JP2020079685A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチクラスタバーナー構造のガスタービン燃焼器において、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を低減しつつ、空気孔プレートや内筒などの高温部品の変形や損傷を防止可能な信頼性の高いガスタービン燃焼器を提供する。【解決手段】ガスタービン燃焼器の燃焼室４７を構成する内筒２６と、前記内筒２６を内包する外筒２７と、前記内筒２６と前記外筒２７とで形成される環状流路４３を流れる燃焼空気の下流端に配置され、前記燃焼室４７内へ燃焼空気を導入する複数の空気孔３４が設けられた空気孔プレート３３と、前記複数の空気孔３４の上流側に位置し、前記燃焼室４７内へ燃料を噴出する複数の燃料ノズル３５と、前記環状流路４３を流れる燃焼空気の下流側に配置された偏流ベーン４０と、前記偏流ベーン４０よりも燃焼空気の上流側に配置されたリブ４２と、を備えることを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、ガスタービン燃焼器の構造に係り、特に、マルチクラスタバーナー構造のガスタービン燃焼器に適用して有効な技術に関する。

ガスタービンの高効率化には燃焼温度を高める必要があり、燃焼温度の高温化に対応して、ガスタービンを構成する高温部材の信頼性向上が求められている。

また、燃焼温度が高まることにより、窒素酸化物、いわゆるサーマルＮＯｘの発生量が指数関数的に増加するため、その対策が求められる。低ＮＯｘ化を実現する技術としては、分散希薄燃焼が可能な多孔同軸噴流バーナー（マルチクラスタバーナー）構造の燃焼器が開発されている。マルチクラスタバーナーは、多数の空気孔を設けた空気孔プレートと、各空気孔と同軸に配置した燃料ノズルで構成され、孔内の数十ｍｍ程度の短距離で燃料と酸化剤である空気を急速に混合し、希薄予混合燃焼場を形成することでＮＯｘ排出量を低減している。

本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には「複数の燃料ノズルと空気孔とを同心円状に配置して構成されたバーナを燃焼部に複数配置したマルチ噴射式ガスタービン燃焼器において、空気孔プレートの外周部に、空気孔プレートの外周面から内筒よりも外周側まで突出する壁部と、外筒及び燃料ヘッダに向かって凸形状に形成され、空気孔プレートの最外周の空気孔に弧状に繋がる曲部とを有するガイド部が設けることで、各空気孔に供給される空気流量の偏差を縮小させるガスタービン燃焼器」が開示されている。

特開２０１７−５３２７６号公報

上記のマルチクラスタバーナー構造の燃焼器では、後述するように、空気孔プレートの外周側に設けられた空気孔と内周側に設けられた空気孔のそれぞれに流入する燃焼空気量が異なる傾向にあり、それに起因して窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量の増加や、空気孔プレートや内筒といった高温部品のメタル温度の局所的な上昇による燃焼器構成部品の寿命低下などの信頼性低下が懸念される。

そこで、本発明の目的は、マルチクラスタバーナー構造のガスタービン燃焼器において、空気孔プレートの外周側の空気孔と内周側の空気孔に供給される燃焼空気量を均一にすることで燃焼特性を向上させ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を低減しつつ、空気孔プレートや内筒などの高温部品の変形や損傷を防止可能な信頼性の高いガスタービン燃焼器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、ガスタービン燃焼器の燃焼室を構成する内筒と、前記内筒を内包する外筒と、前記内筒と前記外筒とで形成される環状流路を流れる燃焼空気の下流端に配置され、前記燃焼室内へ燃焼空気を導入する複数の空気孔が設けられた空気孔プレートと、前記複数の空気孔の上流側に配置されて、前記燃焼室内へ燃料を噴出する複数の燃料ノズルと、前記環状流路を流れる燃焼空気の下流側に配置された偏流ベーンと、前記偏流ベーンよりも燃焼空気の上流側に配置されたリブと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、マルチクラスタバーナー構造のガスタービン燃焼器において、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を低減しつつ、空気孔プレートや内筒などの高温部品の変形や損傷を防止可能な信頼性の高いガスタービン燃焼器を実現することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。

本発明の適用対象となるガスタービン発電設備の構成を概念的に示す図である。 図１における燃焼器３の拡大断面図である。 図２における空気孔プレート３３を燃焼ガス２０の流れ方向の下流側から見た図である。 図２における空気孔プレート３３の外周部近傍の拡大断面図である。 本発明の実施例１に係る空気孔プレート３３の外周部近傍の拡大断面図である。 図５における偏流ベーン４０の配置を示す図である。 図６Ａにおけるサポート４１のＡ−Ａ’方向矢視図である。 図５の変形例を示す図である。 本発明の実施例２に係る空気孔プレート３３の外周部近傍の拡大断面図である。 図８の変形例を示す図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。

先ず、図１から図４を参照して、本発明の適用対象となる一般的なガスタービン発電設備（ガスタービンプラント）について説明する。図１はガスタービン発電設備の概略構成を示す図である。図２は図１の燃焼器３の内部構成を示す拡大断面図であり、図３は燃焼器３の空気孔プレートを燃焼ガスの流れ方向の下流側から見た図である。また、図４は本発明の比較例として示す従来のガスタービン燃焼器における空気孔プレート３３の外周部近傍の拡大断面図である。

図１に示すガスタービン発電設備（ガスタービンプラント）は、主として、空気を圧縮して高圧の燃焼用空気を生成する圧縮機１と、この圧縮機１から導入される圧縮空気（燃焼空気）４と燃料を混合して燃焼させることで高温の燃焼ガス２０を生成する燃焼器（ガスタービン燃焼器）３と、この燃焼器３で生成された燃焼ガス２０が導入されて駆動するガスタービン２と、駆動軸によりガスタービン２と連結されてガスタービン２の駆動によって回転し発電する発電機２３から構成されている。

燃焼器３に燃料を供給する燃料供給システムは、油を含む燃料を供給する油燃料供給装置５と、水素（Ｈ_２）を含むガス燃料を供給するガス燃料供給装置６と、濃度調整用のキャリアガスとして例えば窒素（Ｎ_２）ガスを供給する窒素供給装置７を備えている。

油を含む燃料は、油燃料供給装置５から油燃料配管８と油燃料流量調整弁９を介して燃焼器３へ供給される。水素（Ｈ_２）を含むガス燃料は、ガス燃料供給装置６からガス燃料配管１０を介して供給された後、パイロットバーナガス燃料流量調整弁１３とパイロットバーナガス燃料配管１１を介して燃焼器３へ供給される系統と、メインバーナガス燃料流量調整弁１４とメインバーナガス燃料配管１２を介して燃焼器３へ供給される系統に分岐されて燃焼器３へ供給される。

また、窒素（Ｎ_２）ガスは、窒素供給装置７から窒素供給配管１５を介して供給された後、パイロットバーナ窒素流量調整弁１８とパイロットバーナ窒素供給配管１６を介してパイロットバーナガス燃料配管１１へ供給される系統と、メインバーナ窒素流量調整弁１９とメインバーナ窒素供給配管１７へ供給される系統に分岐されて各ガス燃料配管へ供給される。

ガスタービン２から排気された排気ガス２１は、図示しない排熱回収ボイラや水回収装置で熱や水分が回収された後、煙突（煙室）２２から大気中に放出される。

燃焼器（ガスタービン燃焼器）３は、図２に示すように、主として、圧縮機１から導入される圧縮空気（燃焼空気）４と油燃料供給装置５及びガス燃料供給装置６から供給される燃料を燃焼して高温の燃焼ガス２０を生成するガスタービン燃焼器３の内筒２６と、この内筒２６の内部（燃焼室）で生成された高温の燃焼ガス２０を内筒２６からガスタービン２に導くための尾筒（トランジッションピース）２５と、これらの内筒２６及び尾筒（トランジッションピース）２５を収納（内包）して、車室２４に取り付けられる外筒２７と、エンドカバー２８などから構成されている。

内筒２６の上流側には、内筒２６の内部（燃焼室）に圧縮空気（燃焼空気）４を導入する空気孔プレート３３が配置され、内筒２６と空気孔プレート３３の間には圧縮空気（燃焼空気）４の漏れを防ぐためのシール部材３６が配置されている。空気孔プレート３３には圧縮空気（燃焼空気）４を導入するための多数の空気孔３４が設けられている。

エンドカバー２８には、メインガスマニホールド２９，３０及びパイロットガスマニホールド３１が設けられている。メインガスマニホールド２９，３０にはメインバーナガス燃料配管１２が接続されており、ガス燃料供給装置６から供給された水素（Ｈ_２）を含むガス燃料が、メインガスマニホールド２９，３０へ供給される。

また、パイロットガスマニホールド３１にはパイロットバーナガス燃料配管１１が接続されており、ガス燃料供給装置６から供給された水素（Ｈ_２）を含むガス燃料が、パイロットガスマニホールド３１へ供給される。

メインガスマニホールド２９，３０及びパイロットガスマニホールド３１には、ガス燃料ノズル３５が接続されており、ガス燃料ノズル３５の反対側の端部は空気孔プレート３３の各空気孔３４内の上流側に配置されており、メインガスマニホールド２９，３０及びパイロットガスマニホールド３１を介して供給されたガス燃料は、ガス燃料ノズル３５から空気孔プレート３３の各空気孔３４内に噴出される。圧縮空気（燃焼空気）４は、空気孔３４とガス燃料ノズル３５の隙間から内筒２６の内部（燃焼室）へ導入される。

エンドカバー２８及び空気孔プレート３３の軸中心位置には、油燃料ノズル３７が配置されており、油燃料供給装置５から供給された油を含む燃料が油燃料ノズル３７から内筒２６の内部（燃焼室）に供給される。油燃料ノズル３７から供給される油を含む燃料は通常、起動用油燃料として用いられる。

内筒２６の内部（燃焼室）へ導入された圧縮空気（燃焼空気）４と燃料の混合気体は、点火栓３２により点火されて燃焼する。

本実施例の燃焼器３は、図３に示すように、複数のガス燃料ノズル３５と空気孔３４が同心円状に配置されて構成されたバーナを内筒２６の内部（燃焼室）に複数配置したいわゆるマルチ噴射式ガスタービン燃焼器である。空気孔プレート３３の中心に燃焼器３と同軸に配設された１つのバーナ（パイロットバーナ）３８と、パイロットバーナ３８の周囲に配設された６つのバーナ（メインバーナ）３９Ａ〜３９Ｆを備えている。つまり、本実施例では、燃焼器３は７つのバーナを備えたマルチバーナ構造で構成されている。パイロットバーナ３８及びメインバーナ３９Ａ〜３９Ｆは、空気孔プレート３３を共用している。

パイロットバーナ３８の中心部には油燃料ノズル３７が配置されており、油燃料ノズル３７に接続された油燃料配管８から油を含む燃料が供給され、内筒２６の内部（燃焼室）に供給される。油燃料ノズル３７の周囲には、同心円状に複数のガス燃料ノズル３５及び複数の空気孔３４が配置されており、複数のガス燃料ノズル３５に接続されたパイロットバーナガス燃料配管１１から水素（Ｈ_２）を含むガス燃料が、複数の空気孔３４から導入された圧縮空気（燃焼空気）４と混合されて、内筒２６の内部（燃焼室）に供給される。

メインバーナ３９Ａ〜３９Ｆの各々は、ガス燃料ノズル３５及び空気孔３４が同心円状に複数の環状列（図３では３列）で配置されており、各ガス燃料ノズル３５に接続されたメインバーナガス燃料配管１２から水素（Ｈ_２）を含むガス燃料が供給され、内筒２６の内部（燃焼室）に供給される。

図４を用いて、従来のガスタービン燃焼器における課題を詳しく説明する。ガスタービン燃焼器では、図４に示すように、圧縮機１から供給された圧縮空気（燃焼空気）４は内筒２６と外筒２７で形成される環状流路を空気孔プレート３３に形成された空気孔３４に向かって流下する。

環状流路内の燃焼空気４ａは、エンドカバー２８の領域で空気孔プレート３３の空気孔３４に流入するため流方向を大きく変更する必要があるが、空気孔プレート３３の外周側に形成された空気孔３４ａには燃焼空気４ａの慣性力の影響で、そのコーナ部に剥離渦などが形成される場合があり、空気孔プレート３３の外周側に形成された空気孔３４に流入する空気流量が低下する場合がある。

各空気孔３４には、燃料マニホールド（メインガスマニホールド２９）を介してガス燃料ノズル３５から例えば天然ガスや水素（Ｈ_２）を含む可燃性ガスが空気孔３４に供給されるが、ガス燃料ノズル３５から供給されるガス燃料のガス流量はガス燃料ノズル３５の位置によらず、ほぼ均等に各ガス燃料ノズル３５に供給される。

このため、流入する空気流量の少ない空気孔プレート３３の例えば、外周側の空気孔３４ａ内に形成される燃料ガスと燃焼空気の混合濃度は、流入する空気流量が多い、空気孔プレート３３の内周側空気孔３４ｂに比べて高くなる。

空気孔３４内部の燃料濃度が高くなると、その下流に形成される燃焼火炎の局所温度が高温となり、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量が大量に増加することになる。

また、燃焼ガス温度が上昇するため、燃焼器３を構成する空気孔プレート３３や内筒２６などのメタル温度が局所的に増加し、燃焼器構成部品の寿命低下など信頼性を低下させることが考えられる。

さらに、流入する空気流量の少ない空気孔３４ａは、空気流速が流速４ｂ，４ｃのように流速４ｄ〜４ｆに比べ低下すると共に燃料濃度が増加するため、空気孔３４内部に火炎が逆流する現象を発生しやすくなり、火炎の逆流によって空気孔プレート３３の信頼性が損なわれる場合がある。

このため、各空気孔３４に流入する空気流量は各空気孔で均一になることが燃焼器の信頼性を保持しつつ環境負荷を低減する低ＮＯｘ燃焼を実現する上で必要となる。

次に、図５から図６Ｂを参照して、本発明の実施例１の燃焼器（ガスタービン燃焼器）について説明する。図５は本実施例の燃焼器３における空気孔プレート３３の外周部近傍を示す拡大断面図である。図６Ａは図５における偏流ベーン４０の配置を示す図であり、図６Ｂは図６Ａにおけるサポート４１のＡ−Ａ’方向矢視図である。

本実施例では、内筒２６と外筒２７で形成される環状流路４３に、外筒２７の内周側から延びる周方向に複数配置されたサポート４１に、内筒２６の軸方向に伸びると共に、環状流路４３を内周側流路と外周側流路に分割する部材である偏流（偏向）ベーン４０を設置すると共に、偏流（偏向）ベーン４０の上流側に内筒２６の径方向外周側に延びるリブ４２が、偏流（偏向）ベーン４０と軸方向に間隙を形成して配置されている。

つまり、本実施例のガスタービン燃焼器は、ガスタービン燃焼器の燃焼室４７を構成する内筒２６と、内筒２６を内包する外筒２７と、内筒２６と外筒２７とで形成される環状流路４３を流れる燃焼空気４の下流端に配置され、燃焼室４７内へ燃焼空気４を導入する複数の空気孔３４が設けられた空気孔プレート３３と、複数の空気孔３４の上流側に配置されて、燃焼室４７内へ燃料を噴出する複数のガス燃料ノズル３５と、環状流路４３を流れる燃焼空気４の下流側に配置された偏流（偏向）ベーン４０と、偏流（偏向）ベーン４０よりも燃焼空気４の上流側に配置されたリブ４２を備えている。

偏流（偏向）ベーン４０は、空気孔プレート３３の外周部近傍に配置されている。また、偏流（偏向）ベーン４０は、外筒２７の内周側に配置され、リブ４２は内筒２６の外周側に配置されている。図６Ａに示すように、偏流（偏向）ベーン４０は、複数のサポート４１により外筒２７に固定されている。

内筒２６と外筒２７で形成された環状流路４３を流下する圧縮空気（燃焼空気）４は、リブ４２によってその流れ方向が燃焼空気４−１のように偏向し、偏流（偏向）ベーン４０と外筒２７で形成される環状流路４４に流入する流れと、偏流（偏向）ベーン４０とリブ４２の軸方向間隙から流入した燃焼空気４−２に分かれる。燃焼空気４−１と燃焼空気４−２のそれぞれの空気配分は、偏流（偏向）ベーン４０、サポート４１、リブ４２の構造仕様および偏流（偏向）ベーン４０とリブ４２の軸方向間隙などから設定することが可能である。

本実施例では、燃焼空気４−２の流量より燃焼空気４−１の流量が多い場合の例について説明する。リブ４２により径方向外周側に流れ方向を変更された燃焼空気４−１は、外筒２７の内周壁近傍を流れ、エンドカバー２８と空気孔プレート３３で形成される流路４６に流入する。

流路４６では流路（環状流路）４４を流下した流れ４ａと流路（環状流路）４５を流下した流れ４−２ａが合流する形になるが、流路４６と内筒２６の内部（燃焼室）４７（正確には各空気孔３４の出入口）との圧力差で燃焼空気４ａは流れ４ａ−１，４ａ−２，４ａ−３に分流し、各空気孔３４に流入する。

上記で説明した図４の従来構造では、燃焼空気４ａの主流成分が内筒２６に近い領域を流れる傾向があり、内筒２６の上流端部では燃焼空気の流速が速く、内筒２６の上流端部で空気孔３４に流入するため燃焼空気の流れ方向が偏流するが、外周側の空気孔３４ａの位置に相当する空気孔プレート３３の外周側には剥離渦が発生しやすい傾向になり、空気孔プレート３３の外周側の空気孔３４ａに流入する空気流量が低下する恐れがあった。

しかしながら、本実施例では流路（環状流路）４４を流れる燃焼空気流４ａの主流成分が空気孔プレート３３の外周側から径方向外側に位置するため、燃焼空気４ａから分流した４ａ−１の流れは、燃焼空気４ａの慣性力に逆らって空気孔３４ａに流入しやすくなる。

この結果、各空気孔３４に流入する空気流量４ｂ〜４ｆは、ほぼ同様（均一）な流量とすることが可能となる。

各空気孔３４に流入する空気流量４ｂ〜４ｆがほぼ同様（均一）になると、各空気孔３４の上流側に配置されているガス燃料ノズル３５から供給される燃料ガス流量はほぼ同様（均一）に供給されるため、各空気孔３４における燃料と空気の混合濃度が均一となり、燃焼火炎の温度分布も均一化して局所的に高い領域がなくなり、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生量を抑制でき、空気孔プレート３３や内筒２６のメタル温度が局所的に上昇せず当該部品の寿命低下を抑制可能となる。

また、各空気孔３４から燃焼室（内筒の内部）４７へ噴出する混合気の噴出速度もほぼ同様（均一）となり、噴出速度が低下する空気孔がなくなるため、空気孔からの混合気噴出速度低下に伴う空気孔３４への火炎の逆流現象を抑制でき、空気孔プレート３３の寿命低下を抑制することが可能となる。

さらに、燃焼空気４、燃料ガスに含まれる可燃性物質により、空気孔３４内部で火炎が発生した場合でも、空気孔内部の混合気流速が低下している空気孔がないため、空気孔３４内部で発生した火炎は空気孔３４外部に流下し、空気孔３４内部に停滞しなくなるため、空気孔プレート３３の寿命低下を抑制することが可能となる。

一方、内筒２６と偏流（偏向）ベーン４０で形成される流路（環状流路）４５に流入した燃焼空気４−２は、流路４５の断面積と流路４５に流入する燃焼空気４−２の流量により燃焼空気４−２ａの流速を制御することが可能となり、空気孔プレート３３の外周側と内筒２６の入口端に配置したシール部材３６部に燃焼空気４−２ａを供給することが可能となり、シール部材３６の冷却用として空気を供給することが可能となる。

また、本実施例では、燃焼空気４の流れを偏流（偏向）させる目的で内筒２６にリブ４２を設置しているが、内筒２６にリブ４２を設置することで円筒状の内筒２６の強度を増加させる効果も期待できる。

なお、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、周方向に複数個配置されるサポート４１はサポート４１により燃焼空気４（４−１）の流れに大きな乱れを発生させないような流線形状とするのがより好ましい。

図７は偏流（偏向）ベーン４０を内筒２６側に設置した例であり、図５の変形例に相当する。図５では偏流（偏向）ベーン４０及びサポート４１を外筒２７の内周側に設けているのに対し、図７では内筒２６の外周側に設けている。つまり、偏流（偏向）ベーン４０およびリブ４２は共に、内筒２６の外周側に配置されている。そして、偏流（偏向）ベーン４０は、複数のサポート４１により内筒２６に固定されている。

図７のように偏流（偏向）ベーン４０、サポート４１、リブ４２を内筒２６側に設置した場合であっても、偏流（偏向）ベーン４０、サポート４１、リブ４２の構造仕様および偏流（偏向）ベーン４０とリブ４２の軸方向間隙などを適宜設定することにより、燃焼空気４−１と燃焼空気４−２のそれぞれの空気配分を設定することが可能である。

以上説明したように、本実施例のガスタービン燃焼器によれば、空気孔プレートの外周側の空気孔と内周側の空気孔に供給される燃焼空気量を均一にすることで燃焼特性を向上させ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を低減しつつ、空気孔プレートや内筒などの高温部品の変形や損傷を防止することができる。

また、実施例１では燃料ガスとして水素を含む燃料ガスを対象に、パイロットバーナに油燃料を燃焼する油燃料ノズルを設置したバーナに主眼をおいて説明したが、マルチクラスタバーナーは水素を含まない燃料ガスに対しても低ＮＯｘ安定燃焼が可能なため、油燃料ノズルのない燃焼器に、本発明を適用しても実施例で説明した作用、効果は得られるものと考える。

図８を参照して、本発明の実施例２の燃焼器（ガスタービン燃焼器）について説明する。図８は本実施例の燃焼器３における空気孔プレート３３の外周部近傍を示す拡大断面図である。

本実施例では、内筒２６と外筒２７で形成される環状流路４３に、圧縮空気（燃焼空気）４の流れ方向を偏向させる偏流（偏向）ベーン４８を設置すると共に、偏流（偏向）ベーン４８の上流側に内筒２６の径方向外周側に延びるリブ４９を偏流（偏向）ベーン４８と軸方向に間隙を形成して配置し、内筒２６の上流端（燃焼空気４の下流端）には空気流を偏向させるターンベーン５０を配置し、さらに外筒２７とエンドカバー２８の接合部に形成されるコーナ部に燃焼空気を偏向するスペーサー５１を配置している。

ターンベーン５０は、偏流（偏向）ベーン４８よりも燃焼空気４の下流側で、かつ、内筒２６の外周側に配置されている。

本実施例は、環状流路４３に配置した偏流（偏向）ベーン４８が、内筒２６に対して燃焼空気４−１が環状流路４３の外周側に偏向するように傾斜角αを設けて設置されており、内筒２６に設置したリブ４９も傾斜を設けて設置した例である。

図８に示すように、偏流（偏向）ベーン４８が傾斜して設置されているため、流路（環状流路）４４を流れる燃焼空気４ａの主流成分が、実施例１に比べてより外筒２７の内壁側に近い領域を流下するため、空気孔プレート３３の外周側に配置される空気孔３４ａに対し空気が流入しやすくなる。

偏流（偏向）ベーン４８の傾斜角αを制御することで、各空気孔３４に流入する燃焼空気流量を制御することが可能となり、燃焼器３を設計、開発するための裕度が拡大する。例えば、偏向する燃焼空気流量の増減に伴い、該当する位置の空気孔３４の孔径を変更することが可能となる。空気孔３４の孔径の仕様により空気孔から噴出する混合気体の流量や噴出速度、その方向を選択する自由度が拡大するため、窒素酸化物（ＮＯｘ）を抑制する燃焼方法や、空気孔プレート３３、内筒２６のメタル温度の制御に対し有効になる。

また、本実施例では内筒２６の上流端（燃焼空気４の下流端）に空気流を偏向させるターンベーン５０を設置してあるため、流路（環状流路）４５を流下する空気流４−２は流路（環状流路）４５に流入する空気流量で空気流４−２ａの流速が決まるので、ターンベーン５０によって偏向しやすい空気流速を偏流（偏向）ベーン４８とリブ４９の間隙で制御できる。例えば、図８のように、リブ４９を燃焼空気４の下流側に傾斜して配置することで、偏流（偏向）ベーン４８とリブ４９の間隙を制御する。

また、空気流４−２ａの流速とターンベーン５０の構造により、内筒２６と空気孔プレート３３の接続部に設置したシール部材３６に適切に空気を流入させることができるため、シール部材３６や空気孔出口部の内筒２６の内面の冷却を効率よく実施することが可能となる。

さらに、本実施例では、空気孔プレート３３よりも燃焼空気４の下流側に配置され、外筒２７に連結されたエンドカバー２８を備え、外筒２７とエンドカバー２８の接合部に燃焼空気４を偏向するスペーサー５１が配置されている。外筒２７とエンドカバー２８の接合部に形成さるコーナ部に燃焼空気を偏向するスペーサー５１を配置しているため、流路（環状流路）４４を流下した空気流４ａはスペーサー５１の壁面に沿って流れ、コーナ部に発生し易い渦流などの発生を抑制することができ、圧力損失の増加を防止することが考えられる。

図９は傾斜角αを設けずに偏流（偏向）ベーン４０を設置した例であり、図８の変形例に相当する。図８では偏流（偏向）ベーン４８が傾斜角αを有して設置されているのに対し、図９では偏流（偏向）ベーン４０を内筒２６及び外筒２７と略平行に設置している。図９のように、傾斜角αを設けずに偏流（偏向）ベーン４０を設置した場合であっても、偏流（偏向）ベーン４０、サポート４１、リブ４２の構造仕様および偏流（偏向）ベーン４０とリブ４２の軸方向間隙などを適宜設定することにより、燃焼空気４−１と燃焼空気４−２のそれぞれの空気配分を設定することが可能である。

以上説明したように、本実施例のガスタービン燃焼器によれば、偏流（偏向）ベーン４８、リブ４９、ターンベーン５０、スペーサー５１を配置することにより、空気孔プレート３３の各空気孔３４に流入する空気流量を各空気孔の位置で制御することができるため、燃焼器３に要求される性能に応じて空気流量配分を制御することで、低ＮＯｘ燃焼と安定燃焼を両立することが可能となる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…圧縮機
２…ガスタービン
３…燃焼器（ガスタービン燃焼器）
４，４ａ…圧縮空気（燃焼空気）
５…油燃料供給装置
６…ガス燃料供給装置
７…窒素供給装置
８…油燃料配管
９…油燃料流量調整弁
１０…ガス燃料配管
１１…パイロットバーナガス燃料配管
１２…メインバーナガス燃料配管
１３…パイロットバーナガス燃料流量調整弁
１４…メインバーナガス燃料流量調整弁
１５…窒素供給配管
１６…パイロットバーナ窒素供給配管
１７…メインバーナ窒素供給配管
１８…パイロットバーナ窒素流量調整弁
１９…メインバーナ窒素流量調整弁
２０…燃焼ガス
２１…排気ガス
２２…煙突（煙室）
２３…発電機
２４…車室
２５…尾筒
２６…内筒
２７…外筒
２８…エンドカバー
２９，３０…メインガスマニホールド
３１…パイロットガスマニホールド
３２…点火栓
３３…空気孔プレート
３４，３４ａ，３４ｂ…空気孔
３５…ガス燃料ノズル
３６…シール部材
３７…油燃料ノズル
３８…パイロットバーナ
３９Ａ〜３９Ｆ…メインバーナ
４０，４８…偏流（偏向）ベーン
４１…サポート
４２，４９…リブ
４３…環状流路
４４，４５，４６…流路
４７…燃焼室（内筒の内部）
５０…ターンベーン
５１…スペーサー

Claims (12)

1. ガスタービン燃焼器の燃焼室を構成する内筒と、
   前記内筒を内包する外筒と、
   前記内筒と前記外筒とで形成される環状流路を流れる燃焼空気の下流端に配置され、前記燃焼室内へ燃焼空気を導入する複数の空気孔が設けられた空気孔プレートと、
   前記複数の空気孔の上流側に位置し、前記燃焼室内へ燃料を噴出する複数の燃料ノズルと、
   前記環状流路を流れる燃焼空気の下流側に配置された偏流ベーンと、
   前記偏流ベーンよりも燃焼空気の上流側に配置されたリブと、
   を備えることを特徴とするガスタービン燃焼器。
2. 請求項１に記載のガスタービン燃焼器であって、
   前記偏流ベーンは、前記空気孔プレートの外周部近傍に配置されることを特徴とするガスタービン燃焼器。
3. 請求項２に記載のガスタービン燃焼器であって、
   前記偏流ベーンは、前記外筒の内周側に配置され、前記リブは前記内筒の外周側に配置されることを特徴とするガスタービン燃焼器。
4. 請求項３に記載のガスタービン燃焼器であって、
   前記偏流ベーンは、複数のサポートにより前記外筒に固定されることを特徴とするガスタービン燃焼器。
5. 請求項４に記載のガスタービン燃焼器であって、
   前記サポートは、流線形状であることを特徴とするガスタービン燃焼器。
6. 請求項２に記載のガスタービン燃焼器であって、
   前記偏流ベーンおよび前記リブは、前記内筒の外周側に配置されることを特徴とするガスタービン燃焼器。
7. 請求項６に記載のガスタービン燃焼器であって、
   前記偏流ベーンは、複数のサポートにより前記内筒に固定されることを特徴とするガスタービン燃焼器。
8. 請求項７に記載のガスタービン燃焼器であって、
   前記サポートは、流線形状であることを特徴とするガスタービン燃焼器。
9. 請求項１に記載のガスタービン燃焼器であって、
   前記偏流ベーンよりも燃焼空気の下流側で、かつ、前記内筒の外周側に配置されたターンベーンを備えることを特徴とするガスタービン燃焼器。
10. 請求項９に記載のガスタービン燃焼器であって、
    前記偏流ベーンは、前記環状流路を流れる燃焼空気が当該環状流路の外周側に偏向するように傾斜角を有して配置されることを特徴とするガスタービン燃焼器。
11. 請求項１０に記載のガスタービン燃焼器であって、
    前記空気孔プレートよりも燃焼空気の下流側に配置され、前記外筒に連結されたエンドカバーを備え、
    前記外筒と前記エンドカバーの接合部に燃焼空気を偏向するスペーサーが配置されることを特徴とするガスタービン燃焼器。
12. 請求項１１に記載のガスタービン燃焼器であって、
    前記リブは燃焼空気の下流側に傾斜して配置されることを特徴とするガスタービン燃焼器。

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