JPH11211086A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明はガスタービン燃焼器に係り、ＮＯｘ生
成の少ない液体燃料燃焼器構造の提供を目的とする。 【解決手段】予混合バーナ９１は燃料と噴霧用第２空気
を流す第１管状噴口５０の出口外周に第３空気を流す第
１空気孔５１を設け、これらの燃料粒子と空気の流れを
交差する形に空気旋回器１０からの第１空気を流して環
状通路４５内部で蒸発予混合し、出口端では一旦通路を
急拡大した後に燃焼室２０へ接続する。このバーナ９１
と、中心に拡散燃焼を追加したバーナ９０を組み合せて
１つのガスタービン燃焼器を構成する。 【効果】この結果、予蒸発予混合燃焼に必要な微細粒子
と均一混合気が得られ、広範囲でＮＯｘ生成の少ない運
転ができる。

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
に関し、希薄予混合燃焼ができ低ＮＯｘの燃焼器に係
る。

【０００２】

【従来の技術】液体燃料焚ガスタービン燃焼器に関して
は、特開平5−87340号公報には、空気の強烈なせん断層
を含む流れに、燃料を噴出して空気と燃料との混合を図
ることが記載されている。

【０００３】また、特開昭63−204008号公報には、液体
燃料を霧化用気体と合流させ、合流後に更に、霧化気体
と混合して噴出する液体燃料燃焼装置が記載されてい
る。

【０００４】また、THE AMERICAN SOCIETY OF MECANICA
L ENGINEERS 96−GT−195 には、空気旋回器下流の空気
通路内に燃焼用空気の一部と液体燃料を混合して噴射す
る構成を有する予混合燃焼器が記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ガスタービンは熱効率
を高めるために燃焼器入口空気の圧力，温度を高くし、
燃焼器出口ガス温度も高くする方向にあり、液体燃料を
噴射した後に自己発火するまでの遅れ時間は圧力が１.
５ＭＰａから２.５ＭＰａに上昇することによって約１
／３にまで短くなる。

【０００６】燃焼排ガスの温度が高くなる条件下で（い
わゆる１５００℃級燃焼器）、液体燃料を使用すると、
燃焼器では、高温高圧状況となるため燃料の自己発火等
が起こりやすくなる。このため、自己発火等を燃焼器バ
ーナ内で起こさないように容易にコントロールする構造
であることが望まれる。

【０００７】更に、燃料の円滑な気化及び、十分に混合
された燃料と空気との予混合気を燃焼室に導入して局所
的な高温部等が生じることを抑制して、十分な低ＮＯｘ
化を図ることが望まれる。

【０００８】特開平5−87340号公報は、燃焼器に入る空
気の流路構造が複雑化し、調整が容易ではない。また、
特開昭63−204008号公報は、霧化に際して記載されてい
るに過ぎず、ガスタービン燃焼器で良好な燃焼を得るた
めの気化，混合手段については記載されていない。ま
た、THE AMERICAN SOCIETY OF MECANICAL ENGINEERS 96
−GT−195は、良好な混合気体を得るには十分ではな
い。

【０００９】そこで、本発明は、高温で燃焼される燃焼
器であっても、容易に良好な液体燃料の気化，混合が図
れ、低ＮＯｘの排ガスが排出されるコンパクトなガスタ
ービン燃焼器を提供することにある。

【００１０】また、本発明の他の目的は、高温で燃焼さ
れる燃焼器であっても、容易に良好な液体燃料の気化，
混合が図れ、燃料の流路等に炭素付着等を抑制するコン
パクトなガスタービン燃焼器を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、燃料と空気と
が供給されて燃焼する燃焼室と、燃料と空気とを燃焼室
に供給する燃焼器バーナとを備え、前記燃焼排ガスがタ
ービンに排出されるガスタービン用燃焼器であって、前
記燃焼器バーナは、燃焼器に空気を供給する空気供給管
と、空気供給管の内周側に位置し、自身の外方であって
燃焼室側に向けて開口する液体燃料噴出口を自身の外周
面に備える燃料ノズルとを備え、前記燃料ノズルの燃焼
室側端より燃焼室軸方向に見た燃焼室側に前記空気供給
管の燃焼室側端が位置するよう配置されることを特徴と
する。

【００１２】これにより、燃料ノズルから噴出される液
体燃料粒子の燃焼室側に傾斜して燃料粒子のバーナの半
径方向速度成分を減少し、液体燃料粒子が空気供給管の
内周壁に衝突して液膜を形成することを抑制し、係る粒
子を含んで第１空気と混合して流下中に急速に液体燃料
粒子は気化し、燃料ノズルの燃焼室側端を過ぎたところ
で、急激に燃料と空気とを混合させて良好な混合気を燃
焼室に供給でき、低ＮＯｘ燃焼を図る。

【００１３】または、燃料と空気とが供給されて燃焼す
る燃焼室と、燃料と空気とを燃焼室に供給する燃焼器バ
ーナとを備え、１４５０℃〜１６５０℃の前記燃焼排ガ
スがタービンに排出されるガスタービン用燃焼器であっ
て、前記燃焼器バーナは、燃焼器に空気を供給する空気
供給管と、空気供給管の内周側に位置し、自身の外方で
あって燃焼室側に向けて開口する液体燃料噴出口を自身
の外周面に備える燃料ノズルとを備え、前記燃焼ノズル
近傍を流れる前記空気の流速は、８０ｍ／ｓ以上１４０
ｍ／ｓ以下であって、前記燃料噴出口から噴出される燃
料の粒径は平均粒径３μｍ以上３０μｍ以下であって、
前記燃料噴出口と前記空気供給管の燃焼室側出口までの
距離が５０mm以上200mm以下である、ことを特徴とす
る。

【００１４】これにより、燃料ノズルから噴出される液
体燃料粒子の燃焼室側に傾斜して燃料粒子のバーナの半
径方向速度成分を減少し、併せて高速の空気流を流し
て、液体燃料粒子が空気供給管の内周壁に衝突して液膜
を形成することを抑制しつつ逆火自己発火を抑制し、さ
らに、空気流では係る粒子を含んで流下中に急速に液体
燃料粒子を気化・混合させて、５０mm以上２００mm以下
程度のコンパクトな流路で良好な混合気を燃焼室に供給
でき、逆火等を防ぎつつ、コンパクトな構造の低ＮＯｘ
燃焼器を得る。

【００１５】これらにより、高温で燃焼される燃焼器で
あっても、容易に良好な液体燃料の気化，混合が図れ、
低ＮＯｘの排ガスが排出されるコンパクトなガスタービ
ン燃焼器を得ることができる。

【００１６】または、燃料と空気とが供給されて燃焼す
る燃焼室と、燃料と空気とを燃焼室に供給する燃焼器バ
ーナとを備え、前記燃焼排ガスがタービンに排出される
ガスタービン用燃焼器であって、前記燃焼器バーナは、
燃焼器に第１の空気を供給する第１空気供給管と、該空
気供給管の内周側に位置し、前記第１の空気に燃料と空
気との混合体を噴出する噴出口を自身の外周面に備える
燃料ノズルとを備え、前記燃料ノズルは、液体燃料が噴
出される燃料供給管と、前記噴出口近傍を流下する第１
の空気より低温の第２の空気を供給する第２空気供給管
と、前記燃料と前記第２の空気との混合体を前記噴出口
に導く連絡経路と、を備えることを特徴とする。

【００１７】これにより、燃料ノズルから噴出される燃
料液体と第２空気との混合体は第１空気により微粒化さ
れ、係る粒子を含んで第１空気と混合して流下中に急速
に液体燃料粒子は気化し、燃料と空気とを混合させて良
好な混合気を燃焼室に供給して、低ＮＯｘ燃焼を図る。

【００１８】併せて、燃料ノズル内部を流れる霧化空気
を効率良く利用して燃料ノズルの過熱を抑制して燃料ノ
ズル等の炭素付着を抑制して燃焼器の健全性を維持す
る。燃料ノズル内部の燃料供給を停止した場合であって
も第２空気を流すよう構成することにより、再燃料供給
時の炭素付着を抑制して円滑な運転ができる。

【００１９】または、燃料と空気とが供給されて燃焼す
る燃焼室と、燃料と空気とを燃焼室に供給する燃焼器バ
ーナとを備え、前記燃焼排ガスがタービンに排出される
ガスタービン用燃焼器であって、前記燃焼器バーナは、
燃焼器に第１の空気を供給する第１空気供給管と、該空
気供給管の内周側に位置し、自身の燃焼器側端面に拡散
燃焼用燃料噴出口と該拡散燃焼用燃料噴出口より燃焼器
軸方向に見て燃焼室と反対側の外周面に予混合燃焼用燃
料噴出口を有する燃料ノズルとを備え、前記燃料ノズル
は、第１の液体燃料が噴出される第１の燃料供給管と、
第１の空気より低温の拡散用空気が供給される拡散用空
気供給管と、前記第１の燃料と前記拡散用空気を有する
混合体を前記拡散燃焼用燃料噴出口に導く連絡経路と、
第２の液体燃料が噴出される第２の燃料供給管と、第１
の空気より低温の予混合用空気が供給される予混合用空
気供給管と、前記第２の燃料と前記予混合用空気を有す
る混合体を前記予混合燃焼用燃料噴出口に導く連絡経路
と、を備えることを特徴とする。

【００２０】これらにより、高温で燃焼される燃焼器で
あっても、容易に良好な液体燃料の気化，混合が図れ、
燃料の流路等に炭素付着等を抑制するコンパクトなガス
タービン燃焼器を提供することができる。

【００２１】例えば、燃焼器バーナは、具体的には、一
端を燃焼室に開口し、他端を第１の空気を供給する空気
供給手段に連絡する第１空気供給管と、該第１空気供給
管と同軸であって内周に位置し、自身の外周部に前記空
気供給管を流れる空気に燃料及び空気を噴出する噴出口
を有する燃料ノズルと、前記燃料ノズルより空気流れの
上流側に位置する旋回装置と、を備え、前記燃料ノズル
の燃焼器側端部は前記第１空気供給管の燃焼器側端部よ
り内側に位置し、前記噴出口は、前記第一空気供給管の
燃焼器側端部側に傾斜して、燃料ノズルの外周から突き
出して配置され、前記燃料ノズルは、前記空気旋回装置
より上流側の第１の空気より圧力が高く、温度が低い第
２空気を供給する第２空気供給管と、液体燃料が供給さ
れて燃料液滴を噴出する燃料供給管と、を備えることを
特徴とする。これによれば、燃料ノズル壁面から第１空
気送給管出口方向に傾斜して突き出した複数の第１管状
噴口から、空気旋回器入口の第１空気より圧力が高く、
温度の低い第２空気を流すと、第１管状噴口入口と出口
の圧力差は空気旋回器の入口と出口の圧力差よりも大き
く、第１管状噴口出口空気流速は空気旋回器出口空気流
速よりも大きくでき、この第１管状噴口内部に液体燃料
を供給すれば、液体燃料は第２空気によって加速され、
微細粒子として大部分が噴霧される。そして液体燃料の
一部分は第１管状噴口壁面に沿って膜状に噴射される場
合であっても、空気旋回器から流れる第１空気によって
微細粒子として噴霧されるので、液体燃料が微細粒子と
して噴霧される。一方、第１管状噴口から噴射される液
体燃料粒子速度が大きい場合であっても、第１管状噴口
を第１空気送給管出口方向に傾斜したことにより、燃料
粒子の半径方向速度成分を減少することができ、第１空
気送給管への衝突を防止できる。また、燃料ノズル先端
部が第１空気送給管出口の上流側にあることにより、空
気旋回器下流の環状空気通路が急拡大することになり、
予混合気流の流線が突然乱れるので混合促進効果があ
る。

【００２２】また、さらに燃料ノズル燃焼器側先端部に
空気と燃料とを噴出する第２噴出口を備え、前記燃料ノ
ズルは、前記空気旋回装置より上流側の第１の空気より
圧力が高く、温度が低い第２空気を供給する第３空気供
給管と、液体燃料が供給されて燃料液滴を噴出する第２
の燃料供給管と、を備えることを特徴とする。

【００２３】または、燃料と空気とが供給されて燃焼さ
れる燃焼室と、燃料と空気を燃焼室に供給する燃焼器バ
ーナとを備え、前記燃焼排ガスがタービンに排出される
ガスタービン用燃焼器であって、前記燃焼器バーナは、
燃焼器に第１の空気を供給する第１空気供給管と、空気
供給管の燃焼器軸心側に位置し、外周面に燃料と空気と
の混合体を前記第１の空気に噴出する噴出部を有する燃
料ノズルとを備え、該燃料ノズルは、液体燃料が供給さ
れる燃料供給管と、第２の空気が供給される第２空気供
給管と、前記燃料と前記空気とを有する混合体を供給す
る混合体供給配管と、第３の空気が供給される第３空気
供給配管とを備え、前記噴出部は前記混合体と前記第３
の空気とを噴出することを特徴とする。また更に、前記
燃料ノズルの燃焼室側端は、前記第１空気供給管の燃焼
室側端部より上流側に位置し、前記噴霧部の前記混合体
の噴出口は第１の空気の流れる流路を構成する燃料ノズ
ルの外周面より軸心側に位置することが好ましい。ま
た、前記空気供給管の前記噴出部より軸方向上流側に旋
回装置が配置され、前記旋回装置の上流側の第１の空気
の一部が分岐されて前記第３空気供給管に供給され、前
記第２空気は前記第１空気より低温に構成されることが
好ましい。これらにより、高温で燃焼される燃焼器であ
っても、容易に良好な液体燃料の気化，混合が図れ、燃
料の流路等に炭素付着等を抑制するコンパクトなガスタ
ービン燃焼器を得ることができる。より円滑な気化を図
ることができ、安定した燃料と空気との予混合気が供給
できる。

【００２４】また、燃料と空気とが供給されて燃焼され
る燃焼室と、燃料と空気を燃焼室に供給する燃焼器バー
ナとを備え、前記燃焼排ガスがタービンに排出されるガ
スタービン用燃焼器であって、前記燃焼器バーナは、燃
焼器に第１の空気を供給する第１空気供給管と、空気供
給管の燃焼器軸心側に位置し、自身の燃焼器側端面に拡
散燃焼用の燃料噴出口と、該拡散燃焼用燃料噴出口より
燃焼器軸方向の燃焼器と反対側の外周面に予混合燃焼用
の燃料噴出口を有する燃料ノズルとを備え、該燃料ノズ
ルは、第１の液体燃料が供給される第１の燃料供給管
と、予混合燃焼用空気が供給され予混合用空気供給管
と、前記燃料と前記空気とを有する混合体を供給する予
混合用混合体供給配管と、前記混合体と共に前記予混合
燃焼用の燃料噴出口から噴出される空気が供給される空
気供給配管と、第２の液体燃料が供給される第２の燃料
供給管と、拡散燃焼用空気が供給される拡散用空気供給
管と、前記燃料と前記空気とを有する混合体を供給する
拡散用混合体供給配管と、前記混合体と共に前記拡散燃
焼用の燃料噴出口から噴出される空気が供給される空気
供給配管と、を備えるようにしてもよい。

【００２５】燃焼器バーナは、具体的には、例えば、一
端を燃焼室に開口し、他端を第１の空気を供給する空気
供給手段に連絡する第１空気供給管と、該第１空気供給
管と同軸であって内周に位置し、自身の外周部に前記空
気供給管を流れる空気に燃料及び空気を噴出する噴出口
を有する燃料ノズルと、前記燃料ノズルより空気流れの
上流側に位置する旋回装置と、を備え、前記燃料ノズル
の燃焼器側端部は前記第１空気供給管の燃焼器側端部よ
り内側に位置し、前記噴出口は、前記第一空気供給管の
燃焼器側端部側に傾斜して、燃料ノズルの外周から突き
出して配置され、前記燃料ノズルは、前記空気旋回装置
より上流側の第１の空気より圧力が高く、温度が低い第
２空気を供給する第２空気供給管と、液体燃料が供給さ
れて燃料液滴を噴出する燃料供給管と、前記燃料と、前
記第２空気との混合体を前記噴出口に供給し、前記噴出
口より小径の前記混合体の噴出部を有する連絡経路と、
前記旋回装置より上流側の第１の空気の一部を分岐して
前記噴出口に供給する第３の空気供給管と、を備えるこ
とを特徴とする。これによれば、燃料ノズル壁面に接待
された複数の噴出口から、第２空気の高速流によって加
速された液体燃料の大部分が第２空気と共に微細粒子と
して噴射され、残りの液体燃料が連絡経路壁に沿って膜
状に噴射されるが、この膜は第３空気によって加速さ
れ、微細化される。そして空気旋回器を流れる第１空気
は前記第３空気による微細化が不十分な場合であっても
液体燃料を更に微細化し、燃料全体と混合する。噴出口
は、連絡経路から噴出される燃料及び第２空気と第３空
気とを第１空気流れに噴出させて、液体燃料と第２空気
とが噴出される連絡経路の出口を空気旋回器下流の空気
通路内へ突き出さないようにし、連絡経路の出口端部と
第１空気送給管壁との距離を長くすることができるの
で、燃料粒子の第１空気送給管への衝突を更に防止でき
る。

【００２６】また、更に、前記燃料ノズルは、燃料ノズ
ルの燃焼器側先端部に空気と燃料とを噴出する第２噴出
口を備え、前記燃料ノズルは、前記空気旋回装置より上
流側の第１の空気より圧力が高く、温度が低い第２噴出
口から噴出される第２空気を供給する空気供給管と、第
２噴出口から噴出される液体燃料を供給する燃料供給管
と、第２噴出口に供給される前記燃料と前記第２空気と
の混合体を前記噴出口に導き混合体を噴出し、前記第２
噴出口より小径の第２の該混合体噴出口を有する第２の
連絡経路と、前記旋回装置より上流側の第１の空気の一
部を分岐して前記第２の噴出口に導く第４の空気供給管
と、を備えることを特徴とする。

【００２７】尚、以上の発明は、前記のように高温で燃
焼される高温型のガスタービン燃焼器に適応して前記目
的を得ることもできるため、前記温度より低温で使用さ
れる油等の液体燃料を使用するガスタービンに適応する
こともできる。このような場合であっても、同様の効果
が得られ、急激な気化・十分な燃料と空気との混合をコ
ンパクトな構造で得ることができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施例を図１を用
いて説明する。

【００２９】図１は、ガスタービン燃焼器バーナや燃焼
室を備えるガスタービン燃焼器110の一部を拡大したも
のである。同図のガスタービンは、圧縮機１１１と、該
圧縮機１１１で昇圧された圧縮空気と燃料とが供給され
るガスタービン燃焼器１１０，該ガスタービン燃焼器１
１０の排ガスが供給されるタービン１１２とを備える。
タービン１１２の軸に発電機１１３を連結しており、タ
ービンの駆動力に基づいて電気を発生させる。

【００３０】以下同図に基づいて説明する。同拡大図で
は、燃焼器全体を収納する圧力容器である図示しない円
筒状の外筒１の内周に、円筒状の内筒３と、その一端を
閉止する内筒キャップ４で形成される燃焼室２０を形成
し、前記内筒キャップ４を一部開口して、燃料及び空気
を燃焼室に供給するバーナ９０が配置される。該バーナ
９０は、円筒状の第１空気供給管９を差し込んでいる。
第１空気供給管は一端を燃焼室２０に開口しており、他
端から圧縮空気が供給される。

【００３１】前記第１空気供給管９の内周には燃料ノズ
ル１００が配置される。燃料ノズル１００は外周部には
第２空気供給管を構成している。燃料ノズル１００の先
端位置は前記第１空気供給管９の燃焼器側出口端５５よ
りも上流である。先端は小径の冷却空気孔５３を有する
閉止構造である。前記第１空気供給管９と第２空気供給
管３５によって形成される環状通路４５の途中には空気
旋回器１０を設けている。

【００３２】前記第２空気供給管３５の内周には円筒状
の燃料供給ノズル３４を設け、その壁面には前記第２空
気供給管３５の第１空気孔５１と中心軸を同じくして、
前記出口端５５方向に傾斜した複数の第１管状噴口５０
ｂが突き出している。前記第１空気孔５１は前記空気旋
回器１０の下流に設けられ、その内径は前記第１管状噴
口５０の内径よりも大きい。前記第１管状噴口５０ｂの
出口先端位置は前記第２空気供給管の内周である。前記
第２空気供給管３５には自身の内周と前記燃料供給ノズ
ル３４とで形成される第３空気通路４４，前記空気通路
４４と前記空気旋回器１０よりも上流側の外周とを連通
する空気孔５２を設けている。

【００３３】前記燃料供給ノズル３４の内周には前記第
１管状噴口５０ｂに連絡する連絡経路５０ａの入口端と
対応した第１燃料噴口４７を有する管状の第１燃料供給
管３３を設けている。前記燃料供給ノズル３４の内周等
と第１燃料供給管３３によって形成される環状通路４３
には第２空気配管１１が接続している。前記環状通路４
３は前記第１管状噴口５０と連通している。

【００３４】前記第１燃料供給管３３によって形成され
る第１燃料通路４１には第１燃料配管１９が接続してお
り、途中の流量制御弁１６，逆止弁７２の上流の図示し
ない液体燃料ポンプへと接続している。

【００３５】前記第１燃料配管１９の逆止弁７２の下流
には第１パージ空気配管６６が接続しており、その途中
には逆止弁６８，遮断弁６７を有し、上流の図示しない
空気タンクへと接続している。尚、圧縮機１１１から吐
出した圧縮空気の一部は冷却装置１１４を経て圧縮機１
１５で更に圧縮されて第２空気配管に連絡する。圧縮機
１１１から吐出した圧縮空気の多くは環状通路４５へ導
かれる。また、第１管状噴口５０ｂの下流側の燃料ノズ
ル１００と第１空気供給管９とで構成される流路では下
流（燃焼室側）に向かうに従い幅が狭くなる領域を有し
ていてもよい。前記第１空気供給管９を含む燃料及び空
気供給構造を総称してバーナと呼ぶ。第１燃料供給管３
３に設けた第１燃料噴口４７から液体燃料が噴出され
る。また、圧縮機吐出空気（例えば、４９０より高く５
００℃以下、２５ata ）を一旦冷却装置１１４で冷却し
（例えば８０より高く１００℃以下）、その後圧縮機１
１５で昇圧し（例えば、１００より高く１３０℃以下、
２７より高く２９ata以下）、該空気が第２空気として
環状通路４３を通って第１燃料噴口４７付近に供給され
る。第２空気は第１空気より温度が低くなっている。前
記噴出燃料と前記空気との混合体は第１管状噴口５０ｂ
に連絡する連絡経路５０ａの入口にはいり、環状通路４
３を通って供給される第２空気を混合することによって
加速され、大部分が微細粒子となって第１管状噴口５０
ｂの出口から噴射される。

【００３６】一方、液体燃料の一部は第１管状噴口５０
の壁面に沿った液膜となって出口から噴射され、環状通
路４４を通って第３空気が供給される。そして、第１管
状噴口５０ｂの出口から噴出される燃料及び空気との混
合体と第３空気とが第１空気孔５１を通過する。

【００３７】第１空気孔５１を通過する際に、環状通路
４４を通って供給される第３空気によって加速され、微
細液滴粒子となって環状通路４５内へ噴射される。環状
通路４５には空気旋回器１０によって旋回させられた空
気が流れており、燃料粒子は第１空気供給管９に衝突す
る前に流れ方向を変えられ、また、第１空気孔５１内で
の微細粒子化機能が不十分な場合には再度微細粒子に分
裂され、第１空気と混合しながら流れる。その際、急激
な燃料液滴微細粒子の気化が起こる。そして、液体燃料
が自己発火する前に蒸発が完了するとともに空気との予
混合気を形成する。そして第２空気供給管３５の先端で
ある燃料ノズル１００の先端部に達すると、環状通路４
５の軸心側が急拡大して管状通路（断面が円状流路）と
なることにより、予混合気に適切に作用する強いせん断
層が形成されて予混合気を大きく混合する働きをし、予
混合気を供給する第１空気供給管９の出口５５付近では
予混合気の濃度不均一性が大幅に改善される。そして、
燃焼室２０へ燃料と空気の予混合気体が供給される。燃
焼室では良好な予混合燃焼がされる。

【００３８】これにより、液体燃料を用いるいわゆる燃
焼温度１５００℃級のガスタービンであっても、液体燃
料の自己発火，燃焼器バーナへの逆火を防ぎつつ、急速
な燃料の気化及び空気との混合を図り、ドライで（燃焼
室内で水或いは水蒸気の噴出装置を用いなくてもよい）
低ＮＯｘのガスタービン燃焼器を得ることができる。具
体的には、例えば、液体燃料を３段階で微細粒子に分裂
することができ、少ない空気流量で微粒化ができ、第１
空気と接触後は短時間で蒸発予混合させることができ、
良好な状態で燃焼室２０に予混合気を供給して燃焼させ
ることができるので、ＮＯｘ生成の少ない燃焼が可能で
ある（例えば、出力２５ＭＷ級で２５ppm 以下である。
但し、これに限られるものではない）。また、燃料供給
管及び管状噴口の温度上昇を抑制できるので、炭化物堆
積を防止できる。更にまた、ガスタービンの低負荷から
高負荷までの広い運転範囲でＮＯｘ生成が少なく、燃焼
効率の高い運転が可能である。

【００３９】燃料と第２の空気との混合体を前記第３の
空気と共に第１の空気流路に噴出することにより、容易
に微細液滴を製造して燃焼器バーナ内を流下中に急速な
燃料の気化空気との混合を図ることができる。

【００４０】第１の空気流れの中に、第１管状噴口５０
ｂを吐出させず、第２空気供給管３５の外周面から内側
に同噴口５０ｂを配置し、円滑な第１空気流れへの燃料
の飛散を図り、第１空気流路壁面への液滴の付着を抑制
することができると共に、バーナの組立分解が容易な構
造とすることができるので、メンテナンス性を向上させ
ることができる。更に、第１空気の流路での圧力損失を
抑制して効率良いガスタービン燃焼器にすることができ
る。

【００４１】本実施例のガスタービン燃焼器では、尚、
燃焼室に供給される旋回装置を経た第１空気に供給され
る燃料液滴粒径は、表面積基準の平均粒径（Ｓ.Ｍ.
Ｄ．）で３０μｍ以下であることが急速な気化の点から
好ましい。より安全を考慮すると２０μｍ以下であるこ
とが好ましい。粒径は微細であるほうが好ましいが、微
細粒径にするための構造設備等を考慮すると３μｍ以上
程度でよい。

【００４２】また、本ガスタービン燃焼器では、第一空
気の流速は、８０ｍ／秒以上であることが逆火抑制の点
から好ましい。流速を速める方が逆火の点からは好まし
いが、ガスタービン燃焼器の制御容易性或いは流路内の
圧力圧損等を考慮すると140ｍ／秒以下程度でもよい。

【００４３】また、第１管状噴口５０ｂ或いは第１空気
孔５１の燃焼室側端と第１空気供給管９の燃焼室出口端
までの距離は、自己発火及び良好な気化を考慮して２０
mm以上２００mm以下程度にすることが好ましい。

【００４４】また、燃料ノズル１００外周部の第１管状
噴口５０ｂ或いは第１空気孔５１の数は８個以上である
ことが好ましい。多く設置した方が均一混合の点からは
好ましいが、構造の複雑化を考慮すると２０個程度以下
であってよい。

【００４５】また、燃料ノズル１００の燃焼室側端部が
その外周側に位置する第１空気供給管の燃焼室側端部よ
り燃焼室側と離れるよう配置されるので、予混合気の逆
火等を抑制し、強力な混合が図れ、安定に良好な混合気
を燃焼室に供給でき、安定した低ＮＯｘ燃焼ができる。

【００４６】尚、燃焼ノズル１００の燃焼室側端部は、
例えば、第１管状噴口５０ｂ或いは第１空気孔５１の燃
焼室側端部から第１空気供給管９の燃焼室２０出口側端
部まで距離の１／１０以上１／２以下だけ、第１空気供
給管９の燃焼室２０出口側端部から離れた位置に配置す
る。第１管状噴口５０ｂ或いは第１空気孔５１の燃焼室
側端部から第１空気供給管９の燃焼室２０出口側端部ま
で距離を１００mmとすると同出口端部から１０mm以上５
０mm以下遡った位置となる。

【００４７】燃料と空気との混合体を噴出する第１管状
噴口５０ｂが燃焼室側に傾斜していることにより、燃料
ノズルから噴出される液体燃料粒子は燃焼室側に傾斜し
て燃料粒子のバーナの半径方向速度成分を減少し、液体
燃料粒子が空気供給管の内周壁に衝突して液膜を形成す
ることを抑制し、係る粒子を含んで第１空気と混合して
流下中に急速に液体燃料粒子は気化し、燃料と空気とを
混合させて良好な混合気を燃焼室に供給でき、低ＮＯｘ
燃焼を図ることができる。

【００４８】燃料と空気との混合体を噴出する第１管状
噴口５０ｂが燃焼室側に傾斜して配置されると共に、燃
焼室出口構造を燃料ノズル側が第１空気供給管９の燃焼
室側端部より燃焼室から離れた側にあるので、液体燃料
の気化及び混合をコンパクトな第１空気の流路構造であ
っても得ることができる。具体的には例えば、傾斜して
液体燃料を噴射して、燃料微粒子或いは気化した燃料を
第１空気流れの比較的燃料ノズル側を流れる。このた
め、燃焼室の出口部で、燃料ノズルの燃焼室端部で生じ
るせん断層が広範囲に及ぶものではない場合であっても
燃料と空気とを良く混合させることができる。さらに、
液体燃料の第１空気への噴口の数がガス燃料のそれ程多
く設けなくとも良好に液体燃料の気化及び混合効果が得
られる。

【００４９】また、前記第２空気には第１空気より圧力
の高い空気を用い、燃料と高圧の第２空気との混合体を
低圧の第１空気流れに噴出することにより、噴出流速を
高めてより急激な燃料の気化を図る。

【００５０】さらに、噴出する際に、燃焼器側に傾斜し
た噴口を形成することにより、前記混合体を第１空気に
噴出する際の噴霧空気流量を少なくすると共に、第１空
気流れに対する噴出流の角度を小さくし、第１空気の流
れの損失を低く押さえることができる。第１空気の流れ
に前記混合体の噴出口が突出している場合は、噴出口の
径を小型化できるので、抵抗をこの分抑制できる。

【００５１】また、予混合気が旋回していることによ
り、混合を促進することができる。更に、再循環流が形
成され、保炎性能の高い燃焼が実現できるので燃空比の
低い、低温均一燃焼が可能である。

【００５２】前記環状通路４３を流れる第２空気は第１
空気より低温であることが好ましい。

【００５３】これにより、良好な混合気を燃焼室に供給
して、低ＮＯｘ燃焼を図りつつ、燃料ノズル内部を流れ
る霧化空気を効率良く利用して燃料ノズルの過熱を抑制
して燃料ノズル等の炭素付着を抑制して燃焼器の健全性
維持することができる。また、燃料ノズル内部の燃料供
給を停止した場合であっても第２空気を流すよう構成す
ることにより、再燃料供給時の炭素付着を抑制して円滑
な運転ができる。

【００５４】例えば、液体燃料、特に一般的に使用され
る灯油，軽油等の炭化水素系液体燃料が炭化して供給管
等に堆積しやすい温度である１３０℃よりも低いことが
望ましい。

【００５５】また、第１管状噴口５０については環状通
路４４を流れる第３空気の温度は第１空気と同様に高温
（例えば、３００℃から５００℃）であるが、流速を遅
く設計することが可能であり、第３空気から燃料供給ノ
ズル３４への入熱量は少なく抑えることができる。ま
た、低温の第２空気を高速で流すことによって放熱量は
多くなり、壁面温度を低く保つことができ、より安定し
て炭化物堆積を防止できる。

【００５６】また、燃料供給停止毎に第１燃料配管１９
の逆止弁７２直後に接続している第１パージ空気配管６
６から、１３０℃よりも低いパージ空気を流して逆止弁
７２よりも下流に残留する液体燃料を排出することによ
り、第１燃料供給管３３内への炭化物堆積を防止でき
る。

【００５７】また、本実施例の構造は現在記載されたも
のに限られるものではない。例えば、燃焼温度が前記よ
り低いガスタービン燃焼器に適応することもできる。以
下の実施例においても同様である。

【００５８】本発明に係る第２の実施例を図２を用いて
説明する。第２の実施例の基本的構造は図１の第１の実
施例と同様である。この実施例では、図１の実施例にも
設置される燃料供給ノズル３４の燃焼室側に面する先端
にカバープレートを設け、複数の第２管状噴口４８ｂを
突き出し、カバープレートには前記第２管状噴口４８と
中心軸を同じくする第２空気孔４９を設けている。ま
た、第１燃料供給管３３の内周には前記第２管状噴口４
８ｂに連絡する連絡経路４８ａの入口に対応した位置に
第２燃料噴口４６を有する第２燃料供給管３１を設け、
図示しない燃料タンク，液体燃料ポンプとを接続する第
２燃料配管１７を設け、途中に流量制御弁１４と逆止弁
７０を設けている。そして逆止弁７０の下流には第２パ
ージ空気配管６３が接続しており、その途中には逆止弁
６５，遮断弁６４を有し、上流の図示しない空気タンク
へと接続している。

【００５９】前記第１燃料供給管３３の内周に第１燃料
供給内管３２を設け、第１燃料通路４１を形成してい
る。この第１燃料供給内管３２と前記第２燃料供給管３
１とで形成する環状通路４２は第２空気配管１１と第２
管状噴口（第２燃料噴口）４６出口側とを接続してい
る。

【００６０】図２の燃焼器は前記のように２つの燃料系
統を持つが、図１と同様の構成を有する１系統は図１と
同じ機能を有することができ、同様の作用効果を得るこ
とができる。他の１系統の動作について以下に説明す
る。

【００６１】バーナ中心の第２燃料供給管３１に設けた
第２燃料噴口４６から噴射された液体燃料は第３供給管
である環状通路４２を通って供給される第２空気と共に
第２管状噴口４８ｂに連絡する連絡経路４８ａの入口に
はいり、第２空気と混合することによって加速され、大
部分が微細粒子となって、この燃料と空気の混合体が第
２管状噴口４８ｂの出口から噴射される。一方、液体燃
料の一部は第２管状噴口４８ｂ或いは連絡経路４８ａの
壁面に沿った液膜となって出口から噴射され、第２空気
孔４９を通過する際に、環状通路４４を通って供給され
る第３空気によって加速され、微細粒子となって燃焼室
２０へ噴射される。燃焼室２０で安定した拡散燃焼がさ
れる。この燃料粒子が噴射される第１空気供給管９の出
口近傍には空気旋回器１０によって旋回させられた第１
空気が再循環流を形成しており、この内部に燃料粒子を
噴射して保炎性能の高い拡散燃焼が可能となる。

【００６２】これにより、液体燃料を用いるいわゆる燃
焼温度１５００℃級のガスタービンであっても、液体燃
料の自己発火，燃焼器バーナへの逆火を防ぎつつ、急速
な燃料の気化及び空気との混合を図り、ドライで（燃焼
室内で水或いは水蒸気の噴出装置を用いなくてもよい）
低ＮＯｘのガスタービン燃焼器を得ることができる。具
体的には、前記図１に示した実施例と同様の効果に加え
て、拡散燃焼させる系統にも液体燃料を微細粒子に分裂
することができ、少ない空気流量で微粒化ができ、燃焼
室２０で安定して燃焼させることができる。

【００６３】また、拡散燃焼は火炎温度が高く、放射率
も高いために放射伝熱量が多いが、前記第２管状噴口４
８ｂは先端部を、冷却された第２空気供給管３５やカバ
ープレートで覆われているので拡散火炎から直接加熱さ
れることはなく、第１管状噴口５０ｂ近傍だけでなく第
２管状噴口４８等燃焼室に近い領域まで壁面温度を低く
保つことができ、より良好に炭化物堆積を防止できる。

【００６４】さらに、図２の燃焼器は空気旋回器１０を
流れる第１空気を用いて、第１燃料供給管３３から燃料
を供給する予混合燃焼と、第２燃料供給管３１から燃料
を供給する拡散燃焼とを、各々単独又は同時燃焼が可能
である。

【００６５】例えば、起動時、予混合燃焼し難い温度低
い状態において、先ず、第２管状噴口４８ｂから噴出さ
れる燃料により拡散燃焼させる。

【００６６】次に、第１管状噴口５０ｂに燃料を供給し
て燃料を噴出させ、燃焼器バーナ流下中に気化第１空気
等と混合し燃焼室２０に予混合気を供給して予混合燃焼
させる。

【００６７】そして、徐々に拡散燃焼に対する予混合燃
焼の割合を高める。例えば、定格負荷時は、燃焼器バー
ナに供給される燃料の内、拡散燃焼させるために第２管
状噴口４８ｂに導く燃料の割合を２〜３wt％、予混合燃
焼させるために第１管状噴口５０ｂに導く燃料の割合を
９７〜９８wt％となるようにしてもよい。

【００６８】また、１系統の燃料を停止する場合には燃
料配管途中の逆止弁下流からパージ空気を流して逆止弁
下流の残留燃料を排出して、燃料供給管への炭化物堆積
を防止できる。

【００６９】本発明に係る第３の実施例を図３を用いて
説明する。第３の実施例は基本的構造は図１の第１の実
施例と同様である。この実施例では、図１の実施例の第
２空気供給管３５を燃料供給ノズル３４と一体化した構
造であり、第１管状噴口５０が空気旋回器１０の下流環
状通路４５に直接突き出しており、第１空気供給管９の
出口方向に傾斜している。

【００７０】一端を燃焼室に開口し、他端から圧縮機か
ら吐出された空気が導かれる第１空気供給管９と、第１
空気供給管９と同軸であって内周に位置し、自身の外周
部に前記空気供給管を流れる空気に燃料及び空気を噴出
する第１管状噴口５０ｂを有する燃料ノズル１００と、
前記燃料ノズルより空気流れの上流側に位置する空気旋
回器を備える。また、前記燃料ノズル１００の燃焼器側
端部は前記第１空気供給管９の燃焼器側端部より内側に
位置している。前記噴口５０ｂは、前記第１空気供給管
９の燃焼器側端部側（燃焼室２０側）に傾斜して、燃料
ノズル１００の外周から第１空気の流れる流路内に突き
出して配置される。

【００７１】また、前記燃料ノズル１００は、前記空気
旋回器１０より上流側の第１の空気より圧力が高く温度
が低い第２空気を供給する第２空気配管１１から第２空
気が供給される燃料供給ノズル３４内に形成される環状
通路４３と、液体燃料が供給されて燃料液滴を噴出する
第１燃料供給管３３を備える。環状通路４３からの第２
空気と第１燃料供給管３３からの燃料との混合体が前記
第１管状噴口５０ｂに連絡する連絡経路５０ａが配置さ
れる。

【００７２】第１管状噴口５０ｂの下流側の燃料ノズル
１００と第１空気供給管９とで構成される流路では下流
（燃焼室側）に向かうに従い幅が狭くなる領域を有して
いてもよい。

【００７３】第１燃料供給管３３に設けた第１燃料噴口
４７から液体燃料が噴出される。また、圧縮機吐出空気
（例えば、４９０より高く５００℃以下、２５ata ）を
一旦冷却装置１１４で冷却し（例えば８０より高く１０
０℃以下）、その後圧縮機１１５で昇圧し（例えば、１
００より高く１３０℃以下、２７より高く２９ata以
下）、該空気が第２空気として環状通路４３を通って第
１燃料噴口４７付近に供給される。第２空気は第１空気
より温度が低くなっている。前記噴出燃料と前記空気と
の混合体は第１管状噴口５０ｂに連通する連絡経路５０
ａの入口にはいり、環状通路４３を通って供給される第
２空気と混合することによって加速され、大部分は微細
粒子となって燃料と空気との混合体を第１管状噴口５０
ｂの出口から噴射される。

【００７４】一方、液体燃料の残りは第１管状噴口５０
ｂ或いは連絡経路５０ａの壁面に沿った液膜となって出
口から噴射され、空気旋回器１０によって旋回させられ
た第１空気によって流れ方向を変えられながら加速され
て微細粒子に分裂され、液体燃料全量が第１空気と混合
しながら流れる。その際、急激な液滴微細粒子の気化が
起こる。液体燃料が自己発火する前に蒸発を完了すると
ともに空気との予混合気を形成する。そして、燃料ノズ
ル１００の先端部に達すると、環状通路４５の軸心側が
急拡大して円形通路となることにより、予混合気に適切
に作用する強いせん断層が形成されて予混合気を大きく
混合する働きをし、予混合気が供給される第１空気供給
管９の出口付近では予混合気の濃度不均一性が大幅に改
善される。燃焼室２０では良好な予混合燃焼がされる。

【００７５】燃料供給ノズル３４の先端には冷却孔５３
を設けたカバープレート５４を取り付けており、この冷
却孔５３は燃料供給ノズル３４の内部に形成される空気
通路８０に連通し、空気通路８０は、その入口の空気孔
８１を通して空気旋回器１０よりも上流の燃料供給ノズ
ル３４の外周と連通している。このため、第３空気が流
出してカバープレート５４を冷却する。

【００７６】これにより、液体燃料を用いるいわゆる燃
焼温度１５００℃級のガスタービンであっても、液体燃
料の自己発火，燃焼器バーナへの逆火を防ぎつつ、急速
な燃料の気化及び空気との混合を図り、ドライで（燃焼
室内で水或いは水蒸気の噴出装置を用いなくてもよい）
低ＮＯｘのガスタービン燃焼器を得ることができる。具
体的には、例えば、液体燃料を２段階で微細粒子に分裂
することができ、少ない空気流量で微粒化ができ、第１
空気と接触後は短時間で蒸発予混合させることができ、
良好な状態で燃焼室２０に予混合気を供給して燃焼させ
ることができるので、ＮＯｘ生成の少ない燃焼が可能で
ある（例えば、出力２５ＭＷ級で２５ppm 以下である。
但しこれに限られるものではない）。また、燃料供給管
及び管状噴口の温度上昇を抑制できるので、炭化物堆積
を防止できる。更にまた、ガスタービンの低負荷から高
負荷までの広い運転範囲でＮＯｘ生成が少なく、燃焼効
率の高い運転が可能である。

【００７７】燃料と第２の空気との混合体を第１の空気
流路に噴出することにより、容易に微細液滴を製造して
燃焼器バーナ内を流下中に急速な燃料の気化空気との混
合を図ることができる。

【００７８】また、燃焼器バーナの内部構造自体をより
シンプル簡素化することができるので、メンテナンス性
を向上させることができる。

【００７９】本実施例のガスタービン燃焼器では、尚燃
焼室に供給される旋回装置を経た第１空気に供給される
燃料液滴粒径は、表面積基準の平均粒径（Ｓ.Ｍ.Ｄ．）
で３０μｍ以下であることが急速な気化の点から好まし
い。より燃焼器の安全を考慮すると２０μｍ以下である
ことが好ましい。粒径は微細であるほうが好ましいが、
微細粒径にするための構造設備等を考慮すると３μｍ以
上程度でよい。

【００８０】また、本ガスタービン燃焼器では、第一空
気の流速は、８０ｍ／秒以上であることが逆火抑制の点
から好ましい。流速を速める方が逆火の点からは好まし
いが、ガスタービン燃焼器の制御容易性、或いは燃焼器
内の圧力圧損等を考慮すると１４０ｍ／秒以下程度でも
よい。

【００８１】また、第１管状噴口５０ｂ或いは第１空気
孔５１の燃焼室側端と第１空気供給管９の燃焼室出口端
までの距離は、逆火、及び良好な気化を考慮して２０mm
以上２００mm以下程度にすることが好ましい。

【００８２】また燃料ノズル１００外周部の第１管状噴
口５０ｂ或いは第１空気孔５１の数は８個以上であるこ
とが好ましい。多く設置した方が均一混合の点からは好
ましいが、構造の複雑化を考慮すると２０個程度以下で
あってよい。

【００８３】また、燃料ノズル１００の燃焼室側端部が
その外周側に位置する第１空気供給管の燃焼室側端部よ
り燃焼室側と離れるよう配置されるので、予混合気の逆
火等を抑制し、強力な混合が図れ、安定に良好な混合気
を燃焼室に供給でき、安定した低ＮＯｘ燃焼ができる。

【００８４】尚、燃焼ノズル１００の燃焼室側端部は、
例えば、第１管状噴口５０ｂの燃焼室側端部から第１空
気供給管９の燃焼室２０出口側端部まで距離の１／１０
以上１／２以下だけ、第１空気供給管９の燃焼室２０出
口側端部から離れた位置に配置する。第１管状噴口５０
ｂの燃焼室側端部から第１空気供給管９の燃焼室２０出
口側端部まで距離を１００mmとすると同出口端部から１
０mm以上５０mm以下遡った位置となる。

【００８５】燃料と空気との混合体を噴出する第１管状
噴口５０ｂが燃焼室側に傾斜し第１空気流路中に突出し
ていることにより、燃料ノズルから噴出される液体燃料
粒子の燃焼室側に傾斜して燃料粒子のバーナの半径方向
速度成分を減少し、液体燃料粒子が空気供給管の内周壁
に衝突して液膜を形成することを抑制し、また噴口付近
での液膜付着を抑制し、係る粒子を含んで第１空気と混
合して流下中に急速に液体燃料粒子は気化し、燃料と空
気とを混合させて良好な混合気を燃焼室に供給でき、低
ＮＯｘ燃焼を図ることができる。

【００８６】燃料と空気との混合体を噴出する第１管状
噴口５０ｂが燃焼室側に傾斜して配置されると共に、燃
焼室出口構造を燃料ノズル側が第１空気供給管９の燃焼
室側端部より燃焼室から離れた側にあるので、液体燃料
の気化及び混合をコンパクトな第１空気の流路構造であ
っても得ることができる。具体的には例えば、傾斜して
液体燃料を噴射して、燃料微粒子或いは気化した燃料を
第１空気流れの比較的燃料ノズル側を流れる。このた
め、燃焼室の出口部で、燃料ノズルの燃焼室端部で生じ
るせん断層が広範囲に及ぶものではない場合であっても
燃料と空気とを良く混合させることができる。さらに、
液体燃料の第１空気への噴口の数がガス燃料のそれ程多
く設けなくとも良好に液体燃料の気化及び混合効果が得
られる。

【００８７】また、前記第２空気には第１空気より圧力
の高い空気を用い、燃料と高圧の第２空気との混合体を
低圧の第１空気流れに噴出することにより、噴出流速を
高めてより急激な燃料の気化を図る。

【００８８】さらに、噴出する際に、燃焼器側に傾斜し
た噴口を形成することにより、前記混合体を第１空気に
噴出する際の噴霧空気流量を少なくすると共に、第１空
気流れに対する噴出流の角度を小さくし、第１空気の流
れの損失を低く押さえることができる。第１空気の流れ
に前記混合体の噴出口が突出している場合は、噴出口の
径を小型化できるので、抵抗をこの分抑制できる。

【００８９】また、予混合気が旋回していることによ
り、混合を促進することができる。更に、再循環流が形
成され、保炎性能の高い燃焼が実現できるので燃空比の
低い、低温均一燃焼が可能である。

【００９０】前記環状通路４３を流れる第２空気は第１
空気より低温であることが好ましい。

【００９１】これにより、良好な混合気を燃焼室に供給
して、低ＮＯｘ燃焼を図りつつ、燃料ノズル内部を流れ
る霧化空気を効率良く利用して燃料ノズルの過熱を抑制
して燃料ノズル等の炭素付着を抑制して燃料器の健全性
維持することができる。また、燃料ノズル内部の燃料供
給を停止した場合であっても第２空気を流すよう構成す
ることにより、再燃料供給時の炭素付着を抑制して円滑
な運転ができる。

【００９２】例えば、液体燃料、特に一般的に使用され
る灯油，軽油等の炭化水素系液体燃料が炭化して供給管
等に堆積しやすい温度である１３０℃よりも低いことが
望ましい。

【００９３】また、燃料供給停止毎に第１燃料配管１９
の逆止弁７２直後に接続している第１パージ空気配管６
６から、１３０℃よりも低いパージ空気を流して逆止弁
７２よりも下流に残留する液体燃料を排出することによ
り、第１燃料供給管３３内への炭化物堆積を防止でき
る。

【００９４】本発明に係る第４の実施例を図４を用いて
説明する。第４の実施例は基本的構造は図３の第３の実
施例と同様である。この実施例では、図３の実施例にも
設置される燃料供給ノズル３４の燃焼室側に面する先端
にカバープレートを設け、複数の第２管状噴口４８ｂを
突き出し、カバープレートには前記第２管状噴口48ｂと
中心軸を同じくする第２空気孔４９を設けている。ま
た、第１燃料供給管３３の内周には前記第２管状噴口４
８ｂに連絡する連絡経路４８ａの入口に対応した位置に
第２燃料噴口４６を有する第２燃料供給管３１を設け、
図示しない燃料タンク，液体燃料ポンプとを接続する第
２燃料配管１７を設け、途中に流量制御弁１４と逆止弁
７０を設けている。そして逆止弁７０の下流には第２パ
ージ空気配管６３が接続しており、その途中には逆止弁
６５，遮断弁６４を有し、上流の図示しない空気タンク
へと接続している。

【００９５】バーナ中心の第２燃料供給管３１に設けた
第２燃料噴口４６から噴射された液体燃料は環状通路４
２を通って供給される第２空気と共に第２管状噴口４８
ｂに連絡する連絡経路４８ａの入口にはいり、環状通路
４２を通って供給される第２空気と混合することによっ
て加速され、大部分が微細粒子となって、この燃料と空
気の混合体が第２管状噴口４８ｂの出口から噴射され
る。一方、液体燃料の一部は第２管状噴口４８ｂ或いは
連絡経路４８ａの壁面に沿った液膜となって出口から噴
射され、第２空気孔４９を通過する際に、空気通路８０
を通って供給される第３空気によって加速され、微細粒
子となって燃焼室２０へ噴射される。燃焼室２０で安定
した拡散燃焼がされる。この燃料粒子が噴射される第１
空気供給管９の出口近傍には空気旋回器１０によって旋
回させられた第１空気が再循環流を形成しており、この
内部に燃料粒子を噴射して保炎性能の高い拡散燃焼が可
能となる。

【００９６】これにより、液体燃料を用いるいわゆる燃
焼温度１５００℃級のガスタービンであっても、液体燃
料の自己発火，燃焼器バーナへの逆火を防ぎつつ、急速
な燃料の気化及び空気との混合を図り、ドライで（燃焼
室内で水或いは水蒸気の噴出装置を用いなくてもよい）
低ＮＯｘのガスタービン燃焼器を得ることができる。具
体的には、前記図１に示した実施例と同様の効果に加え
て、拡散燃焼させる系統にも液体燃料を微細粒子に分裂
しすることができ、少ない空気流量で微粒化ができ、燃
焼室２０で安定して燃焼させることができる。

【００９７】また、拡散燃焼は火炎温度が高く、放射率
も高いために放射伝熱量が多いが、前記第２管状噴口４
８ｂは先端部を、カバープレートで覆われているので拡
散火炎から直接加熱されることはなく、第１管状噴口５
０ｂ近傍だけでなく第２管状噴口等燃焼室に近い領域ま
で壁面温度を低く保つことができ、より良好に炭化物堆
積を防止できる。

【００９８】さらに、図４の燃焼器は空気旋回器１０を
流れる第１空気を用いて、第１燃料供給管３３から燃料
を供給する予混合燃焼と、第２燃料供給管３１から燃料
を供給する拡散燃焼とを、各々単独又は同時燃焼が可能
である。図２に記載と同様の運転ができる。

【００９９】本発明に係る第５の実施例を図５，図６を
用いて説明する。

【０１００】図５はガスタービン燃焼器の一部の拡大し
た縦断面を示しており、図６はガスタービン燃焼器の一
部を拡大した横断面を示している。

【０１０１】燃焼器全体を収納する圧力容器である円筒
状の外筒１とエンドカバー２の内周に円筒状の内筒３と
その一端を閉止する内筒キャップ４と、前記内筒キャッ
プ４に出口開口端を有し、空気旋回器１０からの第１空
気と燃料ノズル６からの燃料を燃焼室２０へ供給するバ
ーナ９０と、前記内筒キャップ４の出口開口端を有し、
空気旋回器１０からの第１空気と燃料ノズル８からの燃
料を燃焼室２０へ供給するバーナ９０と、各バーナへ燃
料を供給する燃料配管１７，１８，１９と、その途中の
流量計１３，流量制御弁１４，１５，１６と、逆止弁７
０，７１，７２と、燃料配管にパージ空気を供給するパ
ージ空気配管６０，６３，６６と、その途中の逆止弁６
２，６５，６８と、遮断弁６１，６４，６７から成る。
前記内筒キャップ４には冷却空気を導入する冷却空気孔
２２と、衝突冷却によって内筒キャップ４の先端面を冷
却するための冷却空気を噴射する衝突冷却孔２３を設け
た衝突冷却板５と、冷却に使用した空気を燃焼室２０へ
吹き出して内筒キャップ４の先端面の冷却効果を高める
ための吹き出し孔２４とが設けられている。そして、バ
ーナ９０の先端は内筒キャップ４の先端からキャップ４
の軸方向位置から燃焼室２０へわずかに突き出し、バー
ナ９１の先端はバーナ９０の先端よりも燃焼室２０へ長
く突き出している。

【０１０２】バーナ９０は予混合燃焼と拡散燃焼ができ
るバーナであり、起動点火から低負荷までは拡散燃焼単
独で運転し、燃焼器入口空気温度が上昇して液体燃料の
蒸発予混合が可能となると、拡散燃焼と予混合燃焼を組
み合せて運転する。したがって、バーナ９０には図２又
は図４のバーナを使用できる。このバーナ９０の単独燃
焼時に、バーナ９１の出口がバーナ９０の出口よりも下
流にあることにより、バーナ９０の火炎がバーナ９１か
らの空気と混合して冷却され始めるまでに、バーナ９０
の燃焼が進行しており、燃焼効率の低下が少ない。

【０１０３】次にガスタービン負荷が上昇すると、バー
ナ９１にも燃料を供給するが、NOx生成を抑制するため
にバーナ９１は予混合燃焼バーナであり、燃空比の低い
状態では保炎できないが、その下流でバーナ９０の燃焼
ガスと混合することによって燃焼が進行するので燃焼効
率の低下はほとんどない。したがってバーナ９１には図
１又は図２のバーナを使用できる。

【０１０４】そして高負荷時にはバーナ９０，バーナ９
１ともに予混合燃焼単独でも安定燃焼できる燃空比とな
るが、負荷遮断他の急激な燃料流量変化に対しても保炎
ができるように最小の拡散燃焼を残して運転する。

【０１０５】運転途中又は停止時の燃料供給一部停止又
は全系統停止時には停止する燃料系統に対応するパージ
空気配管からパージ空気を流し、燃料供給管に残留する
燃料を完全に排出して炭化物堆積を防止する。

【０１０６】本発明に係る第６の実施例を図７を用いて
説明する。

【０１０７】第６の実施例は基本構造は図１の第１の実
施例と同様である。この実施例では、図１の実施例の第
２空気供給管３５と燃料供給ノズル３４を第１燃料供給
管３３と一体化した構造であり、燃料噴射管８５が空気
旋回器１０の下流環状通路４５に直接突き出している。
この燃料噴射管８５の側面には第１燃料噴口４７を有し
ており、噴射方向は燃料供給ノズルの外方であって第１
空気供給管９の出口方向に傾斜している。一端を燃焼室
２０に開口し、他端から圧縮機から吐出された空気が導
かれる第１空気供給管９と、第１空気供給管と同軸であ
って内周に位置し、燃料を噴出する第１燃料噴口４７を
有する燃料ノズル１００と、前記燃料ノズルより空気流
れの上流側に位置する空気旋回器を備える。また、前記
燃料ノズルの燃焼器側端部は前記第１空気供給管９の燃
焼器側端部より内側に位置している。前記第１燃料噴口
４７を有する燃料噴射管８５は前記燃料供給ノズル３４
から直角に環状通路４５を突き出している。また、前記
燃料噴射管８５は第１空気供給管９の出口方向に傾斜し
てもよい。前記第１燃料噴口４７の下流側の燃料ノズル
１００と第１空気供給管９とで構成される流路では下流
（燃焼室側）に向かうに従い、幅が狭くなる領域を有し
ていてもよい。

【０１０８】第１燃料配管１９から図示しない昇圧ポン
プ等の昇圧装置により超高圧（たとえば１００ataより
高く１０００ata以下）まで昇圧した燃料を供給して第
１燃料噴口４７から噴射する。例えば、このように空気
旋回器を経た空気の流れる空気流路に、燃料ノズル１０
０の外方であって燃焼室側に向けてこれにより、平均粒
子径３μｍ以上３０μｍ以下の微細粒子に分裂し、液体
燃料全量が第１空気と混合しながら流れる。その際、急
激な液滴微細粒子の気化が起こる。液体燃料が自己発火
する前に蒸発を完了するとともに空気との予混合気を形
成すると考えられる。そして、燃料ノズル１００の先端
に達すると、環状通路４５の軸心側が急拡大して円形通
路となることにより、予混合気に適切に作用する強いせ
ん断層が形成されて予混合気を大きく混合する働きを
し、予混合気が供給される第１空気供給管９の出口付近
では予混合気の濃度不均一性が大幅に改善される。燃焼
室２０では良好な予混合燃焼がされる。

【０１０９】これにより、液体燃料を用いるいわゆる燃
焼温度１５００℃級のガスタービンであっても、液体燃
料の自己発火，燃焼器バーナへの逆火を防ぎつつ、急速
な燃料の気化及び空気との混合を図り、ドライで（燃焼
室内で水或いは水蒸気の噴出装置を用いなくてもよい）
低ＮＯｘのガスタービン燃焼器を得ることができる。具
体的には液体燃料を１段階で微細粒子に分裂することが
でき、第１空気と接触後は短時間で蒸発予混合させるこ
とができ、良好な状態で燃焼室２０に予混合気を供給し
て燃焼させることができるので、ＮＯｘ生成の少ない燃
焼が可能である（例えば２５ＭＷ級で２５ppm 以下）。

【０１１０】また、燃焼器バーナの内部構造自体をシン
プル簡素化することができるので、メンテナンス性を向
上させることができる。

【０１１１】

【発明の効果】本発明により、高温で燃焼される燃焼器
であっても、容易に良好な液体燃料の気化，混合が図
れ、低ＮＯｘの排ガスが排出されるコンパクトなガスタ
ービン燃焼器を得ることができる。

【０１１２】また、高温で燃焼される燃焼器であって
も、容易に良好な液体燃料の気化，混合が図れ、燃料の
流路等に炭素付着等を抑制するコンパクトなガスタービ
ン燃焼器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るガスタービン燃焼器の
縦断面図。

【図２】本発明の他の実施例に係るガスタービン燃焼器
の縦断面図。

【図３】本発明の他の実施例に係るガスタービン燃焼器
の縦断面図。

【図４】本発明の他の実施例に係るガスタービン燃焼器
の縦断面図。

【図５】本発明の他の実施例に係るガスタービン燃焼器
の縦断面図。

【図６】本発明の他の実施例に係るガスタービン燃焼器
の横断面図。

【図７】本発明の他の実施例に係るガスタービン燃焼器
の縦断面図。

【符号の説明】

６，８…燃料ノズル、９…第１空気供給管、１０…空気
旋回器、１１…第２空気配管、２０…燃焼室、３１…第
２燃料供給管、３３…第１燃料供給管、３４…燃料供給
ノズル、３５…第２空気供給管、４６…第２燃料噴口、
４７…第１燃料噴口、４８…第２管状噴口、４９…第２
空気孔、５０…第１管状噴口、５１…第１空気孔、６０
…第１パージ空気配管、９０…バーナ。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料と空気とが供給されて燃焼する燃焼室
   と、燃料と空気とを燃焼室に供給する燃焼器バーナとを
   備え、前記燃焼排ガスがタービンに排出されるガスター
   ビン燃焼器であって、 前記燃焼器バーナは、 燃焼器に空気を供給する空気供給管と、 空気供給管の内周側に位置し、自身の外方であって燃焼
   室側に向けて開口する液体燃料噴出口を自身の外周面に
   備える燃料ノズルとを備え、 前記燃料ノズルの燃焼室側端より燃焼室軸方向の燃焼室
   側に前記空気供給管の燃焼室側端が位置するよう配置さ
   れ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て燃焼する燃焼室
   と、燃料と空気とを燃焼室に供給する燃焼器バーナとを
   備え、１４５０℃〜１６５０℃の前記燃焼排ガスがター
   ビンに排出されるガスタービン燃焼器であって、 前記燃焼器バーナは、 燃焼器に空気を供給する空気供給管と、 空気供給管の内周側に位置し、自身の外方であって燃焼
   室側に向けて開口する液体燃料噴出口を自身の外周面に
   備える燃料ノズルとを備え、 前記燃焼ノズル近傍を流れる前記空気の流速は、８０ｍ
   ／ｓ以上１４０ｍ／ｓ以下であって、 前記燃料噴出口から噴出される燃料の粒径は平均粒径３
   μｍ以上３０μｍ以下であって、 前記燃料噴出口と前記空気供給管の燃焼室側出口までの
   距離が５０mm以上200mm以下である、ことを特徴とする
   ガスタービン燃焼器。
3. 【請求項３】燃料と空気とが供給されて燃焼する燃焼室
   と、燃料と空気とを燃焼室に供給する燃焼器バーナとを
   備え、前記燃焼排ガスがタービンに排出されるガスター
   ビン燃焼器であって、 前記燃焼器バーナは、 燃焼器に第１の空気を供給する第１空気供給管と、 該空気供給管の内周側に位置し、前記第１の空気に燃料
   と空気との混合体を噴出する噴出口を自身の外周面に備
   える燃料ノズルとを備え、 前記燃料ノズルは、 液体燃料が噴出される燃料供給管と、 前記噴出口近傍を流下する第１の空気より低温の第２の
   空気を供給する第２空気供給管と、 前記燃料と前記第２の空気との混合体を前記噴出口に導
   く連絡経路と、を備えることを特徴とするガスタービン
   燃焼器。
4. 【請求項４】燃料と空気とが供給されて燃焼する燃焼室
   と、燃料と空気とを燃焼室に供給する燃焼器バーナとを
   備え、前記燃焼排ガスがタービンに排出されるガスター
   ビン燃焼器であって、 前記燃焼器バーナは、 燃焼器に第１の空気を供給する第１空気供給管と、 該空気供給管の内周側に位置し、自身の燃焼器側端面に
   拡散燃焼用燃料噴出口と該拡散燃焼用燃料噴出口より燃
   焼器軸方向に見て燃焼室と反対側の外周面に予混合燃焼
   用燃料噴出口を有する燃料ノズルとを備え、 前記燃料ノズルは、 第１の液体燃料が噴出される第１の燃料供給管と、 第１の空気より低温の予混合用空気が供給される予混合
   用空気供給管と、 前記第１の燃料と前記予混合用空気を有する混合体を前
   記予混合燃焼用燃料噴出口に導く連絡経路と、 第２の液体燃料が噴出される第２の燃料供給管と、 第１の空気より低温の拡散用空気が供給される拡散用空
   気供給管と、 前記第２の燃料と前記拡散用空気を有する混合体を前記
   拡散燃焼用燃料噴出口に導く連絡経路と、を備えること
   を特徴とするガスタービン燃焼器。
5. 【請求項５】燃料と空気とが供給されて燃焼される燃焼
   室と、燃料と空気を燃焼室に供給する燃焼器バーナとを
   備え、前記燃焼排ガスがタービンに排出されるガスター
   ビン燃焼器であって、 前記燃焼器バーナは、 燃焼器に第１の空気を供給する第１空気供給管と、 空気供給管の燃焼器軸心側に位置し、外周面に燃料と空
   気との混合体を前記第１の空気に噴出する噴出部を有す
   る燃料ノズルとを備え、 該燃料ノズルは、 液体燃料が供給される燃料供給管と、第２の空気が供給
   される第２空気供給管と、前記燃料と前記空気とを有す
   る混合体を供給する混合体供給配管と、第３の空気が供
   給される第３空気供給配管とを備え、 前記噴出部は前記混合体と前記第３の空気とを噴出する
   ことを特徴とするガスタービン燃焼器。
6. 【請求項６】燃料と空気とが供給されて燃焼される燃焼
   室と、燃料と空気を燃焼室に供給する燃焼器バーナとを
   備え、前記燃焼排ガスがタービンに排出されるガスター
   ビン燃焼器であって、 前記燃焼器バーナは、 燃焼器に第１の空気を供給する第１空気供給管と、 空気供給管の燃焼器軸心側に位置し、自身の燃焼器側端
   面に拡散燃焼用の燃料噴出口と、該拡散燃焼用燃料噴出
   口より燃焼器軸方向の燃焼器と反対側の外周面に予混合
   燃焼用の燃料噴出口を有する燃料ノズルとを備え、 該燃料ノズルは、 第１の液体燃料が供給される第１の燃料供給管と、予混
   合燃焼用空気が供給され予混合用空気供給管と、前記燃
   料と前記空気とを有する混合体を供給する予混合用混合
   体供給配管と、前記混合体と共に前記予混合燃焼用の燃
   料噴出口から噴出される空気が供給される空気供給配管
   と、 第２の液体燃料が供給される第２の燃料供給管と、拡散
   燃焼用空気が供給される拡散用空気供給管と、前記燃料
   と前記空気とを有する混合体を供給する拡散用混合体供
   給配管と、前記混合体と共に前記拡散燃焼用の燃料噴出
   口から噴出される空気が供給される空気供給配管と、を
   備えることを特徴とするガスタービン燃焼器。
7. 【請求項７】一端を燃焼室に開口し、他端を第１の空気
   を供給する空気供給手段に連絡する第１空気供給管と、
   該第１空気供給管と同軸であって内周に位置し、自身の
   外周部に前記空気供給管を流れる空気に燃料及び空気を
   噴出する噴出口を有する燃料ノズルと、前記燃料ノズル
   より空気流れの上流側に位置する旋回装置と、を備え、 前記燃料ノズルの燃焼器側端部は前記第１空気供給管の
   燃焼器側端部より内側に位置し、 前記噴出口は、前記第一空気供給管の燃焼器側端部側に
   傾斜して、燃料ノズルの外周から突き出して配置され、 前記燃料ノズルは、前記空気旋回装置より上流側の第１
   の空気より圧力が高く、温度が低い第２空気を供給する
   第２空気供給管と、液体燃料が供給されて燃料液滴を噴
   出する燃料供給管と、を備えることを特徴とするガスタ
   ービン燃焼器バーナ。
8. 【請求項８】請求項７のガスタービン燃焼器バーナにお
   いて、燃料ノズル燃焼器側先端部に空気と燃料とを噴出
   する第２噴出口を備え、 前記燃料ノズルは、第２噴出口に前記空気旋回装置より
   上流側の第１の空気より圧力が高く、温度が低い第２空
   気を供給する空気供給管と、第２噴出口に液体燃料が供
   給される燃料供給管と、を備えることを特徴とするガス
   タービン燃焼器バーナ。
9. 【請求項９】一端を燃焼室に開口し、他端を第１の空気
   を供給する空気供給手段に連絡する第１空気供給管と、
   該第１空気供給管と同軸であって内周に位置し、自身の
   外周部に前記空気供給管を流れる空気に燃料及び空気を
   噴出する噴出口を有する燃料ノズルと、前記燃料ノズル
   より空気流れの上流側に位置する旋回装置と、を備え、 前記燃料ノズルの燃焼器側端部は前記第１空気供給管の
   燃焼器側端部より内側に位置し、 前記噴出口は、前記第一空気供給管の燃焼器側端部側に
   傾斜して、燃料ノズルの外周から突き出して配置され、 前記燃料ノズルは、前記空気旋回装置より上流側の第１
   の空気より圧力が高く、温度が低い第２空気を供給する
   第２空気供給管と、液体燃料が供給されて燃料液滴を噴
   出する燃料供給管と、 前記燃料と、前記第２空気との混合体を前記噴出口に供
   給し、前記噴出口より小径の前記混合体の噴出部を有す
   る連絡経路と、 前記旋回装置より上流側の第１の空気の一部を分岐して
   前記噴出口に供給する第３の空気供給管と、を備えるこ
   とを特徴とするガスタービン燃焼器バーナ。
10. 【請求項１０】請求項９のガスタービン燃焼器バーナに
    おいて、 前記燃料ノズルは、 請求項１のガスタービン燃焼器バーナにおいて、燃料ノ
    ズルの燃焼器側先端部に空気と燃料とを噴出する第２噴
    出口を備え、 前記燃料ノズルは、前記空気旋回装置より上流側の第１
    の空気より圧力が高く、温度が低い第２噴出口から噴出
    する第２空気を供給する空気供給管と、第２噴出口から
    噴出される液体燃料を供給する燃料供給管と、 第２噴出口に供給される前記燃料と前記第２空気との混
    合体を前記噴出口に導き混合体を噴出する、前記第２噴
    出口より小径の第２の該混合体噴出口を有する第２の連
    絡経路と、 前記旋回装置より上流側の第１の空気の一部を分岐して
    前記第２の噴出口に導く空気供給管と、を備えることを
    特徴とするガスタービン燃焼器バーナ。
11. 【請求項１１】空気を圧縮して吐出する圧縮機と、該圧
    縮機から吐出された空気と燃料が供給されて燃焼する燃
    焼器と、該燃焼器から排出される燃焼排ガスが供給され
    て駆動するタービンとを備えたガスタービンにおいて、 前記燃焼器は、燃料と空気とが供給されて燃焼する燃焼
    室と、該燃焼室に燃料と空気とを供給する燃焼器バーナ
    とを備え、 前記燃焼器バーナは請求項７或いは請求項９に記載の燃
    焼器バーナと請求項８或いは１０に記載の燃焼器バーナ
    とを備えることを特徴とするガスタービン。