JPH11101435A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】大きな燃焼振動の発生を防止し、広い運転範囲
でＮＯｘ排出量を低減して安定に燃焼できるガスタービ
ン燃焼器を提供する。 【解決手段】燃料と空気とが供給される燃焼室と、該燃
焼室に燃料を噴出すると共に空気を旋回させて噴出する
第１のバーナと、第１のバーナの周囲に複数配置され、
空気と燃料との予混合気を燃焼室に供給する第２のバー
ナと、第１のバーナの外側であって、第２バーナの予混
合気の流れの内側に配置され、燃焼室の下流にかけて半
径方向の断面積が広がるよう形成され燃焼室の中心軸に
対して傾斜する面を有する環状隔壁と、該環状隔壁の傾
斜する面に周方向に間隔を介して配置され、燃焼室の中
心軸方向に空気を噴出する複数の空気噴出口とを有する
ことを特徴とする。

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、拡散燃焼又は予混合燃焼する第１のバーナと
その周囲に予混合燃焼する複数の第２のバーナを備えた
ガスタービン燃焼器に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンは、起動から定格負荷ま
で、大きな負荷変化に対応して広範な出力範囲で運転し
なければならない。したがって、起動から定格負荷ま
で、空気流量や燃料流量等の運転条件が大幅に変化して
も安定に燃焼することがガスタービン燃焼器の必須要件
の一つである。

【０００３】一方、ガスタービン燃焼器から排出される
窒素酸化物（以下ＮＯｘと記載）の排出量を低減するた
めに、ＮＯｘの生成を抑制できる燃焼方法が強く求めら
れている。

【０００４】排出ＮＯｘ量の少ない燃焼方法として、燃
料と空気を燃焼反応前に予め混合させてから燃焼させる
予混合燃焼がある。一般に、ＮＯｘ生成量は、燃焼火炎
温度が高いほど指数関数的に増加する。予混合燃焼させ
ることで、燃焼火炎温度が局部的に上昇するのを防ぐこ
とができるから、燃料に対する空気の割合を大きくして
予混合気を希薄にすることで燃焼火炎温度を低下させ、
ＮＯｘ排出量を低減することができる。そこで、近年ま
すます強くなる低ＮＯｘ化の要求に対応するため、希薄
予混合燃焼で運用する比率が大きくなってきている。

【０００５】しかし、一般に希薄予混合燃焼は、空気と
燃料が混合しつつ燃焼する拡散燃焼に比べて火炎が吹き
消えやすく、また燃焼振動を発生しやすい特性があり、
安定燃焼できる運用範囲が狭い。したがって、燃焼の安
定化を確保しつつ低ＮＯｘ化を図るためには、拡散燃焼
と希薄予混合燃焼とを巧みに組み合わせることが必要で
ある。

【０００６】予混合燃焼を安定に行わせるために、拡散
燃焼バーナ或いは拡散／予混合燃焼併用バーナを包囲す
るように環状の予混合燃焼バーナを配置したり、もしく
は拡散燃焼バーナ或いは拡散／予混合燃焼併用バーナの
周囲に複数個の予混合燃焼バーナを配置することで、安
定な拡散火炎により予混合火炎を保持する手段があり、
これらは、特開平5−322169 号公報或いは特開平6−129
640 号公報に記載されている。

【０００７】また、予混合火炎自体を安定化させるため
の手段としては、予混合気噴出口の近傍に燃料と空気の
予混合気の流れを反らして後流側に燃焼ガスの循環流を
形成して火炎を保持する保炎器を配置するのが有効であ
る。そこで、保炎器付きの予混合燃焼バーナと拡散燃焼
によるパイロットバーナとを組み合わせた燃焼器が提案
されている。これらについては、特開平4−103906 号公
報或いは特開平5−157239号公報に記載されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】予混合燃焼による予混
合燃焼バーナとパイロットバーナとを組み合わせた燃焼
器において問題になるのは、両者の火炎の関係が不安定
になると燃焼振動が発生することである。ここで、パイ
ロットバーナとして、拡散燃焼のみで運用する場合であ
っても、負荷に応じて拡散燃焼と予混合燃焼とに切り替
えて運用する拡散／予混合併用燃焼の場合であっても同
様な問題が生じる。

【０００９】燃焼振動が発生する条件は極めて複雑であ
り、拡散燃焼用燃料や予混合気の噴出条件、予混合燃焼
用燃料と拡散燃焼用燃料の供給割合等を変化させると、
火炎が不安定になる条件が出現し、燃焼振動が発生す
る。燃焼に伴うＮＯｘの排出を抑制するためには、拡散
燃焼用燃料の割合をできる限り小さくするのが望ましい
が、このような条件で燃焼振動が発生すると極めて大き
な振動レベルとなる。

【００１０】従来の予混合燃焼バーナと拡散燃焼による
パイロットバーナとを組み合わせた燃焼器においては、
拡散燃焼の燃料供給量比率を大きくし、拡散燃焼火炎に
より燃焼の安定化を達成している。或いは、拡散燃焼用
の燃焼室を予混合燃焼用の燃焼室の上流側に別個に配置
することで予混合火炎と拡散火炎との干渉を小さくして
いる。しかし、このような構成のバーナでは、拡散燃焼
させるための燃焼空気流量は、拡散燃焼火炎からのＮＯ
ｘ生成を抑制し、かつ局部的に高温部が発生して構造材
にダメージを与えるのを防止するため、拡散燃焼用燃料
供給量の最大値に合わせて配分しなければならない。

【００１１】このため、圧縮機から燃焼器に供給される
空気流量は限られていることから、予混合器に配分する
燃焼空気流量の割合が少なくなり、希薄予混合燃焼の比
率を大きくできず、排出ＮＯｘの低減には限界があっ
た。尚、このような燃焼器において拡散燃焼用燃料の比
率を小さくすると、拡散燃焼による燃焼ガス温度が低下
し、拡散燃焼室の下流に形成される予混合火炎に火炎を
伝播させるのが困難になるため、この点からも排出ＮＯ
ｘの低減には限界があった。

【００１２】これらの課題を解決する方法の一つとし
て、予混合燃焼バーナと拡散燃焼によるパイロットバー
ナとを隣接させ、パイロットバーナに供給する燃料の燃
焼空気の一部を予混合燃焼バーナの燃焼空気と共有させ
る燃焼器構造が提案されている。この場合、燃焼器の構
成としては、拡散パイロットバーナを包囲するように環
状の予混合燃焼バーナを配置するか、或いは拡散パイロ
ットバーナの周囲に複数個の予混合燃焼バーナを配置す
る。また、パイロットバーナから噴出する気体に旋回流
をかける方式にすると、より良好に予混合燃焼バーナの
空気と混合させることができる。ここで、旋回流をかけ
るのは燃焼空気だけであってもよいし、燃焼空気と燃料
の両方であってもよい。いずれの場合にも、拡散燃焼用
燃料は燃焼しつつ旋回流により周方向に分散し、予混合
器から噴出する空気と混合して燃焼が継続する。この燃
焼器構成では、パイロットバーナの燃焼のみに用いられ
る燃焼空気流量を低減できるので、希薄予混合燃焼比率
を大きくでき、排出ＮＯｘを低減することができる。

【００１３】しかし、一方で、該構成の燃焼器では、拡
散燃料流量の割合を低下させると燃焼振動が発生する条
件が出現し、ガスタービン燃焼器の運用性と信頼性を阻
害する大きな問題となっていた。ここで、拡散パイロッ
トバーナを、負荷が低い時には拡散燃焼させ、負荷が大
きくなって燃料流量が大きくなった時に予混合燃焼に切
り替える拡散／予混合燃焼併用バーナとするとパイロッ
トバーナの燃料流量の割合を低下させずに排出ＮＯｘを
低減させることができるが、この場合においても、パイ
ロットバーナと予混合燃焼バーナの燃料割合によって燃
焼振動が発生する条件が出現し、拡散パイロットバーナ
の場合と同様の問題があった。

【００１４】本発明の目的は、拡散燃焼バーナと予混合
燃焼バーナ、或いは拡散／予混合燃焼併用バーナと予混
合燃焼バーナとを備えたガスタービン燃焼器において、
希薄予混合燃焼比率を大きくして排出ＮＯｘを減らすた
めに、空気流量及び燃料流量を広範囲で変化させても燃
焼振動が発生せず、安定に燃焼できるガスタービン燃焼
器を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、燃料と空気と
が供給される燃焼室と、該燃焼室に燃料を噴出すると共
に空気を旋回させて噴出する第１のバーナと、第１のバ
ーナの周囲に複数配置され、空気と燃料との予混合気を
燃焼室に供給する第２のバーナと、第１のバーナの外側
であって、第２バーナの予混合気の流れの内側に配置さ
れ、燃焼室の下流にかけて半径方向の断面積が広がるよ
う形成され燃焼室の中心軸に対して傾斜する面を有する
環状隔壁と、該環状隔壁の傾斜する面に周方向に間隔を
介して配置され、燃焼室の中心軸方向に空気を噴出する
複数の空気噴出口と、を有することを特徴とする。

【００１６】または、燃料と空気とが供給される燃焼室
と、該燃焼室に燃料と空気との予混合気を旋回して噴出
する第１のバーナと、第１のバーナの周囲に複数配置さ
れ、空気と燃料との予混合気を燃焼室に供給する第２の
バーナと、第１のバーナの外側であって、第２バーナの
予混合気の流れの内側に配置され、燃焼室の下流にかけ
て半径方向の断面積が広がるよう形成され燃焼室の中心
軸に対して傾斜する面を有する環状隔壁と、該環状隔壁
の傾斜する面に周方向に間隔を介して配置され、燃焼室
の中心軸方向に空気を噴出する複数の空気噴出口と、を
有することを特徴とする。

【００１７】また、前記空気噴出口は前記第１のバーナ
を中心に環状に配置されていることが好ましい。

【００１８】このように、第１のバーナとしては、旋回
流を噴出する旋回バーナを用い、燃料ノズルを燃焼室付
近に配置して該燃料ノズルから噴出した燃料が、旋回す
る空気流と混合しつつ燃焼する拡散燃焼バーナとしても
良いし、該燃料ノズルとは別に空気流路の上流側に燃料
ノズルを設け、負荷に応じて使用する燃料ノズルを切り
替える拡散／予混合燃焼併用バーナとして運用してもよ
い。また、第２のバーナとしては、いわゆる予混合燃焼
バーナを適用する。

【００１９】本発明は、空気流或いは空気と燃料の混合
気流を旋回させて燃焼室に噴出し、燃焼させる旋回バー
ナを少なくとも１個配置し、該旋回バーナに隣接して燃
料と空気を予め混合させて燃焼させる予混合燃焼バーナ
を配置したガスタービン燃焼器において、前記旋回バー
ナの空気流或いは空気と燃料の混合気流の流路には、該
流路内径が燃焼室への噴出口に接近するにつれて縮小す
る先細りの形状を有し、前記隣接する予混合燃焼バーナ
との間には傾斜面を有する隔壁が配置され、該隔壁に
は、前記先細りの流路形状を有する旋回バーナの流路中
心軸方向に向かって開口した空気噴出口が配置されてい
ることを特徴とする。

【００２０】旋回器付き拡散燃焼バーナと予混合燃焼バ
ーナ、或いは旋回器付き拡散／予混合燃焼併用バーナと
予混合燃焼バーナとを隣接して配置したガスタービン燃
焼器は、両方のバーナへの燃料供給割合によって、燃焼
振動が発生する条件が出現する。このような燃焼振動の
挙動には、旋回器付きバーナから供給される燃料により
燃焼反応が進行して火炎を形成する領域と、予混合燃焼
バーナから供給される燃料による火炎形成領域との相互
作用が重要な役割を果たしていると考えられる。即ち、
旋回器付きバーナによる火炎は、それ自身は安定である
ものの、該旋回器付きバーナへの燃料供給量が低下する
と火炎形成領域が変化してゆらぎを生じる。また、予混
合燃焼バーナと旋回器付きバーナとの境界にはせん断層
が形成され、予混合気がある濃度以上になるとせん断層
に火炎が形成されるが、旋回器付きバーナの燃料供給量
が少なくなると該せん断層火炎にゆらぎが生じることが
わかった。そして、ゆらぎの位相が前記予混合燃焼バー
ナの燃焼反応の変化の位相と一致すると燃焼器の音響系
の振動数に対応して大きな燃焼振動が発生すると考えら
れる。

【００２１】そこで、本発明は、予混合火炎のゆらぎ
が、該旋回器付きバーナへの燃料供給割合によって変化
するのを抑制して燃焼振動を抑制する。また、前記予混
合燃焼バーナのせん断層に形成されるせん断層火炎がゆ
らぐのを防ぐものである。

【００２２】また、前記旋回バーナの外側で予混合燃焼
バーナとの間には傾斜面を有する下流側に向かうに従い
半径方向の断面積は大きくなる環状の隔壁が配置され
る。このような構成にすることで、前記旋回バーナによ
る旋回流に伴う逆流領域を前記隔壁の傾斜面に形成させ
ることができ、当該領域から安定に燃焼を開始させるこ
とができる。かかる効果により、前記予混合燃焼バーナ
のせん断層に形成されるせん断層火炎がゆらぐのをある
程度防ぐことができ、特に前記旋回バーナの燃料流量が
大きい範囲で有効である。

【００２３】しかし、このような構成だけでは、前記旋
回バーナの燃料流量が小さい範囲では、前記予混合燃焼
バーナのせん断層に形成されるせん断層火炎がゆらぐの
を防止する効果が充分ではない。これは、前記旋回流に
伴う逆流領域での燃料濃度が小さくなると、該逆流領域
内で燃焼開始領域が変動することによるものである。そ
こで、本発明では、前記旋回バーナの燃料流量が小さい
範囲での前記逆流領域内で燃焼開始領域を安定化するた
めに、前記隣接する予混合燃焼バーナとの間の隔壁に、
前記旋回バーナの流路中心軸方向に向かって開口した空
気噴出口を配置する。

【００２４】このような構成にすると、該空気噴出口か
ら噴出される空気流に沿って火炎が形成されるので、前
記旋回バーナの燃料流量が小さい範囲でも燃焼開始領域
が変動せず、火炎がゆらぐのを防止できる。ここで、前
記空気噴出口は、旋回バーナの流路中心軸方向に向かっ
て開口させる。これにより、隣接する予混合燃焼バーナ
の気流の噴出方向から離れて前記空気噴出口からの空気
流が形成されるので、該空気流と予混合燃焼バーナの気
流との干渉を避けることができ、また、予混合燃焼バー
ナのせん断層に形成されるせん断層火炎がゆらぐのを抑
制できる。また、前記空気噴出口を旋回バーナの流路中
心軸方向に向かって開口させるには、例えば前記隣接す
る予混合燃焼バーナとの間の隔壁に傾斜面を設け、該傾
斜面に開口することで達成できる。このため、拡散燃焼
バーナと予混合燃焼バーナ、或いは拡散／予混合燃焼併
用バーナと予混合燃焼バーナとを備えたガスタービン燃
焼器において、希薄予混合燃焼比率を大きくして排出Ｎ
Ｏｘを減らすために、空気流量及び燃料流量を広範囲で
変化させても燃焼振動が発生せず、安定に燃焼させるこ
とができる。

【００２５】尚、上記作用を良好に得るには、燃焼器に
おいて、必要に応じて前記旋回バーナの空気流或いは混
合気流の流路には上流から下流にかけて流路幅が狭くな
る領域を形成する。例えば、該流路内径が燃焼室への噴
出口に接近するにつれて縮小する先細りの形状を配置す
ることが好ましい。こうすることで、前記旋回バーナに
よる気流を前記隔壁の下流側に安定して形成でき、前記
空気噴出口からの気流を速やかに混合させることができ
るので、より安定な燃焼が達成できる。

【００２６】ここで、前記空気噴出口の形状，配置，個
数は、旋回バーナ及び予混合燃焼バーナの燃料流量の運
用条件に応じて、調整することができる。

【００２７】本発明によるガスタービン燃焼器を運用す
る場合、まず旋回バーナを拡散燃焼で点火し、負荷があ
る程度上昇してから予混合燃焼バーナを着火する。本発
明では、負荷が大きくなった段階で、旋回バーナを予混
合燃焼モードとして運用することも可能であり、こうす
ることで、更に排出ＮＯｘを低減できる。

【００２８】また、本発明では、前記隔壁に配置する前
記空気噴出口から噴出する空気の流量を可変にできる空
気流量の制御手段を設けることが望ましい。これは、前
記空気噴出口から噴出する空気流によって火炎の安定化
が図られる一方で、排出ＮＯｘが変化する事象に対処す
るものである。排出ＮＯｘは、旋回バーナと予混合燃焼
バーナとの境界面での空気流量と燃料流量、及び両者の
混合状態によって変化し、前記空気噴出口から噴出する
空気流量もこれらに影響を及ぼす。

【００２９】ここで、該境界面での空気流量と燃料流量
は、ガスタービン燃焼器の負荷によって変化するから、
空気噴出口から噴出する空気流量が排出ＮＯｘに及ぼす
影響は、負荷によって変化することになる。したがっ
て、空気噴出口から噴出する空気流量は、負荷が変化し
ても排出ＮＯｘが大きく増加することのないように、設
定されるのが望ましい。しかるに、一般にガスタービン
燃焼器はガスタービンの周囲に複数個配置されるが、個
々の燃焼器の空気流量配分特性が微妙に異なる場合があ
る。そこで、前記空気噴出口から噴出する空気流量を可
変できる空気流量の制御手段を設けることによって、個
々の燃焼器について、排出ＮＯｘが大きく増加しないよ
うに調整することが可能となる。この調整は手動或いは
自動のいずれで実施しても良い。

【００３０】また、前述のように、負荷によって排出Ｎ
Ｏｘに及ぼす空気噴出口からの噴出空気流量の影響が異
なることから、負荷に応じて該空気流量を可変できるよ
うにすると更に効果的である。

【００３１】

【発明の実施の形態】

（実施例１）本発明の一実施例を図１，図２及び図３を
用いて説明する。それぞれ、図１は本実施例によるガス
タービン燃焼器の断面図、図２は図１を下流側から見た
図、図３は図１の一部を拡大した図を示す。該燃焼器
は、旋回羽根２を備えた旋回器付きバーナ（以下、旋回
バーナという）８０が中心軸上に配置され、その外周に
リング状の保炎器３と予混合器４を有する予混合燃焼バ
ーナ９０が配置されている。旋回バーナ８０は、燃料ノ
ズル１を中心に備え、それを取り囲むように環状の空気
流路（空気ノズル）１３を備えている。旋回羽根２は、
空気流路（空気ノズル）１３の噴出口先端に配置されて
いる。空気流路（空気ノズル）１３には、図３に示すよ
うに、流路の外周側に該流路内径が燃焼室７０への噴出
口７１に接近するにつれて縮小する部分７２が配置され
る。本実施例においては、該縮小部分７２の後に、拡大
部分７３が配置されるが、流路内に縮小部分のみを配置
し、拡大部分を削除しても良い。

【００３２】旋回バーナの空気ノズル１３と予混合燃焼
バーナ９０の噴出口の間には、傾斜面７５を有する隔壁
１４が備えられる。また、図３に示すように、前記隔壁
１４には旋回バーナの流路中心軸方向（燃焼室の中心軸
方向）に向かって開口した空気噴出口１１が配置され
る。言い換えれば、噴出方向は燃焼器の中心軸線と平行
ではなく、噴出方向の延長線が噴出口から離れるに従
い、前記中心軸に近づくよう形成される。図２に示すよ
うに、該空気噴出口１１は本実施例では周方向に８個配
置されているが、この個数については特に限定されな
い。

【００３３】図１において、該燃焼器には、図示しない
コンプレッサーで圧縮された空気２０が供給される。旋
回バーナ８０の燃料ノズル１には、燃料２１が供給さ
れ、旋回羽根２を通過する燃焼用空気の噴出気流５０に
よって形成される旋回流３０中に噴出される。

【００３４】一方、予混合器４内には、燃料ノズル１０
から燃料が供給され、空気と混合して予混合気２２とし
て、リング状保炎器３の内外周から噴出される。リング
状保炎器３の後流には循環流４０が形成され、予混合火
炎が安定化される。燃料ノズル１０は、図２に示すよう
に複数個備えられる。

【００３５】本実施例によるガスタービン燃焼器は、旋
回バーナの燃料流量の大小により、次のような燃焼形態
となる。

【００３６】旋回バーナ８０からの燃料流量が大きい時
には、燃料ノズル１から噴出する燃料は、旋回羽根２を
通過する燃焼用空気の噴出気流５０によって形成される
旋回流３０中に噴出され、燃焼を開始するが、燃料流量
が大きいために燃焼反応は隔壁１４上に配置された空気
噴出口１１からの噴出気流６０、及び予混合燃焼バーナ
からの噴出気流５５によって燃焼を継続する。このた
め、燃焼器の中心部に強い拡散火炎が形成され、安定な
燃焼状態が得られる。ただし、この場合には局部的に火
炎の燃焼温度が高くなるのが避けられないため、排出Ｎ
Ｏｘ量は大きくなる。

【００３７】旋回バーナ８０の燃料流量が小さい時に
は、予混合燃焼バーナ９０への燃料流量比率が増加する
ので排出ＮＯｘ量が低減する。この時、本実施例では、
隔壁１４上に配置した空気噴出口１１からの噴出気流６
０に沿って火炎が形成されるため、旋回バーナ８０の燃
焼火炎の変動が抑制される。したがって、旋回バーナ８
０の噴出気流５０と予混合燃焼バーナ９０の噴出気流５
５の境界のせん断層に不安定な火炎を形成して予混合火
炎のゆらぎを増幅させる現象の発生が防止でき、又両者
の燃焼火炎を独自に安定に存在させることができる。

【００３８】本発明の一実施例によれば、ガスタービン
負荷の変化に伴い、旋回バーナの燃料流量が変化しても
予混合火炎の燃焼を安定に行わせることができる効果が
ある。

【００３９】（実施例２）本発明による他の実施例を図
４に示す。本実施例においても、実施例１と同様に旋回
バーナ８０が中心軸上に配置され、その外周に隔壁１４
で距離をおかれてリング状保炎器３と予混合器４を有す
る予混合燃焼バーナ９０が配置される。また旋回バーナ
８０は、燃料ノズル１を中心に備え、それを取り囲むよ
うに環状の空気ノズル１３を備えている。さらに、前記
隔壁１４上には空気噴出口１１が配置される。

【００４０】実施例１とは、旋回バーナ８０の旋回羽根
２の下流側に燃料ノズル１８を配置している点が異なっ
ている。また、該燃料ノズル１８に燃料を供給するため
に燃料ノズル１が２重管となっており、燃料１９と２１
が別個に供給流量を制御できるようになっている。

【００４１】ここで、燃料ノズル１８の個数及び配置場
所は特には限定されない。また、燃料ノズル１８からの
燃料１９の供給は、ガスタービンの起動から定格負荷に
至るまでの、どの時点からでも開始できる。この場合、
燃料１９の供給量の増加に応じて燃料ノズル１中心部か
らの燃料流量２１を減少させるように制御すれば良い。

【００４２】燃料１９は燃料ノズル１８から噴出し、旋
回羽根２による旋回空気流によって空気と急速に混合す
るので、燃焼領域に到達するまでに予混合気化される。
したがって、かかる構成により、該空気噴出口から噴出
される空気流に沿って火炎が形成されるので、前記旋回
バーナの燃料流量が小さい範囲でも燃焼開始領域が変動
せず、火炎がゆらぐのを防止できる。予混合燃焼バーナ
の気流の噴出方向から離れて前記空気噴出口からの空気
流が形成されるので、該空気流と予混合燃焼バーナの気
流との干渉を避けることができ、また、予混合燃焼バー
ナのせん断層に形成されるせん断層火炎がゆらぐのを抑
制できる。また、火炎温度が局部的に上昇するのを防止
することができ、ＮＯｘの発生を抑制することができ
る。

【００４３】本実施例によれば、予混合燃焼バーナと旋
回バーナの境界のせん断層に不安定な火炎を形成させる
ことなく、旋回バーナからの燃料を予混合気にできるの
で、排出ＮＯｘを低減できる効果がある。

【００４４】（実施例３）本発明の他の実施例を図５及
び図６を用いて説明する。それぞれ、図５は本実施例に
よるガスタービン燃焼器の断面図、図６は図５を下流側
から見た図を示す。

【００４５】本実施例では、旋回羽根２を備えた旋回バ
ーナ８０が中心軸上に配置されるのは他の実施例１，２
と同様であるが、その外周には８個の管状の予混合燃焼
バーナ１００が配置されている。該予混合燃焼バーナ１
００は、燃料ノズル１０１，旋回羽根１０２，予混合器
１０４で構成される。ただし、予混合燃焼バーナ100の
構成と個数は特には限定されない。

【００４６】旋回バーナ８０の空気ノズル１３と予混合
燃焼バーナ１００の噴出口の間には、隔壁１４が備えら
れる。また、該隔壁１４上には空気噴出口１１が配置さ
れる。

【００４７】本実施例の場合、負荷の上昇に伴って予混
合燃焼バーナ１００を順次作動させる。これに伴い、旋
回バーナの燃料流量は増減するが、隔壁１４上に配置し
た空気噴出口１１からの空気流によって、実施例１，２
で説明したのと同様な作用により、予混合燃焼バーナ１
００と旋回バーナ８０の境界のせん断層に不安定な火炎
が形成されることはなく、燃焼振動の発生は抑制され
る。

【００４８】本実施例によれば、旋回羽根を有する管状
の予混合燃焼バーナに対して、燃焼を安定に行わせるこ
とができる効果がある。尚、ここでいう隔壁は旋回バー
ナ８０の出口や予混合燃焼バーナの出口位置より、下流
側に突出して、下流側から中心軸にそって見た時、隔壁
の下流側端が予混合燃焼バーナと一部重なるよう構成さ
れていてもよい。

【００４９】（実施例４）本発明の他の実施例を図７を
用いて説明する。本実施例では、隔壁１４上に配置され
た空気噴出口１１に供給される空気流路２００に、シリ
ンダー２０１の挿入により流路断面積を可変にできる機
構（制御手段）が配置されている。ここで、本実施例で
は流路断面積を手動で可変するが、駆動機構を配置して
自動で流路断面積を可変としても良い。

【００５０】本実施例では、シリンダー２０１の挿入深
さを大きくすると空気流路２００の流路断面積が減少
し、この部分で圧力損失が生じるため、隔壁１４上に配
置された空気噴出口１１に供給される空気量が減少す
る。したがって、シリンダー201の挿入深さを調整する
ことで空気噴出口１１からの空気流量を可変にできる。

【００５１】そこで、個々の燃焼器の排出ＮＯｘ特性に
応じて、シリンダー２０１の挿入深さを調整し、空気噴
出口１１から噴出する空気流量を最適な値に調整する。
これらの値は、燃焼器に流入する空気流量及び供給燃料
流量によって変化するため、個々の燃焼器の特性によっ
て調整値が決められる。尚、運転中に空気流路断面積を
可変とすると、より緻密な調整が可能となる。例えば、
制御手段により、例えば、ガスタービン負荷を示す信号
に基づき噴出空気流量を制御する。また、他の例として
は、燃焼器に流入する空気量又は、燃料流量に基づいて
噴出空気量を制御する。

【００５２】本実施例によれば、空気噴出口から噴出す
る空気流量を可変にできるので、燃焼器の特性に応じ
て、燃焼振動の発生を抑制し、かつ排出ＮＯｘの増加を
抑制するように調整ができる効果がある。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、予混合燃焼バーナと旋
回バーナの境界のせん断層に不安定な火炎が形成される
のを抑制でき、ＮＯｘ排出量を低減できる燃焼条件を含
む広い運転範囲で、燃焼振動の発生を抑制できる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるガスタービン燃焼器の
断面図

【図２】図１のバーナ構成を燃焼器の下流側から見た
図。

【図３】図１の一部を拡大した図。

【図４】本発明の他の実施例によるガスタービン燃焼器
の断面図

【図５】本発明の更に他の実施例によるガスタービン燃
焼器の断面図

【図６】図５のバーナ構成を燃焼器の下流側から見た
図。

【図７】本発明の更に他の実施例によるガスタービン燃
焼器の断面図

【符号の説明】

１…燃料ノズル、２…旋回羽根、３…リング状保炎器、
４…予混合器、１０…燃料ノズル、１１…空気噴出口、
１３…空気ノズル、１４…隔壁、１６，１７，１９，２
１…燃料、２０…空気、２２…予混合気、３０…旋回
流、４０…循環流、５０，５５，６０…噴出気流、７０
…燃焼室、８０…旋回バーナ、９０…予混合燃焼バー
ナ、１００…予混合燃焼バーナ、１０１…燃料ノズル、
１０２…旋回羽根、１０４…予混合器、２００…空気流
路、２０１…シリンダー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者 森脇 文治 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 (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料と空気とが供給される燃焼室と、 該燃焼室に燃料を噴出すると共に空気を旋回させて噴出
   する第１のバーナと、 第１のバーナの周囲に複数配置され、空気と燃料との予
   混合気を燃焼室に供給する第２のバーナと、 第１のバーナの外側であって、第２バーナの予混合気の
   流れの内側に配置され、燃焼室の下流にかけて半径方向
   の断面積が広がるよう形成され燃焼室の中心軸に対して
   傾斜する面を有する環状隔壁と、 該環状隔壁の傾斜する面に周方向に間隔を介して配置さ
   れ、燃焼室の中心軸方向に空気を噴出する複数の空気噴
   出口と、を有することを特徴とするガスタービン燃焼
   器。
2. 【請求項２】燃料と空気とが供給される燃焼室と、 該燃焼室に燃料と空気との予混合気を旋回して噴出する
   第１のバーナと、 第１のバーナの周囲に複数配置され、空気と燃料との予
   混合気を燃焼室に供給する第２のバーナと、 第１のバーナの外側であって、第２バーナの予混合気の
   流れの内側に配置され、燃焼室の下流にかけて半径方向
   の断面積が広がるよう形成され燃焼室の中心軸に対して
   傾斜する面を有する環状隔壁と、 該環状隔壁の傾斜する面に周方向に間隔を介して配置さ
   れ、燃焼室の中心軸方向に空気を噴出する複数の空気噴
   出口と、を有することを特徴とするガスタービン燃焼
   器。
3. 【請求項３】請求項１或いは２のガスタービン燃焼器に
   おいて、 前記空気噴出口から噴出される空気の流量の制御手段を
   有することを特徴とするガスタービン燃焼器。
4. 【請求項４】請求項１或いは２のガスタービン燃焼器に
   おいて、 前記空気噴出口は前記第１のバーナを中心に環状に配置
   されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
5. 【請求項５】請求項１或いは２のガスタービン燃焼器に
   おいて、 前記第１のバーナの流路の先端部近傍に、上流から下流
   にかけて流路幅が狭くなる先細り部が形成されることを
   特徴とするガスタービン燃焼器。