852只具备与燃料喷嘴及燃烧嘴中心轴平行地形成的直管部。因此，从第二列、第三列空气喷嘴852喷出的燃料的燃料浓度分布成为燃料喷嘴中心轴的燃料浓度高的轴对称的分布，在燃料喷嘴半径方向成为燃料浓度变薄的分布。因此，能够阻碍由周围的高温气体产生的热引起的着火，可在充分混合的燃烧室下游侧燃烧，能够实现NO_X降低。

参考例9

本参考例9的目的在于抑制火焰附着在配置于空气孔板的空气孔出口的周围。

本参考例9的特征是，燃烧器具备：向下游侧的燃烧室喷出燃料的燃料喷嘴；面向该燃烧室的上游侧，设置于上述燃料喷嘴与上述燃烧室之间的平板状的空气孔板；在上述空气孔板上，相对于上述空气孔板的中心轴在圆周方向具备多个燃料流及形成于该燃料流外周侧的空气流向上述燃烧室喷出的空气孔；并且，设于上述燃料喷嘴侧的空气孔板面、在周向邻接的两个空气孔入口的间隙比设于上述燃烧室侧的空气孔板面、在周向邻接的两个空气孔出口的间隙宽。

下面，说明本参考例的详细情况。

参考例9-1

图111是采用参考例9-1的燃烧器900的燃气轮机系统的概略结构图。

由压缩机905产生的压缩空气910流入燃烧室900的进气段907。

燃烧器900在燃烧器外筒902的内部具备使燃料与空气的混合气930在其内部燃烧的燃烧器套筒903和形成于燃烧器套筒903的内部的燃烧室901。由压缩机905供给的压缩空气910通过燃烧器外筒902和燃烧器套筒903之间的空间，一部分压缩空气910成为冷却燃烧器套筒903的冷却空气911。另外，其余部分的压缩空气910作为燃烧用空气912进入燃烧器端盖908和空气孔板920之间。另一方面，燃料914从燃烧器端盖908外部流入燃料分配器923，从配置于空气孔板920的上游侧的燃料喷嘴922喷出。在空气孔板920上，相对于空气孔板的中心轴在圆周方向配置有多个空气孔921。从空气孔921喷出的燃料流、空气流在燃烧室901形成火焰。之后，燃烧气体913流经燃烧器尾筒904而流入涡轮机906，驱动发电机等。

图116是放大了燃料喷嘴922的前端部的图。平板状的空气孔板920配置于燃料喷嘴922和燃烧室901之间。另外，在空气孔板920的上游侧，将来自压缩机905的压缩空气910通过空气孔板920引入上游侧。燃料喷嘴922配置于空气孔921的上游侧。因此，从燃料喷嘴922喷出的燃料914流入空气孔921的内部。另外，由空气孔板920的上游侧供给的燃烧用空气912也从燃料喷嘴922的外周侧流入空气孔921。此时，燃烧用空气912从形成于空气孔板920的上游侧的宽阔空间流入狭窄空间的空气孔921。因此，可以认为，在空气孔921的内部，燃料流及形成于燃料流外周侧的环状的空气流向燃烧室901流动。并且，因为通过了空气孔921的燃烧流及空气流一气喷入比空气孔921更广空间的燃烧室901，因此在燃烧室901，燃料流与空气流迅速地混合。

如此，若在空气孔板上配置多个空气孔，在空气孔的上游侧配置燃料喷嘴，则因为流入燃烧室的燃料迅速分散，因此能增加燃料与空气的混合度，能够在短距离内迅速地混合。在这种结构中，在空气孔内部，因为燃料流流经中心部、空气流流经燃料流的周围，因此在燃料喷嘴的最近处未形成可燃范围的混合气。另外，因为在空气孔内部的非常狭窄的区域内进行混合，因此燃烧气体难以进入空气孔内部，具有难以逆火的特征。

在上述所示的燃料喷嘴、空气孔的位置关系中，空气孔921的中心轴向空气孔板920的圆周方向倾斜。因此，从空气孔921喷出的燃料流及空气流沿着空气孔921的中心轴向燃烧室901喷射。如此，因为空气孔921向空气孔板920的圆周方向倾斜，因此从空气孔921喷射的燃料流与空气流在燃烧室901内部成为一边螺旋状地回旋一边向下游侧流动的回旋流。另外，因为空气孔921的中心轴向空气孔板920的圆周方向倾斜，因此在空气孔内部燃料浓度残留偏差。从空气孔921喷出的回旋流仅仅通过残留燃料浓度的偏差，火焰能够稳定地形成。

图109是表示空气孔板920的图。图109(a)是从燃料喷嘴侧观察空气孔板920的图，图109(b)是在与空气孔板的燃烧室侧板面垂直方向进行剖切的剖视图，图109(c)表示从燃烧室侧观察空气孔板920的图。在图109(b)中，将920a作为空气孔板的燃烧室侧板面，将920b作为燃料喷嘴侧板面。

图109(a)表示设于燃料喷嘴侧的空气孔板面、在周向邻接的空气孔入口的间隙。另外，图109(c)表示设于燃烧室侧的空气孔板面、在周向邻接的空气孔出口的间隙。在图109(b)中，燃料喷嘴配置于燃料喷嘴侧板面920b的左侧。另外，空气孔即使是圆形以外的形状(例如矩形槽)也可以。

图109(d)是放大了设于燃料喷嘴侧板面的两个空气孔921的图。空气孔921的入口面中心953相对于燃料喷嘴侧板面920b的中心点952配置于圆周950的曲线上。并且，在邻接的两个空气孔921中，在连接两个入口面中心953的直线951中除去了位于空气孔入口面的直线951的直线距离b是空气孔入口的间隙。另外，空气孔出口的间隙也能够与图109(d)相同地定义。

如图109所示，在空气孔板920的中央部开有8个空气孔921。在空气孔板920中，以a表示燃烧室侧的空气孔板面920a的空气孔出口的间隙，以b表示燃料喷嘴侧的空气孔板920b的空气孔入口的间隙，以t表示空气孔板920的厚度。另外，赋予空气孔的回旋角Θ定义为，以包含空气孔板的直径的面也包含空气孔中心轴的方式形成的平面与沿空气孔板面直行的平面形成的角度。

图110是表示燃烧器900的概略结构和燃烧器内部的燃料流、空气流的流动方向的图。在本参考例中，设于燃料喷嘴侧的空气孔板面920b、在周向邻接的两个空气孔入口的间隙b比设于燃烧室侧的空气孔板面920a、在周向邻接的两个空气孔出口的间隙a宽。因为空气孔入口及出口的间隙为上述关系，因此从空气孔板920喷出的回旋流931一边互相接近一边螺旋状地回旋。并且，回旋流931的回旋半径渐渐变小。并且，若回旋流931进一步向下游行进，则回旋半径扩大。因此，在燃烧室中心轴上形成压力从下游侧向上游侧降低的逆压力梯度区域，已燃烧的混合气的一部分成为循环流932而向空气孔板侧逆流。另外，在回旋流931喷出的空气孔921附近，因为周围空气以被喷出的回旋流拽拉的形式流动，因此产生被称为尾流933的涡流。

图112(b)是表示从空气孔921喷出的回旋流931的流动的图。图112(a)表示图112(b)中燃烧嘴中心轴的燃烧室内的压力分布。图112(c)、图112(d)分别表示图112(b)的X-X截面、Y-Y截面。

在图112(a)中，原点0位于燃烧室侧的空气孔板面。另外，横轴表示距燃烧室侧空气孔板面的距离，纵轴表示燃烧嘴中心轴的燃烧室内的压力。在图112(b)所示的轴向位置X中，多个回旋流931互相合流并成为一个圆环状喷流。另外，因为回旋流在流向燃烧室下游侧的过程中喷流间的距离更加缩小，因此喷流的回旋半径与刚从空气孔喷出之后的回旋半径相比变小。若喷流的回旋半径变小，则根据角动量守恒定律回旋方向速度成分增加。由于回旋方向速度成分的增加，如图112(a)的压力分布943所示，在紧靠空气孔出口后的燃烧器中心轴附近，产生从空气孔板920向燃烧器出口方向压力降低的顺向压力梯度。由于该顺向压力梯度，尾流933在空气孔板的外周侧显现。

上述回旋喷流在轴向位置Y为最小回旋半径。在比轴向位置Y靠下游侧，因为回旋半径变大，燃烧器中心轴附近的压力分布943产生从轴向位置Y向燃烧器出口压力增加的逆压力梯度。因此，已燃烧的混合气的一部分形成向轴向位置Y逆流而返回的循环流932。该循环流932成为维持稳定火焰的点火源。

在轴向位置Y附近，因为回旋流931的回旋半径其变化非常地小，因此形成几乎没有压力变化的滞流区域934。根据本参考例，循环流932到达的轴向位置Y为离开空气孔板920的位置。因此，即使在空气孔板附近的尾流933等存在可燃范围的混合气，成为点火源的高温燃烧气体也在隔着顺压力梯度区域及滞流区域934的相离位置。另外，因为循环流932互相合流且被形成为圆环状的回旋流931包围，因此火焰无法附着在空气孔附近的尾流933等。由于以上，在空气孔板920附近，不存在混合不充分的混合气燃烧且进行局部高温燃烧。因此，能够抑制火焰附着在配置于空气孔板上的、空气孔出口的周围。另外，因为抑制在空气孔板附近局部的高温燃烧，因此能够得到排出NO_X低、可靠性高的燃烧器。

特别地，在使由炼油厂等产生的副产品气体或由炼焦炉得到的焦炭炉气等含氢的燃料燃烧的燃气轮机燃烧器中，火焰的燃烧速度由于氢而大大增加，火焰容易附着于周向邻接的两个空气孔出口的间隙。因此，在本参考例中，在使上述燃料燃烧的情况下，尤其可防止火焰附着在周向邻接的两个空气孔出口的间隙及其周围。

接着，在图109中，对空气孔的倾斜情况进行说明。在本参考例中，在将空气孔的个数设为N、空气孔板厚度设为t、空气孔的直径设为D2、设于燃烧室侧的空气孔板面的空气孔出口的间隙设为a的情况下，满足下式(2)的关系。

$N>\frac{1}{0.615\left(\frac{D2}{t}\right)+0.594\left(\frac{a}{t}\right)}...\left(2\right)$

另外，设于燃料喷嘴侧的空气孔板面的空气孔入口的间隙b通过空气孔数N、空气孔板厚度t、空气孔的直径D2、设于燃烧室侧的空气孔板面的空气孔出口的间隙a为由下式(3)规定的范围。在本参考例中，(D2/t)＝0.5、(a/t)＝0.03、N＝8个，但即使是其他的空气孔个数，只要N＞3.08，就满足式2。因此，只要配置4个以上的空气孔、采用下式(3)规定的空气孔间隙，就能得到同样的效果。

$\frac{1}{\{0.786{\left(\frac{a}{t}\right)}^5-2.46{\left(\frac{a}{t}\right)}^4+2.98{\left(\frac{a}{t}\right)}^3-1.79{\left(\frac{a}{t}\right)}^2+0.581\left(\frac{a}{t}\right)+0.0115\}N\&times;a}<\frac{1}{b}$

$\frac{1}{b}<\frac{1}{\{0.105{\left(\frac{a}{t}\right)}^3-0.247{\left(\frac{a}{t}\right)}^2+0.226\left(\frac{a}{t}\right)+0.00215\}N\&times;a}...\left(3\right)$

在本参考例中，(a/t)＝0.113，但只要赋予满足式3的0.070＜(a/t)＜0.219的范围的间隙b，就能得到同样的效果。

另外，赋予空气孔的回旋角比下式(4)规定的角度还小。在本参考例中，回旋角Θ＝15°，但只要是满足式(4)的小于39.5°的角度就能得到同样的效果。

$\mathrm{\&theta;}<{\sin }^{-1}\left[\right\{-0.232\left(\frac{a}{t}\right)+0.156\}\left(\frac{D2}{t}\right)N+0.165\left(\frac{a}{t}\right)N]...\left(4\right)$

另外，在空气孔921的个数N不满足式(2)的情况下，从多个空气孔921喷出的回旋流931无法互相合流而形成一个大的圆环流。因此，回旋流931无法包围由下游侧的循环流932形成的高温燃烧气体，高温燃烧气体有可能在空气孔板920附近漏出。因此，火焰附着在空气孔板920附近的尾流933。

另外，在使燃料喷嘴侧的空气孔入口的间隙b与燃烧室侧的空气孔出口的间隙a相同的情况下，回旋流931的回旋半径在回旋流931刚从空气孔出口喷出后扩大。因此，在燃烧器中心轴，产生到达空气孔板附近的逆压力梯度，而不产生正压力梯度。因此，高温燃烧气体到达空气孔板附近。因此，因为到达了空气孔板附近的高温燃烧气体通过空气孔间的间隙进入外周侧的尾流区域，因此火焰附着在该区域。另外，火焰也附着在内周侧的尾流区域。

另外，若回旋角Θ超过由式(4)规定的角度，则循环流932无法包围生成的燃烧气体。因此，因为高温燃烧气体有可能在空气孔板920附近漏出，因此火焰附着在空气孔板920的尾流933上。另外，极端的，如果回旋角Θ超过由式(4)规定的值，则空气孔921之间就会产生相互干扰，从而产生空气孔相互连通等不好的状况。

由于以上，期望空气孔的配置满足上述式(2)～(4)。

另外，在现有的燃烧器具备平板状的空气孔板的情况下，通过替换为本参考例的空气孔板，也能得到本参考例的效果。

参考例9-2

图113是表示赋予参考例9-2的燃料喷嘴侧的空气孔入口间隙和燃烧室侧的空气孔出口间隙、及空气孔的回旋角的图。结构上的不同点是在空气孔板920中，在配置于中央部(第一列)的4个空气孔921-1的外周侧配置第二列空气孔921-2(8个)及第三列空气孔921-3(12个)的同时，对第一列、第二列、第三列空气孔进行与本参考例相关的调整。另外，越从空气孔921-1向921-2、921-3外周侧移动，则回旋角越大。与参考例9-1相同，配置于同一半径位置的空气孔的个数在满足式(2)的范围内也可以采用其他值。如式(4)明显所示，第二列空气孔个数、第三列空气孔个数大者成为上限的回旋角变大。在本参考例中，因为在外周侧开口的空气孔个数多，因此即使采用与本参考例相关的调整，也能够采用对火焰稳定有利的大的回旋角，能够得到更稳定的燃烧。

本参考例具有以下效果。因为由回旋半径大的外周侧的空气孔921-2、921-3供给赋予更大回旋角的回旋喷流，因此能够产生强压力梯度，对循环流的稳定化及空气孔板附近的顺压力梯度的强化是有利的。

参考例9-3

图114是从燃烧室侧观察参考例9-3的空气孔板920的正视图。本参考例是适合于与比较大的负荷相对应的燃气轮机的例子。本参考例为在中央部配置一个参考例9-2的燃烧嘴，在周围配置6个参考例9-2的燃烧嘴的结构与参考例9-2不同。但是，对于第三列空气孔921-3，在中央燃烧嘴和外周燃烧嘴相互干扰的位置开口的空气孔有6个，另外在外周燃烧嘴相互干扰的位置开口的空气孔有6个。因此，去掉这12个空气孔921-3，作为其代替，在空气孔板920上配置有18个垂直的空气孔921-4。该空气孔921-4不赋予回旋等。另外，中央燃烧嘴和位于其周围的外周燃烧嘴具有不同的燃料供给系统。图115表示采用了本参考例的燃烧器的燃气轮机的系统结构。概略结构与图111所示的燃气轮机的结构相同，不同的是燃料914的供给系统分成对中央燃烧嘴供给燃料的系统和对外周燃烧嘴供给燃料的系统这两个系统。

在本参考例中，与图113的参考例相比较有以下效果。构成图114所示的燃烧器的各自的燃烧嘴通过采用与本参考例相关的结构，可抑制空气孔间隙的火焰附着，可实现排出NO_X低的燃烧。另外，通过用两个燃烧系统进行独立的控制，能够与更宽范围的负荷相对应地进行低NO_X燃烧。在本参考例中，燃料供给系统虽由两个系统构成，但能够通过具有3个以上的系统进一步扩大运转的自由度。

本发明不仅能适用于发电用的燃气轮机燃烧器，也可适用于作为能同时供给热和电力的热电联产系统或泵-压缩机等的机械驱动用发动机的燃气轮机燃烧器及其他各种燃烧器。

Claims (13)

1.一种燃烧器，具备：

对其供给燃料与空气的燃烧室；

位于上述燃烧室的上游侧，具有多个空气孔的空气孔板；

向上述空气孔板的空气孔供给燃料的燃料喷嘴；其特征在于，

上述空气孔板的燃烧室侧的面的中心位于比最外周侧的上述空气孔的出口更靠燃烧室一侧。

2.一种燃烧器，具备：

对其供给燃料与空气的燃烧室；

位于上述燃烧室的上游侧，同心圆状地具有多列空气孔的空气孔板；

位于上述空气孔板的上游侧，向上述空气孔板的空气孔喷射燃料的燃料喷嘴；

具有上述空气孔板和与上述多列空气孔的每一个对应的上述燃料喷嘴的燃烧嘴；其特征在于，

上述空气孔板的燃烧室侧的面上的任意点距空气孔板中心轴的距离小于比上述任意点还靠燃烧室上游侧的点距空气孔板中心轴的距离。

3.一种燃烧器，具备：

使燃料与空气混合燃烧的燃烧室；

形成上述燃烧室的上游侧壁的空气孔板；

在上述空气孔板上，相对于其中心轴倾斜地穿设的多个空气孔；

向上述多个空气孔的每一个供给燃料的燃料喷嘴；其特征在于，

上述空气孔板在燃烧室侧具有分别作为与上述空气孔板的中心轴方向垂直的平面的内周侧平面与外周侧平面，

上述内周侧平面位于比上述外周侧平面更靠下游侧，

上述内周侧平面与上述外周侧平面以平面或圆滑的面连接。

4.根据权利要求1～3中任何一项所述的燃烧器，其特征在于，

上述空气孔板的燃烧室侧的面的中心具有强化火焰稳定的结构。

5.根据权利要求4所述的燃烧器，其特征在于，

上述空气孔板的燃烧室侧的面的中心具有促进滞流的结构。

6.根据权利要求1～3中任何一项所述的燃烧器，其特征在于，

在上述空气孔板的燃烧室侧的面的中心具备燃料供给机构。

7.根据权利要求3所述的燃烧器，其特征在于，

在最内周的空气孔设于连接上述内周侧平面与上述外周侧平面的平面或圆滑的面。

8.根据权利要求3所述的燃烧器，其特征在于，

全部的空气孔设于连接上述内周侧平面与上述外周侧平面的平面或圆滑的面。

9.根据权利要求3所述的燃烧器，其特征在于，

上述空气孔板在燃烧室侧具有作为与上述空气孔板的中心轴方向垂直的平面的外周侧平面，

在上述外周侧平面设有与设于连接上述内周侧平面与上述外周侧平面的平面或圆滑面的空气孔不同的空气孔。

10.根据权利要求1～3中任何一项所述的燃烧器，其特征在于，

上述空气孔板的厚度是恒定的。

11.一种燃烧器的运转方法，其特征在于，该燃烧器具备：

具有多个空气孔的空气孔板；

向上述空气孔板的空气孔供给燃料的多个燃料喷嘴；

设于上述空气孔板的燃烧室侧的面的中心的燃料供给机构；

具有上述空气孔板和与上述多个空气孔的每一个对应的上述燃料喷嘴，上述空气孔板的燃烧室侧的面的中心位于比最外周侧的上述空气孔的出口更靠燃烧室侧的燃烧嘴；

是一种具有多个上述燃烧嘴的燃烧器的运转方法，

在增加供给燃料的燃烧嘴的数量时，由上述燃料供给机构供给燃料。

12.一种燃烧器的运转方法，该燃烧器具备：

对其供给燃料与空气的燃烧室；

位于上述燃烧室的上游侧，具有多个空气孔的空气孔板；

向上述空气孔板的空气孔供给燃料的燃料喷嘴；其特征在于，

是一种上述空气孔板的燃烧室侧的面的中心位于比最外周侧的上述空气孔的出口更靠燃烧室侧的燃烧器的运转方法，

在上述空气孔板的中心的下游侧产生循环流，

通过由该循环流的拖带，在上述空气孔板的燃烧室侧表面产生从外周侧向内周侧的气流。

13.一种燃烧器的运转方法，该燃烧器具备：

对其供给燃料与空气的燃烧室；

位于上述燃烧室的上游侧，具有同心圆状地设于中心侧的第一空气孔组与设于上述第一空气孔组的外周侧的第二空气孔组的空气孔板；

位于上述空气孔板的上游侧，向上述空气孔板的空气孔喷射燃料的燃料喷嘴；

具有上述空气孔板和与上述空气孔的每一个对应的上述燃料喷嘴的燃烧嘴；其特征在于，

是一种上述空气孔板的燃烧室侧的面上的任意点距空气孔板中心轴的距离小于比上述任意点还靠燃烧室上游侧的点距空气孔板中心轴的距离的燃烧器的运转方法，

使向与上述第一空气孔组对应的第一燃料喷嘴组供给的、每一个燃料喷嘴的燃料流量，比向与上述第二空气孔组对应的第二燃料喷嘴组供给的、每一个燃料喷嘴的燃料流量还多。

Images