WO2018173122A1 - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

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combustor
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恭明 中村
岩井　保憲
伊東　正雄
優一 森澤
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株式会社 東芝
東芝エネルギーシステムズ株式会社
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Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a gas turbine combustor.
  • high-pressure air from the compressor is supplied to the combustor.
  • the high pressure air supplied to the combustor flows around the combustor liner and cools the combustor liner.
  • a part of the high-pressure air that has cooled the combustor liner is supplied to the fuel nozzle as combustion air, for example.
  • Fuel and high-pressure air are then introduced from the fuel nozzle into the combustor liner.
  • the fuel and high pressure air introduced into the combustor liner react to form a flame.
  • the other part of the high-pressure air that has cooled the combustor liner is introduced as combustion air into the combustor liner from an introduction hole formed in the combustor liner, for example.
  • FIG. 17 is a diagram showing changes in the flow rate of fuel and the flow rate of air supplied to the combustor from ignition to the rated load in a conventional gas turbine.
  • FIG. 18 is a diagram showing a change in the equivalence ratio from ignition to the rated load in a conventional gas turbine.
  • the equivalent ratio here is an equivalent ratio (equivalent ratio in overall) calculated from the fuel and combustion air supplied to the combustor.
  • conventional gas turbines include, for example, gas turbines that include a low-load fuel supply system and a high-load fuel supply system.
  • a low load fuel supply system is used from ignition to an intermediate load, and both a low load fuel supply system and a high load fuel supply system are used from an intermediate load to a rated load.
  • the air supplied from the compressor is supplied to each part for cooling and combustion of the turbine. Therefore, the distribution of the air supplied to each part is adjusted according to the opening area ratio of each part, and the distribution does not change depending on the load.
  • Some conventional gas turbines have a function of adjusting the distribution of the amount of air supplied to the combustor by providing a movable valve around the combustor.
  • the flow rate of fuel and oxidizer is calculated from the total fuel and total oxidizer supplied to the combustor in order to reduce the amount of unburned fuel and residual oxygen in the circulating working fluid.
  • the ratio of the fuel and oxygen thus adjusted is adjusted to a stoichiometric mixture ratio (equivalent ratio 1).
  • the change in the air flow rate with respect to the load is smaller than the change in the fuel flow rate with respect to the load. That is, in the conventional gas turbine, the air flow rate cannot be arbitrarily adjusted in accordance with the fuel flow rate. Therefore, as shown in FIG. 18, the equivalence ratio increases from the time of ignition to the time of rated load. In addition, since the equivalence ratio is a lean state of less than 1 at the rated load, the combustion gas is released to the atmosphere in a state containing excess oxygen.
  • the oxidant flow rate cannot be adjusted so that the stoichiometric mixture ratio is obtained from ignition to the rated load.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a gas turbine combustor capable of arbitrarily adjusting the air flow rate in accordance with the fuel flow rate while suppressing an excessive increase in the supply pressure of the oxidant. .
  • a gas turbine combustor includes a cylindrical combustor liner and a fuel nozzle that is provided at one end of the combustor liner and ejects fuel and an oxidant into the combustor liner.
  • the fuel nozzle includes a plurality of fuel supply passages for supplying fuel and a plurality of oxidant supply passages for supplying oxidant. The flow rate of the fuel supplied to each of the fuel supply passages and the flow rate of the oxidant supplied to each of the oxidant supply passages are individually adjusted.
  • FIG. 1 is a system diagram of a gas turbine facility 10 including a combustor 20 according to the first embodiment.
  • the gas turbine facility 10 is rotated by a combustor 20 that combusts fuel and oxidant, a fuel nozzle 21 ⁇ / b> A attached to the combustor 20, and a combustion gas discharged from the combustor 20.
  • a turbine 22 For example, a generator 23 is connected to the turbine 22.
  • the combustor 20 functions as a turbine combustor.
  • the gas turbine facility 10 includes a heat exchanger 24 that cools the combustion gas discharged from the turbine 22.
  • the amount of heat obtained from the combustion gas is given to an oxidant and carbon dioxide, which will be described later, supplied to the combustor 20 and the fuel nozzle 21A.
  • emitted from the combustor 20 is the combustion product produced
  • Carbon dioxide (a part of combustion gas) described later is included.
  • the combustion gas discharged from the combustor 20 is guided to the turbine 22 to rotate the turbine 22. Then, the generator 23 is driven by the rotation of the turbine 22.
  • the combustion gas discharged from the turbine 22 is cooled by passing through the heat exchanger 24.
  • the combustion gas that has passed through the heat exchanger 24 passes through the pipe 40 and passes through the cooler 25.
  • the combustion gas is further cooled by passing through the cooler 25, water vapor contained in the combustion gas is removed, and the combustion gas becomes dry combustion gas.
  • the fuel supplied to the fuel nozzle 21A for example, natural gas, hydrocarbon gas such as methane, liquid fuel such as kerosene, coal gasification gas, or the like is used.
  • the flow rates of fuel and oxygen are adjusted to be a stoichiometric mixture ratio (equivalent ratio 1).
  • the equivalent ratio here is an equivalent ratio (equivalent ratio in overall) calculated from the fuel and the oxidant supplied to the combustor 20.
  • the definition of the equivalence ratio is the same as this.
  • carbon dioxide the combustion gas from which water vapor has been removed through the cooler 25.
  • This carbon dioxide includes, for example, a case where a small amount of carbon monoxide or oxygen is mixed.
  • the water vapor in the combustion gas is condensed by passing through the cooler 25 to become water.
  • the water is discharged to the outside through the pipe 41, for example.
  • the cooler 25 has a function of removing water vapor in the combustion gas.
  • the compressor 26 is interposed in the piping 40 on the downstream side of the cooler 25. Carbon dioxide flowing through the pipe 40 is pressurized by the compressor 26 and becomes a supercritical fluid.
  • a pipe 42 and a pipe 46 branched from the pipe 40 are provided downstream of the compressor 26.
  • the pipe 42 is connected to a pipe 43 through which an oxidant flows.
  • a flow rate adjustment valve 50 is interposed in the pipe 42. Part of the carbon dioxide that has become the supercritical fluid flows into the pipe 42, the flow rate of which is adjusted by the flow rate adjusting valve 50, and is guided into the pipe 43.
  • the piping 46 is provided toward the outside of the system of the gas turbine equipment 10.
  • the carbon dioxide led to the pipe 46 is discharged outside.
  • the amount of carbon dioxide discharged from the pipe 46 corresponds to the amount of carbon dioxide generated by the reaction of fuel and oxygen in the combustor 20.
  • the carbon dioxide discharged to the outside can be used, for example, for EOR (Enhanced Oil Recovery) employed at oil mining sites.
  • Oxygen separated from the atmosphere by an air separation device flows through the pipe 43 through which the oxidant flows.
  • the compressor 27 and the flow rate adjusting valve 51 are interposed.
  • the oxidant flowing through the pipe 43 is pressurized to the supercritical fluid by the compressor 27 and the flow rate is adjusted by the flow rate adjustment valve 51.
  • the pipe 43 is connected to the pipe 42 on the downstream side of the position where the compressor 27 and the flow rate adjustment valve 51 are provided.
  • the oxidant flows in the pipe 44 downstream of the connecting portion C1 between the pipe 42 and the pipe 43.
  • the pipe 44 is connected to the fuel nozzle 21 ⁇ / b> A via the heat exchanger 24.
  • the oxidant flowing through the pipe 44 includes a mixed gas in which oxygen and carbon dioxide are mixed in addition to oxygen.
  • a mixed gas in which oxygen and carbon dioxide are mixed in addition to oxygen.
  • oxygen and a mixed gas obtained by mixing oxygen and carbon dioxide are referred to as an oxidizing agent.
  • a pipe 44a branched from the pipe 44 is provided between the connecting portion C1 and the heat exchanger 24.
  • the pipe 44a is connected to the fuel nozzle 21A via the heat exchanger 24.
  • a flow rate adjusting valve 53 is interposed in the pipe 44 between the branching portion B1 of the pipe 44a and the heat exchanger 24.
  • a flow rate adjustment valve 54 is interposed in the pipe 44a between the branch portion B1 and the heat exchanger 24.
  • the oxidizing agent passes through the pipes 44 and 44a, passes through the heat exchanger 24, and is led to the fuel nozzle 21A.
  • the oxidant is heated in the heat exchanger 24 by obtaining heat from the combustion gas discharged from the turbine 22.
  • the oxidizer is supplied to the pipe 44 from the ignition of the combustor 20 to the rated load.
  • the oxidizing agent is supplied to the pipe 44a from the intermediate load of the combustor 20 to the rated load.
  • a plurality of pipes branched from the pipe 44 and connected to the fuel nozzle 21A via the heat exchanger 24 can be provided depending on the form of the fuel nozzle 21A. Also in this case, a flow rate adjusting valve is interposed in each pipe between the branch part B1 and the heat exchanger 24.
  • the flow rate of the supercritical fluid carbon dioxide flowing through the pipe 40 is adjusted by the flow rate adjusting valve 52 interposed in the pipe 40 and passes through the heat exchanger 24. At this time, carbon dioxide is heated by obtaining heat from the combustion gas discharged from the turbine 22 in the heat exchanger 24. The carbon dioxide flowing through the pipe 40 is guided to the combustor 20.
  • the carbon dioxide introduced to the combustor 20 is introduced to the downstream side of the combustion region in the combustor liner through, for example, cooling of the combustor liner or dilution holes.
  • the carbon dioxide rotates the turbine 22 together with the combustion gas generated by the combustion.
  • the fuel nozzle 21A is connected with a pipe 47 and a pipe 48 for guiding fuel from a fuel supply source (not shown) into the fuel nozzle 21A.
  • a fuel supply source not shown
  • flow rate adjusting valves 55 and 56 for adjusting the flow rate of the fuel are respectively interposed.
  • the fuel is supplied to the piping 47 from the ignition of the combustor 20 to the rated load.
  • fuel is supplied to the pipe 48 from an intermediate load of the combustor 20 to a rated load.
  • pipe 47 and the pipe 48 are illustrated, three or more pipes for guiding the fuel into the fuel nozzle 21A can be provided depending on the form of the fuel nozzle 21A. Even in this case, a flow rate adjusting valve is interposed in each pipe.
  • the pipe 40 may be branched downstream of the heat exchanger 24 as shown in FIG.
  • the pipe 40a branched from the pipe 40 may be connected to the pipe 44a between the heat exchanger 24 and the fuel nozzle 21A.
  • a flow rate adjustment valve 57 is interposed in the pipe 40a.
  • the pipe 40 b branched from the pipe 40 may be connected to the pipe 48.
  • a flow rate adjustment valve 58 is interposed in the pipe 40b. Note that any of the branch portions in the pipe 40a and the pipe 40b may be located on the upstream side.
  • the piping 40a and the piping 48 branched from the piping 40 are illustrated here, the piping branched from the piping 40 can further increase with the form of the fuel nozzle 21A. Even in this case, a flow rate adjusting valve is interposed in each pipe.
  • the fluid flowing through the pipe 44 and the pipe 40 before branching by changing the branch position or changing the passage distance in the heat exchanger 24 respectively for the pipe 44a branched from the pipe 44 and the pipe 40a branched from the pipe 40. It is also possible to adjust the temperature to a temperature different from the above temperature.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a longitudinal section of the fuel nozzle 21A of the combustor 20 of the first embodiment.
  • FIG. 2 schematically shows piping for supplying an oxidant and fuel to each passage of the fuel nozzle 21A.
  • the fuel nozzle 21 ⁇ / b> A is attached to an upstream end of the cylindrical combustor liner 70.
  • the fuel ejected from the fuel nozzle 21A reacts with the oxidant and burns.
  • the fuel nozzle 21A includes a plurality of fuel supply passages for supplying fuel and a plurality of oxidant supply passages for supplying oxidant.
  • the fuel nozzle 21 ⁇ / b> A includes a first fuel supply passage 80, a first oxidant supply passage 81, a second fuel supply passage 82, and a second oxidant supply passage 83.
  • Each of these passages is partitioned by cylindrical wall portions 90, 91, 92, 93.
  • the first fuel supply passage 80 is a cylindrical passage provided in the center.
  • the first fuel supply passage 80 is formed inside the wall portion 90.
  • the first fuel supply passage 80 communicates with the pipe 47. Then, fuel is supplied from the pipe 47 to the first fuel supply passage 80.
  • the tip of the first fuel supply passage 80 (end on the combustor liner 70 side) is closed by a flat plate 100, for example.
  • a flat plate 100 for example, a plurality of ejection holes 101 are formed.
  • FIG. 3 is a plan view when the flat plate 100 in the fuel nozzle 21A of the combustor 20 of the first embodiment is viewed from the combustor liner 70 side.
  • the ejection hole 101 is formed so as to give a swirl component to the flow of fuel ejected from the ejection hole 101 into the combustor liner 70, for example.
  • the ejection hole 101 penetrates the flat plate 100 so as to be inclined in the thickness direction of the flat plate 100 and inclined in the circumferential direction.
  • Each of the ejection holes 101 is inclined as described above so as to give the swirl component in the same direction. Then, a swirl flow is generated by the flow of fuel ejected from each ejection hole 101.
  • the first oxidant supply passage 81 is an annular passage formed between the wall 90 and the wall 91 as shown in FIG.
  • the first oxidant supply passage 81 is formed in an annular shape on the outer periphery of the first fuel supply passage 80.
  • the first oxidant supply passage 81 communicates with the pipe 44. An oxidant is supplied from the pipe 44 to the first oxidant supply passage 81.
  • An annular swirl flow generator 102 is provided in the first oxidant supply passage 81 so as to give a swirl component to the flow of oxidant ejected from the first oxidant supply passage 81 into the combustor liner 70. It has been. As the oxidant passes through the swirl flow generator 102, a swirl component is generated in the flow of the oxidant.
  • the swirl flow generator 102 is configured by, for example, a swirler.
  • the swirl flow generator 102 may have the same configuration as the ejection hole 101 formed in the flat plate 100 at the tip of the first fuel supply passage 80, for example. That is, an annular flat plate that closes the first oxidant supply passage 81 may be installed, and a plurality of ejection holes similar to the ejection holes 101 described above may be formed on the flat plate.
  • the second fuel supply passage 82 is an annular passage formed between the wall portion 91 and the wall portion 92.
  • the second fuel supply passage 82 is formed in an annular shape on the outer periphery of the first oxidant supply passage 81.
  • the second fuel supply passage 82 communicates with the pipe 48. Then, fuel is supplied from the pipe 48 to the second fuel supply passage 82.
  • An annular swirl flow generator 103 is provided in the second fuel supply passage 82 so as to give a swirl component to the flow of fuel ejected from the second fuel supply passage 82 into the combustor liner 70. . As the fuel passes through the swirl flow generator 103, a swirl component is generated in the fuel flow.
  • the swirl flow generator 103 has the same configuration as the swirl flow generator 102 described above.
  • the second oxidant supply passage 83 is an annular passage formed between the wall portion 92 and the wall portion 93.
  • the second oxidant supply passage 83 is formed in an annular shape on the outer periphery of the second fuel supply passage 82.
  • the second oxidant supply passage 83 communicates with the pipe 44a.
  • the second oxidant supply passage 83 is supplied with oxidant from the pipe 44a.
  • the second oxidant supply passage 83 is provided with an annular swirl flow generator 104 so as to give a swirl component to the flow of oxidant ejected from the second oxidant supply passage 83 into the combustor liner 70. It has been. As the oxidant passes through the swirl flow generator 104, a swirl component is generated in the flow of the oxidant.
  • the swirl flow generator 104 has the same configuration as the swirl flow generator 102 described above.
  • a swirl flow generated by passing through the swirl flow generators 102, 103, 104 generated by passing through the ejection holes 101 formed in the flat plate 100 at the tip of the first fuel supply passage 80. are set in the same direction, for example.
  • the fuel nozzle 21A includes two fuel supply systems and two oxidant supply systems.
  • the fuel nozzle 21A includes a pair of supply systems including a first fuel supply passage 80 and a first oxidant supply passage 81, a second fuel supply passage 82, and a second oxidant supply passage 83.
  • fuel is ejected from the first fuel supply passage 80 and oxidant from the first oxidant supply passage 81 into the combustor liner 70.
  • fuel is ejected from the second fuel supply passage 82 and oxidant from the second oxidant supply passage 83 into the combustor liner 70. Note that the ejected fuel and oxidant burn in the combustor liner 70 by forming a flame.
  • the first fuel supply passage 80 and the first oxidant supply passage 81 are adjacent to each other, and the second fuel supply passage 82 and the second oxidant supply passage 83 are adjacent to each other. Therefore, the mixture of the fuel ejected from the first fuel supply passage 80 and the oxidant ejected from the first oxidant supply passage 81, the fuel ejected from the second fuel supply passage 82 and the second oxidation Mixing with the oxidizing agent ejected from the agent supply passage 83 is promoted. Thereby, a stable flame can be formed in the combustor liner 70.
  • FIG. 4 is a diagram showing the fuel supply pressure in the fuel nozzle 21A according to the load of the combustor 20 of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the oxidant supply pressure in the fuel nozzle 21A according to the load of the combustor 20 according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the fuel ejection flow rate in the fuel nozzle 21A according to the load of the combustor 20 according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the oxidant ejection flow rate in the fuel nozzle 21A according to the load of the combustor 20 according to the first embodiment.
  • the fuel supply pressure is the pressure of the fuel supplied to the first fuel supply passage 80 and the second fuel supply passage 82.
  • the oxidant supply pressure is the pressure of the oxidant supplied to the first oxidant supply passage 81 and the second oxidant supply passage 83.
  • the fuel ejection flow rate is the fuel ejection flow rate at the outlet of the first fuel supply passage 80 and the outlet of the second fuel supply passage 82.
  • the oxidant ejection flow rate is an oxidant ejection flow rate at the outlet of the first oxidant supply passage 81 and the outlet of the second oxidant supply passage 83.
  • FIG. 4 and 5 is the pressure obtained from the upper limit of the supplyable pressure on the system and the upper limit of the flow velocity ejected into the combustor 20 for maintaining stable combustion in the combustor 20. It is set based on whichever is smaller.
  • the minimum value of the pressure in FIG. 4 and FIG. 5 is set based on the pressure obtained from the lowest flow velocity ejected into the combustor 20 for maintaining stable combustion.
  • FIGS. 6 and 7 is set based on the upper limit of the flow velocity ejected into the combustor 20 for maintaining stable combustion in the combustor 20.
  • the minimum value of the flow velocity in FIGS. 6 and 7 is set based on the lower limit flow velocity ejected into the combustor 20 for maintaining stable combustion in the combustor 20.
  • the passage cross-sectional areas of the first fuel supply passage 80 and the first oxidant supply passage 81 provided on the center side of the fuel nozzle 21A are the passages of the second fuel supply passage 82 and the second oxidant supply passage 83. It is smaller than the cross-sectional area. Therefore, the combustor 20 uses the first fuel supply passage 80 and the first oxidant supply passage 81 in the operation under low load conditions from ignition to immediately before the intermediate load.
  • the equivalence ratio is maintained at 1 and supplied to the first fuel supply passage 80 as the load increases.
  • the fuel flow rate and the oxidant flow rate supplied to the first oxidant supply passage 81 are increased.
  • the fuel ejection flow rate and the oxidant ejection flow rate increase as the load increases.
  • the equivalence ratio is maintained at 1, and the fuel flow rate supplied to the first fuel supply passage 80 and the oxidant flow rate supplied to the first oxidant supply passage 81 are reduced.
  • the fuel and the oxidant are supplied to the second fuel supply passage 82 and the second oxidant supply passage 83.
  • the supply pressure of the fuel supplied to the first fuel supply passage 80 and the supply pressure of the oxidant supplied to the first oxidant supply passage 81 are reduced. Further, the fuel jet flow rate from the first fuel supply passage 80 and the oxidant jet flow rate from the first oxidant supply passage 81 decrease.
  • the fuel flow rate supplied to the first fuel supply passage 80 once reduced in flow rate and the oxidation supplied to the first oxidant supply passage 81 once reduced in flow rate. While increasing the agent flow rate, the fuel flow rate supplied to the second fuel supply passage 82 and the oxidant flow rate supplied to the second oxidant supply passage 83 are increased. Then, the output is increased to the rated load.
  • FIG. 8 is a diagram showing a change in the equivalence ratio according to the load of the combustor 20 of the first embodiment. As shown in FIG. 8, the equivalence ratio is maintained at a constant value of 1 regardless of the change in load.
  • the first fuel supply passage 80 and the first oxidant supply passage 81 having a small passage cross-sectional area are used to increase the high load from the intermediate load to the rated load.
  • excessive increases in the fuel supply pressure and the oxidant supply pressure can be suppressed.
  • the flow rate adjustment valve 54 and the flow rate adjustment valve 56 shown in FIG. 1 are closed. Therefore, fuel and oxidant do not flow through the second fuel supply passage 82 and the second oxidant supply passage 83. Therefore, the flow rate adjusting valve 57 and the flow rate adjusting valve 58 may be opened, and the carbon dioxide after passing through the heat exchanger 24 may be led to the second fuel supply passage 82 and the second oxidant supply passage 83 to the pipe 48. . When the intermediate load is reached, the flow rate adjustment valve 57 and the flow rate adjustment valve 58 are closed.
  • the flow rate can be adjusted in each fuel supply system and each oxidant supply system. Therefore, the oxidant flow rate can be increased corresponding to the increase in the fuel flow rate associated with the load. As a result, the equivalence ratio can be maintained at 1 regardless of changes in load.
  • the supply passages can be selectively used according to the load. As a result, an excessive increase in the supply pressure of fuel or oxidant can be suppressed, and stable combustion can be maintained.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing a longitudinal section of the fuel nozzle 21B of the combustor 20 according to the second embodiment.
  • FIG. 9 schematically shows piping for supplying an oxidant and fuel to each passage of the fuel nozzle 21B.
  • symbol is attached
  • the fuel nozzle 21B of the combustor 20 of the second embodiment differs from the fuel nozzle 21A of the combustor 20 of the first embodiment with respect to the arrangement configuration of the fuel supply passage and the oxidant supply passage.
  • this different configuration will be mainly described.
  • system of the gas turbine equipment in the second embodiment is the same as the system of the gas turbine equipment in the first embodiment shown in FIG.
  • the fuel nozzle 21 ⁇ / b> B is attached to the upstream end of the cylindrical combustor liner 70.
  • the fuel ejected from the fuel nozzle 21B reacts with the oxidant and burns.
  • the fuel nozzle 21B includes a plurality of fuel supply passages for supplying fuel and a plurality of oxidant supply passages for supplying oxidant.
  • the fuel nozzle 21 ⁇ / b> B includes a first fuel supply passage 80, a second fuel supply passage 82, a first oxidant supply passage 81, and a second oxidant supply passage 83.
  • Each of these passages is partitioned by cylindrical wall portions 90, 91, 92, 93.
  • the first fuel supply passage 80 is a cylindrical passage provided in the center as shown in FIG.
  • the first fuel supply passage 80 is formed inside the wall portion 90.
  • the second fuel supply passage 82 is an annular passage formed between the wall portion 90 and the wall portion 91.
  • the second fuel supply passage 82 is formed in an annular shape on the outer periphery of the first fuel supply passage 80.
  • the first oxidant supply passage 81 is an annular passage formed between the wall portion 91 and the wall portion 92.
  • the first oxidant supply passage 81 is formed in an annular shape on the outer periphery of the second fuel supply passage 82.
  • the second oxidant supply passage 83 is an annular passage formed between the wall portion 92 and the wall portion 93.
  • the second oxidant supply passage 83 is formed in an annular shape on the outer periphery of the first oxidant supply passage 81.
  • fuel from the first fuel supply passage 80 and oxidant from the first oxidant supply passage 81 are combustor liners. 70 is jetted out. Further, during the period from the intermediate load to the rated load of the combustor 20, fuel is ejected from the second fuel supply passage 82 and oxidant from the second oxidant supply passage 83 into the combustor liner 70.
  • the carbon dioxide after passing through the heat exchanger 24 is passed through the second fuel supply passage 82 and the second oxidant supply passage 83 in the same manner as in the first embodiment. You may guide.
  • the swirl component given by passing through the swirling flow generator 102 provided in the first oxidant supply passage 81 passes through the swirling flow generator 103 provided in the second fuel supply passage 82.
  • Smaller than the given swirl component is preferred. That is, the swirl component of the flow of the oxidant ejected from the first oxidant supply passage 81 into the combustor liner 70 is the flow component of the fuel ejected from the second fuel supply passage 82 into the combustor liner 70. It is preferably smaller than the swirling component.
  • the swirl flow generator 102 may not be provided in the first oxidant supply passage 81.
  • the oxidant is ejected from the outlet of the first oxidant supply passage 81 in the axial direction of the combustor liner 70.
  • the flow ejected from the first oxidant supply passage 81 is moved outward in the circumferential direction.
  • the spread of is suppressed.
  • mixing of the oxidant ejected from the first oxidant supply passage 81 and the fuel having the swirl component ejected from the first fuel supply passage 80 is promoted.
  • the first fuel supply passage 80 and the second fuel supply passage 82 adjacent to each other from the intermediate load to the rated load are provided in the combustor 20. , Almost the same temperature fuel flows. Further, the oxidant heated by the heat exchanger 24 flows through the adjacent first oxidant supply passage 81 and second oxidant supply passage 83.
  • the second fuel supply passage 82 and the second oxidant supply passage 83 are adjacent to each other by flowing the carbon dioxide after passing through the heat exchanger 24.
  • the oxidant and carbon dioxide heated by the heat exchanger 24 flow through the oxidant supply passage 81, the second fuel supply passage 82, and the second oxidant supply passage 83.
  • the temperature difference between the fluids flowing through the adjacent passages can be reduced.
  • the oxidant flow rate can be increased in response to the increase in the fuel flow rate associated with the load. Regardless, the equivalence ratio can be maintained at 1. Further, by providing a plurality of fuel supply passages and a plurality of oxidant supply passages, an excessive increase in the supply pressure of fuel or oxidant can be suppressed, and stable combustion can be maintained.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing a longitudinal section of a fuel nozzle 21B having another structure of the combustor 20 of the second embodiment.
  • the annular outlet end of the first oxidant supply passage 81 is The second fuel supply passage 82 may be inclined. As a result, the oxidant ejected from the first oxidant supply passage 81 is more easily mixed with the fuel having the swirl component ejected from the first fuel supply passage 80.
  • FIG. 11 is a diagram schematically illustrating a longitudinal section of the fuel nozzle 21C of the combustor 20 according to the third embodiment.
  • FIG. 12 is a plan view of the fuel nozzle 21C of the combustor 20 according to the third embodiment when viewed from the combustor liner 70 side.
  • FIG. 11 schematically shows piping for supplying an oxidant and fuel to each passage of the fuel nozzle 21C.
  • the system of the gas turbine equipment in the third embodiment is the same as the system of the gas turbine equipment in the first embodiment shown in FIG.
  • the fuel nozzle 21C includes a first fuel nozzle portion 110 and a second fuel nozzle portion 120. As shown in FIG. 12, for example, a first fuel nozzle part 110 is provided at the center, and a plurality of second fuel nozzle parts 120 are provided around the first fuel nozzle part 110.
  • the first fuel nozzle section 110 includes a first fuel supply passage 80 and a first oxidant supply passage 81 as shown in FIG. Each of these passages is partitioned by cylindrical wall portions 111 and 112.
  • the first fuel supply passage 80 is a cylindrical passage provided in the center.
  • the first fuel supply passage 80 is formed inside the wall portion 111.
  • the first fuel supply passage 80 communicates with the pipe 47.
  • the tip of the first fuel supply passage 80 (end on the combustor liner 70 side) is closed by a flat plate 100 in which a plurality of ejection holes 101 are formed, as in the first embodiment.
  • the first oxidant supply passage 81 is an annular passage formed between the wall portion 111 and the wall portion 112.
  • the first oxidant supply passage 81 is formed in an annular shape on the outer periphery of the first fuel supply passage 80.
  • the first oxidant supply passage 81 communicates with the pipe 44.
  • An annular swirl flow generator 102 is provided in the first oxidant supply passage 81.
  • the second fuel nozzle unit 120 includes a second fuel supply passage 82 and a second oxidant supply passage 83. Each of these passages is partitioned by cylindrical wall portions 121 and 122.
  • the second fuel supply passage 82 is a cylindrical passage provided in the center.
  • the second fuel supply passage 82 is formed inside the wall portion 121.
  • the second fuel supply passage 82 communicates with the pipe 48.
  • the tip of the second fuel supply passage 82 (the end on the combustor liner 70 side) is closed by a flat plate 123 having the same configuration as the flat plate 100 of the first fuel supply passage 80 and having a plurality of ejection holes 124 formed therein. Has been.
  • the second oxidant supply passage 83 is an annular passage formed between the wall portion 121 and the wall portion 122.
  • the second oxidant supply passage 83 is formed in an annular shape on the outer periphery of the second fuel supply passage 82.
  • the second oxidant supply passage 83 communicates with the pipe 44a.
  • An annular swirl flow generator 104 is provided in the second oxidant supply passage 83.
  • the swirl flow generated by passing through the swirl flow and the swirl flow generated by passing through the swirl flow generators 102 and 104 are set in the same direction, for example.
  • the swirl directions are set in the same in this way, for example, when the fuel and the oxidant are ejected from the first fuel nozzle part 110 and the second fuel nozzle part 120 and burned, the combustion in the combustor liner 70 is performed. In the field, the confusion of fuel and oxidant can be promoted.
  • the first fuel nozzle unit 110 is used from the ignition of the combustor 20 to the rated load. Further, the second fuel nozzle unit 120 is used between the intermediate load and the rated load of the combustor 20.
  • a flame is formed downstream of the first fuel nozzle part 110.
  • a flame is formed downstream of the first fuel nozzle unit 110 and the second fuel nozzle unit 120 between the intermediate load and the rated load.
  • the number of fuel nozzle portions to be used may be increased as the load increases.
  • the second fuel supply passage 82 and the second oxidant supply passage 83 that is, the second fuel nozzle portion 120 are heated. Carbon dioxide after passing through the exchanger 24 may be guided.
  • the combustor 20 of the third embodiment includes a plurality of fuel nozzle portions that eject fuel and oxidant.
  • the fuel flow rate and the oxidant flow rate in each fuel nozzle portion can be individually adjusted.
  • the temperature of the combustion field can be made uniform by increasing the load using the plurality of second fuel nozzle portions 120.
  • the oxidant flow rate can be increased in response to the increase in the fuel flow rate associated with the load. Regardless, the equivalence ratio can be maintained at 1. Further, by providing a plurality of fuel supply passages and a plurality of oxidant supply passages, an excessive increase in the supply pressure of fuel or oxidant can be suppressed, and stable combustion can be maintained.
  • the arrangement configuration of the first fuel nozzle unit 110 and the second fuel nozzle unit 120 is not limited to the above arrangement configuration.
  • a plurality of first fuel nozzle portions 110 may be provided.
  • FIG. 13 is a system diagram of the gas turbine equipment 11 including the combustor 20 according to the fourth embodiment.
  • the gas turbine equipment 11 shown in FIG. 13 is different from the gas turbine equipment 10 shown in FIG. 1 in that a pipe 40c branched from the pipe 40 is provided.
  • the fuel nozzle 21D of the combustor 20 of the fourth embodiment differs from the fuel nozzle 21A of the combustor 20 of the first embodiment in that it includes a cooling gas passage.
  • these different configurations will be mainly described.
  • the pipe 40 has pipes 40 a and 40 b branched from the pipe 40 downstream of the heat exchanger 24. Further, the pipe 40 has a pipe 40 c that branches from the pipe 40 in the heat exchanger 24.
  • the pipe 40c is connected to the fuel nozzle 21D.
  • a flow rate adjustment valve 59 is interposed in the pipe 40c. Since the pipe 40c is branched from the pipe 40 in the heat exchanger 24, the temperature of carbon dioxide flowing through the pipe 40c is lower than the temperature of carbon dioxide flowing through the pipes 40a and 40b. The branch position of the pipe 40c is set according to the temperature of carbon dioxide to be extracted.
  • carbon dioxide extracted from the pipe 40c in the heat exchanger 24 can be guided to the fuel nozzle 21D.
  • carbon dioxide functions as a cooling gas for the fuel nozzle 21D.
  • a plurality of pipes branched from the pipe 40 in the heat exchanger 24 and connected to the fuel nozzle 21D can be provided depending on the form of the fuel nozzle 21D. Even in this case, a flow rate adjusting valve is interposed in each pipe.
  • FIG. 14 is a view schematically showing a longitudinal section of the fuel nozzle 21D of the combustor 20 according to the fourth embodiment.
  • FIG. 14 schematically shows piping for supplying an oxidant, fuel, and carbon dioxide to each passage of the fuel nozzle 21D.
  • the fuel nozzle 21D includes a plurality of fuel supply passages for supplying fuel and a plurality of oxidant supply passages for supplying oxidant. Further, the fuel nozzle 21D includes a cooling gas passage through which carbon dioxide, which is a cooling gas, flows.
  • the fuel nozzle 21D includes a cooling gas passage 130, a first fuel supply passage 80, a first oxidant supply passage 81, a second fuel supply passage 82, and a second oxidant supply. And a passage 83.
  • Each of these passages is partitioned by cylindrical wall portions 90, 91, 92, 93, 94.
  • the cooling gas passage 130 is a cylindrical passage provided in the center as shown in FIG.
  • the cooling gas passage 130 is formed inside the wall portion 90.
  • the cooling gas passage 130 communicates with the pipe 40c.
  • the cooling gas passage 130 is supplied with carbon dioxide, which is a cooling gas, from the pipe 40c.
  • the tip of the cooling gas passage 130 (the end on the combustor liner 70 side) is closed by a flat plate 131, for example.
  • a flat plate 131 for example, a plurality of ejection holes 132 are formed. Cooling gas is ejected from the ejection holes 132 into the combustor liner 70.
  • the ejection hole 132 may have the same configuration as the ejection hole 101 formed in the flat plate 100 in the first embodiment, for example. That is, the ejection hole 132 may be configured to give a swirl component to the flow of the cooling gas that has passed through the ejection hole 132. In this case, the turning direction given by passing through the ejection hole 132 is the same as the turning direction given by passing through the swirling flow generator 102 or the like.
  • the ejection hole 132 may be a hole formed in the axial direction of the fuel nozzle 21D. In this case, the cooling gas is ejected from the ejection holes 132 in the axial direction of the combustor liner 70.
  • the first fuel supply passage 80 is an annular passage formed between the wall portion 90 and the wall portion 91.
  • the first fuel supply passage 80 is formed in an annular shape on the outer periphery of the cooling gas passage 130.
  • the first fuel supply passage 80 communicates with the pipe 47. Then, fuel is supplied from the pipe 47 to the first fuel supply passage 80.
  • An annular swirl flow generator 105 is provided in the first fuel supply passage 80 so as to give a swirl component to the flow of fuel ejected from the first fuel supply passage 80 into the combustor liner 70. .
  • the configuration of the swirling flow generator 105 is the same as that of the swirling flow generator 102 described above.
  • the first oxidant supply passage 81 is an annular passage formed between the wall portion 91 and the wall portion 92.
  • the first oxidant supply passage 81 is formed in an annular shape on the outer periphery of the first fuel supply passage 80.
  • the first oxidant supply passage 81 communicates with the pipe 44. An oxidant is supplied from the pipe 44 to the first oxidant supply passage 81.
  • the second fuel supply passage 82 is an annular passage formed between the wall portion 92 and the wall portion 93.
  • the second fuel supply passage 82 is formed in an annular shape on the outer periphery of the first oxidant supply passage 81.
  • the second fuel supply passage 82 communicates with the pipe 48. Then, fuel is supplied from the pipe 48 to the second fuel supply passage 82.
  • the second oxidant supply passage 83 is an annular passage formed between the wall portion 93 and the wall portion 94.
  • the second oxidant supply passage 83 is formed in an annular shape on the outer periphery of the second fuel supply passage 82.
  • the second oxidant supply passage 83 communicates with the pipe 44a.
  • the second oxidant supply passage 83 is supplied with fuel from the pipe 44a.
  • the swirling direction of the swirling flow generated by passing through the swirling flow generators 102, 103, 104, 105 is set to the same direction.
  • the swirl directions it is possible to promote the confusion of the fuel and the oxidant in the combustion field in the combustor liner 70.
  • the cooling gas from the cooling gas passage 130, the fuel from the first fuel supply passage 80, and the oxidant from the first oxidant supply passage 81 are combusted.
  • the container liner 70 Further, during the period from the intermediate load to the rated load of the combustor 20, fuel is ejected from the second fuel supply passage 82 and oxidant from the second oxidant supply passage 83 into the combustor liner 70.
  • the carbon dioxide after passing through the heat exchanger 24 is passed through the second fuel supply passage 82 and the second oxidant supply passage 83 in the same manner as in the first embodiment. You may guide.
  • the temperature increase of the fuel nozzle 21D can be suppressed by providing the cooling gas passage 130 through which the cooling gas flows.
  • the oxidant flow rate can be increased in response to the increase in the fuel flow rate associated with the load. Regardless, the equivalence ratio can be maintained at 1. Further, by providing a plurality of fuel supply passages and a plurality of oxidant supply passages, an excessive increase in the supply pressure of fuel or oxidant can be suppressed, and stable combustion can be maintained.
  • FIG. 15 is a diagram schematically illustrating a longitudinal section of the fuel nozzle 21E of the combustor 20 according to the fifth embodiment.
  • FIG. 16 is a plan view of the fuel nozzle 21E of the combustor 20 according to the fifth embodiment when viewed from the combustor liner 70 side.
  • FIG. 15 schematically shows piping for supplying an oxidant and fuel to each passage of the fuel nozzle 21E.
  • the system of gas turbine equipment in the fifth embodiment is the same as the system of gas turbine equipment in the fourth embodiment shown in FIG.
  • the fuel nozzle 21E includes a first fuel nozzle part 140 and a second fuel nozzle part 150. As shown in FIG. 16, for example, a first fuel nozzle part 140 is provided at the center, and a plurality of second fuel nozzle parts 150 are provided around the first fuel nozzle part 140.
  • the first fuel nozzle unit 140 includes a first cooling gas passage 141, a first fuel supply passage 80, and a first oxidant supply passage 81. Each of these passages is partitioned by cylindrical wall portions 142, 143, and 144.
  • the first cooling gas passage 141 is a columnar passage provided in the center.
  • the first cooling gas passage 141 is formed inside the wall portion 142.
  • the first cooling gas passage 141 communicates with the pipe 40c.
  • the tip of the first cooling gas passage 141 (end on the combustor liner 70 side) is closed by a flat plate 145 in which a plurality of ejection holes 146 are formed, as in the fourth embodiment.
  • the first fuel supply passage 80 is an annular passage formed between the wall 142 and the wall 143.
  • the first fuel supply passage 80 is formed in an annular shape on the outer periphery of the first cooling gas passage 141.
  • the first fuel supply passage 80 communicates with the pipe 47.
  • An annular swirl flow generator 105 is provided in the first fuel supply passage 80.
  • the first oxidant supply passage 81 is an annular passage formed between the wall portion 143 and the wall portion 144.
  • the first oxidant supply passage 81 is formed in an annular shape on the outer periphery of the first fuel supply passage 80.
  • the first oxidant supply passage 81 communicates with the pipe 44.
  • An annular swirl flow generator 102 is provided in the first oxidant supply passage 81.
  • the second fuel nozzle unit 150 includes a second cooling gas passage 151, a second fuel supply passage 82, and a second oxidant supply passage 83. Each of these passages is defined by cylindrical wall portions 152, 153, and 154.
  • the second cooling gas passage 151 is a columnar passage provided in the center as shown in FIG.
  • the second cooling gas passage 151 is formed inside the wall portion 152.
  • the second cooling gas passage 151 communicates with the pipe 40c.
  • the tip of the second cooling gas passage 151 (the end on the combustor liner 70 side) is closed by a flat plate 155 in which a plurality of ejection holes 156 are formed, as with the first cooling gas passage 141 described above. .
  • the second fuel supply passage 82 is an annular passage formed between the wall portion 152 and the wall portion 153.
  • the second fuel supply passage 82 is formed in an annular shape on the outer periphery of the second cooling gas passage 151.
  • the second fuel supply passage 82 communicates with the pipe 48.
  • An annular swirl flow generator 103 is provided in the second fuel supply passage 82.
  • the second oxidant supply passage 83 is an annular passage formed between the wall portion 153 and the wall portion 154.
  • the second oxidant supply passage 83 is formed in an annular shape on the outer periphery of the second fuel supply passage 82.
  • the second oxidant supply passage 83 communicates with the pipe 44a.
  • An annular swirl flow generator 104 is provided in the second oxidant supply passage 83.
  • the swirling direction of the swirling flow generated by passing through the swirling flow generators 102, 103, 104, 105 is set in the same direction, for example.
  • the swirl directions By making the swirl directions the same in this way, for example, when the fuel and oxidant are jetted from the first fuel nozzle part 140 and the second fuel nozzle part 150 and burned, the combustion in the combustor liner 70 is performed. In the field, the confusion of fuel and oxidant can be promoted.
  • fuel is ejected from the first fuel supply passage 80 and oxidant from the first oxidant supply passage 81 into the combustor liner 70.
  • fuel is ejected from the second fuel supply passage 82 and oxidant from the second oxidant supply passage 83 into the combustor liner 70.
  • a flame is formed downstream of the first fuel nozzle portion 140 from ignition to the rated load. Further, a flame is formed downstream of the first fuel nozzle part 140 and the second fuel nozzle part 150 between the intermediate load and the rated load.
  • cooling gas is supplied to the first cooling gas passage 141 and the second cooling gas passage 151 from the ignition of the combustor 20 to the rated load.
  • the number of fuel nozzle portions to be used may be increased as the load increases.
  • the second fuel supply passage 82 and the second oxidant supply passage 83 that is, the second fuel nozzle portion 150 are heated in the same manner as in the first embodiment. Carbon dioxide after passing through the exchanger 24 may be guided.
  • the first fuel nozzle unit 140 and the second fuel gas unit 141 are provided by including the first cooling gas passage 141 and the second cooling gas passage 151.
  • the temperature rise of the fuel nozzle part 150 can be suppressed.
  • the combustor 20 of the fifth embodiment includes a plurality of fuel nozzle portions that eject fuel and oxidant.
  • the fuel flow rate and the oxidant flow rate in each fuel nozzle portion can be individually adjusted.
  • the temperature of the combustion field can be made uniform by increasing the load using the plurality of second fuel nozzle portions 150.
  • the oxidant flow rate can be increased in response to the increase in the fuel flow rate associated with the load. Regardless, the equivalence ratio can be maintained at 1. Further, by providing a plurality of fuel supply passages and a plurality of oxidant supply passages, an excessive increase in the supply pressure of fuel or oxidant can be suppressed, and stable combustion can be maintained.
  • first fuel nozzle portion 140 and the second fuel nozzle portion 150 is not limited to the arrangement configuration described above.
  • a plurality of first fuel nozzle portions 140 may be provided.
  • second oxidant supply passage 90, 91 , 92, 93, 94, 111, 112, 121, 122, 142, 143, 144, 152, 153, 154... Wall, 100, 123, 131, 145, 155... Flat plate, 101, 124, 132, 146, 156 ... Outlet, 102, 103, 104, 105 ... swirl flow generator, 110, 140 ... first fuel nozzle part, 120, 150 ... second fuel nozzle part, 130 ... cooling gas passage, 141 ... first cooling Gas passage, 151... Second cooling gas passage, B1... Branching portion, C1.

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Abstract

実施形態の燃焼器２０は、筒状の燃焼器ライナ７０と、燃焼器ライナ７０の一端に設けられ、燃焼器ライナ内に燃料および酸化剤を噴出する燃料ノズル２１Ａとを備える。燃料ノズル２１Ａが、燃料を供給する複数の燃料供給通路８０、８２と、酸化剤を供給する複数の酸化剤供給通路８１、８３とを備える。各燃料供給通路８０、８２に供給される燃料の流量および各酸化剤供給通路８１、８３に供給される酸化剤の流量は、それぞれ個別に調整される。

Description

ガスタービン燃焼器
　本発明の実施形態は、ガスタービン燃焼器に関する。
　従来のガスタービンでは、圧縮機からの高圧空気が燃焼器に供給される。燃焼器に供給された高圧空気は、燃焼器ライナの周囲を流れ、燃焼器ライナを冷却する。燃焼器ライナを冷却した高圧空気の一部は、例えば、燃焼用空気として燃料ノズルに供給される。そして、燃料ノズルから燃焼器ライナ内に燃料および高圧空気が導入される。燃焼器ライナ内に導入された燃料および高圧空気は、反応して、火炎を形成する。
　また、燃焼器ライナを冷却した高圧空気の他の一部は、例えば、燃焼器ライナに形成された導入孔より燃焼器ライナ内に燃焼用空気として導入される。
　図１７は、従来のガスタービンにおける、着火から定格負荷までの燃焼器に供給される燃料流量と空気流量の変化を示す図である。図１８は、従来のガスタービンにおける、着火から定格負荷までの当量比の変化を示す図である。なお、ここでいう当量比は、燃焼器に供給された、燃料と燃焼用空気から計算される当量比（オーバーオールでの当量比）である。
　図１７に示すように、空気流量は、圧縮機の運転特性によって決まるため、負荷に対する変化は小さい。これに対して、負荷を調整する燃料流量は、空気流量と比べて負荷に対する変化は大きい。そのため、図１８に示すように、着火から定格負荷まで当量比は、増加する。
　このように、従来のガスタービンでは、負荷を調整するため、燃料流量を大きく変化させる必要がある。そこで、従来のガスタービンには、例えば、低負荷燃料供給系統および高負荷燃料供給系統を備えるガスタービンがある。この従来のガスタービンでは、着火から中間負荷まで、低負荷燃料供給系統を使用し、中間負荷から定格負荷まで、低負荷燃料供給系統および高負荷燃料供給系統の双方を使用している。
　一方、空気流量については、従来のガスタービンでは、圧縮機から供給される空気は、タービンの冷却や燃焼用として各部に供給される。そのため、各部に供給される空気は、各部の開口面積比によって配分が調整されており、負荷によって配分が変化することはない。また、従来のガスタービンにおいて、燃焼器の周囲に可動弁を設けることで燃焼器に供給する空気量配分を調整する機能をガスタービン内部に有するものもある。しかしながら、複数の空気供給系統を備えて各空気供給系統から供給される空気流量を流量調整弁などによって個別に調整する機能を備えるものはない。
　近年、上記したようなガスタービンを備える発電プラントにおいて、二酸化炭素の削減や省資源などの要求から、高効率化が進められている。そのような中、超臨界ＣＯ２ガスタービン設備が検討されている。この超臨界ＣＯ２ガスタービン設備では、超臨界圧まで加圧された二酸化炭素を燃焼器に供給し、超臨界二酸化炭素雰囲気で燃料と酸素を燃焼させる。そして、高温化した二酸化炭素を作動流体としてタービンで仕事させ、この二酸化炭素を再び超臨界圧まで加圧して燃焼器に循環させる。
　この超臨界ＣＯ２ガスタービン設備では、循環させる作動流体中の未燃分や残留酸素量を少なくするため、燃料および酸化剤の流量は、燃焼器に供給される全燃料と全酸化剤から計算された燃料と酸素の比が量論混合比（当量比１）になるように調整されている。
特許第２９５０７２０号公報
　上記したように、超臨界ＣＯ２ガスタービン設備では、量論混合比となるように燃料流量および酸化剤流量を調整する必要がある。そのため、燃料流量の増減に対応して酸化剤流量も増減させる必要がある。
　しかしながら、従来のガスタービンにおいては、負荷に対する空気流量の変化は、負荷に対する燃料流量の変化に比べて小さい。すなわち、従来のガスタービンにおいては、燃料流量に対応して任意に空気流量を調整することができない。そのため、図１８に示すように、当量比は、着火時から定格負荷時まで増加する。また、定格負荷においても当量比は１未満の希薄状態であるため、燃焼ガスは余った酸素を含んだ状態で大気に放出されている。
　また、従来のガスタービンにおける技術を超臨界ＣＯ２ガスタービン設備に適用しても、着火から定格負荷まで、量論混合比となるように酸化剤流量を調整することはできない。
　本発明が解決しようとする課題は、酸化剤の供給圧力の過大な上昇を抑制しつつ、燃料流量に対応して空気流量を任意に調整することができるガスタービン燃焼器を提供するものである。
　実施形態のガスタービン燃焼器は、筒状の燃焼器ライナと、前記燃焼器ライナの一端に設けられ、前記燃焼器ライナ内に燃料および酸化剤を噴出する燃料ノズルとを備える。前記燃料ノズルは、燃料を供給する複数の燃料供給通路と酸化剤を供給する複数の酸化剤供給通路とを備える。そして、各前記燃料供給通路に供給される燃料の流量および各前記酸化剤供給通路に供給される酸化剤の流量は、それぞれ個別に調整される。
第１の実施の形態の燃焼器を備えるガスタービン設備の系統図である。 第１の実施の形態の燃焼器の燃料ノズルの縦断面を模式的に示した図である。 第１の実施の形態の燃焼器の燃料ノズルにおける平板を燃焼器ライナ側から見たときの平面図である。 第１の実施の形態の燃焼器の負荷に応じた燃料ノズルにおける燃料供給圧力を示した図である。 第１の実施の形態の燃焼器の負荷に応じた燃料ノズルにおける酸化剤供給圧力を示した図である。 第１の実施の形態の燃焼器の負荷に応じた燃料ノズルにおける燃料噴出流速を示した図である。 第１の実施の形態の燃焼器の負荷に応じた燃料ノズルにおける酸化剤噴出流速を示した図である。 第１の実施の形態の燃焼器の負荷に応じた当量比の変化を示した図である。 第２の実施の形態の燃焼器の燃料ノズルの縦断面を模式的に示した図である。 第２の実施の形態の燃焼器の他の構造の燃料ノズルの縦断面を模式的に示した図である。 第３の実施の形態の燃焼器の燃料ノズルの縦断面を模式的に示した図である。 第３の実施の形態の燃焼器の燃料ノズルを燃焼器ライナ側から見たときの平面図である。 第４の実施の形態の燃焼器を備えるガスタービン設備の系統図である。 第４の実施の形態の燃焼器の燃料ノズルの縦断面を模式的に示した図である。 第５の実施の形態の燃焼器の燃料ノズルの縦断面を模式的に示した図である。 第５の実施の形態の燃焼器の燃料ノズルを燃焼器ライナ側から見たときの平面図である。 従来のガスタービンにおける、着火から定格負荷までの燃焼器に供給される燃料流量と空気流量の変化を示す図である。 従来のガスタービンにおける、着火から定格負荷までの当量比の変化を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
　（第１の実施の形態）
　図１は、第１の実施の形態の燃焼器２０を備えるガスタービン設備１０の系統図である。図１に示すように、ガスタービン設備１０は、燃料と酸化剤を燃焼させる燃焼器２０と、燃焼器２０に取り付けられた燃料ノズル２１Ａと、燃焼器２０から排出された燃焼ガスによって回動するタービン２２とを備えている。タービン２２には、例えば、発電機２３が連結されている。なお、燃焼器２０は、タービン燃焼器として機能する。
　また、ガスタービン設備１０は、タービン２２から排出された燃焼ガスを冷却する熱交換器２４を備えている。燃焼ガスから得られた熱量は、燃焼器２０や燃料ノズル２１Ａに供給される、後述する酸化剤や二酸化炭素に与えられる。
　なお、ここでいう、燃焼器２０から排出される燃焼ガスは、燃料と酸化剤とによって生成された燃焼生成物と、燃焼器２０に供給されて燃焼生成物とともに燃焼器２０から排出される、後述する二酸化炭素（燃焼ガスの一部）とを含んだものである。
　図１に示すように、燃焼器２０から排出された燃焼ガスは、タービン２２に導かれ、タービン２２を回動させる。そして、タービン２２の回動によって発電機２３を駆動する。
　タービン２２から排出された燃焼ガスは、熱交換器２４を通過することによって冷却される。熱交換器２４を通過した燃焼ガスは、配管４０を通り、冷却器２５を通過する。燃焼ガスは、冷却器２５を通過することで、さらに冷却され、燃焼ガス中に含まれる水蒸気が除去され、ドライの燃焼ガスとなる。
　ここで、燃料ノズル２１Ａに供給される燃料としては、例えば、天然ガス、メタンなどの炭化水素ガス、灯油などの液体燃料、石炭ガス化ガスなどが使用される。ガスタービン設備１０の燃焼器２０においては、例えば、燃料および酸素の流量は、量論混合比（当量比１）になるように調整されている。なお、ここでいう当量比は、燃焼器２０に供給された、燃料と酸化剤から計算された当量比（オーバーオールでの当量比）である。なお、以下においても、当量比の定義は、これと同じである。
　当量比１における燃焼の場合、水蒸気が除去された燃焼ガスの成分は、ほぼ二酸化炭素である。そこで、以下、冷却器２５を通過して水蒸気が除去された燃焼ガスを二酸化炭素と呼ぶ。この二酸化炭素には、例えば、微量の一酸化炭素や酸素などが混在する場合も含まれる。
　なお、燃焼ガス中の水蒸気は、冷却器２５を通過することで、凝縮して水となる。水は、例えば配管４１を通り外部に排出される。このように、冷却器２５は、燃焼ガス中の水蒸気を除去する機能を有する。
　配管４０には、冷却器２５の下流側に圧縮機２６が介在している。配管４０を流れる二酸化炭素は、圧縮機２６によって昇圧され、超臨界流体となる。
　圧縮機２６の下流において、配管４０から分岐した、配管４２および配管４６が設けられている。配管４２は、酸化剤を流す配管４３に連結されている。配管４２には、流量調整弁５０が介在している。超臨界流体となった二酸化炭素の一部は、配管４２に流入し、流量調整弁５０によって流量が調整されて配管４３内に導かれる。
　一方、配管４６は、ガスタービン設備１０の系統の外部に向かって設けられている。配管４６に導かれた二酸化炭素は、外部に排出される。ここで、配管４６から排出される二酸化炭素量は、燃焼器２０において燃料と酸素が反応することで生成された二酸化炭素量に相当する。外部に排出された二酸化炭素は、例えば、石油採掘現場で採用されているＥＯＲ（Enhanced Oil Recovery）に利用することができる。
　酸化剤を流す配管４３には、空気分離装置（図示しない）によって大気から分離された酸素が流れる。配管４３には、圧縮機２７および流量調整弁５１が介在している。配管４３を流れる酸化剤は、圧縮機２７によって超臨界流体まで昇圧され、流量調整弁５１によって流量が調整される。また、配管４３は、圧縮機２７および流量調整弁５１を備える位置よりも下流側において、配管４２と連結している。
　配管４２と配管４３との連結部Ｃ１よりも下流の配管４４には、酸化剤が流れる。配管４４は、熱交換器２４を介して燃料ノズル２１Ａに連結されている。
　ここで、配管４４に流される酸化剤としては、酸素の他、酸素と二酸化炭素とを混合した混合ガスが含まれる。例えば、配管４２の流量調整弁５０が閉じられているときには、配管４４に酸素のみが流れる。また、配管４２の流量調整弁５０が開かれているときには、配管４４に混合ガスが流れる。
　なお、以下において、酸素、および酸素と二酸化炭素とを混合させた混合ガスを、酸化剤と呼ぶ。
　また、連結部Ｃ１と熱交換器２４との間に、配管４４から分岐した配管４４ａを備える。この配管４４ａは、熱交換器２４を介して燃料ノズル２１Ａに連結されている。
　配管４４ａの分岐部Ｂ１と熱交換器２４との間の配管４４には、流量調整弁５３が介在している。また、分岐部Ｂ１と熱交換器２４との間の配管４４ａには、流量調整弁５４が介在している。
　酸化剤は、配管４４、４４ａを通り、熱交換器２４を通り燃料ノズル２１Ａに導かれる。酸化剤は、熱交換器２４において、タービン２２から排出された燃焼ガスからの熱量を得て加熱される。
　例えば、配管４４には、燃焼器２０の着火から定格負荷まで、酸化剤を供給する。一方、例えば、配管４４ａには、燃焼器２０の中間負荷から定格負荷まで、酸化剤を供給する。
　なお、配管４４から分岐して熱交換器２４を介して燃料ノズル２１Ａに連結される配管は、燃料ノズル２１Ａの形態によって、複数備えることもできる。この場合においても、分岐部Ｂ１と熱交換器２４との間の各配管には、流量調整弁が介在している。
　一方、配管４０を流れる超臨界流体の二酸化炭素は、配管４０に介在する流量調整弁５２によって流量が調整され、熱交換器２４を通過する。この際、二酸化炭素は、熱交換器２４においてタービン２２から排出された燃焼ガスからの熱量を得て加熱される。そして、配管４０を流れる二酸化炭素は、燃焼器２０に導かれる。
　ここで、燃焼器２０に導かれた二酸化炭素は、例えば、燃焼器ライナの冷却や、希釈孔などから燃焼器ライナ内の燃焼領域の下流側に導入される。この二酸化炭素は、燃焼によって生成された燃焼ガスとともにタービン２２を回動する。
　また、燃料ノズル２１Ａには、燃料供給源（図示しない）から燃料を燃料ノズル２１Ａ内に導く配管４７、配管４８が連結されている。配管４７、配管４８には、燃料の流量を調整する流量調整弁５５、５６がそれぞれ介在している。
　例えば、配管４７には、燃焼器２０の着火から定格負荷まで、燃料を供給する。一方、例えば、配管４８には、燃焼器２０の中間負荷から定格負荷まで、燃料を供給する。
　ここでは、配管４７、配管４８を例示しているが、燃料を燃料ノズル２１Ａ内に導く配管は、燃料ノズル２１Ａの形態によって、３つ以上備えることもできる。この場合においても、各配管には、流量調整弁が介在している。
　ここで、熱交換器２４の下流において、図１に示すように、例えば、配管４０を分岐してもよい。例えば、配管４０から分岐した配管４０ａを、熱交換器２４と燃料ノズル２１Ａとの間の配管４４ａに連結してもよい。配管４０ａには、流量調整弁５７が介在している。また、例えば、配管４０から分岐した配管４０ｂを、配管４８に連結してもよい。配管４０ｂには、流量調整弁５８が介在している。なお、配管４０ａと配管４０ｂにおける分岐部は、いずれが上流側に位置してもよい。
　このように配管４０ａを備えることで、熱交換器２４を通過後の二酸化炭素を配管４４ａに導くことができる。また、配管４０ｂを備えることで、熱交換器２４を通過後の二酸化炭素を配管４８に導くことができる。
　例えば、燃焼器２０の中間負荷から定格負荷の高負荷条件時に、配管４４ａに酸化剤を供給し、配管４８に燃料を供給する場合、燃焼器２０の着火から中間負荷の直前まで、配管４４ａおよび配管４８は、何も流れていない。すなわち、着火から中間負荷の直前まで、流量調整弁５４および流量調整弁５６は閉じられている。
　そこで、配管４０ａおよび配管４０ｂを備えることで、流量調整弁５４および流量調整弁５６が閉じられている間、配管４４ａおよび配管４８に二酸化炭素を流すことができる。
　なお、ここでは、配管４０から分岐した配管４０ａおよび配管４８を例示しているが、配管４０から分岐する配管は、燃料ノズル２１Ａの形態によって、さらに増加することもできる。この場合においても、各配管には、流量調整弁が介在している。
　また、配管４４から分岐した４４ａ、配管４０から分岐した４０ａはそれぞれ分岐位置を変えたり、熱交換器２４内の通過距離を変えたりすることで、それぞれ分岐前の配管４４、配管４０を流れる流体の温度と異なった温度に調整することも可能である。
　上記したように、ガスタービン設備１０では、燃焼器２０で生成した二酸化炭素の一部は、系統内を循環する。
　次に、燃料ノズル２１Ａの構成について、図２を参照して説明する。
　図２は、第１の実施の形態の燃焼器２０の燃料ノズル２１Ａの縦断面を模式的に示した図である。なお、図２には、燃料ノズル２１Ａの各通路に酸化剤や燃料を供給するための配管が模式的に示されている。
　図２に示すように、燃料ノズル２１Ａは、筒状の燃焼器ライナ７０の上流側の端部に取り付けられている。なお、燃焼器ライナ７０内において、燃料ノズル２１Ａから噴出された燃料と酸化剤とが反応し、燃焼する。
　燃料ノズル２１Ａは、燃料を供給する複数の燃料供給通路と、酸化剤を供給する複数の酸化剤供給通路とを備えている。具体的には、燃料ノズル２１Ａは、第１の燃料供給通路８０と、第１の酸化剤供給通路８１と、第２の燃料供給通路８２と、第２の酸化剤供給通路８３とを備える。これらの各通路は、円筒状の壁部９０、９１、９２、９３によって区画されている。
　第１の燃料供給通路８０は、中央に設けられた円柱状の通路である。第１の燃料供給通路８０は、壁部９０の内側に形成されている。第１の燃料供給通路８０は、配管４７と連通している。そして、第１の燃料供給通路８０には、配管４７から燃料が供給される。
　第１の燃料供給通路８０の先端（燃焼器ライナ７０側の端部）は、例えば、平板１００によって閉鎖されている。そして、平板１００には、例えば、複数の噴出孔１０１が形成されている。
　ここで、図３は、第１の実施の形態の燃焼器２０の燃料ノズル２１Ａにおける平板１００を燃焼器ライナ７０側から見たときの平面図である。
　図３に示すように、噴出孔１０１は、例えば、噴出孔１０１から燃焼器ライナ７０内に噴出された燃料の流れに旋回成分を与えるように形成される。具体的には、噴出孔１０１は、平板１００の厚さ方向の傾斜し、かつ周方向に傾斜するように平板１００を貫通している。なお、各噴出孔１０１ともに、同じ方向の旋回成分を与えるように、上記したように傾斜している。そして、各噴出孔１０１から噴出された燃料の流れによって、旋回流を発生させる。
　第１の酸化剤供給通路８１は、図２に示すように、壁部９０と壁部９１との間に形成された環状の通路である。また、第１の酸化剤供給通路８１は、第１の燃料供給通路８０の外周に環状に形成されている。第１の酸化剤供給通路８１は、配管４４と連通している。そして、第１の酸化剤供給通路８１には、配管４４から酸化剤が供給される。
　第１の酸化剤供給通路８１には、第１の酸化剤供給通路８１から燃焼器ライナ７０内に噴出される酸化剤の流れに旋回成分を与えるように、環状の旋回流発生器１０２が設けられている。酸化剤が旋回流発生器１０２を通過することで、酸化剤の流れに旋回成分が発生する。旋回流発生器１０２としては、例えば、スワーラなどで構成される。
　また、旋回流発生器１０２は、例えば、第１の燃料供給通路８０の先端の平板１００に形成された噴出孔１０１と同様の構成としてもよい。すなわち、第１の酸化剤供給通路８１を閉鎖する環状の平板を設置し、その平板に、前述した噴出孔１０１と同様の複数の噴出孔を形成してもよい。
　第２の燃料供給通路８２は、壁部９１と壁部９２との間に形成された環状の通路である。また、第２の燃料供給通路８２は、第１の酸化剤供給通路８１の外周に環状に形成されている。第２の燃料供給通路８２は、配管４８と連通している。そして、第２の燃料供給通路８２には、配管４８から燃料が供給される。
　第２の燃料供給通路８２には、第２の燃料供給通路８２から燃焼器ライナ７０内に噴出される燃料の流れに旋回成分を与えるように、環状の旋回流発生器１０３が設けられている。燃料が旋回流発生器１０３を通過することで、燃料の流れに旋回成分が発生する。旋回流発生器１０３は、前述した旋回流発生器１０２と同じ構成である。
　第２の酸化剤供給通路８３は、壁部９２と壁部９３との間に形成された環状の通路である。また、第２の酸化剤供給通路８３は、第２の燃料供給通路８２の外周に環状に形成されている。第２の酸化剤供給通路８３は、配管４４ａと連通している。そして、第２の酸化剤供給通路８３には、配管４４ａから酸化剤が供給される。
　第２の酸化剤供給通路８３には、第２の酸化剤供給通路８３から燃焼器ライナ７０内に噴出される酸化剤の流れに旋回成分を与えるように、環状の旋回流発生器１０４が設けられている。酸化剤が旋回流発生器１０４を通過することで、酸化剤の流れに旋回成分が発生する。旋回流発生器１０４は、前述した旋回流発生器１０２と同じ構成である。
　ここで、第１の燃料供給通路８０の先端の平板１００に形成された噴出孔１０１を通過することによって発生する旋回流、旋回流発生器１０２、１０３、１０４を通過することによって発生する旋回流の旋回方向は、例えば、同方向に設定される。
　このように旋回方向を同方向にすることで、燃焼器ライナ７０内の燃焼場において、燃料と酸化剤の混同を促進することができる。また、旋回方向を同方向にすることで、燃焼器ライナ７０内に安定した火炎を形成することができる。
　このように、燃料ノズル２１Ａは、２つの燃料供給系統および２つの酸化剤供給系統を備える。具体的には、燃料ノズル２１Ａは、第１の燃料供給通路８０および第１の酸化剤供給通路８１からなる一対の供給系統と、第２の燃料供給通路８２および第２の酸化剤供給通路８３からなる一対の供給系統を備える。これらの燃料供給系統および酸化剤供給系統のそれぞれにおいて、流量調整が可能である。
　ここで、例えば、燃焼器２０の着火から定格負荷までの間、第１の燃料供給通路８０から燃料、第１の酸化剤供給通路８１から酸化剤が燃焼器ライナ７０内に噴出される。また、燃焼器２０の中間負荷から定格負荷までの間、第２の燃料供給通路８２から燃料、第２の酸化剤供給通路８３から酸化剤が燃焼器ライナ７０内に噴出される。なお、噴出された燃料および酸化剤は、燃焼器ライナ７０内で火炎を形成して燃焼する。
　燃料ノズル２１Ａにおいて、第１の燃料供給通路８０と第１の酸化剤供給通路８１とが隣接し、第２の燃料供給通路８２と第２の酸化剤供給通路８３とが隣接している。そのため、第１の燃料供給通路８０から噴出された燃料と第１の酸化剤供給通路８１から噴出された酸化剤との混合、第２の燃料供給通路８２から噴出された燃料と第２の酸化剤供給通路８３からから噴出された酸化剤との混合が促進される。これによって、燃焼器ライナ７０内に安定した火炎を形成できる。
　ここで、図４は、第１の実施の形態の燃焼器２０の負荷に応じた燃料ノズル２１Ａにおける燃料供給圧力を示した図である。図５は、第１の実施の形態の燃焼器２０の負荷に応じた燃料ノズル２１Ａにおける酸化剤供給圧力を示した図である。図６は、第１の実施の形態の燃焼器２０の負荷に応じた燃料ノズル２１Ａにおける燃料噴出流速を示した図である。図７は、第１の実施の形態の燃焼器２０の負荷に応じた燃料ノズル２１Ａにおける酸化剤噴出流速を示した図である。
　なお、燃料供給圧力は、第１の燃料供給通路８０、第２の燃料供給通路８２に供給される燃料の圧力である。酸化剤供給圧力は、第１の酸化剤供給通路８１、第２の酸化剤供給通路８３に供給される酸化剤の圧力である。燃料噴出流速とは、第１の燃料供給通路８０の出口、第２の燃料供給通路８２の出口における燃料の噴出流速である。酸化剤噴出流速とは、第１の酸化剤供給通路８１の出口、第２の酸化剤供給通路８３の出口における酸化剤の噴出流速である。
　また、図４および図５における圧力の最大値は、系統上の供給可能圧力の上限、および燃焼器２０内において安定した燃焼を維持するための燃焼器２０内に噴出する流速の上限から求まる圧力のいずれか小さい方に基づいて設定される。図４および図５における圧力の最小値は、安定した燃焼を維持するための燃焼器２０内に噴出する最低の流速から求まる圧力に基づいて設定される。
　図６および図７における流速の最大値は、燃焼器２０内において安定した燃焼を維持するための燃焼器２０内に噴出する流速の上限に基づいて設定される。図６および図７における流速の最小値は、燃焼器２０内において安定した燃焼を維持するための燃焼器２０内に噴出する下限流速に基づいて設定される。
　燃料ノズル２１Ａの中央側に備えられる、第１の燃料供給通路８０および第１の酸化剤供給通路８１の通路断面積は、第２の燃料供給通路８２および第２の酸化剤供給通路８３の通路断面積よりも小さい。そこで、燃焼器２０では、着火から中間負荷の直前までの低負荷条件における運転において、第１の燃料供給通路８０および第１の酸化剤供給通路８１を使用する。
　図４および図５に示すように、着火から中間負荷の直前までの低負荷条件において、負荷の増加に伴って、当量比を１に維持して、第１の燃料供給通路８０に供給される燃料流量、および第１の酸化剤供給通路８１に供給される酸化剤流量を増加させる。この際、図６および図７に示すように、燃料の噴出流速および酸化剤の噴出流速は、負荷の増加に伴って増加する。
　なお、着火から中間負荷の直前までは、図１に示した流量調整弁５４および流量調整弁５６が閉じられている。そのため、第２の燃料供給通路８２および第２の酸化剤供給通路８３には、燃料や酸化剤は流れない。
　そして、中間負荷に達したときに、当量比を１に維持して、第１の燃料供給通路８０に供給される燃料流量および第１の酸化剤供給通路８１に供給される酸化剤流量を減少させるとともに、第２の燃料供給通路８２に燃料および第２の酸化剤供給通路８３に酸化剤を供給する。
　これによって、第１の燃料供給通路８０に供給される燃料の供給圧力および第１の酸化剤供給通路８１に供給される酸化剤の供給圧力は、減少する。また、第１の燃料供給通路８０からの燃料噴出流速および第１の酸化剤供給通路８１からの酸化剤噴出流速は、減少する。
　図４～図７に示すように、中間負荷に達したときには、燃料供給圧力、酸化剤供給圧力、燃料噴出流速、酸化剤噴出流速は、いずれも最大値に達していない。
　中間負荷から定格負荷に行くに伴って、一旦流量が減少された第１の燃料供給通路８０に供給される燃料流量および一旦流量が減少された第１の酸化剤供給通路８１に供給される酸化剤流量を増加させるとともに、第２の燃料供給通路８２に供給される燃料流量および第２の酸化剤供給通路８３に供給される酸化剤流量を増加させる。そして、定格負荷まで出力を上昇させる。
　このように、中間負荷から定格負荷の間は、第１の燃料供給通路８０、第２の燃料供給通路８２、第１の酸化剤供給通路８１、第２の酸化剤供給通路８３のすべての通路を使用する。
　図４～図７に示すように、定格負荷に達したときでも、燃料供給圧力、酸化剤供給圧力、燃料噴出流速、酸化剤噴出流速は、いずれも最大値に達していない。このように、最大値と最小値の間で、燃料供給および酸化剤供給は、調整されている。
　ここで、図８は、第１の実施の形態の燃焼器２０の負荷に応じた当量比の変化を示した図である。図８に示すように、負荷の変化によらず、当量比は、一定値の１に維持されている。
　このように、着火から中間負荷の直前までの低負荷条件時に、通路断面積の小さな第１の燃料供給通路８０および第１の酸化剤供給通路８１を使用し、中間負荷から定格負荷までの高負荷条件時に、すべての通路を使用することで、燃料供給圧力および酸化剤供給圧力の過大な上昇を抑制できる。このように負荷に応じて供給通路を選択的に使用することで、燃料圧縮機や酸化剤圧縮機の大型化、高圧配管の設置等を行う必要がなくなる。
　ここで、着火から中間負荷の直前までは、図１に示した流量調整弁５４および流量調整弁５６が閉じられている。そのため、第２の燃料供給通路８２および第２の酸化剤供給通路８３には、燃料や酸化剤は流れない。そこで、流量調整弁５７および流量調整弁５８を開き、第２の燃料供給通路８２および第２の酸化剤供給通路８３に、熱交換器２４を通過後の二酸化炭素を配管４８に導いてもよい。なお、中間負荷に達した時には、流量調整弁５７および流量調整弁５８は閉じられる。
　これによって、燃焼器ライナ７０内の燃焼ガスが、第２の燃料供給通路８２および第２の酸化剤供給通路８３に逆流することを抑制できる。
　上記したように、第１の実施の形態の燃焼器２０によれば、各燃料供給系統および各酸化剤供給系統のそれぞれにおいて、流量調整が可能である。そのため、負荷に伴う燃料流量の増加に対応して酸化剤流量を増加させることができる。これによって、負荷の変化によらず、当量比を１に維持することができる。
　また、複数の燃料供給通路および複数の酸化剤供給通路を備えることで、負荷に応じて供給通路を選択的に使用することができる。これによって、燃料や酸化剤の供給圧力の過大な上昇を抑制できるとともに、安定した燃焼を維持することができる。
　（第２の実施の形態）
　図９は、第２の実施の形態の燃焼器２０の燃料ノズル２１Ｂの縦断面を模式的に示した図である。なお、図９には、燃料ノズル２１Ｂの各通路に酸化剤や燃料を供給するための配管が模式的に示されている。また、以下の実施の形態において、第１の実施の形態の構成と同一の構成部分には、同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
　ここで、第２の実施の形態の燃焼器２０の燃料ノズル２１Ｂは、燃料供給通路と酸化剤供給通路の配置構成に関して、第１の実施の形態の燃焼器２０の燃料ノズル２１Ａと異なる。ここでは、この異なる構成について主に説明する。
　なお、第２の実施の形態におけるガスタービン設備の系統は、図１に示した第１の実施の形態におけるガスタービン設備の系統と同じである。
　図９に示すように、燃料ノズル２１Ｂは、筒状の燃焼器ライナ７０の上流側の端部に取り付けられている。なお、燃焼器ライナ７０内において、燃料ノズル２１Ｂから噴出された燃料と酸化剤とが反応し、燃焼する。
　燃料ノズル２１Ｂは、燃料を供給する複数の燃料供給通路と、酸化剤を供給する複数の酸化剤供給通路とを備えている。具体的には、燃料ノズル２１Ｂは、第１の燃料供給通路８０と、第２の燃料供給通路８２と、第１の酸化剤供給通路８１と、第２の酸化剤供給通路８３とを備える。これらの各通路は、円筒状の壁部９０、９１、９２、９３によって区画されている。
　第１の燃料供給通路８０は、図９に示すように、中央に設けられた円柱状の通路である。第１の燃料供給通路８０は、壁部９０の内側に形成されている。
　第２の燃料供給通路８２は、壁部９０と壁部９１との間に形成された環状の通路である。また、第２の燃料供給通路８２は、第１の燃料供給通路８０の外周に環状に形成されている。
　第１の酸化剤供給通路８１は、壁部９１と壁部９２との間に形成された環状の通路である。また、第１の酸化剤供給通路８１は、第２の燃料供給通路８２の外周に環状に形成されている。
　第２の酸化剤供給通路８３は、壁部９２と壁部９３との間に形成された環状の通路である。また、第２の酸化剤供給通路８３は、第１の酸化剤供給通路８１の外周に環状に形成されている。
　ここで、第１の実施の形態と同様に、燃焼器２０の着火から定格負荷までの間、第１の燃料供給通路８０から燃料、第１の酸化剤供給通路８１から酸化剤が燃焼器ライナ７０内に噴出される。また、燃焼器２０の中間負荷から定格負荷までの間、第２の燃料供給通路８２から燃料、第２の酸化剤供給通路８３から酸化剤が燃焼器ライナ７０内に噴出される。
　また、着火から中間負荷の直前までは、第１の実施の形態と同様に、第２の燃料供給通路８２および第２の酸化剤供給通路８３に、熱交換器２４を通過後の二酸化炭素を導いてもよい。
　ここで、第１の酸化剤供給通路８１に設けられる旋回流発生器１０２を通過することで与えられる旋回成分は、第２の燃料供給通路８２に設けられる旋回流発生器１０３を通過することで与えられる旋回成分よりも小さい方が好ましい。すなわち、第１の酸化剤供給通路８１から燃焼器ライナ７０内に噴出される酸化剤の流れの旋回成分が、第２の燃料供給通路８２から燃焼器ライナ７０内に噴出される燃料の流れの旋回成分よりも小さいことが好ましい。
　また、第１の酸化剤供給通路８１に、旋回流発生器１０２を備えなくてもよい。なお、旋回流発生器１０２を備えない場合、酸化剤は、第１の酸化剤供給通路８１の出口から燃焼器ライナ７０の軸方向に噴出される。
　このように、第１の酸化剤供給通路８１から噴出される酸化剤の流れの旋回成分を小さくする、または無くすことで、第１の酸化剤供給通路８１から噴出された流れの周方向外側への広がりが抑制される。これによって、第１の酸化剤供給通路８１から噴出された酸化剤と、第１の燃料供給通路８０から噴出された旋回成分を有する燃料との混合が促進される。
　上記したように、第２の実施の形態の燃焼器２０によれば、例えば、中間負荷から定格負荷までの間、隣接する、第１の燃料供給通路８０および第２の燃料供給通路８２には、ほぼ同じ温度の燃料が流れる。また、隣接する、第１の酸化剤供給通路８１および第２の酸化剤供給通路８３には、熱交換器２４によって加熱された酸化剤が流れる。
　一方、着火から中間負荷の直前までの間、第２の燃料供給通路８２および第２の酸化剤供給通路８３に、熱交換器２４を通過後の二酸化炭素を流すことで、隣接する、第１の酸化剤供給通路８１、第２の燃料供給通路８２および第２の酸化剤供給通路８３には、熱交換器２４によって加熱された酸化剤や二酸化炭素が流れる。
　このように、隣接する通路を流れる流体の温度差を小さくすることができる。これによって、通路を形成する壁部の熱伸び差や、壁部に生じる熱応力を低減することができる。
　また、第２の実施の形態の燃焼器２０においては、第１の実施の形態と同様に、負荷に伴う燃料流量の増加に対応して酸化剤流量を増加させることができるため、負荷の変化によらず、当量比を１に維持することができる。また、複数の燃料供給通路および複数の酸化剤供給通路を備えることで、燃料や酸化剤の供給圧力の過大な上昇を抑制できるとともに、安定した燃焼を維持することができる。
　ここで、図１０は、第２の実施の形態の燃焼器２０の他の構造の燃料ノズル２１Ｂの縦断面を模式的に示した図である。
　第１の酸化剤供給通路８１から噴出される酸化剤の流れの旋回成分を小さくする、または無くす場合、図１０に示すように、第１の酸化剤供給通路８１の環状の出口端部を、第２の燃料供給通路８２側に傾斜させてもよい。これによって、第１の酸化剤供給通路８１から噴出された酸化剤は、第１の燃料供給通路８０から噴出された旋回成分を有する燃料とより混合しやすくなる。
　（第３の実施の形態）
　図１１は、第３の実施の形態の燃焼器２０の燃料ノズル２１Ｃの縦断面を模式的に示した図である。図１２は、第３の実施の形態の燃焼器２０の燃料ノズル２１Ｃを燃焼器ライナ７０側から見たときの平面図である。なお、図１１には、燃料ノズル２１Ｃの各通路に酸化剤や燃料を供給するための配管が模式的に示されている。
　なお、第３の実施の形態におけるガスタービン設備の系統は、図１に示した第１の実施の形態におけるガスタービン設備の系統と同じである。
　図１１および図１２に示すように、燃料ノズル２１Ｃは、第１の燃料ノズル部１１０と、第２の燃料ノズル部１２０とを備える。図１２に示すように、例えば、中央に第１の燃料ノズル部１１０を備え、その周囲に複数の第２の燃料ノズル部１２０が備えられる。
　第１の燃料ノズル部１１０は、図１１に示すように、第１の燃料供給通路８０と、第１の酸化剤供給通路８１とを備える。これらの各通路は、円筒状の壁部１１１、１１２によって区画されている。
　第１の燃料供給通路８０は、中央に設けられた円柱状の通路である。第１の燃料供給通路８０は、壁部１１１の内側に形成されている。第１の燃料供給通路８０は、配管４７と連通している。第１の燃料供給通路８０の先端（燃焼器ライナ７０側の端部）は、第１の実施の形態と同様に、複数の噴出孔１０１が形成された平板１００によって閉鎖されている。
　第１の酸化剤供給通路８１は、壁部１１１と壁部１１２との間に形成された環状の通路である。第１の酸化剤供給通路８１は、第１の燃料供給通路８０の外周に環状に形成されている。第１の酸化剤供給通路８１は、配管４４と連通している。また、第１の酸化剤供給通路８１には、環状の旋回流発生器１０２が設けられている。
　第２の燃料ノズル部１２０は、第２の燃料供給通路８２と、第２の酸化剤供給通路８３とを備える。これらの各通路は、円筒状の壁部１２１、１２２によって区画されている。
　第２の燃料供給通路８２は、中央に設けられた円柱状の通路である。第２の燃料供給通路８２は、壁部１２１の内側に形成されている。第２の燃料供給通路８２は、配管４８と連通している。第２の燃料供給通路８２の先端（燃焼器ライナ７０側の端部）は、第１の燃料供給通路８０の平板１００と同じ構成を有する、複数の噴出孔１２４が形成された平板１２３によって閉鎖されている。
　第２の酸化剤供給通路８３は、壁部１２１と壁部１２２との間に形成された環状の通路である。第２の酸化剤供給通路８３は、第２の燃料供給通路８２の外周に環状に形成されている。第２の酸化剤供給通路８３は、配管４４ａと連通している。また、第２の酸化剤供給通路８３には、環状の旋回流発生器１０４が設けられている。
　ここで、第１の燃料供給通路８０の先端の平板１００に形成された噴出孔１０１を通過することによって発生する旋回流、第２の燃料供給通路８２の先端の平板１２３に形成された噴出孔１２４を通過することによって発生する旋回流、旋回流発生器１０２、１０４を通過することによって発生する旋回流の旋回方向は、例えば、同方向に設定される。このように旋回方向を同方向にすることで、例えば、第１の燃料ノズル部１１０および第２の燃料ノズル部１２０から燃料および酸化剤を噴出して燃焼させる際、燃焼器ライナ７０内の燃焼場において、燃料と酸化剤の混同を促進することができる。
　ここで、例えば、燃焼器２０の着火から定格負荷までの間、第１の燃料ノズル部１１０を使用する。また、燃焼器２０の中間負荷から定格負荷までの間、第２の燃料ノズル部１２０を使用する。
　すなわち、燃焼器２０の着火から定格負荷までの間、第１の燃料供給通路８０から燃料、第１の酸化剤供給通路８１から酸化剤が燃焼器ライナ７０内に噴出される。また、燃焼器２０の中間負荷から定格負荷までの間、第２の燃料供給通路８２から燃料、第２の酸化剤供給通路８３から酸化剤が燃焼器ライナ７０内に噴出される。
　着火から定格負荷までの間においては、第１の燃料ノズル部１１０の下流に火炎が形成される。また、中間負荷から定格負荷までの間においては、第１の燃料ノズル部１１０および第２の燃料ノズル部１２０の下流に火炎が形成される。
　ここで、複数設けられた第２の燃料ノズル部１２０においては、例えば、負荷の増加に伴って、使用する燃料ノズル部の数を増加させてもよい。また、複数設けられた第２の燃料ノズル部１２０においては、例えば、中間負荷時からすべての第２の燃料ノズル部１２０を使用してもよい。この場合、負荷の増加に伴って、各第２の燃料ノズル部１２０における負荷を増加させる。
　また、着火から中間負荷の直前までは、第１の実施の形態と同様に、第２の燃料供給通路８２および第２の酸化剤供給通路８３、すなわち、第２の燃料ノズル部１２０に、熱交換器２４を通過後の二酸化炭素を導いてもよい。
　上記したように、第３の実施の形態の燃焼器２０は、燃料と酸化剤を噴出する燃料ノズル部を複数備える。そして、各燃料ノズル部における燃料流量および酸化剤流量は、それぞれ個別に調整できる。
　中間負荷から定格負荷までの高負荷条件時において、複数の第２の燃料ノズル部１２０を使用して負荷を増加することで、燃焼場の温度の均一化を図ることができる。
　また、第３の実施の形態の燃焼器２０においては、第１の実施の形態と同様に、負荷に伴う燃料流量の増加に対応して酸化剤流量を増加させることができるため、負荷の変化によらず、当量比を１に維持することができる。また、複数の燃料供給通路および複数の酸化剤供給通路を備えることで、燃料や酸化剤の供給圧力の過大な上昇を抑制できるとともに、安定した燃焼を維持することができる。
　なお、第１の燃料ノズル部１１０および第２の燃料ノズル部１２０の配置構成は、上記した配置構成に限られるものではない。例えば、第１の燃料ノズル部１１０を複数備えてもよい。
　（第４の実施の形態）
　図１３は、第４の実施の形態の燃焼器２０を備えるガスタービン設備１１の系統図である。図１３に示されたガスタービン設備１１は、配管４０から分岐する配管４０ｃを備えることが、図１に示されたガスタービン設備１０と異なる。また、第４の実施の形態の燃焼器２０の燃料ノズル２１Ｄは、冷却ガス通路を備えることが、第１の実施の形態の燃焼器２０の燃料ノズル２１Ａと異なる。ここでは、これらの異なる構成について主に説明する。
　図１３に示すように、前述したように、熱交換器２４の下流において、配管４０は、配管４０から分岐する配管４０ａ、４０ｂを有している。さらに、配管４０は、熱交換器２４内における配管４０から分岐する配管４０ｃを有する。
　配管４０ｃは、燃料ノズル２１Ｄに連結されている。配管４０ｃには、流量調整弁５９が介在している。配管４０ｃは、熱交換器２４内における配管４０から分岐しているため、配管４０ｃを流れる二酸化炭素の温度は、配管４０ａ、４０ｂを流れる二酸化炭素の温度よりも低温となる。なお、配管４０ｃの分岐位置は、抽気する二酸化炭素の温度によって設定される。
　このように配管４０ｃを備えることで、熱交換器２４内の配管４０ｃから抽気した二酸化炭素を燃料ノズル２１Ｄに導くことができる。この場合、例えば、二酸化炭素は、燃料ノズル２１Ｄの冷却ガスとして機能する。
　なお、熱交換器２４内における配管４０から分岐して燃料ノズル２１Ｄに連結される配管は、燃料ノズル２１Ｄの形態によって、複数備えることもできる。この場合においても、各配管には、流量調整弁が介在している。
　次に、燃料ノズル２１Ｄの構成について、図１４を参照して説明する。
　図１４は、第４の実施の形態の燃焼器２０の燃料ノズル２１Ｄの縦断面を模式的に示した図である。なお、図１４には、燃料ノズル２１Ｄの各通路に、酸化剤、燃料、二酸化炭素を供給するための配管が模式的に示されている。
　燃料ノズル２１Ｄは、燃料を供給する複数の燃料供給通路と、酸化剤を供給する複数の酸化剤供給通路とを備えている。さらに、燃料ノズル２１Ｄは、冷却ガスである二酸化炭素が流れる冷却ガス通路を備えている。
　具体的には、燃料ノズル２１Ｄは、冷却ガス通路１３０と、第１の燃料供給通路８０と、第１の酸化剤供給通路８１と、第２の燃料供給通路８２と、第２の酸化剤供給通路８３とを備える。これらの各通路は、円筒状の壁部９０、９１、９２、９３、９４によって区画されている。
　冷却ガス通路１３０は、図１４に示すように、中央に設けられた円柱状の通路である。冷却ガス通路１３０は、壁部９０の内側に形成されている。冷却ガス通路１３０は、配管４０ｃと連通している。そして、冷却ガス通路１３０には、配管４０ｃから冷却ガスである二酸化炭素が供給される。
　冷却ガス通路１３０の先端（燃焼器ライナ７０側の端部）は、例えば、平板１３１によって閉鎖されている。そして、平板１３１には、例えば、複数の噴出孔１３２が形成されている。この噴出孔１３２から燃焼器ライナ７０内に冷却ガスが噴出される。
　噴出孔１３２は、例えば、第１の実施の形態における平板１００に形成された噴出孔１０１と同様の構成でもよい。すなわち、噴出孔１３２は、噴出孔１３２を通過した冷却ガスの流れに旋回成分を与える構成であってもよい。この場合、噴出孔１３２を通過することで与えられる旋回方向は、旋回流発生器１０２などを通過することで与えられる旋回方向と同じである。
　また、噴出孔１３２は、燃料ノズル２１Ｄの軸方向に形成された孔であってもよい。この場合、冷却ガスは、噴出孔１３２から燃焼器ライナ７０の軸方向に噴出される。
　第１の燃料供給通路８０は、壁部９０と壁部９１との間に形成された環状の通路である。また、第１の燃料供給通路８０は、冷却ガス通路１３０の外周に環状に形成されている。第１の燃料供給通路８０は、配管４７と連通している。そして、第１の燃料供給通路８０には、配管４７から燃料が供給される。
　第１の燃料供給通路８０には、第１の燃料供給通路８０から燃焼器ライナ７０内に噴出される燃料の流れに旋回成分を与えるように、環状の旋回流発生器１０５が設けられている。なお、旋回流発生器１０５の構成は、前述した旋回流発生器１０２などの構成と同様である。
　第１の酸化剤供給通路８１は、壁部９１と壁部９２との間に形成された環状の通路である。また、第１の酸化剤供給通路８１は、第１の燃料供給通路８０の外周に環状に形成されている。第１の酸化剤供給通路８１は、配管４４と連通している。そして、第１の酸化剤供給通路８１には、配管４４から酸化剤が供給される。
　第２の燃料供給通路８２は、壁部９２と壁部９３との間に形成された環状の通路である。また、第２の燃料供給通路８２は、第１の酸化剤供給通路８１の外周に環状に形成されている。第２の燃料供給通路８２は、配管４８と連通している。そして、第２の燃料供給通路８２には、配管４８から燃料が供給される。
　第２の酸化剤供給通路８３は、壁部９３と壁部９４との間に形成された環状の通路である。また、第２の酸化剤供給通路８３は、第２の燃料供給通路８２の外周に環状に形成されている。第２の酸化剤供給通路８３は、配管４４ａと連通している。そして、第２の酸化剤供給通路８３には、配管４４ａから燃料が供給される。
　ここで、各旋回流発生器１０２、１０３、１０４、１０５を通過することによって発生する旋回流の旋回方向は、同方向に設定される。このように旋回方向を同方向にすることで、燃焼器ライナ７０内の燃焼場において、燃料と酸化剤の混同を促進することができる。
　燃料ノズル２１Ｄにおいて、例えば、燃焼器２０の着火から定格負荷までの間、冷却ガス通路１３０から冷却ガス、第１の燃料供給通路８０から燃料、第１の酸化剤供給通路８１から酸化剤が燃焼器ライナ７０内に噴出される。また、燃焼器２０の中間負荷から定格負荷までの間、第２の燃料供給通路８２から燃料、第２の酸化剤供給通路８３から酸化剤が燃焼器ライナ７０内に噴出される。
　また、着火から中間負荷の直前までは、第１の実施の形態と同様に、第２の燃料供給通路８２および第２の酸化剤供給通路８３に、熱交換器２４を通過後の二酸化炭素を導いてもよい。
　上記したように、第４の実施の形態の燃焼器２０によれば、冷却ガスが流れる冷却ガス通路１３０を備えることで、燃料ノズル２１Ｄの温度上昇を抑制することができる。
　また、第４の実施の形態の燃焼器２０においては、第１の実施の形態と同様に、負荷に伴う燃料流量の増加に対応して酸化剤流量を増加させることができるため、負荷の変化によらず、当量比を１に維持することができる。また、複数の燃料供給通路および複数の酸化剤供給通路を備えることで、燃料や酸化剤の供給圧力の過大な上昇を抑制できるとともに、安定した燃焼を維持することができる。
　（第５の実施の形態）
　図１５は、第５の実施の形態の燃焼器２０の燃料ノズル２１Ｅの縦断面を模式的に示した図である。図１６は、第５の実施の形態の燃焼器２０の燃料ノズル２１Ｅを燃焼器ライナ７０側から見たときの平面図である。なお、図１５には、燃料ノズル２１Ｅの各通路に酸化剤や燃料を供給するための配管が模式的に示されている。
　なお、第５の実施の形態におけるガスタービン設備の系統は、図１３に示した第４の実施の形態におけるガスタービン設備の系統と同じである。
　図１５および図１６に示すように、燃料ノズル２１Ｅは、第１の燃料ノズル部１４０と、第２の燃料ノズル部１５０とを備える。図１６に示すように、例えば、中央に第１の燃料ノズル部１４０を備え、その周囲に複数の第２の燃料ノズル部１５０が備えられる。
　第１の燃料ノズル部１４０は、第１の冷却ガス通路１４１と、第１の燃料供給通路８０と、第１の酸化剤供給通路８１とを備える。これらの各通路は、円筒状の壁部１４２、１４３、１４４によって区画されている。
　第１の冷却ガス通路１４１は、図１５に示すように、中央に設けられた円柱状の通路である。第１の冷却ガス通路１４１は、壁部１４２の内側に形成されている。第１の冷却ガス通路１４１は、配管４０ｃと連通している。第１の冷却ガス通路１４１の先端（燃焼器ライナ７０側の端部）は、第４の実施の形態と同様に、複数の噴出孔１４６が形成された平板１４５によって閉鎖されている。
　第１の燃料供給通路８０は、壁部１４２と壁部１４３との間に形成された環状の通路である。第１の燃料供給通路８０は、第１の冷却ガス通路１４１の外周に環状に形成されている。第１の燃料供給通路８０は、配管４７と連通している。また、第１の燃料供給通路８０には、環状の旋回流発生器１０５が設けられている。
　第１の酸化剤供給通路８１は、壁部１４３と壁部１４４との間に形成された環状の通路である。第１の酸化剤供給通路８１は、第１の燃料供給通路８０の外周に環状に形成されている。第１の酸化剤供給通路８１は、配管４４と連通している。また、第１の酸化剤供給通路８１には、環状の旋回流発生器１０２が設けられている。
　第２の燃料ノズル部１５０は、第２の冷却ガス通路１５１と、第２の燃料供給通路８２と、第２の酸化剤供給通路８３とを備える。これらの各通路は、円筒状の壁部１５２、１５３、１５４によって区画されている。
　第２の冷却ガス通路１５１は、図１５に示すように、中央に設けられた円柱状の通路である。第２の冷却ガス通路１５１は、壁部１５２の内側に形成されている。第２の冷却ガス通路１５１は、配管４０ｃと連通している。第２の冷却ガス通路１５１の先端（燃焼器ライナ７０側の端部）は、上記した第１の冷却ガス通路１４１と同様に、複数の噴出孔１５６が形成された平板１５５によって閉鎖されている。
　第２の燃料供給通路８２は、壁部１５２と壁部１５３との間に形成された環状の通路である。第２の燃料供給通路８２は、第２の冷却ガス通路１５１の外周に環状に形成されている。第２の燃料供給通路８２は、配管４８と連通している。また、第２の燃料供給通路８２には、環状の旋回流発生器１０３が設けられている。
　第２の酸化剤供給通路８３は、壁部１５３と壁部１５４との間に形成された環状の通路である。第２の酸化剤供給通路８３は、第２の燃料供給通路８２の外周に環状に形成されている。第２の酸化剤供給通路８３は、配管４４ａと連通している。また、第２の酸化剤供給通路８３には、環状の旋回流発生器１０４が設けられている。
　各旋回流発生器１０２、１０３、１０４、１０５を通過することによって発生する旋回流の旋回方向は、例えば、同方向に設定される。このように旋回方向を同方向にすることで、例えば、第１の燃料ノズル部１４０および第２の燃料ノズル部１５０から燃料および酸化剤を噴出して燃焼させる際、燃焼器ライナ７０内の燃焼場において、燃料と酸化剤の混同を促進することができる。
　ここで、例えば、燃焼器２０の着火から定格負荷までの間、第１の燃料供給通路８０から燃料、第１の酸化剤供給通路８１から酸化剤が燃焼器ライナ７０内に噴出される。また、燃焼器２０の中間負荷から定格負荷までの間、第２の燃料供給通路８２から燃料、第２の酸化剤供給通路８３から酸化剤が燃焼器ライナ７０内に噴出される。
　これによって、着火から定格負荷までの間においては、第１の燃料ノズル部１４０の下流に火炎が形成される。また、中間負荷から定格負荷までの間においては、第１の燃料ノズル部１４０および第２の燃料ノズル部１５０の下流に火炎が形成される。
　なお、第１の冷却ガス通路１４１および第２の冷却ガス通路１５１には、燃焼器２０の着火から定格負荷までの間、冷却ガスが供給される。
　ここで、複数設けられた第２の燃料ノズル部１５０においては、例えば、負荷の増加に伴って、使用する燃料ノズル部の数を増加させてもよい。また、複数設けられた第２の燃料ノズル部１５０においては、例えば、中間負荷時からすべての第２の燃料ノズル部１５０を使用してもよい。この場合、負荷の増加に伴って、各第２の燃料ノズル部１５０における負荷を増加させる。
　また、着火から中間負荷の直前までは、第１の実施の形態と同様に、第２の燃料供給通路８２および第２の酸化剤供給通路８３、すなわち、第２の燃料ノズル部１５０に、熱交換器２４を通過後の二酸化炭素を導いてもよい。
　上記したように、第５の実施の形態の燃焼器２０によれば、第１の冷却ガス通路１４１および第２の冷却ガス通路１５１を備えることで、第１の燃料ノズル部１４０および第２の燃料ノズル部１５０の温度上昇を抑制できる。
　また、第５の実施の形態の燃焼器２０は、燃料と酸化剤を噴出する燃料ノズル部を複数備える。そして、各燃料ノズル部における燃料流量および酸化剤流量は、それぞれ個別に調整できる。中間負荷から定格負荷までの高負荷条件時において、複数の第２の燃料ノズル部１５０を使用して負荷を増加することで、燃焼場の温度の均一化を図ることができる。
　また、第５の実施の形態の燃焼器２０においては、第１の実施の形態と同様に、負荷に伴う燃料流量の増加に対応して酸化剤流量を増加させることができるため、負荷の変化によらず、当量比を１に維持することができる。また、複数の燃料供給通路および複数の酸化剤供給通路を備えることで、燃料や酸化剤の供給圧力の過大な上昇を抑制できるとともに、安定した燃焼を維持することができる。
　なお、第１の燃料ノズル部１４０および第２の燃料ノズル部１５０の配置構成は、上記した配置構成に限られるものではない。例えば、第１の燃料ノズル部１４０を複数備えてもよい。
　以上説明した実施形態によれば、酸化剤の供給圧力の過大な上昇を抑制しつつ、燃料流量に対応して空気流量を任意に調整することが可能となる。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
　１０、１１…ガスタービン設備、２０…燃焼器、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ、２１Ｅ…燃料ノズル、２２…タービン、２３…発電機、２４…熱交換器、２５…冷却器、２６、２７…圧縮機、４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４１、４２、４３、４４、４４ａ、４６、４７、４８…配管、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９…流量調整弁、７０…燃焼器ライナ、８０…第１の燃料供給通路、８１…第１の酸化剤供給通路、８２…第２の燃料供給通路、８３…第２の酸化剤供給通路、９０、９１、９２、９３、９４、１１１、１１２、１２１、１２２、１４２、１４３、１４４、１５２、１５３、１５４…壁部、１００、１２３、１３１、１４５、１５５…平板、１０１、１２４、１３２、１４６、１５６…噴出孔、１０２、１０３、１０４、１０５…旋回流発生器、１１０、１４０…第１の燃料ノズル部、１２０、１５０…第２の燃料ノズル部、１３０…冷却ガス通路、１４１…第１の冷却ガス通路、１５１…第２の冷却ガス通路、Ｂ１…分岐部、Ｃ１…連結部。

Claims (15)

  1. 　筒状の燃焼器ライナと、
    　前記燃焼器ライナの一端に設けられ、前記燃焼器ライナ内に燃料および酸化剤を噴出する燃料ノズルと
    　を備え、
    　前記燃料ノズルが、
    　燃料を供給する複数の燃料供給通路と
    　酸化剤を供給する複数の酸化剤供給通路と
    　を備え、
    　各前記燃料供給通路に供給される燃料の流量および各前記酸化剤供給通路に供給される酸化剤の流量がそれぞれ個別に調整されることを特徴とするガスタービン燃焼器。
  2. 　前記燃料ノズルが、
    　中央に設けられた第１の燃料供給通路と、
    　前記第１の燃料供給通路の外周に環状に形成された第１の酸化剤供給通路と、
    　前記第１の酸化剤供給通路の外周に環状に形成された第２の燃料供給通路と、
    　前記第２の燃料供給通路の外周に環状に形成された第２の酸化剤供給通路と
    　を備えることを特徴とする請求項１記載のガスタービン燃焼器。
  3. 　前記燃料ノズルが、
    　中央に設けられ、冷却ガスが流れる冷却ガス通路と、
    　前記冷却ガス通路の外周に環状に形成された第１の燃料供給通路と、
    　前記第１の燃料供給通路の外周に環状に形成された第１の酸化剤供給通路と、
    　前記第１の酸化剤供給通路の外周に環状に形成された第２の燃料供給通路と、
    　前記第２の燃料供給通路の外周に環状に形成された第２の酸化剤供給通路と
    　を備えることを特徴とする請求項１記載のガスタービン燃焼器。
  4. 　前記燃料ノズルが、
    　中央に設けられた第１の燃料供給通路と、
    　前記第１の燃料供給通路の外周に環状に形成された第１の酸化剤供給通路と
    　を備える第１の燃料ノズル部と、
    　中央に設けられた第２の燃料供給通路と、
    　前記第２の燃料供給通路の外周に環状に形成された第２の酸化剤供給通路と
    　を備える第２の燃料ノズル部と
    　を備えることを特徴とする請求項１記載のガスタービン燃焼器。
  5. 　前記燃料ノズルが、
    　中央に設けられ、冷却ガスが流れる第１の冷却ガス通路と、
    　前記第１の冷却ガス通路の外周に環状に形成された第１の燃料供給通路と、
    　前記第１の燃料供給通路の外周に環状に形成された第１の酸化剤供給通路と
    　を備える第１の燃料ノズル部と、
    　中央に設けられ、冷却ガスが流れる第２の冷却ガス通路と、
    　前記第２の冷却ガス通路の外周に環状に形成された第２の燃料供給通路と、
    　前記第２の燃料供給通路の外周に環状に形成された第２の酸化剤供給通路と
    　を備える第２の燃料ノズル部と
    　を備えることを特徴とする請求項１記載のガスタービン燃焼器。
  6. 　前記第１の燃料供給通路、前記第１の酸化剤供給通路、前記第２の燃料供給通路および前記第２の酸化剤供給通路から前記燃焼器ライナ内に噴出される燃料および酸化剤の流れが、旋回成分を有していることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項記載のガスタービン燃焼器。
  7. 　前記冷却ガス通路から前記燃焼器ライナ内に噴出される冷却ガスの流れが、旋回成分を有するか、または旋回成分を有しないことを特徴とする請求項３記載のガスタービン燃焼器。
  8. 　前記第１の冷却ガス通路および前記第２の冷却ガス通路から前記燃焼器ライナ内に噴出される冷却ガスの流れが、旋回成分を有するか、または旋回成分を有しないことを特徴とする請求項５記載のガスタービン燃焼器。
  9. 　前記燃料ノズルが、
    　中央に設けられた第１の燃料供給通路と、
    　前記第１の燃料供給通路の外周に環状に形成された第２の燃料供給通路と、
    　前記第２の燃料供給通路の外周に環状に形成された第１の酸化剤供給通路と、
    　前記第１の酸化剤供給通路の外周に環状に形成された第２の酸化剤供給通路と
    　を備えることを特徴とする請求項１記載のガスタービン燃焼器。
  10. 　前記第１の燃料供給通路、前記第２の燃料供給通路および前記第２の酸化剤供給通路から前記燃焼器ライナ内に噴出される燃料および酸化剤の流れが、旋回成分を有し、
    　前記第１の酸化剤供給通路から前記燃焼器ライナ内に噴出される酸化剤の流れが、前記第２の燃料供給通路から前記燃焼器ライナ内に噴出される燃料の流れの旋回成分よりも小さい旋回成分を有するか、または旋回成分を有しないことを特徴とする請求項９記載のガスタービン燃焼器。
  11. 　前記第１の酸化剤供給通路の出口端部が、前記第２の燃料供給通路側に傾斜していることを特徴とする請求項９または１０記載のガスタービン燃焼器。
  12. 　前記ガスタービン燃焼器の着火から定格負荷まで、前記第１の燃料供給通路から燃料および前記第１の酸化剤供給通路から酸化剤が燃焼器ライナ内に噴出され、
    　前記ガスタービン燃焼器の中間負荷から定格負荷まで、前記第２の燃料供給通路から燃料および前記第２の酸化剤供給通路から酸化剤が燃焼器ライナ内に噴出されることを特徴とする請求項２乃至１１のいずれか１項記載のガスタービン燃焼器。
  13. 　前記ガスタービン燃焼器の着火から中間負荷の直前まで、前記第２の燃料供給通路および前記第２の酸化剤供給通路に、二酸化炭素が供給されることを特徴とする請求項１２記載のガスタービン燃焼器。
  14. 　前記酸化剤が、酸素、または酸素と二酸化炭素からなる混合ガスであることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項記載のガスタービン燃焼器。
  15. 　前記冷却ガスが、二酸化炭素であることを特徴とする請求項３、５、７、８のいずれか１項記載のガスタービン燃焼器。
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