JPH10160164A - ガスタービン燃焼器およびその運転方法 - Google Patents

ガスタービン燃焼器およびその運転方法

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JPH10160164A
JPH10160164A JP8320409A JP32040996A JPH10160164A JP H10160164 A JPH10160164 A JP H10160164A JP 8320409 A JP8320409 A JP 8320409A JP 32040996 A JP32040996 A JP 32040996A JP H10160164 A JPH10160164 A JP H10160164A
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turbine combustor
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浩明 岡本
Fukuo Maeda
福夫 前田
Masao Ito
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ＮＯｘの発生濃度の高い拡散燃焼を極力少なく
して予混合化し、予混合化による火炎を確実に確保する
ことによりガスタービンの高出力化に伴う燃焼ガスの高
温化に対しても充分に低ＮＯｘ化を行うことのできるガ
スタービン燃焼器およびその運転方法を提供する。 【解決手段】本発明に係るガスタービン燃焼器は、パイ
ロット燃料噴射部２４を第１予混合燃焼用ノズル部３
３、拡散燃焼用ノズル部３２、第２予混合燃焼用ノズル
部３４のそれぞれで形成し、第１予混合燃焼用ノズル部
３３の出口側に予混合燃焼室３６を備えたものである。
また、本発明に係るガスタービン燃焼器の運転方法は、
ガスタービンの負荷遮断時、予混合燃焼用ノズル部３３
から生成される予混合火炎のみでガスタービンを駆動す
るものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料に空気を加え
た燃料希薄状態の予混合燃料を燃焼させるガスタービン
燃焼器およびその運転方法に係り、特にガスタービンの
排ガス中に含まれるＮＯｘ濃度を効果的に低減させるガ
スタービン燃焼器およびその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ガスタービン発電プラントは、
空気圧縮機とガスタービンとの間にガスタービン燃焼器
を複数個備え、空気圧縮機から案内される圧縮空気に燃
料を加えてガスタービン燃焼器により燃焼ガスを生成
し、その燃焼ガスをガスタービンに案内して膨張仕事を
させ、その膨張仕事により得られる回転トルクを利用し
て発電機を駆動するようになっている。
【０００３】ところで、最近のガスタービン発電プラン
トでは、高燃効率化とともに、高出力化が求められてお
り、このためガスタービン燃焼器により生成される燃焼
ガスの高温化を図ってガスタービンを高出力化させる、
いわゆるガスタービン入口燃焼ガス温度の高温化が図ら
れている。
【０００４】しかし、ガスタービン入口燃焼ガス温度の
高温化に伴って、ガスタービン燃焼器は種々の制約を受
けており、その一つにＮＯｘ濃度に関する環境問題があ
る。
【０００５】ＮＯｘ濃度は、燃焼ガスの高温化に直接依
存し、燃焼ガスが高温化すればするほどその発生濃度が
高くなる。つまり、燃料と空気が混合して燃焼ガスを生
成する際、当量比（燃料流量の空気流量に対して占める
割合）が１に近付くほど燃焼ガスが高温化し、この高温
化に伴う反応熱の作用により空気に含まれる窒素がより
多くの酸素と結合するためＮＯｘ濃度が高くなる。
【０００６】ガスタービン燃焼器では、ＮＯｘの発生を
低減する方法として燃料に空気を予め混合させて燃料希
薄状態で燃焼させる希薄予混合燃焼方式がある。この燃
焼方式は、燃料自体が既に希薄状態になっているため、
燃焼ガス生成の際、従来の拡散燃焼方式に比べ、燃焼ガ
スのピーク温度を抑えることができ、通常２０％程度の
ＮＯｘ低減率が可能である。
【０００７】しかし、希薄予混合燃焼方式は燃焼ガスの
生成の際、当量比の制御が難しく、図１９に示すよう
に、当量比が低いと燃焼効率が悪くなり、ＣＯ，ＵＨＣ
（未燃炭化水素）などの未燃分の発生が多くなり、場合
によっては火炎の吹き消え現象が現れる。逆に、当量比
が高いとＮＯｘの発生量が急激に高くなる。このため、
低ＮＯｘ状態を長く安定した状態で維持する燃焼運転の
幅は極めて狭い。
【０００８】最近、希薄予混合燃焼方式を一歩発展させ
た技術として、燃焼室の頭部側に拡散燃焼ゾーンを形成
し、この後流（下流）側に予混合燃焼ゾーンを形成し、
拡散燃焼ゾーンに燃料を投入して拡散燃焼ガスを生成せ
しめ、また予混合燃焼ゾーンに予混合燃料を投入して予
混合燃焼ガスを生成せしめる拡散・予混合併用燃焼方式
が多く提案され、そのひとつに特開平７−１９４８２号
公報が開示されている。
【０００９】この技術は、ガスタービン駆動用の燃焼ガ
スを生成するメイン燃料の予混合化に加え、火炎保持用
（保炎用）のパイロット燃料も一部を予混合化すること
により、ＮＯｘ発生量の多い拡散燃焼を減少させ、従来
よりも低ＮＯｘ化を一歩発展させたものである。
【００１０】この技術によるガスタービン燃焼器は、図
１８に示すように、燃焼器内筒１内の頭部に拡散燃焼ゾ
ーン２を、この後流側に予混合燃焼ゾーン３を形成し、
拡散燃焼ゾーン２には、パイロット燃料Ａを投入するパ
イロット燃料噴射部６が、また予混合燃焼ゾーン３には
メイン燃料Ｃを投入するメイン燃料噴射部１６がそれぞ
れ設けられる。
【００１１】パイロット燃料噴射部６は、燃焼器内筒１
の中心位置に拡散燃焼用ノズル部４を、その外側に予混
合燃焼用ノズル部５をそれぞれ備えている。
【００１２】拡散燃焼用ノズル部４には、ガスタービン
低負荷時まで火炎を保持するために燃料ａ１を拡散燃焼
ゾーン２に投入する第１拡散燃焼用ノズル部７と、ガス
タービンが中間負荷に入ったときに第１拡散燃焼用ノズ
ル部７に代って火炎を保持するために燃料ａ２を拡散燃
焼ゾーン２に投入する第２拡散燃焼用ノズル部８とがそ
れぞれ区画形成されている。さらに、拡散燃焼用ノズル
部４には第１および第２拡散燃焼用ノズル部７，８を同
心的に包囲形成する空気通路部９が設けられ、この空気
通路部９の出口端にスワラ１０を設置することにより、
第１および第２拡散燃焼用ノズル部７，８から噴出する
燃料ａ１，ａ２に旋回流を与え、拡散燃焼ゾーン２で循
環流を形成せしめ、火炎の保持をより一層確実に確保で
きるように図られている。
【００１３】上記拡散燃焼用ノズル部４の外側に設けら
れている予混合拡散燃焼用ノズル部５は、ガスタービン
駆動用の燃焼ガスとして、また保炎用の燃焼ガスとして
使用され、燃料ｂをヘッダ１１を経て拡散燃焼ゾーン２
に投入するとき、スワラ１２により与えられた旋回空気
と予混合部１３で合流させて、燃料希薄状態の予混合燃
料にして拡散燃焼ゾーン２に噴出させ、噴出の際、上記
第１および第２拡散燃焼用ノズル部７，８の循環流より
も大きな循環流となるように図られている。
【００１４】一方、予混合燃焼ゾーン３に燃料ｃを投入
するメイン燃料噴射部１６は、メイン燃料ノズル部１４
と予混合ダクト１５とから構成され、燃料ｃがヘッダ１
８を経てメイン燃料ノズル部１４から噴出するとき、図
示しない空気圧縮機の圧縮空気１７と予混合ダクト１５
で合流させて燃料希薄状態の予混合燃料にして予混合燃
焼ゾーン３に噴出させ、上述パイロット燃料噴射部６の
燃焼ガスを火種としてガスタービン駆動用の燃焼ガスを
生成するように図られている。
【００１５】上記パイロットノズル燃料噴射部６から拡
散燃焼ゾーン２に噴射する燃料と、メイン燃料噴射部１
６から予混合燃焼ゾーン３に噴出する燃料とのそれぞれ
の投入配分方法は、図１９に示すように、起動運転中の
ガスタービン負荷ゼロまで、第１拡散燃焼用ノズル部７
の燃料ａ１が拡散燃焼ゾーン２に投入され、ガスタービ
ンが１００％回転、無負荷状態の時、第２拡散燃焼用ノ
ズル８の燃料ａ２および予混合拡散燃焼用ノズル部５の
燃料ｂが同時に拡散燃焼ゾーン２に投入され、ガスター
ビンが中間負荷状態になると、第１拡散燃焼用ノズル７
の燃料ａ１の投入を停止させ、代ってメイン燃料噴射部
１６の燃料ｃが予混合燃焼ゾーン３に投入され、ガスタ
ービンが負荷１００％のとき、燃料ｃが全燃料流量に対
して７０〜８０％になるように設定されている。なお、
このときの第２拡散燃焼用ノズル部８の燃料ａ２は全燃
料流量に対して２〜５％に設定された少量であり、火炎
保持用として確保される。
【００１６】従来のガスタービン燃焼器は、ＮＯｘの発
生量の多い拡散燃焼に着目し、上述のように保炎用の燃
焼ガスとしてパイロット燃料噴射部６から拡散燃焼ゾー
ン２に噴出する燃料の一部を予混合化し、ＮＯｘ抑制に
対処したものである。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、最近のガス
タービン発電プラントにおいては、ガスタービンの今以
上の高出力、高熱効率化を求めて、ガスタービン燃焼器
の燃焼ガス温度のさらなる高温化が模索されており、燃
焼ガスの高温化に伴って低ＮＯｘ化への対策が格段と高
く求められている。ガスタービンの低負荷運転から負荷
１００％運転に至るまでの全ての運転範囲に亘って法律
規制値よりも低いＮＯｘ濃度を維持するためには、拡散
燃焼時に発生するＮＯｘ濃度をさらに少なくするガスタ
ービン燃焼器の開発が求められている。
【００１８】ところが、図１８で示した従来のガスター
ビン燃焼器は、パイロット燃料噴射部６の一部を予混合
化しているが、第１拡散燃焼用ノズル部７および第２拡
散燃焼用ノズル部８の予混合化への開発に困難を来して
いる。第１拡散燃焼用ノズル部７および第２拡散燃焼用
ノズル部８は、火炎用としての燃焼ガスを安定的に確保
するために設けられたものであり、この部分をさらに予
混合すると、火炎が吹き消える大きな要因になっている
からである。大きなひとつの燃焼室に流量の少ない拡散
燃料が供給された場合、パイロット予混合火炎やメイン
予混合火炎の予混合燃焼ゾーン３の大きな乱れによって
拡散燃焼ゾーンが乱され、火炎が不安定となり、吹き消
える結果となる。
【００１９】また、負荷遮断時には予混合燃料を遮断
し、その分、小さく絞った拡散燃料を増加させるように
制御をかける。しかし、制御弁から拡散ノズル噴射弁ま
での配管体積の関係などから、直ちに流量が増加するわ
けではなく、その間に予混合燃料が少なくなることによ
って予混合火炎は失火し、瞬間的に供給される空気量が
増え、拡散燃焼部の燃空比が下がる。と同時に、予混合
火炎の失火により拡散燃焼部にも冷たいガスの乱れが生
じ、拡散火炎が吹き消える。このことから、低ＮＯｘ化
を図るために拡散燃料を少なくすると、通常運転時に
も、負荷遮断時にも、吹き消えが生じ易かった。
【００２０】また、ガスタービン燃焼器は、空気圧縮機
とガスタービンとの間に複数個、例えば８個設けられて
いるが、これら複数個のうち、１個または２個に点火器
を備え、点火器を着火させて発生する火炎が火炎伝播管
を介して順次、他のガスタービン燃焼器に伝播するよう
になっている。この場合、ガスタービン中心部分に燃焼
室を小さく区切り、この部分に燃料を供給して着火させ
ても、火炎はその中央部だけが高温化されるだけであ
り、火炎伝播管までは充分に行き亘らず、このため他の
ガスタービン燃焼器への伝播が遅れる。
【００２１】本発明は、このような事情に基づいてなさ
れたもので、ＮＯｘの発生濃度の高い拡散燃焼を極力少
なくして予混合化し、予混合化による火炎を確実に確保
することによりガスタービンの高出力化に伴う燃焼ガス
の高温化に対しても充分に低ＮＯｘ化を行うことのでき
るガスタービン燃焼器およびその運転方法を提供するこ
とを目的とする。
【００２２】また、本発明の他の目的は、燃料着火時、
火炎が複数個全てのガスタービン燃焼器に迅速に伝播で
きるようにするとともに、１００％負荷時、および負荷
遮断時において、高ＮＯｘ濃度発生率の高い拡散燃焼を
なくし、予混合燃焼のみによりパイロット燃料噴射部か
ら生成される火炎を安定的に確保できるガスタービン燃
焼器およびその運転方法にある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】本発明に係るガスタービ
ン燃焼器は、上述の目的を達成するために、請求項１に
記載したように、燃焼器内筒内に形成する燃焼室の頭部
側にパイロット燃料噴射部を備えたガスタービン燃焼器
において、上記パイロット燃料噴射部を、第１予混合燃
焼用ノズル部、拡散燃焼用ノズル部および第２予混合燃
焼用ノズル部とのそれぞれで形成し、上記燃焼室の頭部
側の中央部に上記第１予混合燃焼用ノズル部を、この第
１予混合燃焼用ノズル部の外側に同心的に包囲する拡散
燃焼用ノズル部を、この拡散燃焼用ノズル部の外側に同
心的に包囲する第２予混合燃焼用ノズル部をそれぞれ設
置し、上記第１予混合燃焼用ノズル部の出口側に上記燃
焼室と連通する予混合燃焼室を備えたものである。
【００２４】本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述
の目的を達成するために、請求項２に記載したように、
燃焼器内筒に形成する燃焼室の頭部側にパイロット燃料
噴射部を備えたガスタービン燃焼器において、上記パイ
ロット燃料噴射部を、第１予混合燃焼用ノズル部、拡散
燃焼用ノズル部および第２予混合燃焼用ノズル部とのそ
れぞれで形成し、上記燃焼室の頭部側の中央部に上記第
１予混合燃焼用ノズル部を、この第１予混合燃焼用ノズ
ル部の外側に同心的に包囲する拡散燃焼用ノズル部を、
この拡散燃焼用ノズル部の外側に同心的に包囲する第２
予混合燃焼用ノズル部をそれぞれ設置し、上記第１予混
合燃焼用ノズル部の出口側に上記燃焼室と連通する予混
合燃焼室を備えるとともに、上記第２予混合燃焼用ノズ
ル部の外側にメイン予混合用燃料噴射部を備えたもので
ある。
【００２５】本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述
の目的を達成するために、請求項３に記載したように、
第１予混合燃焼用ノズル部、拡散燃焼用ノズル部および
第２予混合燃焼用ノズル部とのそれぞれで形成する一
方、上記第１予混合燃焼用ノズル部の出口側に予混合燃
焼室を備えたパイロット燃料噴射部は、燃焼室の頭部側
に少なくとも二以上設置したものである。
【００２６】本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述
の目的を達成するために、請求項４に記載したように、
第１予混合燃焼用ノズル部の出口側に備えた予混合燃焼
室は、凹状および円錐状のいずれかの形状に形成したも
のである。
【００２７】本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述
の目的を達成するために、請求項５に記載したように、
予混合燃焼室は、ステップ状の切欠きを備えたものであ
る。
【００２８】本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述
の目的を達成するために、請求項６に記載したように、
予混合燃焼室は、圧縮空気通路と連通する噴出孔を備え
たものである。
【００２９】本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述
の目的を達成するために、請求項７に記載したように、
予混合燃焼室は、壁面部をセラミックスおよびセラミッ
クス繊維強化複合材のいずれかで作製したものである。
【００３０】本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述
の目的を達成するために、請求項８に記載したように、
予混合燃焼室は、壁面部に一体形成する突き出し片を備
えたものである。
【００３１】本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述
の目的を達成するために、請求項９に記載したように、
予混合燃焼室は、触媒を備えたものである。
【００３２】本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述
の目的を達成するために、請求項１０に記載したよう
に、第１予混合燃焼用ノズル部の外側に同心的に包囲す
る拡散燃焼用ノズル部は、燃焼室内に設置する火炎伝播
管に臨む方向に燃料噴射孔を備えたものである。
【００３３】本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述
の目的を達成するために、請求項１１に記載したよう
に、第１予混合燃焼用ノズル部は、第１予混合用予混合
通路に収容する第１燃料ノズルを軸方向に進退自在に移
動させる駆動装置を備えたものである。
【００３４】本発明に係るガスタービン燃焼器は、上述
の目的を達成するために、請求項１２に記載したよう
に、駆動装置は、モータ、手動ハンドルおよび油圧機構
のいずれかを選択的に用いたものである。
【００３５】本発明に係るガスタービン燃焼器の運転方
法は、上述の目的を達成するために、請求項１３に記載
したように、ガスタービンの定格負荷運転中に、第１予
混合燃焼用ノズル部、第２予混合燃焼用ノズル部および
メイン燃料用ノズル部の少なくとも一つ以上から生成す
る予混合火炎によりガスタービンを駆動するガスタービ
ン燃焼器の運転方法において、ガスタービンの負荷遮
断、上記第１予混合燃焼用ノズル部から生成する予混合
火炎のみでガスタービンを駆動させた後、拡散燃焼用ノ
ズル部および第２予混合燃焼用ノズル部から生成する火
炎を加えてガスタービンを再起動させるものである。
【００３６】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るガスタービン
燃焼器およびその運転方法の一実施の形態について添付
図面を参照して説明する。
【００３７】図１は、本発明に係るガスタービン燃焼器
の第１実施形態を示す一部切概略組立断面図である。
【００３８】全体を符号２０で示すガスタービン燃焼器
では、燃焼器外筒２１により包囲形成される燃焼器内筒
２２を備える多重筒構造になっている。
【００３９】燃焼器内筒２２は、軸方向に延び、内部を
筒状の燃焼室２３に形成し、その頭部側にパイロット燃
料噴射部２４を、またその下流側にガスタービン翼２５
に連通する燃焼器尾筒２６をそれぞれ備えている。
【００４０】燃焼器内筒２２および燃焼器尾筒２６は、
外側をフロースリーブ２７により包囲形成されており、
このフロースリーブ２７により空気通路２８を形成す
る。
【００４１】空気通路２８は、フロースリーブ２７に穿
設する空気孔２９を介して空気圧縮機３０からの圧縮空
気３０ａを案内し、その一部で燃焼器内筒２２および燃
焼器尾筒２６の表面を冷却し、他の一部で燃焼ガス３１
の温度を希釈し、その残りをパイロット燃料噴射部２４
に案内するようになっている。
【００４２】パイロット燃料噴射部２４は、ケーシング
３５に収容され、燃焼室２３の頭部側まで軸方向に延び
ている。また、パイロット燃料噴射部２４は、ケーシン
グ３５の中央に設置する第１予混合燃焼用ノズル部３３
と、第１予混合燃焼用ノズル部３３を同心的に包囲形成
する拡散燃焼用ノズル部３２と、拡散燃焼用ノズル部３
２を同心的に包囲形成する第２予混合燃焼用ノズル部３
４とをそれぞれ備え、拡散燃焼用ノズル部３２を流れる
燃料ａを除いて、残りの第１予混合燃焼用ノズル部３３
および第２予混合燃焼用ノズル部３４のそれぞれを流れ
る燃料ｂ，ｃに予め圧縮空気３０ａを加えて予混合化す
る構成になっている。
【００４３】また、拡散燃焼用ノズル部３２および第２
予混合燃焼用ノズル部３４により同心的に包囲形成され
る第１予混合燃焼用ノズル３３は、出口側を凹状に形成
する予混合燃焼室３６を備えている。
【００４４】このような構成を備えるパイロット燃料噴
射部２４において、拡散燃焼用ノズル部３２は、燃料ａ
により拡散火炎３１ａを生成する際、その燃料ａを燃焼
室２３の横断面方向に拡散させるように構成されてい
る。このため、拡散火炎３１ａは燃料ａの着火時、複数
個のガスタービン燃焼器を互いに連絡する火炎伝播管６
０に到達し、他のガスタービン燃焼器に拡散火炎３１ａ
を伝播させる。この燃料ａは、ガスタービンの負荷上昇
途中で徐々に流量を少なくし、最終的にゼロとしてい
る。
【００４５】また、第１予混合燃焼用ノズル部３３から
噴出する燃料ｂは、圧縮空気３０ａを加えて予混合化
し、予混合燃焼室３６で循環流を伴った第１予混合火炎
３１ｂを生成する。さらに、また、第２予混合燃焼用ノ
ズル部３４から噴出する燃料ｃは、圧縮空気３０ａを加
えて予混合化し、燃焼室２３で拡散火炎３１ａを種火に
第２予混合火炎３１ｃを生成する。
【００４６】拡散火炎３１ａ、第１予混合火炎３１ｂ、
第２予混合火炎３１ｃは、合流後、ガスタービン駆動用
の燃焼ガス３１として燃焼器尾筒２６を経てガスタービ
ン翼２５に案内される。なお、ガスタービンの負荷上昇
過程において、拡散燃焼用ノズル部３２から噴出する燃
料ａは、その途中で供給を断ち、第１予混合燃焼用ノズ
ル部３３および第２予混合燃焼用ノズル部３４から噴出
する燃料ｂ，ｃにより種火としての第１予混合火炎３１
ｂ、第２予混合火炎３１ｃおよびガスタービン駆動用と
しての燃焼ガス３１が賄われる。
【００４７】図２は、図１に示すパイロット燃料噴射部
２４の部分拡大図である。この図２を用いてパイロット
燃料噴射部２４の構成を今少し詳しく説明する。
【００４８】パイロット燃料噴射部２４は、それぞれ別
個の拡散燃焼用ノズル部３２、第１予混合燃焼用ノズル
部３３、第２予混合燃焼用ノズル部３４、予混合燃焼室
３６を一つにまとめたものである。
【００４９】パイロット燃料噴射部２４の軸心から最も
外側に設置する第２予混合燃焼用ノズル部３４は、第２
燃料ノズル４９、スワラ４８、第２予混合用予混合気通
路４７をそれぞれ備える構成になっている。また、第２
予混合用予混合気通路４７は、スワラ４８から第２予混
合出口部５０に至るまでの開口面積を徐々に少なくする
絞り通路に形成している。このため、第２燃料ノズル４
９から噴出する燃料ｃは、噴出の際、圧縮空気３０が加
えられて第２予混合気となり、さらにスワラ４８により
旋回流が与えられ、第２予混合用予混合気通路４７の第
２予混合出口部５０を通過するとき、最も流速が高い状
態で、第２予混合火炎３１ｃとして燃焼室２３に噴出す
るので、逆流しない安定した燃焼ガスを生成することが
できるようになっている。
【００５０】また、第２予混合燃焼用ノズル部３４によ
り同心的に包囲形成される拡散燃焼用ノズル部３２は、
軸方向に延びる拡散燃焼用燃料通路３８を備えるととも
に、その出口に燃焼室２３の横断方向に向って放射状に
穿設される燃料噴射孔３９を備えている。このため燃料
噴射孔３９から噴出する燃料ａは、燃焼室２３の横断方
向に拡散放射する際、点火器（図示せず）により拡散火
炎３１ａを生成し、拡散火炎３１ａを火炎伝播管６０に
至らしめて他のガスタービン燃焼器への種火として用い
られるようになっている。
【００５１】一方、パイロット燃料噴射部２４の中央部
に設置される第１予混合燃焼用ノズル部３３は、軸方向
に延びる第１予混合用燃料通路４０を備える第１燃料ノ
ズル４３として構成されている。この第１燃料ノズル４
３の外側には、同心的に包囲形成する第１予混合用予混
合気通路４１が設けられ、第１予混合用予混合気通路４
１にスワラ４２が設置されている。また、第１燃料ノズ
ル４３の途中には、第１予混合用予混合気通路４１に向
って横断的に突き出る予混合燃料噴射部４４を備えてい
る。また、第１予混合用予混合気通路４１の出口側は、
拡散燃焼用ノズル部３２および第２予混合燃焼用ノズル
３４により包囲形成される凹状の予混合燃焼室３６を備
え、第１予混合用燃料通路４０から予混合燃料噴射部４
４を経て噴出する燃料ｂに、スワラ４２により旋回流が
与えられた圧縮空気３０ａを加えて予混合化し、その予
混合気を予混合燃焼室３６に案内して第１予混合火炎３
１ｂを生成するようになっている。
【００５２】第１予混合用予混合気通路４１は、予混合
燃料噴射部４４から予混合燃焼室３６に至るまで開口面
積を徐々に少なくする絞り通路に形成しており、燃料ｂ
の流速を１００ｍ／ｓ〜１２０ｍ／ｓになるようにして
いる。このため、予混合燃焼室３６で生成される第１予
混合火炎３１ｂは、乱流火炎伝播速度の２〜３倍の流速
になっているので、第１予混合用予混合気通路４１へ逆
流することはない。
【００５３】一方、予混合燃焼室３６は、拡散燃焼用ノ
ズル部３２および第２予混合燃焼用ノズル部３４に取り
囲まれる凹状に形成し、燃焼室２３の直径よりも大幅に
小さくしているので、燃焼室２３の燃焼ガス流れや圧縮
空気流れの大きな乱れに影響される。したがって、予混
合燃焼室３６で生成される第１予混合火炎３１ｂの安定
性は、燃料ｂ自身の希薄度合、流速のみに依存するだけ
で、外乱の影響を全く受けることがない。
【００５４】また、予混合燃焼室３６は、その体積が燃
焼室２３のそれに較べて大幅に小さくなっているので、
燃焼室の単位体積あたり、単位時間あたりに燃焼する燃
料ｂの割合（燃焼負荷率）は大きくなっている。このた
め、第１予混合火炎３１ｂは、その安定性を確実に確保
することができるから、１００％負荷運転中、第１予混
合燃焼用ノズル部３３および第２予混合燃焼用ノズル部
３４との同時併用の予混合燃焼を行っても、種火として
の状態を維持することができる。
【００５５】図３は、定格負荷時、拡散燃料の有無が火
炎の安定性にどのような影響を与えるか示す特性線図で
ある。この図３中において、実線は、本実施形態に係る
予混合燃焼室３６の火炎の安定性の有無を、また破線
は、図１７で示した従来のガスタービン燃焼器（予混合
燃焼室を備えていない）の火炎の安定性の有無をそれぞ
れ示している。
【００５６】一般に、ガスタービンプラントでは、燃焼
ガス流速は各負荷に対して一義的に定まり、同じ負荷で
燃焼ガス流速が変化することはないが、定格負荷の状態
でガスタービン燃焼器の全圧損失を故意に変化させた場
合、具体的には本実施形態のように予混合燃焼室３６を
設けた場合、拡散燃料に対する火炎の安定性が問題にな
る。
【００５７】すなわち、図１８で示した従来のガスター
ビン燃焼器では、拡散燃料流量Ａのとき、定格負荷運転
時の燃焼ガス流速ａ1 であり、また負荷遮断時の燃焼ガ
ス流速ａ2 であり、ともに火炎の定性は確保されてい
る。
【００５８】しかし、拡散燃料流量Ｂにシフトさせる
と、定格負荷運転時の燃焼ガス流速ｂ1 になっても火炎
の安定性は確保できるものの、負荷遮断時になると燃焼
ガス流速ｂ2 になり、火炎ガス不安定領域に入る。
【００５９】さらに、拡散燃料流量ゼロ、つまりＤの位
置における定格負荷運転および負荷遮断のときの各燃焼
ガス流速ｄ1 ，ｄ2 は、ともに破線をオーバするため、
火炎が不安定になっており、吹き消えのおそれがある。
【００６０】このように、図１８で示した従来のガスタ
ービン燃焼器では、定格負荷運転および負荷遮断を総合
的に勘案して、拡散燃料流量Ａのときだけが火炎の安定
性を確保できる。
【００６１】これに対し、本実施形態に係るガスタービ
ン燃焼器では、予混合燃焼室３６を設けることにより定
格負荷運転および負荷遮断における各燃焼ガス流速
ｄ1 ，ｄ2 が実線よりも下廻っており、火炎の安定性が
確保されている。
【００６２】このように、拡散燃料がなくとも火炎の安
定性が確保できるのは、予混合燃焼室３６が燃焼室２３
の燃焼ガス３１や圧縮空気３０ａの流れの乱れに影響を
受けないようにパイロット燃料噴射部２４の中央部の位
置に凹状に形成したことによるものと考えられる。
【００６３】図４は、本実施形態に係る拡散燃焼用ノズ
ル部３２の燃料噴射孔３９を、ガスタービン燃焼器の中
心位置Ｏから位置Ｂ1 ，Ｂ2 に設置した場合の火炎の温
度分布Ｂと、図１８で示した従来の第１拡散燃焼用ノズ
ル部７の燃料噴射孔３９を、ガスタービン燃焼器の中心
位置Ｏから位置Ａ1 ，Ａ2 に設置した場合の火炎の温度
分布Ａとを比較した温度分布特性線図である。
【００６４】従来の火炎の温度分布Ａは、図４の破線で
示すように、ガスタービン燃焼器の中心位置Ｏの周辺で
温度のピーク値になり、火炎伝播管入口の燃焼室壁面に
至ると火炎伝播下限温度値付近であり、不安定な状態で
ある。
【００６５】これに対し、本実施形態に係る温度分布
は、図４の実線で示すように、位置Ｂ1 ，Ｂ2 の外側で
温度のピーク値になり、火炎伝播管入口の燃焼室壁面で
も火炎伝播下限温度値を上廻っている。
【００６６】このように、本実施形態は、拡散燃焼用ノ
ズル部３２の燃料噴射孔３９を、ガスタービン燃焼器の
中心位置Ｏから離して位置Ｂに設置し、かつ燃料噴射孔
３９を燃焼室２３の壁面に向わせる方向に設けているの
で、他のガスタービン燃焼器への火炎伝播を確実に行う
ことができる。
【００６７】図５は、本発明に係るガスタービン燃焼器
の第２実施形態を示す一部切欠概略組立断面図である。
なお、第１実施形態の構成部品と同一部分には同一符号
を付し、異なる構成部分についてのみ説明する。
【００６８】本実施形態は、ガスタービン燃焼器２０の
高温化に伴ってパイロット燃料噴射部２４の外側にメイ
ン予混合用燃料噴射部５１を設けたものである。
【００６９】メイン予混合用燃料噴射部５１は、メイン
燃料用ノズル部５２と予混合ダクト５３とを備え、メイ
ン燃料用ノズル部５２から噴出する燃料ｄに圧縮空気３
０ａを加え、予混合ダクト５３内で燃料ｄを燃料希薄状
態の燃料予混合化する構成になっている。
【００７０】予混合ダクト５３は、その下流側に複数個
のメイン予混合燃料出口部５４を備え、これら複数個の
メイン予混合燃料出口部５４により予混合燃料になった
燃料ｄを、上記パイロット燃料噴射部２４の拡散燃焼用
ノズル部３２、第１予混合燃焼用ノズル部３３、第２予
混合燃焼用ノズル部３４のそれぞれから生成される拡散
火炎３１ａ、第１予混合火炎３１ｂ、第２予混合火炎３
１ｃの後流側に噴出させ、これらの火炎３１ａ，３１
ｂ，３１ｃを種火にガスタービン駆動用の燃焼ガス３１
としての第３予混合火炎３１ｄを生成するようになって
いる。
【００７１】このように、本実施形態は、パイロット燃
料噴射部２４により生成されるガスタービン駆動用の燃
焼ガス３１としての各火炎３１ａ，３１ｂ，３１ｃにメ
イン予混合用燃料噴射部５１により生成されるガスター
ビン駆動用の燃焼ガス３１との第３予混合火炎３１ｄを
加えたので、ガスタービン燃焼器２０の高温化に伴うガ
スタービンの高出力化を達成することができる。
【００７２】図６は、本発明に係るガスタービン燃焼器
の第３実施形態を示す一部切概略部分組立断面図であ
る。
【００７３】本実施形態は、第１実施形態あるいは第２
実施形態において、燃焼器内筒２２内に形成する燃焼室
２３の頭部側のパイロット燃料噴射部２４を複数個にし
たものである。なお、第１実施形態あるいは第２実施形
態における構成部品と同一部分には同一符号を付す。
【００７４】拡散燃焼用ノズル部３２、第１予混合燃焼
用ノズル部３３、第２予混合燃焼用ノズル部３４のそれ
ぞれを備えるパイロット燃料噴射部２４を、複数個にす
る本実施形態では、各ノズル部の増加分だけ拡散火炎３
１ａ、第１予混合火炎３１ｂ、第２予混合火炎３１ｃの
温度分布にむらがなくなり、熱的安定性を増す。
【００７５】したがって、本実施形態では、各火炎３１
ａ，３１ｂ，３１ｃの生成の際に発生する燃焼振動をよ
り一層低く抑えることができる。
【００７６】図７は、本発明に係るガスタービン燃焼器
の第１実施形態、第２実施形態または第３実施形態にお
ける第１実施形態を示す部分的な概略断面図である。
【００７７】本実施例は、第１実施形態、第２実施形
態、あるいは第３実施形態において、第１予混合燃焼用
ノズル部３３の予混合燃焼室３６に圧縮空気通路６２と
連通させる噴出孔６２ａを設けるとともに、予混合燃焼
室３６の出口に切欠き４５を形成したものである。な
お、各実施形態の構成部品と同一部分には同一符号を付
してある。
【００７８】予混合燃焼室３６は、燃焼室２３に較べて
容積が小さいために単位時間あたり、単位体積あたりの
燃焼負荷率が高くなっている。このため、ガスタービン
が定格運転に入ると、予混合燃焼室３６は、第１予混合
火炎３１ｂにより過酷な状態に晒されており、圧縮空気
通路６２を形成する壁面が焼損するおそれがある。
【００７９】また、予混合燃焼室３６で生成される第１
予混合火炎３１ｂは、ガスタービンの回転上昇（昇速）
とともにその流速が増加する。このとき、第１予混合火
炎３１は、流速の増加に伴って予混合燃焼室３６から燃
焼室２３へ、また逆に、燃焼室２３から予混合燃焼室３
６へ移動する場合がある。このため、予混合燃焼室３６
は、第１予混合火炎３１ｂの出入りにより燃焼振動を誘
発するおそれがある。
【００８０】そこで、本実施例は、予混合燃焼室３６を
包囲形成する圧縮空気通路６２の壁面に噴出孔６２ａを
設けて、その壁面を冷却するとともに、予混合燃焼室３
６の出口にステップ状の切欠き４５を形成し、ここで発
生する小さな渦４６の付着力を利用して第１予混合火炎
３１ｂのふらつき移動を防止したものである。
【００８１】したがって、本実施例によれば、予混合燃
焼室３６に圧縮空気通路６２と連通させる噴出孔６２ａ
を設け、予混合燃焼室３６を形成する壁面を圧縮空気３
０ａにより冷却するので、第１予混合火炎３１ｂにより
壁面焼損を防止することができる。
【００８２】また、本実施例によれば、予混合燃焼室３
６の出口に切欠き４５を形成し、切欠き４５で発生する
渦４６の付着力を利用して第１予混合火炎３１ｂのふら
つき移動を防止するのて、予混合燃焼室３６内の第１予
混合火炎３１ｂによる振動発生を防止することができ
る。
【００８３】図８は、本発明に係るガスタービン燃焼器
の第１実施形態、第２実施形態または第３実施形態にお
ける第２実施例を示す部分的な概略断面図である。
【００８４】本実施例は、第１実施形態、第２実施形
態、あるいは第３実施形態において、第１予混合燃焼用
ノズル部３３の予混合燃焼室３６を燃焼室２３に向って
拡開させる円錐状に形成したものである。なお、各実施
形態の構成部品と同一部分には同一符号を付してある。
【００８５】本実施例によれば、旋回燃焼ガス流６７は
圧縮空気３０ａが変動しても円錐形状の壁面に沿ってス
ムーズに流れるため、中央部の第１予混合火炎３１ｂの
逆流域の大きさを一定にすることができる。
【００８６】また、燃焼室２３内の燃焼ガスが変動し、
第１予混合火炎３１ｂの逆流域の圧力が上昇し、これに
よって旋回燃焼ガス流６７に外側に拡げる外力が作用し
ても、円錐形状によって旋回燃焼ガス流６７は殆ど影響
を受けず、第１予混合火炎３１ｂの逆流域は位置が僅か
に後流に移動するが、殆ど変化しない。
【００８７】逆に第１予混合火炎３１ｂの逆流域の圧力
が低下して旋回燃焼ガス流６７に内側に引き込む力が作
用しても、旋回燃焼ガス流６７は壁面に付着して流れて
いるため、簡単には剥離せず、第１予混合火炎３１ｂの
逆流域は殆ど変化しない。
【００８８】そのため、安定に燃焼が継続でき、燃焼振
動等の発生を抑える。
【００８９】図９は、本発明に係るガスタービン燃焼器
の第１実施形態、第２実施形態または第３実施形態にお
ける第３実施例を示す部分的な概略断面図である。
【００９０】本実施例は、第１実施形態、第２実施形
態、あるいは第３実施形態において、第１予混合燃焼用
ノズル部３３の第１予混合用予混合気通路４１の出口に
ステップ状の切欠き６３を形成したものである。なお、
各実施形態の構成部品と同一部分には同一符号を付して
ある。
【００９１】ガスタービンの昇速に伴って第１予混合用
予混合気通路４１を通過する燃料ｂはその流速を増し、
予混合燃焼室３６で生成される第１予混合火炎３１ｂも
流速を増して燃焼室２３に噴出する。この場合、燃料ｂ
が第１予混合火炎３１ｂに生成される過程において、第
１予混合火炎３１ｂは、第１予混合用予混合気通路４１
の出口の壁面に対し、付着したり離れたりしてその流れ
を乱し、燃焼振動の発生原因となることがある。
【００９２】そこで、本実施例は、第１予混合用予混合
気通路４１の出口に切欠き６３を形成し、ここで小さな
渦６４を発生させ、渦６４の付着力を利用して第１予混
合火炎３１ｂの第１予混合用予混合気通路４１の出口の
壁面に対する付着・離脱の挙動を防止したものである。
【００９３】したがって、本実施例によれば、第１予混
合用予混合気通路４１の出口にステップ状の切欠き６３
を形成し、切欠き６３で発生する渦６４の付着力を利用
して第１予混合火炎３１ｂのふらつき移動を防止するの
で、第１予混合用予混合気通路４１の出口における第１
予混合火炎３１ｂによる振動発生を防止することができ
る。
【００９４】図１０は、本発明に係るガスタービン燃焼
器の第１実施形態、第２実施形態または第３実施形態に
おける第４実施例を示す部分的な概略断面図である。
【００９５】本実施例は、第１実施形態、第２実施形
態、あるいは第３実施形態において、第１予混合燃焼用
ノズル部３３の予混合燃焼室３６を形成する壁面部６５
をセラミックスまたはセラミックス繊維強化複合材で作
製したものである。なお、各実施形態の構成部品と同一
部分には同一符号を付してある。
【００９６】一般に、ガスタービン燃焼器の燃料希薄状
態の予混合化に使用される圧縮空気３０ａは、空気圧縮
機から供給されているが、その流量には限りがある。ま
して、空気圧縮機から供給される圧縮空気３０ａは、燃
料の予混合化のほかに燃焼器内筒２２、燃焼器尾筒２
６、ガスタービン翼２５等の構成部品に冷却空気用とし
て供給されることを考慮すると、燃焼器内筒の冷却用に
供給する流量を極く少なくすることが望まれる。その
分、燃料の予混合化に供給する流量を多くし、より燃料
希薄な状態にて運転することが可能となる。また冷却空
気を内筒に噴出させ、内筒壁面金属を冷却する方法で
は、内筒壁面の温度が低下すると共に、冷却空気によ
り、未燃予混合気はさらに希薄となり、反応せずに、そ
のまま未燃分として排出される。
【００９７】このような点を考慮して、本実施例では、
予混合燃焼室３６を形成する壁面部６５をセラミックス
またはセラミックス繊維強化複合材で作製して壁面部６
５を高温化させ、壁面部６５の高温化により燃料未燃状
態をより一層少なくさせたものである。すなわち、本実
施例では、壁面部６５をセラミックスまたはセラミック
ス繊維強化複合材で作製して高温化させることにより、
図１１に示すように、第１予混合燃焼用ノズル部３３か
ら予混合燃焼室３６に噴出する予混合気の未燃料発生限
度当量比を、従来の一点鎖線で示す限度当量比より二点
鎖線で示す限度当量比に低くすることができた。また、
この未燃料発生限度当量比の低下に伴って、ガスタービ
ン起動運転中における未燃料発生範囲Ａは、従来の未燃
料発生範囲Ｂに較べて少なくすることができた。さら
に、未燃料発生限度当量比の低下に伴って、未燃料濃度
も、破線で示す従来のものに較べて、実線で示すように
少なくすることができた。
【００９８】したがって、本実施形態では、壁面部６５
をセラミックスまたはセラミックス繊維強化複合材で作
製し、高温化させることにより、壁面部６５に沿って流
れる予混合気の未燃料の発生を少なくし、この部分の冷
却に使用していた圧縮空気３０ａを予混合用に使用する
ことで、さらに低ＮＯｘ化を図ることができる。
【００９９】また、本実施例では、未燃料発生限度等量
比を、従来よりも低くできるので、第１予混合燃焼用ノ
ズル部３３から予混合燃焼室３６に噴出する燃料ｂの噴
出開始時間を早め、その分、拡散燃焼用ノズル部３２か
ら燃焼室２３に噴出する燃料ａの流量を従来よりも少な
くすることができるようになった。すなわち、従来、第
１予混合燃焼用ノズル部３３から噴出する燃料ｂは、図
１２に示すように、ガスタービンの起動運転中、時間ｔ
1 から開始させていたが、予混合燃焼室３６を形成する
壁面部６５をセラミックスまたはセラミックス繊維強化
複合材で作製し、高温化させることにより壁面部６５に
沿って流れる予混合気の未燃料の発生が少なくなったの
で、その時間ｔ1 から時間ｔ2 に早めることができるよ
うになった。その結果、第１予混合燃焼用ノズル部３３
を同心的に包囲形成する拡散燃焼用ノズル部３３から噴
出する燃料ａは、図１２の破線で示す従来の流量よりも
実線で示す流量に少なくすることができ、また未燃料濃
度のピーク値も破線で示す時間よりも実線で示す時間に
早めることができ、さらにＮＯｘ濃度ピーク値も破線で
示す値よりも実線で示す値に低く抑えることができた。
【０１００】このように、本実施例では、壁面部６５を
セラミックスまたはセラミックス繊維強化複合材で作製
し、高温化させることにより、第１予混合燃焼用ノズル
部３３から予混合燃焼室３６に噴出する燃料ｂの噴出開
始時間を従来よりも早め、拡散燃焼用ノズル部３２から
燃焼室２３に噴出する燃料ａを少なくしたので、起動運
転時でもＮＯｘ濃度を従来よりも低く抑えることができ
る。
【０１０１】図１３は、本発明に係るガスタービン燃焼
器の第１実施形態、第２実施形態または第３実施形態に
おける第４実施例を示す部分的な概略断面図である。
【０１０２】本実施例は、第１実施形態、第２実施形態
あるいは第３実施形態において、第１予混合燃焼用ノズ
ル部３３の予混合燃焼室３６を形成する壁面部６５をセ
ラミックスまたはセラミックス繊維強化複合材で作製す
るとともに、壁面部６５に突き出し片６５ａを一体形成
したものである。なお、各実施形態の構成部品と同一部
分には同一符号を付してある。
【０１０３】壁面部６５に一体形成する突き出し片６５
ａは、図１４に示すように、壁面部６５の周方向に沿っ
て環状に配列され、壁面部６５の軸方向に沿って延びて
いる。
【０１０４】このように、本実施例は、セラミックスま
たはセラミックス繊維強化複合材の壁面部６５に突き出
し片６５ａを一体形成することにより伝熱面積を増加さ
せる一方、第１予混合用予混合気通路４１から予混合燃
焼室３６に噴出する予混合気の流れに乱れを与えて燃焼
反応を効果的に促進させたものである。
【０１０５】したがって、本実施例では、伝熱面積の増
加により壁面部６５をより一層高温化でき、また突き出
し片６５ａにより予混合気の流れに乱れを与えて燃焼反
応を促進させるようにしたので、予混合気の未燃料の生
成をより一層低くすることができる。
【０１０６】図１５は、本発明に係るガスタービン燃焼
器の第１実施形態、第２実施形態、または第３実施形態
における第５実施例を示す部分的な概略断面図である。
【０１０７】本実施例は、第１実施形態、第２実施形態
あるいは第３実施形態において、第１予混合燃焼用ノズ
ル部３３の第１燃料ノズル４３を、軸方向に進退自在に
移動できるように、例えばモータ、油圧機構、手動ハン
ドル等の駆動装置６６を備えたものである。なお、各実
施形態の構成部品と同一部分には同一符号を付してあ
る。
【０１０８】本実施例は、第１燃料ノズル４３に駆動装
置６６を備え、駆動装置６６の駆動力により第１燃料ノ
ズル４３を軸方向に進退させ、予混合燃焼室３６の体積
を広狭自在に調整できるようにしたものである。
【０１０９】第１燃料ノズル４３の第１予混合用燃料通
路４０から予混合燃料噴射部４４を経て第１予混合用予
混合気通路４１に噴出する燃料ｂは、第１予混合用予混
合気通路４１で圧縮空気３０ａが加えられて予混合化
し、予混合気として予混合燃焼室３６で第１予混合火炎
３１ｂを生成する。この場合、燃料ｂは、起動時、部分
負荷時、定格負荷時で、その流量が変化しており、流量
増減変化の過渡時、第１予混合火炎３１ｂの生成の際、
燃焼振動を発生させることがある。この燃焼振動の周波
数は燃焼室の空気・柱振動周波数と関係がある場合が多
く、このため、燃焼室の気柱振動周波数を変更すること
により、燃焼振動を抑制することが知られている。
【０１１０】そこで、本実施例は、燃料ｂの流量増減変
化時、駆動装置６６の駆動力により第１燃料ノズル４３
を軸方向に進退させ、予混合燃焼室３６の体積の広狭調
整を図って第１予混合火炎３１ｂを安定燃焼化させたも
のである。
【０１１１】したがって、本実施例では、予混合燃焼室
３６の体積を広狭調整できるようにしたので、燃焼振動
の発生を抑制することができる。
【０１１２】図１６は、本発明に係るガスタービン燃焼
器の第１実施形態、第２実施形態、または第３実施形態
における第６実施例を示す部分的な概略断面図である。
【０１１３】本実施例は、第１実施形態、第２実施形態
あるいは第３実施形態において、第１予混合燃焼用ノズ
ル部３３の第１予混合用予混合気通路４１の出口側に触
媒６１を設置したものである。なお、各実施形態の構成
部品と同一部分には同一符号を付してある。
【０１１４】本実施例では、第１予混合用予混合気通路
４１の出口側に触媒６１を設置したので、第１予混合火
炎３１ｂを生成する際、燃料ｂに基づく予混合気の可燃
限界値およびＣＯの発生しない限界値を下げることがで
きるとともに、ＮＯｘ濃度の発生を低く抑えることがで
きる。
【０１１５】次に、本発明に係るガスタービン燃焼器の
運転方法について説明する。
【０１１６】ガスタービン燃焼器２０は、運転状態に応
じて供給される燃料をコントロールする。
【０１１７】燃料着火からガスタービン初負荷までのガ
スタービン起動運転において、ガスタービン燃焼器２０
は、図１７に示すように、先ず拡散燃焼用ノズル部３２
の拡散燃焼用燃料通路３８にのみ燃料ａを供給し、拡散
火炎３１ａを生成する。
【０１１８】拡散火炎３１ａが安定化すると、ガスター
ビン燃焼器２０は、第１予混合燃焼用ノズル部３３にお
ける第１燃料ノズル４３の第１予混合用燃料通路４０に
燃料ｂを供給し、第１予混合火炎３１ｂを生成する。な
お、燃料ｂの投入と同時に燃料ａは絞り込まれる。
【０１１９】次に、ガスタービンが初負荷から中間負荷
運転に入ると、ガスタービン燃焼器２０は、拡散燃焼用
ノズル部３２への燃料ａの供給を断ち、第２予混合燃焼
用ノズル部３４への燃料ｃを供給し、第２予混合火炎３
１ｃを生成する。
【０１２０】さらに、ガスタービンの負荷が上昇する
と、ガスタービン燃焼器２０は、メイン予混合用燃料噴
射部５１に燃料ｄを供給し、第３予混合火炎３１ｄを生
成する。
【０１２１】このように、ガスタービン燃焼器２０の運
転方法は、第１予混合燃焼用ノズル部３３から生成する
第１予混合火炎３１ｂ、第２予混合燃焼用ノズル部３４
から生成する第２予混合火炎３１ｃ、およびメイン予混
合用燃料噴射部５１から生成する第３予混合火炎３１ｄ
の合計量を燃料ガス３１としてガスタービンを駆動し、
ガスタービンを定格負荷に至らしめるようにしている。
なお、メイン予混合用燃料噴射部５１を備えていないガ
スタービン燃焼器２０においては、第１予混合火炎３１
ｂおよび第２予混合火炎３１ｃによりガスタービンを定
格負荷に至らしめる。
【０１２２】ガスタービンの定格負荷運転中、例えば電
力系統に事故が発生し負荷遮断指令があると、ガスター
ビンは無負荷運転に入る。しかし、負荷遮断指令の過渡
時、慣性力によりガスタービンは定格回転をオーバする
ことがある。このため、ガスタービン燃焼器２０は、定
格負荷時に供給していた燃料流量を最低１０％まで絞り
込むようになっている。この場合、ガスタービン燃焼器
２０は、各ノズル部への燃料配分を、図１７に示すよう
に、メイン予混合用燃料噴射部５１への燃料ｄおよび第
２予混合燃焼用ノズル部３４への燃料ｃのそれぞれの供
給を断ち、第１予混合燃焼用ノズル部３３への燃料ｂの
供給を継続し、第１予混合火炎３１ｂを確保するコント
ロールを行っている。
【０１２３】電力系統が復帰し、ガスタービンに再起動
が開始されると、ガスタービン燃焼器２０は、今迄継続
確保させていた第１予混合火炎３１ｂに、順次、拡散燃
焼用ノズル部３２に燃料ａを供給して生成する拡散火炎
３１ａ、第２予混合燃焼用ノズル部３４に燃料ｃを供給
して生成する第２予混合火炎３１ｃを加えてガスタービ
ンの負荷を発生させるようにしている。
【０１２４】このように、本発明に係るガスタービン燃
焼器の運転方法は、負荷遮断指令によりガスタービンを
無負荷運転状態にさせておいても、常に第１予混合火炎
３１ｂを継続確保させているので、ガスタービンの再起
動運転時間を短くして従来よりも早く定格負荷に立ち上
げることができる。
【０１２５】
【発明の効果】以上説明のとおり、本発明に係るガスタ
ービン燃焼器は、燃焼室の頭部側に設置したパイロット
燃料噴射部を、第１予混合燃焼用ノズル部、拡散燃焼用
ノズル部、および第２予混合燃焼用ノズル部のそれぞれ
で形成するとともに、燃焼室の頭部側の中央部を第１予
混合燃焼用ノズル部に、第１予混合燃焼用ノズル部の外
側を同心的に包囲形成する拡散燃焼用ノズル部に、拡散
燃焼用ノズル部の外側を同心的に包囲形成する第２予混
合燃焼用ノズル部にそれぞれ設置する一方、第１予混合
燃焼用ノズル部の出口側に凹状の予混合燃焼室を形成し
たので、第１予混合燃焼用ノズル部から生成される第１
予混合火炎の燃焼を安定化させＮＯｘ濃度を低く抑える
ことができる。
【０１２６】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、拡散燃焼用ノズル部を、第１予混合燃焼用ノズル部
の外側に設置したので、拡散燃焼用ノズル部で生成され
る拡散火炎を火炎伝播管を介して他のガスタービン燃焼
器に火炎伝播する場合、迅速にして確実に行なうことが
できる。
【０１２７】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、パイロット燃料噴射部にメイン予混合用燃料噴射部
を組み合せて火炎としての燃焼ガスの高温化を図ってい
るので、ガスタービンの高出力化を図ることができる。
【０１２８】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、パイロット燃料噴射部を燃焼室の頭部側に複数個設
置したので、燃焼室内の火炎としての燃焼ガスの温度分
布が均一化され、燃焼振動の発生を抑制することができ
る。
【０１２９】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、第１予混合燃焼用ノズル部の出口側に形成する予混
合燃焼室に切欠きを形成し、切欠きにより発生する渦の
付着力を利用して燃焼振動の発生を抑制したので、安定
した予混合火炎を確保することができる。
【０１３０】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、第１予混合燃焼用ノズル部の出口側に形成する予混
合燃焼室を円錐状に形成し、予混合燃焼室で生成される
予混合火炎の圧力の回復を図ったので、予混合火炎のふ
らつき移動を確実に防止することができる。
【０１３１】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、第１予混合燃焼用ノズル部の出口側に形成する予混
合燃焼室の壁面に噴出孔を設け、圧縮空気通路からの圧
縮空気により壁面を冷却させたので、予混合火炎による
壁面焼損を防止することができる。
【０１３２】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、第１予混合燃焼用ノズル部の出口側に形成する予混
合燃焼室の壁面をセラミックスまたはセラミックス繊維
強化複合材で作製し、高温化に対処させたので、未燃料
の発生を少なくすることができる。
【０１３３】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、第１予混合燃焼用ノズル部の第１燃料ノズルに駆動
装置を設け、駆動装置の駆動力により第１燃料ノズルを
軸方向に進退自在に移動させ、運転状態に対応させて予
混合燃焼室の体積を調整できるようにしたので、運転変
化の際の燃料の増減変化に基づいて発生する燃焼振動を
抑制することができる。
【０１３４】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、第１予混合燃焼用ノズル部の出口側に形成する予混
合燃焼室に触媒を設置したので、予混合気の可燃限界値
およびＣＯの発生しない限界値を下げることができ、Ｎ
Ｏｘ濃度の発生を低く抑えることができる。
【０１３５】また、本発明に係るガスタービン燃焼器の
運転方法は、ガスタービンの負荷遮断時でも第１予混合
燃焼用ノズル部の予混合燃焼室から生成される予混合火
炎を継続確保させているので、ガスタービンの再起動時
間を短くして従来より早い定格負荷運転を行なうことが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガスタービン燃焼器の第１実施形
態を示す一部切欠概略組立断面図。
【図２】図１の部分拡大図。
【図３】定格負荷時、拡散燃料流量と火炎の流速との関
係から火炎の安定性を説明するグラフ。
【図４】拡散燃焼用ノズル部の燃料噴射孔の位置と火炎
伝播管との関係から火炎の温度分布を説明するグラフ。
【図５】本発明に係るガスタービン燃焼器の第２実施形
態を示す一部切欠概略組立断面図。
【図６】本発明に係るガスタービン燃焼器の第３実施形
態を示す一部切欠概略部分組立断面図。
【図７】本発明に係るガスタービン燃焼器の第１実施例
を示す部分的な概略断面図。
【図８】本発明に係るガスタービン燃焼器の第２実施例
を示す部分的な概略断面図。
【図９】本発明に係るガスタービン燃焼器の第３実施例
を示す部分的な概略断面図。
【図１０】本発明に係るガスタービン燃焼器の第４実施
例を示す部分的な概略断面図。
【図１１】負荷と予混合気の当量比および未燃料濃度と
の関係を示すグラフ。
【図１２】負荷と予混合気の当量比、拡散燃料の当量
比、未燃料濃度およびＮＯｘ濃度との関係を示すグラ
フ。
【図１３】本発明に係るガスタービン燃焼器の第４実施
例を示す部分的な概略断面図。
【図１４】図１３のＡ−Ａ矢視方向から見た正面図。
【図１５】本発明に係るガスタービン燃焼器の第５実施
例を示す部分的な概略断面図。
【図１６】本発明に係るガスタービン燃焼器の第４実施
例を示す部分的な概略断面図。
【図１７】本発明に係るガスタービン燃焼器の運転方法
において燃料の投入分配を説明する図。
【図１８】従来のガスタービン燃焼器の実施形態を示す
一部切欠概略組立断面図。
【図１９】当量比とＮＯｘ濃度およびＣＯ濃度との関係
を示すグラフ。
【図２０】従来のガスタービン燃焼器の燃料投入分配を
説明する図。
【符号の説明】 １ 燃焼器内筒 ２ 拡散燃焼ゾーン ３ 予混合燃焼ゾーン ４ 拡散燃焼用ノズル部 ５ 予混合燃焼用ノズル部 ６ パイロット燃料噴射部 ７ 第１拡散燃焼用ノズル部 ８ 第２拡散燃焼用ノズル部 ９ 空気通路部 １０ スワラ １１ ヘッダ １２ スワラ １３ 予混合部 １４ メイン燃料ノズル部 １５ 予混合ダクト １６ メイン燃料噴射部 １７ 圧縮空気 １８ ヘッダ ２０ ガスタービン燃焼器 ３１ 燃焼器外筒 ２２ 燃焼器内筒 ２３ 燃焼室 ２４ パイロット燃料噴射部 ２５ ガスタービン翼 ２６ 燃焼器尾筒 ２７ フロースリーブ ２８ 空気通路 ２９ 空気孔 ３０ 空気圧縮機 ３０ａ 圧縮空気 ３１ 燃焼ガス ３１ａ 拡散火炎 ３１ｂ 第１予混合火炎 ３１ｃ 第２予混合火炎 ３１ｄ 第３予混合火炎 ３２ 拡散燃焼用ノズル部 ３３ 第１予混合燃焼用ノズル部 ３４ 第２予混合燃焼用ノズル部 ３５ ケーシング ３６ 予混合燃焼室 ３８ 拡散燃焼用燃料通路 ３９ 燃料噴射孔 ４０ 第１予混合用燃料通路 ４１ 第１予混合用予混合気通路 ４２ スワラ ４３ 第１燃料ノズル ４４ 予混合燃料噴射部 ４５ 切欠き ４６ 渦 ４７ 第２予混合用予混合気通路 ４８ スワラ ４９ 第２燃料ノズル ５０ 第２予混合出口部 ５１ メイン予混合用燃料噴射部 ５２ メイン燃料用ノズル部 ５３ 予混合ダクト ５４ メイン予混合燃料出口部 ６０ 火炎伝播管 ６１ 触媒 ６２ 圧縮空気通路 ６２ａ 噴出孔 ６３ 切欠き ６４ 渦 ６５ 壁面部 ６５ａ 突き出し片 ６６ 駆動装置 ６７ 旋回燃焼ガス流
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ２３Ｄ 11/12 Ｆ２３Ｄ 11/12 Ｆ２３Ｒ 3/28 Ｆ２３Ｒ 3/28 Ｂ Ａ 3/40 3/40 Ｂ (72)発明者 伊東 正雄 神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４ 株式 会社東芝京浜事業所内

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃焼器内筒内に形成する燃焼室の頭部側
    にパイロット燃料噴射部を備えたガスタービン燃焼器に
    おいて、上記パイロット燃料噴射部を、第１予混合燃焼
    用ノズル部、拡散燃焼用ノズル部および第２予混合燃焼
    用ノズル部とのそれぞれで形成し、上記燃焼室の頭部側
    の中央部に上記第１予混合燃焼用ノズル部を、この第１
    予混合燃焼用ノズル部の外側に同心的に包囲する拡散燃
    焼用ノズル部を、この拡散燃焼用ノズル部の外側に同心
    的に包囲する第２予混合燃焼用ノズル部をそれぞれ設置
    し、上記第１予混合燃焼用ノズル部の出口側に上記燃焼
    室と連通する予混合燃焼室を備えたことを特徴とするガ
    スタービン燃焼器。
  2. 【請求項２】 燃焼器内筒に形成する燃焼室の頭部側に
    パイロット燃料噴射部を備えたガスタービン燃焼器にお
    いて、上記パイロット燃料噴射部を、第１予混合燃焼用
    ノズル部、拡散燃焼用ノズル部および第２予混合燃焼用
    ノズル部とのそれぞれで形成し、上記燃焼室の頭部側の
    中央部に上記第１予混合燃焼用ノズル部を、この第１予
    混合燃焼用ノズル部の外側に同心的に包囲する拡散燃焼
    用ノズル部を、この拡散燃焼用ノズル部の外側に同心的
    に包囲する第２予混合燃焼用ノズル部をそれぞれ設置
    し、上記第１予混合燃焼用ノズル部の出口側に上記燃焼
    室と連通する予混合燃焼室を備えるとともに、上記第２
    予混合燃焼用ノズル部の外側にメイン予混合用燃料噴射
    部を備えたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
  3. 【請求項３】 第１予混合燃焼用ノズル部、拡散燃焼用
    ノズル部および第２予混合燃焼用ノズル部とのそれぞれ
    で形成する一方、上記第１予混合燃焼用ノズル部の出口
    側に予混合燃焼室を備えたパイロット燃料噴射部は、燃
    焼室の頭部側に少なくとも二以上設置したことを特徴と
    する請求項１または２記載のガスタービン燃焼器。
  4. 【請求項４】 第１予混合燃焼用ノズル部の出口側に備
    えた予混合燃焼室は、凹状および円錐状のいずれかの形
    状に形成したことを特徴とする請求項１，２または３記
    載のガスタービン燃焼器。
  5. 【請求項５】 予混合燃焼室は、ステップ状の切欠きを
    備えたことを特徴とする請求項４記載のガスタービン燃
    焼器。
  6. 【請求項６】 予混合燃焼室は、圧縮空気通路と連通す
    る噴出孔を備えたことを特徴とする請求項４記載のガス
    タービン燃焼器。
  7. 【請求項７】 予混合燃焼室は、壁面部をセラミックス
    およびセラミックス繊維強化複合材のいずれかで作製し
    たことを特徴とする請求項４記載のガスタービン燃焼
    器。
  8. 【請求項８】 予混合燃焼室は、壁面部に一体形成する
    突き出し片を備えたことを特徴とする請求項７記載のガ
    スタービン燃焼器。
  9. 【請求項９】 予混合燃焼室は、触媒を備えたことを特
    徴とする請求項４記載のガスタービン燃焼器。
  10. 【請求項１０】 第１予混合燃焼用ノズル部の外側に同
    心的に包囲する拡散燃焼用ノズル部は、燃焼室内に設置
    する火炎伝播管に臨む方向に燃料噴射孔を備えたことを
    特徴とする請求項１，２または３記載のガスタービン燃
    焼器。
  11. 【請求項１１】 第１予混合燃焼用ノズル部は、第１予
    混合用予混合通路に収容する第１燃料ノズルを軸方向に
    進退自在に移動させる駆動装置を備えたことを特徴とす
    る請求項１，２または３記載のガスタービン燃焼器。
  12. 【請求項１２】 駆動装置は、モータ、手動ハンドルお
    よび油圧機構のいずれかを選択的に用いたことを特徴と
    する請求項１１記載のガスタービン燃焼器。
  13. 【請求項１３】 ガスタービンの定格負荷運転中に、第
    １予混合燃焼用ノズル部、第２予混合燃焼用ノズル部お
    よびメイン燃料用ノズル部の少なくとも一つ以上から生
    成する予混合火炎によりガスタービンを駆動するガスタ
    ービン燃焼器の運転方法において、ガスタービンの負荷
    遮断時、上記第１予混合燃焼用ノズル部から生成する予
    混合火炎のみでガスタービンを駆動させた後、拡散燃焼
    用ノズル部および第２予混合燃焼用ノズル部から生成す
    る火炎を加えてガスタービンを再起動させることを特徴
    とするガスタービン燃焼器の運転方法。
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