WO2006132152A1

WO2006132152A1 - ガスタービンの燃焼器

Info

Publication number: WO2006132152A1
Application number: PCT/JP2006/311107
Authority: WO
Inventors: Koichi Ishizaka; Eisaku Ito; Satoshi Tanimura
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.
Priority date: 2005-06-06
Filing date: 2006-06-02
Publication date: 2006-12-14
Also published as: CN101080596B; CN101080596A; JP2006336995A; DE112006001317T5; US20080289341A1; DE112006001317B4; JP4486549B2; US8671690B2

Abstract

　外周面に複数枚の旋回翼１３０を備えた燃料ノズル１１０を、バーナー筒１２０内に備えた予混合燃焼バーナー１００を、複数本備えて燃焼器５００が構成される。各旋回翼１３０には噴射孔１３３ａ，１３３ｂが形成されている。ガスタービンが全負荷状態になっているときには、全ての旋回翼１３０の噴射孔１３３ａ，１３３ｂから燃料噴射をし、部分負荷になったときには、周方向に隣接する特定枚数の旋回翼１３０の噴射孔１３３ａ，１３３ｂからのみ燃料を噴射し、残りの旋回翼１３０の噴射孔１３３ａ，１３３ｂからの燃料噴射を停止するステージング制御をする。このように、旋回翼１３０ごとに燃料噴射・停止のステージング制御をすることにより、部分負荷であっても、局所的に燃空比を上げることができ、ＣＯやＵＨＣの発生を抑制して高効率燃焼を実現できる。

Description

明細書

ガスタービンの燃焼器

技術分野

[0001] 本発明はガスタービンの燃焼器に関するものである。本発明では、新規なステージング制御を実現することができる構成を採用することにより、ガスタービンを低負荷運転しても、排ガス中に含まれる一酸化炭素 (CO)や未燃燃料 (UHC：未燃炭化水素 )を低減しつつ高効率運転ができるように工夫したものである。

背景技術

[0002] 発電等に用いられるガスタービンは、圧縮機、燃焼器、タービンを主要部材として構成されている。ガスタービンは複数の燃焼器を有しているものが多ぐ圧縮機により圧縮された空気と、燃焼器に供給された燃料を混合させ、各々の燃焼器内で燃焼させて高温の燃焼ガスを発生させる。この高温の燃焼ガスをタービンへ供給してタービンの回転駆動をしている。

[0003] ここで従来のガスタービンの燃焼器の一例を、図 12を参照しつつ説明する。

図 12に示すように、このガスタービンの燃焼器 10は、燃焼器ケーシング 11に環状に複数個配置されて、る（図 12では 1個のみ示して、る）。燃焼器ケーシング 11とガスタービンケーシング 12には圧縮空気が充満し、車室 13を形成する。この車室 13には、圧縮機により圧縮された空気が導入される。導入された圧縮空気は、燃焼器 10 の上流部に設けられた空気流入口 14から、燃焼器 10の内部に入る。燃焼器 10の内筒 15の内部では、燃料ノズル 16から供給された燃料と圧縮空気が混合されて燃焼する。燃焼によって生じた燃焼ガスは、尾筒 17を通ってタービン室側へ供給され、タ一ビンロータを回転させる。

[0004] 図 13は、燃料ノズル 16と、内筒 15と、尾筒 17とを分離して示す斜視図である。同図に示すように、燃料ノズル 16は、複数本の予混合燃料ノズル 16aと、 1本のノイロット燃料ノズル 16bを有している。内筒 15には複数のスヮラー 18が備えられている。複数本の予混合燃料ノズル 16aは、それぞれ、スヮラー 18を貫通してから、内筒 15に挿入されている。このため、予混合燃料ノズル 16aから噴射された燃料は、スヮラー 18により旋回流となった空気と予混合され、内筒 15内で燃焼する。

[0005] 図 12,図 13の例では、燃料ノズル 16が、内筒 15に備えたスヮラー 18に挿入されるタイプとなっているが、燃料ノズルの外周面に複数枚のスヮラー (旋回翼)を備え、このスワラ一から燃料を噴射するタイプの燃焼器も存在する。

[0006] 燃料ノズルの外周面に複数枚のスヮラー (旋回翼）を備えたタイプの燃焼器では、 C

Oや UHCの発生を低減しつつ、ガスタービンの高効率ィ匕を図る手法として、希薄予混合燃焼が採用されている。このような希薄予混合燃焼を採用した場合、 COや UH

Cの発生を同時に抑制するためには、燃料と空気との混合比 (燃空比: FZA)を、「特定の範囲」に維持しなければならない。

[0007] 特許文献 1 :特開平 11 14055号公報

特許文献 2：特開 2004 - 12039

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] 燃料ノズルの外周面に複数枚のスヮラー (旋回翼)を備えたタイプの燃焼器を備えたガスタービンでは、負荷が低減し部分負荷になった場合には、燃焼器に供給する燃料量を少なくしていく。このように部分負荷になった場合であっても、従来では燃焼器の燃料ノズルの外周面に備えた全ての旋回翼から燃料を噴射して燃焼運転させているので、燃焼器の燃空比 FZAが低くなりすぎ、前述した「特定の範囲」から外れてしまうことがある。

このように部分負荷時において、従来技術では、燃空比 FZAが低くなり過ぎてしまうことがあり、この場合には、 COや UHCの発生量が増えてしまう。また、このように燃空比 FZAが低い、即ち燃料濃度が低いため、燃焼効率が悪ィ匕してしまう。

[0009] 本発明は、上記従来技術に鑑み、燃料ノズルの外周面に複数枚のスヮラー (旋回翼)を備えたタイプの燃焼器にぉヽて、ガスタービンを低負荷運転した場合であっても、排ガス中に含まれる一酸化炭素 (CO)や未燃燃料 (UHC：未燃炭化水素)を低減しつつ高効率運転ができる、ガスタービンの燃焼器を提供することを目的とする。課題を解決するための手段 [0010] 上記課題を解決する本発明の構成は、

燃料ノズルと、

前記燃料ノズルの外周面の周方向に沿う複数箇所に、前記燃料ノズルの軸方向に沿う状態で配置されており、燃料ノズルの周囲で燃料ノズルの軸方向に沿い流通する空気を旋回させるため、この空気の流れの上流側から下流側に向かうに従い次第に湾曲している旋回翼とを備えた燃焼バーナーを有するガスタービンの燃焼器において、

前記各旋回翼にそれぞれ形成されて燃料を噴射する噴射孔と、

各旋回翼に形成された噴射孔に個別に燃料を供給する燃料通路と、

各燃料通路に備えられた弁と、

前記弁の開閉制御をする制御部とを有し、

前記制御部は、

ガスタービンが全負荷状態の時には、前記弁を全て開状態とし、

ガスタービンが部分負荷状態になった時には、前記弁のうちの特定のものの開度を負荷に応じて制御し、残りの弁を閉とすることを特徴とする。

[0011] また本発明の構成は、

燃料ノズルと、

各燃料通路に備えられた弁と、

前記弁の開閉制御をする制御部とを有し、

前記制御部は、

ガスタービンが全負荷状態の時には、前記弁を全て開状態とし、ガスタービンが部分負荷状態になった時には、周方向に並んで隣接した特定枚数の旋回翼に形成された噴射孔に燃料を供給する燃料通路に備えられている弁の開度を負荷に応じて制御し、残りの弁を閉とすることを特徴とする。

[0012] また本発明の構成は、

燃料ノズルと、

前記燃料ノズルの外周面の周方向に沿う複数箇所に、前記燃料ノズルの軸方向に沿う状態で配置されており、燃料ノズルの周囲で燃料ノズルの軸方向に沿い流通する空気を旋回させるため、この空気の流れの上流側から下流側に向かうに従い次第に湾曲している旋回翼とを備えた燃焼バーナーを複数本有するガスタービンの燃焼器において、

前記各旋回翼にそれぞれに、内周側と外周側に形成されて燃料を噴射する内周側の噴射孔及び外周側の噴射孔と、

各旋回翼に形成された内周側の噴射孔及び外周側の噴射孔に個別に燃料を供給する燃料通路と、

各燃料通路に備えられた弁と、

前記弁の開閉制御をする制御部とを有し、

前記制御部は、複数の各燃焼バーナーに対して、

ガスタービンが部分負荷状態になった時には、内周側の噴射孔に燃料を供給する燃料通路に備えられている弁の開度を負荷に応じて制御し、外周側の噴射孔に燃料を供給する燃料通路に備えられている弁を閉とすることを特徴とする。

[0013] また本発明の構成は、

燃料ノズルと、

前記燃料ノズルの外周面の周方向に沿う複数箇所に、前記燃料ノズルの軸方向に沿う状態で配置されており、燃料ノズルの周囲で燃料ノズルの軸方向に沿い流通する空気を旋回させるため、この空気の流れの上流側から下流側に向かうに従い次第に湾曲している旋回翼とを備えた燃焼バーナーを複数本有するガスタービンの燃焼器において、前記各旋回翼に形成されて燃料を噴射する噴射孔及び前記燃料ノズルに形成されて燃料を噴射する噴射孔と、

各旋回翼に形成された噴射孔及び前記燃料ノズルに形成された噴射孔に個別に燃料を供給する燃料通路と、

各燃料通路に備えられた弁と、

前記弁の開閉制御をする制御部とを有し、

前記制御部は、複数の各燃焼バーナーに対して、

ガスタービンが部分負荷状態になった時には、前記燃料ノズルに形成された噴射孔に燃料を供給する燃料通路に備えられている弁の開度を負荷に応じて制御し、前記旋回翼に形成された噴射孔に燃料を供給する燃料通路に備えられている弁を閉とすることを特徴とする。

[0014] また本発明の構成は、

上述のガスタービンの燃焼器にぉ、て、

前記旋回翼の平均反り線に対して前記旋回翼の後縁で接する接線と、前記燃料ノズルの軸方向に沿う軸線とでなす角度力前記旋回翼の後縁の内周側では 0〜： LO 度になっており、前記旋回翼の後縁の外周側では、前記旋回翼の後縁の内周側の角度よりも大きい角度になっていることを特徴とする。

[0015] また本発明の構成は、

上述のガスタービンの燃焼器にぉ、て、

前記旋回翼の平均反り線に対して前記旋回翼の後縁で接する接線と、前記燃料ノズルの軸方向に沿う軸線とでなす角度力前記旋回翼の後縁の内周側では 0〜： LO 度になっており、前記旋回翼の後縁の外周側では 25〜35度になっていることを特徴とする。

発明の効果

[0016] 本発明によれば、燃料ノズルの外周面に複数枚の旋回翼を備え、この旋回翼に噴射孔を備えた燃焼バーナーを有するガスタービンの燃焼器にぉ、て、部分負荷になつたときには、特定の旋回翼に備えた噴射孔カゝらのみ燃料を噴射し、残りの旋回翼に備えた噴射孔からは燃料を噴射しな、ようにしたステージング制御をするため、燃焼バーナー全体でみると燃空比が低くなるが、各旋回翼の近傍では（つまり局所的には)燃空比を高くすることができる。この結果、部分負荷になっても、 COや UHCの発生量を抑制することができると共に、燃焼効率が向上する。

図面の簡単な説明

[0017] [図 1]本発明の実施例 1に係る、ガスタービンの燃焼器を示す構成図。

[図 2]実施例 1に係る燃焼器に備えた予混合燃焼バーナーの燃料ノズル及び旋回翼を示す斜視図。

[図 3]実施例 1に係る燃焼器に備えた予混合燃焼バーナーの燃料ノズル及び旋回翼を上流側から示す構成図。

圆 4]実施例 1に係る燃焼器に備えた予混合燃焼バーナーの燃料ノズル及び旋回翼を下流側から示す構成図。

[図 5]旋回翼の湾曲状態を示す説明図。

[図 6]旋回翼高さと空気流速との関係を示す特性図。

[図 7]燃料濃度分布と旋回翼の外周側の角度との関係を示す特性図。

[図 8]本発明の実施例 1に係る燃焼器の配置状態を示す構成図図。

[図 9]本発明の実施例 1に係る燃焼器における配管配置系統を示す系統図。

[図 10]本発明の実施例 2〖こ係る燃焼器を示す構成図。

[図 11]本発明の実施例 2の変形例を示す構成図。

[図 12]従来のガスタービンの燃焼器を示す構成図。

[図 13]従来のガスタービンの燃焼器の燃料ノズル，内筒，尾筒を分解して示す斜視図。

符号の説明

[0018] 100, 100A〜100H 予混合燃焼バーナー

110 燃料ノズル

111 空気通路

120 バーナー筒

121 クリアランス 130 旋回筒

131 クリアランス設定用リブ

132a 翼腹面

132b 翼背面

133a, 133b, 133c, 133d 噴射孔

200 パイロット燃焼バーナー

300A1〜300A6, 300B1〜300B6, 300C1〜300C6, 300D1〜300D6, 30 0E1〜300E6, 300F1〜300F6, 300G1〜300G6, 300H1〜300H6, 300c, 300d 弁

310、 320 制御部

500, 520 燃焼器

L, LA1〜LA6, LB1〜： LB6, LC1〜LC6, LD1〜： LD6, LEI〜： LE6, LF1〜L F6, LG1〜LG6, LH1〜： LH6 燃料通路

A 圧縮空気

a 旋回空気流

u 渦空気流

発明を実施するための最良の形態

[0019] 以下に本発明の実施の形態を、実施例に基づき詳細に説明する。

なお本願発明者は、燃料ノズルの外周面に旋回翼 (スワラ一べーン)を備えた、新規な構成となっているガスタービンの予混合燃焼バーナーの開発をした。開発した新規な予混合燃焼バーナーは、燃料を十分に混合して均一濃度の燃料ガスとすることができると共に、燃料ガスの流速を均一にして逆火の防止を確実に図ることができる。

以下の実施例では、この新規な予混合燃焼バーナーを採用した燃焼器に、本願発明を適用した実施例について説明する。

実施例 1

[0020] <実施例 1の全体構成 >

図 1に示すように、本発明の実施例 1に係るガスタービンの燃焼器 500では、パイ口ット燃焼バーナー 200の周囲を囲む状態で、予混合燃焼バーナー 100が複数個（例えば 8個）配置されている。パイロット燃焼バーナー 200には、図示は省略する力パィロット燃焼ノズルが組み込まれて、る。

周方向に並んで複数配置された (例えば 8個）の予混合燃焼バーナー 100と、 1本のパイロット燃焼バーナー 200により、 1つの燃焼器 500が構成され、ガスタービンにはこのように構成された燃焼器 500が複数設置される。

[0021] 予混合燃焼バーナー 100は、燃料ノズル 110と、バーナー筒 120と、旋回翼 (スヮラーべーン） 130を主要部材として構成されている。

[0022] バーナー筒 120は、燃料ノズル 110に対して同心状で且つこの燃料ノズル 110を囲繞する状態で配置されている。このため、燃料ノズル 110の外周面とバーナー筒 1

20の内周面との間に、リング状の空気通路 111が形成される。

この空気通路 111には、その上流側（図 1では左側）から下流側（図 1では右側）に向かい、圧縮空気 Aが流通する。

[0023] 旋回翼 130は、図 1、斜視図である図 2、上流側から見た図 3、下流側から見た図 4 に示すように、燃料ノズル 110の周方向に沿う複数箇所 (本例では 6箇所）に配置されて、燃料ノズル 110の軸方向に沿、伸びて配置されて、る。

なお図 1では、理解を容易にするため、周方向に沿う角度 0度と角度 180度の位置に配置した 2枚の旋回翼 130のみを示している（図 1の状態では、実際には合計で 4 枚の旋回翼が見える)。

[0024] 各旋回翼 130は、空気通路 111を流通する圧縮空気 Aに旋回力を付与して、この圧縮空気 Aを旋回空気流 aにするものである。このため、各旋回翼 130は、圧縮空気 Aを旋回させることができるように、上流側から下流側に向かうに従い次第に湾曲して V、る（周方向に沿!、傾、て、る）。旋回翼 130の湾曲状態にっ、ての詳細は後述する。

[0025] 各旋回翼 130の外周側端面 (チップ）と、バーナー筒 120の内周面との間には、タリァランス（隙間） 121が取られている。

[0026] 更に、各旋回翼 130の外周側端面 (チップ)の前縁側には、クリアランス設定用リブ

131が固定されている。各クリアランス設定用リブ 131は、旋回翼 130が備えられた燃料ノズル 110をバーナー筒 120の内部に組みつけた際に、バーナー筒 120の内周面に緊密に接触する高さ (径方向長さ）となっている。

[0027] このため、各旋回翼 130とバーナー筒 120との間に形成される各クリアランス 121の長さ (径方向長さ）は均等になる。また旋回翼 130が備えられた燃料ノズル 110をバ一ナー筒 120の内部に組みつける際の組つけ作業が容易になる。

[0028] 各旋回翼 130の翼背面 132bには噴射孔 133b (図 1,図 2では点線の円で示している）が形成され、各旋回翼 130の翼腹面 132aには噴射孔 133a (図 1,図 2では実線の円で示している）が形成されている。この場合、噴射孔 133bと噴射孔 133aの形成位置は、千鳥状にズレて配置されている。

このため、隣接する旋回翼 131で見ると、隣接する一方の旋回翼 131の翼腹面 13

2aに形成された噴射孔 133aの位置と、隣接する他方の旋回翼 131の翼背面 132b に形成された噴射孔 133bとの位置と力位置ズレしている。

[0029] 図示は省略するが、燃料ノズル 110の内部及び各旋回翼 130の内部には燃料通路が形成されており、燃料ノズル 110の燃料通路及び各旋回翼 130の燃料通路を介して、各噴射孔 133a、 133bに燃料が供給される。

このため、各噴射孔 133a、 133bから空気通路 111に向力つて燃料が噴射される。このとき、噴射孔 133aの配置位置と噴射孔 133bの配置位置が位置ズレしているため、噴射孔 133aから噴射された燃料と、噴射孔 133bから噴射された燃料とが干渉（衝突)することはない。

噴射された燃料は、空気 A (a)と混合されて燃料ガスとなり、内筒の内部空間に送られて燃焼する。

[0030] なお、本実施例の技術的ポイントである、燃料通路の配置状態や、ステージング制御の手法につ!、ては後述する。

[0031] ここで、旋回翼 130の湾曲状態に付いて、図 1〜図 4を参照して説明する。

(1)概略的に言うと、各旋回翼 130は、圧縮空気 Aを旋回させることができるように、上流側から下流側に向かうに従、次第に湾曲して、る。

(2)軸方向（燃料ノズル 110の長手方向）に関しては、上流側から下流側に向かうに従い湾曲が大きくなつている。 (3)旋回翼 130の後縁では、径方向（燃料ノズル 110の半径方向（放射方向））に関して、内周側よりも外周側に向かうに従い湾曲が大きくなつている。

[0032] 上述した（3)の旋回翼 130の後縁での湾曲について、図 5を参照しつつ、更に説明する。

図 5において、点線は旋回翼 130の内周側（最内周面)での翼形状 (翼断面形状）を示しており、実線は旋回翼 130の外周側 (最外周面)での翼形状 (翼断面形状)を示している。

点線で示す内周側の翼形状において、平均反り線 (骨格線)を Ll l、この平均反り線 LI 1に対して旋回翼の後縁で接する接線を L 12としてヽる。

実線で示す外周側の翼形状において、平均反り線 (骨格線)を L21、この平均反り線 L21に対して旋回翼の後縁で接する接線を L22としてヽる。

燃料ノズル 110の軸方向に沿う軸線を LOとして、る。

[0033] 図 5に示すように、本実施例では、旋回翼 130の後縁において、内周側での接線 L 12と軸線 LOとでなす角度を 0度としており、外周側での接線 L22と軸線 LOとでなす角度を、内周側での角度よりも大きくしている。

[0034] 本願発明者の研究によれば、内周側から外周側に向かうに従い、平均反り線に対して旋回翼の後縁で接する接線と軸線とでなす角度を大きくしていく場合、

(a)内周側の角度を 0〜： LO度にし、

(b)外周側の角度を 25〜35度にする、

ことが「最適」であることが究明された。

ここでいう「最適」とは、

(i)空気通路 111の内周側であっても外周側であっても、空気 A (a)の流速が均一となってフラッシュバック (逆火）の発生を防止でき、

(ii)空気通路 111の内周側であっても外周側であっても、燃料濃度が均一となることを意味する。

[0035] 上記 (i)となる理由を説明する。

仮に、平均反り線に接する接線と、軸線とでなす角度を、内周側と外周側で同じにしたとすると、内周側から外周側に向かう流線 (空気流れ)が発生する。この結果、空気通路 111の内周側で流通（軸方向に沿い流通）する空気 A (a)の流速が遅くなり、空気通路 111の外周側で流通（軸方向に沿、流通）する空気 A (a)の流速が速くなる。このようにして、内周側での空気流速が遅くなると、内周側においてフラッシュバックが発生する恐れがある。

[0036] しかし、本願発明では、平均反り線に接する接線と、軸線とでなす角度は、内周側力外周側に向かうに従い大きくなるので、内周側から外周側に向かう流線の発生を抑制することができ、空気通路 111の内周側であっても外周側であっても、空気 A (a )の流速が均一となってフラッシュバック (逆火）の発生を防止できるのである。

[0037] 上記 (ii)となる理由を説明する。

空気通路 111の周方向長さは、内周側で短ぐ外周側で長い。本願発明では、平均反り線に接する接線と、軸線とでなす角度は、内周側力外周側に向かうに従い大きくなるので、圧縮空気 Aに対して旋回を付与する力（効果）は、周長の短い内周側よりも、周長の長い外周側ほど強くなる。この結果、単位長さ当たりでは、内周側でも外周側でも、圧縮空気 Aに対する旋回付与力が均一となり、内周側でも外周側でも燃料濃度が均一となるのである。

[0038] 更に、平均反り線に対して旋回翼の後縁で接する接線と軸線とでなす角度を、

(a)内周側の角度を 0〜10度に特定し、

(b)外周側の角度を 25〜35度に特定した理由を、

実験結果を示す特性図である図 6及び図 7を参照して説明する。なお図 6及び図 7において示す「角度」は、平均反り線に対して旋回翼の後縁で接する接線と軸線とでなす角度である。

[0039] 図 6は縦軸に旋回翼 130の高さ（％)をとり、横軸に空気 A (a)の流速をとつた特性図である。旋回翼の高さが 100%とは、旋回翼の最外周位置を意味し、旋回翼の高さが 0%とは、旋回翼の最内周位置を意味する。

[0040] 図 6には、内周側の角度が 0度，外周側の角度が 5度の特¾と、内周側の角度が 0 度，外周側の角度が 30度の特性と、内周側の角度が 0度，外周側の角度が 35度の特性と、内周側の角度も外周側の角度も 20度の特性を示して、る。

[0041] 図 7は縦軸に燃料濃度分布をとり、横軸に外周側の角度をとつた特性図である。燃料濃度分布とは、最大燃料濃度と最小燃料濃度との差であり、この燃料濃度分布の値が小さ!/、ほど濃度が一定であることを意味する。

[0042] 図 7には、内周側の角度も外周側の角度も 20度の特性と、内周側の角度を 0度にして外周側の角度を変化させた特性を示している。

[0043] 燃料濃度分布を示す図 7から分力ゝるように、燃料濃度は、外周側の角度が 25度以上になると均一化する。

また、図 6から分かるように、外周側の角度が 25度以上において、流速の翼高さ方向の分布が一様となるのは、内周側の角度が 0〜： L0度、外周側の角度が 25〜35度である。

[0044] このように、図 6,図 7の特性からも、

(a)内周側の角度を 0〜： LO度にし、

(b)外周側の角度を 25〜35度にすることにより、

(ii)空気通路 111の内周側であっても外周側であっても、燃料濃度を均一にすることができることが分かる。

[0045] 前述したように、本実施例では、各旋回翼 130の外周側端面 (チップ）と、バーナー筒 120の内周面との間に、意図的に、クリアランス（隙間） 121をとつている。

旋回翼 130の翼背面 132bは負圧で、翼腹面 132aは正圧であり、翼背面 132bと翼腹面 132aとの間に圧力差がある。このため、クリアランス 121を通って、翼腹面 13 2aから翼背面 132bに回り込む、空気の漏れ流れが生ずる。この漏れ流れと、空気通路 111内を軸方向に流通する圧縮空気 Aとが作用して、渦空気流が発生する。この渦空気流により、噴射孔 133a、 133bから噴射された燃料と、空気とがより効果的に混合され、燃料ガスの均一化が促進される。

[0046] <実施例 1における、燃料通路の配置状態およびステージング制御手法 > 次に本実施例 1における、燃料通路の配置状態及びステージング制御手法にっヽて説明する。

[0047] 本実施例 1のガスタービンの燃焼器 500では、図 8に示すように、 1本のノィロット燃焼バーナー 200の周囲を囲む状態で、 8本の予混合燃焼バーナー 100が周方向に並んで複数個配置されて、る。

なお以降の説明では、個々の予混合燃焼バーナーを区別する場合には、符号として 100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 100F, 100G, 100Hを用い、各予混合燃焼バーナーを区別することなく示す場合には符号として 100を用いる。

[0048] 各予混合燃焼バーナー 100A〜100Hは、それぞれ、 6枚の旋回翼 130を有している。そして、各旋回翼 130に噴射孔 130a, 130bが形成されている。

ここで〖ま、

(a)予混合燃焼バーナー 100Aに備えられた 6枚の旋回翼を、符号 130A1, 130A 2, 130A3, 130A4, 130A5, 130A6とし、

(b)予混合燃焼バーナー 100Bに備えられた 6枚の旋回翼を、符号 130B1, 130B2 , 130B3, 130B4, 130B5, 130B6とし、

(c)予混合燃焼バーナー 100Cに備えられた 6枚の旋回翼を、符号 130C1, 130C2 , 130C3, 130C4, 130C5, 130C6とし、

(d)予混合燃焼バーナー 100Dに備えられた 6枚の旋回翼を、符号 130D1, 130D 2, 130D3, 130D4, 130D5, 130D6とし、

(e)予混合燃焼バーナー 100Eに備えられた 6枚の旋回翼を、符号 130E1, 130E2 , 130E3, 130E4, 130E5, 130E6とし、

(f)予混合燃焼バーナー 100Fに備えられた 6枚の旋回翼を、符号 130F1, 130F2 , 130F3, 130F4, 130F5, 130F6とし、

(g)予混合燃焼バーナー 100Gに備えられた 6枚の旋回翼を、符号 130G1, 130G 2, 130G3, 130G4, 130G5, 130G6とし、

(h)予混合燃焼バーナー 100Hに備えられた 6枚の旋回翼を、符号 130H1, 130H 2, 130H3, 130H4, 130H5, 130H6として、各旋回翼を区別して示す。

なお、各旋回翼を区別することなく示す場合には符号 130を用いる。

[0049] 本実施例 1における燃料通路系統は、概略系統図である図 9に示すようになつている。図 9に示すように、燃料ポンプ Pから供給された燃料は、燃料ポンプ Pから分岐していった燃料通路 Lを介して、個々の旋回翼 130の噴射孔 133a, 133bに供給されるようになっている。

なお、パイロット燃焼バーナー 200にも燃料供給がされるが、パイロット燃焼パーナ一 200に燃料を供給する燃料通路は図示省略している。

[0050] 噴射孑し 133a, 133bをそれぞれ有する各旋回翼 130A1〜130A6, 130B1〜130 B6, 130C1〜130C6, 130D1〜130D6, 130E1〜130E6, 130F1〜130F6, 130G1〜130G6, 130H1〜130H6に個別に燃料を供給するため分岐した各燃料通路 LA1〜LA6, LB1〜： LB6, LC1〜LC6, LD1〜LD6, LEI〜： LE6, LF1〜 LF6, LG1~LG6,： LH1〜： LH6に ίま、それぞれ、弁 300Α1〜300Α6, 300Β1〜 300Β6, 300C1〜300C6, 300D1〜300D6, 300E1〜300E6, 300F1〜300 F6, 300G1〜300G6, 300H1〜300H6を備えている。

なお、各弁を区別することなく示す場合には符号 300を用いる。

[0051] 制御部 310は、ガスタービンの負荷に応じて、各弁 300A1〜300A6, 300B1〜3 00B6, 300C1〜300C6, 300D1〜300D6, 300E1〜300E6, 300F1〜300F 6, 300G1〜300G6, 300H1〜300H6の開度調整をすることにより、各旋回翼 13 0A1〜130A6, 130B1〜130B6, 130C1〜130C6, 130D1〜130D6, 130E1 〜130E6, 130F1〜130F6, 130G1〜130G6, 130H1〜130H6に供給する燃料の量を制御するものである。

[0052] 制御部 310は、ガスタービンの負荷に応じて、例えば、各弁 300を次のように開閉（開度)調整する。

[0053] ガスタービンの負荷が全負荷であるときには、制御部 310は、全ての弁 300を開状態とする。これにより全ての旋回翼 130の噴射孔 133a, 133bから燃料が噴射される

[0054] ガスタービンの負荷が部分負荷になったときには、制御部 310は、予混合燃焼バーナー 100Aにおいては、弁 300A1〜300A3を開状態にすると共にその開度を負荷量に応じて開閉し、弁 300A4〜300A6を閉状態にする。このような制御により、旋回翼 130A1〜130A3の噴射孔 133a, 133bから燃料が噴射される。このとき、旋回翼 130A1〜130A3は、周方向に並んで隣接した旋回翼である。

[0055] し力も、各旋回翼 130は旋回しているため、旋回空気流 a (図 1参照）は、大きく分けて、内周側（半径方向中心側）に向力つて巻き込んでいくものと、外周側（半径方向外周側）に向かって巻き込んでいくものとになる。旋回翼 130A1〜130A3は、内周側に向力つて巻き込んでいく旋回空気流 aが流れる部分に配置された旋回翼としている。

[0056] このように全ての旋回翼 130から燃料を噴射するのではなぐ特定の旋回翼 130A 1〜130A3からのみ燃料を噴射するようにしたので、予混合燃焼バーナー 100A全体では燃空比 FZAは低いが、各旋回翼 130A1〜130A3ごとに見ると、つまり局所的に見ると燃空比 FZAが高くなる。し力も、各旋回翼 130A1〜130A3は周方向に隣接したものであるため（つまり、周方向に 1つ飛びとなっているのではなぐグループとなっているため）、旋回翼 130A1〜130A3から噴射された燃料が周囲の空気で拡散混合される割合が少なくなる。このため旋回翼 130A1〜130A3の近くの局所的な部分では、燃空比 FZAが高くなる。この結果、部分負荷になっても、 COや UH Cの排出量を低減することができると共に、高効率な燃焼を確保することができる。

[0057] 更に、各旋回翼 130A1〜130A3から噴射された燃料は、内周側に向力つて巻き込んでいく旋回空気流 aに乗って、燃焼バーナー 100Aの近くで燃焼する。このように燃焼バーナー 100Aの近くで燃焼することによつても、噴射された燃料が周囲の空気で拡散混合される割合が少なくなり、局所的な燃空比 FZAが高くなり、部分負荷になっても、 COや UHCの排出量を低減することができると共に、高効率な燃焼を確保することができる。

[0058] なお、仮に外周側に向力つて巻き込んでいく旋回空気流 aに燃料を噴射すると、この燃料は外周側に広がりつつ下流に流れ、バーナー筒 120 (図 1参照）にて絞られてから燃焼するため、燃焼位置は旋回翼 130から下流側に向力つて離れた位置となり、空気で拡散混合され易い。このため、 COや UHCの排出量低減や、高効率燃焼確保の点で有利ではな、。

[0059] また上記例では、ガスタービンの負荷が部分負荷になったときには、制御部 310は、予混合燃焼バーナー 100Aにおいては、弁 300A1〜300A3を開状態にすると共にその開度を負荷量に応じて開閉し、弁 300A4〜300A6を閉状態にしているが、弁 300A1〜300A3を開状態にすると共にその開度を負荷量に応じて開閉し、弁 30 0A4〜300A6を全閉にすることなく弁 300A1〜300A3の開度よりも小さい所定の開度 (この開度は予め決めていてもよいし、または、負荷に応じて設定してもよい）にするようにしてちょい。

[0060] 部分負荷になったときに、制御部 310は、予混合燃焼バーナー 100Aに対する上述した制御と同様な制御を、予混合燃焼バーナー 100B〜100Hに対しても同時に行う。

[0061] 即ち、部分負荷になったときに、制御部 310は、予混合燃焼バーナー 100B〜100 H【こお!ヽて ίま、弁 300B1〜300B3, 300C1〜300C3, 300D1〜300D3, 300E 1〜300E3, 300F1〜300F3, 300G1〜300G3, 300H1〜300H3を開状態にすると共にその開度を負荷量に応じて開閉し、残りの弁を閉状態にする。このような制御により、旋回翼 130B1〜130B3, 130C1~130C3, 130D1~130D3, 130 E1〜130E3, 130F1〜130F3, 130G1〜130G3, 130H1〜130H3の各噴射孑し 133a, 133b力ら燃料力 S噴射される。このとさ、旋回翼 130B1〜130B3, 130C1 〜130C3, 130D1〜130D3, 130E1〜130E3, 130F1〜130F3, 130G1〜13 OG3, 130H1〜130H3は、周方向に並んで隣接した旋回翼である。

[0062] このため、各予混合燃焼バーナー 100B〜100Hにおいても、予混合燃焼パーナ一 100Aと同様に、部分負荷になっても、局所的な燃空比 FZAが高くなり、 COや U HCの排出量を低減することができると共に、高効率な燃焼を確保することができる。

[0063] 結局、部分負荷となったときに、全ての予混合燃焼バーナー 100A〜100Hは、バーナー全体として見ると休止することなく燃焼運転しているが、個々の予混合燃焼バーナー 100に着目すると、複数の旋回翼の一部力ものみ燃料を噴射するようにしている。したがって、部分負荷になっても局所的な燃空比 FZAが高くなり、 COや UH Cの排出量を低減することができると共に、高効率な燃焼を確保することができる。更に周方向に関して発熱量が均一化し、熱応力による歪力が尾筒に作用することもなくなる。

[0064] <ステージング制御の変形例 >

なお上述した制御部 310によるステージング制御は一例であり、部分負荷のときに、隣接して並んだグループとする旋回翼 (つまり燃料を噴射する旋回翼)の枚数を変更することちでさる。

また部分負荷のときに燃料を噴射する複数の旋回翼 130を、上述した実施例では周方向に隣接したグループのものとしている力周方向に 1つ飛びとなった旋回翼 1 30から燃料を噴射するようにすることも可能である。

[0065] また、上述した例では、全ての旋回翼 130に噴射孔 133aと噴射孔 133bを備えている力旋回翼 130A1、 130B1, 130C1, 130D1, 130E1, 130F1, 130G1, 13 OH1には翼腹面側の噴射孔 133aのみを備え、旋回翼 130A2、 130B2, 130C2, 130D2, 130E2, 130F2, 130G2, 130H2には翼腹面佃 Jと翼背面佃 Jの噴射孑し 13 3a, 133bを備え、旋回翼 130A3、 130B3, 130C3, 130D3, 130E3, 130F3, 1 30G3, 130H3には翼背面側の噴射孔 133bのみを備えるようにしてもよい。他の旋回翼 130には、噴射孔 133a, 133bを備える。

[0066] このようにすれば、部分負荷のときには、複数ある空気通路 111のうち特定のもの（予混合燃焼バーナー 100Aでいえば、旋回翼 130A1と旋回翼 130A2とで挟んだ空気通路と、旋回翼 130A2と旋回翼 130A3とで挟んだ空気通路）に、集中して燃料噴射をすることができ、局所的な燃空比 FZAを高くすることができる。

[0067] 更に、部分負荷の時に、予混合燃焼バーナー 100A, 100C, 100E, 100Gについては、上述したように、複数の旋回翼のうち特定の旋回翼からのみ燃料を噴射し、予混合燃焼バーナー 100B, 100D, 100F, 100Hについては、完全に燃料噴射を停止するようにすることも可能である。

実施例 2

[0068] 次に本発明の実施例 2を説明する。なお、実施例 1と同様な構成部分については説明を省略し、実施例 2に独特な部分について説明をする。

この実施例 2においても、部分負荷となったときに、複数の予混合燃焼バーナー 10 0は、バーナー全体として見ると休止することなく燃焼運転しているが、個々の予混合燃焼バーナー 100に着目すると、複数の旋回翼 130の一部力ものみ燃料を噴射するようにしている。

[0069] 図 10に示すように、実施例 2の燃焼器 520では、各旋回翼 130には、内周側の噴射孔 133cと外周側の噴射孔 133dが備えられている。また、各噴射孔 133c、 133d に個別に燃料を供給する燃料通路（図中では点線で示してヽる）が配置され、各燃料通路には、弁 300c, 300dが介装されている。制御部 320は弁 300c, 300dを開閉制御してステージング制御する。他の部分の構成は、実施例 1と同様である。

[0070] 実施例 2では、ガスタービンの負荷が全負荷のときには、制御部 320は、弁 300c, 300dを開として、各噴射孔 133c, 133dから燃料を噴射する。

[0071] ガスタービンの負荷が部分負荷になったときには、制御部 320は、弁 300dを閉として外周側の各噴射孔 133dからの燃料噴射を停止すると共に、負荷量に応じて弁 30 Ocの開度を調整して内周側の各噴射孔 133cからの燃料噴射量を調整する。

[0072] 内周側では周方向長が短いので、部分負荷になったときに、内周側の噴射孔 133 cから噴射した燃料が周囲の空気で拡散混合される割合が少なくなる。また予混合燃焼バーナー 100の全体としては燃空比 FZAは低くなる力噴射孔 133cの近くでみると局所的に燃空比 FZAが高くなる。このため部分負荷になっても、 COや UHCの排出量を低減することができると共に、高効率な燃焼を確保することができる。

[0073] なお部分負荷のときに、 6枚の旋回翼 130のうち、周方向に並んで隣接した所定枚数 (例えば 3枚)の旋回翼 130に備えた内周側の噴射孔 133cからのみ燃料を噴射するようにしてちょい。

[0074] なお図 11に示すように、内周側の噴射孔 133cを、旋回翼 130ではなぐ燃料ノズル 110のうち旋回翼 130に近、部分に配置するようにしてもよ!、。

Claims

請求の範囲

[1] 燃料ノズルと、

各燃料通路に備えられた弁と、

前記弁の開閉制御をする制御部とを有し、

前記制御部は、

ガスタービンが部分負荷状態になった時には、前記弁のうちの特定のものの開度を負荷に応じて制御し、残りの弁を閉とすることを特徴とするガスタービンの燃焼器。

[2] 燃料ノズルと、

各燃料通路に備えられた弁と、

前記弁の開閉制御をする制御部とを有し、

前記制御部は、

ガスタービンが部分負荷状態になった時には、周方向に並んで隣接した特定枚数の旋回翼に形成された噴射孔に燃料を供給する燃料通路に備えられている弁の開度を負荷に応じて制御し、残りの弁を閉とすることを特徴とするガスタービンの燃焼器

[3] 燃料ノズルと、

各燃料通路に備えられた弁と、

前記弁の開閉制御をする制御部とを有し、

前記制御部は、複数の各燃焼バーナーに対して、

ガスタービンが部分負荷状態になった時には、内周側の噴射孔に燃料を供給する燃料通路に備えられている弁の開度を負荷に応じて制御し、外周側の噴射孔に燃料を供給する燃料通路に備えられている弁を閉とすることを特徴とするガスタービンの燃焼器。

[4] 燃料ノズルと、

前記各旋回翼に形成されて燃料を噴射する噴射孔及び前記燃料ノズルに形成されて燃料を噴射する噴射孔と、

各燃料通路に備えられた弁と、

前記弁の開閉制御をする制御部とを有し、

前記制御部は、複数の各燃焼バーナーに対して、

ガスタービンが部分負荷状態になった時には、前記燃料ノズルに形成された噴射孔に燃料を供給する燃料通路に備えられている弁の開度を負荷に応じて制御し、前記旋回翼に形成された噴射孔に燃料を供給する燃料通路に備えられている弁を閉とすることを特徴とするガスタービンの燃焼器。

[5] 請求項 1乃至請求項 4の何れか一項において、

前記旋回翼の平均反り線に対して前記旋回翼の後縁で接する接線と、前記燃料ノズルの軸方向に沿う軸線とでなす角度力前記旋回翼の後縁の内周側では 0〜： LO 度になっており、前記旋回翼の後縁の外周側では、前記旋回翼の後縁の内周側の角度よりも大きい角度になっていることを特徴とするガスタービンの燃焼器。

[6] 請求項 1乃至請求項 4の何れか一項において、

前記旋回翼の平均反り線に対して前記旋回翼の後縁で接する接線と、前記燃料ノズルの軸方向に沿う軸線とでなす角度力前記旋回翼の後縁の内周側では 0〜： LO 度になっており、前記旋回翼の後縁の外周側では 25〜35度になっていることを特徴とするガスタービンの燃焼器。