特許 5940227 ガスタービン燃焼器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5940227

(24)【登録日】2016年5月27日

(45)【発行日】2016年6月29日

(54)【発明の名称】ガスタービン燃焼器

(51)【国際特許分類】

   F23R 3/28 20060101AFI20160616BHJP

   F23R 3/12 20060101ALI20160616BHJP

   F23R 3/32 20060101ALI20160616BHJP

   F02C 7/00 20060101ALI20160616BHJP

   F02C 7/22 20060101ALI20160616BHJP

【ＦＩ】

   F23R3/28 D

   F23R3/12

   F23R3/32

   F02C7/00 D

   F02C7/22 C

【請求項の数】9

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2015-546181(P2015-546181)

(86)(22)【出願日】2013年11月5日

(86)【国際出願番号】JP2013079943

(87)【国際公開番号】WO2015068212

(87)【国際公開日】20150514

【審査請求日】2015年8月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】特許業務法人開知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】阿部 一幾

(72)【発明者】

【氏名】小金沢 知己

(72)【発明者】

【氏名】三浦 圭祐

【審査官】 山崎 孔徳

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１４３２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−７４７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１７００１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２９２１３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第８１９７２４９（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１９２５６６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−１０８４２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−５４１４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２１６７９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９１０４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｒ ３／２８

Ｆ０２Ｃ ７／００

Ｆ０２Ｃ ７／２２

Ｆ２３Ｒ ３／１２

Ｆ２３Ｒ ３／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料と空気とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼室と、
同心円状の複数の環状列に配置した複数の燃料ノズルと、
前記複数の燃料ノズルの下流側に配設され、前記複数の燃料ノズルにそれぞれ対応する複数の空気孔からなる同心円状の複数の空気孔列を有する第１プレートと、
前記第１プレートの下流側に配設され、前記第１プレートの複数の空気孔列にそれぞれ対応する複数の空気孔列を有する第２プレートと、
前記第１プレートと前記第２プレートとの間の空間部を前記空気孔列毎に隔てる隔壁部とを備えたことを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項2】

請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、前記第１プレートの空気孔の出口と前記第２プレートの空気孔の入口の位置が周方向にずれていることを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項3】

請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、前記第１プレートの前記空気孔は燃焼器ライナの軸方向に向かって前記第１プレートの周方向に傾斜していることを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項4】

請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、前記空間部に前記隔壁部により区分されて形成される流路の断面積が前記第１プレートの前記空気孔の断面積以上であることを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項5】

請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、
前記燃料ノズルの複数の環状列を径方向に区分した複数の領域にそれぞれ接続した複数の燃料ヘッダと、
前記複数の燃料ヘッダにそれぞれ接続した複数の燃料系統とを備えたことを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項6】

請求項５に記載のガスタービン燃焼器において、前記複数の領域のうち最も内側の領域では前記第２プレートの周方向に隣接する２つの空気孔間の距離が消炎距離より大きく設定されていることを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項7】

請求項１に記載のガスタービン燃焼器において、前記第２プレートの空気孔に絞りを設けたことを特徴とするガスタービン燃焼器。

【請求項8】

請求項１に記載のガスタービン燃焼器と、
前記ガスタービン燃焼器に供給する圧縮空気を生成する圧縮機と、
前記ガスタービン燃焼器からの燃焼ガスで駆動するタービンとを備えたことを特徴とするガスタービン。

【請求項9】

燃料と空気とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼室、同心円状の複数の環状列に配置した複数の燃料ノズル、及び前記複数の燃料ノズルの下流側に配設され、前記複数の燃料ノズルにそれぞれ対応する複数の空気孔からなる同心円状の複数の空気孔列を有する第１プレートを備えたガスタービン燃焼器の改造方法であって、
前記第１プレートの下流側に配設され、前記第１プレートの複数の空気孔列にそれぞれ対応する複数の空気孔列を有する第２プレートと、
前記第１及び第２プレートの間の空間部を前記空気孔列毎に隔てる隔壁部とを追加することを特徴とするガスタービン燃焼器の改造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はガスタービン燃焼器に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、環境保全に対する規制や社会的要求により、圧縮機、燃焼器及びタービン等を備えるガスタービンには更なる高効率化、低ＮＯｘ化が求められている。この種のガスタービンでは、高効率化を図る方法として燃焼器からタービン入口の燃焼ガスの温度を上昇させる方法があるが、燃焼器で形成する火炎温度の上昇に伴ってＮＯｘの排出量が増加する可能性がある。

【0003】

ＮＯｘの排出量を抑制する燃焼器として予混合燃焼を採用した燃焼器がある。予混合燃焼とは、燃料と空気を予め混合した混合気を燃焼室に供給して燃焼させる燃焼方式のことである。この種の燃焼器では、予混合器を備えるバーナとバーナに対して混合気の流れ方向の下流側に配された燃焼室とが設けられている。予混合器は混合気を生成する機器であり、この予混合器から燃焼室に混合気が供給され燃焼室内で燃焼する。予混合燃焼では燃料と空気が予め混合されて燃焼室に供給されるため、燃焼室内に形成される火炎の温度が均一化し、燃焼器におけるＮＯｘの排出量が抑制される。しかし、空気の温度が上昇したり燃料に含まれる水素含有量が増加すると燃焼速度が増加するため、燃焼室内に形成された火炎が予混合器等にまで逆流する、いわゆる逆火が起こる可能性がある。そのため、ＮＯｘの排出量を抑制するとともに耐逆火性に優れた燃焼器が提案されている（特許文献１等参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４９２２８７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１には、複数の燃料ノズルの下流側に、複数の第１空気孔が形成された第１の多孔板と複数の第２空気孔が形成された第２の多孔板とを備える空気孔プレートを配設し、第１空気孔から噴出した混合気を第２の多孔板に衝突させ、第２空気孔から燃焼室に噴出する構成が開示されている。しかしながら、部分負荷運転時に一部の燃料ノズルから燃料を噴射する場合、燃料が供給されない第１空気孔からも空気が噴出するため、一部の第１空気孔から噴出する混合気が第１及び第２の多孔板の間で他の第１空気孔から噴出する空気で希釈されてしまい、第２空気孔から燃焼室に噴出する混合気の燃空比が必要以上に低くなる可能性がある。このように第２空気孔に流入する混合気の燃空比を精度良く制御できない場合、ガスタービンの点火から定格負荷までの一連の運転過程において安定燃焼を維持することが難しい。

【0006】

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、各空気孔の燃空比を精度良く制御してガスタービンの点火から定格負荷までの一連の運転過程で安定燃焼を実現するとともにＮＯｘの排出量を抑制することが可能な燃焼器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るガスタービン燃焼器は、燃料と空気とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼室と、同心円状の複数の環状列に配置した複数の燃料ノズルと、複数の燃料ノズルの下流側に配設され、複数の燃料ノズルにそれぞれ対応する複数の空気孔からなる同心円状の複数の空気孔列を有する第１プレートと、第１プレートの下流側に配設され、第１プレートの複数の空気孔列にそれぞれ対応する複数の空気孔列を有する第２プレートと、第１プレートと第２プレートとの間の空間部を空気孔列毎に隔てる隔壁部とを備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、各空気孔の燃空比を精度良く制御してガスタービンの点火から定格負荷までの一連の運転過程で安定燃焼を実現するとともにＮＯｘの排出量を抑制することが可能な燃焼器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１実施形態に係るガスタービン燃焼器を備えたガスタービンプラントの全体構成図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係るガスタービン燃焼器のバーナ付近の部分構造図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係る旋回プレートの拡大図であって、図４のIII−III線の矢視断面図である。

【図4】本発明の第１実施形態に係る旋回プレートを下流側から見た図である。

【図5】本発明の第１実施形態に係るベースプレートを下流側から見た図である。

【図6】図５の点線で囲んだ領域の拡大図である。

【図7】図６のVII−VII線の矢視斜視図である。

【図8】本発明の第１実施形態に係るバーナにおける燃料と空気の流れを模式的に示した図であって、図６のVIII−VIII線の矢視断面図である。

【図9】本発明の第１の実施の形態に係るガスタービン燃焼器における燃料ステージングを示す図である。

【図10】本発明の第２実施形態に係るガスタービン燃焼器における燃料と空気の流れを模式的に示した断面図である。

【図11】本発明の第３実施形態に係るガスタービン燃焼器のベースプレートを下流側から見た図である。

【図12】本発明の第３実施形態に係るガスタービン燃焼器のベースプレートの拡大図であって、図１１のXII−XII線の矢視断面図である。

【図13】本発明の第３実施形態に係るガスタービン燃焼器における燃料と空気の流れを模式的に示した断面図である。

【図14】本発明の第４実施形態に係るガスタービン燃焼器における燃料と空気の流れを模式的に示した断面図である。

【図15】本発明の第５実施形態に係るガスタービン燃焼器における燃料と空気の流れを模式的に示した断面図である。

【図16】本発明の第６実施形態に係るガスタービン燃焼器の断面図である。

【図17】本発明の第６実施形態に係るガスタービン燃焼器の空気孔プレートを下流側から見た図であって、図１６のXVII−XVII線の矢視断面図である。

【図18】図１６の一点鎖線で囲んだ旋回プレートの一部（Ａ部）の拡大図である。

【図19】図１７の一点鎖線で囲んだメインバーナの１組（Ｂ部）の拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

＜第１実施形態＞
（構成）
１．ガスタービンプラント
まず、本実施形態に係るガスタービン燃焼器を備えたガスタービンプラントについて図面を参照して説明する。

【0011】

図１は本実施形態に係るガスタービン燃焼器２を備えた発電用のガスタービンプラント１０００の全体構成図である。図１に示すようにガスタービンプラント１０００はガスタービン及び発電機２０を備えている。ガスタービンは圧縮機１、ガスタービン燃焼器２及びタービン３を備えている。

【0012】

圧縮機１は吸気部（不図示）を介して吸い込まれた吸い込み空気１００を加圧して高圧空気１０１を生成し、ガスタービン燃焼器２に供給する。ガスタービン燃焼器２は圧縮機１から供給された高圧空気１０１と燃料系統２００（後述する）を通じて供給される燃料とを混合して燃焼し、高温の燃焼ガス１０２を発生させてタービン３に供給する。タービン３はガスタービン燃焼器２から供給された燃焼ガス１０２が膨張することによって駆動する。発電機２０はタービン３で得られた駆動力によって回転し電力を発生する。本実施形態では圧縮機１、タービン３及び発電機２０は、一体のシャフト２１によって相互に連結されており、タービン３の駆動により得られた駆動力はシャフト２１を通じて圧縮機１及び発電機２０に伝えられる。

【0013】

２．ガスタービン燃焼器
ガスタービン燃焼器２は、バーナ５、燃焼器ライナ１０、フロースリーブ１１、尾筒内筒１２、尾筒外筒１３、燃料系統２０１〜２０４及びヘッダ４０を備えている。ガスタービン燃焼器２はガスタービン装置のケーシング４の内部に格納されている。ガスタービン燃焼器２にはバーナ５が設置されており、このバーナ５の燃焼ガス１０２の流れ方向の下流側であってガスタービン燃焼器２の内部には、圧縮機１から供給される高圧空気１０１とガスタービン燃焼器２で生成される燃焼ガス１０２とを隔てる円筒状の燃焼器ライナ１０が配設されている。

【0014】

燃焼器ライナ１０の外周側には燃焼器ライナ１０を覆う円筒状のフロースリーブ１１が設けられている。燃焼器ライナ１０とフロースリーブ１１との間に形成される環状の空間は圧縮機１からガスタービン燃焼器２に供給される高圧空気１０１が流れる流路４８を構成する。

【0015】

燃焼器ライナ１０の内側に形成される燃焼室５０では、バーナ５から噴出される高圧空気１０１と燃料系統２００を通じて供給される燃料との混合気が燃焼される。燃焼器ライナ１０のバーナ５から遠い側（燃焼ガス１０２の流れ方向の下流側）は尾筒内筒１２の一端に挿し込まれている。尾筒内筒１２は燃焼室５０で発生した燃焼ガス１０２をタービン３に導くものである。尾筒内筒１２の他端はガスタービン燃焼器２とタービン３とを接続する管路に接続している。尾筒内筒１２の外周側には尾筒内筒１２を覆う円筒状の尾筒外筒１３が設けられている。フロースリーブ１１のバーナ５から遠い側（燃焼ガス１０２の流れ方向の下流側）は尾筒外筒１３の一端に挿し込まれている。尾筒外筒１３は尾筒内筒１２との間に環状の空間を構成していて、その他端はケーシング４内に開口している。尾筒内筒１２と尾筒外筒１３との間の空間は尾筒外筒１３の他端から流入する高圧空気１０１が流れる流路４７を構成する。

【0016】

尾筒内筒１２と尾筒外筒１３の間に形成された流路４７に流入した高圧空気１０１は尾筒内筒１２の外壁面側から尾筒内筒１２を対流冷却する。また、流路４７を流れてフロースリーブ１１と燃焼器ライナ１０との間に形成された環状の流路４８に流入した高圧空気１０１はガスタービン燃焼器２の内部に設置された燃焼器ライナ１０の対流冷却に使用される。

【0017】

また、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４８を流れる高圧空気１０１の一部は、燃焼器ライナ１０の壁面に設けられた多数の冷却孔（不図示）から燃焼器ライナ１０の内部へ流入して燃焼器ライナ１０のフィルム冷却に使用される。そして、燃焼器ライナ１０のフィルム冷却に使用されなかった残りの高圧空気１０１は、環状の流路４８を流れてガスタービン燃焼器２に設けたバーナ５に備えた多数の空気孔３１から、燃焼空気として燃焼器ライナ１０内に供給される。その後、燃焼空気は多数の空気孔３１を経てガスタービン燃焼器２に設けたバーナ５から噴出される。

【0018】

バーナ５には４つの燃料系統２０１〜２０４から燃料が供給される。Ｆ１〜Ｆ４燃料系統２０１〜２０４はそれぞれＦ１〜Ｆ４燃料流量調節弁２１１〜２１４を備えている。本実施形態では、燃料系統２０１〜２０４は燃料遮断弁（開閉弁）２１０を備えた燃料系統２００からそれぞれ分岐している。なお、燃料系統２００から分岐する燃料系統の数は４つに限定されない。

【0019】

燃料系統２０１〜２０４を流れる燃料は、燃焼器ライナ１０の中心軸からの径方向距離に応じて区画されたヘッダ４０に供給される。本実施形態では、ヘッダ４０は第１ヘッダ５１、第２ヘッダ５２、第３ヘッダ５３及び第４ヘッダ５４に区画されている。そして、第１ヘッダ５１にはＦ１燃料系統２０１が接続し、第２ヘッダ５２にはＦ２燃料系統２０２が接続し、第３ヘッダ５３にはＦ３燃料系統２０３が接続し、第４ヘッダ５４にはＦ４燃料系統２０４が接続している。各燃料系統を流れてヘッダ４０に供給された燃料は、ヘッダ４０に支持された燃料ノズル３０の先端から噴射されバーナ５に供給される。なお、ヘッダ４０の区画数は４つに限定されない。

【0020】

Ｆ１燃料系統２０１を通じてバーナ５に供給されるＦ１燃料の流量はＦ１燃料流量調節弁２１１によって調節される。Ｆ２燃料系統２０２を通じてバーナ５に供給されるＦ２燃料の流量はＦ２燃料流量調節弁２１２によって調節される。Ｆ３燃料系統２０３を通じてバーナ５に供給されるＦ３燃料の流量はＦ３燃料流量調節弁２１３によって調節される。Ｆ４燃料系統２０４を通じてバーナ５に供給されるＦ４燃料の流量はＦ４燃料流量調節弁２１４によって調節される。本実施形態では、燃料流量調節弁２１１〜２１４によってそれぞれＦ１燃料、Ｆ２燃料、Ｆ３燃料及びＦ４燃料の流量を調節することにより、ガスタービンプラント１０００の発電量が制御される。

【0021】

３．バーナ
次に、バーナ５の詳細な構成について説明する。図２は、本実施形態に係るガスタービン燃焼器２のバーナ５付近の部分構造図である。図２に示すように、バーナ５は、複数の燃料ノズル３０、ベースプレート（第１プレート）３２、旋回プレート（第２プレート）３３及び隔壁部３７を備えている。

【0022】

以下、バーナ５の各構成について説明する。なお、本実施形態では同心円状に配置された複数の空気孔列を内側から外側に向かって第１列、第２列、…、第８列と適宜称する。

【0023】

・燃料ノズル
図２に示すように、複数の燃料ノズル３０は燃料系統２００から供給された燃料を噴出するものであり、燃料ヘッダ４０に支持されている。これら複数の燃料ノズル３０は同心円状の複数（本実施形態では８つ）の環状列に配置されている。各環状列では全周に渡って燃料ノズル３０が形成されている。

【0024】

・ベースプレート
図５は本実施形態に係るベースプレート３２を下流側から見た図である。図２及び図５に示すように、ベースプレート３２は燃焼器ライナ１０の中心軸と同軸の円盤状のプレートであって、複数の燃料ノズル３０の燃料の流れ方向の下流側に配設されている。ベースプレート３２には、複数の燃料ノズル３０にそれぞれ対応する複数の空気孔３１Ａからなる同心円状の複数（本実施形態では８列）の空気孔列が形成されている。すなわち、１つの空気孔３１Ａは１つの燃料ノズル３０の軸方向の燃料噴出側（燃料の噴出方向の下流側）にその燃料ノズル３０に対応して配置されている。このように１本の燃料ノズル３０と１つの空気孔３１Ａとを対応付けて配置すると、図２の拡大図に示すように燃料ノズル３０から噴出される燃料（燃料噴流）３４の周囲が空気孔３１を通過する空気（空気噴流）３５で覆われた同軸噴流としてベースプレート３２を通過する。これら複数の空気孔３１Ａは、環状の各空気孔列の全周に渡って形成されている。本実施形態では、空気孔３１Ａは端面を構成する２つの円と母線とが直交する直円柱状に形成され、対応する燃料ノズル３０と同軸上に配置されている。燃料ノズル３０は空気孔３１Ａには挿し込まれておらず、空気孔３１Ａの燃料の流れ方向の上流側の端面（以下、適宜入口と記載する）は燃料ノズル３０の燃料の流れ方向の下流側の端部と離間している。

【0025】

・旋回プレート
図２に示すように、旋回プレート３３はベースプレート３２の燃料の流れ方向の下流側にベースプレート３２と対面するように配設されている。この旋回プレート３３には、ベースプレート３２の複数の空気孔列（本実施形態では８列）にそれぞれ対応する複数の空気孔３１Ｂからなる同心円状の複数の空気孔列が形成されている。これら複数の空気孔３１Ｂは、環状の各空気孔列の全周に渡って形成されている。本実施形態では、空気孔３１Ｂはベースプレート３２の空気孔３１Ａと同数設けられている。

【0026】

図３は本実施形態に係る旋回プレート３３の拡大図であって、図４のIII−III線の矢視断面図である。図４は本実施形態に係る旋回プレート３３を下流側から見た図である。

【0027】

図３に示すように、空気孔３１Ｂは端面を構成する２つの楕円と母線とが直交しない斜円柱状に形成されている。この空気孔３１Ｂは旋回角を有する旋回空気孔であり、混合気の流れ方向の下流側の端部（以下、適宜出口と記載する）が上流側の端部（以下、適宜入口と記載する）に対して周方向にずれている。具体的には、空気孔３１Ｂの両端における円の中心を結んで得られる空気孔３１Ｂの中心軸は、燃料ノズル３０の中心軸、空気孔３１Ａの中心軸、または燃焼器ライナ１０の中心軸と所定の角度α°をなすように旋回プレート３３に対して周方向に傾斜している。すなわち、空気孔３１Ｂは旋回プレート３３に対して周方向に所定の角度α°だけ傾斜している。なお、本実施形態において「所定の角度をなす」とは、空気孔３１Ｂの中心軸と他の中心軸（燃料ノズル３０の中心軸、空気孔３１Ａの中心軸、または燃焼器ライナ１０の中心軸）とが平行でも直角でもないことをいう。角度α°は空気孔３１Ｂからの空気の噴出方向を規定する要素であり、空気孔３１Ｂの空気孔列毎に最適な値に設定されている。

【0028】

図２に示すように、ベースプレート３２及び旋回プレート３３はサポート１５を介して燃料ヘッダ４０に取り付けられている。また、ベースプレート３２及び旋回プレート３３はスプリングシール１４を介して燃焼器ライナ１０の内部に保持されている。本実施形態では、サポート１５は平板を曲げた形状に形成されている。サポート１５をこのような形状に形成すると、その曲げ構造によって周方向の熱伸びを吸収することができ、バーナ５の信頼性を高めることができる。

【0029】

図４に示すように、ガスタービン燃焼器２の燃焼部を形成するバーナ５は複数の領域に区分されている。本実施形態では、これら複数の領域のうち最も内側の領域を構成する４列（第１列〜第４列）が第１群の燃焼部（Ｆ１バーナ）５Ａを形成し、第５列が第２群の燃焼部（Ｆ２バーナ）５Ｂを形成し、第６列が第３群の燃焼部（Ｆ３バーナ）５Ｃを形成し、外周側の２列（第７列および第８列）が第４群の燃焼部（Ｆ４バーナ）５Ｄを形成している。Ｆ１バーナ５Ａ〜Ｆ４バーナ５Ｄには、それぞれ前述した第１〜第４ヘッダ５１〜５４を介してＦ１〜Ｆ４燃料系統２０１〜２０４が接続している。このように燃料系統２００を燃料系統２０１〜２０４に分岐する群分け構造とすることで、燃料を供給する燃料ノズル３０の本数をガスタービンで要求される燃料流量の変化に応じて段階的に変化させる燃料ステージングが可能となる。

【0030】

Ｆ１バーナ５Ａでは周方向に隣接する２つの空気孔３１Ｂ間に形成される間隙（孔間距離）が消炎距離より大きく設定されているため、旋回プレート３３に火炎が近付くことで火炎の安定性が強化される。一方、Ｆ２バーナ５Ｂ、Ｆ３バーナ５Ｃ及びＦ４バーナ５Ｄでは、周方向に隣接する２つの空気孔３１Ｂ間に形成される間隙（孔間距離）が消炎距離以下に設定されていて、旋回プレート３３から離れて火炎が形成される。空気孔３１Ｂから燃焼室５０にかけて流路が急拡大するとき、燃料噴流３４と空気噴流３５との混合が急速に進む。旋回プレート３３から下流に離れた位置に火炎が形成されると、燃料と空気が十分混合した状態の予混合気が火炎に到達して燃焼するため、低ＮＯｘ燃焼が実現できる。

【0031】

・隔壁部
上記のように、第１燃焼部Ｆ１は安定燃焼を強化する機能を有し、第２燃焼部Ｆ２、第３燃焼部Ｆ３及び第４燃焼部Ｆ４は低ＮＯｘ燃焼を実現する機能を有しており、第１燃焼部Ｆ１と第２〜第４燃焼部Ｆ２〜Ｆ４の機能は異なる。安定燃焼の強化と低ＮＯｘ燃焼の実現を両立するには、各燃焼部に供給される燃料流量を精度良く制御しながら燃料と空気の混合を促進する必要がある。そこで、本実施形態ではベースプレート３２と旋回プレート３３との間に形成された空間部４６をベースプレート３２及び旋回プレート３３の空気孔列毎に隔てる隔壁部３７をベースプレート３２に設けている。

【0032】

ベースプレート３２と旋回プレート３３の間には空間部４６が介在している（例えば図２を参照）。この空間部４６の外周はバーナ隔壁４９で覆われている。空間部４６には、ベースプレート３２に形成された空気孔３１Ａの混合気の流れ方向の下流側の端部（以下、適宜出口と記載する）と、空気孔３１Ｂの入口とが連通している。すなわち、空気孔３１Ａと空気孔３１Ｂとは空間部４６を介して接続している。なお、バーナ隔壁４９で覆われた空間部４６には空気孔３１Ａから噴出する燃料噴流３４と空気噴流３５の混合気のみが流れ、二次燃料や二次空気等が流入することはない。

【0033】

隔壁部３７は、図５に示すように複数の空気孔３１Ａからなる複数の空気孔列毎に同心円状に設けられている（本実施形態では７つの隔壁部３７が設けられている）。隔壁部３７はベースプレート３２から旋回プレート３３に向かって延在し、旋回プレート３３の対向面に当接している（図２を参照）。これら隔壁部３７により、空間部４６は環状の複数の内部流路３６に隔てられている（本実施形態では８つの内部流路３６に隔てられている）。これら複数の内部流路３６は同心円状に形成されている。

【0034】

図６は図５の点線で囲んだ領域の拡大図であり、図７は図６のVII−VII線の矢視斜視図である。図６及び図７に示すように、内部流路３６の幅Ｗ３６（ベースプレート３２の半径方向における内部流路３６の寸法）は、空気孔３１Ａの孔径以上の寸法に設定されている。また、隔壁部３７の旋回プレート３３と接する面を基準とした内部流路３６の深さＤ３６（ベースプレート３２の軸方向における溝３６の寸法）は、空気孔３１Ａの孔径と同等の寸法に設定されている。ここで、空気孔３１Ａ（１個）の断面積をＳ３１とすると、内部流路３６の幅Ｗ３６及び深さＤ３６は式（１）を満たすように設定されることが望ましい。
Ｓ３１≦Ｗ３６×Ｄ３６ ・・・（１）
この式（１）は内部流路３６の断面積が空気孔３１Ａの断面積以上であることを示している。

【0035】

式（１）とは逆にＳ３１＞Ｗ３６×Ｄ３６とすると、内部流路３６における流速が増加するため燃料と空気の混合は促進するが、圧力損失が増加してガスタービン１０００の効率が低下する可能性がある。

【0036】

一方、内部流路３６の幅Ｗ３６及び内部流路３６の深さＤ３６を空気孔３１Ａの孔径に比して大きく設定すると、内部流路３６において非定常渦や淀みが局所的に発生し、燃焼器の信頼性を損なう恐れがある。そのため、内部流路３６の幅Ｗ３６及び深さＤ３６は式（２）を満たすように設定されることが望ましい。
２×Ｓ３１＞Ｗ３６×Ｄ３６ ・・・（２）
（動作）
次に本実施形態に係るガスタービン燃焼器２の燃焼動作について図面を参照して説明する。

【0037】

図８は本実施形態に係るバーナ５における燃料と空気の流れを模式的に示す図であって、図６のVIII−VIII線の矢視断面図である。図２及び図８に示すように、流路４７、４８を通って燃焼室５０まで導かれた高圧空気１０１は空気噴流３５として空気孔プレート３９のベースプレート３２に形成された空気孔３１Ａに流入する。一方、燃料系統２００から燃料ヘッダ４０を介して燃料ノズル３０に供給された燃料は燃料ノズル３０の噴出孔から噴出し、燃料噴流３４として空気孔３１Ａに流入する。空気孔３１Ａに流入した燃料噴流３４は空気噴流３５に周囲を覆われた状態で空気孔３１Ａから空間部４６の内部流路３６に流下し内部流路３６に充満する。この燃料噴流３４と空気噴流３５との混合気噴流の混合度合は低いため、中心の燃料濃度が高く外周の燃料濃度が低い。燃料噴流３４の温度は空気噴流３５に比べて数百℃低いため、空気孔３１Ａから噴出する混合気噴流は中心の温度が低く外周の温度が高い。内部流路３６に流入した混合気噴流は流路が急拡大し、内部流路３６の入口（空気孔３１Ａの出口）付近で混合が促進される（一次混合）。この一次混合で生成された燃料噴流３４と空気噴流３５の混合気（一次混合気）は、内部流路３６から旋回プレート３３に形成された空気孔３１Ｂに流入する。空気孔３１Ｂに流入した一次混合気は流路が急縮小し、空気孔３１Ｂの入口（内部流路３６の出口）付近で混合が更に促進される（二次混合）。この二次混合で生成された燃料噴流３４と空気噴流３５の混合気（二次混合気）は空気孔３１Ｂを流れる。空気孔３１Ｂは角度α°で傾斜した管路（斜円柱管路）状に形成されているため、空気孔３１Ｂを流れる二次混合気には旋回方向の力成分が付与され循環流を形成する。空気孔３１Ｂの出口は燃焼室５０に開口しているため二次混合気の流路が急拡大し、空気孔３１Ｂの出口付近で混合が更に促進される（三次混合）。三次混合で生成された燃料噴流３４と空気噴流３５の混合気（三次混合気）は旋回しながら予混合気３８として燃焼室５０に噴出し燃焼される。

【0038】

図９は本実施の形態に係るガスタービン燃焼器２における燃料ステージングを示す図である。図９において、横軸は経過時間、縦軸は燃料流量を示している。

【0039】

図９に示すように、ガスタービン点火時では燃料系統２００からＦ１バーナ５Ａ、Ｆ２バーナ５Ｂ及びＦ３バーナ５Ｃに燃料が供給される。一方、Ｆ４バーナ５Ｄには燃料は供給されない。

【0040】

ガスタービン点火後、Ｆ１バーナ５Ａの単独燃焼に切り替えられ、定格回転数無負荷状態（ＦＳＮＬ：Ｆｕｌｌ Ｓｐｅｅｄ Ｎｏ Ｌｏａｄ）に達するまでタービン３が昇速される。この間、燃料系統２００からＦ１バーナ５Ａのみに燃料が供給され、Ｆ２バーナ５Ｂ、Ｆ３バーナ５Ｃ及びＦ４バーナ５Ｄには燃料は供給されない。

【0041】

タービン３が定格回転数まで昇速したら発電を開始して負荷を増加させる。この負荷の増加に応じて、ガスタービン燃焼器２のバーナ５の燃空比が安定燃焼範囲となるようにＦ２バーナ５Ｂ、Ｆ３バーナ５Ｃ及びＦ４バーナ５Ｄの順に燃料を供給していき、燃料の供給範囲を段階的に拡大させていく。Ｆ１バーナ５Ａ〜Ｆ４バーナ５Ｄの全てに燃料が供給された燃焼状態で定格回転数定格負荷（ＦＳＦＬ：Ｆｕｌｌ Ｓｐｅｅｄ Ｆｕｌｌ Ｌｏａｄ）となる。

【0042】

（効果）
（１）本実施形態では、ベースプレート３２と旋回プレート３３の間の空間部４６をベースプレート３２及び旋回プレート３３の空気孔列毎に隔壁部３７で隔てられている。そのため、バーナ５の部分負荷運転時に一部の燃料ノズル３０から燃料を噴射する場合であっても、一部の空気孔３１Ａから噴出する混合気がベースプレート３２と旋回プレート３３の間で他の空気孔列の空気孔３１Ａから噴出する空気で希釈されることなく、空気孔３１Ｂから燃焼室５０に噴出する予混合気３８の燃空比が必要以上に低くなることを抑制することができる。また、空気孔３１Ｂから燃焼室５０に噴出する予混合気３８の流量及び燃空比を同列に属する空気孔３１Ｂの間で等しくすることができるため、バーナ５における流量と燃空比の周方向偏差を小さくすることができる。従って、各空気孔３１Ｂから噴出する予混合気３８の燃空比を精度良く制御してガスタービンの点火から定格負荷までの一連の運転過程で安定燃焼を実現するとともにＮＯｘの排出量を抑制することができる。

【0043】

（２）本実施形態では、空間部４６に隔壁部３７により区分されて形成される内部流路３６の断面積がベースプレート３２の空気孔３１Ａの断面積以上に設定されている。そのため、内部流路３６における混合気噴流の流速の増加を抑制し、圧力損失の増加によるガスタービン１０００の効率の低下を抑制することができる。

【0044】

（３）本実施形態では、燃料系統２００を燃料系統２０１〜２０４に分岐させ、Ｆ１〜Ｆ４バーナ５Ａ〜５Ｄをそれぞれ個別に制御できる群分け構造としているので、燃料を供給する燃料ノズル３０の本数をガスタービンで要求される燃料流量の変化に応じて段階的に変化させる燃料ステージングができる。そのため、ガスタービン部分負荷運転時の安定燃焼を実現するとともにＮＯｘの排出量を抑制することができる。

【0045】

（４）本実施形態では、Ｆ１バーナ５Ａでは周方向に隣接する２つの空気孔３１Ｂ間の距離が消炎距離より大きく設定されている。そのため、旋回プレート３３に火炎が近付き火炎の安定性をより強化することができる。

【0046】

（５）本実施形態では、燃料と空気が段階的に混合するため空気孔３１Ａ内で燃料と空気が完全に混合することを抑制することができ、空気孔３１Ａ内における燃料の自発火を抑制することができる。そのため、ベースプレート３２及び旋回プレート３３の溶損を抑制することができ、ガスタービン燃焼器２の信頼性を向上させることができる。

【0047】

また、本実施形態では、複数の燃料ノズル３０の燃料の流れ方向の下流側の端部が空気孔３１Ａの入口から離間している。そのため、例えば空気孔３１Ａに燃料ノズル３０の先端を挿し込んだ構成に比べて空気孔３１Ａ内における燃料の流速の増加を抑制し、圧力損失の増加によるガスタービン１０００の効率の低下を抑制することができる。

【0048】

また、本実施形態では、燃料噴流３４と空気噴流３５とが同軸噴流で燃焼室５０に噴出されるため、燃料と空気の界面が増加して燃料と空気の混合がより促進される。従って、燃焼室５０における燃焼時にＮＯｘの発生量を抑制することができる。

【0049】

また、本実施形態では、空気孔３１Ｂが角度α°で周方向に傾斜しているため空気孔３１Ｂを流れる流体は循環流を形成しながら空気孔３１Ｂから噴射する。そのため、より安定した火炎を形成することができる。

【0050】

（６）本実施形態によれば、ベースフレーム３２の下流側にベースプレート３２の複数の空気孔列にそれぞれ対応する複数の空気孔列を有する旋回プレート３３を配設し、ベースフレーム３２と旋回プレート３３の間の空間部４６を空気孔列毎に隔てる隔壁部３７を設けた簡単な構造を有している。そのため、既存のガスタービン燃焼器を改造して容易に製造することができる。例えば、燃料と空気とを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼室、同心円状の複数の環状列に配置した複数の燃料ノズル、及び複数の燃料ノズルの下流側に配設され、複数の燃料ノズルにそれぞれ対応する複数の空気孔からなる同心円状の複数の空気孔列を有するベースプレートを備えた既存のガスタービン燃焼器に対し、ベースプレートの下流側に旋回プレート３３を配設し、ベースプレートと旋回プレート３３の間の空間部に隔壁部３７を設けることで、既存のガスタービン燃焼器に対し容易に適用することができる。

【0051】

＜第２実施形態＞
図１０は本実施形態に係るガスタービン燃焼器における燃料と空気の流れを模式的に示した断面図である。図１０において、上記第１実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

【0052】

（構成）
本実施形態は旋回プレート３３の空気孔３１Ｂの構成が第１実施形態と異なる。以下では空気孔３１Ｂの構成について説明する。

【0053】

第１実施形態では空気孔３１Ｂが空気孔３１Ａと周方向に対応した位置に設けられている例を図示したが、図１０に示すように、本実施形態では、空間部４６に連通する旋回プレート３３の空気孔３１Ｂの入口と、空間部４６に連通する空気孔３１Ａの出口とが周方向にずれている。すなわち、空気孔３１Ｂの中心軸と旋回プレート３３の燃料ノズル３０側の端面との交点（空気孔３１Ｂの入口の中心）が、空気孔３１Ａの中心軸上から周方向に離間している。そして、空気孔３１Ａの中心軸上には旋回プレート３３の壁面が位置している。その他の構成は第１実施形態と同様である。

【0054】

（動作）
図１０に示すように、燃料ノズル３０から噴出した燃料噴流３４と空気噴流３５は、第１実施形態と同様、内部流路３６内で一次混合気となる。この一次混合気は空気孔３１Ａの中心軸上に位置する旋回プレート３３の壁面に衝突し、内部流路３６に沿って周方向に流れる。その後、この一次混合気は空気孔３１Ｂに流入し、第１実施形態と同様、予混合気３８として燃焼室５０に供給され燃焼する。

【0055】

（効果）
本実施形態では第１実施形態で得られる各効果に加えて、次の効果が得られる。

【0056】

本実施形態では空気孔３１Ａの出口と空気孔３１Ｂの入口とが周方向にずれていて、空気孔３１Ａの中心軸上に旋回プレート３３の壁面が位置している。そのため、空気孔３１Ａから噴出する中心の温度が低い混合気噴流がこの壁面に衝突する。従って、燃焼室５０の火炎からのふく射によって加熱された旋回プレート３３を冷却し、旋回プレート３３の長寿命化を図ることができる。また、内部流路３６に流入した混合気噴流の周方向（一方向）への流れが誘起されるため、混合気噴流が内部流路３６内を流れる距離（以下、混合距離）を第１実施形態に比べて長く確保することができる。従って、内部流路３６内での燃料と空気の混合をより促進し、ＮＯｘの排出量をより抑制することができる。

【0057】

＜第３実施形態＞
図１１は本実施形態に係るガスタービン燃焼器のベースプレートを下流側から見た図である。図１２は本実施形態に係るガスタービン燃焼器のベースプレートの拡大図であって、図１１のXII−XII線の矢視断面図である。図１３は本実施形態に係るガスタービン燃焼器における燃料と空気の流れを模式的に示した断面図である。図１１乃至図１３において、第１実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

【0058】

（構成）
本実施形態が前述した各実施形態と異なる点は空気孔３１Ａの構成である。

【0059】

図１１及び図１２に示すように、本実施形態では、ベースプレート３３の空気孔３１Ａの両端における円の中心を結んで得られる空気孔３１Ａの中心軸が、燃料ノズル３０の中心軸または燃焼器ライナ１０の中心軸の方向と所定の角度β°をなすようにベースプレート３２の周方向に対して傾斜している。すなわち、空気孔３１Ａはベースプレート３２に対して所定の角度β°だけ傾斜して設けられている。なお、本実施形態において「所定の角度をなす」とは、空気孔３１Ａの中心軸と他の中心軸（燃料ノズル３０の中心軸または燃焼器ライナ１０の中心軸）が平行でないことをいう。角度β°は空気孔３１Ａから内部流路３６に噴出する空気の噴出方向を規定する要素であり、空気孔３１Ａの空気孔列毎に最適な値に設定されている。空気孔３１Ａが角度β°で傾斜した管路（斜円柱管路）に形成されている。空気孔３１Ａの中心軸上には旋回プレート３３の壁面が位置している等、その他の構成は第２実施形態と同様である。

【0060】

（動作）
図１３に示すように、燃料ノズル３０から噴出した燃料噴流３４と空気噴流３５は、第１実施形態と同様、内部流路３６内で一次混合気となり、空気孔３１Ａの中心軸上に位置する旋回プレート３３の壁面に衝突する。本実施形態では空気孔３１Ａがベースプレート３２に対して斜めに形成されているため、この一次混合気は旋回プレート３３の壁面に衝突しつつ内部流路３６内を周方向の一方向に整然と流れ、空気孔３１Ｂに流入する。その後、第１実施形態と同様、予混合気３８として燃焼室５０に供給され燃焼する。

【0061】

（効果）
本実施形態では上記各実施形態で得られる各効果に加えて、次の効果が得られる。

【0062】

本実施形態では、ベースプレート３２に形成された空気孔３１Ａが燃料ノズル３０または燃焼器ライナ１０の軸方向に向かってベースプレート３２の周方向に傾斜しているため、空気孔３１Ａを流れる混合気噴流には旋回方向の力成分が積極的に付与される。従って、内部流路３６内の一次混合気は旋回プレート３３の壁面に衝突しつつ内部流路３６の周方向の一方向に整然と流れる。その結果、内部流路３６内の一次混合気に局所的な渦や淀みが発生することを抑制し、内部流路３６内を流れる際に生じる圧力損失を低減しかつ燃料と空気の混合を促進することができる。

【0063】

＜第４実施形態＞
図１４は、本実施形態に係るガスタービン燃焼器における燃料と空気の流れを模式的に示した断面図である。図１４において、上記第１実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

【0064】

（構成）
本実施形態が前述した各実施形態と異なる点は旋回プレート３３の空気孔３１Ｂに絞りを設けた点である。

【0065】

図１４に示すように、本実施形態では、旋回プレート３３に形成された空気孔３１Ｂの入口側（燃料ノズル３０側）に段状の絞り３９Ａが設けられている。この絞り３９Ａは空気孔３１Ｂの孔径が空気孔３１Ｂの入口側で小さくなるように形成されている。その結果、例えば第３実施形態と比べても空気孔３１Ｂの入口面積が小さくなっている。なお、本実施形態でも空気孔３１Ｂの中心軸と旋回プレート３３の燃料ノズル３０側の端面との交点が、空気孔３１Ａの中心軸上から周方向に離間し、空気孔３１Ａの中心軸上には旋回プレート３３の壁面が位置している。その他の構成は第２実施形態と同様である。

【0066】

（動作）
図１４に示すように、燃料ノズル３０から噴出した燃料噴流３４と空気噴流３５は、第１実施形態と同様、内部流路３６内で一次混合気となる。この一次混合気は、第２実施形態と同様、内部流路３６を周方向に流れつつ空気孔３１Ａの中心軸上に位置する旋回プレート３３の壁面に衝突する。本実施形態では空気孔３１Ｂの入口側に絞り３９Ａが設けられ、空気孔３１Ｂの燃料ノズル３０側の孔径が狭められているため、内部流路３６を周方向に流れる一次混合気は、内部流路３６から旋回プレート３３に係る空気孔３１Ｂに流入するとき同列の空気孔３１Ｂに対して第１実施形態と比べてもより均一に分配される。その後、この一次混合気は空気孔３１Ｂに流入し、第１実施形態と同様、予混合気３８として燃焼室５０に供給され燃焼する。

【0067】

（効果）
本実施形態では前述した各実施形態で得られる各効果に加えて、次の効果が得られる。

【0068】

本実施形態では、空気孔３１Ｂの入口側に絞り３９Ａが設けられ、空気孔３１Ｂの孔径が狭められている。そのため、空気孔３１Ｂから燃焼室５０に噴射される予混合気３８の流量の空気孔列毎の周方向偏差をさらに抑制することができる。また、絞り３９Ａの下流側は流路が急拡大するため、燃料と空気の混合をさらに促進することができる。

【0069】

＜第５実施形態＞
図１５は、本実施形態に係るガスタービン燃焼器における燃料と空気の流れを模式的に示した断面図である。図１５において、上記第１実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

【0070】

（構成）
本実施形態は旋回プレート３３の空気孔３１Ｂに絞りを設ける他の構成例を例示するものである。

【0071】

図１５に示すように、本実施形態では、旋回プレート３３に形成された空気孔３１Ｂの入口側（燃料ノズル３０側）に、その孔径が空気孔３１Ｂの出口側（燃焼室側５０）から入口側に向かって徐々に縮小する傾斜状の絞り３９Ｂが設けられている。絞り３９Ｂは空気孔３１Ｂの孔径が燃料ノズル３０側で最も小さくなるように形成されている。その結果、例えば第３実施形態と比べても空気孔３１Ｂの入口面積が小さくなっている。なお、本実施形態でも空気孔３１Ｂの中心軸と旋回プレート３３の燃料ノズル３０側の端面との交点が、空気孔３１Ａの中心軸上から周方向に離間し、空気孔３１Ａの中心軸上には旋回プレート３３の壁面が位置している。その他の構成は第２実施形態と同様である。

【0072】

（動作）
図１５に示すように、燃料ノズル３０から噴出した燃料噴流３４と空気噴流３５は、第１実施形態と同様、内部流路３６内で一次混合気となる。この一次混合気は、第２実施形態と同様、内部流路３６を周方向に流れつつ空気孔３１Ａの中心軸上に位置する旋回プレート３３の壁面に衝突する。本実施形態でも空気孔３１Ｂの入口側に絞り３９Ｂが設けられているため、第４実施形態と同様、内部流路３６を周方向に流れる一次混合気は同列の空気孔３１Ｂに対して第１実施形態と比べてもより均一に分配される。その後、この一次混合気は空気孔３１Ｂに流入し、第１実施形態と同様、予混合気３８として燃焼室５０に供給され燃焼する。

【0073】

（効果）
本実施形態では前述した各実施形態で得られる各効果に加えて、次の効果が得られる。

【0074】

本実施形態では、旋回プレート３３に形成された空気孔３１Ｂの入口側（燃料ノズル３０側）に、その孔径が空気孔３１Ｂの出口側（燃焼室側５０）から入口側に向かって徐々に縮小する傾斜状の絞り３９Ｂが設けられている。空気孔３１Ｂがテーパ形状で段差がないので、第４実施形態と比べて内部流路３６から空気孔３１Ｂに流入するときに流路の急拡大による圧力損失の増加を抑制することができ、ガスタービン１０００の効率を向上することができる。

【0075】

＜第６実施形態＞
図１６は本実施形態に係るガスタービン燃焼器の断面図である。図１７は本実施形態に係るガスタービン燃焼器の空気孔プレートを下流側から見た図であって、図１６のXVII−XVII線の矢視断面図である。図１６及び図１７において、上記第１実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

【0076】

本実施形態では、複数の燃料ノズルと空気孔からなる空気孔列とを同心円状に配置してなるバーナをガスタービン燃焼器の燃焼部に複数配置したいわゆるマルチ噴射式ガスタービン燃焼器に対して本発明を適用した場合について説明する。なお、本実施形態では同心円状に配置された複数の空気孔列を内側から外側に向かって第１列、第２列及び第３列と適宜称する。

【0077】

図１６及び図１７に示すように、本実施形態に係るガスタービン燃焼器２は複数の燃料ノズル３０と複数の空気孔３１Ａ及び空気孔３１Ｂからなる複数の空気孔列とが同心円状に配置された複数のバーナを備えている（本実施形態では３列の燃料ノズル３０及び空気孔列が形成されている）。各バーナには１列目に６個、２列目に１２個、３列目に１８個の燃料ノズル３０と空気孔３１Ａ及び空気孔３１Ｂからなる空気孔列とが配置されている。

【0078】

ガスタービン燃焼器２の燃焼部の中心には、ガスタービン燃焼器２と同軸に１つのバーナ（パイロットバーナ）４１が配設され、パイロットバーナ４１の周囲に６つのバーナ（メインバーナ）４２が配設されている。すなわち、本実施形態ではガスタービン燃焼器２は７つのバーナを備えたマルチバーナ構造で構成されている。これら７つのバーナ４１、４２ではベースプレート３２と旋回プレート３３を共用している。つまり、バーナ４１、４２の旋回プレート３３には前述した各実施形態の空気孔３１Ａ、３１Ｂ及び隔壁部３７等が設けられている。

【0079】

図１８は図１６の一点鎖線で囲んだ旋回プレート３３（Ａ部）の部分拡大図である。図１９は図１７の一点鎖線で囲んだメインバーナ４２（Ｂ部）の拡大図である。図１８及び図１９に示すように、隔壁部３７は複数の空気孔３１Ａ及び空気孔３１Ｂからなる複数の空気孔列を一列ずつ隔てるように同心円状に複数設けられている（本実施形態では各バーナ４１、４２においてそれぞれ２つの隔壁部３７が設けられている）。この隔壁部３７により、旋回プレート３３の空間部４６は空気孔３１Ａから噴出した混合気を周方向へ導く複数の内部流路３６に隔てられている（本実施形態では各バーナ４１、４２においてそれぞれ３つの内部流路３６に隔てられている）。この複数の内部流路３６は隔壁部３７に対応して同心円状に形成されている。なお、図１８に示すように、本実施形態においても空気孔３１Ｂは旋回角を有する旋回空気孔で構成されている。

【0080】

図１６に示すように、本実施形態では、燃料遮断弁２１０を備えた燃料系統２００からヘッダ４０を介してパイロットバーナ４１及びメインバーナ４２に燃料が供給される。燃料系統２００は、Ｆ１燃料流量調節弁２１１を備えたＦ１燃料系統２０１、Ｆ２燃料流量調節弁２１２を備えたＦ２燃料系統２０２、Ｆ３燃料流量調節弁２１３を備えたＦ３燃料系統２０３及びＦ４燃料流量調節弁２１４を備えたＦ４燃料系統２０４の４つの燃料系統に分岐している。

【0081】

図１６及び図１７に示すように、パイロットバーナ４１であるＦ１バーナ４３にはＦ１燃料系統２０１が接続され、Ｆ１バーナ４３に供給されるＦ１燃料の流量はＦ１燃料流量調節弁２１１によって調節される。６つのメインバーナ４２のうち２つのメインバーナ４２の１列目を構成するＦ２バーナ４４にはＦ２燃料系統２０２が接続され、Ｆ２バーナ４４に供給されるＦ２燃料の流量はＦ２燃料流量調節弁２１２によって調節される。６つのメインバーナ４２のうち他の４つのメインバーナ４２の１列目を構成するＦ３バーナ４５にはＦ３燃料系統２０３が接続され、Ｆ３バーナ４５に供給されるＦ３燃料の流量は燃料流量調節弁２１３によって調節される。６つのメインバーナ４２の２、３列目を構成するＦ４バーナ４６にはＦ４燃料系統２０４が接続され、Ｆ４バーナ４６に供給されるＦ４燃料の流量は燃料流量調節弁２１４によって調節される。

【0082】

なお、本実施形態では、パイロットバーナ４１及びメインバーナ４２の全てのバーナに隔壁部３７を設けたが、燃料と空気の混合を高精度で行う必要のあるバーナにのみ隔壁部３７を設置すれば良い。例えば、パイロットバーナ４１には隔壁部３７を設けず、メインバーナ４１のみに隔壁部３７を設けてもよい。

【0083】

本実施形態に係るガスタービン燃焼器２の動作について説明する。

【0084】

本実施形態においても、第１実施形態と同様、燃料ノズル３０から噴射された燃料噴流３４とガスタービン燃焼器２に流入する空気噴流３５とが、各バーナの空気孔３１Ａに流入し、内部流路３６及び空気孔３１Ｂをこの順に流れる。その後、図１６に示すように旋回流６０を形成しながら各バーナの空気孔３１Ｂから噴出して予混合気３８として燃焼室５０に供給される。このとき、予混合気３８は旋回流６０を形成しながら各バーナの空気孔３１Ｂから噴出する。この循環流６０によって各バーナにおいて循環流６１が形成され、燃焼室５０において火炎面６２が形成される。また、第１実施形態で説明したように、起動時にはステージングが実行されて、燃料の噴射範囲が段階的に拡大していく。

【0085】

以上のように、マルチ噴射式ガスタービン燃焼器にも問題なく本発明は適用可能である。

【0086】

＜その他＞
本発明は上記した各実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除及び置換をすることも可能である。

【0087】

各実施形態において、燃料ノズル３０と空気孔３１Ａとを同軸に配置した場合について説明した。しかしながら、燃料と空気の同軸噴流を形成可能であれば燃料ノズル３０と空気孔３１Ａとの中心軸は完全に一致する必要はなく、燃料ノズル３０が対応する空気孔３１Ａに向かっていればよい。

【0088】

また、各実施形態において、燃料ノズル３０、空気孔３１Ａ及び空気孔３１Ｂが各環状列の全周に渡って形成された場合を説明した。しかしながら、本発明の本質的効果は各空気孔の燃空比を精度良く制御してガスタービンの点火から定格負荷までの一連の運転過程で安定燃焼を実現するとともにＮＯｘの排出量を抑制することであり、この本質的効果を得る限りにおいては必ずしも燃料ノズル３０、空気孔３１Ａ及び空気孔３１Ｂが各環状列の全周に渡って形成されている必要はない。例えば、外周側の環状列において、環状列の一部分に燃料ノズル３０、空気孔３１Ａ及び空気孔３１Ｂが配置される場合もある。

【0089】

また、上記第１〜第５実施形態において、ベースプレート３２及び旋回プレート３３に８列の空気孔列が形成された場合を説明した。しかしながら、上述した本発明の本質的効果を得る限りにおいてはベースプレート３２及び旋回プレート３３に形成される空気孔列の数を８列とする必要はない。例えば、ベースプレート３２及び旋回プレート３３に形成される空気孔列は７列以下であってもよく、或いは９列以上であってもよい。

【0090】

また、各実施形態において、ベースプレート３２に隔壁部３７を設けた場合を説明した。しかしながら、上述した本発明の本質的効果を得る限りにおいては必ずしもベースプレート３２に隔壁部３７を設ける必要はない。例えば、旋回プレート３３に隔壁部３７を設けてもよい。また、隔壁部３７がベースプレート３２とも旋回プレート３３とも独立していてもよい。

【0091】

また、各実施形態において、ベースプレート３２の空気孔３１Ａと旋回プレート３３の空気孔３１Ｂを同数とした場合を説明した。しかしながら、上述した本発明の本質的効果を得る限りにおいては必ずしも空気孔３１Ａと空気孔３１Ｂを同数とする必要はない。例えば、空気孔３１Ａに対して空気孔３１Ｂの数を多くしてもよいし、空気孔３１Ａに対して空気孔３１Ｂの数を少なくしてもよい。

【0092】

また、各実施形態では、燃料ノズル３０の端部がベースプレート３２の空気孔３１Ａの入口から離間している場合を説明した。しかしながら、上述した本発明の本質的効果を得る限りにおいては必ずしも燃料ノズル３０の端部が空気孔３１Ａの入口から離間する必要はない。例えば、燃料ノズル３０の先端を空気孔３１Ａ内に挿入してもよい。この場合、空気孔３１Ａの入口面積の減少により空気噴流３５の流速が増すので、燃料ノズル３０から噴出される燃料と空気の混合が更に促進される。

【0093】

また、各実施形態では各燃料ノズル３０の先端を単純な円筒状に形成した場合を説明した。しかしながら、上述した本発明の本質的効果を得る限りにおいては、各燃料ノズル３０の先端に突起物を設置して噴出される燃料に渦流れを発生させ、燃料と空気の混合をより促進してもよい。また、各燃料ノズル３０の燃料噴出孔の数を複数にして燃料の分散を高め、燃料と空気の混合をより促進してもよい。

【符号の説明】

【0094】

２ ガスタービン燃焼器
３０ 燃料ノズル
３２ ベースプレート（第１プレート）
３３ 旋回プレート（第２プレート）
３７ 隔壁部
４６ 空間部
５０ 燃焼室

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】