JP2005265232A

JP2005265232A - ガスタービン燃焼器

Info

Publication number: JP2005265232A
Application number: JP2004075609A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ninomiya; 弘行二宮; Takeo Oda; 剛生小田; Masayoshi Kobayashi; 正佳小林
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2024-03-17
Also published as: JP3990678B2

Abstract

【課題】低ＮＯｘ燃焼と優れた着火性能および安定燃焼とを両立させることができるガスタービン燃焼器を提供する。
【解決手段】内部に燃焼室２ａを形成する環状の燃焼筒２と、燃焼室２ａ内に燃料Ｆを供給する燃料供給装置３と、イグナイタ４とを備えたガスタービン燃焼器１であって、燃料供給装置３は、燃料Ｆと空気Ａを混合したのち燃焼室２ａに供給して予混合燃焼を行わせる予混合燃料ノズル７と、燃料Ｆを燃焼室２ａに噴射して空気Ａと混合させながら拡散燃焼を行わせる拡散燃料ノズル６とを備え、拡散燃料ノズル６がイグナイタ４の近傍に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＮＯｘ排出量の少ない予混合燃料ノズルを備えた、航空用および発電のような産業用のガスタービン燃焼器に関する。

従来、航空用や発電など産業用のガスタービン燃焼器として、拡散燃焼方式による燃焼器が広く採用されている。この燃焼器は、ノズルとして拡散燃料ノズルを用い、拡散燃料ノズルから噴射された燃料と空気とが拡散・混合しながら燃焼するようにしたものであり、燃料と空気は不均一かつ低出力時でも量論比以上の当量比、すなわち比較的燃料が濃い混合状態で燃焼される。そのため、局所的に燃料濃度の濃い部分ができ、点火時にこの濃い部分で容易に着火するので、特に着火性能の点で優れている。また、低出力時にも吹き消えが起こりにくく、保炎性能の点でも優れるという利点がある。

しかしながら、前記拡散燃焼方式による燃焼器の場合、燃焼時にＮＯｘを多量に排出するので大気汚染上好ましくなく、今後、一層厳しくなるＮＯｘ排出基準に適合し得なくなるものと予想される。このＮＯｘを削減して低ＮＯｘ化を図るためには、平均火炎温度の低下と火炎温度の均一化を実現する必要があり、燃料と空気を均一かつ希薄に混合して燃焼させることが必要となる。このような低ＮＯｘ化を実現できるガスタービンの燃焼方式として、希薄予混合燃焼方式がある。

この希薄予混合燃焼方式は、ノズルとして予混合燃料ノズルを用いたもので、燃料と空気とを燃料希薄な状態で予め混合させてから燃焼させるようにしたものである（例えば特許文献１参照）。この方式では、燃料と空気が均一かつ希薄に混合される結果、低ＮＯｘ燃焼が行われる。
特開２０００−３５６３１５（図２）

ところが、低ＮＯｘ化を目的とする前記希薄予混合燃焼方式による燃焼器によれば、燃焼時の低ＮＯｘ化は期待できるものの、前記拡散燃料ノズルに比べ、着火性能の点で劣り、低出力時に吹き消えが起こり易い。このように、前記拡散燃焼方式による燃焼器および予混合燃焼方式による燃焼器では、いずれもそれぞれ課題を有しており、これまでの燃焼器では、低ＮＯｘ化と安定燃焼を両立させることが困難であった。

そこで、本発明は、低ＮＯｘ化に優れる予混合燃料ノズルの低ＮＯｘ燃焼性能を損なうことなく着火性能と安定燃焼性能を維持できるガスタービン燃焼器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のガスタービン燃焼器は、内部に燃焼室を形成する環状の燃焼筒と、前記燃焼室内に燃料を供給する燃料供給装置と、イグナイタとを備えたガスタービン燃焼器であって、前記燃料供給装置は、燃料と空気を混合したのち前記燃焼室に供給して希薄予混合燃焼を行わせる予混合燃料ノズルと、燃料を前記燃焼室に噴射して空気と混合させながら拡散燃焼を行わせる拡散燃料ノズルとを備え、前記拡散燃料ノズルが前記イグナイタの近傍に配置されている。

この構成によれば、拡散燃料ノズルから燃焼室に燃料が噴射されると、燃料と空気は若干不均一で比較的燃料が濃い状態で混合されるために、局所的に燃料濃度の高い部分が形成される。したがって、始動着火時、この拡散燃料ノズルの近傍にあるイグナイタにより容易に着火する。前記拡散燃料ノズルからの燃料に着火すると、その高温の燃焼ガスにより、隣り合う燃料ノズルである予混合燃料ノズルからの混合気に火炎が次々と伝播し、全ての燃料ノズルが着火する。また、拡散燃料ノズルは保炎性に優れているために吹き消えも起こりにくく、低出力時においても安定燃焼が実現する。さらに、前記拡散燃料ノズル以外は予混合燃料ノズルであって、燃料と空気が均一かつ希薄に混合されたのち燃焼室に供給されるので、低ＮＯｘ燃焼が行われる。このように、優れた着火性能および安定燃焼性能と低ＮＯｘ化とをバランスよく両立させることができる。

本発明の好ましい実施形態では、前記燃焼筒に、その軸方向における前記拡散燃料ノズルの下流側に位置して、前記予混合燃料ノズルから流入する空気量と前記拡散燃料ノズルから流入する空気量との差に相当する空気量を燃焼室に導入する空気導入口が設けられている。

この構成によれば、一般に予混合燃料ノズルよりも空気量の少ない拡散燃料ノズルの設置により燃焼器出口でのガス温度分布の均一性が劣化するのを、前記空気導入孔から導入される空気により防止できる。

本発明の好ましい実施形態では、前記予混合燃料ノズルおよび拡散燃料ノズルが、前記環状の燃焼筒と同心の単一の円上に配列されている。

この構成によれば、拡散燃料ノズルの始動着火後、このノズルからの火炎が予混合燃料ノズルに伝播して全てのノズルが着火したとき、これら全てのノズルが環状の燃焼筒と同心の単一の円上に配列されていることで、燃焼筒内での均一な燃焼が可能となる。

本発明の好ましい実施形態では、前記環状の燃焼筒の頭部に燃焼筒と同心円上に外側ノズル列と内側ノズル列とが配置され、前記外側ノズル列が高出力領域で作動する複数の前記予混合燃料ノズルを有し、前記内側ノズル列が全ての出力領域で作動する前記予混合燃料ノズルおよび前記拡散燃料ノズルを有している。

この構成によれば、吹き消えが生じ易い低出力領域では保炎性能に優れた拡散燃料ノズルを有する内側ノズル列だけが作動するので、拡散燃料ノズルにより吹き消えが生じにくくなり、燃焼が安定する。また、予混合燃料ノズルにより、低ＮＯｘ燃焼が得られる。他方、ＮＯｘが多くなり易い高出力領域では、内側ノズル列に加えて、予混合燃料ノズルのみからなる外側ノズル列とが作動するので、燃焼領域を希薄に保つことができて、低ＮＯｘ燃焼が得られる。また、内側ノズル列に含まれた拡散燃料ノズルにより、燃焼が安定する。

本発明の好ましい実施形態では、前記予混合燃料ノズルに代えて、ハイブリッド燃料ノズルを設けている。このハイブリッド燃料ノズルは、燃料を前記燃焼室に噴射して空気と混合させながら拡散燃焼を行わせる拡散燃料ノズル部と、その外側を覆うように同軸状に配置されて燃料と空気を混合したのち前記燃焼室に供給して希薄予混合燃焼を行わせる環状の予混合燃料ノズル部とを有している。

このハイブリッド燃料ノズルを用いた燃焼器１においても、主として低出力時には、条件変動により、吹き消えが発生する場合があるが、イグナイタの近傍に配置された拡散燃料ノズルによって優れた保炎性能（安定燃焼）および着火性能が実現し、かつ、ハイブリッド燃料ノズルの予混合燃料ノズル部により低ＮＯｘ燃焼が行われる。

本発明のガスタービン燃焼器によれば、始動着火は拡散燃料ノズルで行い、主な燃焼は予混合燃料ノズルまたはハイブリッド燃料ノズルで行うので、拡散燃料ノズルの特性によって優れた着火性能および保炎性能（安定燃焼）が実現されるとともに、予混合燃料ノズルまたはハイブリッド燃料ノズルの特性によって低ＮＯｘ化が図れるので、優れた着火性能および安定燃焼と、低ＮＯｘ化の両方を実現することができる。また、予混合燃料ノズルまたはハイブリッド燃料ノズルに変更を加える必要がなく、従来の予混合燃料ノズルまたはハイブリッド燃料ノズル単独の燃焼器に対して僅かな改良を加えるだけで製造できるので、開発期間を短縮でき、生産性が高く、製造コストも低く抑えることができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るガスタービン燃焼器の頭部を示している。この燃焼器１は、ガスタービンの図示しない圧縮機から供給される圧縮空気を燃焼させて、タービンを駆動する燃焼ガスを生成するもので、環状に複数の予混合燃料ノズルが配置されたアニュラー型である。

ガスタービン燃焼器１は、内部に燃焼室２ａを形成する環状の燃焼筒２を有し、その頂壁２ｂに、前記燃焼室２ａ内に燃料を供給する燃料供給装置３として、拡散燃料ノズル６と予混合燃料ノズル７とが配置されている。これらノズルのうち、前記予混合燃料ノズル７は予め燃料と空気を混合したのち、前記燃焼室２ａに供給するものであり、前記燃焼筒２と同心の単一の円Ｃ上に１４〜２４個設けられている。一方、拡散燃料ノズル６は、燃料を燃焼室２ａに拡散させながら噴射するものであり、前記予混合燃料ノズル７が配置された円Ｃ１上に１〜２個、この例では、燃焼管２の周方向にほぼ９０°離間して２個配置されている。両ノズル６，７は混在した状態で、前記円Ｃ上に周方向に等間隔で配置されている。前記燃焼筒２の外周壁２ｃには、着火を行うためのイグナイタ４が前記拡散燃料ノズル６の近傍の径方向外方に位置するように設置されている。

図２は図１のII−II線に沿った断面を示しており、燃焼筒２に対する拡散燃料ノズル６とイグナイタ４の位置関係を示している。同図において、拡散燃料ノズル６は、ノズル本体３１と、このノズル本体３１に一体形成されてノズル本体３１を図示しない燃焼器ハウジング（外筒）に支持するためのステム３２とを有している。前記ノズル本体３１には同心状に３つの環状空気通路５ａ〜５ｃが形成されており、上流側の圧縮機（図示せず）で圧縮された空気Ａはこれらの空気通路５ａ〜５ｃを通って燃焼室２ａ内に導入される。

前記空気通路５ａ，５ｂ，５ｃには、各通路に１つずつ、合計３つのスワーラ６ａ，６ｂ，６ｃが配置されており、各空気通路５ａ〜５ｃを通過する空気Ａに旋回を与えている。

また、環状の燃焼筒２には、その軸方向における拡散燃料ノズル６およびイグナイタ４の下流側に空気導入孔３５が設けられている。この空気導入孔３５からは、予混合燃料ノズル７から流入する空気量と拡散燃料ノズル６から流入する空気量との差に相当する空気量が、燃焼室２ａに導入される。

また、前記ステムの内部には、外部から燃料Ｆを導入する燃料通路７ａが形成されており、ノズル本体３１の軸心方向に形成した燃料通路７ｂに連通して、これら燃料通路７ａ，７ｂを通った燃料Ｆを、ノズル本体３１の先端から拡散させながら燃焼室２ａ側に噴射するようになっている。燃料通路７ｂから噴射された燃料Ｆは、前記空気通路５ａ〜５ｃから燃焼室２ａに流入する空気Ａと混合しながら拡散燃焼を行う。その際、燃料Ｆは空気Ａにより微粒子化され、かつ燃焼が安定化される。

図３は図１のIII −III 線断面を示しており、燃焼筒２に対する予混合燃料ノズル７の位置関係を示している。同図において、予混合燃料ノズル７は、ノズル本体４１とこのノズル本体４１に一体形成されてノズル本体４１を燃焼器ハウジングに支持するためのステム４２とを有している。前記ノズル本体４１内には外部の圧縮機で圧縮された空気Ａが導入される二重の環状空気通路８ａ，８ｂが形成され、各空気通路８ａ，８ｂに、空気流に旋回を付与するスワーラ９ａ，９ｂが設けられている。前記ステム４２には、燃料Ｆを導入する燃料通路１０ａ，１０ｂが形成され、ノズル本体４１の軸心方向に形成された燃料通路１０ｃ，１０ｄにそれぞれ連通している。各スワーラ９ａ，９ｂの近傍の下流側に、前記燃料通路１０ｃ，１０ｄに連通する噴射孔１１ａ，１１ｂが、それぞれ周方向に等間隔で複数配置されている。

このような構成のノズルにおいて、符号Ｌで示す部分、つまりスワーラ９ａ，９ｂの下流は、空気Ａと燃料Ｆを均一かつ希薄に混合させる予混合通路１２ａ，１２ｂとして構成され、前記空気通路８ａ，８ｂを通過して旋回が付与された空気Ａと、前記噴射孔１１ａ，１１ｂから噴射された燃料Ｆとが、前記予混合通路１２ａ，１２ｂ内で均一かつ希薄に混合されたのち、燃焼室２ａ内に導入される。

次に、前記構成にかかるガスタービン燃焼器の動作について説明する。ガスタービンの始動着火は、図２に示すように、イグナイタ４による点火操作により行われる。その際、イグナイタ４の近傍に拡散燃料ノズル６が配置されているから、この拡散燃料ノズル６から噴射される燃料Ｆに着火する。このとき、拡散燃料ノズル６からの空気Ａと燃料Ｆは、その大部分がノズル出口３７を出て燃焼室２ａ内で混合されるが、その混合は不均一であり、比較的燃料が濃い。その結果、燃焼筒２内の燃焼領域Ｂでは、燃料Ｆの濃い部分と薄い部分とが混在して形成される。さらに、圧縮機から供給される空気Ａの一部は、燃料ノズル６，７をバイパスして空気導入孔３５から直接、燃焼室２ａ内に入るので、燃料ノズル６，７を通る空気量がそれだけ減少する。したがって、空気導入孔３５の上流では混合気の平均断面流速は、空気導入孔３５を設けない場合よりも遅くなっている。このような状態で前記イグナイタ４が点火すると、前記燃料Ｆの濃い部分が迅やかに着火するので、着火が容易かつ確実になる。

一方、図３に示すように、予混合燃料ノズル７では、空気通路８ａ，８ｂから導入された空気Ａと、ステム４２の燃料通路１０ａ，１０ｂから導入された燃料Ｆとは、予混合通路１２ａ，１２ｂで十分混合されて均一で希薄な混合気となったのち、燃焼室２ａ内に導入される。このように、均一で希薄な混合気が燃焼室２ａ内に導入されるが、先に着火した拡散燃料ノズル６（図２）の火炎が前記予混合燃料ノズル７側に伝播し、燃焼領域Ｂにある均一で希薄な混合気に着火して燃焼する。このように、まず拡散燃料ノズル６が着火すると、その高温ガスによって、隣接する予混合燃料ノズル７へ火炎が次々に伝播し、全ての予混合燃料ノズル７が着火して燃焼筒２の燃焼室２ａ内で燃焼し、燃焼ガスをタービンに供給する。前記燃焼室２ａ内での燃焼は、図１に示すように、予混合燃料ノズル７と拡散燃料ノズル６が全て環状の燃焼筒２ａと同心の単一円Ｃ上に配列されていることで、均一な燃焼状態が得られる。

主として低出力時には、条件変動により、予混合燃料ノズル７が吹き消えるおそれがあ。しかしながら、拡散燃料ノズル６は保炎性能に優れているため、多少の条件変動があっても吹き消えは起こらない。そのため、万一、予混合燃料ノズル７が一時的に吹き消えるようなことがあっても、前記拡散燃料ノズル６からの火炎によって容易に再着火する。このように、この燃焼器１によれば、拡散燃料ノズル６によって安定燃焼が維持された状態で、予混合燃料ノズル７により低ＮＯｘ燃焼が行われる。したがって、確実な着火と優れた保炎性能が得られ、かつ低ＮＯｘ化が実現される。また、予混合燃料ノズル７に変更を加える必要がなく、従来の予混合燃料ノズル単独の燃焼器に対して僅かな改良を加えるだけで製造できるので、開発期間を短縮でき、生産性が高く、製造コストも低く抑えることができる。

また、一般に、拡散燃料ノズル６から流入する空気量は、予混合燃料ノズル７から流入する空気量よりも少ないので、拡散燃料ノズル６の下流近傍においては燃焼器断面流速が局所的に低くなり、その結果、燃焼器出口での周方向のガス温度分布が不均一になる傾向がある。この傾向が、図２に示す空気導入孔３５により解消される。つまり、空気導入孔３５から導入される空気Ａにより、空気導入孔３５の下流における燃焼器断面流速が周方向に均一化される結果、燃焼器出口での周方向のガス温度分布が均一化される。

図４は第１実施形態の変形例であるハイブリッド燃料ノズル４７を示す。このハイブリッド燃料ノズル４７は、図３の予混合燃料ノズル７に代えて使用されるもので、予混合燃料ノズル７の内側予混合通路１２ａの部分に拡散燃料ノズル部を設けている。すなわち、図４のノズル本体４１内に、円筒状の拡散燃料ノズル部４８と、その外側の環状の予混合燃料ノズル部４９とを同軸状に配置している。円筒体からなるノズル本体４内には外部の圧縮機で圧縮された空気Ａが導入される二重の環状空気通路５１，５２が形成され、各空気通路５１，５２に、空気流に旋回を付与するスワーラ５３，５４が設けられている。

ノズル本体４１を燃焼器ハウジングに支持するためのステム４２には、燃料Ｆを導入する燃料通路５６，５７が形成され、ノズル本体４１の軸心方向に形成された燃料通路５８，５９にそれぞれ連通している。各スワーラ５３，５４の近傍の下流側に、前記燃料通路５８，５９に連通する噴射孔６１，６２が、それぞれ周方向に等間隔で複数配置されている。予混合燃料ノズル部４９の噴射孔６２から噴射された燃料は空気Ａと混合され、予混合通路６３内で十分混合されて均一で希薄な混合気となったのち、燃焼室２ａ内に導入される。

このような構成のノズルにおいて、拡散燃料ノズル部４８から燃料が、その外側の環状の予混合燃料ノズル部４９から予混合気が、それぞれ燃焼室２ａ内に導入されて燃焼する。その際、予混合燃料ノズル部４９により低ＮＯｘ燃焼が行われる。このハイブリッド燃料ノズル４７を用いた燃焼器１においても、主として低出力時には、条件変動により、ハイブリッド燃料ノズル４７が吹き消えるおそれがある。そこで、図１に示した予混合燃料ノズル７の場合と同様に、イグナイタ４の近傍で、複数の予混合燃料ノズル７が配置された円上に、１〜２個配置している。これにより、拡散燃料ノズル６によって安定燃焼が維持された状態で、ハイブリッド燃料ノズル４７により低ＮＯｘ燃焼が行われる。したがって、確実な着火と優れた保炎性能が得られ、かつ低ＮＯｘ化が実現される。また、ハイブリッド燃料ノズル４７に変更を加える必要がなく、従来のハイブリッド燃料ノズル単独の燃焼器に対して僅かな改良を加えるだけで製造できるので、開発期間を短縮でき、生産性が高く、製造コストも低く抑えることができる。なお、拡散燃料ノズル６の下流には、図２に示した空気導入孔３５が形成されている。

次に、本発明に係るガスタービン燃焼器の着火性能を、実験結果を示す図４により説明する。同図における縦軸は、燃料と空気の重量比率（燃空比）と着火性能を示し、横軸は、燃焼器内の空気流量を示す。同図に示すように、比較例１としての予混合燃料ノズルのみを備えた低ＮＯｘガスタービン燃焼器（図中、〇印）では、空気と燃料が均一、かつ希薄に混合されているために、空気流量（横軸）の大小にかかわらず、比較例２として示す拡散燃料ノズルのみを備えたガスタービン燃焼器（図中、●印）よりも着火性能が劣っている。これに対して、本発明に係る予混合燃料ノズルと拡散燃料ノズルを備えたガスタービン燃焼器（図中、▲印）では、着火性能が大幅に向上している。予混合燃料ノズルに代えてハイブリッド燃料ノズルを使用した場合にも、ほぼ同一の結果が得られた。

図６は第２実施形態に係るガスタービン燃焼器２０を示している。この第２実施形態の燃焼器２０は、低出力時と高出力時とで燃料ノズルの運転状態を使い分けできるようにしたタイプのもので、基本部分は前記第１実施形態のガスタービン燃焼器と同一構成である。図６に示すガスタービン燃焼器２０では、環状の燃焼筒２１の頭部に、燃焼筒２１と同心の第１円Ｃ１上に環状に配置された外側ノズル列２２と、第１円Ｃ１よりも直径の小さい同心の第２円Ｃ２上に配置された内側ノズル列２３とが設けられている。このうち、前記外側ノズル列２２には、高出力領域（高負荷時）で作動する複数の予混合燃料ノズル２２ａが周方向に等間隔で配置されている。前記内側ノズル列２３には、高出力領域および低出力領域（低負荷時）の両方、つまり、全ての出力領域で作動する複数の予混合燃料ノズル２３ａおよび２本の拡散燃料ノズル２３ｂが配置されている。燃焼筒２１の外周壁２１ｃに２本のイグナイタ２４が配置され、各イグナイタ２４の先端が拡散燃料ノズル２３ａの近傍に向けられている。つまり、内側ノズル列２３が前記第１実施形態と同様なノズル構成となっている。

このような構成の燃焼器２０は、図７に示すように、燃焼筒２１を内筒として、ハウジングとなる外筒２５内に内筒２１を収容しており、両ノズル列２２，２３は、内筒２１の頂壁２１ｂに配置され、ステム２７，２８によって外筒２５にそれぞれ支持されている。燃料Ｆは、全ての出力領域でステム２８内の燃料通路２６ａを経て、内側ノズル列の予混合燃料ノズル２３ａおよび拡散燃料ノズル２３ｂに供給され、高出力時には、内側ノズル列２３に加えて、ステム２７内の燃料通路２６ｂを介して外側ノズル列２２の予混合燃料ノズル２２ａにも供給されるようになっている。空気Ａは、燃焼筒（内筒）２１と外筒２５とで囲まれる圧縮空気通路を通って外側ノズル列２２および内側ノズル列２３に導入される。

上記構成において、まず、始動着火時には、図６のイグナイタ２４の点火によって内側ノズル列２３の拡散燃料ノズル２３ｂが着火される。拡散燃料ノズル２３ｂが着火されると、その高温の燃焼ガスにより、これに隣接する内側ノズル列２３の予混合燃料ノズル２３ａに火炎が伝播し、連鎖的に内側ノズル列２３のすべてのノズルが着火する。このとき、外側ノズル列２２の予混合燃料ノズル２２ａへの燃料供給は停止したままにしておく。この状態で低出力領域での運動が行われる。一方、高出力領域に入る場合には、前記内側ノズル列２３のみならず、外側ノズル列２２の予混合燃料ノズル２２ａにも燃料を供給することで、前記内側ノズル列２３からの火炎が外側ノズル列２２の予混合燃料ノズル２２ａに伝播し、予混合燃料ノズル２２ａが着火する。

このようにして、低出力領域での作動では、内側ノズル列２３のノズル２３ａ，２３ｂのみが着火し、高出力領域での作動では、内側ノズル列２３および外側ノズル列２２の両方のノズル２２ａ，２３ａ，２３ｂが着火する。このように、低出力領域と高出力領域とで燃焼器２０の各ノズル列２２，２３の使い分けを行うことにより、全ての出力領域で燃料が過度に希薄または過濃になりすぎることなく燃焼させることが可能となり、燃焼効率が向上するとともに、低ＮＯｘ化も実現できる。

この第２実施形態にかかるガスタービン燃焼器２０では、第１実施形態と同様、基本的に着火用および保炎用のノズルを拡散燃料ノズル２３ｂとし、低ＮＯｘ燃焼用のノズルを予混合燃料ノズル２２ａ，２３ａとしたので、低出力運転および高出力運転の両方において、安定燃焼と低ＮＯｘ化を実現することができる。

前記第２実施形態において、予混合燃料ノズル２２ａ，２３ａに代えて、図４に示したハイブリッド燃料ノズル４７を使用することもできる。また、第２実施形態とは異なり、内側ノズル列２３を高出力で作動させ、外側ノズル列２２を全ての出力領域で作動させる配置とすることでもでき、その場合、拡散燃料ノズルは外側ノズル列２２に設けられる。

本発明の第１実施形態に係るガスタービン燃焼器を示す正面図である。図１のII−II線に沿った拡大断面図である。図１のIII −III 線に沿った拡大断面図である。。同第１実施形態の変形例を示す縦断面図である。ガスタービン燃焼器の着火性能および低ＮＯｘ性能を示す特性図である。本発明の第２実施形態に係るガスタービン燃焼器を示す正面図である。図６のVII −VII 線に沿った拡大断面図である。

符号の説明

１，２０ガスタービン燃焼器
２，２１燃焼筒
２ａ燃焼室
３燃料供給装置
６，２３ｂ拡散燃料ノズル
７，２２ａ，２３ａ予混合燃料ノズル
４，２４イグナイタ
２２外側ノズル列
２３内側ノズル列
３５空気導入孔
４７ハイブリッド燃料ノズル
４８拡散燃料ノズル部
４９予混合燃料ノズル部
Ａ空気
Ｆ燃料

Claims

内部に燃焼室を形成する環状の燃焼筒と、前記燃焼室内に燃料を供給する燃料供給装置と、イグナイタとを備えたガスタービン燃焼器であって、
前記燃料供給装置は、燃料と空気を混合したのち前記燃焼室に供給して希薄予混合燃焼を行わせる予混合燃料ノズルと、燃料を前記燃焼室に噴射して空気と混合させながら拡散燃焼を行わせる拡散燃料ノズルとを備え、
前記拡散燃料ノズルが前記イグナイタの近傍に配置されているガスタービン燃焼器。
請求項１において、前記燃焼筒に、その軸方向における前記拡散燃料ノズルの下流側に位置して、前記予混合燃料ノズルから流入する空気量と前記拡散燃料ノズルから流入する空気量との差に相当する空気量を燃焼室に導入する空気導入口孔が設けられているガスタービン燃焼器。
請求項１または２において、前記予混合燃料ノズルおよび拡散燃料ノズルが、前記環状の燃焼筒と同心の単一の円上に配列されているガスタービン燃焼器。
請求項１または２において、前記環状の燃焼筒の頭部に燃焼筒と同心円上に外側ノズル列と内側ノズル列とが配置され、前記外側ノズル列と内側ノズル列の一方が高出力領域で作動する複数の前記予混合燃料ノズルを有し、他方が全ての出力領域で作動する前記予混合燃料ノズルおよび前記拡散燃料ノズルを有しているガスタービン燃焼器。
請求項１，２または３において、前記予混合燃料ノズルに代えて、ハイブリッド燃料ノズルを備え、このハイブリッド燃料ノズルは、燃料を前記燃焼室に噴射して空気と混合させながら拡散燃焼を行わせる拡散燃料ノズル部と、その外側を覆うように同軸状に配置されて燃料と空気を混合したのち前記燃焼室に供給して希薄予混合燃焼を行わせる環状の予混合燃料ノズル部とを有しているガスタービン燃焼器。