JP3961225B2

JP3961225B2 - ガスタービン燃焼器

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Publication number: JP3961225B2
Application number: JP2001050706A
Authority: JP
Inventors: 真一稲毛; 林　　明典; 浩美小泉; 成嘉小林
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-02-26
Filing date: 2001-02-26
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2021-02-26
Also published as: JP2002257344A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、拡散燃焼方式と加熱による緩慢燃焼方式を組み合わせたガスタービン燃焼器に係わり、特に再生サイクル等の利用により、燃焼器入口空気温度が６００℃を超えるような条件で運用し、なおかつガスタービン燃焼器から排出されるＮＯｘの低減が要求されるガスタービンへの適用に最適なガスタービン燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりガスタービンの排出ガス中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を低減させる代表的な方法としては、拡散燃焼方式と予混合燃焼方式を併せて行う方法がある。このような方法の場合、まず拡散燃焼を行うパイロットバーナーにより旋回流を用いて空気と燃料を拡散混合し安定した拡散火炎を形成する。次に予め予混合器内で空気と燃料を混合して生成した予混合気に、拡散火炎をパイロット火炎として着火させる。これにより予混合火炎の形成を安定化させてガスタービン燃焼器全体における安定的な燃焼を実現させることができ、また拡散燃焼に対する予混合燃焼の割合を増加させることにより（予混合燃焼をメインとすることにより）、排気ガス中のＮＯｘの割合を低減することができる。
【０００３】
以上のような拡散燃焼方式と予混合燃焼方式を併せて行うガスタービン燃焼器（以下、単に燃焼器という）の一例として、特開平８−８６４０７号公報の図２で示すものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には次のような問題がある。
【０００５】
ガスタービンにおけるエネルギー熱効率の向上を目的として再生サイクル方式が提案されている。これは、タービン駆動後の燃焼ガスの排気経路と、圧縮機から燃焼器に至る圧縮空気の経路の間を渡すように再生熱交換器を備え、燃焼ガスから排熱を回収して圧縮空気の温度を上昇させた後に燃焼器に供給するものである。この場合圧縮空気の空気温度はおよそ６００℃を越えるものとなる。
【０００６】
上記従来の拡散燃焼方式と予混合燃焼方式を併せて行う燃焼器に、上記再生サイクル方式による高温の圧縮空気を供給した場合には、予混合火炎の燃焼速度が著しく上昇して予混合器の内部への逆火ポテンシャルが増大する。また圧縮空気の温度が燃料の自発火温度（ガスタービン用燃料としてよく用いられる液化天然ガスの自発火温度６３０℃）を超える場合には、予混合器内で自発火が生じる可能性がある。これら予混合器内における逆火や自発火の発生は燃焼を不安定にし、ＮＯｘを増大させる原因となる。よって再生サイクルにより６００℃を越える空気を用いたガスタービンで、低ＮＯｘ化のため予混合燃焼方式を用いることは実現が困難であると考えられる。
【０００７】
本発明の目的は、再生サイクルによる高温空気を用いても安定した燃焼が可能であり、かつ低ＮＯｘ化を図ることのできるガスタービン燃焼器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、空気と燃料を拡散混合させながら燃焼させるパイロットバーナーと、前記パイロットバーナーにより生じた燃焼ガス中に空気と燃料を予混合させることなく個別に噴出し、それぞれ前記燃焼ガスと混合してから熱反応を生じさせることにより緩慢燃焼を行わせる緩慢燃焼バーナーとを備え、前記緩慢燃焼バーナーは、前記空気と燃料を前記パイロットバーナーにより生じた燃焼ガス中に個別に、前記空気と燃料が直接接触しないような高速でジェット状に噴出するバーナーであるものとする。
【０００９】
このようにパイロットバーナーと緩慢燃焼バーナーとを設けることにより、拡散燃焼による安定した高温の燃焼ガスを利用して明確な火炎及び高温部分を形成させることのない緩慢燃焼を行うことができ、その結果、再生サイクルによる高温の圧縮空気を用いた場合でも逆火や自発火を起こすことなく、安定した燃焼が可能であり、かつＮＯｘを低減することができる。
【００１１】
また、燃焼ガス中に空気と燃料を個別に、空気と燃料が直接接触しないような高速でジェット状に噴出することにより、燃焼ガス中に噴出した空気と燃料は燃焼ガスと混合してから熱反応を生じさせるものとなる。
【００１４】
（２）上記（１）のガスタービン燃焼器において、好ましくは、前記緩慢燃焼バーナーは、前記空気と燃料を前記ガスタービン燃焼器出口の燃焼ガスの平均流出速度の２倍以上の高速で噴出するバーナーであるものとする。
【００１５】
このような速度で空気と燃料を噴出することにより、燃焼ガス中に噴出した空気と燃料は燃焼ガスと混合してから熱反応を生じさせるものとなる。
【００１６】
（３）上記（１）又は（２）のガスタービン燃焼器において、好ましくは、前記緩慢燃焼バーナーは、前記パイロットバーナーの周囲に同心円状に配置された複数のノズル配列を有するバーナーであるものとする。
【００１７】
（４）上記（１）又は（２）のガスタービン燃焼器において、好ましくは、前記緩慢燃焼バーナーは、前記パイロットバーナーの周囲に配置された複数の独立した緩慢燃焼バーナーを有するものとする。
【００１８】
（５）上記（１）又は（２）のガスタービン燃焼器において、好ましくは、前記緩慢燃焼バーナーは、複数に分割された燃料供給系統を有し、燃料を供給する前記燃料供給系統の数を、ガスタービンの負荷の大きさに応じて段階的に切換増減するバーナーであるものとする。
【００１９】
これにより、ガスタービンの負荷に応じた起動及び運転が可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００２１】
図１は本発明の第１の実施の形態に係わる燃焼器の軸方向断面図であり、図２は、図１中の矢視Ａから見た燃焼器の側面図である。なお、以下において、燃焼ガスの流通方向Ｂの上流側を後方側とし、下流側を前方側とする。
【００２２】
図１において、１は燃焼器であって、燃焼器１は円筒形の燃焼器ケース２と、この燃焼器ケース２の一端の内側に取り付けられたバーナー組立体３とを有している。バーナー組立体３は中央部に位置するパイロットバーナー５と、パイロットバーナー５を取り囲む緩慢燃焼バーナー６とで構成されている。緩慢燃焼バーナー６は筒体３ａと、この筒体３ａの先端に設置された緩慢燃焼用の環状のノズルプレート４を有し、このノズルプレート４の内側にパイロットバーナー５が設置されている。筒体３ａの後方には隔壁円板７が配置され、隔壁円板７の後方側面には環状マニホールド２３が取り付けられている。
【００２３】
燃焼器ケース２の軸方向中央よりやや前方側には周方向に隔置された複数の希釈用空気孔８が形成されている。
【００２４】
バーナー組立体３の筒体３ａの先端側の外周上にはシールバネ９が設けられ、このシールバネ９により燃焼器ケース２との嵌合部の気密を確保している。
【００２５】
また、緩慢燃焼バーナー６はノズルプレート４の周方向に同心円状に配置された８組の緩慢燃焼ノズル１０を有し、各緩慢燃焼ノズル１０は中央に位置しノズルプレート４の前面で開口する燃料ノズル２８と、ノズルプレート４の燃料ノズル２８の周囲に形成された８つの空気ノズル２９とからなっている。燃料ノズル２８は燃料ノズル管１２ｂの先端開口部で構成されている。
【００２６】
パイロットバーナー５はその中央部に１つの燃料ノズル１１を有し、その外周には旋回器１３が同軸心的に設けられている。燃料ノズル１１は燃料ノズル管１２ａの先端開口部で構成されている。旋回器１３は後方から流入した空気を周方向に旋回させながら前方へ噴出させる。
【００２７】
隔壁円板７は筒体３ａの後端から離間して配置されており、パイロットバーナー５及び各緩慢燃焼バーナー６の各燃料ノズル管１２ａ，１２ｂはこの隔壁円板７に接続され、かつ燃料ノズル管１２ａは隔壁円板７を貫通して更に後方に伸びると共に、緩慢燃焼バーナー６の各燃料ノズル管１２ｂは環状マニホールド２３の内部に連通している。
【００２８】
また、パイロットバーナー５の旋回器１３及び各緩慢燃焼バーナー６の各空気ノズル１１は、隔壁円板７とノズルプレート４との間に形成された空間である圧縮空気チャンバ１４に開口している。
【００２９】
図３は、本実施の形態に係わるガスタービン燃焼器を用いた再生サイクル方式のガスタービンの概略構成図である。
【００３０】
図３において、圧縮機１０１と、タービン部１０３と、再生熱交換器１０４と、上記の燃焼器１とでガスタービン全体が構成されている。燃焼器１は圧縮機１０１から供給された圧縮空気により燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスを燃焼ガス通路１０６を通じてタービン部１０３に送り、タービン部１０３はその燃焼ガスによりジェネレータ（発電機）Ｇを回転駆動し燃焼ガスのエネルギを電気エネルギーとして変換する。タービン部１０３で仕事をした燃焼ガスは、排ガス通路１０７を通じて外部に排出される。
【００３１】
また、圧縮機１０１から圧縮空気通路１０５を通過する圧縮空気は、再生熱交換器１０４にて排ガス通路１０７を通過する排ガスから排熱を回収して６００℃を越える高温空気となり、燃焼器１に供給される。
【００３２】
図１に戻り、圧縮空気通路１０５から供給された圧縮空気１５は、圧縮空気チャンバ１４を介してパイロットバーナー５の旋回器１３及び各緩慢燃焼バーナー６の空気ノズル２９に流入し、燃焼器ケース２内へ噴出される。このとき、旋回器１３からの圧縮空気１５は、周方向に旋回しながら噴出される。
【００３３】
ガスタービン起動〜低負荷時は、図示しない燃料供給系統より燃料ノズル管１２ａを介してパイロットバーナー５の燃料ノズル１１にだけ燃料１６を供給し、拡散火炎１７を形成する。この拡散火炎１７は、旋回器１３から噴出された空気旋回流が燃料１６と直接混ざりながら燃焼するため安定的に形成される。また、この時点で各緩慢燃焼ノズル１０の各空気ノズル２９からも圧縮空気１５が噴出され、拡散燃焼ガスを希釈する役割を果たす。
【００３４】
その後、ガスタービンの負荷上昇に伴い、環状マニホールド２３および燃料ノズル管１２ｂを介して各緩慢燃焼ノズル１０の各燃料ノズル２８にも燃料１６が供給される。このとき、燃料１６は後述するような高速のジェット状で噴出され、パイロットバーナー５の拡散火炎をパイロット火炎として用いることにより、安定した緩慢燃焼が行われ低ＮＯｘでの運用が維持される。また、この時点で燃焼器ケース２の各希釈用空気孔８から希釈用空気１８が流入されることにより、拡散燃焼ガスと緩慢燃焼ガスの混合が助長されると共に、燃焼ガス全体の温度が調整される。
【００３５】
次に緩慢燃焼の原理を図４を用いて説明する。図４は、緩慢燃焼を行っているときの緩慢燃焼バーナー６の要部の軸方向断面図であり、図中の上方が燃焼ガスの下流側（燃焼器１の前方側）に相当する。
【００３６】
図４において、燃料ノズル２８及び空気ノズル２９からは、数十ｍ／ｓ程度の高速ジェット状に燃料１６及び空気１５が個別に噴出されている。一旦、燃料ノズル２８と空気ノズル２９の下流側に拡散火炎が形成されると、その燃焼による高温燃焼ガス２０中に空気１５及び燃料１６がジェット状に噴出されることになり、このとき高温燃焼ガス２０の強い巻き込み渦１９が形成される。そのため、噴出された空気１５は、一種の不活性ガスである高温燃焼ガス２０を巻き込んで混合することにより希釈され、相対的に酸素濃度が低下する。また、噴出された燃料１６は、高温燃焼ガス２０を巻き込んで混合することにより、高温燃焼ガス２０の熱によって熱分解が生じる。
【００３７】
ここで、例えば空気１５の酸素濃度が通常の２１％程度とし、燃料１６をメタン（ＣＨ₄）とした場合には、以下のような反応が進行する。
・空気：空気（２１％Ｏ₂）＋燃焼ガス（１５％Ｏ₂）→ 希釈空気（１７〜１８％Ｏ₂）
・燃料：２ＣＨ₄＋Ｏ₂ → ２ＣＯ＋２Ｈ₂（熱分解）
これら相対的に酸素濃度の低下した希釈空気と、熱分解した燃料により、燃料ノズル２８と空気ノズル２９の下流側に、以下のような熱反応（一種の燃焼）が非常に緩慢に進む熱反応領域（以下、緩慢燃焼領域２１という）が形成される。
【００３８】
２Ｈ₂＋Ｏ₂ → ２Ｈ₂Ｏ＋反応熱
２ＣＯ＋Ｏ₂ → ２ＣＯ₂＋反応熱
また、燃料ノズル２８及び空気ノズル２９の間の死水領域には、循環流２２が形成されるため、その領域には安定した緩慢燃焼領域２１が形成される。この緩慢燃焼領域２１には、明確な火炎及び高温部分が形成されないため、ＮＯｘの発生を抑制できる。
【００３９】
ここで、本発明における空気１５と燃料１６の噴出速度は、ガスタービン燃焼器１出口における燃焼ガス平均流速の２倍以上であるのが好ましい。
【００４０】
噴出速度が遅すぎると空気１５と燃料１６が直接混合してしまい、その後すぐに燃焼して明確な火炎や高温部分を形成しＮＯｘの発生が増加してしまう。燃料１６の種類やその他の条件にもよるが、噴出速度が遅くともガスタービン燃焼器出口の燃焼ガス平均流速の２倍以上であれば、空気と燃料は直接混合せずに個別に燃焼ガスに噴出されて良好な緩慢燃焼を行えることが判明した。
【００４１】
次に、比較例として、拡散燃焼方式と予混合燃焼方式を併用した従来の燃焼器について説明する。
【００４２】
図５はこのような従来技術による燃焼器の軸方向断面図である。図５において、２００は拡散燃焼によるパイロットバーナーであり、拡散火炎用燃料ノズル２０１と、旋回器２０２とで構成されており、このパイロットバーナー２００の周囲に２重管構造の予混合器２０３が設けられている。予混合器２０３の後方から圧縮空気１５が供給され、その内部には燃料ノズル２０４が設けられている。
【００４３】
予混合器２０３内では後方から供給された圧縮空気１５と燃料ノズル２０４から噴出された燃料１６とが混合して予混合気２０５が生成される。この予混合気２０５は予混合器２０３の前方端部から放出され、パイロットバーナー２０２による拡散火炎２０６をパイロット火炎として着火され予混合燃焼を行う。この予混合燃焼は、すでに燃焼しやすい状態にある予混合気２０５を常に直接着火していることにより、安定した予混合火炎２０７を形成する。
【００４４】
このような燃焼方式の場合は、予混合火炎２０７を含めた燃焼器全体の燃焼を安定させることが可能であると同時に、拡散燃焼に対する予混合燃焼の割合を増加させる（即ち予混合燃焼をメインとする）ことにより排気ガス中のＮＯｘの発生を低減することができる。
【００４５】
しかし、エネルギー熱効率の向上を目的としてこのような燃焼器に再生サイクル方式を適用した場合には、燃焼器に供給される圧縮空気が６００℃を越え、予混合火炎２０７の燃焼速度が著しく上昇するために、予混合器２０３内への逆火ポテンシャルも著しく増大する。さらに、圧縮空気１５の温度が燃料の自発火温度（ガスタービン運用によく用いられる液化天然ガスの自発火温度６３０℃）を越えると、予混合器２０３内で自発火が生じる可能性がある。再生サイクル方式を適用する場合には、このような問題から予混合燃焼方式を用いることができなかった。
【００４６】
このような従来技術に対し、上述した本実施の形態の燃焼器１は自発火や逆火の発生しやすい予混合気を用いることなく、明確な火炎及び高温部分を形成しない緩慢燃焼を行うことから、６００℃を越える高温の圧縮空気を用いた場合でも逆火や自発火を発生させることなく、かつ確実にＮＯｘの発生を低減することができる。
【００４７】
従って、本実施の形態によるガスタービン燃焼器を用いることにより、再生サイクルによる高温空気を用いても安定した燃焼を行いつつＮＯｘの発生を抑えることができ、再生サイクル方式による高いエネルギー熱効率での運用が可能となる。
【００４８】
本発明の第２の実施の形態を図６、図７により説明する。図中、図２、図３に示す部分と同等の部分には同じ符号を付し説明を省略する。本実施の形態は、複数の緩慢燃焼ノズルをそれぞれ独立した構成の緩慢燃焼バーナーとして設けたものである。
【００４９】
図６、図７において、本実施の形態による燃焼器１Ａは、プレート２７に嵌合されてそれぞれ独立に構成した４つの緩慢燃焼バーナー６Ａを備えている。
【００５０】
各緩慢燃焼バーナー６Ａは小径のバーナーケース２４の先端に円板２５を設置し、円板２５には中央に燃料ノズル２８を１つ設け、その周囲に８つの空気ノズル２９を設けて１組の緩慢燃焼ノズル１０を構成している。
【００５１】
以上のように構成した本実施の形態においては、パイロットバーナー５で拡散燃焼を行い、更に環状マニホールド２３を介して全ての緩慢燃焼バーナー６Ａに一括して燃料１６を供給することにより、第１の実施の形態と同様の緩慢燃焼を行うことができ、再生サイクルによる高温の圧縮空気１５を用いた場合でも逆火や自発火を起こすことなく、かつＮＯｘの発生を低減することができる。
【００５２】
また本実施の形態においては、各緩慢燃焼バーナー６Ａをバーナー組立体３Ａと独立に構成（プレート２７と別体で構成）していることにより、個別に修理・交換することができ、それによりメンテナンス作業が容易になる。
【００５３】
本発明の第３の実施の形態を図８、図９により説明する。図中、図２、図３に示す部分と同等の部分には同じ符号を付し説明を省略する。本実施の形態は、２つの独立した燃料供給系統より燃料が供給される８組の緩慢燃焼ノズルに対し、タービン負荷の大きさに応じて燃料を供給する緩慢燃焼ノズルの数を段階的に増減切換できるようにしたものである。
【００５４】
図８，図９において、本実施の形態による燃焼器１Ｂは、ノズルプレート４の中央部にパイロットバーナー５を設け、その周囲のノズルプレート４に８組の緩慢燃焼ノズル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈを形成して緩慢燃焼バーナー６を設けている。また各緩慢燃焼ノズルの燃料ノズル２８を構成する燃料ノズル管１２ｂはそれぞれ後方の隔壁円板７を貫通して単体マニホールド２６に連通し燃料供給系統に接続されている。
【００５５】
それらの燃料供給系統は第１段と第２段の２つの燃料供給系統３１，３２に分割されており、第１段燃料供給系統に属する４つの緩慢燃焼ノズル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄと、第２段燃料供給系統に属する他の４つの緩慢燃焼ノズル１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈは、周方向で各段燃料供給系統別に交互に配置されている。また各段の燃料供給系統３１，３２は、燃料バルブ３３，３４を切り換えることによりそれぞれ燃料１６の供給量を独立して制御可能となっている。
【００５６】
次に、以上のように構成した燃焼器の運転方法を図１０を用いて説明する。図１０はタービン負荷に対する各バーナーへの燃料供給量の関係を示す図である。図１０において、ガスタービンの起動時（タービン負荷０％）からタービン負荷がＸ％未満の間の低負荷時においては、パイロットバーナー５のみに燃料１６を供給して安定した拡散火炎１７のみで運用し、タービン負荷の大きさに応じて燃料供給量を連続的に増減して調整する。
【００５７】
またガスタービンを起動した時点から、圧縮空気チャンバ１４から圧縮空気１５が供給されて旋回器１３から噴出し燃料１６と混合して燃焼すると共に、各緩慢燃焼ノズル１０の空気ノズル２９からも圧縮空気１５が噴出されて拡散燃焼ガスを希釈している。
【００５８】
その後タービン負荷が上昇してＸ％に達した時、パイロットバーナー５への燃料供給量を低減すると共に、燃料バルブ３３を開いて第１段燃料供給系統に属する緩慢燃焼ノズル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄへ緩慢燃焼に必要な量の燃料を供給する。
【００５９】
ここで、上述したように緩慢燃焼ノズル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが緩慢燃焼を行うには、空気１５と燃料１６をそれぞれ拡散燃焼ガスに対し直接接触しても燃焼しないほどの高い速度で噴出混合させる必要があるため、燃料ノズル２８及び空気ノズル２９の径が固定されている以上、ある程度より多くの燃料供給量を必要とする時点で初めて緩慢燃焼を行わせることができる。
【００６０】
すなわち、このＸ％のタービン負荷は、第１段燃料供給系統３１に属する４つの緩慢燃焼ノズル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを合わせて作動させた場合の最低出力（緩慢燃焼を行える最小燃料供給時の出力）を必要とする部分負荷も大きな負荷であり、このタービン負荷がＸ％以上に達した時点で初めて第１段燃料供給系統３１に属する緩慢燃焼ノズル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに同量の燃料１６が供給され、緩慢燃焼バーナー６全体の半分で緩慢燃焼を行う。
【００６１】
タービン負荷がＸ％からＹ％の間の中負荷時においては、第１段燃料供給系統３１への燃料供給量を一定に維持し、タービン負荷の大きさに応じてパイロットバーナー５への燃料供給量を連続的に増減して調整する。
【００６２】
さらにタービン負荷が上昇してＹ％に達した時、再度パイロットバーナー５への燃料供給量を低減すると共に、燃料バルブ３４を開いて第２段燃料供給系統３２に属する緩慢燃焼ノズル１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈへの緩慢燃焼必要量の燃料の供給を開始し、緩慢燃焼バーナー６全体で緩慢燃焼を行う。
【００６３】
タービン負荷がＹ％から１００％定格負荷の間の高負荷時においては、パイロットバーナー５への燃料供給量を低いまま一定に維持し、タービン負荷の大きさに応じて第１段及び第２段の燃料供給系統３１，３２に属する全ての緩慢燃焼ノズル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈへの燃料供給量を連続的に増減して調整する。
【００６４】
以上のように構成した本実施の形態及びその燃料供給方法によれば、ガスタービンの起動からタービン定格負荷の間のどの部分負荷時にも適切に対応して燃料供給量を増減調整しつつも、各緩慢燃焼ノズル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈにおける燃料噴出速度を適切に維持して常に良好な緩慢燃焼を実現することができる。
【００６５】
なお、上記第３の実施の形態では、８組設けた緩慢燃焼ノズル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈのうち半分（４つ）ずつを２つの燃料供給系統３１，３２に振り分け、燃料１６を供給する燃料供給系統の数を２段階で増減切換したが、本発明のガスタービン燃焼器はこれに限られず、例えば図１１、図１２に示すように４つの緩慢燃焼バーナー６Ａａ，６Ａｂ，６Ａｃ，６Ａｄを設けて各緩慢燃焼バーナーごとに独立した４つの燃料供給系統３５，３６，３７，３８に接続されてそれぞれ段階的に燃料１６の供給を行う構成とすることも可能である。この場合のタービン負荷に対する各バーナーへの燃料供給量の関係は、図１３に示すように燃料供給系統ごとに４段階の燃料供給を行う。このように構成することにより、上記の２段階の燃料供給を行う構成と比較して、さらに部分負荷の変化に適切に対応した量の燃料を供給でき、より良好な緩慢燃焼を維持しつつ運用コストを削減することができる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、拡散燃焼による安定した高温の燃焼ガスを利用して明確な火炎及び高温部分を形成させることのない緩慢燃焼を行うことができ、その結果、再生サイクルによる高温の圧縮空気を用いた場合でも逆火や自発火を起こすことなく、安定した燃焼が可能であり、かつＮＯｘを低減することができる。
【００６７】
また、本発明によれば、どの部分負荷時にも適切に対応して燃料供給量を増減調整しつつも、各緩慢燃焼バーナーにおける燃料噴出速度を適切に維持して常に良好な緩慢燃焼を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる燃焼器を適用する再生サイクル方式のガスタービンの一例の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係わる燃焼器の軸方向断面図である。
【図３】図２中の矢視Ａから見た燃焼器の側面図である。
【図４】緩慢燃焼を行っている最中の緩慢燃焼バーナーの軸方向断面図であり、
【図５】拡散燃焼方式と予混合燃焼方式を併用した燃焼器の軸方向断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係わる燃焼器の軸方向断面図である。
【図７】図６中の矢視Ａから見た燃焼器の側面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係わる燃焼器の軸方向断面図である。
【図９】図８中の矢視Ａから見た燃焼器の側面図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係わる燃焼器のタービン負荷に対する各バーナーへの燃料供給量の関係を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態の変形例に係わる燃焼器の軸方向断面図である。
【図１２】図１１中の矢視Ａから見た燃焼器の側面図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態の変形例に係わる燃焼器のタービン負荷に対する各バーナーへの燃料供給量の関係を示す図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ燃焼器
２燃焼器ケース
３，３Ａバーナー組立体
３ａ筒体
４ノズルプレート
５パイロットバーナー
６，６Ａ，緩慢燃焼バーナー
７，７Ａ隔壁円板
８希釈用空気孔
９シールバネ
１０緩慢燃焼ノズル
１１燃料ノズル
１２ａ，１２ｂ燃料ノズル管
１３旋回器
１４圧縮空気チャンバ
１５圧縮空気
１６燃料
１７拡散火炎
１８希釈用空気
１９巻き込み渦
２０高温燃焼ガス
２１緩慢燃焼領域
２２循環流
２３環状マニホールド
２４バーナーケース
２５円板
２６単体マニホールド
２７プレート
２８燃料ノズル
２９空気ノズル
３１第１段燃料供給系統
３２第２段燃料供給系統
３３，３４燃料バルブ
３５第１段燃料供給系統
３６第２段燃料供給系統
３７第３段燃料供給系統
３８第４段燃料供給系統
３９，４０，４１，４２燃料バルブ
１０１圧縮機
１０２燃焼器
１０３タービン部
１０４再生熱交換器
１０５圧縮空気通路
１０６燃焼ガス通路
１０７排ガス通路
Ｇジェネレータ

Claims

空気と燃料を拡散混合させながら燃焼させるパイロットバーナーと、前記パイロットバーナーにより生じた燃焼ガス中に空気と燃料を予混合させることなく個別に噴出し、それぞれ前記燃焼ガスと混合してから熱反応を生じさせることにより緩慢燃焼を行わせる緩慢燃焼バーナーとを備え、
前記緩慢燃焼バーナーは、前記空気と燃料を前記パイロットバーナーにより生じた燃焼ガス中に個別に、前記空気と燃料が直接接触しないような高速でジェット状に噴出するバーナーであることを特徴とするガスタービン燃焼器。
請求項１記載のガスタービン燃焼器において、前記緩慢燃焼バーナーは、前記空気と燃料を前記ガスタービン燃焼器出口の燃焼ガスの平均流出速度の２倍以上の高速で噴出するバーナーであることを特徴とするガスタービン燃焼器。
請求項１又は２記載のガスタービン燃焼器において、前記緩慢燃焼バーナーは、前記パイロットバーナーの周囲に同心円状に配置された複数のノズル配列を有するバーナーであることを特徴とするガスタービン燃焼器。
請求項１又は２記載のガスタービン燃焼器において、前記緩慢燃焼バーナーは、前記パイロットバーナーの周囲に配置された複数の独立した緩慢燃焼バーナーを有することを特徴とするガスタービン燃焼器。
請求項１又は２記載のガスタービン燃焼器において、前記緩慢燃焼バーナーは、複数に分割された燃料供給系統を有し、燃料を供給する前記燃料供給系統の数を、ガスタービンの負荷の大きさに応じて段階的に切換増減するバーナーであることを特徴とするガスタービン燃焼器。