JPH09166326A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】一部分が燃焼している状態においても、燃焼効
率が高く、かつＮＯｘ生成の少ない予混合燃焼割合を多
くすると同時に、この予混合気燃料濃度の低い場合にも
安定燃焼し、かつ、広出力帯で低ＮＯｘ燃焼が可能であ
り、さらに予混合燃焼器の壁面温度上昇を抑制可能なガ
スタービン燃焼装置を提供する。 【解決手段】内筒１０２の端部軸心に拡散燃焼用の第１
燃料ノズル１１３と空気スワーラ１１２，１１９を有す
る第１予混合室１１１を設け、その外周に第２予混合室
１２１と第３予混合室１３１を交互に設け、各々に燃料
ノズル１１４，１２３，１２７，１３３を設ける。予混
合室出口端は順次燃焼室１４１内へ長く突き出し、第３
予混合室外周には冷却空気案内筒１３６を設ける。出力
に応じて軸心から外周へと燃料供給燃料ノズル本数を制
御する。この結果、全作動範囲で燃焼効率が高く、かつ
ＮＯｘ生成の少ない燃焼が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガスタービン燃焼器
の改良に係り、特に希薄予混合燃焼を行う予混合燃焼器
を備えたガスタービン燃焼器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来一般に採用されているこの種のガス
タービン燃焼器，すなわち希薄予混合燃焼を主体とする
ガスタービン燃焼装置の一例は、例えば特開平５−１９
６２３２号公報に開示されており、内筒軸心部に配置さ
れている拡散燃焼器は燃焼安定性を高める働きをする。
また、その外周側の円周上に複数の円筒を多段に配置し
た予混合燃焼器からは燃料希薄予混合気が供給され、拡
散燃焼によって補助されながら燃焼するように形成され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように形成されて
いる燃焼器において、多段に配置した予混合燃焼器の段
間の距離を短くすると、拡散燃焼器と上流段の予混合燃
焼器のみが燃焼する状態では予混合気が燃焼を完了する
前に下流段の予混合燃焼器から噴出する空気が混合し、
火炎が冷却されるために燃料の一部が未燃焼のまま排出
されたり、有毒な一酸化炭素が多量に排出される。

【０００４】一方、多段に配置した予混合燃焼器の段間
の距離を長くすると、上流段の予混合燃焼が完了し、下
流段予混合器外周の燃焼ガス温度が高くなるために、予
混合器壁面温度が材料許容温度以上に上昇し、変形また
は破損することによって所期の性能を得られない場合が
ある。

【０００５】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、一部分が燃焼している状態におい
ても、燃焼効率が高く、ＮＯｘ生成の多い拡散燃焼割合
を少なくし、すなわちＮＯｘ生成の少ない予混合燃焼割
合を多くすると同時に、この予混合気燃料濃度の低い場
合にも安定燃焼し、かつ、広出力帯で低ＮＯｘ燃焼が可
能であり、さらに予混合燃焼器の壁面温度上昇を抑制可
能なこの種のガスタービン燃焼装置を提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、燃焼
室の軸心部に配置され、燃料を噴射して拡散燃焼を行う
拡散燃焼器と、該拡散燃焼器の外周側に配置され、空気
と燃料の混合気を噴出して予混合燃焼を行うとともに、
前記拡散燃焼器の燃料出口端よりもその混合気出口端が
下流側に突出して形成された複数の第１の予混合燃焼器
と、該第１の予混合燃焼器の混合気出口端よりも、その
混合気出口端が下流側に突出して形成された複数の第２
の予混合燃焼器とを有し、前記第１の予混合燃焼器およ
び第２の予混合燃焼器を、前記拡散燃焼器の外周側に、
円周方向に交互に配置し、第２の予混合燃焼器の外周の
少なくとも一部分に空気膜冷却用の空気通路を設けるよ
うになし所期の目的を達成するようにしたものである。

【０００７】また、本発明の第２の特徴は、上記の第１
の予混合燃焼器の混合気出口近傍に、前記混合気に旋回
を与える旋回器を設けたことにある。さらに、本発明の
第３の特徴は、拡散燃焼器の燃料出口近傍に空気を供給
する手段に、燃料を供給する手段を設けて拡散燃焼器の
燃料出口近傍に燃料と空気の混合気を供給するように構
成したことにある。すなわち、拡散燃焼器の燃料と上記
の混合気を混合させて燃焼器の中央部に火炎を形成させ
るものである。さらにまた、上記第１の特徴にあるガス
タービンの構成に、上記第３の特徴のある拡散燃焼器の
燃料出口近傍に混合気を供給する手段を設けても良い。

【０００８】さらにまた、本発明の第４の特徴は、上記
第３の特徴のある拡散燃焼器の燃料出口近傍に混合気を
供給する手段、すなわち予混合気噴射ノズルの混合気出
口近傍に、前記混合気に旋回を与える第１の旋回器と該
第１の旋回器の外周側に位置する第２の旋回器を設ける
とともに、前記第１および第２の旋回器から噴出される
混合気の旋回方向がそれぞれ同方向になるように、かつ
前記第１の旋回器から噴出される混合気の流量よりも、
前記第２の旋回器から噴出される混合気の流量が多くな
るように前記第１および第２の旋回器を構成したことに
ある。

【０００９】さらにまた、本発明の第５の特徴は、第１
の予混合燃焼器の混合気出口近傍に、前記混合気に旋回
を与える旋回器を備え、該旋回器と前記混合気出口との
中間部に燃料を噴射して拡散燃焼する燃料出口を設けた
ことにある。上記第５の特徴にある構成は前述した第１
の特徴乃至第４の特徴にある構成のいずれにも適用して
も良い。

【００１０】さらにまた、本発明の第６の特徴は、外筒
とその内部に設けられた燃料室を形成する内筒とを有
し、この外筒と内筒との間の空気を流通せしめて燃焼器
を冷却するように構成されたものにおいては、拡散燃焼
器の外周側に配置され空気と燃料の混合気を噴出して予
混合燃焼を行うとともに、前記拡散燃焼器の燃料出口端
よりもその混合気出口端が下流側に突出して形成された
複数の第１の予混合燃焼器と、該第１の予混合燃焼器の
混合気出口端よりも、その混合気出口端が下流側に突出
して形成された複数の第２の予混合燃焼器と、前記拡散
燃焼器と前記第１および第２の予混合燃焼器との間に設
けられた拡散燃焼器の燃料出口近傍に空気と燃料の混合
気を供給する予混合気噴出ノズルとを設けるとともに、
前記第１の予混合燃焼器および第２の予混合燃焼器を、
前記拡散燃焼器の外周側に円周方向に交互に配置し、第
２の予混合燃焼器の外周の、少なくとも一部分に空気膜
冷却用の空気通路を設け、さらに前記内筒もしくは前記
尾筒に、前記外筒と内筒との間に流通する空気を、前記
燃焼室へ導く空気流通孔と、該空気流通孔を流通する空
気の流量を制御する空気流量制御弁を設けたことにあ
る。

【００１１】さらにまた、本発明の第７の特徴は、ガス
タービン燃焼器の燃焼室軸心部に設置され、燃料を噴射
して拡散燃焼を行う拡散燃焼器と、該拡散燃焼器の外周
側に配置され空気と燃料の混合気を噴出して予混合燃焼
を行う複数の第１の予混合燃焼器と、該第１の予混合燃
焼器の混合気出口端よりも、その混合気出口端が下流側
に突出して形成された複数の第２の予混合燃焼器と、前
記拡散燃焼器と前記第１および第２の予混合燃焼器との
間に設けられた前記拡散燃焼器の燃料出口近傍に空気と
燃料の混合気を供給する予混合気噴出ノズルとを設け、
前記第１の予混合燃焼器および第２の予混合燃焼器を、
前記拡散燃焼器の外周側に、円周方向に交互に配置し、
第２の予混合燃焼器の外周の、少なくとも一部分に空気
膜冷却用の空気通路を設け、かつ前記ガスタービンの出
力が大きくなるにつれて、前記予混合気噴出ノズルか
ら、前記第１の予混合燃焼器、第２の予混合燃焼器の順
に燃料を投入して混合気の流量を増加させるように構成
したことにある。

【００１２】上記本発明の第１の特徴に依れば、第１の
予混合燃焼器の混合気出口端を拡散燃焼器の燃料出口端
よりも下流側に突出して形成され、また第２の予混合燃
焼器の混合気出口端は、前記第１の予混合燃焼器の混合
気出口端よりも下流側に突出して形成され、かつこの第
１および第２の予混合燃焼器を拡散燃焼器の外周側に、
円周方向に交互に配置したので、拡散燃焼器の拡散燃焼
火炎が、第１の予混合燃焼器、第２の予混合燃焼器の順
に着火させるようになり、予混合燃焼器の着火性が向上
するとともに、拡散燃焼火炎と予混合燃焼火炎との干渉
を抑制することができるので、拡散燃焼火炎は安定した
燃焼を維持することができ、かつ予混合燃焼火炎は、拡
散燃焼火炎の高温火炎の影響を受けることが少なくなる
ため、希薄燃焼を行ってＮＯｘ生成を抑制するという予
混合燃焼器の特性を活かすことができる。

【００１３】また、燃焼室内に突出している第２の予混
合燃焼の外周に空気膜冷却用の空気通路を設けたことに
より、拡散燃焼火炎および第１の予混合燃焼器の予混合
燃焼火炎から第２の予混合燃焼器側面への入熱量を減少
でき、第２の予混合燃焼器の変形および破損を防止でき
る。

【００１４】上記本発明の第２の特徴に依れば、混合気
に旋回を与えることができるため、予混合燃焼火炎の安
定性が向上する。

【００１５】さらに、上記本発明の第３の特徴に依れ
ば、拡散燃焼器の燃料出口近傍に混合気を供給するの
で、拡散燃料はこの混合気と混合して燃焼するようにな
るため、拡散燃焼火炎の安定性が大幅に向上する。すな
わち本発明は、拡散燃料のみで拡散燃焼を行う従来の拡
散燃焼器に変えて、拡散燃料と混合気で燃焼室中央部に
拡散燃焼火炎が形成されるように拡散燃焼器を構成した
ものである。

【００１６】さらにまた、上記本発明の第４の特徴に依
れば、拡散燃焼器の燃料出口近傍に混合気を供給する予
混合気噴射ノズルの混合器出口近傍に混合気に旋回を与
える第１の旋回器と、該第１の旋回器の外周側に位置す
る第２の旋回器を設けるとともに、前記第１および第２
の旋回器から噴出される混合気の旋回方向が同方向にな
るように、かつ前記第１の旋回器から噴出される混合気
の流量よりも、前記第２の旋回器から噴出される混合気
の流量が多くなるように前記第１および第２の旋回器を
構成したので、燃焼器の軸心に設けられた拡散燃料ノズ
ルから噴射された拡散燃料は、上記第１の旋回器から流
出した混合気と混合して、より一層燃焼しやすい混合気
を形成し、拡散燃焼火炎を安定させることができる。

【００１７】なお、この時、第１の旋回器から流出され
る混合気が多すぎると、噴射された拡散燃料が燃焼して
いる根元部を第１の旋回器から流出される混合気によっ
て冷却され、燃焼火炎を安定させる効果が小さくなるの
で、必要以上の混合気は、第１の旋回器の外周側にある
第２の旋回器から噴出するように構成する。

【００１８】すなわち第１および第２の旋回器から噴出
される混合気の旋回方向が同方向になるように、かつ前
記第１の旋回器から噴出される混合器の流量よりも、前
記第２の旋回器から噴出される混合気の流量が多くなる
ように構成することによって、上記の拡散燃焼火炎を安
定させるのに必要以上の混合気は、第２の旋回器を介し
て拡散燃焼火炎の外周部に供給され、拡散燃焼火炎の安
定性を損なうことなく拡散燃焼火炎と反応するようにな
る。

【００１９】さらに拡散燃焼用空気に燃料空気予混合気
を用いることにより、軸心に設けられた拡散燃料ノズル
から噴射される燃料が少ない状態でも安定して燃焼する
ことが可能となり、低ＮＯｘ化を達成できる。

【００２０】さらにまた、上記本発明の第５の特徴に依
れば、混合気出口近傍に、前記混合気に旋回を与える旋
回器を備えた第１の予混合燃焼器の、前記旋回器と前記
混合気出口の中間部に拡散燃料の燃料出口を設けたこと
により、安定燃焼可能な燃料濃度範囲が広い拡散燃焼が
可能となり、燃焼室軸心部に設置された拡散燃焼器単独
の燃焼状態から、第１の予混合燃焼器が同時に燃焼する
燃焼状態へ移行可能な条件が、前記第１の予混合燃焼器
において予混合燃焼を開始可能な条件よりもガスタービ
ン出力の低い側に移動する。すなわち燃焼している燃焼
器の本数を変化させる場合のガスタービン出力の変動を
小さくすることが可能となる。

【００２１】さらにまた、上記本発明の第６の特徴に依
れば、尾筒もしくは内筒に空気流通孔を設けてこの空気
流通孔から燃焼室へ流入する空気流量を制御するため、
燃焼域へ供給する空気流量を減少させることができ、燃
料空気予混合気の濃度を一定に保つことが可能となり、
高燃焼効率、低ＮＯｘ燃焼が可能となるのである。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下図示した実施例に基づいて本
発明を詳細に説明する。図１および図２にはそのガスタ
ービン燃焼器が断面で示されている。燃焼器の外形は燃
焼器全体を収納する圧力容器である円筒状の外筒１０１
で形成され、この外筒１０１の内部には燃焼室１４１を
形成する内筒１０２を有し、内筒１０２により形成され
る燃焼室１４１内には、その端部中心に、拡散燃料を噴
射する拡散燃料ノズルである第１燃料ノズル１１３が設
けられている。

【００２３】上記の構成を有する燃焼器における本実施
例の特徴とする構成について、以下に説明する。第１燃
料ノズル１１３の外周には、この第１燃料ノズルの燃料
出口近傍に供給される空気に旋回を与えるための第１の
旋回器である環状のスワーラ１１２と、このスワーラ１
１２の外周に、第２の旋回器であるスワーラ１１９が設
けられ、さらにこれらのスワーラ１１２，１１９から流
出される空気に燃料を混合する第２燃料ノズル１１４
と、第２燃料ノズル１１４とスワーラ１１２，１１９と
の間の第１予混合室１１１からなる予混合気噴出ノズル
とが設けられている。

【００２４】なお、スワーラ１１２，１１９は、このス
ワーラ１１２，１１９から流出される混合気の旋回方向
が同方向になるように構成され、さらにスワーラ１１２
から流出される混合気の流量よりもスワーラ１１９から
流出される混合気の流量が多くなるようにこの両者スワ
ーラ１１２，１１９は構成される。例えばスワーラ１１
９の流出面積をスワーラ１１２の流出面積より大きくし
て構成しても良い。

【００２５】そしてスワーラ１１２から流出する旋回を
与えられた混合気は、第１燃料ノズル１１３から噴出さ
れる燃料と混合して拡散燃焼火炎を形成する。この混合
気は、拡散燃焼火炎が安定する分だけ供給すれば良く、
また燃料と空気の燃焼反応が進んでいない燃焼火炎の根
元部に希薄な混合気が多量に供給されると、拡散燃焼火
炎の温度が低下して拡散燃焼火炎が不安定となり、未燃
分の増加および燃焼効率の低下を招く恐れがある。よっ
て拡散火炎を安定させるのに必要以上の混合気はスワー
ラ１１９から流出させるようにする。

【００２６】そのスワーラ１１９から流出された混合気
は、拡散燃料および第１の旋回器１１２からの混合気の
燃焼反応がある程度進んでいるか、もしくは反応が略終
了している拡散燃焼火炎の中央部、もしくは下流部へ供
給するために、スワーラ１１９の混合気出口端部をスワ
ーラ１１２の混合気出口端部よりも下流側に突出して形
成しても良い。

【００２７】また、前記予混合気噴出ノズルの外周に、
第２予混合室１２１と、第２予混合室１２１の出口端部
近傍の中心の拡散燃料用の第３燃料ノズル１２３と、そ
の外周に供給される空気に旋回を与えるための第３の旋
回器である環状のスワーラ１２２と、このスワーラ１２
２の外周に第４の旋回器であるスワーラ１２６と、さら
にこれらのスワーラ１２２，１２６から流出される空気
に燃料を混合する第４燃料ノズル１２７とからなる第１
の予混合燃焼器、およびこの第１の予混合燃焼器の混合
気出口端部よりもその混合気出口端部が下流側に突出し
て形成された第３予混合室１３１と、第３予混合室１３
１の出口端部近傍に、第３予混合室１３１に供給される
空気に旋回を与えるための第５の旋回器であるスワーラ
１３２と、このスワーラ１３２から流出される空気に燃
料を混合する第５燃料ノズル１３３と、第３予混合室１
３１の外周に空気膜冷却用の空気を流出するための案内
筒１３６とからなる第２の予混合燃焼器を設ける。案内
筒１３６の側面に空気膜冷却用の空気孔１４５を設けて
おり、燃焼室１４１の上流端面から流出する冷却空気の
全体流量を調節する空気孔１４３から流入した冷却空気
は一部が空気孔１４５を通って、案内筒１３６によって
形成された環状通路１３７に供給され、第３予混合室１
３１の中間に開口部を有する環状通路１３７から流出し
た空気は第３予混合室１３１の外周に沿って流れる。空
気孔１４３から流入した冷却空気の残りは燃焼室１４１
の上流端を形成する内筒キャップ１０３に設けた空気孔
１４４から燃焼室１４１へ流出する。

【００２８】前記第１の予混合燃焼器および第２の予混
合燃焼器を、図２に示すように拡散燃焼器の外周側に、
円周方向に交互に配置する。このように第１および第２
の予混合燃焼器を配置することによって、拡散燃焼器の
拡散火炎と第１の予混合燃焼器の拡散火炎は各々の燃焼
器の予混合燃焼、第２の予混合燃焼器の順に着火するよ
うになり、予混合燃焼器の着火性が向上するとともに、
拡散燃焼火炎と予混合燃焼火炎との干渉が少なくなり、
拡散燃焼火炎は安定した燃焼を維持することができ、予
混合燃焼火炎は、拡散燃焼火炎の高温火炎の影響を受け
ることが少なくなるため、希薄燃焼を行ってＮＯＸ生成
を抑制するという予混合燃焼器の特性を活かすことがで
きる。

【００２９】また、第１の予混合燃焼器と第２の予混合
燃焼器は同一円周上に配置しなくても良い。また、第３
予混合室１３１に供給される空気に旋回を与えるスワー
ラ１３２が無い場合も燃焼器としての機能は十分に発揮
する。前記案内筒１３６を設けたことによる第３予混合
室のメタル温度変化を図３を用いて説明する。横軸は燃
焼室１４１の上流端である内筒キャップからの無次元長
さであり、縦軸は第３予混合室１３１の壁面メタル温度
である。

【００３０】前記第２の予混合燃焼器の混合気出口端は
燃焼室１４１の軸心部の拡散燃焼器と、その外周の第１
の予混合燃焼器の混合気出口端よりも下流に突出してい
るために、上流側で燃焼した高温ガスによって第２の予
混合燃焼器の第３予混合室１３１の壁面が加熱される。
案内筒１３６を設けないものでは図３の破線Ｑ₁のよう
に、根元部は低温であるが、混合気出口近傍では材料の
許容温度Ｃを超える。

【００３１】そこで、第３予混合室１３１の壁面メタル
温度の低いａ点までを案内筒１３６で覆い、冷却空気を
膜状に流すと、燃焼ガスから第３予混合室１３１の壁面
への入熱量が減少して図３の実線Ｑ₂のように全域で材
料の許容温度Ｃ以下にできる。膜冷却空気流量を増す
と、上記冷却効果が大きくなるが、希薄予混合気を形成
するための空気流量が減少し、ＮＯＸ生成量が多くなる
ので、メタル温度を許容値以下に保つために必要な最小
の空気を流すことが望ましい。

【００３２】第３予混合室１３１の外周に膜冷却用の空
気を流す手段として、第３予混合室１３１の壁面を焼結
金属等の多孔質材で形成することが考えられるが、大気
中のダストによって目詰りし、運転時間とともに冷却性
能が低下する可能性がある。

【００３３】次に図４を用いて本発明に係るガスタービ
ン燃焼器に適用される燃料の制御方法について説明す
る。先ず最初に、図１を用いて燃料および空気の供給系
統を説明する。圧縮機から供給される燃焼用空気は上記
内筒１０２と外筒１０１によって形成される環状通路内
を矢印１４２の方向に進み、途中で分岐した後に第１予
混合室１１１，第２予混合室１２１，第３予混合室１３
１を通って燃焼室１４１へと供給される。

【００３４】一方、第１燃料ノズル１１３用燃料は配管
１１６と流量制御弁１１５を介して供給され、第２燃料
ノズル１１４用燃料は配管１１８と流量制御弁１１７を
介して供給され、第３燃料ノズル１２３用燃料は配管１
２９と流量制御弁１２８を介して供給され、第４燃料ノ
ズル１２７用燃料は配管１２５と流量制御弁１２４を介
して供給され、第５燃料ノズル１３３用燃料は配管１３
５と流量制御弁１３４を介して供給される。

【００３５】出力０％以下の起動着火は拡散燃焼器の第
１燃料ノズル１１３から燃料を供給することで可能であ
るが、第２燃料ノズル１１４からの燃料供給を併用する
ことでも可能である。又、第１の予混合燃焼器の拡散燃
料ノズルである第３燃料ノズル１２３と拡散燃焼器の第
１燃料ノズル１１３を併用することにより、隣接する燃
焼器への火炎伝播を行なうことも可能である。

【００３６】出力０％以上に対応した燃料配分を図４に
示しており、横軸はガスタービンの出力であり、縦軸は
燃料流量である。出力０％からａ％までは拡散燃焼器の
第１燃料ノズル１１３からの燃料Ｐ−１と、第１の予混
合燃焼器の拡散燃料用の第３燃料ノズル１２３からの燃
料Ｍ−１を供給し、燃焼室１４１内で燃焼する。

【００３７】出力ａ％からｂ％の範囲では第２燃料ノズ
ル１１４からの予混合燃焼用燃料Ｐ−２を追加し、第１
燃料ノズル１１３からの燃料Ｐ−１を減少する。出力ｂ
％からＣ％まではさらに第１の予混合燃焼器の予混合燃
焼用燃料Ｍ−２を追加し、第３燃料ノズルからの拡散燃
焼用燃料Ｍ−１を減少する。出力Ｃ％からｄ％までは第
１の予混合燃焼器は予混合燃焼用の燃料Ｍ−２のみであ
り、拡散燃焼器は予混合燃焼用の燃料Ｐ−２と拡散燃焼
用の少量の燃料Ｐ−１であり、ＮＯｘ生成の少ない燃焼
である。

【００３８】出力ｄ％以上ではさらに第２の予混合燃焼
器の予混合燃焼用燃料Ｍ−３を追加する。燃料Ｍ−３が
少ない場合には第３予混合室１３１から燃焼室１４１へ
供給される予混合気燃料濃度は低いが、上流側の拡散燃
焼器および第１の予混合燃焼器で燃焼した燃焼ガスと混
合することにより、燃焼する。したがって、出力Ｃ％以
上では大部分が予混合燃焼であり、ＮＯｘ生成が少な
い。

【００３９】次に本発明の他の変形例を図５を用いて説
明する。この図は図１に示す燃焼器の燃焼室１４１の軸
心部に設けた拡散燃焼器の部分図であり、第１燃料ノズ
ル１１３，第２燃料ノズル１１４に液体燃料を供給する
場合に、空気ノズル１５１を設け、高速空気を流すこと
によって、液体燃料を微細粒子にして供給できる。第１
予混合室１１１内に噴射される微細粒子の流体燃料は短
時間で蒸発し、空気と混合することにより、気体燃料と
同様の予混合燃焼をする。前記空気ノズル１５１の構造
は第１の予混合燃焼器および第２の予混合燃焼器の燃料
ノズルにも適用できるので、燃焼器全体で液体燃料を燃
焼できる。

【００４０】本発明の他の変形例を図６を用いて説明す
る。図６は図１に示す燃焼器の第２の予混合燃焼器の部
分図であり、第３予混合室１３１の外周に冷却空気の案
内筒１３６を設け、第３予混合室１３１と案内筒１３６
とで形成される環状通路１３７に流す膜冷却用の空気
を、第３予混合室１３１の側面に設けた空気孔１４５か
ら供給する構造である。

【００４１】本発明の他の変形例を図７および図８を用
いて説明する。図７は本変形例のガスタービン燃焼器の
縦断面図であり、図８は正面図である。図１に示す燃焼
器との相異は燃焼室１４１の軸心部に設けた拡散燃焼器
の第１燃料ノズル１１３の燃料出口近傍に供給される空
気に旋回を与えるための旋回器を環状のスワーラ１１２
だけとし、拡散燃焼器の外周部に設ける第１の予混合燃
焼器と第２の予混合燃焼器の混合気出口形状を環状通路
を等分割した形状として、混合気には旋回を与えず、第
１の予混合燃焼器は予混合燃焼用の第４燃料ノズル１２
３だけを有し、第２の予混合燃焼器の第３予混合室１３
１の外周に膜冷却空気を流すための案内筒１３６を、第
３予混合室１３１の外周の燃焼ガスが接する部分だけに
設けた点である。

【００４２】上記の構造において、第１の予混合燃焼器
は第２予混合室１２１の内周の内筒キャップ１０３を保
炎器として燃焼する。保炎性能を高めるために第２混合
室１２１の出口近傍に新たに断面が三角形または類似形
状の保炎器を設けることが可能であり、第２の予混合燃
焼器についても同様である。

【００４３】本発明の他の実施例を図９を用いて説明す
る。図１との相異は、内筒１０２および外筒１０１によ
り形成された環状通路に流れる空気を燃焼室１４１へ導
く空気流通孔１５２と、この空気流通孔１５２から燃焼
室１４１へ流入される空気の流量を制御する空気流量制
御弁１５３を尾筒１５１の側壁面に設けた点である。

【００４４】これにより、ガスタービンの出力が大きい
場合には空気流量制御弁１５３を閉じて予混合燃焼器の
混合気燃料濃度を低くしてＮＯｘ生成を抑制し、ガスタ
ービンの出力が小さい場合には空気流量制御弁１５３を
開いて予混合燃焼器の混合気燃料濃度を出力の大きい場
合と同等に保ち、燃焼の安定性とＮＯｘ生成の抑制の両
方を達成できる。また、空気流通孔１５２を内筒１０２
の側壁面に設けることにより、上記と同様の機能が得ら
れる。さらに、図７，図８の燃焼器に上記の空気流通孔
１５２と空気流量制御弁１５３を設けることにより、図
９の燃焼器と同様の機能が得られる。

【００４５】本発明を適用したガスタービン蒸気タービ
ンコンバインド発電プラントの系統図を図１０に示す。
圧縮機３０１からの空気を燃焼器３０３に導き、燃料を
供給して低ＮＯｘ濃度の高温燃焼ガスを発生し、タービ
ン３０２で膨張することによって仕事をし、その仕事を
発電機３０４の出力として取り出す。仕事をした燃焼排
ガスは排熱回収ボイラ３０７に導かれる。通常はこの中
の脱硝装置３０８によってＮＯｘ濃度を低減されるが、
本発明を適用すると脱硝装置が不要となる。排熱回収ボ
イラ３０７では水蒸気を発生し、その蒸気を蒸気タービ
ン３０５へ導いて仕事をさせ、その仕事を発電機３０４
の出力として取り出す。

【００４６】以上述べてきたように、このガスタービン
燃焼器によれば、ごく少量の拡散燃焼によってその外周
の燃料希薄予混合気が点火し、さらに外周の下流から噴
き出す燃料希薄予混合気を燃焼すると同時に、予混合器
の過熱を防止できる。そして、低出力時には燃焼に関与
しない空気が燃焼が完了した燃焼ガスに混合されるの
で、常に高効率燃焼が可能であり、拡散燃焼割合が少な
いことからＮＯｘ生成を大幅に減少できる。ＮＯｘ減少
により、排気ダクトまたは排熱回収ボイラ途中に設けら
れていた脱硝装置が不要になる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、一部分が燃焼している状態においても、燃焼効率が
高く、ＮＯｘ生成の多い拡散燃焼割合を少なくし、すな
わちＮＯｘ生成の少ない予混合燃焼割合を多くすると同
時に、この予混合気燃料濃度の低い場合にも安定燃焼
し、かつ、広出力帯で低ＮＯｘ燃焼が可能であり、さら
に予混合燃焼器の壁面温度上昇を抑制可能なこの種のガ
スタービン燃焼装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガスタービン燃焼器の一実施例を示す
縦断側面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図３】本発明および従来に係るガスタービン燃焼器の
予混合室のメタル温度特性図である。

【図４】本発明に係るガスタービン燃焼器の燃料制御方
法の例を示した図である。

【図５】本発明に係るガスタービン燃焼器に液体燃料を
用いる一実施例の燃料ノズル部縦断側面図である。

【図６】本発明に係るガスタービン燃焼器の冷却空気供
給部の他の実施例を示す縦断側面図である。

【図７】本発明のガスタービン燃焼器の他の実施例を示
す縦断側面図である。

【図８】本発明のガスタービン燃焼器の他の実施例を示
す横断面図である。

【図９】本発明のガスタービン燃焼器の他の実施例を示
す縦断側面図である。

【図１０】本発明に係るガスタービン燃焼器を適用する
コンバインド発電プラント系統図である。

【符号の説明】

１０１…外筒、１０２…内筒、１１１…第１予混合室、
１１３…第１燃料ノズル、１１４…第２燃料ノズル、１
１２，１１９…スワーラ、１２１…第２予混合室、１２
３…第３燃料ノズル、１２７…第４燃料ノズル、１２
２，１２６スワーラ、１３１…第３予混合室、１３３…
第５燃料ノズル、１３２…スワーラ、１３６…案内筒、
１４１…燃焼室、１５１…尾筒、１５３…空気流量制御
弁。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室の軸心部に配置され、燃料を噴射
   して拡散燃焼を行う拡散燃焼器と、この拡散燃焼器の外
   周側に配置され、空気と燃料の混合気を噴出して予混合
   燃焼を行う予混合燃焼器とを備えたガスタービン燃焼器
   において、 前記予混合燃焼器が、前記拡散燃焼器の燃料出口端より
   もその混合気出口端が下流側に突出して形成された複数
   の第１の予混合燃焼器と、この第１の予混合燃焼器の混
   合気出口端よりも、その混合気出口端が下流側に突出し
   て形成された複数の第２の予混合燃焼器とを有するとと
   もに、前記第１の予混合燃焼器および第２の予混合燃焼
   器が、前記拡散燃焼器の外周側に、円周方向に交互に配
   置され、かつ第２の予混合燃焼器の外周の少なくとも一
   部分に、空気膜冷却用の空気通路を設けたことを特徴と
   するガスタービン燃焼器。
2. 【請求項２】 前記第１の予混合燃焼器の混合気出口近
   傍に、前記混合気に旋回を与える旋回器を設けてなる請
   求項１記載のガスタービン燃焼器。
3. 【請求項３】 燃焼室の軸心部に配置され、燃料を噴射
   して拡散燃焼を行う拡散燃焼器と、この拡散燃焼器の燃
   料出口近傍に空気を供給する手段と、前記拡散燃焼器の
   外周側に配置され、空気と燃料の混合気を噴出して予混
   合燃焼を行う複数の予混合燃焼器とを備えたガスタービ
   ン燃焼器において、 前記予混合燃焼器の少なくとも１つの混合気出口端が、
   前記拡散燃焼器の燃料出口端よりも下流側に突出して構
   成され、かつこの混合気出口端が下流側に突出された予
   混合燃焼器の外周の一部分または全部に空気膜冷却用の
   空気通路を設けるとともに、その空気供給手段に燃料を
   供給する燃料供給手段を設け、前記拡散燃焼器の燃料出
   口近傍に、空気と燃料の予混合気を供給するように形成
   したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
4. 【請求項４】 燃焼室の軸心部に配置され、燃料を噴射
   して拡散燃焼を行う拡散燃焼器と、この拡散燃焼器の燃
   料出口近傍に空気を供給する手段と、前記拡散燃焼器の
   外周側に配置され、燃料と空気の予混合気を噴出して予
   混合燃焼を行う複数の予混合燃焼器とを備えたガスター
   ビン燃焼器において、 前記予混合燃焼器の少なくとも１つの混合気出口端が、
   前記拡散燃焼器の燃料出口端よりも下流側に突出して構
   成され、かつ前記混合気出口端が下流側に突出された予
   混合燃焼器の外周の少なくとも一部分に空気膜冷却用の
   空気通路を設けるとともに、前記拡散燃焼器と前記予混
   合燃焼器との間に、燃料と空気の混合気を噴出する環状
   の予混合気噴出ノズルを設置し、かつこの予混合気噴出
   ノズルの混合気出口近傍に、前記混合気に旋回を与える
   第１の旋回器と、この第１の旋回器の外周側に位置する
   第２の旋回器を設けるとともに、前記第１および第２の
   旋回器を、それぞれの旋回器から噴出される混合気の旋
   回方向が同方向となるように、かつ前記第１の旋回器か
   ら噴出される混合気の流量よりも、第２の旋回器から噴
   出される混合気の流量が多くなるように形成したことを
   特徴とするガスタービン燃焼器。
5. 【請求項５】 燃焼室の軸心部に配置され、燃料を噴射
   して拡散燃焼を行う拡散燃焼器と、この拡散燃焼器の外
   周側に配置され、空気と燃料の混合気を噴出して予混合
   燃焼を行う予混合燃焼器とを備えたガスタービン燃焼器
   において、 前記予混合燃焼器が、前記拡散燃焼器の燃料出口端より
   もその混合気出口端が下流側に突出して形成された複数
   の第１の予混合燃焼器と、この第１の予混合燃焼器の混
   合気出口端よりも、その混合気出口端が下流側に突出し
   て形成された複数の第２の予混合燃焼器とを有するとと
   もに、前記第１の予混合燃焼器および第２の予混合燃焼
   器が、前記拡散燃焼器の外周側に、円周方向に交互に配
   置され、かつ第２の予混合燃焼器の外周の少なくとも一
   部分に、空気膜冷却用の空気通路が設けられるととも
   に、前記第１の予混合燃焼器の混合気出口近傍に、前記
   混合気に旋回を与える旋回器が設けられ、かつ前記第１
   の予混合燃焼器の混合気出口端と旋回器との中間部に燃
   料を噴射して拡散燃焼する燃料出口を設けたことを特徴
   とするガスタービン燃焼器。
6. 【請求項６】 燃焼器の外形を形成する外筒と、この外
   筒の内部に設置され、燃焼室を形成する内筒と、前記内
   筒に連結され、前記燃焼室からの燃焼ガスタービンへ導
   く尾筒とを有し、前記外筒と内筒との間に空気を流通せ
   しめて前記燃焼器を冷却するように構成されたガスター
   ビン燃焼器において、 前記内筒の軸心部に設置され、燃料を噴射して拡散燃焼
   を行う拡散燃焼器と、この拡散燃焼器の外周側に設置さ
   れ空気と燃料の混合気を噴出して予混合燃焼を行うとと
   もに、前記拡散燃焼器の燃料出口端よりもその混合気出
   口端が下流側に突出して形成された複数の第１の予混合
   燃焼器と、この第１の予混合燃焼器の混合気出口端より
   も、その混合気出口端が下流側に突出して形成された複
   数の第２の予混合燃焼器と、前記拡散燃焼器と前記第１
   および第２の予混合燃焼器との間に設けられた前記拡散
   燃焼器の燃料出口近傍に空気と燃料の混合気を供給する
   予混合気噴出ノズルとを設けるとともに、前記第１の予
   混合燃焼器および第２の予混合燃焼器を、前記拡散燃焼
   器の外周側に、円周方向に交互に配置し、第２の予混合
   燃焼器の外周の少なくとも一部分に空気膜冷却用の空気
   通路を設け、かつ前記内筒もしくは前記尾筒に、前記外
   筒と内筒との間に流通する空気を前記燃焼室へ導く空気
   流通孔と、この空気流通孔を流通する空気の流量を制御
   する空気流量制御弁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】 ガスタービン燃焼器の燃焼室軸心部に設
   置され、燃料を噴射して拡散燃焼を行う拡散燃焼器と、
   この拡散燃焼器の外周側に設置され空気と燃料の混合気
   を噴出して予混合燃焼を行う複数の第１の予混合燃焼器
   と、この第１の予混合燃焼器の混合気出口端よりも、そ
   の混合気出口端が下流側に突出して形成された複数の第
   ２の予混合燃焼器と、前記拡散燃焼器と前記第１および
   第２の予混合燃焼器との間に設けられた前記拡散燃焼器
   の燃料出口近傍に空気と燃料の混合気を供給する予混合
   気噴出ノズルとを備え、前記第１の予混合燃焼器および
   第２の予混合燃焼器を、前記拡散燃焼器の外周側に、円
   周方向に交互に配置し、 第２の予混合燃焼器の外周の少なくとも一部分に空気膜
   冷却用の空気通路を設け、かつ前記ガスタービンの出力
   が大きくなるにつれて、前記予混合気噴出ノズルから、
   前記第１の予混合燃焼器、第２の予混合燃焼器の順に燃
   料を投入して混合気の流量を増加させるように形成した
   ことを特徴とするガスタービン燃焼器。