JPH1089689A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ガスタービンの起動から定格負荷までの一連の
運転に対し、ＮＯｘ濃度を公害防止規制値以下に抑える
ガスタービン燃焼器を提供する。 【解決手段】本発明に係るガスタービン燃焼器は、ガス
タービンの所定負荷まで燃焼室１１に燃料を供給し、燃
焼ガスを生成する第１段燃焼用ノズル２０と、ガスター
ビンの所定負荷以後、上記第１段燃焼用ノズル２０から
噴出する燃料を少なくする一方、代って燃焼室１１に噴
出する燃料を補充する第２段燃焼用ノズル２１とを備え
たものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン燃焼
器に係り、特にガスタービン排ガス中に含まれるＮＯｘ
濃度を低減させるガスタービン燃焼器に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の火力発電プラントに適用するガス
タービン燃焼器は、ＮＯｘ濃度の公害防止規制値をクリ
アするため、火炎（火種）を確保するための拡散燃と燃
料に空気を加えた希薄燃料を燃焼させ、その燃焼ガスを
ガスタービン作動流体（主流ガス）として確保するため
の予混合燃焼とを併用することが主流を占めるようにな
ってきた。

【０００３】この拡散燃焼と予混合燃焼とを併用するガ
スタービン燃焼器は、図１５に示すように、燃焼器ライ
ナ１の頭部側中央に第１段拡散燃焼用パイロットノズル
２を設置し、その外側を２重筒の第２段拡散燃焼用パイ
ロットノズル３で形成し、さらにその外側を空気通路４
および予混合燃焼用パイロットノズル５を設置する一
方、燃焼器ライナ１の外周側に予混合燃焼用メインノズ
ル６および予混合ダクト７を備え、ガスタービンの負荷
が発生するまで第１段拡散燃焼用パイロットノズル２の
燃料ａ1 により火炎を確保し、ガスタービンの負荷発生
が開始されると、第１段拡散燃焼用パイロットノズル２
の燃料ａ1 、第２段拡散燃焼用パイロットノズル２の燃
料ａ2 、空気通路４の空気ｂおよび予混合燃焼用パイロ
ットノズル５の燃料ｃ1 を併用して燃焼ガスを生成し、
ガスタービンの負荷が所定負荷値になると、第１段拡散
燃焼用パイロットノズル２の燃料ａ1 を断ち、代って予
混合燃焼用メインノズル６の燃料ｃ2 、第２段拡散燃焼
用パイロットノズル３の燃料ａ2 、予混合燃焼用パイロ
ットノズル５の燃料ｃ1 の併用により燃焼ガスを生成し
たものである。

【０００４】このように、従来のガスタービン燃焼器
は、拡散燃焼、予混合燃焼を併用することにより、安定
した燃焼ガスが生成でき、また低ＮＯｘ濃度化に優れた
性能を発揮することができた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近のガス
タービンプラントでは、より一層高い出力を目指す研究
が進められており、これに伴ってガスタービン燃焼器の
燃焼ガス温度も従来の１３００℃から１５００℃以上に
なってくる。ガスタービン燃焼器の燃焼ガス温度が１５
００℃以上になってくると、図１で示した構造のガスタ
ービン燃焼器では、ＮＯｘ濃度の公害防止規制値をクリ
アすることが限界に達しており、新たな代替技術が必要
になってきている。特に、従来のガスタービン燃焼器
は、ガスタービンが負荷発生まで拡散燃焼を行っている
ので、この間ＮＯｘの発生量が多い。

【０００６】このため、ガスタービン燃焼器は、ガスタ
ービンが負荷発生までも含めて全て予混合燃焼を行い、
ＮＯｘ濃度の公害防止規制値をクリアさせることが必要
である。

【０００７】しかし、予混合燃焼は、拡散燃焼に較べ安
定燃焼の幅が極めて狭いため、ガスタービン燃焼器の燃
料着火からガスタービン定格負荷に至るまでの全運転範
囲に亘ってＮＯｘ濃度の公害阻止規制性をクリアさせ、
かつ安定燃焼させるには、ガスタービン燃焼器に数多く
の予混合燃焼用ノズルが必要になる。

【０００８】しかし、数多くの予混合燃焼用ノズルをガ
スタービン燃焼器に組み込むと、その使用方法は、例え
ばガスタービンの負荷発生まで第１段予混合燃焼用ノズ
ルを使用し、次にガスタービンの負荷の１／３まで第２
段予混合燃焼用ノズルを使用し、さらにガスタービンの
負荷の２／３まで第３段予混合燃焼用ノズルを使用し、
定格まで数段階に分けて別々の予混合燃焼用ノズルを使
用することになり、その使用によるガスタービン燃焼器
の燃料特性はガスタービン負荷上昇とともに鋸歯状に変
化する。

【０００９】このように、ガスタービン燃焼器の燃料特
性が鋸歯状に変化すると、一つの予混合燃焼用ノズルか
ら別の予混合燃焼用ノズルに切り替える際、そのピーク
点で予混合燃料濃度が高くなるので必然的にＮＯｘ濃度
も増加し、公害防止規制値をオーバするおそれがある。

【００１０】また、予混合燃料濃度が希薄であれば、Ｎ
Ｏｘ濃度も低く維持することができるが、ガスタービン
負荷の上昇とともに予混合燃料濃度も段階的に高める必
要が出、その高める瞬間においてＮＯｘが多く発生し、
公害防止規制値をオーバするおそれがある。

【００１１】また、ガスタービンが部分負荷運転を行う
場合、ＮＯｘ濃度を公害防止規制値以内に維持するた
め、数多くの予混合燃焼用ノズルをその運転状態毎に応
じてきめ細かく制御する必要があるが、その場合、数多
くの予混合燃焼用ノズルをコントロールする制御装置が
大変複雑になり、その制御操作にミス操作が出易くな
り、ミス操作により燃焼ガスの吹き消えのおそれがある
等多くの問題が出る。

【００１２】本発明は、このような問題点が出ることに
鑑みてなされたもので、予混合燃焼用ノズルを極力少な
い本数にしてその制御操作性を簡素化させる一方、ガス
タービンの起動から定格負荷までの一連の運転に対し、
公害防止規制値を常にクリアできるよう図ったガスター
ビン燃焼器を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、請求項１に記載したように、ガスター
ビンの所定負荷まで燃焼室に燃料を供給し、燃焼ガスを
生成する第１段燃焼用ノズルと、ガスタービンの所定負
荷以後、上記第１段燃焼用ノズルから噴出する燃料を少
なくする一方、代って燃焼室に噴出する燃料を補充する
第２段燃焼用ノズルとを備えたものである。

【００１４】本発明は、上記の目的を達成するために、
請求項２に記載したように、第２段燃焼用ノズルは、第
１段燃焼用ノズルと同芯的に取り囲むように設置したも
のである。

【００１５】本発明は、上記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段燃焼用ノズルを同芯
的に取り囲む第２段燃焼用ノズルの外側に、予混合ダク
トを組み合せた第３段燃焼用ノズルを備えたものであ
る。

【００１６】本発明は、上記の目的を達成するために、
請求項４に記載したように、第２段燃焼用ノズルは、中
央に配設した第２段燃料通路を取り囲む第２段空気通路
を備える一方、上記第２段燃料通路からの燃料を第２段
予混合燃料通路に案内する燃料噴出口を備えたものであ
る。

【００１７】本発明は、上記の目的を達成するために、
請求項５に記載したように、第２段予混合燃料通路は、
燃料噴出口から下流側に向って開口面積を絞る縮流通路
に形成したものである。

【００１８】本発明は、上記の目的を達成するために、
請求項６に記載したように、第１段燃焼用ノズルは、中
央に配設した第１段燃料通路を取り囲む第１段空気通路
と、この第１段空気通路に連通し、上記第１段空気通路
の第１段燃料噴射口から噴出する燃料を案内する第１段
予混合燃料通路と、上記第１段燃料噴射口から噴出する
燃料をバイパスさせて燃焼室に噴出させる第１段予混合
燃料バイパス通路とを備えたものである。

【００１９】本発明は、上記の目的を達成するために、
請求項７に記載したように、第１段燃料通路は、下流端
に拡開通路を形成し、この拡開通路に第１段燃料噴射口
を穿設したものである。

【００２０】本発明は、上記の目的を達成するために、
請求項８に記載したように、第１段予混合燃料バイパス
通路は、第１段予混合燃料通路を介して第１段燃料噴射
口に対峙させたものである。

【００２１】本発明は、上記の目的を達成するために、
請求項９に記載したように、第１段予混合燃料通路の出
口に凹みを形成したものである。

【００２２】本発明は、上記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段予混合燃料通路の
上流側に邪魔板を設置したものである。

【００２３】本発明は、上記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段予混合燃料通路に
混合促進体を設けたものである。

【００２４】本発明は、上記の目的を達成するために、
請求項１２に記載したように、第１段空気通路に、空気
をバイパスさせて第１段予混合燃料通路に案内する空気
導入通路を設けたものである。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るガスタービン
燃焼器の一実施の形態を添付図面を参照して説明する。

【００２６】図１は、本発明に係るガスタービン燃焼器
の第１実施形態を示す概略図である。

【００２７】ガスタービン燃焼器８は、外筒９内に燃焼
器ライナ１０が内筒として収容される。燃焼器ライナ１
０内には燃焼室１１が形成され、燃焼器ライナ１０と外
筒９との間にはスリーブ状の空気通路１３が形成され
る。また、燃焼器ライナ１０の後流側は、ガスタービン
翼１４と連通するトラジションピース１５に接続し、ト
ラジションピース１５を覆設するケーシング１６により
空気圧縮機１７からの高圧空気１２を空気通路１３に案
内するようになっている。

【００２８】また、燃焼器ライナ１０の頭部側の中央に
は、第１段燃料入口１８ａを介して第１段燃料系１９ａ
に接続する第１段燃焼用ノズル２０が設置されており、
この第１段燃焼用ノズル２０により第１段燃料系１９ａ
の燃料を燃焼室１１に噴射させるようになっている。

【００２９】また、第１段燃焼用ノズル２０の外側に
は、第２段燃料入口１８ｂを介して第２段燃料系１９ｂ
に接続する第２段燃焼用ノズル２１が設けられる。この
第２段燃焼用ノズル２１はヘッダ２２を備え、第１段燃
焼用ノズル２０とともに、外筒９の開口端を覆設するヘ
ッドプレート２３に固設される。

【００３０】第１段燃焼用ノズル２０は、図２に示すよ
うに、同芯状の２重筒構造に形成され、中心側に第１段
燃料系１９ａの燃料１９ａ1 を案内する第１段燃料通路
２４とこの第１段燃料通路２４を取り囲む第１段空気通
路２５とを備える。

【００３１】第１段燃料通路２４は、下流端側を拡開通
路２６に形成するとともに、この拡開通路２６に放射状
に穿設した第１段燃料噴射口２７を備えており、拡開通
路２６で燃料１９ａ1 の圧力を一旦回復させてから第１
段空気通路２５に向って噴出させるようになっている。

【００３２】また、第１段空気通路２５は、高圧空気１
２を案内する空気取入れ口２８と、高圧空気１２に旋回
流を与える旋回羽根２９と、旋回流が与えられた高圧空
気１２に第１段燃料噴射口２７からの燃料１９ａ1 を混
合させ、その予混合燃料１９ａ2 を燃焼室１１に噴出さ
せる第１段予混合燃料通路３０とから構成される。また
第１段予混合燃料通路３０は、拡開通路２６の第１段燃
料噴射口２７に対峙し、かつ放射状に延びる予混合燃料
バイパス通路３１を備えており、ここから燃焼室１１に
向って燃料１９ａ3 を拡散させるようになっている。

【００３３】一方、第２段燃焼用ノズル２１も、同芯状
の２重筒構造に形成され、中心側に第２段燃料系１９ｂ
の燃料１９ｂ1 を案内する第２段燃料通路３２と、この
第２段燃料通路３２を取り囲む第２段空気通路３３とを
備える。

【００３４】第２段燃料通路３２には、下流側に燃料１
９ｂ1 を第２段空気通路３３に転向させる燃料噴出口３
４が設けられる。

【００３５】また、第２段空気通路３３には、高圧空気
１２を案内する空気取入れ口３５と、高圧空気１２に旋
回流を与える旋回羽根３６と、旋回流が与えられた高圧
空気１２に燃料噴出口３４からの燃料１９ｂ1 を混合さ
せ、その予混合燃料１９ｂ2を燃焼室１１に噴出させる
第２段予混合燃料通路３７とが設けられる。この第２段
予混合燃料通路３７は、燃料噴出口３４からその下流側
の燃焼室１１に向って開口断面を徐々に絞る縮流通路に
形成される。

【００３６】なお、燃焼室１１は、その一側に火炎伝播
管３８を備え、この火炎伝播管３８により燃焼室１１で
生成した燃焼ガスの一部を火炎（火種）として別のガス
タービン燃焼器（図示せず）に供給するようになってい
る。

【００３７】次にガスタービン燃焼器８の作用を説明す
る。

【００３８】ガスタービン燃焼器８は、燃料着火により
燃料供給が開始されると、図２に示すように、第１段燃
料系１９ａの燃料１９ａ1 を第１段燃料通路２４、拡開
通路２６を介して第１段燃料噴射口２７に案内し、ここ
から燃焼室１１に噴出させる。この場合、第１段燃料噴
射口２７から噴出する燃料１９ａ1 は、まだ低流量であ
るため、図３に示すように、第１段空気通路２５の旋回
羽根２９により旋回流を伴う高圧空気１２に誘引され、
予混合燃料１９ａ2 として第１段予混合燃料通路３０を
経て燃焼室１１に噴出され、第１段予混合燃料バイパス
通路３１には高圧空気１２の一部だけが流れるにとどま
っている。

【００３９】ガスタービンの負荷発生が開始されると、
ガスタービン燃焼器８は、燃料１９ａ1 を増加させ、そ
の増加に伴って第１段燃料噴射口２７から噴出する燃料
１９ａ1 の運動量（噴出力）が高まってくる。このた
め、今迄、高圧空気１２のエジェクタ効果により第１段
予混合燃料通路３０に誘引されていた燃料１９ａ1 は、
その誘引力に打ち勝って、図４に示すように、第１段予
混合燃料バイパス通路３１にも噴出するようになり、や
がて第１段予混合燃料バイパス通路３１への燃料１９ａ
1 の噴出量の増加とともに、図示破線で示すように、第
１段予混合燃料通路３０への燃料１９ａ1 が減ってく
る。なお、燃料１９ａ1 の第１段予混合燃料通路３０へ
の噴出量と第１段予混合燃料バイパス通路３１への噴出
量との割合は、燃料１９ａ1 の濃度、圧力等を観察して
ＮＯｘ濃度公害防止規制値以内に収まるよう、第１段予
混合燃料通路３０、第１段予混合燃料バイパス通路３１
のそれぞれの開口面積が設定される。

【００４０】一方、ガスタービンが所定負荷に達する
と、ガスタービン燃焼器８は、図５に示すように、今
迄、第１段燃焼用ノズルに供給していた燃料１９ａ1 を
絞り始め、代って第２段燃焼用ノズル２１への燃料１９
ｂ1 の供給を開始し、その後、定格負荷まで第２段燃焼
用ノズル２１への燃料１９ｂ1 の供給量を増加させ、燃
焼用ノズル２０への燃料１９ａ1 の供給量を所定量まで
減らすようにしており、これに伴って第１段予混合燃料
通路３０および第１段予混合燃料バイパス通路３１のそ
れぞれに噴出する燃料１９ａ1 も図示の実線と破線で示
すように減少する。

【００４１】このような、ガスタービン燃焼器８の燃料
供給方法において、ガスタービン負荷とＮＯｘ濃度との
関係は、図６に示すように、燃料着火からガスタービン
初負荷までの間、第１段燃焼用ノズル２０に供給された
燃料１９ａ1 が第１段予混合燃料通路３０に噴出すると
き、第１段空気通路２５からの旋回流を伴った高圧空気
１２と混合し、燃料濃度希薄状態の予混合燃料として燃
焼室１１に噴出するので、ＮＯｘ濃度の公害防止規制値
よりも低く抑えることができる。

【００４２】また、ガスタービンの負荷が上昇し、所定
負荷に至るまでの間、燃料１９ａ1の増加に伴ってその
運動量（噴出力）が増し、このため、今迄、第１段予混
合燃料通路３０だけしか噴出していなかった燃料１９ａ
1 が第１段予構造混合燃料バイパス通路３１にも分流す
るので、図示の二点鎖線で示すように、第１段予混合燃
料バイパス通路３１が存在しない場合に較べ、大幅にＮ
Ｏｘ濃度を低く抑えることができ、ＮＯｘ濃度の公害防
止規制値以下の範囲に収めることができる。このよう
に、ＮＯｘ濃度を公害防止規制値よりも低く抑えること
ができるのは、燃料１９ａ1 の分流化により分流燃料の
濃度が低くなったことによるものと考えられる。なお、
第１段予混合燃料バイパス通路３１から燃焼室１１に噴
出する燃料１９ａ1 は、燃料濃度の希薄化が低い状態の
予混合燃料１９ａ3 として燃焼室１１に拡散燃焼する
が、第２段燃焼用ノズル２１からの旋回流を伴った高圧
空気１２によりその濃度が希薄化されるので、燃焼の
際、ＮＯｘ濃度を低く抑えることができる。

【００４３】また、ガスタービンが所定負荷に達する
と、ガスタービン燃焼器８は、第１段燃焼用ノズル２０
に供給していた燃料１９ａ1 を絞り、代って第２段燃焼
用ノズル２１へ燃料１９ｂ1 が供給される。この場合、
第１段予混合燃料通路３０、第１段予混合燃料バイパス
通路３１のそれぞれに噴出していた各燃料１９ａ1 も少
なくなるので図示の実線と破線で示すように、ＮＯｘ濃
度も少なくなる。また、第２段燃焼用ノズル２１に供給
された燃料１９ｂ1 は、第２段予混合燃料通路３７から
燃焼室１１に噴出するとき、第２段空気通路３３の旋回
流を伴った高圧空気１２と混合し、燃料濃度が希薄化さ
れているので、図示の三点鎖線で示すように、ＮＯｘ濃
度を公害防止規制値よりも低く抑えることかできる。

【００４４】このように、本実施形態は、ガスタービン
燃焼器８の第１段燃焼用ノズル２０に、その燃料１９ａ
1 を予混合燃料１９ａ2 ，１９ａ3 として区分けする第
１段予混合燃料通路３０、第１段予混合燃料バイパス通
路３１をそれぞれ設けるとともに、ガスタービンの所定
負荷時、第１段燃焼用ノズル２０の燃料１９ａ1 で生成
していた燃焼ガスを切り替えて新たな燃料１９ｂ1 で燃
焼ガスを生成する第２段燃焼用ノズル２１を設け、ガス
タービンの燃料着火からその定格までの一連の運転に対
し、第１段燃焼用ノズル２０、第２段燃焼用ノズル２１
に供給される燃料１９ａ1 ，１９ｂ1 を全て予混合化し
たので、その燃料１９ａ1 ，１９ｂ1 により生成される
燃焼ガスをＮＯｘ濃度公害防止規制値よりも確実に低く
抑えることができる。

【００４５】図７は、本発明に係るガスタービン燃焼器
の第１実施形態における第１実施例を示す概略図であ
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、その重複説明を省略する。

【００４６】本実施例は、ヘッドプレート２３から突き
出た燃料供給外筒３９を設け、さらに、この燃料供給外
筒３９の端部に第２段燃焼用ノズル２１に燃料１９ｂ1
を供給するヘッダ４０を備えるカバープレート４１を設
けることにより、第２段燃焼用ノズル２１を第１段燃焼
用ノズル２０に同芯的に取り囲むことができるようにし
たものである。

【００４７】また、本実施例は、第２段燃焼用ノズル２
１の第２段予混合燃料通路３７を、その上流側から下流
側の燃焼室１１に向って開口面積を徐々に小さくする縮
流通路に形成したものである。

【００４８】このように本実施例は、第２段燃焼用ノズ
ル２１を第１段燃焼用ノズル２０に同芯的に取り囲むよ
うにすることにより、第１段燃焼用ノズル２０の第１段
予混合燃料バイパス通路３１の出口を、第２段燃焼用ノ
ズル２１の第２段予混合燃料通路３７の出口よりも上流
側に連通させることができるから、図８に示すように、
第２段予混合燃料通路３７を通過する旋回流を伴った高
圧空気１２または燃料希薄な予混合燃料１９ｂ2 により
第１段予混合燃料バイパス通路３１から噴出する比較的
燃料濃度の高い予混合燃料１９ａ3 をより一層燃料希薄
化させることができる。

【００４９】したがって、本実施例では、第１段予混合
燃料バイパス通路３１から噴出する比較的燃料濃度の高
い予混合燃料１９ａ3 をより一層燃料希薄化させること
ができるので、その予混合燃料１９ａ3 の拡散燃焼の際
でもＮＯｘ濃度をより低く抑えることができる。

【００５０】また、本実施例では、第１段予混合燃料バ
イパス通路３１の出口を、第２段予混合燃料通路３７の
出口よりも上流側に連通させたから、ここから生成され
る燃焼ガスが火炎伝播管３８とより近くなり、このため
別の燃焼室への火炎（火種）移りを早めることができ
る。

【００５１】また、本実施例では、第２段予混合燃料通
路３７を縮流通路に形成したので、ここから燃焼室１１
に向う予混合燃料１９ｂ2 の流速を高めることができ、
その結果、燃焼室１１からの逆火防止を図ることができ
る。

【００５２】図９は、本発明に係るガスタービン燃焼器
の第１実施形態における第２実施例を概略的に示す部分
図である。なお、第１実施形態の構成部品と同一部分に
は同一符号を付す。

【００５３】本実施例は、第１段燃焼用ノズル２０の第
１段予混合燃料通路３０の出口に凹み４２を設けたもの
である。

【００５４】本実施例は、第１段予混合燃料通路３０の
出口に凹み４２を設けたから、この凹み４２により予混
合燃料１９ａ3 に循環流４３を発生させることができ
る。このため、燃焼室１１内の火炎は安定化し、吹き消
え現象を防止することができる。

【００５５】図１０は、本発明に係るガスタービン燃焼
器の第１実施形態における第３実施例を概略的に示す部
分図である。なお、第１実施形態の構成部分と同一部分
には同一符号を付す。

【００５６】本実施例は、第１段燃料噴射口２７から第
１段予混合燃料通路３０または第１段予混合燃料バイパ
ス通路３１に噴出する燃料１９ａ1 のその第１段予混合
燃料通路３０の上流側にじゃま板４４を設けたものであ
る。

【００５７】本実施例は、第１段予混合燃料通路３０の
上流側にじゃま板４４を設けることにより、図１１に示
すように、旋回羽根２９により与えられた旋回流を伴っ
た高圧空気１２がさらに流れを乱す。このため、第１段
燃料噴射口２７から噴出する燃料１９ａ1 は、その流量
が多くなっても流れの乱れの大きい高圧空気１２により
その濃度が良好に希薄化され、予混合燃料１９ａ2 ，１
９ａ3 として第１段予混合燃料通路３０、第１段予混合
燃料バイパス通路３１に、より多く流すことができる。

【００５８】このように、本実施例では、第１段予混合
燃料通路３０の上流側にじゃま板４４を設け、このじゃ
ま板４４により高圧空気１２により多く乱れを与え、第
１段燃料噴射口２７から噴出する燃料１９ａ1 の濃度希
薄化を促進させたので、第１段予混合燃料通路３０、第
１段予混合燃料バイパス通路３１の長さを短かくでき、
しいては第１段燃焼用ノズル２０のコンパクト化につな
がる。

【００５９】また、本実施例に係るじゃま板４４は、断
面三角形にしてあるが、その断面形状は任意に選択でき
る。なお、本実施例でも、第１段予混合燃料通路３０の
出口に凹み４２を設け、第１段予混合燃料通路３０から
噴出する予混合燃料１９ａ2に循環流を与えるようにし
てある。

【００６０】図１２は、本発明に係るガスタービン燃焼
器の第１実施形態における第４実施例を概略的に示す部
分図である。なお、第１実施例の構成部品と同一部分に
は同一符号を付す。

【００６１】本実施例は、第１段予混合燃料通路３０
に、第１段燃料噴射口２７から噴出する燃料１９ａ1 の
流れに乱れを与えて燃料濃度を希薄化させる予混合燃料
１９ａ2 として燃焼室１１に噴出させる混合促進体４５
を設けたものである。この混合促進体４５は、例えば旋
回羽根、柱状突起物、ねじ板等が考えられる。

【００６２】このように、本実施例は、第１段予混合燃
料通路３０に混合促進体４５を設けているので、第１段
燃料噴射口２７から噴出する燃料１９ａ1 の濃度を高圧
空気１２でより均一に希薄化させることができる。した
がって、第１段予混合燃料通路３０から燃焼室１１に噴
出する予混合燃料１９ａ2 は、その濃度が均一に希薄化
されているので、燃焼ガス生成の際、ＮＯｘ濃度をより
低く抑えることができる。

【００６３】図１３は、本発明に係るガスタービン燃焼
器の第１実施形態における第５実施例を概略的に示す部
分図である。なお、第１実施形態の構成部品と同一部分
には同一符号を付す。

【００６４】本実施例は、第１段空気通路２５をバイパ
スして第１段予混合燃料通路３０に連通させる空気導入
通路４６を設けたものである。

【００６５】このように、本実施例では、空気導入通路
４６を設けることにより、第１段燃料噴射口２７から第
１段予混合燃料通路３０に流れる燃料１９ａ1 に高圧空
気１２が加わり、その濃度を均一に希薄化させ、予混合
燃料１９ａ2 として燃焼室１１に噴出させることができ
る。したがって、第１段予混合燃料通路３０から燃焼室
１１に噴出する予混合燃料１９ａ2 は、その濃度が均一
に希薄化されているので、燃焼ガス生成の際、ＮＯｘ濃
度をより低く抑えることができる。

【００６６】図１４は、本発明に係るガスタービン燃焼
器の第２実施形態を示す概略図である。なお、第１実施
形態における第１実施例の構成部品と同一部分には同一
符号を付し、その重複説明を省略する。

【００６７】本実施形態は、第１実施形態の第１実施例
に、第３段燃料系４７の燃料４７ａを燃焼室１１に供給
する第３段燃焼用ノズル４８と予混合ダクト４９を追加
したものである。

【００６８】第３段燃焼用ノズル４８は、第３段燃料系
４７からヘッドプレート２３のヘッダ４０を介して供給
される燃料４７ａを、予混合ダクト４９に噴出させる
際、高圧空気１２と混合させ、その濃度を希薄化させる
ようになっている。また、燃料濃度が希薄化された予混
合燃料４７ａは、予混合ダクト出口５０を経て燃焼室１
１に噴出し、第１段燃焼用ノズル２０、第２段燃焼用ノ
ズル２１から生成される燃焼ガスを火炎（火種）として
ガスタービン（図示せず）の作動流体として供給する燃
焼ガスを生成するようになっている。

【００６９】本実施形態は、第３段燃料系４７の燃料４
７ａを、予混合化した燃焼室１１に供給する第３段燃焼
用ノズル４８と予混合ダクト４９とを設けたので、第２
段燃焼用ノズル２１の負荷を軽減させることができ、第
２段燃焼用ノズル２１に供給する高圧空気１２の流量を
減少させることができる。

【００７０】したがって、本実施形態では、第１段燃焼
用ノズル２０の単独運転から第２段燃焼用ノズル２１の
切り替えを低い負荷運転の範囲で行うことができ、その
後第３段燃焼用ノズル４８で運転を行えば、燃料着火か
ら定格負荷までの一連の広い運転範囲で燃料の予混合化
を実現でき、ＮＯｘ濃度の低い運転範囲を拡大すること
ができる。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るガス
タービン燃焼器は、燃焼室に第１段燃焼用ノズル、第２
段燃焼用ノズルをそれぞれ設け、第１段燃焼用ノズル、
第２段燃焼用ノズルから噴出する燃料の全てを空気を加
えてそれらの濃度を希薄化させたので、燃焼ガスのＮＯ
ｘ濃度を低く抑えることができ、ＮＯｘ濃度の公害防止
規制値以下に確実に維持させることができる。

【００７２】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、燃焼室に第１段燃焼用ノズル、第２段燃焼用ノズル
をそれぞれ設け、第２段燃焼用ノズルを第１段燃焼用ノ
ズルに同芯的に取り囲むように設置したので、第１段燃
焼用ノズルの第１段予混合燃料バイパス通路から噴出す
る燃料で拡散燃焼させても、より低いＮＯｘ濃度で運転
させることができる。

【００７３】また、本発明に係るガスタービン燃焼器
は、第１段燃焼用ノズル、第２段燃焼用ノズルに、第３
段燃焼用ノズルを追加し、第２段燃焼用ノズルの負荷を
軽減させたので、燃料着火から定格負荷までの一連の広
い運転範囲に亘ってＮＯｘ濃度の低い運転を実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るガスタービン燃焼器の第１実施形
態を示す概略図。

【図２】図１の第１段燃焼用ノズル、第２段燃焼用ノズ
ルの部分拡大図。

【図３】図１の第１段燃焼用ノズルの部分拡大図。

【図４】図１の第１段燃焼用ノズルの第１段予混合燃料
通路、第１段予混合燃料バイパス通路に分配される燃料
の配分を示すグラフ。

【図５】図１の第１段燃焼用ノズルと第２段燃焼用ノズ
ルとの燃料供給配分を示すグラフ。

【図６】本発明に係るガスタービン燃焼器のガスタービ
ン負荷とＮＯｘ濃度との関係を示すグラフ。

【図７】本発明に係るガスタービン燃焼器の第１実施形
態における第１実施例を示す概略図。

【図８】図７の第１段燃焼用ノズル、第２段燃焼用ノズ
ルの部分拡大図。

【図９】本発明に係るガスタービン燃焼器の第１実施形
態における第２実施例を示す概略図。

【図１０】本発明に係るガスタービン燃焼器の第１実施
形態における第３実施例を示す概略図。

【図１１】図１０のＡ−Ａ矢視方向切断断面図。

【図１２】本発明に係るガスタービン燃焼器の第１実施
形態における第４実施例を示す概略図。

【図１３】本発明に係るガスタービン燃焼器の第１実施
形態における第５実施例を示す概略図。

【図１４】本発明に係るガスタービン燃焼器の第２実施
形態を示す概略図。

【図１５】従来のガスタービン燃焼器を示す概略図。

【符号の説明】

１ 燃焼器ライナ ２ 第１段拡散燃焼用パイロットノズル ３ 第２段拡散燃焼用パイロットノズル ４ 空気通路 ５ 予混合燃焼用パイロットノズル ６ 予混合燃焼用メインノズル ７ 予混合ダクト ８ ガスタービン燃焼器 ９ 外筒 １０ 燃焼器ライナ １１ 燃焼室 １２ 高圧空気 １３ 空気通路 １４ ガスタービン翼 １５ トラジションピース １６ ケーシング １７ 空気圧縮機 １８ａ 第１段燃料入口 １８ｂ 第２段燃料入口 １９ａ 第１段燃料系 １９ｂ 第２段燃料系 ２０ 第１段燃焼用ノズル ２１ 第２段燃焼用ノズル ２２ ヘッダ ２３ ヘッドプレート ２４ 第１段燃料通路 ２５ 第１段空気通路 ２６ 拡開通路 ２７ 第１段燃料噴射口 ２８ 空気取入れ口 ２９ 旋回羽根 ３０ 第１段予混合燃料通路 ３１ 予混合燃料バイパス通路 ３２ 第２段燃料通路 ３３ 第２段空気通路 ３４ 燃料噴出口 ３５ 空気取入れ口 ３６ 旋回羽根 ３７ 第２段予混合燃料通路 ３８ 火炎伝播管 ３９ 燃料供給外筒 ４０ ヘッダ ４１ カバープレート ４２ 凹み ４３ 循環流 ４４ じゃま板 ４５ 混合促進体 ４６ 空気導入通路 ４７ 第３段燃料系 ４８ 第３段燃焼用ノズル ４９ 予混合ダクト ５０ 予混合ダクト出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芳根 俊行 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 (72)発明者 前田 福夫 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 (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスタービンの所定負荷まで燃焼室に燃
   料を供給し、燃焼ガスを生成する第１段燃焼用ノズル
   と、ガスタービンの所定負荷以後、上記第１段燃焼用ノ
   ズルから噴出する燃料を少なくする一方、代って燃焼室
   に噴出する燃料を補充する第２段燃焼用ノズルとを備え
   たことを特徴とするガスタービン燃焼器。
2. 【請求項２】 第２段燃焼用ノズルは、第１段燃焼用ノ
   ズルと同芯的に取り囲むように設置したことを特徴とす
   る請求項１に記載のガスタービン燃焼器。
3. 【請求項３】 第１段燃焼用ノズルを同芯的に取り囲む
   第２段燃焼用ノズルの外側に、予混合ダクトを組み合せ
   た第３段燃焼用ノズルを備えたことを特徴とするガスタ
   ービン燃焼器。
4. 【請求項４】 第２段燃焼用ノズルは、中央に配設した
   第２段燃料通路を取り囲む第２段空気通路を備える一
   方、上記第２段燃料通路からの燃料を第２段予混合燃料
   通路に案内する燃料噴出口を備えたことを特徴とする請
   求項１に記載のガスタービン燃焼器。
5. 【請求項５】 第２段予混合燃料通路は、燃料噴出口か
   ら下流側に向って開口面積を絞る縮流通路に形成したこ
   とを特徴とする請求項４に記載のガスタービン燃焼器。
6. 【請求項６】 第１段燃焼用ノズルは、中央に配設した
   第１段燃料通路を取り囲む第１段空気通路と、この第１
   段空気通路に連通し、上記第１段空気通路の第１段燃料
   噴射口から噴出する燃料を案内する第１段予混合燃料通
   路と、上記第１段燃料噴射口から噴出する燃料をバイパ
   スさせて燃焼室に噴出させる第１段予混合燃料バイパス
   通路とを備えたことを特徴とする請求項１または２に記
   載のガスタービン燃焼器。
7. 【請求項７】 第１段燃料通路は、下流端に拡開通路を
   形成し、この拡開通路に第１段燃料噴射口を穿設したこ
   とを特徴とする請求項６に記載のガスタービン燃焼器。
8. 【請求項８】 第１段予混合燃料バイパス通路は、第１
   段予混合燃料通路を介して第１段燃料噴射口に対峙させ
   たことを特徴とする請求項６に記載のガスタービン燃焼
   器。
9. 【請求項９】 第１段予混合燃料通路の出口に凹みを形
   成したことを特徴とする請求項６に記載のガスタービン
   燃焼器。
10. 【請求項１０】 第１段予混合燃料通路の上流側に邪魔
    板を設置したことを特徴とする請求項６に記載のガスタ
    ービン燃焼器。
11. 【請求項１１】 第１段予混合燃料通路に混合促進体を
    設けたことを特徴とする請求項６に記載のガスタービン
    燃焼器。
12. 【請求項１２】 第１段空気通路に、空気をバイパスさ
    せて第１段予混合燃料通路に案内する空気導入通路を設
    けたことを特徴とする請求項６に記載のガスタービン燃
    焼器。