JP6239943B2 - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

Description

本発明はガスタービン燃焼器に関する。

環境保護の観点からガスタービン燃焼器にはＮＯｘ排出量のさらなる低減が求められている。ガスタービン燃焼器のＮＯｘ排出量低減のための一方策として、予混合燃焼器があげられるが、この場合、火炎が予混合器内部に入り込み燃焼器を焼損させる逆火現象が懸念される。

特開２００３−１４８７３４号公報（特許文献１）には、燃焼室に燃料を供給する燃料ノズルと、この燃料ノズルの下流側に位置し、空気を供給する空気孔とを多数備え、燃料ノズルの噴出孔と空気孔とを同軸上に配置した燃料燃焼用ノズルから構成されるガスタービン燃焼器が開示されている。

特開２００３−１４８７３４号公報

ガスタービン燃焼器は、着火から定格負荷まで幅広い運転条件を安定に運転させるとともに、ＮＯｘ排出量の低減が必要である。

特許文献１に開示されたガスタービン燃焼器では、バーナを複数配置したマルチバーナの構成や燃料ノズルによる混合促進構造が開示されているが、燃焼用空気がバーナの空気孔プレート上流側にある燃料ノズルが複数並んだ空間を流れる際に燃料ノズルの背後に生じる流れの剥離により圧力損失が生じているという課題がある。

ガスタービン燃焼器における圧力損失はガスタービン全体の効率低下につながるため、ガスタービンの効率向上のためには、ガスタービン燃焼器における圧力損失を低減する必要がある。

本発明の目的は、ＮＯｘ排出量を増加させずにガスタービン燃焼器の圧力損失の低減を可能にしたガスタービン燃焼器を提供することにある。

本発明のガスタービン燃焼器は、燃料を噴出する複数の燃料ノズルと、燃料ノズルの下流側に位置する空気孔プレートに形成されて前記各燃料ノズルとそれぞれ対にして配置された複数の空気孔とから構成されたバーナと、このバーナを構成する燃料ノズルから噴出された燃料と空気孔から噴出された空気を混合して噴出し燃焼する燃焼室とを備えたガスタービン燃焼器において、前記バーナを構成する燃料ノズルを該燃料ノズルの断面の外縁の一部が外方に突出した突出部を有する形状にすると共に、この突出部がガスタービン燃焼器の中心に向くように配置し、この燃料ノズルの周りを流れる燃焼用空気の流れの下流側に前記燃料ノズルの突出部が位置するように構成したことを特徴とする。

本発明によれば、ＮＯｘ排出量を増加させずにガスタービン燃焼器燃焼器の圧力損失の低減を可能にしたガスタービン燃焼器が実現できる。

本発明の第１実施例のガスタービン燃焼器が適用されるガスタービンプラントの概略構成を示すプラント系統図。 本発明の第１実施例のガスタービン燃焼器の軸方向断面図。 図２Ａに示した本発明の第１実施例のガスタービン燃焼器を燃焼室の下流から見た正面図。 比較例の燃料ノズル周りの燃焼用空気の流れを示した燃料ノズルの断面図。 図３Ａに示した比較例の燃料ノズルの形状と燃料ノズルを流れる燃料流の流れを示した燃料ノズルの軸方向断面図。 本発明の第１実施例のガスタービン燃焼器における一実施態様の燃料ノズルの形状とその周りの燃焼用空気の流れを示した燃料ノズルの断面図。 図３Ｃに示した本発明の第１実施例のガスタービン燃焼器における燃料ノズルの形状とその周りの燃焼用空気及び燃料ノズルを流れる燃料流の流れを示した燃料ノズルの軸方向断面図。 本発明の第１実施例の燃料ノズルを備えたガスタービン燃焼器の軸垂直方向断面によって燃料ノズルの配置方法を示した燃料ノズルの配置図。 本発明の第１実施例の燃料ノズルにおける一実施態様の軸垂直方向の断面形状を示した燃料ノズルの断面図。 本発明の第１実施例の燃料ノズルにおける他の一実施態様の軸垂直方向の断面形状を示した燃料ノズルの断面図。 本発明の第１実施例の燃料ノズルにおける更に他の一実施態様の軸垂直方向の断面形状を示した燃料ノズルの断面図。 本発明の第１実施例の燃料ノズルにおける別の一実施態様の軸垂直方向の断面形状を示した燃料ノズルの断面図。 本発明の第２実施例のガスタービン燃焼器の軸方向断面図。 図６Ａに示した本発明の第２実施例のガスタービン燃焼器を燃焼室の下流から見た正面図。 本発明の第２実施例のガスタービン燃焼器の軸垂直方向断面によって燃料ノズルの配置方法を示した燃料ノズルの配置図。 本発明の第３実施例における燃料ノズルの配置方法を示した燃料ノズルの配置図。 本発明の第４実施例における燃料ノズルの配置方法を示した燃料ノズルの配置図。 本発明の第５実施例の一実施態様の燃料ノズルの形状とその周りの燃焼用空気の流れを示した燃料ノズルの断面図。 図１０Ａに示した本発明の第５実施例における燃料ノズルの軸方向断面図。 本発明の第５実施例の他の一実施態様の燃料ノズルの形状とその周りの燃焼用空気の流れを示した燃料ノズルの断面図。 図１０Ｃに示した本発明の第５実施例における燃料ノズルの軸方向断面図。 本発明の第５実施例の更に他の一実施態様の燃料ノズルの形状とその周りの燃焼用空気の流れを示した燃料ノズルの断面図。 図１０Ｅに示した本発明の第５実施例における燃料ノズルの軸方向断面図。

本発明の実施例であるガスタービン燃焼器について図面を用いて以下に説明する。

本発明の第１実施例であるガスタービン燃焼器について図１、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄ、図４、及び図５を用いて説明する。

図１は本発明の第１実施例のガスタービン燃焼器が適用されるガスタービンプラントの概略構成を示すプラント系統図である。

図１に示したガスタービンプラントにおいて、発電用ガスタービンは、吸い込み空気１５を加圧して高圧空気１６を生成する圧縮機１と、圧縮機１で生成した高圧空気１６とガス燃料５０とを燃焼させて高温燃焼ガス１８を生成する燃焼器２と、ガスタービン燃焼器２で生成した高温燃焼ガス１８によって駆動されるタービン３と、タービン３の駆動によって回転され電力を発生させる発電機８と、圧縮機１、タービン３及び発電機８を一体に連結するシャフト７を備える。

そして、ガスタービン燃焼器２はケーシング４の内部に格納されている。また、ガスタービン燃焼器２は、その頭部にバーナ６を備え、このバーナ６の下流側となる燃焼器２の内部に、高圧空気と燃焼ガスとを隔てる概略円筒状の燃焼器ライナ１０を備えている。

この燃焼器ライナ１０の外周には、高圧空気を流下させる空気流路を形成する外周壁となるフロースリーブ１１が配設されている。フロースリーブ１１は燃焼器ライナ１０よりも直径が大きく、燃焼器ライナ１０とほぼ同心円の円筒状に配設されている。

また、燃焼器ライナ１０の下流側には、ガスタービン燃焼器２の燃焼室５で発生した高温燃焼ガス１８をタービン３に導くための尾筒内筒１２が配設されている。また、尾筒内筒１２の外周側に、尾筒外筒１３が配設されている。

吸い込み空気１５は、圧縮機１によって圧縮された後に高圧空気１６となり、ガスタービン定格負荷では、圧力比によっては４００℃以上の高温となる。

高圧空気１６は、ケーシング４内に充満した後、尾筒内筒１２と尾筒外筒１３の間の空間に流入し、尾筒内筒１２を外壁面から対流冷却する。

さらに高圧空気１６は、フロースリーブ１１と燃焼器ライナ１０との間に形成された環状の流路を通ってガスタービン燃焼器２の頭部に向かって流れる。高圧空気１６は流れる途中で、燃焼器ライナ１０の対流冷却に使用される。

また、高圧空気１６の一部は、燃焼器ライナ１０に設けられた多数の冷却孔から燃焼器ライナ１０内へその内壁面に沿うように噴き出て、冷却空気膜を形成し、燃焼器ライナ１０を高温の燃焼ガス１８から保護し冷却する。

高圧空気１６のうち燃焼器ライナ１０の冷却に使用されなかった残りの燃焼用空気１７は、燃焼室５の上流側壁面に位置する空気孔プレート３１に設けられた多数の空気孔３２から燃焼室５に流入する。

多数の空気孔３２から燃焼器ライナ１０に流入した燃焼用空気１７は、燃料ノズル２６から噴出される燃料とともに、燃焼室５で燃焼して高温燃焼ガス１８を生成する。

この高温燃焼ガス１８は尾筒内筒１２を通じてタービン３に供給される。高温燃焼ガス１８は、タービン３を駆動した後に排出されて、排気ガス１９となる。

タービン３で得られた駆動力は、シャフト７を通じて圧縮機１及び発電機８に伝えられる。タービン３で得られた駆動力の一部は、圧縮機１を駆動して空気を加圧し高圧空気を生成する。また、タービン３で得られた駆動力の他の一部は、発電機８を回転させて電力を発生させる。

ガスタービン燃焼器２の頭部に設置されたバーナ６は燃料系統５１、５２の複数の燃料系統を備える。それぞれの燃料系統５１、５２は燃料流量調整弁２１、２２を備えており、各燃料系統５１、５２の流量は燃料流量調整弁２１、２２で調節され、ガスタービンプラント９の発電量が制御される。

また複数の燃料系統５１、５２に分岐する上流側には、燃料を遮断するための燃料遮断弁２０が備えられている。

図２Ａは第１実施例のガスタービン燃焼器２の軸方向断面図を示し、図２Ｂにはガスタービン燃焼器２を燃焼室５の下流から見たときの正面図を示す。

本実施例のガスタービン燃焼器２は、一つのバーナ６により構成され、そのバーナ６には多数の燃料ノズル２６と、燃料を多数の燃料ノズル２６に分配する燃料ノズルヘッダ２４と、空気及び燃料が通過する多数の空気孔３２が燃料ノズル２６に一対一で対応して配置された空気孔プレート３１から構成される。

これらの燃料ノズル２６と空気孔プレート３１に形成された空気孔３２は、バーナ６の中心軸８０を中心とした３列の同心円上に環状に配置されている。燃焼用空気１７はバーナ６の外周から流入し、複数の燃料ノズル２６の間隙をすり抜けながらバーナ中心８０に向かって流れつつ空気孔プレート３１に形成された空気孔３２に流入する。

空気孔プレート３１の空気孔３２の中で燃焼用空気１７と燃料噴流２７が混合し、その混合気が燃焼室５に供給される。また、バーナの空気孔３２は燃焼室５の軸心に対して傾斜して形成されることによって、バーナ６の下流に旋回流４０を形成し、旋回流４０で生じた循環流４１により火炎４２を形成する。

本実施例のガスタービン燃焼器２は一つのバーナ６により構成されるため、バーナ６の中心軸８０とガスタービン燃焼器２の中心軸８１は一致する。

ここで、本実施例におけるガスタービン燃焼器２のバーナ６を構成する燃料ノズル２６の形状を示す。

図３Ａ及び図３Ｂはガスタービン燃焼器２のバーナ６を構成する燃料ノズル２６の断面形状が比較例の燃料ノズルと同じ円形である場合の燃料ノズル２６周りの燃焼用空気１７の流れを示す図であり、図３Ｃ及び図３Ｄは本発明の第１実施例のガスタービン燃焼器２のバーナ６を構成している一実施態様の燃料ノズル２６の形状、及び、その周りの燃焼用空気の流れを示す図である。

図３Ａ及び図３Ｂに示したように、断面形状が円形である比較例の燃料ノズル２６の場合、燃料ノズル２６の周りを流れる燃焼用空気１７はその背後で流れが剥離することで再循環流６１が形成され、これが複数の燃料ノズルで生じることによりガスタービン燃焼器の圧力損失につながっている。

そこで、図３Ｃ及び図３Ｄに示した本実施例のガスタービン燃焼器２では、バーナ６を構成する燃料ノズル２６の形状を、該燃料ノズル２６の断面の外周側の一部が外方に突出した突出部となるエッジ６２を形成させ、該燃料ノズル２６の周りを流れる燃焼用空気１７の下流側に前記燃料ノズル２６のエッジ６２が位置するように配置したものである。

そして、この燃料ノズル２６の外方に突出した突出部となるエッジ６２を燃焼用空気６２の流れの下流側に向けて配置させることによって、燃料ノズル２６の周りの燃焼用空気１７の流れが整流されることで、剥離に伴う再循環流の形成が抑制され、ガスタービン燃焼器２の圧力損失を低減することが可能となる。

図４には図２Ａ及び図３Ｄで示した断面３７におけるガスタービン燃焼器２のバーナ６の軸垂直方向断面図により本実施例のガスタービン燃焼器２のバーナ６を構成する燃料ノズル２６の配置方法を示す。

図２Ａ及び図４に示すように、空気孔プレート３２と燃料ノズルヘッダ２４の間の空間では燃焼用空気１７はバーナ６の外周からその中心８０に向かって複数の燃料ノズル２６の間隙をすり抜けながら流れる。

本実施例のガスタービン燃焼器２のバーナ６を構成する燃料ノズル２６の後縁に形成した突出部であるエッジ６２は燃焼用空気１７の流れの下流方向であるバーナ中心を向くように配置されている。

図２Ａ、図２Ｂ、及び図４では、ガスタービン燃焼器２のバーナ６を構成する多数の燃料ノズル２６及びこれらの多数の燃料ノズル２６と対になって空気孔プレート３１に形成された多数の空気孔３２は、ガスタービン燃焼器２の中心から半径方向外方にかけて同心円状に複数列配置、例えば図４では３列で配置されているが、これらは３列に限定されるものではなく、４列以上で同心円状に配置されていてもよい。

また、多数の空気孔３２の配列は、それぞれの列で環状に配置されていればバーナ６と同心円上の配列に限定されるものではなく、それぞれの環の中心がバーナ中心８０と異なっていてもよい。

また、燃料ノズル２６の背後での燃焼用空気の流れの剥離を抑制することができるのであれば、燃料ノズル２６の断面の流れの上流側の形状は図３Ｃ及び図３Ｄに示すような鈍頭形状に限らず、図５Ａに示すように後縁のエッジ６２と同様なエッジを形成した形状でもよい。

また、燃料ノズル２６の断面形状の流れに対して燃料ノズル２６の断面の上流側と下流側の形状は、図５Ａに示したように滑らかに接続する形状となるように形成してもよいし、図５Ｂに示したように傾斜面が交差するような不連続な形状で接続してもよい。

燃料ノズル２６の背後での燃焼用空気の流れの剥離を抑制し圧力損失を低減するには、燃料ノズル２６の後縁が外方に突出した突出部となるエッジ６２の形状が最適であるが、図５Ｃに示すように燃料ノズル２６の軸垂直断面の流れに対する突出部の幅６３が下流方向に緩やかに縮小するような突出部の形状であれば、流れの剥離は最小限に抑えられるため、燃料ノズル２６の後縁の突出部の形状はエッジ形状に限らず、曲率を形成していてもよい。

また、図５Ｄに示すように、燃料ノズル２６の突出部の形状は、エッジ部後縁が平面であっても、再循環領域６１は図３Ａ及び図３Ｂに示した円形断面の背後に生じる再循環領域よりは小さくなるため圧力損失は低減できる。

図３Ｃ及び図３Ｄ、並びに、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ、及び図５Ｄに圧力損失を低減できる燃料ノズル２６の後縁に形成した突出部の構造をそれぞれ示したが、ガスタービン燃焼器２のノズル６は、燃料ノズル２６の後縁に形成した突出部が全て同一形状であっても、燃料ノズル２６の後縁に形成した突出部が異なる複数の形状を組み合わせて配置したものであってもよい。

本実施例のガスタービン燃焼器２のバーナ６に前述した構成の後縁に突出部を形成した燃料ノズル２６を採用することで、燃料ノズル２６周りの流れが整流され、流れの剥離が原因となって燃料ノズル２６に作用する非定常の流体力が抑制され、ガスタービン燃焼器２の構造の信頼性が向上する。

また、着目する燃料ノズル２６と空気孔プレート３１に形成した空気孔３２の対よりも下流、すなわち、よりバーナ６の中心に近い燃料ノズル２６と空気孔３２の対に対して流入する燃焼用空気１７の乱れが低減されるため、空気孔３２への燃焼用空気の流入量が均一化され、ガスタービン燃焼器２の燃焼室５内での局所燃空比が一様になることでＮＯｘ排出量は低減する。

以上説明したように、本実施例によれば、ＮＯｘ排出量を増加させず圧力損失の低減を可能にしたガスタービン燃焼器が実現できる。

次に本発明の第２実施例であるガスタービン燃焼器２について図６Ａ、図６Ｂ、及び図７を用いて説明する。

第２実施例のガスタービン燃焼器２では、第１実施例のガスタービン燃焼器２と共通した構成及び作用効果についての説明は省略し、相違する部分についてのみ以下に説明する。

図６Ａは第２実施例のガスタービン燃焼器２の軸方向断面図を示し、図６Ｂは図６Ａに示したガスタービン燃焼器２を燃焼室５の下流から見た正面図である。

図６Ａ、図６Ｂに示した本実施例のガスタービン燃焼器２では、図１Ａ及び図１Ｂに示した第１実施例のガスタービン燃焼器２のバーナ６を、ガスタービン燃焼器２の中央となる内周側に１個の中央バーナ３５を配置し、その外周に複数個の外周バーナ３６を配置（例えば６個）して組み合わせて１つのマルチバーナ３４を構成したものである。

実施例のガスタービン燃焼器２においては、図６Ａ、図６Ｂに示したようなマルチバーナ３４の構成とすることで、燃料系統を５１〜５４のように複数化して、ガスタービンの負荷の変化に対して柔軟に対処することができるとともに、組み合わせる数により、ガスタービン燃焼器１缶あたりの容量の異なるものを比較的に容易に提供できる。

本実施例で示すガスタービン燃焼器２のマルチバーナ３４においても、燃焼用空気１７はマルチバーナ３４の外周から流入し、外周バーナ３６の複数の燃料ノズル２６の間隙及び複数の外周バーナ３６の間隙をすり抜け、さらに中央バーナ３５の複数の燃料ノズル２６の間隙をすり抜けながら燃焼器中心８１に向かって流れつつ、複数の外周バーナ３６及び中央バーナ３５の空気孔３２に流入する。

本実施例のガスタービン燃焼器２における燃料ノズル２６としては、第１実施例のガスタービン燃焼器２で示した燃料ノズル２６の形状のいずれの形状であってもよく、それらを複数組み合わせて設置してもよい。

図７には図６Ａで示したガスタービン燃焼器２の断面３８におけるマルチバーナ３４の軸垂直方向断面図により本実施例の燃料ノズル２６の配置の概略を示す。

本実施例のガスタービン燃焼器２におけるマルチバーナ３４の構成の場合、ガスタービン燃焼器２の中央バーナ３５の中心８０はガスタービン燃焼器２の中心８１と一致するため、燃料ノズル２６の後縁の突出部であるエッジ６２は燃焼用空気流１７の流れ方向であるバーナの中心８１に向くように配置されている。

すなわち、図４に示す第１実施例のガスタービン燃焼器２における燃料ノズル２６と同じ配置方法となる。一方、本実施例のガスタービン燃焼器２を構成する複数のバーナのうち、外周バーナ３６は、その中心８０とガスタービン燃焼器２の中心８１が一致せず、燃焼用空気１７は図７に示すようにバーナ２６の中心８０ではなくガスタービン燃焼器２の中心８１に向かって流れる。

したがって、ガスタービン燃焼器２の外周に位置するバーナ６の燃料ノズル２６は図７に示すように、燃焼用空気流１７の下流側のそれぞれのエッジ６２がバーナ中心８０ではなくガスタービン燃焼器２の中心８１を向くように配置される。

本実施例のガスタービン燃焼器２によれば、単一のバーナ６と同様にマルチバーナ３４においても、燃料ノズル２６の背後での流れの剥離を抑制し、圧力損失を低減できる。加えて、燃料ノズル２６の周りの流れが整流されることで、流れの剥離が原因となって燃料ノズル２６に作用する非定常の流体力が抑制され、ガスタービン燃焼器２の構造の信頼性が向上する。

また、着目する燃料ノズル２６と空気孔３２の対より下流、すなわち、より燃焼器中心８１に近い燃料ノズル２６と空気孔３２の対に対して流入する燃焼用空気１７の乱れが低減されるため、空気孔３２への燃焼用空気１７の流入量が均一化され、ガスタービン燃焼器２の燃焼室５内での局所燃空比が一様になることでＮＯｘ排出量は低減する。

よって本実施例によれば、バーナを複数個組み合わせてマルチバーナを構成するようにしたガスタービン燃焼器においてもＮＯｘ排出量を増加させず圧力損失の低減を実現できる。

以上説明したように、本実施例によれば、ＮＯｘ排出量を増加させず圧力損失の低減を可能にしたガスタービン燃焼器が実現できる。

次に本発明の第３実施例であるガスタービン燃焼器２について図８を用いて説明する。

図８に示した第３実施例のガスタービン燃焼器２では、第１実施例のガスタービン燃焼器２と共通した構成及び作用効果についての説明は省略し、相違する部分についてのみ以下に説明する。

図８に第３実施例のガスタービン燃焼器２における燃料ノズル２６の配置方法を示す。第１実施例のガスタービン燃焼器２で示したバーナ６のように、燃料ノズル２６がガスタービン燃焼器の中心から半径方向外方にかけて同心状に複数列の環状に配置されている場合、燃料ノズル２６の周りを流れる燃焼用空気１７の流速は、内周側に配置した燃料ノズル２６よりも外周側に配置した燃料ノズル２６の周りを流れる燃焼用空気１７の方が流速が速くなる。

つまり、複数列の環状に配置された燃料ノズル２６は、より外周側に位置する燃料ノズル２６ほどその背後に形成される循環流は大きくなり、それに伴う圧力損失も大きくなる。

よって、第１実施例のガスタービン燃焼器２に示す燃料ノズル２６の後縁の突出部の形状であるエッジ部６２の形状に変更することによる圧力損失低減の効果も、内周側に位置する燃料ノズル２６よりも外周側に位置する燃料ノズル２６の方が大きくなる。

一方で、燃料ノズル２６の後縁の突出部の形状変更に伴い、燃料ノズル２６及びガスタービン燃焼器自体の加工費が増加する可能性がある。加工費の増加を抑えるためには、形状を変更する燃料ノズル２６の本数を減らす方法が考えられる。

その場合、図８に示すように、複数列の環状に配列された燃料ノズル２６のうち、最外周の燃料ノズル２６のみを第１実施例のガスタービン燃焼器２の燃料ノズル２６の後縁に示す突出部であるエッジ部３２の形状の通りに変更することで、加工費の増加を抑えつつ、圧力損失の低減効果を最大化することができる。

ガスタービン燃焼器２の燃料ノズルが４列以上の環状に配置される場合であっても、その最外周の燃料ノズル２６のみを第１実施例のガスタービン燃焼器２の燃料ノズル２６に示す突出部の形状であるエッジ部６２の形状の通りに変更することで、３列に配置されたガスタービン燃焼器２の燃料ノズル２６の場合と同様の効果が得られる。

また、加工費の増加がある程度許容されるのであれば、燃料ノズル２６の形状の変更を最外周に限定せず、増加が許容される範囲内で最外周から優先的に複数周の燃料ノズル２６の形状を変更することも可能である。

以上のように、本実施例のガスタービン燃焼器２によれば、形状を変更する燃料ノズル２６の本数を限定することにより、加工費の増加を抑えつつ圧力損失の低減を実現できる。

以上説明したように、本実施例によれば、ＮＯｘ排出量を増加させず圧力損失の低減を可能にしたガスタービン燃焼器が実現できる。

次に本発明の第４実施例であるガスタービン燃焼器２について図９を用いて説明する。

図９に示した第４実施例のガスタービン燃焼器２では、第１実施例のガスタービン燃焼器２と共通した構成及び作用効果についての説明は省略し、相違する部分についてのみ以下に説明する。

図９には第４実施例のガスタービン燃焼器２における燃料ノズル２６の配置方法を示す。第３実施例では燃料ノズル２６の形状の変更に伴う加工費の増加を抑えつつ圧力損失を低減するための、一つのバーナ６で構成されるガスタービン燃焼器２における燃料ノズル２６の配置方法を示したが、本実施例のガスタービン燃焼器２における燃料ノズル２６の配置方法では、第２実施例のガスタービン燃焼器２に示した複数のバーナを組み合わせて一つのマルチバーナ３４としたガスタービン燃焼器においても第３実施例のガスタービン燃焼器２と同様な効果を得ることができる燃料ノズル２６の配置方法を示す。

複数のバーナを組み合わせて一つのマルチバーナ３４とした本実施例のガスタービン燃焼器２においても、燃料ノズル２６の周りを流れる燃焼用空気の流速は燃焼器中心８１から離れるほど速くなるため、燃焼器中心８１から離れて位置する燃料ノズル２６ほどその背後に形成される再循環流は大きくなり、それに伴う圧力損失も大きくなる。よって、第１実施例のガスタービン燃焼器２に示す燃料ノズル２６の形状とすることによる圧力損失低減の効果も大きくなる。

そこで、燃焼器中心８１を中心とする半径Ｒの円８２を定義し、円８２の外側に中心が位置する燃料ノズル２６のみを第１実施例のガスタービン燃焼器２に示す燃料ノズル２６の形状に変更することにより、形状を変更するノズル本数を限定して燃料ノズル２６の加工費の増加を抑えつつ、圧力損失の低減効果を最大化することができる。

円８２の半径Ｒは、許容される加工費の増加から算出される変更可能な燃料ノズルの本数や、要求される圧力損失の低減の大きさより決定される。

以上のように、本実施例のガスタービン燃焼器２によれば、複数のバーナを組み合わせて一つのマルチバーナとしたガスタービン燃焼器においても、形状を変更する燃料ノズルの本数を限定することにより、加工費の増加を抑えつつ圧力損失の低減を実現できる。

以上説明したように、本実施例によれば、ＮＯｘ排出量を増加させず圧力損失の低減を可能にしたガスタービン燃焼器が実現できる。

次に本発明の第５実施例であるガスタービン燃焼器２について図１０Ａ〜図１０Ｆを用いて説明する。

図１０Ａ〜図１０Ｆに示した第５実施例のガスタービン燃焼器２では、第１実施例のガスタービン燃焼器２と共通した構成及び作用効果についての説明は省略し、相違する部分についてのみ以下に説明する。

本実施例のガスタービン燃焼器２では、燃料ノズル２６の背後での燃焼用空気の流れの剥離を抑制してガスタービン燃焼器の圧力損失を低減しつつ、燃料ノズル２６の先端を空気プレート３１に形成した空気孔３２の中に挿入できるガスタービン燃焼器２の燃料ノズル２６の構造を示す。

図１０Ａ〜図１０Ｆは本実施例のガスタービン燃焼器２の燃料ノズル２６の形状を示した図である。

図１０Ａ〜図１０Ｆに示したように、本実施例のガスタービン燃焼器２の燃料ノズル２６では、空気プレート３１に形成した空気孔３２内での燃料と空気の混合促進を目的として、燃料ノズル２６の先端を空気孔３２に挿入する構造が考えられる。

しかし、第１実施例に示したガスタービン燃焼器２の燃料ノズル２６の形状では、燃料ノズル２６の断面の最大幅が空気孔３２の径よりも大きくなり、燃料ノズル２６を空気孔３２に挿入できない場合がある。

そこで本実施例のガスタービン燃焼器２の燃料ノズル２６においては、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、燃料ノズル２６の形状を、燃料ノズル２６の軸方向の根元部の断面が後縁側に突出した突出部となるエッジ６２を形成しているが、燃料ノズル２６の軸方向の先端部の断面は円形である円筒形状となるように形成することにより、燃焼用空気の流れの剥離による圧力損失を低減しつつ、燃料ノズル２６の先端を空気孔３２に挿入することを可能にしたものである。

また、図１０Ａ及び図１０Ｂに示した本実施例のガスタービン燃焼器２の燃料ノズル２６の形状では、根元の形状と先端の形状が不連続に変化しているため、その不連続部において流れが剥離することによって生じる乱れが、空気孔３２への燃焼用空気１７の流入に影響を与える可能性がある。

そこで、図１０Ｃ、図１０Ｄ、図１０Ｅ、及び図１０Ｆに示すように、本実施例のガスタービン燃焼器２の燃料ノズル２６の形状を燃料ノズル２６の根元部に形成した突出部となるエッジ６２の形状から、燃料ノズル２６の先端部の円筒形状へ連続的に滑らかに変化させる連続部を形成することにより、不連続部で生じる流れの乱れを抑制することが可能となる。

上記した本実施例のガスタービン燃焼器２の燃料ノズル２６により、燃料ノズル２６の背後での燃焼用空気１７の流れの剥離を抑制してガスタービン燃焼器の圧力損失を低減しつつ、燃料ノズル２６の先端の空気孔３２への挿入を実現できる。

以上説明したように、本実施例によれば、ＮＯｘ排出量を増加させず圧力損失の低減を可能にしたガスタービン燃焼器が実現できる。

１：圧縮機、２：ガスタービン燃焼器、３：タービン、４：ケーシング、５：燃焼室、６：バーナ、７：シャフト、８：発電機、９：ガスタービンプラント、１０：燃焼器ライナ、１１：フロースリーブ、１２：尾筒内筒、１３：尾筒外筒、１５：吸い込み空気、１６：高圧空気、１７：燃焼用空気、１８：高温燃焼ガス、１９：排気ガス、２０：燃料遮断弁、２１、２２：燃料流量調節弁、２４：燃料ノズルヘッダ、２６：燃料ノズル、２７：燃料噴流、２８：燃料流、３１：空気孔プレート、３２：空気孔、３４：マルチバーナ、３５：中央バーナ、３６：外周バーナ、３７、３８：ガスタービン燃焼器中心軸に垂直で燃料ノズルを横断する断面、４０：旋回流、４１：循環流、４２：火炎、５０〜５４：燃料、５６：燃料流量制御装置、６１：再循環流、６２：燃料ノズル断面エッジ部、６３：燃料ノズルの軸垂直断面の流れに対する幅、８０：バーナ中心、中心軸、８１：燃焼器中心、中心軸、８２：ガスタービン燃焼器と同心の半径Ｒの円。

Claims (8)

1. 燃料を噴出する複数の燃料ノズルと、燃料ノズルの下流側に位置する空気孔プレートに形成されて前記各燃料ノズルとそれぞれ対にして配置された複数の空気孔とから構成されたバーナと、このバーナを構成する燃料ノズルから噴出された燃料と空気孔から噴出された空気を混合して噴出し燃焼する燃焼室とを備えたガスタービン燃焼器において、
   前記バーナを構成する燃料ノズルを該燃料ノズルの断面の外縁の一部が外方に突出した突出部を有する形状にすると共に、この突出部がガスタービン燃焼器の中心に向くように配置し、この燃料ノズルの周りを流れる燃焼用空気の流れの下流側に前記燃料ノズルの突出部が位置するように構成したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
2. 請求項１に記載したガスタービン燃焼器において、
   燃料ノズルの断面の外縁の一部が外方に突出した突出部は、エッジ状に形成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
3. 請求項１に記載したガスタービン燃焼器において、
   燃料ノズルの断面の外縁の一部が外方に突出した突出部は、燃焼用空気の流れに対する燃料ノズルの軸垂直断面の突出部の幅が燃焼用空気の流れの下流方向に緩やかに縮小する形状に形成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
4. 請求項１に記載したガスタービン燃焼器において、
   前記燃料ノズルは、燃料ノズルの断面の外縁の一部が外方に突出した突出部がエッジ状に形成されている燃料ノズルと、燃焼用空気の流れに対する燃料ノズルの軸垂直断面の突出部の幅が燃焼用空気の流れの下流方向に緩やかに縮小する形状に形成されている燃料ノズルとを組み合わせて配置していることを特徴とするガスタービン燃焼器。
5. 請求項１に記載したガスタービン燃焼器において、
   前記バーナをガスタービン燃焼器の中央となる内周側に設置した中央バーナと、前記バーナをガスタービン燃焼器の外周側となる前記中央バーナの外周側に複数個設置した外周バーナを組み合せてマルチバーナを構成したことを特徴とするガスタービン燃焼器。
6. 請求項１に記載したガスタービン燃焼器において、
   前記バーナを構成する複数の燃料ノズルと、該燃料ノズルの下流側に位置する空気孔プレートに形成されて前記各燃料ノズルとそれぞれ対にして配置された複数の空気孔は、ガスタービン燃焼器の中心から半径方向外方にかけて同心円状に複数列配置されており、
   前記ガスタービン燃焼器の中心から半径方向外方に同心円状に配置された複数列の一部の列に設置された燃料ノズルに対して、燃料ノズルの断面の外縁の一部が外方に突出した突出部を形成していることを特徴とするガスタービン燃焼器。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載したガスタービン燃焼器において、
   前記バーナを構成する燃料ノズルは、その軸方向の断面形状が燃料ノズルの根元部では燃料ノズルの断面の外縁の一部が外方に突出した突出部を形成すると共に、燃料ノズルの先端部では円筒形状に形成されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。
8. 請求項７に記載したガスタービン燃焼器において、
   前記バーナを構成する燃料ノズルは、その軸方向の断面形状が該燃料ノズルの根元部のノズル突出部と該燃料ノズルの先端部の円筒形状との間に形状が連続的に滑らかに変化する連続部を形成していることを特徴とするガスタービン燃焼器。

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