JPH08296851A - ガスタービン燃焼器及びその燃焼方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】排出ＮＯｘ量が低く、かつ信頼性の高いガスタ
ービン燃焼器を提供する。 【構成】燃焼器に燃料と空気を混合する予混合ノズル１
を配置し、予混合ノズル１からの混合気が燃焼室５０に
噴出する出口近傍に、予混合ノズル１からの噴出混合気
気流の抵抗体となる支持部材３により予混合ノズルに接
合されている保炎器２を設け、支持部材３には冷却空気
２１の流路となる通路を開口する。また、その少なくと
も一つの端面は予混合ノズルの壁を突っ切っており、か
つ予混合ノズル外側の流路に冷却空気２１の流路の開口
部があり、支持部材３の表面には冷却空気の噴出路が設
けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガスタービンの燃焼器に
係り、特に信頼性が高く、窒素酸化物（以下ＮＯｘと称
する）を低減するのに好適なガスタービン燃焼器及びそ
の燃焼方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】天然ガスや灯油，軽油等の窒素含有量の
少ない燃料の燃焼時に発生するＮＯｘは、空気中の窒素
が酸化されて発生するサーマルＮＯｘである。サーマル
ＮＯｘの生成は温度が高い方がその生成量が多く、温度
依存性が高いため、これらの燃料を使用するガスタービ
ンでは、一般に火炎温度を低下させて低ＮＯｘ燃焼を行
う方法が採用されている。ガスタービンの燃焼器は、ボ
イラ等で使用される燃焼器とは異なり、ガスタービン負
荷に応じて燃料流量は変化するが、起動時と低負荷時を
除けば空気流量はほぼ一定であり、燃料と空気との質量
流量比である燃空比が部分負荷から１００％の定格負荷
の間で大きく変化する。また、燃料流量が最大となる定
格負荷付近でも、燃料の完全燃焼に必要な理論空気量の
２倍近い多量の空気が供給される。従って、空気量が燃
料に対して過剰な状態で火炎を形成する希薄燃焼が適用
でき、これが現状のガスタービンの燃焼器で採用される
NOx低減法の主流技術となっている。

【０００３】気体燃料の燃焼方法は、燃料と空気とが混
合しながら燃焼する拡散燃焼方法と、燃料と空気とを予
め混合してノズルより噴出して燃焼する予混合燃焼方法
に大別される。拡散燃焼は火炎安定性に優れ、広い燃空
比範囲で火炎を形成できるが、燃料と空気が混合しなが
ら燃焼するため、火炎内で空間的に燃空比は大きく変化
し、希薄燃焼を試みても燃料の一部は燃料過剰の状態で
燃焼する。従って、局所的に火炎温度が高くなり、多量
のＮＯｘが発生しやすい。

【０００４】予混合燃焼では、燃料と空気とを燃焼室に
投入する前に混合するため、拡散燃焼よりは火炎内の燃
空比は均一になりやすく、混合が局所的に不均一になる
ことによる局所的な高温部が形成されることが少なくな
るため、ＮＯｘ低減の効果は大きいが、反面、火炎を安
定に形成できるための燃空比、及び燃料と空気の混合気
の噴出速度の条件は拡散燃焼より狭い。このため、噴出
速度が高く燃空比が小さくなると火炎は吹き消える問
題、噴出速度が低く燃空比が大きくなると予混合ノズル
内に火炎が入る、所謂逆火となる問題が生じる。特に、
逆火が生じると、燃焼器のみならず場合によってはター
ビンにもダメージを及ぼすので絶対に防止しなければな
らない。

【０００５】予混合燃焼を安定化させるためには、燃焼
反応が開始する領域、即ち保炎領域を明確に形成させる
方法が有効である。この方法がガスタービン燃焼器に適
用された例としては、特開平4−103906号公報，特開平5
−113207号公報に記載のように、予混合気気流に対して
障害となる一般に保炎器と呼ばれる物体を予混合ノズル
出口近傍に配置し、物体の後流に形成される循環流を保
炎領域とさせる技術がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】保炎器は、予混合燃焼
を安定化できるので、少ないＮＯｘ排出量でガスタービ
ンを運用できるが、更に性能を向上するためには、次の
ような課題がある。すなわち、予混合燃焼を行った場
合、実際のガスタービンの運用では、長時間の運転中に
は不安定な燃焼状態となる場合が想定される。例えば、
高温の熱や振動により燃焼器の一部が変形したり、燃料
中へ不純物が混入する等のコントロール不可能な事象が
原因となる場合がある。このような事象が出現すると、
最悪の場合火炎が予混合ノズルに逆流するか、あるいは
予混合ノズル内で発火することになる。 通常、予混合
ノズルでは、十分に速い流速が確保されているため、瞬
間的に火炎が予混合ノズル内に存在しても、速やかに予
混合ノズルの外に排出されるようになっている。又、予
混合ノズルの出口近傍に保炎器を配置すると、予混合気
の噴出流路が狭くなるので、予混合気噴出流速が大きく
なり、予混合ノズル内へ火炎は逆流しにくくなるが、予
混合ノズル内に火炎が存在しないための条件としては、
高流速である他に予混合ノズル内に大きな剥離流が生じ
ないことが重要である。

【０００７】剥離流は、ステップ状の流路部や流路拡大
部、あるいは物体後流に出現するもので、保炎器を予混
合ノズル出口近傍に配置する場合にも、剥離流が極力出
現しないように十分に考慮される。しかし、保炎器を予
混合ノズル出口近傍に配置する場合には、保炎器を予混
合ノズル出口近傍に支持するための支持部材が必ず必要
であり、支持部材は、必然的に予混合ノズル内に配置さ
れ、予混合気気流中に設置されることになるので、支持
部材の下流側には剥離流が出現する。このため、上述し
たコントロール不可能な事象により火炎が予混合ノズル
内に存在する時には、支持部材上に火炎が付着する可能
性が大きい。これを回避するには、例えば、支持部材を
薄くしかつ短くして剥離流を小さくするか、あるいは支
持部材を火炎領域から十分に離すことが考えられる。し
かし、前者は強度上の問題で、また、後者は支持する保
炎器が予混合ノズルの軸方向に長くなり、やはり強度上
の問題で限界があった。

【０００８】本発明の第１の目的は、予混合ノズル出口
近傍に保炎器を設けて予混合ノズル内に火炎が逆流する
のを防止するとともに、保炎器を支持する支持部材上に
火炎が付着することを防止できるガスタービン燃焼器及
びその燃焼方法を提供することである。

【０００９】本発明の第２の目的は、予混合気を安定燃
焼できる保炎器の特性を活かし、ＮＯｘの低減を図るこ
とができるガスタービンの燃焼器及びその燃焼方法を提
供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】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、燃料と空気の混合
気を燃焼室に噴出する予混合ノズルと、該予混合ノズル
からの混合気が燃焼室に噴出する出口近傍に設けられた
保炎器を備えたガスタービン燃焼器において、該保炎器
を支持部材により前記予混合ノズルに取り付けるととも
に、該支持部材の表面に空気あるいは冷却材の噴出路を
設けて前記支持部材の下流側に空気あるいは冷却材を噴
出するように構成したことを特徴とするものである。

【００１１】又、保炎器を支持部材により前記予混合ノ
ズルに取り付けるとともに、該支持部材を中空構造とし
表面に空気あるいは冷却材が流出する０.５ 乃至４mmの
噴出路を複数個設けたことを特徴とするものである。

【００１２】又、保炎器を支持部材により前記予混合ノ
ズルに取り付けるとともに、該支持部材の厚さが最も厚
くなる位置もしくはそれより下流側の支持部材の表面に
空気あるいは冷却材が流出する通路を設けたことを特徴
とするものである。

【００１３】又、保炎器を支持部材により前記予混合ノ
ズルに取り付けるとともに、該支持部材の下流端面に空
気あるいは冷却材が流出する通路を設けたことを特徴と
するものである。

【００１４】又、保炎器を支持部材により前記予混合ノ
ズルに取り付けるとともに、該支持部材が中空構造であ
り、支持部材の少なくとも一方の端面が前記予混合ノズ
ルの壁面を貫通したものであって、かつ貫通した端面に
は前記予混合ノズルの外側の流路に開口する開口部が設
けられ、該開口部と前記支持部材の表面に設けられた通
路とが連通されていることを特徴とするものである。

【００１５】又、燃料と空気の混合気を燃焼室に噴出す
る予混合ノズルと、該予混合ノズルからの混合気が燃焼
室に噴出する出口近傍に設けた保炎器を備えたガスター
ビン燃焼器において、前記予混合ノズル内に予混合ノズ
ルの流路断面を部分的に狭くする絞り部を設け、前記保
炎器を支持部材により前記予混合ノズルに取り付けると
ともに、前記絞り部の予混合ノズルの流路断面が最小と
なる位置もしくはそれよりも下流側に、前記支持部材の
表面から空気あるいは冷却材を噴出させる通路を設けた
ことを特徴とするものである。

【００１６】又、前記支持部材が中空構造であり、支持
部材の少なくとも一方の端面が前記予混合ノズルの壁面
を貫通したものであって、かつ貫通した端面には前記予
混合ノズルの外側の流路に開口する開口部が設けられ、
該開口部と前記支持部材の表面に設けられた通路とが連
通されていることを特徴とするものである。

【００１７】又、本発明のガスタービン燃焼器の燃焼方
法は、燃料と空気の混合気を燃焼室に噴出する予混合ノ
ズルからの混合気を燃焼室に噴出し、該予混合ノズルか
らの混合気が燃焼室に噴出する出口近傍に設けた保炎器
により保炎するガスタービン燃焼器の燃焼方法におい
て、該保炎器を前記予混合ノズルに取り付けるための支
持部材の表面に設けられた噴出路から空気あるいは冷却
材を噴出して火炎を下流側に押し出すようにして燃焼さ
せることを特徴とするものである。

【００１８】又、前記支持部材が中空構造であって、前
記予混合ノズルの外側の流路に開口する開口部から空気
あるいは冷却材を取り入れて、前記支持部材の表面に設
けられた噴出路から吹き出すことを特徴とするものであ
る。

【００１９】

【作用】通常の燃焼状態では、予混合ノズルから流出す
る予混合気気流に収まるように予混合ノズル出口近傍に
保炎器を配置すると、火炎は保炎器の下流端面を起点と
して安定に形成され、予混合ノズル内に逆流することは
ない。しかし、前述のようなコントロール不可能な事象
により火炎が予混合ノズル内に存在する場合には、支持
部材の後流に剥離流が存在するため、支持部材に火炎が
付着し、予混合ノズル内の気流によって火炎を押し出す
ことができず、燃焼器に損傷を与える可能性が高くなる
が、支持部材の表面から空気あるいは冷却材を噴出でき
るようにしているので、支持部材に火炎が付着しないよ
うにできる。

【００２０】支持部材に開ける通路の位置は、支持部材
の最下流端面、あるいは支持部材の厚さが最も厚くなる
付近の側面が好ましく、これらの両者を併用するのが望
ましい。支持部材に開ける通路の位置が支持部材の最下
流端面である場合には、最下流端面に噴出される空気あ
るいは冷却材によって、この付近の燃空比が低減するの
で、火炎は付着しない。支持部材に開ける通路の位置が
支持部材の厚さが最も厚くなる付近の側面である場合に
は、該側面に噴出される空気あるいは冷却材によって、
支持部材の厚さが最も厚くなる側面の近傍からできやす
い剥離流の燃空比が低減するので、火炎は支持部材に付
着しない。支持部材の最下流端面及び支持部材の厚さが
最も厚くなる付近の側面の双方に通路を開けた場合に
は、更に支持部材に火炎が付着する可能性を少なくする
ことができる。

【００２１】また、予混合ノズルの流路断面を部分的に
狭くする絞り部と、保炎器を前記予混合ノズルに取り付
ける支持部材を有し、絞り部により予混合ノズルの流路
断面が最小となる位置かあるいはそれよりも下流側に、
支持部材の表面から空気あるいは冷却材を噴出できるよ
うにしており、絞り部を設けると、流速分布及び燃料濃
度分布の均一化が促進されるので、排出ＮＯｘの低減に
有効である。また、予混合ノズルの壁面から発生する剥
離流の成長を抑制できる。又、絞り部を設けることによ
り、絞り部の流速が速くなり、絞り部の前後で圧力損失
が発生する。そこで、絞り部により予混合ノズルの流路
断面が最小となる位置かあるいはそれよりも下流側の位
置で、支持部材の表面から空気あるいは冷却材を噴出す
るようにすると、相対的に圧力が低い領域に空気あるい
は冷却材を噴出できるので、より少ない圧力でより多く
の空気あるいは冷却材を予混合ノズルに供給できる。

【００２２】また、支持部材は、少なくとも支持部材の
端面の一つが予混合ノズルの壁面を貫通し、かつ貫通し
た端面には、予混合ノズルの外側の流路に対する開口部
が形成されており、開口部は支持部材の表面から空気あ
るいは冷却材を噴出させるための噴出路と流路で連通す
るようにしているので、予混合ノズルでは、流体の流れ
によって圧力損失が発生し、予混合ノズルの壁面の外側
の流路の圧力の方が予混合ノズル内の圧力よりも大きく
なる。したがって、少なくとも支持部材の端面の一つを
予混合ノズルの壁面の外側の流路に開口させ、開口部を
支持部材の表面から空気あるいは冷却材を噴出させるた
めの噴出路と流路で連通させることで、支持部材の噴出
路から円滑に冷却空気を噴出できる。ここで、前述のよ
うに、予混合ノズル内に流路断面を部分的に狭くする絞
り部を設け、絞り部によって予混合ノズルの流路断面が
最小となる位置かあるいはそれよりも下流側に、支持部
材の表面から冷却空気を噴出させるようにすると、冷却
空気の噴出に要する圧力差を大きくできるので、より多
くの冷却空気を予混合ノズル内の支持部材に供給でき
る。

【００２３】そして、ガスタービン及びガスタービン発
電プラントに組み込むことによって、燃焼の安定性及び
環境汚染防止に対するガスタービン及びガスタービン発
電プラントの信頼性を高めることができる。

【００２４】

【実施例】本発明の一実施例を図１から図６により説明
する。図１は、本実施例の燃焼器を用いた発電システム
の構成図、図２は、本実施例のガスタービン燃焼器の予
混合ノズル部分を示す縦断面図、図３は、図２に示す予
混合ノズル部分を矢視Ａ方向（下流側）から見た平面
図、図４は、支持部材及びその近傍の長手方向の縦断面
図、図５は支持部材の厚さ方向の断面形状を横断面図、
図６は、支持部材の形状を示す側面図である。

【００２５】本実施例の発電システムは、例えば、図１
に示すように、ガスタービン１０１と回転軸を連結され
た空気圧縮機１０２，空気圧縮機１０２からの空気を燃
焼用空気として高温の燃焼ガスを発生する燃焼器１０
９，ガスタービン１０１と連結された発電機１０３，ガ
スタービン１０１の後流側に配置された廃熱回収ボイラ
１０４，排熱回収ボイラに接続された蒸気タービン１０
６，蒸気タービン１０６と連結された発電機１０７等か
ら構成されている。空気圧縮機１０２からの空気は燃焼
器１０９へ導入され、ここで燃料を燃焼し、高温の気体
となってガスタービン１０１へ導かれ、燃焼器１０９で
発生した高温の燃焼ガス１１０をガスタービン１０１へ
供給し、これを駆動する。燃焼ガス１１０によりガスタ
ービン101で発生した動力の一部は空気圧縮機１０２の
動力として用いられ、残りの動力は発電機１０３の駆動
用として用いられる。燃焼ガス１１０はガスタービン１
０１を駆動した後、排熱回収ボイラ１０４を通過し、通
過する際に蒸気１０５を発生し、煙突１０８から外気へ
放出される。排熱回収ボイラ１０４で発生した蒸気１０
５は、蒸気タービン１０６に送られ、発電機１０７を駆
動する。

【００２６】本実施例のガスタービン燃焼器は、燃焼
室，拡散燃料用燃焼ノズル，予混合ノズル等から構成さ
れるが、図１，図２では、予混合ノズルと燃焼室の一部
分のみを示している。上述したように、空気圧縮機１０
２からの燃焼用空気２０は、燃焼器 １０９の下流側か
ら燃焼室５０を形成するライナ表面を冷却した後、燃焼
器109 の上流側へ導かれ、予混合ノズル１内に供給され
る。燃料は、円周方向に複数本配置した予混合燃焼用燃
料ノズル２６から噴出される。噴出された燃料は、仕切
り板４で細分化された空間で空気と混合され、予混合気
３０となって予混合ノズル１から燃焼室５０に噴出され
る。ここで、予混合ノズルは一本でもよいし、複数本で
構成してもよい。また、拡散燃焼用のノズルと組み合わ
せてもよい。

【００２７】本実施例の燃焼器は、予混合ノズル１は、
図２に断面形状を示すように、２重円管となっており、
予混合ノズル１の燃焼室５０への出口近傍には、図３に
示すように、リング状の保炎器２が設置されている。リ
ング状の保炎器２は、予混合気３０の流れに対して抵抗
体となり、その後流に循環流４１を発生させる。燃焼時
には、循環流４１は、高温の燃焼ガスになるので、この
循環流４１に沿って火炎４０が安定に形成される。リン
グ状の保炎器２は、円周方向に複数本配置した支持部材
３もしくは支持材によって、予混合ノズル１に接合され
ている。

【００２８】本実施例に係る最も好適な保炎器２は、予
混合ノズル１から流出される予混合気気流に収まるよう
に予混合ノズル１の出口近傍に配置される、いわゆるブ
ラフボディ型保炎器であり、ブラフボディ型保炎器の後
流には強い循環流が形成されるため、ＮＯｘ低減に必要
な低い燃空比でも失火することがなく、安定な予混合火
炎が形成できる利点がある。

【００２９】ところで、保炎器２を予混合ノズル１から
流出される予混合気気流に収まるように予混合ノズル１
の出口近傍に配置するには、保炎器２の一部を予混合ノ
ズル１と接合するか、第３の部材を介して保炎器２と予
混合ノズル１の双方を接合しなければならない。ここ
で、支持部材３は、保炎器２の構成部分の一部であるか
第３の部材を介するかを問わず、保炎器２と予混合ノズ
ル１とを接続する部分のことをいう。支持部材３の表面
からは、冷却空気２１あるいは冷却材が噴出できるよう
になっているが、その詳細を以下に説明する。

【００３０】図４及び図５に示すように、支持部材３
は、側面から大きな剥離流が発生しないように、上流側
の側面１１の厚さを若干小さく形成している。保炎器２
は、上流部に設けたスリット２ａによって支持部材３に
差し込むようになっており、リング状の保炎器２の配置
がずれないように、燃焼時にも固定部分に過度の応力が
かからないように充分に留意して接合される。支持部材
３は、予混合ノズル１の外周壁６と内周壁５を貫通して
おり、支持部材３の端面３ａには開口部７が形成されて
いる。図２に示すように、流れの抵抗となる燃料ノズル
２６や曲がり部分が設けられているので、空気２０が予
混合ノズル１内を通過することにより、予混合ノズル１
の外側と内側で圧力差が生ずる。支持部材３の表面に
は、開口部７と流路１０とに連通するように複数の噴出
路８（この噴出路８を溝形状も含めて噴出路あるいは通
路ともいう）が設けられているので、予混合ノズル１の
外側と内側との圧力差により外側の流路を流れる空気
は、開口部７と流路１０に導かれ、予混合ノズル１の内
側に配置されている支持部材３の表面から噴出する。

【００３１】ここで、支持部材３の形状としては、剥離
流が小さく、しかも十分な強度を有するような厚さと
し、極力流れに対して抵抗とならないように配置するの
が望ましい。また、支持部材３は空気あるいは冷却材の
流路を形成するために中空構造とし、表面に０.５ 乃至
４mm程度の孔（通路ともいう）を開け、この通路から空
気あるいは冷却材として、水蒸気や水を噴出する。ここ
で、通路径を０.５ 乃至４mm程度の範囲に設定する理由
としては、通路径が０.５mm 以下では、空気あるいは冷
却材に含まれる固形不純物によって通路が閉塞する恐れ
があり、また通路径が４mm以上では支持部材３の厚さが
厚くなり、剥離流が大きくなるためである。ただし、通
路をスリット状に開ける場合には、通路の長手方向の長
さを４mm以上に形成してもかまわない。

【００３２】噴出路８は、支持部材３の最下流部分８
ａ、あるいは支持部材３の厚さが最も厚くなる部分１２
の側面の近傍８ｂに配置してよいが、図５，図６に示す
ように支持部材３の最下流部分８ａと支持部材３の厚さ
が最も厚くなる部分１２の側面の近傍８ｂに配置するの
が望ましい。

【００３３】支持部材３の最下流部分８ａに噴出路を設
ける場合には、最下流端面に噴出される空気あるいは冷
却材によって、支持部材３の後流にできる剥離流の燃空
比を低減できるので、この部分に火炎が付着するのを防
止することができる。また、支持部材３の厚さが最も厚
くなる部分１２の近傍の側面８ｂに噴出８を設ける場合
には、側面に噴出される空気あるいは冷却材によって、
支持部材３の厚さが最も厚くなる側面８ｂ部分から発生
する剥離流の燃空比を低減できるので、この部分に火炎
が付着するのを防止することができる。支持部材３の最
下流端面及び支持部材３の厚さが最も厚くなる付近の側
面の双方に通路を開けた場合には、更に支持部材３に火
炎が付着する可能性を少なくすることができる。

【００３４】また、支持部材３は、少なくとも支持部材
３の端面の一つが予混合ノズルの壁面を貫通し、かつ貫
通した端面には、予混合ノズル１の外側の流路に対する
開口部が形成されており、開口部は支持部材３の表面か
ら空気あるいは冷却材を噴出させるための噴出路と流路
で連通するようにしているので、予混合ノズル１では、
流体の流れによって必ず圧力損失が発生するので、予混
合ノズル１の壁面の外側の流路の圧力の方が予混合ノズ
ル１内の圧力よりも大きくなる。したがって、少なくと
も前記支持部材３の端面の一つを該予混合ノズルの壁面
の外側の流路に開口させ、開口部を支持部材３の表面か
ら空気あるいは冷却材を噴出させるための噴出路と流路
で連通させることで、支持部材３の噴出路から円滑に冷
却空気を噴出できる。

【００３５】すなわち、予混合ノズルでの流体の圧力損
失により、予混合ノズル外側に比べて内側の圧力は小さ
いので、この圧力差により、予混合ノズル外側を流れる
空気は、支持部材３の冷却空気通路から予混合ノズル内
に噴出される。このため、支持部材３の後流や側面から
発生する剥離流の燃空比が小さくなり、支持部材３に火
炎が付着することはない。したがって、コントロール不
可能な事象によって予混合ノズル内に火炎が存在する場
合にも、速やかに火炎を押し出すことができ、燃焼器の
焼損を防止できる。

【００３６】以上のように、本実施例によれば、保炎器
を予混合ノズル出口近傍に配置するために必要となる支
持部材から発生する剥離流の燃空比を低減できる。その
結果、コントロールできない事象により火炎が瞬間的に
予混合ノズル内に存在しても、支持部材３に火炎が付着
することがなく、火炎を予混合ノズル外に押し出すこと
ができるので、燃焼器が焼損するのを防止できる効果が
ある。そして、このようなガスタービン燃焼器を組み込
むことにより、ガスタービン及びガスタービン発電プラ
ントの信頼性が向上する。

【００３７】本発明の他の実施例を図７により説明す
る。図７は、本実施例の予混合ノズルの出口近傍の断面
形状を示す縦断面図である。

【００３８】本実施例は、図４に示す実施例と同様に構
成されているが、図４に示す実施例と異なる点は、予混
合ノズル１内に絞り部１５を設けていることである。予
混合ノズルの出口付近に絞り部１５を設けることによっ
て、流速分布及び燃料濃度分布の均一化を促進して排出
ＮＯｘの低減が図れる。また、予混合ノズルの内壁面か
ら発生する剥離流が成長するのを防止することができ
る。

【００３９】その反面、絞り部１５を設けることによ
り、予混合ノズル１内の圧力損失が増加する。そこで、
本実施例では、絞り部１５により後流側の予混合ノズル
の流路面積が最も狭くなる位置１６付近に支持部材３を
配置し、支持部材３の表面の冷却空気通路８を、予混合
ノズル１の流路面積が最も狭くなる位置１６かそれより
も下流側に配置し、予混合ノズル１の流路断面が最小と
なる位置かあるいはそれよりも下流側に、支持部材３の
表面から空気あるいは冷却材を噴出できるようにしてい
る。絞り部を設けると、流速分布及び燃料濃度分布の均
一化が促進されるので、排出ＮＯｘの低減に有効であ
る。また、予混合ノズル１の壁面から発生する剥離流の
成長を抑制できる。また、絞り部１５を設けることによ
り、絞り部１５の流速が速くなり、絞り部１５の前後で
圧力損失が発生する。そこで、絞り部１５により予混合
ノズル１の流路断面が最小となる位置かあるいはそれよ
りも下流側の位置で、支持部材３の表面から空気あるい
は冷却材を噴出するようにすると、相対的に圧力が低い
領域に空気あるいは冷却材を噴出できるので、より少な
い圧力でより多くの空気あるいは冷却材を予混合ノズル
１に供給できる。

【００４０】このように構成することにより、絞り部１
５を設けたことに起因する圧力損失の増加分を、予混合
ノズル１の外側から内側へ冷却空気を導入するための圧
力差として利用できるため、冷却空気流量を増加させる
ことができる。

【００４１】本実施例によれば、絞り部を配置すること
によって生じる圧力損失の増加分を、予混合ノズル内に
冷却空気を供給するための圧力差として利用でき、より
多くの冷却空気を予混合ノズル内の支持部材に供給でき
て冷却空気流量を増加できるため、支持部材へ火炎が付
着することをより確実に防止できる効果がある。

【００４２】本発明の他の実施例を図８及び図９により
説明する。図８は、本実施例のガスタービン燃焼器の予
混合ノズル部分を示す縦断面図、図９は、予混合ノズル
の出口近傍の断面形状を示す縦断面図である。

【００４３】本実施例は、図１に示す実施例と同様に構
成されているが、図１に示す実施例と異なる点は、支持
部材３に冷却材２１を供給するためのヘッダー１７と導
入管１８が設けていることである。冷却材２１として、
空気，水あるいは水蒸気が用いられるが、いずれの場合
でも、冷却材２１をコンプレッサやポンプ等の加圧手段
により予混合ノズル１に供給する。この場合、図９に示
すように、支持部材３の端面の開口部７のうち、一端を
閉じておくと冷却材２１が予混合ノズルの外側に洩れ出
ることがなく、供給した冷却材２１の全てを支持部材３
の表面から噴出させることができる。また、本実施例に
よれば、支持部材３に供給する冷却材の流量を任意に制
御できる効果がある。

【００４４】なお、以上ではガスタービン燃焼器の運用
方法を例にとり説明したが、他の運用方法に適用するこ
とができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
予混合ノズルの出口近傍に配置される保炎器で排出ＮＯ
ｘ量の少ない予混合燃焼火炎を安定に保持することがで
き、かつ保炎器を予混合ノズルに接合するための支持部
材に火炎が付着するのを回避できる効果がある。その結
果、コントロール不可能な事象で予混合ノズル内に火炎
が存在するようになった場合でも、燃焼器が焼損する前
に火炎を予混合ノズルから押し出すことができるので、
長期間にわたり信頼性の高いガスタービンの運転ができ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である燃焼器を用いた発電シ
ステムの構成図である。

【図２】本実施例のガスタービン燃焼器の予混合ノズル
部分を示す縦断面図である。

【図３】図２に示す予混合ノズル部分を矢視Ａ方向（下
流側）から見た平面図である。

【図４】支持部材及びその近傍の長手方向の縦断面図で
ある。

【図５】支持部材の厚さ方向の断面形状を横断面図であ
る。

【図６】支持部材の形状を示す側面図である。

【図７】本発明の他の実施例の予混合ノズルの出口近傍
の断面形状を示す縦断面図である。

【図８】本発明の他の実施例のガスタービン燃焼器の予
混合ノズル部分を示す縦断面図である。

【図９】予混合ノズルの出口近傍の断面形状を示す縦断
面図である。

【符号の説明】

１…予混合ノズル、２…保炎器、３…支持部材、４…仕
切り板、５…予混合ノズル内周壁、６…予混合ノズル外
周壁、７…開口部、８…噴出路、１０…流路、１１…支
持部材上流側面、１２…支持部材の最も厚い部分、１
５，１６…絞り部、１７…冷却材導入ヘッダ、１８…冷
却材導入管、２０…空気、２５…燃料、２６…燃料ノズ
ル、３０…予混合気気流、４０…火炎、４１…循環流、
５０…燃焼室。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 忠孝 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 小松 康孝 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料と空気の混合気を燃焼室に噴出する予
   混合ノズルと、該予混合ノズルからの混合気が燃焼室に
   噴出する出口近傍に設けられた保炎器を備えたガスター
   ビン燃焼器において、該保炎器を支持部材により前記予
   混合ノズルに取り付けるとともに、該支持部材の表面に
   空気あるいは冷却材の噴出路を設けて前記支持部材の下
   流側に空気あるいは冷却材を噴出するように構成したこ
   とを特徴とするガスタービン燃焼器。
2. 【請求項２】燃料と空気の混合気を燃焼室に噴出する予
   混合ノズルと、該予混合ノズルからの混合気が燃焼室に
   噴出する出口近傍に設けられた保炎器を備えたガスター
   ビン燃焼器において、該保炎器を支持部材により前記予
   混合ノズルに取り付けるとともに、該支持部材を中空構
   造とし表面に空気あるいは冷却材が流出する０.５ 乃至
   ４mmの噴出路を複数個設けたことを特徴とするガスター
   ビン燃焼器。
3. 【請求項３】燃料と空気の混合気を燃焼室に噴出する予
   混合ノズルと、該予混合ノズルからの混合気が燃焼室に
   噴出する出口近傍に設けられた保炎器を備えたガスター
   ビン燃焼器において、該保炎器を支持部材により前記予
   混合ノズルに取り付けるとともに、該支持部材の厚さが
   最も厚くなる位置もしくはそれより下流側の支持部材の
   表面に空気あるいは冷却材が流出する通路を設けたこと
   を特徴とするガスタービン燃焼器。
4. 【請求項４】燃料と空気の混合気を燃焼室に噴出する予
   混合ノズルと、該予混合ノズルからの混合気が燃焼室に
   噴出する出口近傍に設けられた保炎器を備えたガスター
   ビン燃焼器において、該保炎器を支持部材により前記予
   混合ノズルに取り付けるとともに、該支持部材の下流端
   面に空気あるいは冷却材が流出する通路を設けたことを
   特徴とするガスタービン燃焼器。
5. 【請求項５】燃料と空気の混合気を燃焼室に噴出する予
   混合ノズルと、該予混合ノズルからの混合気が燃焼室に
   噴出する出口近傍に設けられた保炎器を備えたガスター
   ビン燃焼器において、該保炎器を支持部材により前記予
   混合ノズルに取り付けるとともに、該支持部材が中空構
   造であり、支持部材の少なくとも一方の端面が前記予混
   合ノズルの壁面を貫通したものであって、かつ貫通した
   端面には前記予混合ノズルの外側の流路に開口する開口
   部が設けられ、該開口部と前記支持部材の表面に設けら
   れた通路とが連通されていることを特徴とするガスター
   ビン燃焼器。
6. 【請求項６】燃料と空気の混合気を燃焼室に噴出する予
   混合ノズルと、該予混合ノズルからの混合気が燃焼室に
   噴出する出口近傍に設けた保炎器を備えたガスタービン
   燃焼器において、前記予混合ノズル内に予混合ノズルの
   流路断面を部分的に狭くする絞り部を設け、前記保炎器
   を支持部材により前記予混合ノズルに取り付けるととも
   に、前記絞り部の予混合ノズルの流路断面が最小となる
   位置もしくはそれよりも下流側に、前記支持部材の表面
   から空気あるいは冷却材を噴出させる通路を設けたこと
   を特徴とするガスタービン燃焼器。
7. 【請求項７】前記支持部材が中空構造であり、支持部材
   の少なくとも一方の端面が前記予混合ノズルの壁面を貫
   通したものであって、かつ貫通した端面には前記予混合
   ノズルの外側の流路に開口する開口部が設けられ、該開
   口部と前記支持部材の表面に設けられた通路とが連通さ
   れている請求項１から４，６のいずれかに記載のガスタ
   ービン燃焼器。
8. 【請求項８】前記支持部材に設けられた通路を０.５ 乃
   至４mmの範囲に設定した請求項１，３から６のいずれか
   に記載のガスタービン燃焼器。
9. 【請求項９】前記保炎器がリング状に形成されている請
   求項１から８のいずれかに記載のガスタービン燃焼器。
10. 【請求項１０】前記保炎器がブラフボディ型の保炎器で
    ある請求項１から８のいずれかに記載のガスタービン燃
    焼器。
11. 【請求項１１】燃料と空気の混合気を燃焼室に噴出する
    予混合ノズルからの混合気を燃焼室に噴出し、該予混合
    ノズルからの混合気が燃焼室に噴出する出口近傍に設け
    た保炎器により保炎するガスタービン燃焼器の燃焼方法
    において、該保炎器を前記予混合ノズルに取り付けるた
    めの支持部材の表面に設けられた噴出路から空気あるい
    は冷却材を噴出して火炎を下流側に押し出すようにして
    燃焼させることを特徴とするガスタービン燃焼器の燃焼
    方法。
12. 【請求項１２】前記支持部材が中空構造であって、前記
    予混合ノズルの外側の流路に開口する開口部から空気あ
    るいは冷却材を取り入れて、前記支持部材の表面に設け
    られた噴出路から吹き出す請求項１１に記載のガスター
    ビン燃焼器の燃焼方法。