JP6463947B2

JP6463947B2 - バーナ、燃焼器、及びガスタービン

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Publication number: JP6463947B2
Application number: JP2014225173A
Authority: JP
Inventors: 正裕緒方; 剛生小田; 木下　康裕; 康裕木下; 昂志平野; 貴丈宇土
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2014-11-05
Filing date: 2014-11-05
Publication date: 2019-02-06
Anticipated expiration: 2034-11-05
Also published as: WO2016072423A1; CN107076422B; US20170321609A1; US10590850B2; EP3217097A1; CN107076422A; JP2016090141A; EP3217097A4; EP3217097B1

Description

本発明は、バーナ、燃焼器、及びガスタービンに関する。

ガスタービンの１つとして、希薄予混合燃焼方法（Dry Low Emission燃焼方法）を採用した燃焼器（ＤＬＥ燃焼器）を有するガスタービンがある。この燃焼方法は、燃料と空気を予め混合した予混合気を燃焼する予混合燃焼方式において、予混合気をさらに希薄化することで、環境に有害なＮＯｘの排出量を抑制する。ＮＯｘの排出量には、厳しい制限が設けられており、この排出量制限により燃焼する燃料の負荷範囲が限定され、バーナの使用範囲が限定される。従って、このようにバーナの使用範囲を拡張できる点において希薄予混合燃焼方法は有効である。

ガスタービンではまた、地球温暖化防止及び資源有効利用の観点からガスタービンの主要燃料である天然ガスに加え、石油化学プラント等の製造プロセスから副次的に発生する副生水素ガスを利用することが要望されている。

しかし、水素ガスは天然ガスに比べて燃焼速度が速い。そのため、水素ガスを含む燃料を燃焼するバーナは、天然ガスのみを燃焼するものに比べて、火炎がバーナ本体内に進入し（この現象を「逆火」という。）、バーナ本体を焼損する可能性がある。

この問題を解決するために、特許文献１には、逆火防止技術を組み込まれたガスタービン用予混合燃焼器が開示されている。この予混合燃焼器は、予混合気の噴射口（環状ノズル）の壁面近傍に冷却流路を設け、この冷却流路内に水などの冷媒を循環させることで壁面近傍に低温消炎領域を形成し、そこで噴射口内に進入した火炎を消火する。

しかし、特許文献１の予混合燃焼器は、冷媒流路や冷媒循環量制御手段などの多くの設備を要する。

特開平１０−２６３５２号公報

そこで、本発明は、簡単な構成で逆火を防止できるバーナ、燃焼器、及びガスタービンを提供することを課題とする。

本発明の第１の態様は、燃焼室から離れた基端側から燃焼室に近い末端側に向けて燃料と空気の混合物を噴射するバーナであって、基端側と末端側の間で燃料を折り返し流通させる折返部を有する燃料通路と、前記燃料通路を囲むように形成された予混合気通路と、前記燃料通路を流通した燃料を前記予混合気通路に基端側から末端側に向けて導入する燃料導入部と、基端側において前記予混合気通路に空気を供給する空気供給部とを備えるバーナを提供する。

このバーナによれば、燃料通路内に設けた折返部を水素ガス等の低温燃料が流通することで、燃料通路の外周を十分に冷却することができる。したがって、燃料通路を囲うようにして形成された予混合気通路（バーナ本体内部）に火炎が進入しても、燃料通路の外周に干渉して消炎されるため、逆火を防止できる。このようにして、簡単な構成で、且つ燃料を冷却に有効利用することで効率的に逆火を防止できる。

このバーナは、水素ガスを含む多種燃料を前記燃料通路に供給する燃料供給部を備えていてもよい。

このバーナによれば、折返部を設けて燃料が流れる流路長を長く形成しているため、軽量で混ざり難い水素ガスを使用しても他の燃料との混合の促進が可能である。

前記燃料通路は、燃料が前記折返部を通過する前の前記燃料通路と通過した後の前記燃料通路を連通する少なくとも１つの連通部を有することが好ましい。

このバーナによれば、折返部以外に燃料が前記折返部を通過する前の前記燃料通路と通過した後の前記燃料通路を連通する部分を設けることで、燃料が確実に流動できる。また、複数の連通部が存在することで乱流化を促進し、燃料の混合を促進できる。

前記折返部は、前記折返部を流れる燃料の一部を前記燃焼室に供給する少なくとも１つの連通部を有することが好ましい。

このバーナによれば、予混合気通路内における燃料濃度を低減できるため、ＮＯｘの排出をさらに抑制し、使用可能範囲を拡張できる。具体的には、ＮＯｘ排出に影響が出ない程度（例えば、使用燃料の２０％以内）で、バーナの末端側から燃料を拡散的に、燃焼室へ噴射する。これにより、燃料導入部から予混合気通路内に導入される燃料の量が減少し、予混合気通路内の予混合気をさらに希薄化できる。従って、ＮＯｘの排出量を一層低減でき、燃料負荷範囲を拡張できるため、バーナの使用可能範囲を拡張できる。

このバーナが備える予混合気通路は、その横断面が基端側から末端側に向けて次第に小さくなることが好ましい。

このバーナによれば、予混合気通路の横断面における流路面積を基端側から末端側へ向けて次第に縮小しているため、予混合気の出口流速（噴射速度）を増加できる。逆火は、燃焼速度が予混合気の噴射速度を上回る場合に生じる。従って、予混合気の噴射速度を増加することで、逆火を防止できる。また、噴射速度を増加することで予混合気通路の壁面近傍の粘性境界層領域を縮小できる。粘性境界層領域は、逆火の要因の１つとなっており、この領域を縮小することは逆火防止に有効である。

このバーナが備える燃料導入部は、前記燃料通路を通過して基端側に到達した燃料を収容する連結室と、前記連結室から前記予混合気通路へ燃料を噴射する複数の噴射孔とを備えていることが好ましい。

このバーナによれば、燃料導入部が連絡室を備えたことで燃料の混合を促進し、また噴射孔を備えたことで、燃料を予混合気通路に噴射できるため、予混合気の均一な混合を促進できる。即ち、予混合気通路内での撹拌混合が不十分となることを防止し、燃料と燃焼用空気との混合を促進できる。このようにすることで、燃焼の際に局所的な高温領域が発生することを防止し、ＮＯｘの排出量の増大を抑制できる。

本発明の第２の態様は、タービンに燃焼生成ガスを供給する燃焼器であって、燃料を燃焼させる燃焼室を形成する燃焼筒と、燃焼筒の上流側に配置された予混合燃焼式のメインバーナと、燃焼筒の下流側の周壁部を貫通して配置された予混合燃焼式の追焚きバーナとを備え、追焚きバーナは、先に記載したいずれかのバーナである、燃焼器を提供する。

本発明の第３の態様は、先に記載したいずれかの燃焼器を備える、ガスタービンを提供する。

本発明によれば、導入した燃料によりバーナ内の部品を冷却することで、バーナ本体内部に火炎が進入しても、この冷却された部品により消炎されるため、簡単な構造で逆火を防止できる。

本発明に係るガスタービンの概略構成図。本発明に係る燃焼器の概略縦断面図。本発明の第１実施形態に係る追焚きバーナである、図２の部分拡大図。図３の燃焼室付近の部分の拡大図。図３のＡ−Ａ方向から見た横断面図。図４とは異なる第１連絡通路を有する追焚きバーナを使用した場合の図３の部分拡大図。本発明の第２実施形態に係る追焚きバーナを使用した場合の図３の燃焼室付近の部分の拡大図。図７とは異なる位置に連通孔を設けられた追焚きバーナを使用した場合の図３の燃焼室付近の部分の拡大図。本発明の第３実施形態に係る追焚きバーナの概略縦断面図。本発明の第１実施形態に係る第３通路における粘性境界層を示す、図３の部分拡大概念図。本発明の第３実施形態に係る第３通路における粘性境界層を示す、図１０の部分拡大概念図。本発明の第４実施形態に係る追焚きバーナの概略縦断面図。図１２の燃焼室付近の部分の拡大図。本発明の第５実施形態に係る追焚きバーナの燃焼室付近の部分の概略縦断面図。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。また、以下の説明は、本発明の一形態の例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

（第１実施形態）
図１から図５を参照して、本発明のガスタービン２、燃焼器４、及びバーナ（追焚きバーナ）６の構成についてそれぞれ説明する。

図１を参照して、ガスタービン２の構成を説明する。図１は、本発明のガスタービン２の概略構成図である。ガスタービン２は、圧縮機８と、燃焼器４と、タービン１０と、ロータ１２と、発電機１４とを備える。圧縮機８は、圧縮空気を供給するための空気供給路１６を介して、燃焼器４に接続されている。燃焼器４は、高温高圧の燃焼生成ガス（以下、「燃焼排ガス」と称する。）を供給するための空気供給路１８を介して、タービン１０に接続されている。タービン１０は、ロータ１２に機械的に接続されており、このロータ１２の回転は、圧縮機８及び発電機１４に伝達されるように機械的に接続されている。

上述の構成からなるガスタービン２の作用を説明する。このガスタービン２において、圧縮機８は、大気を吸引して圧縮空気を生成する。圧縮空気は、燃焼器４で燃料と共に燃焼され、高温高圧の燃焼排ガスが生成される。燃焼排ガスは、タービン１０に供給され、ロータ１２の回転に利用される。ロータ１２の回転は、圧縮機８に伝達され、圧縮空気の生成に利用される。また、ロータ１２の回転により、発電機１４を駆動して発電する。

図２を参照して、燃焼器４の構成を説明する。図２は、本発明の燃焼器４の概略構成図である。本実施形態の燃焼器４は、圧縮機８から導入される圧縮空気の流れ方向（図２の上から下へ向かう方向）と、燃焼排ガスの流れ方向（図２の下から上へ向かう方向）とが内部で互いに対向する逆流缶型の燃焼器４である。なお、燃焼器４の型式は、複数の燃料噴射弁を円周上に有するアニュラ型であってもよい。

燃焼器４は、中心軸２０に対して同心状に配置された、バーナユニット２２と、燃焼筒２４と、ケーシング２６とを有する。バーナユニット２２は、中心軸２０上に配置されている。燃焼筒２４は、バーナユニット２２から噴射される燃料等を燃焼する燃焼室４８をその内部に形成している。ケーシング２６は筒状であり、バーナユニット２２と燃焼筒２４を囲み、バーナユニット２２と燃焼筒２４の周囲に環状の燃焼用空気流路２８を形成している。ケーシング２６と燃焼筒２４は、複数の追焚きバーナ６を支持している。本実施形態では、中心軸２０に直交する平面上で中心軸２０を中心とする円周上に、４つの追焚きバーナ６が等間隔に配置されている。追焚きバーナ６の構成は後に詳細に説明する。

バーナユニット２２は、予混合式のメインバーナ３０と拡散燃焼式のパイロットバーナ３２からなる。パイロットバーナ３２は、中心軸２０に沿って配置されている。メインバーナ３０は、パイロットバーナ３２の周囲に同心状に配置されている。メインバーナ３０及びパイロットバーナ３２は、配管５１を介して第１の燃料供給源５２と連通している。

メインバーナ３０は、中心軸２０に沿って同心状に配置された外筒３４と内筒３６を有する。本実施の形態では、図示するように、内筒３６は後述するパイロットバーナ３２の燃焼用空気噴射筒３７を兼ねている。外筒３４と内筒３６の間の環状空間は、燃料と燃焼用空気を混合するための予混合流路３８として利用される。予混合流路３８は、一端（図の上側端部）が燃焼室４８に開口しており、他端（図の下側端部）が複数の空気取入口４０を介して径方向外側に向けて燃焼用空気流路２８に開口している。空気取入口４０の径方向外側には、第１の燃料を噴出する複数のメイン燃料ノズル４２が配置されている。図示しないが、複数の空気取入口４０とこれに対応する複数のメイン燃料ノズル４２は、中心軸２０を中心とする周方向に等間隔に配置することが好ましい。図示しないが、各メイン燃料ノズル４２は、空気取入口４０に対向する部位に、空気取入口４０に向けて第１の燃料を噴出する複数の燃料噴射孔（図示せず）が形成されると共に、配管５１を介して第１の燃料供給源５２に接続されており、第１の燃料供給源５２から供給される燃料が、燃焼用空気流路２８から供給される燃焼用空気と共に、空気取入口４０から予混合流路３８に供給されて該予混合流路３８で混合され、混合された燃料と燃焼用空気が燃焼室４８に噴射されるようにしてある。本実施の形態では、空気取入口４０には、予混合流路３８に流入する燃焼用空気に旋回力を付与して第１の燃料との予混合を促進する複数の旋回羽根（スワラ）４４が設けられている。

パイロットバーナ３２は、中心軸２０に沿って伸びる燃料噴射筒３９と該燃料噴射筒３９に同心状に外装された燃焼用空気噴射筒３７を備え、燃料噴射筒３９内に形成された燃焼噴射路（図示せず）が配管５１を介して第１の燃料供給源５２に接続され、燃料噴射筒３９と燃焼用空気噴射筒３７との間に形成された環状空気流路（パイロット用空気流路）５０が燃焼用空気流路２８に接続されており、第１の燃料供給源５２から供給される燃料と圧縮機から供給される圧縮空気が燃焼室４８内に噴射されるようにしてある。

追焚きバーナ６は、中心軸２０に直交する平面上に含まれ且つ周方向に等間隔に配置された４つの軸５８に沿って、外側のケーシング２６と内側の燃焼筒２４とを貫通して配置されている。後に詳細に説明するように、追焚きバーナ６は、第１の燃料供給源（天然ガス供給源）６０と第２の燃料供給源（水素ガス供給源）６６に接続されている。また、追焚きバーナ６は、燃焼用空気流路２８を流れる圧縮空気の一部を燃焼用空気として取り込む構成を有する。

上述の構成を備えた燃焼器４の作用について、図２を参照して以下に説明する。図２に示すように、ガスタービン（図示せず）の起動時、パイロットバーナ３２から燃焼室４８に噴射された天然ガスは、環状空気流路５０から燃焼室４８に噴射された燃焼用空気と燃焼室４８内で拡散混合し、図示しない着火源により点火されて拡散燃焼によるパイロット火炎を形成する。

ガスタービンが通常運転に移行すると、メインバーナ３０の予混合流路３８から噴射された予混合気は、燃焼室４８内においてパイロット火炎により点火され、燃焼室基端側の１次燃焼領域９４で希薄な予混合火炎が形成される。これにより、燃焼室４８内の燃焼火炎温度が低下してＮＯｘの発生量が抑制される。

ガスタービンの出力を上昇させるために高負荷燃焼が要求された場合、追焚バーナ６を作動させて、当該追焚きバーナ６から天然ガス、水素ガス、及び燃焼用空気からなる予混合気が燃焼室４８内に導入され、１次燃焼領域９４の下流側の２次燃焼領域９６で希薄な予混合火炎が形成される。これにより、２次燃焼領域９６でのＮＯｘの発生が抑制される。追焚バーナ６から導入された予混合気を燃焼することにより増加した燃焼排ガスは、ガスタービンに送り込まれると共に、当該ガスタービンの出力調整に用いられる。

図３から図５を参照して、追焚きバーナ６の構成について詳細に説明する。図３は、本発明の第１実施形態に係る追焚きバーナ６の部分拡大図である。図４は、図３の燃焼室付近の部分の拡大図である。図５は、図３のＡ−Ａ矢視断面図である。

図示するように、追焚きバーナ６は、燃焼室４８から離れた基端側から燃焼室４８に近い末端側へ向けて、燃料と空気の混合物（予混合気）を噴射するように構成されており、中心軸５８に沿って同心状に配置された３つの筒部、すなわち、内筒７０と、内筒７０に外装された中間筒７２と、中間筒７２に外装された外筒７４を備えている。本実施形態では、外筒７４は、２つの筒部９０，９２で構成されているが、後述するように、１つの筒部によって構成してもよい。実施形態では、内筒７０、中間筒７２、外筒７４の一部（第２の筒部９２）は、ケーシング２６に固定されたヘッダブロック５６に支持されており、外筒７４の別の一部（第１の筒部９０）は燃焼筒２４に支持されている。

具体的に説明すると、内筒７０は、両端を開口したチューブで構成することにより内部に第１通路７６を形成しており、基端部（図の左側端部）がヘッダブロック５６に保持され、末端部（図の右側端部）が燃焼筒２４の近くに配置されている。また、内筒７０の基端側は、第１通路７６から基端側に向けて分岐する第１の燃料供給路６５と第２の燃料供給路６９に分岐している。第１の燃料供給路６５と第２の燃料供給路６９は、第１燃料供給源６０と第２燃料供給源６６に配管６４，６８を介してそれぞれ接続されている。図示するように、配管６４，６８にはそれぞれ流量調整弁６１，６７を設け、これら流量調整弁６１，６７を操作することによって、第１燃料供給源６０から供給される第１燃料と第２燃料供給源６６から供給される第２燃料の比率を調整できるようにすることが好ましい。本実施形態では、第１燃料は天然ガス、第２燃料は水素ガスである。第１の燃料供給路６５、第２の燃料供給路６９が、本発明の燃料供給部を構成している。

中間筒７２は、ヘッダブロック５６に一体的に形成されており、内筒７０の周囲に環状の第２通路７８を形成している。図示するように、中間筒７２の末端部は閉鎖されており、内筒７０の末端との間に、第１通路７６と第２通路７８を連通する第１連絡通路８０を形成している。第１通路７６、第２通路７８、及び第１連絡通路８０が、本発明の燃料通路を構成している。中間筒７２の基端部は、ヘッダブロック５６の一部を形成する隔壁５７に支持されている。図示するように、ヘッダブロック５６は、ケーシング２６に固定された基部５９と、ケーシング２６に形成された貫通孔５５にはめ込まれた筒部６３と、筒部６３の末端に連結された隔壁５７を有し、基部５９と隔壁５７との間に、内筒７０の周囲を囲む筒状の連結室８６を形成しており、この連結室８６に第２通路７８の基端が接続されている。ヘッダブロック５６はまた、中間筒７２の基端側を同心状に囲む第２の筒部９２を備えている。上述のとおり、第２の筒部９２は、燃焼筒２４に支持された第１の筒部９０と同軸上に接近して配置されており、これらの筒部９２と９０によって外筒７４が構成され、外筒７４（筒部９２と９０）の内側に第３通路８２が形成されている。

ヘッダブロック５６の隔壁５７には、中心軸５８を中心とする円周上に等間隔に、該隔壁５７を貫通する複数の噴射孔８８が形成されており、これにより連結室８６と第３通路８２が噴射孔８８を介して連通している。図５に示すように、本実施形態では、８個の噴射孔８８が形成されている。図３，５に示すように、噴射孔８８に対応して、第２の筒部９２には複数の空気供給孔（空気供給部）６２が形成されており、これにより燃焼用空気流路２８と第３通路８２が連通している。本実施形態では、噴射孔８８の数に対応して、８個の空気供給孔６２が設けてある。また、中心軸５２の径方向に関して、各空気供給孔６２は噴射孔８８と一列に配置されている。

上述の構成を備えた追焚きバーナ６の動作について、図３から図５を参照して以下に説明する。追焚きバーナ６は、第１の燃料供給路６４及び第２の燃料供給路６８から供給された第１の燃料及び第２の燃料をそれぞれ第１通路７６内へ供給する。供給された第１の燃料と第２の燃料は、第１通路７６内で混合される。混合された燃料（以下、「混合燃料」という。）は、第１通路７６の末端から第１連絡通路８０に入り、そこで折り返して第２通路７８に流れ込む。第２通路７８に供給された混合燃料は、末端から基端に向けて送られ、第２連絡通路（燃料導入部）８４に入る。第２連絡通路８４の混合燃料は、噴射孔８８を介して、第３通路８２内へ噴射される。第３通路８２に噴射された混合燃料は、空気供給孔６２から供給される燃焼用空気とともに第３通路８２内を末端側に送られ、その途中で燃焼用空気と混合されて予混合気（混合物）となる。この予混合気は、第３通路８２の末端から燃焼室４８内へ噴射されて予混合燃焼され、２次燃焼領域９６を形成する。

このようにして、本発明の追焚きバーナ６では、第１通路７６、第１連絡通路８０、及び第２通路７８内を燃料が流れ、その際、中間筒７２に接触して該中間筒７２を冷却する。したがって、燃焼室４８内の火炎が第３通路８２に進入しても、冷却された中間筒７２に接触して消火される。そのため、実施形態の追焚きバーナ６によれば、逆火の問題がない。特に、水素ガスは、天然ガスに比べて燃焼速度が速い。このため、水素ガスを含む燃料を燃焼するバーナは、通常の天然ガスのみを燃料として燃焼するバーナよりも逆火を生じる可能性が高い。しかし、このような逆火防止機能を備えた追焚きバーナ６を採用することで、逆火を生じる可能性があるために通常のバーナでは使用できない高濃度水素ガスを燃料として使用できる。また、混合燃料を燃焼するバーナでは、燃料同士の均一な混合がなされない結果、燃焼時に部分的に高温領域を生じ、ＮＯｘ排出量が増加することがあり得る。しかし、本発明の追焚きバーナによれば、燃料流路の折り返し構造によって、より長い流路長が確保されているので、水素ガスと炭化水素ガスの均一混合を促進でき、燃焼時の部分的な高温領域の形成を抑制し、ＮＯｘの排出量を低減できる。

各バーナに使用される燃料は、第１の燃料全体に対して体積比で８０体積％以上の炭化水素を含む炭化水素燃料を使用する。本実施形態において、第１の燃料としての炭化水素燃料は、メタンＣＨ４を例えば８８．９％含む天然ガスである。炭化水素燃料には、天然ガスのほか、液化天然ガス（Liquefied Natural Gas）も含まれる。その他、灯油、軽油等の液体燃料であってもよい。第２の燃料は、第２の燃料全体に対して体積比で水素を５０体積％以上の高濃度で含有するガスを使用する。例えば、水素ガス単独又は水素ガスにメタンガスを混合させたガスが使用される。

上述した本実施形態の追焚きバーナ６は種々改変可能である。例えば、図６に示すように、内筒７０の末端領域に該内筒７０を貫通して第１通路７６と第２通路７８を連通する複数の連通孔（連通部）９８を形成してもよい。連通孔９８は、中心軸５８を中心として内筒７０の周上に等間隔に複数個（例えば４個）設けることが好ましい。このような構成によれば、第１連絡通路８０を介して第２通路７８に流れ込んだ混合燃料が複数の連通孔９８から噴射される混合燃料によって乱され、水素ガスと炭化水素ガスの混合をより促進できる。また、均一に混合された混合燃料は第３通路８２において燃焼用空気に混合され、水素ガスの濃度が局部的に高い部分を生じることがない。そのため、燃焼時に局所的な高温領域を発生することがなく、結果的に、ＮＯｘの排出量を抑制できる。

（第２実施形態）
図７及び図８は、第２実施形態に係る追焚きバーナ６の燃焼室４８付近の部分の拡大図である。追焚きバーナ６の末端側に関する部分以外の構成は図３の第１実施形態と同様である。従って、図３に示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。図７を参照すると、本実施形態の追焚きバーナ６は、中間筒７２の末端領域に該中間筒７２を斜めに貫通して第１連絡通路８０と燃焼室４８を連通する複数の連通孔（連通部）１００を備える。図８に示すように、連通孔１００は、中間筒７２を垂直に貫通して第１連絡通路８０と第３通路８２を連通する連通孔１０１であってもよい。連通孔１００，１０１は、中心軸５８を中心として中間筒７２の周上に等間隔に複数個（例えば４個）設けることが好ましい。

このような構成によれば、混合燃料は、基端側の噴射孔８８と末端側の連通孔１００，１０１の２箇所から噴射される。基端側の噴射孔８８を通じた混合燃料の噴射は第３通路８２内へ噴射され、連通孔１００，１０１を通じた混合燃料の噴射は第１連絡通路８０から燃焼室４８内へ、又は第３通路８２の末端部へ拡散噴射される。噴射孔８８と連通孔１００，１０１からの噴射量の割合としては、連通孔１００，１０１からの噴射は、噴射孔８８と連通孔１００，１０１からの全噴射量のうち、２０％以内であることが好ましい。これは、連通孔１００，１０１からの噴射量が２０％を越えると、連通孔１００，１０１から拡散噴射された燃料の拡散燃焼により、ＮＯｘ排出量が増加するおそれがあるためである。また、噴射孔８８から第３通路８２内へ噴射される燃料が減少し、第３通路８２内の予混合気をさらに希薄化できる。従って、ＮＯｘの排出量を一層低減でき、これに伴って燃料負荷の範囲を拡張できるため、追焚きバーナ６の使用可能範囲を拡張できる。

（第３実施形態）
図９は、第３実施形態の追焚きバーナ６を示している。本実施形態の追焚きバーナ６は、末端側の形状に関する部分以外の構成は図３の第１実施形態と同様である。従って、図３に示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の追焚きバーナ６は、外筒７４の内径が基端側から末端側へ向けて（図の左側から右側へ向けて）次第に縮小するように形成されている。従って、第３通路８２は、基端側から末端側に向けて横断面（中心軸５８に垂直な断面）を次第に小さくしている。

このような構成によれば、逆火は燃焼速度が予混合気の噴射速度を上回る場合に生じるため、予混合気の出口流速（噴射速度）を増加することで、逆火をより確実に防止できる。

図１０及び図１１は、本発明の第１実施形態に係る追焚きバーナ６と第３実施形態に係る追焚きバーナ６の末端側における外筒７４の内壁近傍の粘性境界層１０２を概念的にそれぞれ示している。これらの図に示すように、第３実施形態の追焚きバーナ６（図１１）は、第１実施形態の追焚きバーナ６（図１０）と比べて、噴射速度を増加することで低流速域となり得る粘性境界層領域１０２を小さくしているため、逆火をより確実に防止できる。

（第４実施形態）
図１２は、本発明の第４実施形態に係る追焚きバーナ６の概略縦断面図を示している。図１３は、図１２の燃焼室４８付近の部分拡大図を示している。本実施形態の追焚きバーナ６は、末端側の形状及び連結室８６付近に関する部分以外の構成は図３の第１実施形態と同様である。従って、図３に示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。

図１２及び図１３に示すように本実施形態の追焚きバーナ６は、内筒７０が末端側を開口したチューブで構成され、基端側には連結室８６に流体的に接続された複数の連絡チューブ８１を備える。内筒７０の内部には第２通路７８が形成されている。

中間筒７２は、ヘッダブロック５６に一体的に形成されており、内筒７０の周囲に環状の第１通路７６を形成している。図示するように、中間筒７２の末端部は閉鎖されており、内筒７０の末端との間に、第１通路７６と第２通路７８を連通する第１連絡通路８０を形成している。中間筒７２の基端部は、内筒７０の周囲を囲む筒状の連結室８６を形成しており、この連結室８６に第２通路７８の基端に設けられた連絡チューブ８１が接続されている。

第１通路７６に供給された混合燃料は、末端側の第１連絡通路８０に到達すると、軸５８の径方向外側から内側へ向けて折り返して第２通路７８へ流れる。第２通路７８に供給された混合燃料は、基端側の連絡チューブ８１を通過して連結室８６へ流れる。このように、混合燃料が追焚きバーナ６の末端側で折り返す構成は、外側から内側へ向けて流れる構成であってもよい。

（第５実施形態）
図１４は、本発明の第５実施形態に係る追焚きバーナの燃焼室付近の部分の概略縦断面図を示している。本実施形態の追焚きバーナ６は、末端側の形状に関する部分以外の構成は図３の第１実施形態と同様である。従って、図３に示した構成と同様の部分については同様の符号を付して説明を省略する。

図１４に示すように、本実施形態の追焚きバーナ６は、内筒７０及び中間筒７２に対して軸５８の外側に第２の内筒７１及び第２の中間筒７３が設けられている。中間筒７２と第２の内筒７１との間には第４通路８３が形成されている。第２の内筒７１と第２の中間筒７３との間には第５通路８５が形成されている。第２の内筒７１の基端部は閉鎖されており、中間筒７２の基端との間に、第２通路７８と第４通路８３を連通する第３連絡通路（図示せず）を形成している。第２の中間筒７３の末端部は閉鎖されており、第２の内筒７１の末端との間に、第４通路８３と第５通路８５を連通する第４連絡通路８７を形成している。第２の中間筒７３の基端では、第５通路８５と第３通路８２を連絡する第２連絡通路（図示せず）が設けられている。

第１通路７６に供給された混合燃料は、末端側の第１連絡通路８０に到達すると、軸５８の径方向内側から外側へ向けて折り返して第２通路７８へ流れる。第２通路７８に供給された混合燃料は、基端側の第３連絡通路（図示せず）に到達すると軸５８の径方向内側から外側へ向けて折り返して第４通路８３へ流れる。第４通路８３に供給された混合燃料は、末端側の第４連絡通路８７に到達すると軸５８の径方向内側から外側へ向けて折り返して第５通路８５へ流れる。第５通路８５に供給された混合燃料は、基端側の第２連絡通路（図示せず）に到達すると噴射孔（図示せず）を介して第３通路８２に噴射される。このように、混合燃料が追焚きバーナ６内で折り返す構成は、２箇所以上の折り返し部分（連絡通路）を含む構成であってもよい。

２ガスタービン
４燃焼器
６バーナ（追焚きバーナ）
８圧縮機
１０タービン
１２ロータ
１４発電機
１６，１８空気供給路
２０，５８中心軸（バーナ軸心）
２２バーナユニット
２４燃焼筒
２６ケーシング
２８燃焼用空気流路
３０メインバーナ
３２パイロットバーナ
３４外筒
３６内筒
３７燃焼用空気噴射筒
３８予混合流路
３９燃料噴射筒
４０空気取入口
４２メイン燃料ノズル
４４旋回羽根（スワラ）
４６予混合気噴出口
４８燃焼室
５０環状空気流路（パイロット用空気流路）
５２，６０第１の燃料供給源
５４，５５貫通孔
５６ヘッダブロック
５７隔壁
５９基部
６１，６７流量調整弁
６２燃焼用空気導入口（空気供給孔、空気供給部）
６３筒部
６４，６８配管
６５第１の燃料供給路
６６第２の燃料供給源
６９第２の燃料供給路
７０内筒
７１第２の内筒
７２中間筒
７３第２の中間筒
７４外筒
７６第１通路
７８第２通路
８０第１連絡通路（折返部）
８１連絡チューブ
８２第３通路（予混合気通路）
８３第４通路
８４第２連絡通路（燃料導入部）
８５第５通路
８６連結室
８７第４連絡通路
８８噴射孔
９０第１の外筒（第１の筒部）
９２第２の外筒（第２の筒部）
９３パイロット用空気噴出口
９４１次燃焼領域
９６２次燃焼領域
９８，１００，１０１連通孔
１０２粘性境界層（粘性境界層領域）

Claims

燃焼室から離れた基端側から燃焼室に近い末端側に向けて燃料と空気の混合物を噴射するバーナであって、
基端側と末端側の間で燃料を折り返し流通させる折返部を有する燃料通路と、
前記燃料通路を囲むように形成された予混合気通路と、
前記燃料通路を流通した燃料を前記予混合気通路に基端側から末端側に向けて導入する燃料導入部と、
基端側において前記予混合気通路に空気を供給する空気供給部と
を備え、
前記燃料通路は、末端側において、燃料が前記折返部を通過する前の前記燃料通路と通過した後の前記燃料通路を連通する少なくとも１つの連通部を有する、バーナ。
燃焼室から離れた基端側から燃焼室に近い末端側に向けて燃料と空気の混合物を噴射するバーナであって、
基端側と末端側の間で燃料を折り返し流通させる折返部を有する燃料通路と、
前記燃料通路を囲むように形成された予混合気通路と、
前記燃料通路を流通した燃料を前記予混合気通路に基端側から末端側に向けて導入する燃料導入部と、
基端側において前記予混合気通路に空気を供給する空気供給部と
を備え、
前記折返部は、前記折返部を流れる燃料の一部を前記燃焼室に供給する少なくとも１つの連通部を有する、バーナ。
水素ガスを含む多種燃料を前記燃料通路に供給する燃料供給部をさらに備える、請求項１または請求項２に記載のバーナ。
前記予混合気通路の横断面は、基端側から末端側に向けて次第に小さくなる、請求項１から３のいずれか１項に記載のバーナ。
前記燃料導入部は、前記燃料通路を通過して基端側に到達した燃料を収容する連結室と、前記連結室から前記予混合気通路へ燃料を噴射する複数の噴射孔とを備える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のバーナ。
タービンに燃焼生成ガスを供給する燃焼器であって、
燃料を燃焼させる前記燃焼室を形成する燃焼筒と、
前記燃焼筒の上流側に配置された予混合燃焼式のメインバーナと、
前記燃焼筒の下流側の周壁部を貫通して配置された予混合燃焼式の追焚きバーナと
を備え、
前記追焚きバーナは、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のバーナである、
燃焼器。
請求項６に記載の燃焼器を備える、ガスタービン。