JPH11223342A - ガスタービン用燃焼器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】せん断層火炎の形成を減少させ、隣接する火炎
の干渉を充分低減して、より安定な火炎を形成すること
が可能なガスタービン用燃焼器を提供する。 【解決手段】燃焼器の中心部に拡散燃焼バーナ２が設置
され、この拡散燃焼バーナの外周に環状の予混合燃焼バ
ーナ１０が設置されているガスタービン用燃焼器におい
て、前記拡散燃焼バーナ２の出口部に、バーナ出口断面
積が下流に向かって拡大する円錐筒状の内側隔壁６Ａを
設けるとともに、前記予混合燃焼バーナ１０の出口に、
バーナ出口断面積が下流に向かって拡大する円錐筒状の
外側隔壁６Ｂを設け、かつ前記内外隔壁の下流側先端部
を接合するように形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガスタービン用燃焼
器の改良に係わり、特に燃焼器の中心部に拡散燃焼バー
ナが設置され、この拡散燃焼バーナの外周に予混合燃焼
バーナが設置されているガスタービン用燃焼器に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】最近における複合サイクル発電プラント
は、高効率化のためにガスタービンの入口温度が高温化
されている。入口温度の高温化は排出される窒素酸化物
（以下ＮＯｘと称する）の量の増大につながるが、一方
で排ガス中のＮＯｘ低減に対する要求は大きく、種々の
面からＮＯｘ低減策の検討がなされている。

【０００３】一般に窒素含有量の少ない燃料を使用する
ガスタービン用燃焼器で発生するＮＯｘは、空気中の窒
素が酸化されて発生するサーマルＮＯｘである。サーマ
ルＮＯｘの生成は温度依存性が高いため、ガスタービン
用燃焼器における低ＮＯｘ化の方法として燃焼器内の火
炎温度を低下させることが有効である。

【０００４】燃焼方式には、主に拡散燃焼と予混合燃焼
とがある。拡散燃焼は、火炎安定性に優れ広い燃空比範
囲で火炎を形成できるが、燃料と空気とを混合しながら
燃焼するため火炎内で空間的に燃空比は大きく変化し、
希薄燃焼を試みても燃料の一部は燃料過剰の状態で燃焼
する。そのため、局所的に火炎温度が高くなることによ
り多量のＮＯｘが発生しやすい。

【０００５】一方、予混合燃焼は、燃料と空気とを燃焼
室に投入する前に混合する。したがってこの燃焼方法
は、拡散燃焼よりは火炎内の燃空比の均一化を図りやす
く、混合の不均一による局所的な高温部の形成を逃れら
れるため、ＮＯｘ低減効果は大きい。しかし、火炎を安
定に形成できる燃空比および燃料の噴出速度の条件が拡
散燃焼よりも狭く、その調整が難しい嫌いがある。

【０００６】現在では、火炎の安定性を確保しつつ燃焼
温度の上昇を抑制しＮＯｘの生成を押さえる方法とし
て、拡散・予混合を組み合わせた２段燃焼が広く行われ
ている。この２段燃焼方式では、１段目の燃焼として着
火と保炎とを有利にするために拡散燃焼を行わせ、２段
目の燃焼でＮＯｘ低減効果の大きい予混合燃焼を行わせ
ることにより、低ＮＯｘ化を図りつつ火炎の安定性を保
つ方法が用いられている。

【０００７】例えば、特開平７−２８０２６７号公報に
開示されている燃焼器では、拡散燃焼バーナが燃焼器の
中心部に配置され、その周りを環状の予混合燃焼器が取
り囲むように形成されている。また、特開平６−２４１
４５７では、拡散燃焼バーナが燃焼器中心に位置し、そ
の周りを円筒状の複数の予混合燃焼バーナが取り囲むよ
うに形成されている。これら２種類の燃焼器，すなわち
二段燃焼を行う燃焼器では低ＮＯｘ化のために中心部に
形成される拡散火炎の燃空比を極力低くし予混合火炎の
燃焼割合を増やすことで低ＮＯｘ化を図っている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】近年の環境問題に対す
る厳しさから、ガスタービンは更なる低ＮＯｘ化が求め
られており、この拡散燃焼と予混合燃焼とを組み合わせ
た燃焼器で、さらに火炎温度の低下を図るために、予混
合燃焼の割合を増加させるとともに、その予混合比率も
増加し、より希薄な状態での予混合燃焼が行われるよう
になってきている。しかし、ＮＯｘ低減のために予混合
燃焼の割合を増加した場合、前述したように火炎が不安
定になることが大きな問題として挙げられ、さらに拡散
燃焼と予混合燃焼とを組み合わせたこの種の燃焼器にお
いては、両者の燃焼火炎の関係が不安定となり易く燃焼
振動を発生する恐れがある。

【０００９】この燃焼振動を発生する条件は極めて複雑
であり、拡散燃焼用燃料や予混合気の噴出条件、拡散燃
焼用燃料と予混合燃焼用燃料との供給割合等を変化させ
た場合、ある条件に達すると火炎が不安定となり、燃焼
振動が発生する。特に、複数の燃焼バーナを備えた燃焼
器においては、拡散燃焼火炎と予混合燃焼火炎との干渉
による燃焼振動の発生が問題となる。

【００１０】すなわち、この拡散燃焼バーナと予混合燃
焼バーナとを組み合わせた燃焼器は、図１０にも示され
ているように、旋回により燃焼器中心部に拡散火炎を安
定に形成し、そしてその外周に希薄予混合火炎を形成す
る方法として、拡散燃焼バーナ出口に円錐形の隔壁を設
置しその外周に設置された予混合燃焼バーナとの仕切と
している。

【００１１】拡散燃焼バーナは負荷切替時等にその外周
の予混合バーナに火炎伝播させる必要があることから、
拡散燃焼バーナ下流には旋回による循環流を形成させ、
拡散火炎の安定化を図るとともに外周への予混合バーナ
への火炎伝播を容易にする構造として円錐形の隔壁を用
いることが多い。予混合燃焼バーナは、下流に設けた保
炎器や予混合気に与えられた旋回により予混合器下流に
形成される循環渦により保炎する。

【００１２】拡散燃焼バーナ出口に円錐形の隔壁を配置
した場合、この隔壁先端下流にはこの隔壁先端を起点と
した渦が形成されるため、未燃の拡散燃料と未燃の予混
合気とがこの渦を保炎点としてせん断層火炎を形成す
る。このせん断層火炎は不安定であるとともに、未燃の
拡散燃料から形成されるのでその外周に形成される予混
合火炎より燃空比が高いため未燃の予混合気の保炎点と
なり易い。そのため、火炎干渉による火炎不安定の要因
となり燃焼振動を発生しやすくなる。

【００１３】従来の燃焼器から、さらなる低ＮＯｘ化を
図った燃焼器を開発する場合には、予混合燃焼比率の増
大が不可欠であるが、予混合比率を増大した場合、予混
合火炎の安定した形成が重要であり、上記のような燃焼
振動の発生要因は極力低減する必要がある。また、燃焼
振動の低減は、ガスタービン用燃焼器の運用性と信頼性
との両方に直接影響する問題であることから非常に重要
であり、ガスタービン用燃焼器の開発においては重要な
課題である。

【００１４】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、より低レベルなＮＯｘ排出濃度を
目指した場合においても、せん断層火炎の形成を減少さ
せ、隣接する火炎の干渉を充分低減して、より安定な火
炎を形成することが可能なこの種のガスタービン用燃焼
器を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、燃焼
器の中心部に拡散燃焼バーナが設置され、この拡散燃焼
バーナの外周に環状の予混合燃焼バーナが設置されてい
るガスタービン用燃焼器において、前記拡散燃焼バーナ
の出口部に、バーナ出口断面積が下流に向かって拡大す
る円錐筒状の内側隔壁を設けるとともに、前記予混合燃
焼バーナの出口に、バーナ出口断面積が下流に向かって
拡大する円錐筒状の外側隔壁を設け、かつ前記内外隔壁
の下流側先端部を接合するように形成し所期の目的を達
成するようにしたものである。

【００１６】また本発明は、燃焼器の中心部に拡散燃焼
バーナが設置され、この拡散燃焼バーナの外周に環状の
予混合燃焼バーナが設置されているガスタービン用燃焼
器において、前記拡散燃焼バーナの出口部に、バーナ出
口断面積が下流に向かって拡大する円錐筒状の内側隔壁
を設け、かつ前記予混合燃焼バーナの出口内周側に、下
流に向かうに従い径が縮小する円錐筒状の外側隔壁を設
けるとともに、前記両隔壁の下流側先端部を接合し、か
つ前記内外隔壁のいずれか一方若しくは双方に、隔壁を
冷却する冷却空気噴出孔を設けるようにしたものであ
る。

【００１７】また、燃焼器の中心部に設置された拡散燃
焼バーナと、この拡散バーナの外周に設置された予混合
燃焼バーナとを備え、前記予混合燃焼バーナが、拡散燃
焼バーナを取り囲むように複数の円筒状バーナの並設に
より形成されているガスタービン用燃焼器において、前
記拡散燃焼バーナの出口部に、バーナ出口断面積が下流
に向かって拡大する円錐筒状の内側隔壁を設けるととも
に、前記予混合燃焼バーナの出口で拡散燃焼バーナ側の
部分に、下流に向かうに従い径が縮小する円錐筒状の外
側隔壁を設け、かつ、前記両隔壁の下流側先端部を接合
するとともに、前記内外隔壁のいずれか一方若しくは双
方に、それぞれの隔壁を冷却する冷却空気噴出孔を設け
るようにしたものである。

【００１８】またこの場合、前記冷却空気噴出孔を、冷
却空気が隔壁面に沿って下流側に噴出するリップ構造と
したものである。また、前記予混合燃焼バーナの下流に
旋回予混合気流を発生する旋回羽根を備えるようにした
ものである。

【００１９】すなわちこのように形成されたスタービン
用燃焼器であると、拡散燃焼バーナの出口部に、バーナ
出口断面積が下流に向かって拡大する円錐筒状の内側隔
壁が設けられ、かつ予混合燃焼バーナの出口部に、バー
ナ出口断面積が下流に向かって拡大する円錐筒状の外側
隔壁が設けられ、そして前記内外隔壁の下流側先端部が
接合するように形成されていることから、拡散燃焼バー
ナ出口の隔壁先端は、予混合燃焼バーナから離れた位置
（中心軸側）に移動され、従来集中していた予混合燃焼
バーナ近傍のせん断層火炎を散在させて、隣接する火炎
の干渉を充分低減し、安定な火炎を形成することが可能
となるのである。

【００２０】すなわち、予混合燃焼バーナは、本来下流
に設けた保炎器や予混合気に与えられた旋回により予混
合器下流に形成される循環渦により保炎する。従来のよ
うに、拡散燃焼バーナ出口にのみ隔壁を配置した場合に
は、隔壁先端の下流に渦が発生し、未燃の拡散燃料と未
燃の予混合気によりこの渦を保炎点としたせん断層火炎
が形成される。この拡散火炎と予混合火炎の間に形成さ
れたせん断層火炎は不安定であるとともに、未燃の拡散
燃料から形成されるのでその外周に形成される予混合火
炎より燃空比が高いため未燃の予混合気の保炎点となり
易い。そのため、火炎干渉による火炎不安定の要因とな
り燃焼振動を発生しやすくなる。この点、本発明のよう
に、隔壁先端の位置を予混合燃焼バーナ側から離れるこ
とで、せん断層火炎が予混合燃焼火炎に与える影響を抑
制することができるのである。

【００２１】また本発明では、内外隔壁に、隔壁表面に
沿って冷却空気が流れるように冷却空気噴出孔が設けら
れていることから、隔壁により形成されるよどみ領域か
らの渦の発生を抑制でき、このため、隔壁先端に形成さ
れるせん断層火炎が前記渦により移動するのを防止する
ことができる。また、拡散・予混合の両バーナ出口の隔
壁に沿って流した空気は、隔壁表面を整流するとともに
隔壁接合部下流の流れも整流する効果を持つことから、
隔壁接合部下流に形成されるせん断層火炎の保炎点とな
る渦を低減することで、このせん断層火炎を明確には形
成させない効果を持つのである。

【００２２】このことは、拡散・予混合の両バーナ出口
の隔壁によりせん断層火炎を予混合火炎から遠ざける効
果とともに、隔壁表面に流す空気でせん断層火炎を弱め
る効果の相乗効果により、さらに予混合火炎の不安定化
を防ぎ、燃焼振動の低減を図ることが可能となるのであ
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下図示した実施例に基づいて本
発明を詳細に説明する。図１および図２にはそのガスタ
ービン用燃焼器の要部が示され、また図３には、その空
気系統が概略的に示されている。ガスタービンには燃焼
器が複数缶設置されており、これらの図はその１つの缶
について示したものである。ガスタービンは図３に示さ
れているように、空気圧縮機２４、燃焼器２６、タービ
ン２５から構成されている。

【００２４】空気圧縮機２４からの空気２３は、燃焼器
２６へと導入され、ここで燃料を燃焼し高温の気体とな
ってタービン２５へと導かれる。燃焼器２６は燃焼室
１、拡散燃焼バーナ２、複数個の予混合バーナ１０から
構成される。空気圧縮機２４からの燃焼用空気２３は、
燃焼器を形成するライナの外周下流からライナ表面を冷
却して、燃焼器上流へ導かれる。燃焼器２６へは、空気
２３は拡散燃料分散用空気７、隔壁からのフィルム空気
１８、予混合気２１の一部として供給される。燃料は拡
散燃焼用燃料ノズル３、予混合燃焼用燃料ノズル１１か
ら供給される。

【００２５】拡散燃焼バーナ２は、拡散燃焼用燃料ノズ
ル３、旋回羽根５および隔壁６から構成され燃焼器中心
に設置される。拡散燃焼バーナ２の外周には、円環状の
予混合バーナ１０が配置される。隔壁６は、拡散燃焼バ
ーナ出口の断面積を下流に向かって拡大する円錐状の隔
壁６Ａと、環状の予混合燃焼バーナ出口断面積を拡散燃
焼バーナ側へ下流に向かって拡大する円錐状の隔壁６Ｂ
とを組み合わせた構造を備えている。

【００２６】本実施例では、分解のしやすさ等から予混
合燃焼バーナ側の隔壁も拡散燃焼バーナ２と一体となっ
た構造となっているが、便宜上、拡散燃焼バーナ出口の
断面積を下流に向かって拡大する円錐状の隔壁を拡散側
隔壁６Ａ、環状の予混合バーナ出口断面積を拡散燃焼バ
ーナ側へ下流に向かって拡大する円錐状の隔壁を予混合
側隔壁６Ｂと呼ぶこととする。

【００２７】拡散燃焼用燃料は拡散燃料ノズル３の先端
に設置された燃料噴出孔４から旋回流として噴出され、
同時にその外周からは旋回羽根５により旋回を与えられ
た拡散燃料分散用空気７が噴出し、燃料と空気とが共に
旋回を与えられて燃焼室１へ噴出される。燃料と空気
は、共に旋回を与えられることにより旋回の運動量を確
保することができ、拡散側隔壁６Ａ下流に循環流８を形
成してそこで拡散火炎９として安定に保炎される。

【００２８】燃焼器外周部に設置される円環状の予混合
燃焼バーナ１０は、予混合燃焼用燃料ノズル１１と、予
混合燃焼用燃料ノズル１１から供給される燃料とバーナ
入口から導入される空気の予混合部１２、予混合燃焼バ
ーナ出口に設置される環状の保炎リング１３から構成さ
れる。予混合火炎用の燃料と空気は、予混合部１２で混
合された後に燃焼室１へ投入される。バーナ出口の保炎
リング１３の下流には循環流１４が形成され、予混合燃
焼時にはこの循環流１４が高温の燃焼ガスとなり、予混
合火炎１５はこの燃焼ガスで安定化される。

【００２９】拡散燃焼バーナ２は、拡散火炎から予混合
火炎１５への火炎伝播を考慮し、拡散燃焼バーナ出口が
予混合バーナ出口の保炎器１３より上流に設置される。

【００３０】拡散燃焼用燃料ノズル３と予混合燃焼バー
ナ１０の間に設置された隔壁６Ａ，６Ｂの詳細構造が図
４に示されている。内側の隔壁６Ａと外側の隔壁６Ｂと
は、その下流側先端部が接合するように形成されてい
る。この場合、その接合先端は極力小さい形状の方が火
炎を隔壁先端に固定することができるが、先端部の面積
が小さい場合、熱応力がこの先端部に集中することによ
りこの接合部に割れが生じる可能性がある。逆に、この
接合部の先端に平坦部ができるような形状の場合には、
この平坦部下流に渦が発生し火炎が保持されて隔壁先端
部の温度が上昇してしまうため、隔壁から噴出する冷却
空気を増加させる必要がある。そのため、この接合部は
発生する熱応力を緩和する観点から角に丸みを付けるか
小さい端面を設けることが好ましい。このときの丸みあ
るいは端面の大きさは、この接合部に生じる温度と使用
する材料により最適値は異なるが、実験の結果では２〜
６ｍｍの範囲が良好のようである。

【００３１】また、隔壁６Ａ，６Ｂの接合位置は隔壁６
Ａの半径方向長さＬ₂より長くなるように接合される。
また、この隔壁６Ａ，６Ｂにはその壁面にリング状のリ
ップ１６が複数列設けられている。

【００３２】このリップ１６は、隔壁上流から隔壁に開
けられた空気孔１７を通して隔壁表面に沿ってフィルム
空気１８を形成することを目的としている。このフィル
ム空気１８は隔壁表面をガス流に沿って流れることによ
り隔壁表面での渦の生成を抑える効果と共に、隔壁の冷
却効果も併せて持っている。このような効果を得るため
隔壁にはフィルム空気１８を供給する空気孔１７と前記
フィルム空気１８の流れを隔壁６に沿うように流れを変
えるリップ１６が設置されている。隔壁上のリップ１６
は、リップ１６からのフィルム空気１８が拡散によりフ
ィルム効果を失わない範囲内に次のリップが設置される
ように壁面上に設置されるリップの数が決定される。

【００３３】リップの数が多すぎると、それだけフィル
ム空気用に多くの空気を必要とすることから予混合側へ
の空気が少なくなりＮＯｘ低減の効果が減少してしま
う。本実施例では、このリップは拡散側隔壁６Ａの壁面
に２列、予混合側隔壁６Ｂの壁面に１列設置している。
上流からの空気は、リップ部の複数の穴から噴出しリッ
プ構造により流れを変えられて隔壁に沿って下流に噴出
される。隔壁からのフィルム空気１８は、拡散側隔壁６
Ａからは拡散燃焼バーナ２からのガス流の流線と同じ方
向に噴出され、予混合側隔壁６Ｂからは予混合燃焼バー
ナ１０からのガス流の流線と同じ方向に噴出される。

【００３４】また、図５にはリップ構造について別の実
施例が示されている。この実施例では隔壁６を複数枚の
板で構成してリップ１６と隔壁の一体化を図ることで、
隔壁構造の簡略化を図っている。また、このような構造
にしてリップ１６の突出部を無くすことにより、フィル
ムの効果を高める構造としている。

【００３５】次にその作用について説明する。拡散燃焼
バーナ２と予混合燃焼バーナ１０の両方において火炎を
形成している燃焼状態において、拡散火炎９は隔壁６Ａ
下流の循環領域で保炎されており、予混合火炎１５は予
混合燃焼バーナ出口の保炎リング１３下流に形成される
循環流１４で保炎される。この点従来のものでは、図１
０に示されているように、隔壁６先端の下流に生じるせ
ん断層に未燃の拡散燃料２０と未燃の予混合気２１とが
この場所で一緒になってせん断層火炎２２を形成してい
る。

【００３６】このせん断層火炎２２は非常に不安定であ
るとともにその外周に形成される予混合火炎１５Ａに近
い位置に形成されるため、予混合火炎１５Ａとの火炎干
渉により燃焼振動発生の要因となってしまう。この点、
本発明では、図４に示されているように拡散バーナ側か
ら広がる隔壁６Ａと予混合燃焼バーナ側から広がる隔壁
６Ｂとを設けることにより、拡散燃料２０により形成さ
れるせん断層火炎２２Ａと予混合気２１により形成され
るせん断層火炎２２Ｂとを別々に形成し、さらにせん断
層火炎２２Ａを予混合火炎１５Ａから距離を保って形成
できるため、予混合火炎１５Ａとせん断層火炎２２Ａが
干渉して燃焼不安定を生じ燃焼振動につながることを抑
制することができるのである。

【００３７】また、従来のものでは、隔壁冷却空気は隔
壁内を流れる構造としているが、この場合、隔壁表面に
は拡散燃焼用空気と拡散燃料による流れしかないため、
隔壁表面によどみ領域が発生しやすく、そのよどみ領域
によりせん断層火炎２２Ａが不安定になってしまう。本
発明では、両者の隔壁からフィルム空気１８をガス流に
沿って流れる構造とすることにより、せん断層火炎２２
Ａの保炎点を隔壁先端下流に固定するとともに、せん断
層火炎２２Ａに明確な保炎点を与えないためせん断層火
炎２２Ａを影響力の弱い火炎とすることで燃焼振動の低
減を図ることができる。せん断層火炎２２Ｂは未燃の予
混合気のみを燃料とするためせん断層火炎２２Ａに比べ
て非常に弱い火炎となり、予混合火炎１５Ａに対する影
響力は無視できる存在となる。

【００３８】隔壁６Ａと６Ｂとの接合部は、その下流側
に火炎が形成されることから高温となりやすいが、隔壁
からのフィルム空気１８の冷却効果により高温になるこ
とを抑制できる。

【００３９】希薄予混合により低ＮＯｘ化を目指す場
合、希薄予混合火炎は不安定になりやすいが、上記の方
法で燃焼振動発生の要因となるせん断火炎をコントロー
ルすることにより、従来より予混合比率を上げることに
よるＮＯｘ低減効果が期待でき、不安定燃焼に起因する
燃焼発生を低減することができる。

【００４０】次に本発明に係る他の実施例の燃焼器につ
いて図６および図７を用いて説明する。本実施例の燃焼
器は、第１の実施例に対して、燃焼器中心に設置した拡
散燃焼バーナ２の回りに複数の予混合燃焼バーナ１０を
環状に配置したものである。本実施例では予混合燃焼バ
ーナ６本の構造としているが、この予混合燃焼バーナ本
数は何本としても良い。拡散燃焼バーナ出口には円錐状
の隔壁６Ａを設け、その隔壁６Ａを取り囲むように予混
合燃焼バーナ側から拡散燃焼バーナ側へ断面積の拡大す
る隔壁６Ｂを配置している。隔壁６Ｂは複数の予混合燃
焼バーナ１０とその一部を接合する構造である。隔壁６
Ａ，６Ｂはともにリップ構造１６を持ちガス流に沿って
空気を供給できるようになっている。

【００４１】本実施例では、予混合火炎１５は予混合器
上流の旋回器１０１により与えられた予混合気の旋回に
よる循環流１０２により保炎する。このような保炎形態
の場合でも、第１の実施例と同様に拡散火炎と予混合火
炎との間に形成されるせん断層火炎をコントロールする
ことが重要である。

【００４２】本実施例のように拡散燃焼バーナ出口に拡
散側隔壁６Ａと予混合側側壁６Ｂとを設置し、さらに前
記隔壁にガス流に沿って冷却空気を流すことで、複数の
旋回バーナの場合でも隔壁先端にできるせん断層火炎を
コントロールすることが可能なため、安定した燃焼をす
ることができる。

【００４３】本発明に係る第３の実施例の燃焼器につい
て図８および図９を用いて説明する。本実施例の燃焼器
は、第２の実施例に対して、予混合バーナ１０を短く
し、その下流に拡散燃焼バーナ２を中心とした環状の予
混合室２０１を配置したものである。本実施例では予混
合バーナ６本の構造としているが、この予混合バーナ本
数は何本としても良い。燃焼器中心部の拡散燃焼バーナ
には、その出口に下流に向かって断面積を拡大する隔壁
６Ａが設置されており、隔壁表面にはリップ１６を備え
ている。

【００４４】予混合燃焼バーナ下流には拡散燃焼バーナ
を取り囲むように環状の予混合室２０１が設置されてお
り、予混合室２０１を充分に広くとることにより予混合
気２１の均一化を図っている。予混合気２１が充分に均
一化された後、燃焼室１で燃焼するためより低ＮＯｘ化
が可能となる。

【００４５】予混合室２０１は、出口に向かっての断面
積を絞られた後に断面積を拡大する隔壁を備えた構造で
あり、この予混合室の絞り２０３により予混合室出口で
の流速を上げて予混合火炎の逆火を防止する構造として
いる。この予混合室の絞り２０３はその上流側が拡散燃
焼バーナと接合されており、内部は拡散燃焼用空気から
フィルム用空気が分岐するように拡散燃焼バーナにフィ
ルム空気分岐用の複数の孔２０２を備えた構造となって
いる。

【００４６】予混合室の絞りの下流には拡散側隔壁６Ａ
を取り囲むように環状の予混合側隔壁が設置されてお
り、隔壁表面にはリップ構造を備えている。予混合側隔
壁の先端は拡散側の隔壁と接合されている。拡散燃焼空
気から分岐した空気は予混合部の絞り内部を通り拡散側
および予混合側隔壁６Ｂに取り付けられたリップ構造か
らフィルム空気１８としてガス流に沿って噴出される。

【００４７】次に本実施例による作用を説明する。本実
施例においては、予混合気１２は上流の旋回器１０１に
より旋回を与えられた後、予混合室の絞り２０３により
流速が増加するため、予混合室の絞り下流に旋回により
発生した循環領域１０２により保炎される。予混合室の
絞り下流と拡散側隔壁と予混合側隔壁の接合部下流では
せん断層火炎２２Ａ，２２Ｂが発生するが、拡散燃焼バ
ーナ出口と予混合器出口とに隔壁を設けるとともに、そ
れぞれの隔壁にリップ構造を設けることにより、実施例
１および２と同様にせん断層火炎２２をコントロールで
きる効果を得ることができる。

【００４８】以上説明してきたようにこのように形成さ
れたスタービン用燃焼器であると、燃焼器中心部の拡散
火炎とその外周に形成される予混合火炎との間に形成さ
れるせん断層火炎を未燃の拡散燃料により形成されるせ
ん断層火炎と未燃の予混合気よりせん断層火炎とに分離
して拡散燃料によるせん断層火炎を予混合火炎から遠ざ
けるとともに、隔壁表面に沿って流す空気によりせん断
層火炎の形成を抑える効果により、せん断層火炎により
予混合火炎が不安定になることを防止し、燃焼振動の発
生を抑えることが可能となる。

【００４９】さらに、このことにより火炎の安定性向上
が図れることから、さらなる低ＮＯｘ化を目指して予混
合比率を増加させた場合でも、燃焼振動の発生を抑える
ことが可能となるのである。

【００５０】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、より低レベルなＮＯｘ排出濃度を目指した場合にお
いても、せん断層火炎の形成を減少させ、隣接する火炎
の干渉を充分低減して、より燃焼振動が少なく安定な火
炎を形成することが可能なこの種のガスタービン用燃焼
器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガスタービン用燃焼器の一実施例を示
す縦断側面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う正面図である。

【図３】本発明のガスタービン用燃焼器の空気系統を示
す概略系統図である。

【図４】本発明のガスタービン用燃焼器のバーナ要部を
示す縦断側面図である。

【図５】本発明のガスタービン用燃焼器の他の実施例を
示す隔壁部の側面図である。

【図６】本発明のガスタービン用燃焼器の他の実施例を
示す縦断側面図である。

【図７】図６の正面図である。

【図８】本発明のガスタービン用燃焼器の他の実施例を
示す縦断側面図である。

【図９】図８の正面図である。

【図１０】従来のガスタービン用燃焼器のバーナ要部を
示す縦断側面図である。

【符号の説明】

１…燃焼室、２…拡散燃焼バーナ、３…拡散燃焼用燃料
ノズル、５…旋回羽根、６Ａ，６Ｂ…隔壁、７…拡散燃
料分散用空気、１０…予混合バーナ、１１…予混合燃焼
用燃料ノズル、１２…予混合部、１３…保炎リング、１
４…循環流、１５…予混合火炎、１６…リップ、１７…
空気孔、１８…フィルム空気、２１…予混合気、２２
Ａ，２２Ｂ…せん断層火炎、２３…空気、２４…空気圧
縮機、２６…燃焼器、１０１…旋回器、１０２…循環領
域、２０１…予混合室、２０２…空気分岐用の孔、２０
３…予混合室の絞り。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹原 勲 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 小松 康孝 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 笹田 哲男 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 小林 成喜 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者 伊藤 和行 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼器の中心部に拡散燃焼バーナが設置
   され、この拡散燃焼バーナの外周に環状の予混合燃焼バ
   ーナが設置されているガスタービン用燃焼器において、 前記拡散燃焼バーナの出口に、バーナ出口断面積が下流
   に向かって拡大する円錐筒状の内側隔壁を設けるととも
   に、前記予混合燃焼バーナの出口に、バーナ出口断面積
   が下流に向かって拡大する円錐筒状の外側隔壁を設け、
   かつ前記内外隔壁の下流側先端部を接合するように形成
   したことを特徴とするガスタービン用燃焼器。
2. 【請求項２】 燃焼器の中心部に拡散燃焼バーナが設置
   され、この拡散燃焼バーナの外周に環状の予混合燃焼バ
   ーナが設置されているガスタービン用燃焼器において、 前記拡散燃焼バーナの出口に、バーナ出口断面積が下流
   に向かって拡大する円錐筒状の内側隔壁を設け、かつ前
   記予混合燃焼バーナの出口内周側に、下流に向かうに従
   い径が縮小する円錐筒状の外側隔壁を設けるとともに、
   前記両隔壁の下流側先端部を接合し、かつ前記内外隔壁
   のいずれか一方若しくは双方に、隔壁を冷却する冷却空
   気噴出孔を設けたことを特徴とするガスタービン用燃焼
   器。
3. 【請求項３】 燃焼器の中心部に設置された拡散燃焼バ
   ーナと、この拡散バーナの外周に設置された予混合燃焼
   バーナとを備え、前記予混合燃焼バーナが、拡散燃焼バ
   ーナを取り囲むように複数の円筒状バーナの並設により
   形成されているガスタービン用燃焼器において、 前記拡散燃焼バーナの出口に、バーナ出口断面積が下流
   に向かって拡大する円錐筒状の内側隔壁を設けるととも
   に、前記予混合燃焼バーナの出口で拡散燃焼バーナ側の
   部分に、下流に向かうに従い径が縮小する円錐筒状の外
   側隔壁を設け、かつ、前記両隔壁の下流側先端部を接合
   するとともに、前記内外隔壁のいずれか一方若しくは双
   方に、それぞれの隔壁を冷却する冷却空気噴出孔を設け
   たことを特徴とするガスタービン用燃焼器。
4. 【請求項４】 前記冷却空気噴出孔は、冷却空気が隔壁
   面に沿って下流側に噴出するリップ構造に形成されたも
   のである請求項２または３記載のガスタービン用燃焼
   器。
5. 【請求項５】 前記予混合燃焼バーナの下流に旋回予混
   合気流を発生する旋回羽根を備えた請求項１，２，３ま
   たは４記載のガスタービン用燃焼器。