CN103225822A - 燃气轮机燃烧器以及燃气轮机燃烧器的运转方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供燃气轮机燃烧器，在燃气轮机的全负荷范围内确保燃烧稳定性，并且抑制了燃气轮机在部分负荷条件下的未燃部分的产生和衬里金属温度的上升。该燃气轮机燃烧器具备：燃烧室，被供给燃料和空气；空气孔板，位于燃烧室的上游侧，具有多个空气孔；以及多火嘴，该多火嘴配置有多个燃烧嘴，该燃烧嘴具备燃料喷嘴，多火嘴由中央燃烧嘴和多个外侧燃烧嘴构成，将外侧燃烧嘴区分为内周侧燃料喷嘴和外周侧燃料喷嘴，通过不同的燃料系统供给燃料，将负荷比切换到向所有燃料系统供给燃料的运转模式的负荷条件低的部分负荷条件构成为：向中央燃烧嘴的燃料喷嘴、或者中央燃烧嘴的燃料喷嘴和在配置其周围的外侧燃烧嘴的内周侧燃料喷嘴供给燃料。

Description

燃气轮机燃烧器以及燃气轮机燃烧器的运转方法

技术领域

本发明涉及燃气轮机燃烧器以及燃气轮机燃烧器的运转方法。

背景技术

从环境保护的观点，要求燃气轮机实现进一步低NOx化。

作为用于使燃气轮机燃烧器实现低NOx化的一个方案，可列举预混燃烧器，但是该情况下，担心出现火焰进入预混合器内部的逆火现象。

在日本特开2003-148734号公报中公开了一种燃气轮机燃烧器：具备向燃烧室供给燃料的燃料喷嘴和位于该燃料喷嘴的下游侧且用于供给空气的空气孔，由将燃料喷嘴的喷出孔与空气孔配置在同轴上的燃料燃烧用喷嘴构成，公开了兼备耐逆火性和低NOx燃烧的燃气轮机燃烧器。

另外，日本特开2011-075172号公报中公开了通过规定空气孔的出口位置以及出口方向来抑制向空气孔出口的火焰附着的手段，公开了与通过针对在所述日本特开2003-148734号公报中公开的技术增加使燃料和空气混合的距离来进一步减少NOx排出量的燃气轮机燃烧器相关的技术。

专利文献1：日本特开2003-148734号公报

专利文献2：日本特开2011-075172号公报

燃汽轮机需要从点燃到额定负荷以宽范围运转条件稳定运转。因此，燃汽轮机的燃烧器广泛采用配置多个燃烧嘴而成的多火嘴。

所述的日本特开2003-148734号公报以及日本特开2011-075172号公报中公开了多火嘴的构成，但是，这些公知例均没有针对兼顾燃汽轮机部分负荷条件下降低未燃部分排出量和抑制衬里金属温度上升的技术进行任何公开。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃气轮机燃烧器以及燃气轮机燃烧器的运转方法，在搭载有多火嘴的燃汽轮机燃烧器中，在燃气轮机的全部负荷范围内确保燃烧稳定性，对燃气轮机在部分负荷条件下未燃部分的产生和衬里金属温度上升同时进行了抑制。

本发明的燃气轮机燃烧器的特征在于，具备：燃烧室，被供给的燃料和被供给的空气在燃烧室中混合燃烧，生成燃烧气体；空气孔板，其位于所述燃烧室的上游侧，形成有供给空气的多个空气孔；以及多个燃料喷嘴，其向在所述空气孔板上形成的多个空气孔供给燃料，以一个所述空气孔与一个所述燃料喷嘴成对的方式在所述燃料喷嘴的下游侧的位置配设有所述空气孔，具备多个由成对的多个所述燃料喷嘴与多个所述空气孔构成的燃烧嘴，这些多个燃烧嘴由配置在燃气轮机燃烧器的轴中心的中央燃烧嘴和配置在该中央燃烧嘴周围的多个外侧燃烧嘴构成，在所述中央燃烧嘴配设有向该中央燃烧嘴的燃料喷嘴供给燃料的第一燃料供给系统，在所述多个外侧燃烧嘴配设有向作为所述外侧燃烧嘴中特定外侧燃烧嘴内周侧区域的外侧燃烧嘴内周部的燃料喷嘴供给燃料的第二燃料供给系统，在所述多个外侧燃烧嘴配设有向作为所述特定外侧燃烧嘴以外的所述外侧燃烧嘴内周侧区域的外侧燃烧嘴内周部的燃料喷嘴供给燃料的第三燃料供给系统，在所述多个外侧燃烧嘴配设有向作为所述外侧燃烧嘴外周侧区域的外侧燃烧嘴外周部的燃料喷嘴供给燃料的第四燃料供给系统，在燃气轮机的低负荷、或者部分负荷的运转条件下，经过基于所述燃气轮机的运转条件选择出的所述第一至第四燃料供给系统，对配置在所述中央燃烧嘴的燃料喷嘴、或者对所述中央燃烧嘴的燃料喷嘴和配置在作为多个外侧燃烧嘴中特定外侧燃烧嘴内周侧区域的外侧燃烧嘴内周部的燃料喷嘴供给燃料。

本发明的燃气轮机燃烧器的运转方法的特征在于，是一种上述燃气轮机燃烧器的运转方法，在低负荷的燃气轮机运转条件下，经过第一燃料供给系统向配置在所述中央燃烧嘴的燃料喷嘴供给燃料并使燃料在所述燃烧室中燃烧，在相比所述低负荷的燃气轮机负荷有所增加的部分负荷的燃气轮机运转条件下，进一步经过第二燃料供给系统向配置在作为所设置的多个外侧燃烧嘴中特定外侧燃烧嘴内周侧区域的外侧燃烧嘴内周部的燃料喷嘴供给燃料并使燃料在所述燃烧室中燃烧，在相比所述部分负荷的燃气轮机负荷进一步增加的部分负荷的燃气轮机运转条件下，进一步经过第三燃料供给系统向配置在作为除特定外侧燃烧嘴之外的所设置的多个其它所有外侧燃烧嘴的内周侧区域的外侧燃烧嘴内周部的燃料喷嘴供给燃料并使燃料在所述燃烧室中燃烧，在负荷进一步增加的全负荷的燃气轮机运转条件下，进一步经过第四燃料供给系统向配置在作为所有外侧燃烧嘴外周侧区域的外侧燃烧嘴外周部的燃料喷嘴供给燃料并使燃料在所述燃烧室中燃烧。

本发明的效果如下。

根据本发明，能够实现一种燃气轮机燃烧器以及燃气轮机燃烧器运转方法，在搭载有多火嘴的燃汽轮机燃烧器中，在燃气轮机的全部负荷范围内确保燃烧稳定性，对燃气轮机部分负荷条件下未燃部分的产生和衬里金属温度上升同时进行了抑制。

附图说明

图1是表示应用本发明第一实施例的燃气轮机燃烧器的燃气轮机设备的概略构成的设备系统图。

图2是表示构成本发明第一实施例的燃气轮机燃烧器的燃料供给部的燃料喷嘴头和燃料喷嘴以及空气孔板的详细配置状况的局部剖视图。

图3是从燃烧室侧观察图2所示的第一实施例的燃气轮机燃烧器中空气孔板得到的主视图。

图4是表示图2所示的第一实施例的燃气轮机燃烧器中燃料的分级方法的一个例子的运转模式图。

图5是表示图1所示的第一实施例的燃气轮机燃烧器中点燃时燃料供给方法的一个例子的说明图。

图6是图1所示的第一实施例的燃气轮机燃烧器中一种变化、即从燃烧室侧观察空气孔板得到的主视图。

图7是从燃烧室侧观察本发明第二实施例的燃气轮机燃烧器的空气孔板得到的主视图。

图8是表示图7所示的第二实施例的燃气轮机燃烧器中燃料的分级方法的一个例子的运转模式图。

图9是从燃烧室侧观察本发明第三实施例的燃气轮机燃烧器的空气孔板得到的主视图。

图10是表示图9所示的第三实施例的燃气轮机燃烧器中燃料的分级方法的一个例子的运转模式图。

图11是从燃烧室侧观察本发明第四实施例的燃气轮机燃烧器的空气孔板得到的主视图。

图12是表示图11所示的第四实施例的燃气轮机燃烧器中燃料的分级方法的一个例子的运转模式图。

图中：

1—压缩机，2—燃气轮机燃烧器，3—汽轮机，4—壳体，5—燃烧室，6—多火嘴，7—轴，8—发电机，9—燃气轮机设备，10—燃烧器衬里，11—导流套筒，12—尾筒内筒，13—尾筒外筒，15—吸入空气，16—高压空气，17—燃烧用空气，18—高温燃烧气体，19—废气，23—燃料喷嘴头，25—燃料喷嘴，25a、25b—燃料喷嘴，31—空气孔板，32—空气孔，33—中央燃烧嘴，33a—中央燃烧嘴内周部，33b—中央燃烧嘴外周部，37—外侧燃烧嘴，37A、37B—外侧燃烧嘴，37a、37b—外侧燃烧嘴内周部，38—外侧燃烧嘴外周部，40—回旋流，41—循环流，42—火焰，50—燃料，51—第一燃料系统，52—第二燃料系统，53—第三燃料系统，54—第四燃料系统，60—燃料截止阀，61～64—燃料流量调节阀，76—联焰管，77—点火栓，100—控制装置。

具体实施方式

以下使用附图针对本发明实施例的燃气轮机燃烧器以及燃气轮机燃烧器运转方法进行说明。

（实施例1）

使用图1至图3说明本发明第一实施例的燃气轮机燃烧器以及燃气轮机燃烧器运转方法。

图1是表示发电用燃气轮机设备的整体构成的系统图。

在图1所示的燃气轮机设备9中，发电用燃气轮机由以下部分构成：对吸入空气15进行加压从而生成高压空气16的压缩机1；使由压缩机1生成的高压空气16和气体燃料50混合燃烧从而生成高温燃烧气体18的燃气轮机燃烧器2；通过由燃气轮机燃烧器2生成的高温燃烧气体18驱动的汽轮机3；由汽轮机3驱动旋转从而产生电力的发电机8；将所述压缩机1、汽轮机3以及发电机8连结为一体的轴7。

而且，所述燃气轮机燃烧器2收藏在壳体4的内部。另外，燃气轮机燃烧器2在其头部具备由多个燃料喷嘴25构成的多火嘴6，在该多火嘴6下游侧的燃气轮机燃烧器2内部具备隔离高压空气和燃烧气体的大致圆筒状的燃烧器衬里10。

在所述燃烧器衬里10的内部，形成有使高压空气16和气体燃料50混合燃烧从而产生高温燃烧气体18的燃烧室5。

在该燃烧器衬里10的外周，配设有大致圆筒状的导流套筒11，该导流套筒11成为形成使高压空气流下的空气流路的外周壁，所述导流套筒11的直径形成为比所述燃烧器衬里10的直径大的直径，相对于该燃烧器衬里10以成为大致同心圆的圆筒状的方式进行配设。

在所述燃烧器衬里10的下游侧，配设有用于将在燃气轮机燃烧器2的燃烧室5产生的高温燃烧气体18引导至汽轮机3的尾筒内筒12。

另外，在成为该尾筒内筒12外周侧位置的所述导流套筒11的下游侧，配设有尾筒外筒13。

吸入空气15在由压缩机1压缩后成为高压空气16。高压空气16在充满壳体4内后，流入尾筒内筒12与尾筒外筒13之间的空间，从外壁面对燃烧器衬里10进行对流冷却。

并且，该高压空气16经过在导流套筒11与燃烧器衬里10之间形成的环状流路流向燃气轮机燃烧器2的头部。高压空气16在流动途中用于燃烧器衬里10的对流冷却。

另外，高压空气16的一部分从设在燃烧器衬里10上的多个冷却孔流入燃烧器衬里10内，用于燃烧器衬里10的膜冷却。

高压空气16中未用于燃烧器衬里10的膜冷却的剩余的燃烧用空气17从设在空气孔板31上的多个空气孔32流入燃烧室5，该空气孔板31位于燃气轮机燃烧器2的燃烧室5的上游侧壁面。

从多个空气孔32流入燃烧器衬里10的燃烧用空气17与从构成多火嘴6的多个燃料喷嘴25喷出的燃料一起在形成于燃烧器衬里10内部的燃烧室5中燃烧，生成高温燃烧气体18。

在所述燃烧器衬里10的燃烧室5中燃烧而生成的高温燃烧气体18经过尾筒内筒12供给至汽轮机3，驱动该汽轮机3。

高温燃烧气体18在驱动汽轮机3后从该汽轮机3排出，成为废气19。

由汽轮机3得到的驱动力经由轴7传递给压缩机1以及发电机8。由汽轮机3得到的驱动力的一部分驱动压缩机1对空气加压从而生成高压空气。另外，由汽轮机3得到的驱动力的其他部分使发电机8旋转从而产生电力。

在由所述燃气轮机燃烧器2中的多个燃料喷嘴25构成的多火嘴6中，如图1所示，配设有供给燃料50的第一燃料系统51～第四燃料系统54这四个燃料系统。

各个第一燃料系统51～第四燃料系统54中分别具备燃料流量调节阀61～64，经过各第一燃料系统51～第四燃料系统54供给的燃料50的流量通过基于来自控制装置100的控制信号操作所述燃料流量调节阀61～64的阀开度来进行调节，从而控制燃气轮机设备9的发电量。

另外，在分支成第一燃料系统51～第四燃料系统54这四个系统的上游侧，具备用于截止燃料50的供给的燃料截止阀60。

图2的局部剖视图中表示构成本实施例的燃气轮机燃烧器2的燃料供给部的燃料喷嘴头23、具备多个燃料喷嘴25的多火嘴6、圆盘状的空气孔板31的详细配置状况，图3表示从燃烧室5侧观察空气孔板31得到的燃气轮机燃烧器2的主视图。以下使用图2以及图3说明燃气轮机燃烧器2的多火嘴6的详细情况。

如图2以及图3所示，本实施例的燃气轮机燃烧器2中具备多个燃料喷嘴25的多火嘴6由一个中央燃烧嘴33和六个外侧燃烧嘴37构成，该一个中央燃烧嘴33与圆盘状的空气孔板31的中心对应地配置，该六个外侧燃烧嘴37位于中央燃烧嘴33的外周侧，在所述空气孔板31的中心与外周之间相互分离地配置。

所述中央燃烧嘴33以及外侧燃烧嘴37上设置有分别构成这些中央燃烧嘴33以及外侧燃烧嘴37的多个燃料喷嘴25，并且在所述燃料喷嘴25的上游侧的位置设置有向所述燃料喷嘴25分配燃料的燃料喷嘴头23。

而且，具备多个空气孔32的空气孔板31在所述燃料喷嘴25的下游侧以位于所述燃烧室5的上游侧的方式设置，该空气孔32使从所述燃料喷嘴25喷出的燃料以及空气通过并且向燃气轮机燃烧器2的燃烧室5喷出。

并且，如图3中燃气轮机燃烧器2的主视图所示，具备多个空气孔32的空气孔板31以分隔燃烧室5的方式设置，该空气孔32与在所述一个中央燃烧嘴33以及设置在中央燃烧嘴33周围的六个外侧燃烧嘴37上分别设置的多个燃料喷嘴25一对一对应形成。

也就是，空气孔板31上形成的多个空气孔32为：由排列在与一个中央燃烧嘴33对应的空气孔板31的中央区域中心侧的第一列多个空气孔32、排列在第一列外周侧的第二列多个空气孔32、排列在第二列外周侧的第三列多个空气孔32所构成的排成三列的空气孔32在所述空气孔板31的中央区域以同心圆状分别配置。

同样，在与所述六个外侧燃烧嘴37对应的空气孔板31的周边区域的六个部位，由排列在中心侧的第一列多个空气孔32、排列在第一列外周侧的第二列多个空气孔32、排列在第二列外周侧的第三列多个空气孔32所构成的排成三列的空气孔32在所述空气孔板31的周边区域以同心圆状分别形成。

并且，对应于在所述中央燃烧嘴33以及外侧燃烧嘴37分别设置的多个燃料喷嘴25，在所述空气孔板31的所述各周边区域形成的多个空气孔32以相对于燃气轮机燃烧器2的燃烧室5具有回旋角的方式相对于燃烧室5的轴心倾斜配设。

利用所述空气孔板31上形成的多个空气孔32，在作为所述中央燃烧嘴33以及外侧燃烧嘴37的各燃烧嘴的下游的燃气轮机燃烧器2的燃烧室5内形成燃料和空气的混合流体的流动、即回旋流40，利用由该回旋流40产生的循环流41保持燃料在燃气轮机燃烧器2的燃烧室5内燃烧形成的火焰42。

本实施例的燃气轮机燃烧器2中设置的六个外侧燃烧嘴37分别由多个内周侧燃料喷嘴25a和多个外周侧燃料喷嘴25b构成，分别配设有对这些内周侧燃料喷嘴25a和外周侧燃料喷嘴25b供给燃料的第二燃料系统52～第四燃料系统54。

在本实施例的燃气轮机燃烧器2中，在空气孔板31的中心区域配置的一个中央燃烧嘴33由多个燃料喷嘴25构成，配设为与对这些燃料喷嘴25供给燃料的第一燃料系统51连接。

并且在空气孔板31的周边区域设置的六个外侧燃烧嘴37上，如图2所示，配设为第二燃料系统52～第四燃料系统54分别与内周侧燃料喷嘴25a和外周侧燃料喷嘴25b连接，该内周侧燃料喷嘴25a与排列在空气孔板31的各周边区域中心侧的第一列的多个空气孔32对应地设置，该外周侧燃料喷嘴25b与排列在空气孔板31的各周边区域中第二列以及第三列的多个空气孔32对应地设置。

也就是，配设为第二燃料系统52或者第三燃料系统53连接构成与排列在空气孔板31的各周边区域中心侧的第一列的多个空气孔32对应的所述外侧燃烧嘴37的内周侧燃料喷嘴25a，分支后的第四燃料系统54分别连接构成与排列在空气孔板31的各周边区域中第二列以及第三列的多个空气孔32对应的所述外侧燃烧嘴37的外周侧燃料喷嘴25b。

本实施例的燃气轮机燃烧器2中，如图2所示，在空气孔板31的周边区域设置的六个外侧燃烧嘴37由设置在相比位于空气孔板31中心的中央燃烧嘴33为斜下方的两侧的位置（后述的联焰管76的附近位置）的所述特定的两个外侧燃烧嘴37A和设置在作为其以外位置的中央燃烧嘴33的上下以及斜上方的四个外侧燃烧嘴37B构成。

而且，特定的两个外侧燃烧嘴37A分类为内周侧的外侧燃烧嘴内周部37a和该外侧燃烧嘴内周部37a外周侧的外侧燃烧嘴外周部38。

同样，四个外侧燃烧嘴37B分类为内周侧的外侧燃烧嘴内周部37b和该外侧燃烧嘴内周部37b外周侧的外侧燃烧嘴外周部38。

而且，第二燃料系统52连接与构成两个外侧燃烧嘴37A的外侧燃烧嘴内周部37a对应地配置的内周侧燃料喷嘴25a，第三燃料系统53连接与构成四个外侧燃烧嘴37B的外侧燃烧嘴内周部37b对应地配置的内周侧燃料喷嘴25a。

另外，形成为如下结构：第四燃料系统54分支后分别连接在两个特定外侧燃烧嘴37A、以及四个外侧燃烧嘴37B上分别设置的外侧燃烧嘴外周部38所配置的外侧燃料喷嘴25b上。

接着使用图1至图4说明本实施例的燃气轮机燃烧器2的运转方法。

本实施例的燃气轮机燃烧器2以图4所示的运转模式运转。也就是，本实施例的燃气轮机燃烧器2的运转方法为：基于从图1所示的控制装置100输出的运转模式指令，对应于燃气轮机的负荷的增加，操作设置在第一燃料系统51～第四燃料系统54的燃料流量调节阀61～64的阀开度，调节燃料的供给量。

例如，在燃气轮机的低负荷运转、也就是使设置在燃气轮机燃烧器2上的多火嘴中的一个中央燃烧嘴33单独燃烧的低负荷运转的运转模式A的情况下，基于来自控制装置100的控制信号操作设置在第一燃料系统51上的燃料流量调节阀61的阀开度来调节燃料供给量，仅使燃气轮机燃烧器2的中央燃烧嘴33单独燃烧。

接着，在将燃气轮机从低负荷运转切换到负荷增加后的部分负荷运转的情况下，从使设置在燃气轮机燃烧器2上的多火嘴中的一个中央燃烧嘴33单独燃烧的低负荷运转的运转模式A切换到使设置在外侧燃烧嘴37中特定两个外侧燃烧嘴37A的内周侧的外侧燃烧嘴内周部37a的燃料喷嘴25a燃烧的部分负荷运转的运转模式B，该情况下，切换到部分负荷运转的运转模式B：基于来自控制装置100的控制信号，除了操作设置在用于向中央燃烧嘴33供给燃料的第一燃料系统51上的燃料流量调节阀61的阀开度之外，还操作设置在第二燃料系统52上的燃料流量调节阀62的阀开度来调节向设置在两个外侧燃烧嘴37A的内周侧的外侧燃烧嘴内周部37a的燃料喷嘴25a供给的燃料供给量，使设置在两个外侧燃烧嘴37A的内周侧的外侧燃烧嘴内周部37a的燃料喷嘴25a燃烧来增加负荷。

通过这样仅向中央燃烧嘴33和位于两个外侧燃烧嘴37A的内周侧的外侧燃烧嘴内周部37a供给燃料并进行燃烧，能够将供给燃料的燃料喷嘴的数量限制为较少，所以能够在两个外侧燃烧嘴37A的外侧燃烧嘴内周部37a局部地提高空燃比。

由此，在燃气轮机燃烧器2的燃烧室5形成扩散火焰，即使周围流动大量空气，也能抑制未燃部分的产生。

另外，在扩散火焰的周围，空气从位于两个外侧燃烧嘴37A的外周侧的外侧燃烧嘴外周部38流动，所以妨碍燃烧室5内形成的火焰直接与衬里干涉，即使在即将切换到运转模式C之前的局部空燃比增高的条件下，也能防止金属温度上升。

在本实施例的燃气轮机燃烧器2的运转方法中，燃气轮机的负荷进一步增加而变高时，从所述运转模式B切换到部分负荷运转的运转模式C：除了向中央燃烧嘴33、两个外侧燃烧嘴37A的外侧燃烧嘴内周部37a之外，还向设置在四个外侧燃烧嘴37B的内周侧的外侧燃烧嘴内周部37b的燃料喷嘴25a供给燃料并进行燃烧，该情况下，切换到部分负荷运转的运转模式C：基于来自控制装置100的控制信号，除了操作设置在用于向中央燃烧嘴33供给燃料的第一燃料系统51上的燃料流量调节阀61的阀开度、以及操作设置在用于向设置在两个外侧燃烧嘴37A的内周侧的外侧燃烧嘴内周部37a的燃料喷嘴25a供给燃料的第二燃料系统52上的燃料流量调节阀62的阀开度，还操作用于向设置在四个外侧燃烧嘴37B的内周侧的外侧燃烧嘴内周部37b的燃料喷嘴25a供给燃料的第三燃料系统53所设置的燃料流量调节阀63的阀开度，调节燃料的供给量并进行燃烧，使负荷进一步增加，由此，向中央燃烧嘴33、两个外侧燃烧嘴37A的外侧燃烧嘴内周部37a以及四个外侧燃烧嘴37B的外侧燃烧嘴内周部37b供给燃料并进行燃烧。

在该运转模式C中，与运转模式B同样地，仅向中央燃烧嘴33和位于两个外侧燃烧嘴37A的内周侧的外侧燃烧嘴内周部37a、以及位于四个外侧燃烧嘴37B的内周侧的外侧燃烧嘴内周部37b供给燃料并进行燃烧，能够将供给燃料的燃料喷嘴的数量限制为较少，所以能够在两个外侧燃烧嘴37A的外侧燃烧嘴内周部37a以及四个外侧燃烧嘴37B的外侧燃烧嘴内周部37b局部地提高空燃比。

由此，能够在外侧燃烧嘴局部提高空燃比，通过在燃气轮机燃烧器2的燃烧室5形成稳定的扩散火焰，能抑制未燃部分的产生。

另外，在扩散火焰的周围，空气从位于两个外侧燃烧嘴37A的外周侧的外侧燃烧嘴外周部38以及位于四个外侧燃烧嘴37B的外周侧的外侧燃烧嘴外周部38流动，所以妨碍燃烧室5内形成的火焰直接与衬里干涉，即使在即将切换到运转模式D之前的局部空燃比增高的条件下，也能防止金属温度上升。

在本实施例的燃气轮机燃烧器2的运转方法中，燃气轮机的负荷进一步增加而成为全负荷运转时，从所述运转模式C切换到运转模式D进行全负荷运转，也就是，除了向中央燃烧嘴33、两个外侧燃烧嘴37A的外侧燃烧嘴内周部37a、四个外侧燃烧嘴37B的外侧燃烧嘴内周部37b的燃料喷嘴25a供给燃料并进行燃烧的运转之外，还通过燃料系统54向两个外侧燃烧嘴37A的外侧燃烧嘴外周部38的燃料喷嘴25b、以及四个外侧燃烧嘴37B的外侧燃烧嘴外周部38的燃料喷嘴25b供给燃料并进行燃烧。

在从部分负荷运转的运转模式C切换到全负荷运转的运转模式D的情况下，切换到全负荷运转的运转模式D：基于来自控制装置100的控制信号，除了操作设置在用于向中央燃烧嘴33供给燃料的第一燃料系统51上的燃料流量调节阀61的阀开度、设置在用于向设置在两个外侧燃烧嘴37A的内周侧的外侧燃烧嘴内周部37a的燃料喷嘴25a供给燃料的第二燃料系统52上的燃料流量调节阀62的阀开度、设置在用于向设置在四个外侧燃烧嘴37B的内周侧的外侧燃烧嘴内周部37b的燃料喷嘴25a供给燃料的第三燃料系统53上的燃料流量调节阀63的阀开度，还操作设置在用于向设置在两个外侧燃烧嘴37A的外周侧的外侧燃烧嘴外周部38的燃料喷嘴25b以及设置在四个外侧燃烧嘴37B的外周侧的外侧燃烧嘴外周部38的燃料喷嘴25b供给燃料的第四燃料系统54上的燃料流量调节阀64的阀开度，调节燃料的供给量并进行燃烧，使负荷进一步增加，由此，向中央燃烧嘴33、两个外侧燃烧嘴37A的外侧燃烧嘴内周部37a、四个外侧燃烧嘴37B的外侧燃烧嘴内周部37b以及两个外侧燃烧嘴37A的外侧燃烧嘴外周部38和四个外侧燃烧嘴37B的外侧燃烧嘴外周部38供给燃料并进行燃烧，使燃气轮机进行全负荷运转。

如上所述，在本实施例的燃气轮机燃烧器2的运转方法中，在比向所有燃料系统51～54供给燃料的运转模式D负荷低的条件的运转模式A、运转模式B以及运转模式C中，通过组合运用中央燃烧嘴33、六个所设置的外侧燃烧嘴37中的两个外侧燃烧嘴37A的外侧燃烧嘴内周部37a、四个外侧燃烧嘴37B的外侧燃烧嘴内周部37b，能够抑制未燃部分的产生，能够防止衬里金属温度上升。

接着，使用图5所示的示意图说明上述本实施例的燃气轮机燃烧器2的运转方法中点火方法的一个例子。

在图5的表示燃气轮机燃烧器2的点火方法的示意图中，在本实施例的燃气轮机燃烧器2中，在燃气轮机外周设有多个的燃气轮机燃烧器2中的一个燃气轮机燃烧器2a上设置有点火栓77，在该燃气轮机燃烧器2a和与该燃气轮机燃烧器2a相邻设置的燃气轮机燃烧器2b之间为由联焰管76连接来传播火焰的结构。

而且，在本实施例的所述燃气轮机燃烧器2a中，在一个中央燃烧嘴33周围设置的六个外侧燃烧嘴37中的、在中央燃烧嘴33的斜下方分别配置的外侧燃烧嘴37A上，共设置有两个外侧燃烧嘴37A，该外侧燃烧嘴37A为在其内周侧具备外侧燃烧嘴内周部37a、在其外周侧具备外侧燃烧嘴外周部38的结构。

另外，在一个中央燃烧嘴33周围设置的六个外侧燃烧嘴37中的、除两个上述外侧燃烧嘴37A之外剩余的四个外侧燃烧嘴37B上，设置有外侧燃烧嘴37B，该外侧燃烧嘴37B为在其内周侧具备外侧燃烧嘴内周部37b、在其外周侧具备外侧燃烧嘴外周部38的结构。

具备所述外侧燃烧嘴内周部37a的两个外侧燃烧嘴37A配置为分别位于设置的多个外侧燃烧嘴37中距离联焰管76最近的位置。

而且，在燃气轮机燃烧器2点火时，向在设有点火栓77的燃气轮机燃烧器2a上设置的多火嘴6中一个中央燃烧嘴33、设有两个的外侧燃烧嘴37A的外侧燃烧嘴内周部37a供给燃料，对点火栓77进行点火，使供给到所述中央燃烧嘴33和在外侧燃烧嘴37A的外侧燃烧嘴内周部37a上设置的燃料喷嘴25a的燃料燃烧，由此在中央燃烧嘴33、位于联焰管76附近的两个外侧燃烧嘴37A的外侧燃烧嘴内周部37a形成火焰。

然后，点燃后的燃气轮机燃烧器2a的内压增高，在联焰管76附近形成火焰时，在燃气轮机燃烧器2a产生的高温燃烧气体经由联焰管76流入与燃气轮机燃烧器2a相邻的燃气轮机燃烧器2b。

相邻的所述燃气轮机燃烧器2b的多火嘴6中一个中央燃烧嘴33以及由位于联焰管76附近设有两个的外侧燃烧嘴37A和设有四个的外侧燃烧嘴37B构成的外侧燃烧嘴37的结构为：与所述的所述燃气轮机燃烧器2a的多火嘴6中中央燃烧嘴33以及由设有两个的外侧燃烧嘴37A和设有四个的外侧燃烧嘴37B构成的外侧燃烧嘴37的结构相同，所以，在所述燃气轮机燃烧器2b中，供给到位于联焰管76附近的两个外侧燃烧嘴37A的外侧燃烧嘴内周部37a上设置的燃料喷嘴25a的燃料容易地被从燃气轮机燃烧器2a经由联焰管76流入的高温燃烧气体点燃，在中央燃烧嘴33以及外侧燃烧嘴37A的外侧燃烧嘴内周部37a形成火焰。

然后，点燃后的燃气轮机燃烧器2b的内压增高，在联焰管76附近形成火焰时，在燃气轮机燃烧器2b产生的高温燃烧气体经由联焰管76流入与所述燃气轮机燃烧器2b相邻的燃气轮机燃烧器2，从而能够将火进一步传播到其他燃气轮机燃烧器2。

作为本实施例的燃气轮机燃烧器的其他实施方式，能够考虑到如下构成：如图6所示的燃气轮机燃烧器2那样，将中央燃烧嘴33分为中央燃烧嘴内周部33a和中央燃烧嘴外周部33b，将对所述中央燃烧嘴33供给燃料的燃料系统51分为向中央燃烧嘴内周部33a供给的系统和向中央燃烧嘴外周部33b供给的系统这两个系统来供给燃料。

该情况下，在中央燃烧嘴33的局部空燃比降低的条件下，通过使供给到中央燃烧嘴内周部33a的燃料的比例多于供给到中央燃烧嘴外周部33b的燃料的比例，能够将成为火焰保持起点的中心部的局部火焰温度保持为较高，能够防止失火。由此，中央燃烧嘴能够运转的条件扩宽，能够大幅增加燃烧器的运用自由度。

根据本实施例，能够实现如下燃气轮机燃烧器以及燃气轮机燃烧器的运转方法：在搭载有多火嘴的燃气轮机燃烧器中，在燃气轮机的全负荷范围内确保燃烧稳定性，并且同时抑制了燃气轮机部分负荷条件下的未燃部分的产生和衬里金属温度的上升。

（实施例2）

使用图7以及图8说明本发明第二实施例的燃气轮机燃烧器2。

本实施例的燃气轮机燃烧器2与图1～图5所示的第一实施例的燃气轮机燃烧器2之间基本结构以及作用效果相同，所以省略两者共通部分的说明，针对不同部分在以下进行说明。

图7所示的本实施例的燃气轮机燃烧器2是从燃烧室观察的燃烧嘴的主视图，针对各燃烧嘴，区分表示以同一燃料系统供给燃料的区域。

在图7所示的本实施例的燃气轮机燃烧器2中，如图7所示，在空气孔板31周边区域设有六个的外侧燃烧嘴37包括：在相对位于空气孔板31中心的中央燃烧嘴33为斜下方的两侧位置（联焰管76的附近位置）上设置的所述特定的两个外侧燃烧嘴37A以及最上方位置的外侧燃烧嘴37A这三个外侧燃烧嘴37A、之外位置的中央燃烧嘴33的下方以及斜上方所设置的三个外侧燃烧嘴37B，这些外侧燃烧嘴37A以及外侧燃烧嘴37B彼此交错配置。

本实施例中为如下结构：在与构成配置在最上方位置的外侧燃烧嘴37A的外侧燃烧嘴内周部37a对应地配置的内周侧燃料喷嘴25a上连接分支后的第二燃料系统52。

而且，本实施例的燃气轮机燃烧器2以图8所示的运转模式运转。与图4所示的第一实施例的燃气轮机燃烧器2的情况不同的是如下情况：在使燃气轮机从低负荷运转切换到负荷增加后的部分负荷运转时，从运转模式A切换到运转模式B。

也就是，该情况下，切换到部分负荷运转的运转模式B：基于来自控制装置100的控制信号，除了操作设置在用于向中央燃烧嘴33供给燃料的第一燃料系统51上的燃料流量调节阀61的阀开度之外，还操作设置在第二燃料系统52上的燃料流量调节阀62的阀开度来调节向设置在所述三个外侧燃烧嘴37A的内周侧的外侧燃烧嘴内周部37a的燃料喷嘴25a供给的燃料供给量，使设置在三个外侧燃烧嘴37A的内周侧的外侧燃烧嘴内周部37a的燃料喷嘴25a燃烧来增加负荷。

通过这样仅向中央燃烧嘴33和位于三个外侧燃烧嘴37A的内周侧的外侧燃烧嘴内周部37a供给燃料并进行燃烧，能够将供给燃料的燃料喷嘴的数量限制为较少，所以能够在三个外侧燃烧嘴37A的外侧燃烧嘴内周部37a局部地提高空燃比。

由此，在燃气轮机燃烧器2的燃烧室5形成扩散火焰，即使周围流动大量空气，也能抑制未燃部分的产生。

另外，在扩散火焰的周围，空气从位于三个外侧燃烧嘴37A的外周侧的外侧燃烧嘴外周部38流动，所以妨碍燃烧室5内所形成的火焰直接与衬里干涉，即使在即将切换到运转模式C之前的局部空燃比增高的条件下，也能防止金属温度上升。

另外，在本实施例的燃气轮机燃烧器2中，在产生燃烧振动时，针对供给到外侧燃烧嘴内周部37a和外侧燃烧嘴内周部37b的燃料流量设置偏差，通过改变相邻的燃烧嘴的燃烧气体温度，能够改变所形成的火焰的燃烧速度。

由此，由于变动的频率产生偏差，所以能够防止燃气轮机燃烧器2的燃烧器整体中的压力变动的增大。在本实施例的燃气轮机燃烧器2中，构成六个外侧燃烧嘴37的三个外侧燃烧嘴37A和三个外侧燃烧嘴37B均交替配置，所以能更有效地抑制压力变动的增大。

根据本实施例，能够实现如下燃气轮机燃烧器以及燃气轮机燃烧器的运转方法：在搭载有多火嘴的燃气轮机燃烧器中，在燃气轮机的全负荷范围内确保燃烧稳定性，并且同时抑制了燃气轮机部分负荷条件下的未燃部分的产生和衬里金属温度的上升。

（实施例3）

使用图9以及图10说明本发明第三实施例的燃气轮机燃烧器2。

本实施例的燃气轮机燃烧器2与图1～图5所示的第一实施例的燃气轮机燃烧器2之间基本结构以及作用效果相同，所以省略两者共通部分的说明，针对不同部分在以下进行说明。

图9所示的本实施例的燃气轮机燃烧器2是从燃烧室观察的燃烧嘴的主视图，针对各燃烧嘴，区分表示以同一燃料系统供给燃料的区域。

在图9所示的本实施例的燃气轮机燃烧器2中，如图9所示，在空气孔板31周边区域设有六个的外侧燃烧嘴37配置为包括：在相对位于空气孔板31中心的中央燃烧嘴33为下方的斜下方两侧位置（联焰管76的附近位置）上设置的所述特定的两个外侧燃烧嘴37A以及最下方位置的外侧燃烧嘴37A这三个外侧燃烧嘴37A、相比中央燃烧嘴33为上方的中央燃烧嘴33上方以及斜上方所设置的三个外侧燃烧嘴37B。

而且，本实施例的燃气轮机燃烧器2以图10所示的运转模式运转。与图4所示的第一实施例的燃气轮机燃烧器2的情况不同的是如下情况：在使燃气轮机从低负荷运转切换到负荷增加后的部分负荷运转时，从运转模式A切换到运转模式B。

也就是，该情况下，切换到部分负荷运转的运转模式B：基于来自控制装置100的控制信号，除了操作设置在用于向中央燃烧嘴33供给燃料的第一燃料系统51上的燃料流量调节阀61的阀开度之外，还操作设置在第二燃料系统52上的燃料流量调节阀62的阀开度来调节向设置在所述三个外侧燃烧嘴37A的内周侧的外侧燃烧嘴内周部37a的燃料喷嘴25a供给的燃料供给量，使设置在三个外侧燃烧嘴37A的内周侧的外侧燃烧嘴内周部37a的燃料喷嘴25a燃烧来增加负荷。

通过这样仅向中央燃烧嘴33和位于三个外侧燃烧嘴37A的内周侧的外侧燃烧嘴内周部37a供给燃料并进行燃烧，由于形成的火焰彼此接近，所以能够缓和火焰被周围空气冷却的程度，能够进一步抑制未燃部分的产生。

根据本实施例，能够实现如下燃气轮机燃烧器以及燃气轮机燃烧器的运转方法：在搭载有多火嘴的燃气轮机燃烧器中，在燃气轮机的全负荷范围内确保燃烧稳定性，并且同时抑制了燃气轮机部分负荷条件下的未燃部分的产生和衬里金属温度的上升。

（实施例4）

使用图11以及图12说明本发明第四实施例的燃气轮机燃烧器2。

本实施例的燃气轮机燃烧器2与图1～图5所示的第一实施例的燃气轮机燃烧器2之间基本结构以及作用效果相同，所以省略两者共通部分的说明，针对不同部分在以下进行说明。

图11表示本发明第四实施例的燃气轮机燃烧器。图11所示的本实施例的燃气轮机燃烧器2是从燃烧室观察的燃烧嘴的主视图。另外，针对各燃烧嘴，区分表示以同一燃料系统供给燃料的区域。

在图11所示的本实施例的燃气轮机燃烧器2中，如图11所示，在空气孔板31周边区域设有六个的外侧燃烧嘴37配置为包括：在相对位于空气孔板31中心的中央燃烧嘴33为下方的斜下方两侧位置（联焰管76的附近位置）上设置的所述特定的两个外侧燃烧嘴37A、在中央燃烧嘴33的上方以及下方分别配置的两个外侧燃烧嘴37B以及设置在中央燃烧嘴33的斜上方的两个外侧燃烧嘴37B的共四个外侧燃烧嘴37B。

并且，本实施例的燃气轮机燃烧器2中的燃烧嘴在中央燃烧嘴33、两个外侧燃烧嘴37A以及四个外侧燃烧嘴37B上都在圆周上设有四列空气孔，与之对应，排列四列燃料喷嘴。其中，外侧燃烧嘴37A以及外侧燃烧嘴37B将从中心到第二列为止的空气孔作为相同组进行控制。

而且，本实施例的燃气轮机燃烧器2与图4所示的第一实施例的燃气轮机燃烧器2的运转模式同样地以图12所示的运转模式运转。

搭载在高输出的燃气轮机装置的燃气轮机燃烧器每1罐的尺寸大，但是不会使空气孔、燃料喷嘴扩大，通过如本实施例的燃气轮机燃烧器2那样增加喷嘴个数，能够增加燃料与空气的边界面，促进燃料与空气的混合。而且，通过达成均一预混燃烧，能够实现低NO_X燃烧。

在每个燃烧嘴的大小扩大并且列数增加的情况下，能够考虑到如果仅将中心一列作为火焰保持点则不能稳定保持火焰的情况。

但是，在本实施例的燃气轮机燃烧器2中，外侧燃烧嘴37A的外侧燃烧嘴内周部37a以及外侧燃烧嘴37B的外侧燃烧嘴内周部37b的空气孔排列都为两列，通过扩大火焰保持区域，能够稳定保持火焰。

如本实施例的燃气轮机燃烧器2那样，通过使外侧燃烧嘴37A的外侧燃烧嘴内周部37a以及外侧燃烧嘴37B的外侧燃烧嘴内周部37b的空气孔的排列为两列，部分负荷条件下的局部空燃比下降，但是燃气轮机整体的燃料流量增加，由于能够进行扩散性燃烧，所以能够抑制未燃部分的排出。

根据本实施例，能够实现如下燃气轮机燃烧器以及燃气轮机燃烧器的运转方法：在搭载有多火嘴的燃气轮机燃烧器中，在燃气轮机的全负荷范围内确保燃烧稳定性，并且同时抑制了燃气轮机部分负荷条件下的未燃部分的产生和衬里金属温度的上升。

本发明能够应用于搭载有多火嘴的燃气轮机燃烧器以及燃气轮机燃烧器的运转方法。

Claims (6)

1.一种燃气轮机燃烧器，其特征在于，

具备：

燃烧室，被供给的燃料和被供给的空气在燃烧室中混合燃烧，生成燃烧气体；

空气孔板，其位于所述燃烧室的上游侧，形成有供给空气的多个空气孔；以及

多个燃料喷嘴，其向在所述空气孔板上形成的多个空气孔供给燃料，

以一个所述空气孔与一个所述燃料喷嘴成对的方式在所述燃料喷嘴的下游侧的位置配设有所述空气孔，

具备多个由成对的多个所述燃料喷嘴与多个所述空气孔构成的燃烧嘴，

这些多个燃烧嘴由配置在燃气轮机燃烧器的轴中心的中央燃烧嘴和配置在该中央燃烧嘴周围的多个外侧燃烧嘴构成，

在所述中央燃烧嘴配设有向该中央燃烧嘴的燃料喷嘴供给燃料的第一燃料供给系统，

在所述多个外侧燃烧嘴配设有向作为所述外侧燃烧嘴中特定外侧燃烧嘴内周侧区域的外侧燃烧嘴内周部的燃料喷嘴供给燃料的第二燃料供给系统，

在所述多个外侧燃烧嘴配设有向作为所述特定外侧燃烧嘴以外的所述外侧燃烧嘴内周侧区域的外侧燃烧嘴内周部的燃料喷嘴供给燃料的第三燃料供给系统，

在所述多个外侧燃烧嘴配设有向作为所述外侧燃烧嘴外周侧区域的外侧燃烧嘴外周部的燃料喷嘴供给燃料的第四燃料供给系统，

在燃气轮机的低负荷、或者部分负荷的运转条件下，经过基于所述燃气轮机的运转条件选择出的所述第一至第四燃料供给系统，对所述中央燃烧嘴的燃料喷嘴、或者对所述中央燃烧嘴的燃料喷嘴和配置在作为多个外侧燃烧嘴中特定外侧燃烧嘴内周侧区域的外侧燃烧嘴内周部的燃料喷嘴供给燃料。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧器，其特征在于，

多个外侧燃烧嘴区分为两组进行配设，一组为具备经过第二燃料供给系统供给燃料的第一外侧燃烧嘴内周部的特定外侧燃烧嘴，另一组为具备从第三燃料供给系统供给燃料的第二外侧燃烧嘴内周部的其他外侧燃烧嘴，

多个外侧燃烧嘴全部在该外侧燃烧嘴的外周部具备外侧燃烧嘴外周部，将所述外侧燃烧嘴外周部作为一个组，经过第四燃料供给系统供给燃料。

3.根据权利要求2所述的燃气轮机燃烧器，其特征在于，

具备经过第二燃料供给系统供给燃料的第一外侧燃烧嘴内周部的特定外侧燃烧嘴是所设置的多个外侧燃烧嘴中配置在连接相邻的燃气轮机燃烧器的联焰管附近的外侧燃烧嘴。

4.根据权利要求2所述的燃气轮机燃烧器，其特征在于，

具备经过第二燃料供给系统供给燃料的第一外侧燃烧嘴内周部的特定外侧燃烧嘴与具备经过第三燃料供给系统供给燃料的第二外侧燃烧嘴内周部的其他外侧燃烧嘴彼此交错地配设。

5.根据权利要求2所述的燃气轮机燃烧器，其特征在于，

设置有多个燃气轮机燃烧器，

在点燃燃气轮机燃烧器的情况下，向设置在点燃的燃气轮机燃烧器的中央燃烧嘴、作为配置在联焰管附近的外侧燃烧嘴内周侧区域的外侧燃烧嘴内周部供给燃料，该联焰管连接与该点燃的燃气轮机燃烧器相邻的燃气轮机燃烧器。

6.一种燃气轮机燃烧器的运转方法，是权利要求1所述的燃气轮机燃烧器的运转方法，其特征在于，

在燃气轮机的低负荷的运转条件下，经过第一燃料供给系统向配置在所述中央燃烧嘴的燃料喷嘴供给燃料并使燃料在所述燃烧室中燃烧，

在负荷比所述低负荷的燃气轮机有所增加的部分负荷的燃气轮机运转条件下，进一步经过第二燃料供给系统向配置在作为所设置的多个外侧燃烧嘴中特定外侧燃烧嘴内周侧区域的外侧燃烧嘴内周部的燃料喷嘴供给燃料，并使燃料在所述燃烧室中燃烧，

在负荷比所述部分负荷的燃气轮机进一步增加的部分负荷的燃气轮机运转条件下，进一步经过第三燃料供给系统向配置在作为除特定外侧燃烧嘴之外的所设置的多个其他所有外侧燃烧嘴的内周侧区域的外侧燃烧嘴内周部的燃料喷嘴供给燃料，并使燃料在所述燃烧室中燃烧，

在负荷进一步增加的全负荷的燃气轮机运转条件下，进一步经过第四燃料供给系统向配置在作为所有外侧燃烧嘴外周侧区域的外侧燃烧嘴外周部的燃料喷嘴供给燃料，并使燃料在所述燃烧室中燃烧。

Images