CN1090730C - 燃气轮机燃烧装置及其燃烧控制方法 - Google Patents

Abstract

在燃烧器高温化和低NOx化的同时，本发明的燃气轮机装置具有以往的干式低NOx燃烧器所不能达到的，在燃气轮机整个负荷范围内都在10ppm以下的低NOx排出特性。它包括在燃气轮机的燃烧器1的轴向间隔配置的多级燃烧部分2a、2b、分别独立地连接各燃烧部分的多个燃料供给系统32、在各燃料供给系统上分别设置的预混合燃烧用燃料供给部分4a、4b以及扩散燃烧用燃料供给部分6a、6b、通过切换这些燃料供给部分只向预混合燃烧用燃料或扩散燃烧用燃料的任何一方供给燃料的控制装置42。

Description

燃气轮机燃烧装置及其燃烧控制方法

本发明涉及用于燃气轮机装置及其复合装置等中的燃气轮机燃烧器，特别是涉及旨在减少燃气轮机排气中含有的NOx浓度的燃气轮机燃烧装置及其燃烧控制方法。

因为用于燃气轮机装置和复合式轮机装置等中的燃气轮机高效率化其工作条件趋于高温、高压，并引起了NOx增加的倾向。产生NOx的主要原因可认为有各种因素，但是火焰的温度是主要的，因此减少NOx的关键在于如何降低火焰温度。

到目前为止，广泛使用的最简单的减少NOx的方法是在燃烧器内的高温燃烧区域中进行蒸气喷射或水喷射，借此使得燃烧时的火焰温度下降的方法。这种方法是一种实施简便的优良方法，但是存在着下述缺点：必须使用大量的水和蒸汽；蒸气和水的使用降低了作为结果的装置效率，与高效率化的愿望背道而驰；以及向燃烧器内喷射的大量蒸汽和水增大了燃烧振动，降低了燃烧器的寿命等。

因此，作为代替蒸汽喷射和水喷射来降低火焰温度的方法，近年来开发了将燃料和燃烧用空气在燃料稀薄的条件下预混合后再燃烧的方法，即所谓干式预混合多级稀薄燃烧法，使得NOx的量可达到与蒸汽喷射和水喷射法同等水平。

在这种预混合多级稀薄燃烧法中，为了弥补预混合燃烧的缺点即燃烧范围狭窄的问题，采用了并用可在大燃(料)空(气)比范围稳定燃烧扩散燃烧火焰的火焰结构。另外，也可采用在负荷运行中改变燃烧器内空气配比，使燃烧后的平均气体温度上升，达到火焰稳定化的燃空比控制法等。

使用预混合多级稀薄燃烧法和燃空比控制法的干式燃烧器虽然可以得到一定的效果，但是还存在着以下的需改进的问题。

图12表示燃气轮机负荷和NOx发生量关系的特性图。如图所示，相对于用蒸汽和水的喷射型燃烧器的NOx特性a，干式低NOx燃烧器的NOx排出特性b在燃气轮机负荷d-e范围内下降幅度相当大，可是在低负荷c-d范围内还是存在问题。即在低负荷范围为了减少NOx，以往是使燃料系统多级化，将NOx特性b的一部分变成用点划线f表示的低NOx特性，来实施降低NOx的方法。

可是在燃气轮机的全负荷范围即负荷c至预定负荷e之间，对于在理论上可能最低的NOx特性g之上，考虑到极限余量而可能设定的NOx目标值特性h来说，NOx特性(例如特性b)还是相当高的。

也就是说，通过由扩散火焰支持的预混合火焰来维持稳定燃烧的现有干式低NOx燃烧器的NOx特性j，如图13所示，几乎与扩散火焰用的燃料流量比例成反比例。

因此，为了进一步减少NOx，希望尽可能地减少扩散燃烧用燃料流量比例，可是按以往的干式低NOx燃烧器的结构及形状，如图14所示，最小扩散值流量的流量比例是由各燃气轮机负荷下可超过CO限制值k的扩散燃烧用燃料流量比例l决定的，当达到比l小的扩散燃烧用燃料流量比例时，CO(或THC等)增大，由于燃烧效率下降和燃烧振动增大，而致使不能稳定运行，如果再达到更小的扩散燃烧用燃料流量比例m以下时，则存在不发火的问题。因此，为了稳定燃烧和防止不发火，不能通过将扩散燃烧用燃料流量比例减少到零来将NOx减低到最小值。

另外，如图15所示NOx强烈地依赖于预混合当量比φP。将NOx排出量控制在目标值(例如10ppm)以下时，则必须将燃烧区域的预混合当量比φP控制在该图中n之下。

另外，如图16所示，燃烧器的壁面冷却空气比例(该图的纵轴)与燃烧器出口当量比φP或燃烧器出口温度Tg及燃烧区域预混合当量比φP(该图的横轴)有一定的相互关系。即如图15所示，为了将NOx控制在目标值以下，应使φP＜n(对应于图15的参数φP)，所以随着燃烧器出口温度上升(或燃烧器出口当量比φEX增大)，如图16所示，壁面冷却空气比例减少。对于低NOx化，有必要选定接近于燃烧极限的小φP值，进而冷却空气减少，这样就出现了冷却困难的问题。

本发明是旨在为解决这些问题而完成的，目的在于提供一个伴随着燃烧器的高温化和低NOx化时，具有用以往的干式低NOx燃烧器不能达到的，在全部负荷范围内都为10ppm以下的低NOx排出特性的燃气轮机燃烧装置及其燃烧控制方法。

本发明的燃气轮机燃烧装置可以实现燃气轮机在全负荷范围内的超低NOx，同时还可以解决随之产生的燃烧不稳定现象，另外还可以有效地进行高温化时必要的壁面冷却。

燃烧装置备有燃烧部分，燃烧部分具有向燃烧器内喷出预混合燃烧用燃料的预混合燃烧用燃料喷出口，所述预混合燃烧喷出口由第一级到最大的第五级。从第1级至第5级的预混合燃烧用燃料喷出口在燃烧器轴向(纵向)分别间隔一定的距离配置。第1级的预混合燃烧用燃料系统连接至扩散燃烧用喷咀和预混合燃烧用喷咀，这样的结构使得通过切换这些喷咀可以只向任何一个喷咀供给燃料。另外在第1级预混合燃烧用燃料喷出口附近设置可释放点火能量的点火装置和引燃喷灯。另外第2级～第5级的预混合燃烧用燃料喷出口附近的燃烧区域也形成可具有引燃喷灯的结构。在燃烧器内筒和尾筒的外侧设置具有多冲击式(impinge)冷却用孔的流动套筒(flow sleeve)。另外内筒的膜冷却用冷却孔的总开口面积是在燃烧器上设置的供燃烧空气进入用的总开口面积的20％以下。

燃烧控制通过含有流量调节阀等的燃料供给装置和运算器的交流信号来进行的，其中燃料供给装置包括可以分别独立地控制第1级～第5级5个系统的预混合燃烧用燃料流量的调节阀，而运算器则将这些第1级～第5级预混合燃烧用燃料以相对于燃气轮机负荷这一从属变量的燃料流量函数1～5的形式进行贮存记忆。

第1级燃料可以从扩散燃烧用喷咀和预混合燃烧用喷咀中的任何1个喷出，但在最初向扩散燃烧用喷咀供给100％的燃料。此燃料可通过设置在第1级预混合燃烧用燃料喷出口附近的点火装置或引出火焰来点火。

点火后，第1级燃料从扩散燃烧用喷咀切换到预混合燃烧用喷咀进行供给，由此达到预混合燃烧状态。或者，在第一级燃烧部分中，通过引燃火焰或点火装置使预混合燃烧用燃料燃烧。而后，根据对应于燃气轮机负荷的燃料流量函数，按照来自运算器的指令从燃料供给装置供给第1级～第5级预混合燃烧用燃料。第2级预混合燃烧用燃料通过第1级预混合燃烧用燃料燃烧产生的高温气体而点火燃烧，第3级预混合燃烧用燃料通过第1级和第2级预混合燃烧用燃料燃烧产生的全部高温气体而点火燃烧。同样，第4级、第5级预混合燃烧用燃料也是通过上游1级的预混合燃烧用燃料燃烧产生的所有高温气体而点火燃烧，第1级～第5级预混合燃烧用燃料从上游到下游依次扩大火焰，顺序地燃烧。

因此，第1级～第5级燃烧可以全部100％地预混合燃烧。此外，供给各级的均匀地混合了空气和燃料的预混合燃烧用燃料是设定在燃料稀薄条件下，在各燃烧区域内都是在不发生NOx的火焰温度，即1600℃以下燃烧。

其结果是燃烧器的整个区域中都是在1600℃以下燃烧，几乎不发生NOx，使超低量的NOx化成为可能。

另外，对于以往的易于出现的不稳定火焰，由于采用从上游至下游依次扩大火焰顺序燃烧的燃烧形态，上游的高温气体和其中含有的化学活性基团活化下游的未燃烧预混合气体而使得燃烧容易，结果使火焰稳定化。也就是由于采用上述第1级～第5级顺序燃烧，可以同时使得火焰的稳定化和超低量NOx化成为可能。

再者，为了促进火焰稳定化，在第2级～第5级预混合燃烧用燃料的燃烧区域内也可以设置赋予点火能量的引燃喷灯、使用电加热的加热棒、使用电及磁能和等离子体助燃装置或点火装置。

另外，在第1级～第5级预混合燃烧用燃料中配以适量的空气，设定成在火焰温度为1600℃以下进行燃烧的燃料稀薄条件。此时，采用具有多个冲击式冷却用孔的流动套筒强化内筒及尾筒的对流冷却，由此可使得膜冷却用冷却空气减少到进入燃烧器空气的20％以下，冷却空气减少的部分可以作为燃烧用空气再利用，这样可以确保用于设定燃料稀薄条件的适量空气。

采用本发明的壁面冷却结构，由于减少了冷却空气而配入到预混合用空气中，可以实现燃料稀薄燃烧条件，使得降低NOx成为可能，另外由于采用上述的顺序燃烧形态，可以同时解决不稳定火焰(由于在燃料稀薄燃烧条件下，燃烧温度低，火焰易于不稳定)，结果可以在燃气轮机整个运转范围内，以超低量NOx进行稳定燃烧。

图1

本发明的燃气轮机燃烧装置的1个实施例结构图。

图2

上述实施例的部分侧截面图

图3

表示上述实施例作用的说明图。

图4

表示上述实施例的引燃喷灯的放大图。

图5

表示上述实施例的燃料系统的系统图。

图6

表示本发明又一实施例燃料部分的结构图。

图7

进一步表示本发明再一实施例燃料部分的结构图。

图8

表示上述实施例中微型燃烧器的改型例。

图9

表示代替前述实施例的微型燃烧器的其他点火器图。

图10

表示上述实施例运算器的控制特性图

图11

表示上述实施例作用的流程图。

图12

说明以往实例的NOx特性图。

图13

说明以往实例的NOx特性图。图14相对于扩散燃烧用燃料流量比例的NOx、CO特性图。图15相对于燃烧区域预混合当量比15的NOx特性图。图16表示壁面冷却比例的特性图。图17表示燃料出口当量比关系的特性图。符号的说明1，燃烧器1a、1b，小径内筒2a，第1级燃烧室2b，第2级燃烧室3，引燃喷灯4a、4b，预混合装置5a，点火装置5b、5c，微型燃烧器6a、6b，燃料喷咀7，大径内筒8a、8b，支架9，虚置内筒10，壳体11，支架1112，尾筒内壁13，尾筒外壁14，冷却孔15，流动套筒17，弹簧密封圈(Spring seal)18，第1级预混合燃烧用燃料喷出口19a、195、19c、19d，预混合燃烧用燃料喷出口20，扩散燃烧用燃料喷咀21，混合燃料喷咀22，离心式喷咀23，空气孔24，管25，喷出孔26，喷咀顶端27、28，喷出孔30，流路31，喷出口32，燃料供给系统33，燃料压力调节阀34，燃料流量调节阀35、36，截止阀37，燃料流量调节阀38，分配阀39a、39b、39c、39d，燃料流量调节阀40a、40b、40c、40d，流量计41a、41b、41c、41d，系统42，运算器50，空气压缩机51，燃气轮机52，空隙60，径向离心式喷咀61a、61b、61c、61d、61e，第1～第5级燃料喷出口63，引火喷灯64b，第2燃烧室65、66，预混合装置67，离心式喷咀70，高温部分A2，冲击式喷流A3、A4、A5c、A6，燃烧用空气A7，燃烧用空气A8，膜冷却空气A10，燃烧空气F1，引燃火焰F2、F3、F4c、F5、F11，预混合火焰N1，引导扩散燃烧用燃料N2，扩散燃烧用燃料N3，预混合燃烧用燃料N4，燃料N5，第3级预混合燃烧用燃料N6，第4级预混合燃烧用燃料N7，第5级预混合燃烧用燃料N10，燃料S107，负荷信号W1～W5，第1～第5级预混合用燃料流量Wa，空气流量WO，全部燃料流量

实施例以下参照附图说明本发明的燃气轮机燃烧装置的实施例。

图1表示本实施例燃气轮机燃烧装置的结构。如该图所示，燃烧器1配备有具有3级燃烧部分的第1燃烧室2a和具有2级燃烧部分的第2燃烧室2b。第1燃烧室2a做成由沿着气流方向的一对小径内筒1a、1b连接而成的结构。在上游小径内筒1a中，具有引燃喷灯3、预混合装置4a、作为点火装置的单一或多个微型燃烧器5a(也可利用电加热的加热棒或其他的利用电、磁能等释放出点火能量的点火装置)等构成的结构。另外，下游的小径内筒1b由预混合装置4b及单一或多个微型燃烧器5b构成。各预混合装置4a、4b构成为预混合通道，在圆周方向上排列4～8个。此外，在预混合装置4a、4b，上游的空气入口处配置有燃料喷咀6a、6b。

第2燃烧室2b由大径内筒7和预混合装置4c、4d及单一或多个微型燃烧器5c构成。预混合装置4c、4d构成为预混合通道，在圆周方向上排列4～8个。

另外，在预混合装置4c、4d的上游配置有燃料喷咀6c、6d、预混合装置4a、4b、4c、4d通过支架8a、8b(图中只表示出一部分)固定在虚置(dummy)内筒9上。此虚置内筒9由于受到作用在小径内筒1a、1b及大径内筒7上的推力，通过连接在壳体10上的支架11而固定在轴向位置上。

大径内筒7的下游中设置尾筒内壁12及尾筒外壁13，尾筒外壁13穿设多个冷却孔14。同样在大径内筒7的外圆周侧也配置流动套筒15，此流动套筒15上穿设多个冷却孔16。大径内筒7和尾筒内壁12及流动套筒15和尾筒外壁的接合部分分别用弹簧密封圈(spring seal)密封。

小径内筒1a的上游端部设置第1级预混合燃烧用燃料喷出口18，上述各内筒1a、1b、7上设置的预混合装置4a、4b、4c、4d的出口分别成为第2级～第5级预混合燃烧用燃料喷出口19a、19b、19c、19d。这些第2级～第5级预混合燃烧用燃料喷出口19a、19b、19c、19d，分别沿燃烧器轴向以达到适宜地顺序燃烧的间距配置。从这些喷出口19a、19b、19c、19d喷出的预混合燃烧用燃料的喷出方向设定为例如向着燃烧器中心。如图2所示，可将喷出口设定成螺旋方向，以便使气流具有旋转流动成分。

另一方面，引火喷灯3由沿着小径内筒1a的中心线的扩散燃烧用燃料喷咀20、预混合燃烧用燃料喷咀21及离心式喷咀22构成、此引火喷灯3的离心式喷咀22上游周围壁上穿设有多个空气孔23。图3表示其燃烧状态，其作用以后叙述。

图4详细地表示了引火喷灯3的结构。在引导扩散燃烧用燃料供给用管24的顶端设有喷出孔25，此喷出孔25和喷咀顶端26面地面地相互接近。喷咀顶端26上穿设有吹出扩散燃烧用燃料用的喷出孔27、28。

另外，在喷咀顶端26的中心部分及回流区域29的附近，设置有作为点火源的上述微型燃烧器5a。在管24的外围侧形成流路30，混合燃烧用空气和燃料而成的预混合燃烧用燃料从流路30顶端的喷出口31喷到燃烧器内。

燃料供给系统32如图1所示，具有燃料压力调节阀33及燃料流量调节阀34，通过截止阀35、36、燃料流量调节阀37、分配阀38及燃料流量调节阀39a、39b、39c、39d将燃料供给的各燃料喷咀6a～6d中。

图5表示燃料供给装置系统结构。燃料N通过压力调节阀33及流量调节阀34后分为2个系统。

其中一系统中，经由截止阀36后分成2个系统流路，其中一个分出的系统流路又分为流过流量计40a及流量调节阀39a的系统41a和流过流量计40b及流量调节阀39b的系统41b。分支的另一个系统流路，经过流量计40e及流量调节阀39e进一步分成流过流量调节阀38系统41e和另外的系统41f。

通过流量调节阀34的其他系统通过截止阀35而进一步分为流过流量计40c及流量调节阀39c的系统41c和流过流量计40d及流量调节阀39d的系统41d。

从所有这些调节阀和截止阀、流量计等输出的信号S101、S102、S103、S104、S105及发电机51a的输出信号S106及负荷信号S107均连到运算器42上，由输入到运算器42中的程序，对应于负荷信号进行控制。此外，51b是脱氮装置，51c表示烟囱。

以下说明其作用。

首先，根据图3及图5说明空气的流向。如图5所示，从空气压缩机50喷出的高温高压空气A0的一部分环绕冷却轮机51，另一部分作为图3燃烧器用空气A1。燃烧用空气A1通过尾筒的冷却孔14，16流入间隙52内，成为冲击式喷流A2，通过对流冷却尾筒内壁12及大径内筒7。

冲击式喷流A2在尾筒内壁12的部分和大径内筒7的部分中，不流入燃烧器内部，而分别作为燃烧用空气A3、A4、A5、A6流入预混合装置(通道)4a、4b、4c、4d，另外，以从燃烧用空气孔23出来的燃烧用空气A7形式流入引燃喷灯3中，另外还流到下游的间隙52内成为小径内筒1a、1b的膜冷却空气A8。

以下说明引燃喷灯3中的空气、燃料流向。

在图4中，从空气孔23流入的燃烧用空气A7，通过离心式喷咀22获得角动量，一边旋转，一边从喷出口31流入小径内筒1a。图4的喷出口31，相当于图2中第1级预混合燃烧用燃料喷出口18。引导扩散燃烧用燃料N1从管路24的最下游孔25以射流喷出，进行对流冷却以使喷咀顶端26不致于赤热，从喷出口27出来，成为扩散燃烧用燃料N2流入小径内筒1a，通过如小径内筒1a周壁上的点火器53而被点火，形成引燃火焰F1。点火后，通过来自运算器42的信号S103，将扩散燃烧用燃料N1慢慢切换成预混合燃烧用燃料N3。

预混合燃烧用燃料N3从预混合燃烧用燃料喷咀21出来成为喷淋喷出的燃料N4，与燃烧用空气A7均匀地预混合。此预混合燃烧用燃料N5一边旋转，一边流向下游因此增加速度，达到湍流燃烧速度2倍以上的流速，从第1级预混合燃烧用燃料喷出口18(喷出口31)流入小径内筒1a。此时由于燃料的速度达到湍流燃烧速度的2倍以上，所以可以防止来自引燃火焰F1的回火。燃料切换完了时，引燃火焰F1成为由全部预混合混合燃料N3产生的100％的预混合混合火焰，NOx的产生约为零。

以下，对燃烧器内筒中的燃料流向及燃烧方法进行说明。

按上述方法，首先在小径内筒1a内形成引燃火焰F1。此火焰F1通过引导扩散燃烧用燃料N1及引导预混合燃烧用燃料N3的分配组合而稳定化。形成引燃火焰F1后，通过来自运算器42的输出信号S103被控制流量的燃料在预混合装置4a内与空气均匀地混合，从第2级预混合燃烧用燃料喷出口19a出来，成为预混合燃烧用燃料N4流入小径内筒1a。

流入的预混合燃烧用燃料N4，通过上游引燃火焰F1而被点火燃烧，形成预混合火焰F2。接着第3级预混合燃烧用燃料N5也同样地从第3级预混合燃烧用燃料喷出口19b流入小径内筒。流入的预混合燃烧用燃料N5用上游的引燃火焰F1和预混合火焰F2的总燃烧气量而被点火、燃烧，形成预混合火焰F3。第4级、第5级预混合燃烧用燃料N6、N7也按照与第2、3级同样的过程形成预混合火焰F4、F5。

这里预混合火焰N1、N2、N4、N5的火焰温度1600℃以下，通过用运算器42分别控制燃料流量来保证不达到生成NOx的燃烧温度(1600℃以下)。为此，对于燃气轮机负荷的NOx特性i(参照图12)与以往的低NOx燃烧器的NOx特性b(参照同一图)不同，可以成为在全负荷区域内都是低水平的、并可达到NOx目标值h(参照同一个图)。

如上所述，通过对第1级～第5级预混合燃烧用燃料分别用各自上游的高温气体逐一点火燃烧、扩大火焰，即所称“顺序燃烧”实现火焰的稳定化。

以下，对燃烧器内筒等的冷却进行说明。

由空气压缩机50供给到燃烧器1的空气大部分通过设置在尾筒外筒13及流动套筒15上的冲击式冷却孔14、16，形成冲击式喷流A2，冲击尾筒内筒12及大径内筒7，对流冷却其壁面。

它们不在尾筒内筒13的部分进入燃烧器内部，而作为预混合装置4a、4b、4c、4d用的燃烧空气A3、A4、A5、A6及引燃喷灯3的燃烧空气A7进入燃烧器内部。

但是对应于第1燃烧室2a的小径内筒1a、1b中，作为膜冷却空气是使用燃烧用空气A1中不到20％的空气，流入燃烧器内部而冷却燃烧器内面。即不是在尾筒内筒12的部分仅用作膜冷却空气，还转用为燃烧空气A3、A4、A5、A6、A7。因此，可以设定旨在增加燃烧空气，不生成NOx的燃烧温度(1600℃以下)的预混合燃烧用燃料空气比。这样有助于低NOx化。

以下说明为了实现上述燃烧法的运算器42。

如图10所示，将第1级～第5级燃料系统中分别对应于燃气轮机各负荷的第1级～第5级预混合用燃料流量W1～W5以函数形式输入到运算器42中，预混合用燃料流量W1～W5的加和作为全部燃料流量WO。根据来自运算器42的信号S103等，对应于负荷信号S107，使用流量调节阀37、39a、39b、39c、39d等分别控制第1级～第5级预混合燃烧用燃料流量W1～W5。

负荷上升时，如图11中的流程图所示，第1级燃料切换(步骤1101)之后，就可以顺次地增加设定各级预混合燃烧用燃料(步骤1102～1105)。

负荷减少时，与图11相反，可按照从第5级至第2级顺序进行控制，设定减少燃料流量。由于对于燃气轮机负荷的空气流量Wa大约是一定的，所以通过控制全部燃料流量Wo就可以决定燃烧器出口温度。亦即当燃气轮机负荷减少时，与负荷上升时情况相反，按照第5、第4、第3、第2、第1级顺序分别减少燃料，负荷切断时，只是停止供给第4、第5级燃料。

此外，如图4所示，在各内筒1a、1b、7的回流区域附近设置喷出小火焰的微型燃烧器5a，故可望有效地使火焰稳定化。

再者，本发明所涉及的燃气轮机燃烧装置，并不限制于上述的实施例。在图6～图9中表示了本发明的改型例。

图6的改型例是将图1所示的燃料喷出口18、19a、19b、19c、19d改型成用双层圆筒围住的转盘状结构。即在本例中，通过径向离心式喷咀60对燃烧用空气A10赋与角动量，使之分别从第1、2、3、4、5级燃料喷出口61a、61b、61c、61d、61e流入圆筒。燃料N10与图1的例子相同，通过独立的燃料供给系统供给到各喷出口。另外，预混合火焰F1～F5也对应于第1～5级燃料喷出口61a～61e，在内筒62内轴向连续地进行顺序燃烧。

图7的改型例，就引燃喷灯63而言，与图1的实施例大致相同，但是位于第1燃烧室64a下游的第2燃烧室64b上的多路燃烧器型的圆筒状的预混合装置65在轴向配置2个、在圆周方向配置5～8个。另外，在预混合装置66内设置离心式喷咀67，这样即使在短的流路中也能均一地进行预混合。

本例与前述一样，也能从上游火焰依次地顺序燃烧，形成预混合火焰F11，有效地抑制NOx的发生。

图8及图9表示对于图1中的微型燃烧器的改型例。

在图8的改型例中，表示微型燃烧器5a通过自身稳定火焰的方式进行预混合燃烧的可能结构。即在本例中，将预混合燃烧用燃料喷出口18(19a)的顶端部作成宽口，使之产生涡流，结果在此部分形成稳定火焰用的火焰70。按照这样的结构，火焰可以更加稳定。另外，在喷出口的顶端部分设耐热涂层71。

图9改型例的点火器包括具有加热棒81，而加热棒81有用电能升到能随时点火的温度的高温部分80。本例中预混合燃烧用燃料喷出口18也作成宽口，因此形成了燃料A的停滞区域82。

此外，上述实施例及改型例中所表示的燃气轮机燃烧器也适用于使用气体燃料和液体燃料的各种形式的燃气轮机上。

如以上所述，利用本发明的燃气轮机燃烧装置，可以在以往的问题点，即超稀薄燃烧条件下运行，可以使火焰稳定燃烧及同时冷却燃烧器壁面，结果在全部运行范围中能使NOx处在目标值以下(＜10ppm)。而且，由于大量减低了NOx产生，在可望缩小脱氮装置或者删去该装置的同时得到包括氨消耗量的减少的运行经费降低的经济效果，而且有利于地球环境的净化。

Claims (5)

1.燃气轮机的燃烧装置，其特征在于它包括间隔配置在燃气轮机的燃烧器轴向的多级燃烧部分、与各燃烧部分分别独立地连接的多个燃料供给系统、各自设置在各燃料供给系统上的预混合燃烧用燃料供给部分以及扩散燃烧用燃料供给部分、切换这些燃料供给部分可只向预混合燃烧用燃料或扩散燃烧用燃料任何一方供给燃料的控制装置，向第1级燃烧部分供给燃料的系统分为二个系统，其中一个系统连接在扩散燃烧用燃料喷咀上，另一个系统连接在预混合燃烧用燃料用喷咀上，运行中可从扩散燃烧连续地切换到预混合燃烧，设置有覆盖构成燃烧室的内筒的外周侧及尾筒的外周侧的流动套筒，此流动套筒上开有多个孔，从多个孔喷出的燃烧用空气喷流在内筒及尾筒的外面碰撞，冷却内筒及尾筒的金属，为了冷却上述内筒及尾筒的壁面金属向燃烧器内部通入空气进行冷却的膜冷却用的冷却用空气气孔的总开口面积设定为燃烧空气流入用的总开口面积的20％以下。

2.权利要求1所述的燃气轮机燃烧装置，其特征在于在第1级至第5级预混合燃烧用燃料的燃烧区域中，设置可赋予点火能量的微型燃烧器、使用电加热器的加热棒、用电、磁能或等离子体等助燃或点火的装置。

3.控制燃气轮机燃烧装置燃烧的方法，其特征在于使用权利要求1的装置，在第一级燃烧部分中，通过引燃火焰或点火装置使预混合燃烧用燃料燃烧，第2级以后的预混合燃料的燃烧依次通过前级的预混合燃烧用燃料燃烧产生的高温气体进行点火而进行。

4.权利要求3所述的控制燃气轮机燃烧器燃烧的方法，其特征在于设置5级燃烧部分，从第1级至第5级预混合燃烧用燃料分别独立地随着燃气轮机负荷的上升，按照第1、第2、第3、第4、第5级燃料的顺序依次供给，使之燃烧，当燃气轮机负荷减少时，与负荷上升时情况相反，按照第5、第4、第3、第2、第1级顺序分别减少燃料，负荷切断时，只是停止供给第4、第5级燃料。

5.权利要求3所述的控制燃气轮机燃烧器燃烧的方法，其特征在于设置5级燃烧部分，从第1级至第5级的每个预混合燃烧用燃料由以燃气轮机负荷作为从属变量的燃料流量函数确定，根据从储存了此燃料流量函数对于负荷的最佳组合的运算器中发出的信号，使用燃料的供给装置供给燃料。

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