CN105051458A - 燃烧器以及燃气轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于实现能够进一步减少NOx的生成量的燃烧火焰。燃烧器(14)具备：先导喷嘴(40)；主喷嘴(44)，其在先导喷嘴(40)的外周侧沿周向隔开间隔地配置有多个，并进行预混合燃烧；内筒(34)，其包围先导喷嘴(40)和各主喷嘴(44)；出口外侧环(50)，其设置于内筒(34)的前端；以及燃烧筒(36)，其内表面与内筒(34)的外周嵌合，并且所述燃烧筒包围出口外侧环(50)。并且，出口外侧环(50)形成为与燃烧筒(36)的内壁面(66)平行。

Description

燃烧器以及燃气轮机
技术领域
本发明涉及燃烧器以及燃气轮机。
背景技术
在燃气轮机等中使用的燃烧器要求减少所生成的NOx(氮氧化物)。
如专利文献1所记载，燃烧器将通过预混合主喷嘴生成的预混合气向燃烧器供给。
图10是以往的燃烧器100的结构图的一例。为了防止振动燃烧，燃烧器100在内筒103的前端设置有外扩圆锥状(也称作锥状或者扩大锥状。)的环部(以下称作“出口外侧环”。)102。并且，燃烧器100通过出口外侧环102以沿着燃烧筒108的内壁面110的方式引导从先导燃烧器104以及主燃烧器106喷出的预混合气。
另外，以往的燃烧器100从设置于出口外侧环102的外周以及燃烧筒108的内壁面110的膜空气排出孔112将压缩空气的一部分作为膜空气而供给。燃烧器100通过膜空气使内壁面110的附近的预混合气浓度稀薄化。由此，抑制到达燃烧筒108的内壁面110的预混合气在燃烧筒108的内壁面110的附近燃烧。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-171894号公报
为了防止燃烧筒的内壁面的附近的预混合气的燃烧，需要使预混合气浓度为可燃临界以下。然而，为了减少NOx，与将压缩空气用作膜空气相比，更优选将压缩空气用于与燃料混合。因此，在燃烧器中，无法充分增加膜空气的供给量，能够用作膜空气的压缩空气的空气量受限。因此，存在预混合气从出口外侧环的下游端附近燃烧并且还在燃烧筒的内壁面的附近燃烧的情况。
若预混合气从出口外侧环的下游端附近这样的燃烧器的上游区域燃烧，则高温燃烧气体在到达燃烧器的出口之前滞留的滞留时间增长。由于NOx的生成量与燃烧气体的滞留时间成比例地增加，因此为了减少NOx，优选燃烧气体的滞留时间短。
NOx的生成量伴随着燃烧气体的火焰温度的上升而增加。
预混合气虽在主燃烧器中进行一次混合，但在离开主燃烧器之后继续促进混合直至进行燃烧。因此，越是燃烧器的下游侧，燃料的浓度越均匀，故而燃烧气体的最高火焰温度降低。即，优选为了减少NOx而在混合结束后进行燃烧。对于混合结束后的燃烧，燃烧气体的滞留时间也缩短，NOx的生成量进一步减少。另一方面，越是燃烧器的上游侧(燃烧器头部)的预混合气，混合越是不足，燃料的浓度不均匀。因此，越是燃烧器的上游侧的燃烧，最高火焰温度越高，并且高温燃烧气体的滞留时间也增长，故而NOx的生成量增加。
此外，越是在燃烧器的上游侧即燃烧器头部使预混合气燃烧，燃烧筒的内壁面的温度升高的区域越大。因此，需要使用于增加对于燃烧筒内壁面的冷却热量而使用的膜空气量增加，燃烧用的空气量减少。或者，由于因与冷却介质进行热交换的热交换量增加而使得温度下降，故而需要使燃烧器的出口气体温度升高。其结果是，NOx的生成量也趋于增加。
发明内容
发明要解决的课题
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供实现能进一步减少NOx的生成量的燃烧火焰的燃烧器以及燃气轮机。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的燃烧器以及燃气轮机采用以下手段。
本发明的第一方式的燃烧器具备：先导喷嘴；主喷嘴，其在所述先导喷嘴的外周侧沿周向隔开间隔地设置有多个，并进行预混合燃烧；内筒，其包围所述先导喷嘴和各所述主喷嘴；环部，其设置于所述内筒的前端；以及燃烧筒，其内表面与所述内筒的外周嵌合，并且所述燃烧筒包围所述环部，其中，所述环部形成为与所述燃烧筒的内壁面平行、或者越趋向预混合气的流动的下游侧而内径越小。
本结构的燃烧器具备先导喷嘴、以及在先导喷嘴的外周侧沿周向隔开间隔地设置有多个且进行预混合燃烧的主喷嘴。另外，本结构具备包围先导喷嘴与各主喷嘴的内筒、设置于内筒的前端的环部、以及内表面与内筒的外周嵌合并且包围环部的燃烧筒。
为了混合以及保持火焰，来自主喷嘴的燃料与空气的预混合气形成为回旋流，从而具有在燃烧筒的内壁面侧流动并燃烧的趋势。因此，在本结构中，环部并非形成为以往的圆锥状，而是形成为与燃烧筒的内壁面平行、或者越趋向预混合气的流动的下游侧而内径越小。由此，本结构能够将预混合气向燃烧筒的内周方向供给。
即，本结构能够使以往在燃烧筒的内壁面附近的低流速区域也会发生的燃烧向远离内壁面的高流速区域移动。由此，预混合气容易进一步向下游侧移动，燃烧区域比以往的位置进一步向下游侧移动。其结果是，燃烧所带来的发热以及高温区域与以往相比整体向下游侧移动，燃烧气体的高温滞留时间缩短。另外，燃烧之前的混合距离增长，燃料的浓度变均匀，因此最高火焰温度降低。基于上述情况，NOx的生成量减少。
另外，由于预混合气通过环部向燃烧筒的内周方向供给，因此，在燃烧筒的中心轴附近形成的高温的再循环流的规模变小。其结果是，在再循环区域生成的NOx减少。
另外，再循环流通过环部被限制(限定)在燃烧筒的更内侧。因此，再循环流的外周侧的流动加速，再循环流区域与朝向其外周侧的径向的速度斜率增大。其结果是，在进行燃烧之前，进一步促进外周侧的预混合气的均匀化，因此燃烧气体的最高火焰温度降低，NOx的生成量减少。
此外，伴随着燃烧区域向下游侧的移动，燃烧筒的内壁面处的发热以及高温区域与以往相比向下游侧移动，因此，温度升高的内壁面减少。因此，能够减少用于冷却内壁面的空气量，能够增加用于燃烧的空气量。其结果是，火焰温度降低，NOx的生成量减少。
如上所述，本结构抑制预混合气在燃烧筒的内壁面附近的上游侧燃烧，并且减小在燃烧筒的中心轴附近形成的高温的再循环流的规模，因此能够实现可进一步减少NOx的生成量的燃烧火焰。
在上述第一方式的基础上，优选的是，所述环部的外径随着朝向所述环部的端部而缩小。
根据本结构，能够防止在环部的端部产生保持火焰而导致环部损伤的情况。
在所述第一方式的基础上，优选的是，所述燃烧筒的内径以在比所述环部的端部更靠下游侧的位置具有阶梯部的方式扩大，从设置于所述环部与所述燃烧筒的间隙的空气流路向所述阶梯部附近排出空气。
根据本结构，燃烧筒的内径以在比环部的端部更靠下游侧的位置具有阶梯部的方式扩大。因此，存在燃烧火焰在该阶梯部附近逆火的可能性。因此，本结构从设置于环部与燃烧筒的间隙的空气流路向阶梯部附近排出空气，从而抑制逆火。另外，通过利用在空气流路中流动的空气对环部进行对流冷却，由此环部的温度进一步降低，由此抑制环部附近的逆火。
在上述第一方式的基础上，优选的是，从燃烧筒的内壁面排出空气的排出孔设置于比所述燃烧筒的所述阶梯部靠下游侧的位置。
根据本结构，对燃烧筒的比阶梯部更靠下游侧的部分进行冷却，从而防止在比该阶梯部靠下游侧的位置产生保持火焰。
在上述第一方式的基础上，优选的是，在所述燃烧筒的周向上贯穿设置有多个孔且形成共鸣空间的声学箱设置在所述燃烧筒的所述阶梯部内。
根据本结构，通过对燃烧筒的阶梯部分进行冷却，并且赋予声学衰减效果，由此抑制燃烧区域的压力变动。另外，本结构通过将声学箱设置在阶梯部内，能够有效利用闲置区域，不需要在燃烧筒的外周设置声学箱。
在上述第一方式的基础上，优选的是，所述空气流路对在该空气流路中流通的空气赋予回旋分量。
根据本结构，通过对在空气流路中流通的空气赋予与预混合气的回旋方向相同方向的回旋分量，由此对燃烧筒的内壁面进行冷却。另一方面，通过对在空气流路中流通的空气赋予与预混合气的回旋方向相反方向的回旋分量，由此抑制燃烧火焰到达燃烧筒的内壁面。
在上述第一方式的基础上，优选的是，所述燃烧筒的内径在比所述环部的端部更靠下游侧的位置逐渐扩大。
根据本结构，能够排除燃烧筒的内壁面附近的低流速区域。由此，能够使燃烧向远离燃烧筒的内壁面的高流速区域移动，燃烧区域比以往的位置进一步向下游侧移动。其结果是，燃烧所带来的发热以及高温区域向下游侧移动，由此燃烧气体的高温滞留时间缩短、燃烧之前的混合距离增长而使得最高火焰温度降低，NOx的生成量减少。
在上述第一方式的基础上，优选的是，在所述燃烧筒的所述内径扩大的区域设置有向所述燃烧筒的内壁面排出空气的排出孔。
根据本结构，能够抑制燃烧筒的内径扩大的区域的燃烧。
在上述第一方式的基础上，优选的是，在所述燃烧筒的所述内径扩大的区域的内部设置有声学箱，该声学箱在所述燃烧筒的周向上贯穿设置有多个孔且形成有共鸣空间。
根据本结构，能够有效利用闲置区域，不需要在燃烧筒的外周设置声学箱。
在上述第一方式的基础上，优选的是，所述燃烧器设置有覆盖所述先导喷嘴的前端周围的导锥，所述先导喷嘴的前端位于所述导锥的端部附近。
根据本结构，由于与以往相比，先导喷嘴配置在更靠下游侧的位置，因此，先导燃料与空气的预混合气的再循环所引起的低流速区域缩小，抑制再循环流所导致的NOx的生成。另外，由于先导保持火焰的基部进一步向下游侧移动，因此燃烧火焰进一步向下游侧移动，NOx的生成量减少。
本发明的第二方式的燃气轮机具备：压缩机，其压缩空气而生成压缩空气；以上记载的燃烧器，其向从所述压缩机导入的压缩空气喷射燃料而产生燃烧气体；以及涡轮，其通过由所述燃烧器产生的燃烧气体而进行旋转驱动。
发明效果
根据本发明，具有实现能够进一步减少NOx的生成量的燃烧火焰的优异效果。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的燃气轮机的结构图。
图2是本发明的第一实施方式的燃烧器的纵剖视图。
图3A是本发明的第一实施方式的出口外侧环的端部的局部放大图。
图3B是示出出口外侧环的外径未缩小的形状的、出口外侧环的端部的局部放大图。
图4是本发明的第一实施方式的变形例的燃烧器的纵剖视图。
图5是本发明的第二实施方式的燃烧器的纵剖视图。
图6是本发明的第二实施方式的变形例的燃烧器的纵剖视图。
图7是本发明的第二实施方式的其他变形例的燃烧器的纵剖视图。
图8是本发明的第三实施方式的燃烧器的纵剖视图。
图9是本发明的第四实施方式的燃烧器的纵剖视图。
图10是以往的燃烧器的纵剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的燃烧器以及燃气轮机的一实施方式进行说明。
〔第一实施方式〕
以下，对本发明的第一实施方式进行说明。
图1是具备本第一实施方式的燃烧器的燃气轮机10的结构图。
燃气轮机10具备压缩机12、燃烧器14以及涡轮16。
压缩机12被旋转轴18驱动，对导入的空气进行压缩而生成压缩空气。
燃烧器14是预混合燃烧器，通过向从压缩机12导入的压缩空气喷射燃料并使之燃烧而产生高温、高压的燃烧气体。
涡轮16通过燃烧器14产生的燃烧气体而进行旋转驱动。
涡轮16、压缩机12以及发电机20通过旋转轴18而连结，在涡轮16产生的旋转驱动力通过旋转轴18向压缩机12以及发电机20传递。并且，发电机20通过涡轮16的旋转驱动力进行发电。
图2是本实施方式的燃烧器14的纵剖视图。
燃烧器14具备先导燃烧器30、主燃烧器32、内筒34以及燃烧筒(也称作尾筒)36。需要说明的是，利用压缩机12压缩后的压缩空气被引导向燃烧器14的外周侧。然后，被引导向燃烧器14内的先导燃烧器30以及主燃烧器32的压缩空气从燃烧器14的外周侧被引导至空气流入口38，从而向燃烧器14内供给，如图1的箭头A那样在右端部折回之后从左侧流向右侧。
先导燃烧器30的先导喷嘴40沿着燃烧器14的轴心配置，喷射燃料，使其在燃烧区域进行燃烧。
在先导喷嘴40的前端以覆盖其周围的方式设置有导锥42。导锥42形成为随着朝向流动的下游侧而直径扩大的大致漏斗状。通过导锥42防止从先导喷嘴40喷射的燃料混合气及其燃烧火焰向离心方向扩散，从而防止从先导喷嘴40喷射的燃料混合气与来自主喷嘴44的燃料混合气干扰。
此外，在先导喷嘴40的外周配置于多个翼状的先导旋流器46。先导旋流器46被赋予向相同方向倾斜的倾角。由此，压缩空气的流动成为回旋流(swirlflow)，促进压缩空气与所喷射的先导燃料的混合。
主燃烧器32在先导喷嘴40的外周侧的周向等间隔地设置有多个，喷射主燃料。并且，主燃料与压缩空气混合，进行预混合燃烧。
另外，在各主燃烧器32上设置有主喷嘴44。在主喷嘴44上配置有多个朝向主燃烧器32突出的翼状的主旋流器48。在各主旋流器48上设置有多个喷出主燃料的喷出孔。由于这些主旋流器48被赋予向相同方向倾斜的倾角，因此，主燃料与压缩空气的混合气的流动中产生相同旋转方向的回旋流(swirlflow)，从而促进混合。
内筒34与先导喷嘴40大致同轴，形成为整体上覆盖先导喷嘴40以及主喷嘴44。并且，在内筒34的前端设置有在燃烧气体下游侧开口且将预混合气向下游侧引导的出口外侧环(环部)50。
燃烧筒36使用弹簧夹52将内表面嵌合在内筒34的外周，并且包围出口外侧环50。并且，燃烧筒36将由先导喷嘴40以及主喷嘴44产生的燃烧气体引导向涡轮16。
需要说明的是，本第一实施方式的出口外侧环50相对于燃烧筒36的壁面平行地延伸，形成为在轴线方向上具有恒定直径的圆筒形状。因此，燃烧筒36的内径在比出口外侧环50的端部更靠下游侧处的位置具有阶梯部54而扩大。
在燃烧筒36上设置有导入压缩空气的一部分的空气导入口56。从空气导入口56导入的压缩空气的一部分在设置于出口外侧环50与燃烧筒36的间隙的空气流路58中流通，从设置在阶梯部54附近的空气排出口60排出。需要说明的是，空气流路58中设置有用于保持其流路截面积的隔离物62。
另外，如图3A所示，空气排出口60朝向燃烧筒36的中心轴倾斜。伴随与此，出口外侧环50的外径随着朝向出口外侧环50的端部而缩小。
另外，在燃烧筒36的比阶梯部54靠下游侧的位置设置有膜空气排出孔64。膜空气排出孔64将引导向燃烧器14的外侧的压缩空气的一部分从内壁面66作为膜空气而排出，对内壁面66进行膜冷却。
此外，在燃烧筒36中，在燃烧筒36的周向上贯穿设置有多个孔且形成有共鸣空间的声学箱(也称作声学衬。)68设置在阶梯部54内。
接下来，对如上述那样构成的燃烧器14的燃烧过程进行说明。
首先，在压缩机12中被压缩的压缩空气流入到燃烧筒36内，从先导燃烧器30以及主燃烧器32的上游端侧向下游端侧朝箭头A的方向流动。
在先导燃烧器30中，将通过先导旋流器46施加了回旋流的压缩空气与从先导喷嘴40喷射的先导燃料混合，形成预混合气。预混合气从导锥42朝向燃烧区域喷出，被未图示的火种点火，在导锥42的内部以及下游进行燃烧。
另一方面，在主燃烧器32中，将沿着主喷嘴44流动时通过主旋流器48施加了回旋流的压缩空气与从主旋流器48喷射的主燃料混合，形成预混合气。预混合气从主燃烧器32朝向燃烧区域喷出，通过与从导锥42喷出并燃烧的预混合气的燃烧气体(火焰)接触而被点火并燃烧。
通过这样燃烧的预混合气的燃烧气体的膨胀压力驱动燃气轮机10的涡轮16，获得输出。与此同时，与涡轮16的主轴同轴设置的压缩机12被驱动，从而将压缩空气向燃烧器14供给。
需要说明的是，燃烧气体如图1所示那样在燃烧区域如箭头B那样从下游侧朝向上游侧循环(再循环流)。再循环流对于燃烧气体的稳定燃烧是优选的，但由于燃烧气体的滞留时间也增长，因此为了减少NOx的生成量而优选再循环流较小。
另外，为了混合以及保持火焰，将主燃料与空气的预混合气形成为回旋流。因此，该预混合气具有如图2的箭头C那样在燃烧筒36的内壁面侧流动并燃烧的趋势，导致燃烧筒36的内壁面66的温度上升，因此不优选。
因此，在本第一实施方式的燃烧器14中，将出口外侧环50形成为与燃烧筒36的内壁面66平行，而不是以往的圆锥状(锥状)。由此，燃烧器14能够将预混合气向燃烧筒36的内周方向供给。
即，本第一实施方式的燃烧器14能够使以往在燃烧筒36的内壁面66附近的低流速区域也会发生的燃烧向远离内壁面66的高流速区域移动。由此，预混合气容易向更下游侧移动，燃烧区域比以往的位置进一步向下游侧。其结果是，燃烧所带来的发热以及高温区域与以往相比整体向下游侧移动，燃烧气体的高温滞留时间缩短。另外，由于燃烧之前的混合距离增长，燃料的浓度均匀，因此最高火焰温度降低。基于上述情况，NOx的生成量减少。
另外，由于预混合气通过出口外侧环50向燃烧筒36的内周方向供给，因此，在燃烧筒36的中心轴附近形成的高温的再循环流(箭头B)的规模变小。其结果是，在再循环区域生成的NOx减少。
另外，再循环流通过出口外侧环50被限制(限定)在燃烧筒36的更内侧部分。因此，再循环流的外周侧的流动加速，再循环区域与朝向其外周侧的径向的速度斜率增大。其结果是，在燃烧之前，进一步促进外周侧的预混合气的均匀化，因此燃烧气体的最高火焰温度降低，NOx的生成量减少。
此外，伴随着燃烧区域的朝向下游侧的移动，燃烧筒36的内壁面66处的发热以及高温区域与以往相比进一步向下游侧移动，因此，温度增高的内壁面66减少。因此，能够减少用于冷却内壁面66的空气量，能够增用于燃烧的空气量。其结果是，火焰温度降低，NOx的生成量减少。
另外，如上所述，出口外侧环50的外径随着朝向出口外侧环50的端部而缩小。
图3B示出出口外侧环50的外径未缩小的形状。如图3B所示，在外径未缩小的形状中，在出口外侧环50的端部附近(图3B的虚线区域)产生保持火焰，存在出口外侧环50损伤的可能性。
另一方面，通过缩小出口外侧环50的外径，能够防止在端部产生保持火焰导致出口外侧环50损伤的情况。
另外，本第一实施方式的燃烧器14如上所述那样具有阶梯部54。因此，存在燃烧火焰在该阶梯部54附近发生逆火的可能性。因此，本第一实施方式的燃烧器14从设置于出口外侧环50与燃烧筒36的间隙的空气流路58向阶梯部54附近排出空气，从而在阶梯部54附近形成强制的流动，抑制逆火。
此外，出口外侧环50与以往相比壁厚变薄(以往情况参照图10的出口外侧环102)。因此，容易通过在空气流路58中流动的空气进行对流冷却。这样，出口外侧环50被对流冷却，从而出口外侧环50的温度进一步降低，出口外侧环50附近的逆火得到抑制。
从膜空气排出孔64排出的空气沿着燃烧筒36的内周壁面形成薄空气层，从而冷却燃烧筒36，防止壁面的烧损。
声学箱68导入压缩空气的一部分，向阶梯部54部分排出，从而对燃烧筒36的阶梯部54部分进行冷却，并且给予声学衰减效果，抑制燃烧区域的压力变动。另外，燃烧器14通过在阶梯部54内设置声学箱68而能够有效地利用闲置区域，不需要在燃烧筒36的外周设置声学箱68
此外，由于空气排出口60、声学箱68以及膜空气排出孔64向燃烧筒36的内壁面66附近供给空气，因此预混合气的外周的燃料浓度降低，使燃烧筒36的内壁面66处的燃烧温度降低。
图4是本第一实施方式的燃烧器14的变形例。
图4所示的燃烧器14所具备的出口外侧环50形成为，越靠预混合气的流动的下游侧，内径越小。图4所示的出口外侧环50在比配设有主燃烧器32以及先导燃烧器30的位置更靠下游侧的位置具有阶梯部，从而其内径减小。需要说明的是，并不局限于此，出口外侧环50的内径也可以形成为倒锥状，而使内径逐渐减小。
另外，空气流路58也可以对所流通的空气赋予回旋分量。
更具体而言，设置于空气流路58的隔离物62的形状设为例如导流叶片(引导翼)形状，从而对所流通的空气赋予回旋分量。
例如，对在空气流路58中流通的空气赋予与主燃料的预混合气的回旋方向相同方向的回旋分量。由此，在空气流路58中流通的空气所带来的膜冷却的效果提高，进一步冷却燃烧筒36的内壁面66。另一方面，通过对在空气流路58中流通的空气赋予与主燃烧的预混合气的回旋方向相反方向的回旋分量，由此缓和回旋分量，抑制燃烧火焰到达燃烧筒36的内壁面66。
如以上说明，本第一实施方式的燃烧器14具备先导喷嘴40、在先导喷嘴40的外周侧沿周向隔开间隔地设置有多个且进行预混合燃烧的主喷嘴44、包围先导喷嘴40与各主喷嘴44的内筒34、设置在内筒34的前端的出口外侧环50、以及内表面嵌合在内筒34的外周并且包围出口外侧环50的燃烧筒36。并且，出口外侧环50形成为与燃烧筒36的内壁面66平行。
因此，本第一实施方式的燃烧器14抑制预混合气在燃烧筒36的内壁面66附近的上游侧燃烧，并且减小在燃烧筒36的中心轴附近形成的高温的再循环流的规模，因此能够实现可进一步减少NOx的生成量的燃烧火焰。
〔第二实施方式〕
以下，对本发明的第二实施方式进行说明。
图5示出本第二实施方式的燃烧器14的结构。需要说明的是，对图5中的与图2相同的结构部分标注与图2相同的附图标记，省略其说明。
本第二实施方式的燃烧器14所具备的燃烧筒36的内径从嵌合于内筒34的外周的区域到燃烧区域恒定。
本第二实施方式的燃烧器14简化了燃烧筒36的结构，因此燃烧器14的加工性提高，并且成本降低。
图6示出本第二实施方式的变形例的燃烧器14的结构。
图6所示的燃烧器14在空气流路58的下游端部设置有限制向空气流路58流动的空气量的限制部件即垂直环70。垂直环70采用配置为堵住空气流路58的出口的圆环形状。在垂直环70中设置有排出用于冷却燃烧筒36的内壁面66的空气的空气排出口60A。
图6所示的燃烧器14通过设置有垂直环70而能够抑制向空气流路58流动的空气量，并且能够防止燃烧火焰朝向空气流路58的上游侧逆火。
另外，也可以在出口外侧环50的端部附近设置有从空气流路58排出空气的空气排出口60B。通过从空气排出口60B排出的空气对出口外侧环50的端部进行冷却。
图7示出本第二实施方式的其他变形例的燃烧器14的结构。
图7所示的燃烧器14在垂直环70上设置有兼作空气排出口60A的声学箱68。由此，燃烧器14能够有效利用闲置区域，不需要在燃烧筒36的外周设置声学箱68。
〔第三实施方式〕
以下，对本发明的第三实施方式进行说明。
图8示出本第三实施方式的燃烧器14的结构。需要说明的是，对图8中的与图2相同的结构部分标注与图2相同的附图标记，省略其说明。
本第三实施方式的燃烧器14所具备的燃烧筒36在比出口外侧环50的端部靠下游侧的位置，内径逐渐扩大。即，燃烧筒36在比出口外侧环50的端部靠下游侧的位置形成为锥状(圆锥状)。
在燃烧筒36的内径扩大的区域，设置有膜空气排出孔64以及声学箱68。需要说明的是，在本第三实施方式中，声学箱68具备导入压缩空气并排出压缩空气的多个排出孔，从而形成为兼作膜空气排出孔64的结构。需要说明的是，图8所示的声学箱68的形状仅是一例，不限于此。
本第三实施方式的燃烧器14能够排除燃烧筒36的内壁面66附近的低流速区域。由此，能够使燃烧向远离燃烧筒36的内壁面66的高流速区域移动，燃烧区域比以往的位置进一步向下游侧移动。其结果是，燃烧所带来的发热以及高温区域向下游侧移动，从而燃烧气体的高温滞留时间缩短，因进行燃烧之前的混合距离增长而使得最高火焰温度降低，NOx的生成量减少。
另外，燃烧筒36的扩大的内径相对于轴心的倾斜角优选为空气不从燃烧筒36的内壁面66剥离的角度，例如7～45度的范围。即，如图8所示，轴向长度L与突出长度H的关系是L＝1～8H。
例如在L＝8H那样轴向长度L更长的情况下，逆火进一步得到抑制，因此能够减少膜空气等的冷却用的空气。
〔第四实施方式〕
以下，对本发明的第四实施方式进行说明。
图9示出本第四实施方式的燃烧器14的结构。需要说明的是，对图9中的与图8相同的结构部分标注与图2相同的附图标记，省略其说明。
本第四实施方式的燃烧器14所具备的先导喷嘴40的前端位于导锥42的端部附近。
需要说明的是，在本第四实施方式的燃烧器14中，先导旋流器46也位于导锥42的端部附近，并且在先导喷嘴40与先导旋流器46之间设置有压缩空气的排出孔80。通过从压缩空气的排出孔80排出的空气对先导旋流器46与先导喷嘴40之间进行冷却。
对于本第四实施方式的燃烧器14，在以往的结构中产生的导锥42的端部与先导喷嘴40的前端的阶梯部(凹区域)减小，并且与以往相比，先导喷嘴40配置在更靠下游侧的位置。
因此，对于本第四实施方式的燃烧器14，因先导燃料与压缩空气的预混合气的再循环而出现的低流速区域缩小，抑制再循环流所导致的NOx的生成。另外，先导保持火焰的基部向更下游侧移动，因此燃烧火焰向更下游侧移动，NOx的生成量减少。
需要说明的是，在本第四实施方式中，说明了在第三实施方式的燃烧器14中应用本发明的方式，但并不局限于此，也可以应用于第一实施方式或者第二实施方式。
以上，使用上述各实施方式说明了本发明，本发明的技术范围不限定为上述实施方式记载的范围。能够在不脱离发明主旨的范围内对上述各实施方式实施各种变更或者改进，实施该变更或者改进后的方式也包含于本发明的技术范围。
附图标记说明
10：燃气轮机
12：压缩机
14：燃烧器
16：涡轮
34：内筒
36：燃烧筒
40：先导喷嘴
44：主喷嘴
50：出口外侧环
54：阶梯部
58：空气流路
64：膜空气排出孔
68：声学箱

Claims (11)

1.一种燃烧器，具备：
先导喷嘴；
主喷嘴，其在所述先导喷嘴的外周侧沿周向隔开间隔地设置有多个，并进行预混合燃烧；
内筒，其包围所述先导喷嘴和各所述主喷嘴；
环部，其设置于所述内筒的前端；以及
燃烧筒，其内表面与所述内筒的外周嵌合，并且所述燃烧筒包围所述环部，其中，
所述环部形成为与所述燃烧筒的内壁面平行、或者越趋向预混合气的流动的下游侧而内径越小。
2.根据权利要求1所述的燃烧器，其中，
所述环部的外径随着朝向所述环部的端部而缩小。
3.根据权利要求1或2所述的燃烧器，其中，
所述燃烧筒的内径以在比所述环部的端部更靠下游侧的位置具有阶梯部的方式扩大，
从设置于所述环部与所述燃烧筒的间隙的空气流路向所述阶梯部附近排出空气。
4.根据权利要求3所述的燃烧器，其中，
从燃烧筒的内壁面排出空气的排出孔设置于所述燃烧筒的比所述阶梯部更靠下游侧的位置。
5.根据权利要求3或4所述的燃烧器，其中，
在所述燃烧筒的周向上贯穿设置有多个孔且形成共鸣空间的声学箱设置在所述燃烧筒的所述阶梯部内。
6.根据权利要求3至5中的任一项所述的燃烧器，其中，
所述空气流路对在该空气流路中流通的空气赋予回旋分量。
7.根据权利要求1或2所述的燃烧器，其中，
所述燃烧筒的内径在比所述环部的端部更靠下游侧的位置逐渐扩大。
8.根据权利要求7所述的燃烧器，其中，
在所述燃烧筒的所述内径扩大的区域设置有向所述燃烧筒的内壁面排出空气的排出孔。
9.根据权利要求7或8所述的燃烧器，其中，
在所述燃烧筒的所述内径扩大的区域的内部设置有声学箱，该声学箱在所述燃烧筒的周向上贯穿设置有多个孔且形成有共鸣空间。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的燃烧器，其中，
所述燃烧器设置有覆盖所述先导喷嘴的前端周围的导锥，
所述先导喷嘴的前端位于所述导锥的端部附近。
11.一种燃气轮机，具备：
压缩机，其压缩空气而生成压缩空气；
权利要求1至10中的任一项所述的燃烧器，其向从所述压缩机导入的压缩空气喷射燃料而产生燃烧气体；以及
涡轮，其通过由所述燃烧器产生的燃烧气体而进行旋转驱动。
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