特開 2024-13988 ガスタービン燃焼器およびガスタービン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024013988

(43)【公開日】2024-02-01

(54)【発明の名称】ガスタービン燃焼器およびガスタービン

(51)【国際特許分類】

   F23R 3/16 20060101AFI20240125BHJP

   F23R 3/28 20060101ALI20240125BHJP

   F23R 3/34 20060101ALI20240125BHJP

   F23R 3/32 20060101ALI20240125BHJP

【ＦＩ】

F23R3/16

F23R3/28 F

F23R3/34

F23R3/32

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022116495

(22)【出願日】2022-07-21

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成３０年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「カーボンリサイクル・次世代火力発電等技術開発／次世代火力発電基盤技術開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】瀧口 智志

(57)【要約】

【課題】ガスタービン燃焼器およびガスタービンにおいて、１段目の燃焼ガスの燃焼性を向上することでＣＯの発生を抑制すると共に１段目の燃焼ガスと２段目の予混合ガスとの混合性を向上することでＮＯｘの発生を抑制する。
【解決手段】筒形状をなす燃焼筒と、燃焼筒の内部に燃料ガスを供給する燃料供給部と、燃料供給部よりも燃焼ガスの流れ方向の下流側で燃焼筒の内部に燃料と空気が混合された予混合ガスを供給する予混合ガス供給部と、燃料供給部と予混合ガス供給部との間で燃焼筒の内壁面から燃焼筒の中心側に突出して燃焼ガスの流れを偏向する偏向部材と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒形状をなす燃焼筒と、
前記燃焼筒の内部に燃料ガスを供給する燃料供給部と、
前記燃料供給部よりも燃焼ガスの流れ方向の下流側で前記燃焼筒の内部に燃料と空気が混合された予混合ガスを供給する予混合ガス供給部と、
前記燃料供給部と前記予混合ガス供給部との間で前記燃焼筒の内壁面から前記燃焼筒の中心側に突出して前記燃焼ガスの流れを偏向する偏向部材と、
を備えるガスタービン燃焼器。

【請求項2】

前記予混合ガス供給部は、前記燃焼筒の内部への予混合ガスの噴出部が前記燃焼筒の内壁面に沿って配置される、
請求項１に記載のガスタービン燃焼器。

【請求項3】

前記予混合ガス供給部は、前記燃焼筒の内部への予混合ガスの噴出部が前記燃焼筒の内壁面から前記燃焼筒の内部に突出して配置される、
請求項１に記載のガスタービン燃焼器。

【請求項4】

前記偏向部材と前記予混合ガス供給部との前記燃焼筒の軸方向における距離Ｌは、前記燃焼筒の内壁面から突出する前記偏向部材における前記燃焼筒の径方向長さＨ１の１０倍より短い、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のガスタービン燃焼器。

【請求項5】

前記予混合ガス供給部は、前記燃焼筒の周方向に間隔を空けて複数配置され、前記偏向部材は、複数の前記予混合ガス供給部に対して前記燃焼筒の軸方向に対向する位置に配置される、
請求項１に記載のガスタービン燃焼器。

【請求項6】

前記予混合ガス供給部は、前記燃焼筒の軸方向に間隔を空けて複数配置される、
請求項１に記載のガスタービン燃焼器。

【請求項7】

空気を圧縮することで高温・高圧の圧縮空気を生成する圧縮機と、
前記圧縮空気に燃料ガスを供給して燃焼させることで高温・高圧の燃焼ガスを生成する請求項１に記載のガスタービン燃焼器と、
前記燃焼ガスにより駆動するタービンと、
を備えるガスタービン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ガスタービン燃焼器およびガスタービンに関するものである。

【背景技術】

【0002】

ガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンとを備える。圧縮機は、取り込まれた空気を圧縮することで高温・高圧の圧縮空気とする。燃焼器は、圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させることで高温・高圧の燃焼ガスを得る。タービンは、燃焼ガスにより駆動し、同軸上に連結された発電機を駆動する。

【0003】

ガスタービンの高効率化や高出力化を図るため、燃焼温度を高めることが考えられる。一方で、燃焼時に発生するＮＯｘを低減する必要があり、火炎温度の最高値を低下させるため、予混合燃焼方式を採用している。しかし、予混合燃焼方式では、不安定事象である燃焼振動が発生しやすく、音響デバイスが必要になる。但し、音響デバイスは、火炎逆火を抑制する必要があるため、パージ空気が必要となり、燃焼用空気が減少してＮＯｘが上昇する課題がある。

【0004】

このような課題を解決する技術として、２段燃焼方式がある。２段燃焼方式は、低負荷の火炎温度が低い状態では、２段目のノズルから空気を供給することで、上流側の火炎温度を上昇させてＣＯの発生を抑制することができる。また、２段燃焼方式は、高負荷では、２段目のノズルから１段目のノズルよりも空気に対する燃料の割合を多くすることで、滞留時間が長い１段目の火炎領域の温度を低く抑制し、全体として低ＮＯｘ化を達成することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００７－１１３８８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところが、２段燃焼方式は、低負荷にて、１段目の燃焼ガスに対して２段目のノズルから低温の空気が供給されて混合される。そのため、主流のガス温度が急激に低下し、１段目のノズルから供給された燃料の燃焼が不十分となり、ＣＯの発生の要因となってしまう。また、２段燃焼方式は、高負荷にて、１段目の燃焼ガスに対して２段目のノズルから供給される予混合ガスの貫通力が十分でないと、１段目の燃焼ガスと２段目の予混合ガスとの混合が不十分となる。すると、２段目のノズルから供給された予混合ガスの高温領域が残存し、ＮＯｘが発生してしまうという課題がある。

【0007】

本開示は、上述した課題を解決するものであり、１段目の燃焼ガスの燃焼性を向上することでＣＯの発生を抑制すると共に１段目の燃焼ガスと２段目の予混合ガスとの混合性を向上することでＮＯｘの発生を抑制するガスタービン燃焼器およびガスタービン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】

【0008】

上記の目的を達成するための本開示のガスタービン燃焼器は、筒形状をなす燃焼筒と、前記燃焼筒の内部に燃料ガスを供給する燃料供給部と、前記燃料供給部よりも燃焼ガスの流れ方向の下流側で前記燃焼筒の内部に燃料と空気が混合された予混合ガスを供給する予混合ガス供給部と、前記燃料供給部と前記予混合ガス供給部との間で前記燃焼筒の内壁面から前記燃焼筒の中心側に突出して前記燃焼ガスの流れを偏向する偏向部材と、を備える。

【0009】

また、本開示のガスタービンは、空気を圧縮することで高温・高圧の圧縮空気を生成する圧縮機と、前記圧縮空気に燃料ガスを供給して燃焼させることで高温・高圧の燃焼ガスを生成する前記ガスタービン燃焼器と、前記燃焼ガスにより駆動するタービンと、を備える。

【発明の効果】

【0010】

本開示のガスタービン燃焼器およびガスタービンによれば、１段目の燃焼ガスの燃焼性を向上することでＣＯの発生を抑制することができると共に、１段目の燃焼ガスと２段目の予混合ガスとの混合性を向上することでＮＯｘの発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、ガスタービンの全体構成を表す概略図である。

【図2】図２は、第１実施形態のガスタービン燃焼器を表す断面図である。

【図3】図３は、予混合ガス供給部を表す断面図である。

【図4】図４は、予混合ガス供給部と偏向部材の配置関係を表す図２のIV－IV断面図である。

【図5】図５は、予混合ガス供給部と偏向部材の配置関係の変形例を表す断面図である。

【図6】図６は、第２実施形態のガスタービン燃焼器における予混合ガス供給部を表す断面図である。

【図7】図７は、第３実施形態のガスタービン燃焼器を表す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。また、実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

【0013】

［第１実施形態］
＜ガスタービン＞
図１は、ガスタービンの全体構成を表す概略図である。

【0014】

図１に示すように、ガスタービン１０は、圧縮機１１と、燃焼器（ガスタービン燃焼器）１２と、タービン１３とを有する。圧縮機１１とタービン１３は、回転軸１４により一体回転可能である。回転軸１４は、軸方向の一端部に発電機１５が連結される。燃焼器１２は、圧縮機１１とタービン１３との間で周方向に間隔を空けて複数配置される。

【0015】

圧縮機１１は、空気取入口から取り込まれた空気Ａが複数の静翼および動翼を通過して圧縮され、高温・高圧の圧縮空気ＣＡを生成する。燃焼器１２は、圧縮空気ＣＡに対して燃料ガスＦＧを供給して混合気ＭＧを生成し、混合気ＭＧを燃焼することで高温・高圧の燃焼ガスＣＧを生成する。タービン１３は、燃焼ガスＣＧが静翼および動翼を通過することで回転軸１４を駆動回転し、排ガスＥＧを排出する。発電機１５は、回転軸１４が駆動回転することで駆動し、発電を行う。

【0016】

＜ガスタービン燃焼器＞
図２は、第１実施形態のガスタービン燃焼器を表す断面図である。

【0017】

図２に示すように、燃焼器１２は、燃焼器本体２１と、燃料供給部２２と、予混合ガス供給部２３と、偏向部材２４とを備える。

【0018】

燃焼器本体２１は、軸心Ｏ１を中心とする円筒形状をなす。但し、燃焼器本体２１は、円筒形状に限定されるものではなく、楕円形状などでもよく、また、軸方向に沿って面積が変更されるような筒形状などでもよい。燃焼器本体２１は、外筒３１と、内筒３２、尾筒（燃焼筒）３３とを有する。燃焼器本体２１は、外筒３１と内筒３２と尾筒３３が直列に連結されて構成される。

【0019】

燃料供給部２２は、燃焼器本体２１の内部に燃料ガスＦＧを供給する。具体的に、燃料供給部２２は、内筒３２の内部に燃料ガスＦＧと圧縮空気ＣＡの混合気ＭＧを供給する。予混合ガス供給部２３は、燃料供給部２２よりも燃焼ガスＣＧの流れ方向の下流側に配置される。予混合ガス供給部２３は、燃焼器本体２１の内部に燃料ガスＦＧを供給する。具体的に、予混合ガス供給部２３は、尾筒３３の内部に圧縮空気ＣＡまたは圧縮空気ＣＡと燃料ガスＦＧとの混合気ＭＧを供給する。

【0020】

偏向部材２４は、燃料供給部２２と予混合ガス供給部２３とにおける軸心Ｏ１方向の間に配置される。この場合、偏向部材２４は、燃料供給部２２よりも予混合ガス供給部２３に接近して配置される。偏向部材２４は、燃焼器本体２１の内壁面から燃焼器本体２１の中心（軸心Ｏ１）側に向けて突出する。具体的に、偏向部材２４は、尾筒３３の内壁面３３ａに固定され、尾筒３３の内壁面３３ａに沿って流れる燃焼ガスＣＧの流れを尾筒３３の中心（軸心Ｏ１）側に偏向する。

【0021】

以下、燃焼器１２について詳細に説明する。

【0022】

外筒３１は、軸心Ｏ１方向の一端部にトップハット部４１が連結され、他端部の外周部側が開口し、圧縮機１１（図１参照）で生成された高温・高圧の圧縮空気ＣＡが流入する。内筒３２は、軸心Ｏ１方向の一端部が外筒３１の内側に配置され、連結部材４２を介して外筒３１に連結される。連結部材４２は、リング形状をなし、多数の貫通孔４２ａが形成される。多数の貫通孔４２ａを有する連結部材４２は、圧縮空気ＣＡの絞り部材として機能する。

【0023】

尾筒３３は、軸心Ｏ１方向の一端部が外筒３１の他端部の内側で、且つ、内筒３２の他端部の外側に配置され、支持部材４３を介して内筒３２に支持される。外筒３１の他端部と尾筒３３の一端部とは、その間にリング形状をなす空気通路４４が形成される。圧縮空気ＣＡは、空気通路４４を通って連結部材４２側に流れる。また、内筒３２の他端部と尾筒３３の一端部とは、その間にリング形状をなす空気通路４５が形成される。圧縮空気ＣＡの一部は、空気通路４５を通って尾筒３３に流れ、内壁面３３ａに沿って流れるフィルム空気として機能する。

【0024】

内筒３２は、内部にパイロット燃焼バーナ５３と、メイン燃焼バーナ５４とが配置される。パイロット燃焼バーナ５３は、内筒３２の中心（軸心Ｏ１）に配置される。メイン燃焼バーナ５４は、パイロット燃焼バーナ５３の周囲に周方向に間隔を空けて複数配置される。

【0025】

パイロット燃焼バーナ５３は、パイロットコーン５５と、パイロットノズル５６とを有する。パイロットコーン５５は、端部が内筒３２に支持される。パイロットノズル５６は、トップハット部４１に支持され、パイロットコーン５５の内部に配置される。なお、図示しないが、パイロットノズル５６の外周部に旋回翼（スワラーベーン）が設けられる。そして、パイロットノズル５６は、図示しないパイロット燃料ラインが連結される。

【0026】

メイン燃焼バーナ５４は、支柱５７と、メインノズル５８とを有する。支柱５７は、端部がトップハット部４１に支持される。メインノズル５８は、支柱５７の内部に配置される。なお、メインノズル５８は、旋回翼（スワラーベーン）を有する。そして、メインノズル５８は、図示しないメイン燃料ラインが連結される。

【0027】

なお、第１実施形態にて、燃料供給部２２は、少なくともパイロット燃焼バーナ５３と、複数のメイン燃焼バーナ５４とを有する。

【0028】

そのため、圧縮空気ＣＡは、内筒３２の内部に流れ込む。複数のメイン燃焼バーナ５４は、圧縮空気ＣＡに対して燃料ガスＦＧを噴出して混合して混合気（予混合気）ＭＧを生成し、混合気ＭＧは、旋回流となって尾筒３３の内部に流れ込む。一方、パイロット燃焼バーナ５３は、圧縮空気ＣＡに対して燃料ガスＦＧを噴出して混合して混合気ＭＧを生成し、混合気ＭＧは、図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスＣＧとなって尾筒３３の内部に噴出される。このとき、燃焼ガスＣＧの一部が尾筒３３の内部に火炎を伴って周囲に拡散するように噴出されることで、各メイン燃焼バーナ５４から尾筒３３の内部に流れ込んだ混合気ＭＧに着火されて燃焼する。即ち、パイロット燃焼バーナ５３から噴出されたパイロット用の燃料ガスＦＧによる火炎により、メイン燃焼バーナ５４からの希薄予混合用の燃料ガスＦＧの安定燃焼を行うための保炎を行うことができる。

【0029】

＜予混合ガス供給部＞
図３は、予混合ガス供給部を表す断面図である。

【0030】

図２および図３に示すように、予混合ガス供給部２３は、燃料供給部２２よりも下流側に配置され、尾筒３３の内部に圧縮空気ＣＡだけを噴出可能であると共に、圧縮空気ＣＡと燃料との混合気（予混合ガス）ＭＧを噴出可能である。予混合ガス供給部２３は、尾筒３３の周方向に間隔を空けて複数配置される。予混合ガス供給部２３は、尾筒３３の内部への混合気ＭＧの噴出部が尾筒３３の内壁面３３ａに沿って配置される。

【0031】

予混合ガス供給部２３は、ハウジング６１と、噴出孔（噴出部）６２と、空気ノズル６３と、燃料ノズル６４とを有する。

【0032】

ハウジング６１は、外部から尾筒３３に形成された取付孔３３ｂに嵌合して固定される。ハウジング６１は、前面６１ａが尾筒３３の内壁面３３ａに段差なく連続する。噴出孔６２は、円形状をなし、ハウジング６１における軸心Ｏ１方向に直交する尾筒３３の径方向である軸心Ｏ２方向に沿って設けられる。なお、噴出孔６２は、軸心Ｏ１方向に直交する軸心Ｏ２方向に沿った形状に限定されるものではなく、軸心Ｏ１方向の一方側または他方側に傾斜させたり、尾筒３３の周方向に傾斜させたりしてもよい。また、噴出孔６２は、円形状に限らず、楕円形や多角形状（矩形状）などであってもよい。

【0033】

噴出孔６２は、軸方向の一端部に尾筒３３の内部に連通する開口部６２ａが設けられ、開口部６２ａは、尾筒３３の内壁面３３ａに開口する。空気ノズル６３は、ベルマウス形状をなす。空気ノズル６３は、噴出孔６２と同心状をなし、先端部が噴出孔６２に連通する。そして、空気ノズル６３は、図示しない空気ラインが連結される。なお、空気ラインは、圧縮機１１（図１参照）からの圧縮空気ＣＡが供給される。

【0034】

燃料ノズル６４は、ハウジング６１における噴出孔６２の周囲に軸心Ｏ２方向に直交する方向に沿って複数設けられる。燃料ノズル６４は、噴出孔６２に連通する。そして、燃料ノズル６４は、図示しない燃料ラインが連結され、燃料ラインに開閉弁（流量調整弁）が設けられる。

【0035】

そのため、圧縮空気ＣＡは、空気ラインから空気ノズル６３に供給される。すると、空気ノズル６３は、噴出孔６２に圧縮空気ＣＡを噴出する。一方、燃料ガスＦＧは、燃料ラインから燃料ノズル６４に供給される。すると、燃料ノズル６４は、噴出孔６２に燃料ガスＦＧを噴出する。その結果、予混合ガス供給部２３は、圧縮空気ＣＡと燃料ガスＦＧとの混合気ＭＧを噴出孔６２から尾筒３３の内部に向けて噴出する。

【0036】

＜偏向部材２４＞
図４は、予混合ガス供給部と偏向部材の配置関係を表す図２のIV－IV断面図である。

【0037】

図２および図３に示すように、偏向部材２４は、尾筒３３の内壁面３３ａにおける予混合ガス供給部２３より燃焼ガスＣＧの流れ方向の上流側に設けられる。偏向部材２４は、尾筒３３の内壁面３３ａから燃焼器本体２１の中心（軸心Ｏ１）側で、且つ、燃焼ガスＣＧの流れ方向の下流側に向けて突出する。偏向部材２４は、取付部２４ａと、偏向部２４ｂとを有する。取付部２４ａは、尾筒３３の内壁面３３ａに、例えば、溶接により固定される。偏向部２４ｂは、取付部２４ａの端部に所定の角度をもって一体に設けられる。つまり、偏向部材２４は、尾筒３３とは別部材として配置される。

【0038】

偏向部材２４は、偏向部２４ｂが尾筒３３の内壁面３３ａに対して、所定の偏向角度θをもって固定される。この偏向角度θは、例えば、３０度以上で９０度未満の範囲であることが好ましい。この場合、尾筒３３の内径は、偏向部材２４の上流側と下流側で同じである。

【0039】

また、予混合ガス供給部２３と偏向部材２４とは、所定の位置関係となっている。すなわち、偏向部材２４と予混合ガス供給部２３との軸心Ｏ１方向における距離Ｌは、尾筒３３の内壁面３３ａから突出する偏向部材２４における尾筒３３の径方向長さＨ１の１０倍より短いことが好ましい。つまり、距離Ｌと径方向長さＨ１との関係は、Ｌ＜１０Ｈ１であることが好ましい。さらに、距離Ｌと径方向長さＨ１との関係は、Ｌ＜７Ｈ１であることが好ましい。

【0040】

ここで、距離Ｌは、偏向部材２４における軸心Ｏ１方向の下流端から、予混合ガス供給部２３の噴出孔６２までの軸心Ｏ１方向における距離である。また、径方向長さＨ１は、尾筒３３の内壁面３３ａから、偏向部材２４における偏向部材２４の先端までの尾筒３３の径方向（軸心Ｏ２方向）の長さである。

【0041】

偏向部材２４は、燃焼ガスＣＧの流れを偏向することから、下流側に燃焼ガスＣＧの低速領域が形成される。予混合ガス供給部２３および偏向部材２４における距離Ｌと径方向長さＨ１との関係（Ｌ＜７Ｈ）は、このときのバックステップ流れを考慮して設定される。すなわち、距離Ｌと径方向長さＨ１との関係（Ｌ＜７Ｈ）を適用することで、偏向部材２４により偏向された燃焼ガスＣＧは、予混合ガス供給部２３の噴出孔６２に向けて流れにくくなり、燃焼ガスＣＧの流れが予混合ガス供給部２３の噴出孔６２から噴出される混合気ＭＧの貫通力に影響を与えにくくなる。

【0042】

また、図３および図４に示すように、予混合ガス供給部２３は、尾筒３３の周方向に間隔（好ましくは、等間隔）を空けて複数（本実施形態では、４個だが、数は限定されない。）配置される。偏向部材２４は、複数の予混合ガス供給部２３に対して尾筒３３の軸方向（軸心Ｏ１方向）に対向する位置に配置される。つまり、偏向部材２４と予混合ガス供給部２３とは、周方向におけるほぼ同じ位置に配置される。

【0043】

すなわち、偏向部材２４は、リング形状をなす。偏向部材２４は、尾筒３３の内壁面３３ａの全周にわたって配置される。そのため、偏向部材２４は、尾筒３３の内壁面３３ａに沿って予混合ガス供給部２３側に流れる内壁面３３ａの全周の燃焼ガスＣＧを、燃焼器本体２１の中心（軸心Ｏ１）側に向けて流すように偏向する。

【0044】

但し、偏向部材２４は、上述した形状に限定されるものではない。図５は、予混合ガス供給部と偏向部材の配置関係の変形例を表す断面図である。

【0045】

図３および図５に示すように、予混合ガス供給部２３は、尾筒３３の周方向に間隔を空けて複数配置される。複数の偏向部材２４Ａは、複数の予混合ガス供給部２３に対して尾筒３３の軸方向（軸心Ｏ１方向）に対向する位置に配置される。

【0046】

すなわち、偏向部材２４Ａは、複数（本実施形態では、８個）配置される。複数の偏向部材２４Ａのうちの一部（本実施形態では、４個）が、４個の予混合ガス供給部２３に軸心Ｏ１方向に対向する位置に配置される。残りの４個の偏向部材２４Ａは、４個の予混合ガス供給部２３の中間位置に対して軸心Ｏ１方向に対向する位置に配置される。そのため、複数の偏向部材２４Ａは、尾筒３３の内壁面３３ａに沿って流れる燃焼ガスＣＧのうち、少なくとも各予混合ガス供給部２３の噴出孔６２に向けて流れる燃焼ガスＣＧを、燃焼器本体２１の中心（軸心Ｏ１）側に向けて流すように偏向する。

【0047】

なお、燃焼器１２は、燃料が燃焼するときに振動（燃焼振動）が発生する。燃焼振動は、ガスタービン１０の運転時の騒音や振動の原因となる。そのため、燃焼ガスＣＧが流通する振動発生源としての燃焼器１２に対して、音響ダンパ７１が設けられる。音響ダンパ７１は、燃焼器１２における尾筒３３に設けられる。音響ダンパ７１は、尾筒３３において燃焼ガスＣＧが流れるとき、燃焼ガスＣＧの燃焼振動による空気振動（圧力波）が尾筒３３の貫通孔を通して取り込むことで、圧力変動を減衰する。偏向部材２４（２４Ａ）は、この音響ダンパ７１より燃焼ガスＣＧの流れ方向の下流側に配置される。

【0048】

＜燃焼器の作用＞
図２に示すように、燃料供給部２２にて、複数のメイン燃焼バーナ５４は、圧縮空気ＣＡに燃料ガスＦＧを噴出して混合気（予混合気）ＭＧを生成し、混合気ＭＧが尾筒３３の内部に流れ込む。パイロット燃焼バーナ５３は、圧縮空気ＣＡに燃料ガスＦＧを噴出して混合気ＭＧを生成し、混合気ＭＧに着火されて燃焼し、燃焼ガスＣＧが尾筒３３の内部に噴出される。すると、パイロット燃焼バーナ５３から噴出された拡散火炎（または、予混合火炎）により、メイン燃焼バーナ５４から噴出された燃料ガスＦＧが着火されて希薄燃焼する。

【0049】

燃料供給部２２から供給された燃料ガスＦＧの燃焼により生成された燃焼ガスＣＧは、尾筒３３を予混合ガス供給部２３側に流れる。このとき、偏向部材２４（２４Ａ）は、尾筒３３の内壁面３３ａに沿って流れる燃焼ガスＣＧを、燃焼器本体２１の中心（軸心Ｏ１）側に向けて流れるように向きを偏向する。予混合ガス供給部２３は、この状態で、圧縮空気ＣＡまたは混合気ＭＧを噴出孔６２から尾筒３３の内部に向けて噴出する。

【0050】

ガスタービン１０（図１参照）の低負荷運転では、燃料供給部２２から供給された燃料ガスＦＧの燃焼により生成された燃焼ガスＣＧに対して、予混合ガス供給部２３は、圧縮空気ＣＡを尾筒３３に噴出する。このとき、尾筒３３にて、偏向部材２４（２４Ａ）が配置された領域では、燃焼ガスＣＧが偏向部材２４（２４Ａ）により尾筒３３の中心側に流れの向きが偏向され、流れが乱される。また、燃焼ガスＣＧは、一部が偏向部材２４（２４Ａ）の先端部から尾筒３３の内壁面３３ａ側に回り込んで渦を生成し、保炎される。そのため、流れが乱された燃焼ガスＣＧに対して、予混合ガス供給部２３から圧縮空気ＣＡが噴出されることで、燃焼ガスＣＧと圧縮空気ＣＡとが適切に混合して燃焼反応が促進され、燃焼ガスＣＧの適切な燃焼が確保され、ＣＯの発生が抑制される。

【0051】

一方、ガスタービン１０（図１参照）の高負荷運転では、燃料供給部２２から供給された燃料ガスＦＧの燃焼により生成された燃焼ガスＣＧに対して、予混合ガス供給部２３は、圧縮空気ＣＡと燃料ガスＦＧとの混合気ＭＧを尾筒３３に噴出する。このとき、尾筒３３にて、偏向部材２４（２４Ａ）が配置された領域では、燃焼ガスＣＧが偏向部材２４（２４Ａ）により尾筒３３の中心側に流れの向きが偏向される。すると、予混合ガス供給部２３における噴出孔６２の前方の領域にて、燃焼ガスＣＧは、尾筒３３の中心側に向かう流れとなる。すると、予混合ガス供給部２３は、混合気ＭＧを燃焼ガスＣＧに向けて噴出する貫通力が十分となり、燃焼ガスＣＧと混合気ＭＧとが適切に混合して燃焼反応が促進される。そのため、予混合ガス供給部２３から供給された燃料ガスＦＧは、適切に燃焼することができ、ＮＯｘの発生が抑制される。

【0052】

［第２実施形態］
図６は、第２実施形態のガスタービン燃焼器における予混合ガス供給部を表す断面図である。なお、第２実施形態の基本的な構成は、上述した第１実施形態と同様であり、図２を用いて説明し、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

【0053】

図１および図６に示すように、予混合ガス供給部２３Ａは、燃料供給部２２よりも下流側に配置され、尾筒３３の内部に圧縮空気ＣＡだけを噴出可能であると共に、圧縮空気ＣＡと燃料との混合気ＭＧを噴出可能である。予混合ガス供給部２３Ａは、尾筒３３の内部への燃料ガスＦＧの噴出部が尾筒３３の内壁面３３ａから尾筒３３の内部に突出して配置される。

【0054】

予混合ガス供給部２３Ａは、ハウジング６１と、噴出孔（噴出部）６２と、空気ノズル６３と、燃料ノズル６４と、ガイド部６５とを有する。

【0055】

ハウジング６１Ａは、外部から尾筒３３に形成された取付孔３３ｂに嵌合して固定される。ハウジング６１は、前面６１ａが尾筒３３の内壁面３３ａに段差なく連続する。噴出孔６２は、ハウジング６１における軸心Ｏ１方向に直交する尾筒３３の径方向である軸心Ｏ２方向に沿って設けられる。空気ノズル６３は、先端部が噴出孔６２に連通する。

【0056】

燃料ノズル６４は、噴出孔６２の周囲に複数設けられる。燃料ノズル６４は、噴出孔６２に連通する。

【0057】

ガイド部６５は、ハウジング６１の前面６１ａから尾筒３３の内部に延出される。ガイド部６５は、円筒形状をなし、噴出孔６２と同心状に配置され、内径が噴出孔６２の内径と同径である。なお、ガイド部６５は、円形状に限らず、楕円形や多角形状（矩形状）などであってもよい。また、ガイド部６５は、噴出孔６２に合わせた形状であることが好ましいが、異なる形状であってもよい。また、ガイド部６５は、噴出孔６２の全周に設けることが好ましいが、例えば、偏向部材２４側に一部だけ設けてもよい。

【0058】

すなわち、ガイド部６５は、尾筒３３の内壁面３３ａから尾筒３３側に突出することで、噴出孔６２が尾筒３３の内部まで延長される。この場合、尾筒３３の内壁面３３ａから突出するガイド部６５における尾筒３３の径方向長さＨ２は、尾筒３３の内壁面３３ａから突出する偏向部材２４における尾筒３３の径方向長さＨ１以上とすることが好ましい。

【0059】

偏向部材２４は、尾筒３３の内壁面３３ａにおける予混合ガス供給部２３より燃焼ガスＣＧの流れ方向の上流側に設けられる。偏向部材２４は、尾筒３３の内壁面３３ａから燃焼器本体２１の中心（軸心Ｏ１）側で、且つ、燃焼ガスＣＧの流れ方向の下流側に向けて突出する。

【0060】

そのため、燃料供給部２２から供給された燃料ガスＦＧの燃焼により生成された燃焼ガスＣＧに対して、予混合ガス供給部２３Ａは、圧縮空気ＣＡまたは圧縮空気ＣＡと燃料ガスＦＧとの混合気ＭＧを尾筒３３に噴出する。このとき、予混合ガス供給部２３Ａは、噴出孔６２がガイド部６５により尾筒３３の内部まで延長されていることから、混合気ＭＧの貫通力が向上する。また、燃焼ガスＣＧは、偏向部材２４により尾筒３３の中心側に流れの向きが偏向されるため、燃焼ガスＣＧと混合気ＭＧとが適切に混合して燃焼反応が促進される。そのため、予混合ガス供給部２３から供給された燃料ガスＦＧを適切に燃焼することができ、ＣＯおよびＮＯｘの発生が抑制される。

【0061】

［第３実施形態］
図７は、第３実施形態のガスタービン燃焼器を表す断面図である。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

【0062】

図７に示すように、燃焼器１２Ａは、燃焼器本体２１と、燃料供給部２２と、予混合ガス供給部２３と、偏向部材２４とを備える。予混合ガス供給部２３は、燃焼器本体２１（尾筒３３）の軸方向に間隔を空けて複数（本実施形態では、２個だが、数は限定されない。）配置される。

【0063】

複数の予混合ガス供給部２３は、燃料供給部２２よりも下流側に配置され、尾筒３３の内部に圧縮空気ＣＡだけを噴出可能であると共に、圧縮空気ＣＡと燃料との混合気ＭＧを噴出可能である。複数の予混合ガス供給部２３は、同様の構成をなす。

【0064】

そのため、燃料供給部２２から供給された燃料ガスＦＧの燃焼により生成された燃焼ガスＣＧに対して、各予混合ガス供給部２３は、圧縮空気ＣＡまたは圧縮空気ＣＡと燃料ガスＦＧとの混合気ＭＧを尾筒３３に噴出する。このとき、燃焼ガスＣＧは、偏向部材２４により尾筒３３の中心側に流れの向きが偏向されるため、燃焼ガスＣＧと混合気ＭＧとが適切に混合して燃焼反応が促進される。そのため、予混合ガス供給部２３から供給された燃料ガスＦＧを適切に燃焼することができ、ＣＯおよびＮＯｘの発生が抑制される。

【0065】

［本実施形態の作用効果］
第１の態様に係るガスタービン燃焼器は、筒形状をなす燃焼器本体２１と、燃焼器本体２１の内部に燃料ガスＦＧを供給する燃料供給部２２と、燃料供給部２２よりも燃焼ガスＣＧの流れ方向の下流側で燃焼器本体２１の内部に混合気（予混合ガス）ＭＧを供給する予混合ガス供給部２３，２３Ａと、燃料供給部２２と予混合ガス供給部２３，２３Ａとの間で燃焼器本体２１の内壁面から燃焼器本体２１の中心側に突出して燃焼ガスＣＧの流れを偏向する偏向部材２４，２４Ａとを備える。

【0066】

第１の態様に係るガスタービン燃焼器によれば、燃料供給部２２は、燃焼器本体２１に燃料ガスＦＧを供給し、燃料ガスＦＧの燃焼により生成された燃焼ガスＣＧが予混合ガス供給部２３側に流れる。このとき、燃焼ガスＣＧは、偏向部材２４，２４Ａにより燃焼器本体２１の中心（軸心Ｏ１）側に向けて流れるように向きが偏向される。そして、予混合ガス供給部２３は、この状態で、混合気ＭＧを燃焼器本体２１に供給する。

【0067】

そのため、例えば、ガスタービン１０の低負荷運転時、燃焼ガスＣＧの向きが偏向部材２４，２４Ａにより偏向されて流れが乱される。すると、燃焼ガスＣＧと予混合ガス供給部２３から噴出された圧縮空気ＣＡとが適切に混合して燃焼反応が促進され、燃焼ガスＣＧの適切な燃焼が確保され、ＣＯの発生を抑制することができる。

【0068】

また、例えば、ガスタービン１０の高負荷運転時、燃焼ガスＣＧの向きが偏向部材２４，２４Ａにより偏向される。すると、予混合ガス供給部２３から噴出された混合気ＭＧの貫通力が高くなり、燃焼ガスＣＧと混合気ＭＧとが適切に混合して燃焼反応が促進され、燃料ガスＦＧの適切な燃焼が確保され、ＮＯｘの発生を抑制することができる。

【0069】

第２の態様に係るガスタービン燃焼器は、第１の態様に係るガスタービン燃焼器であって、さらに、予混合ガス供給部２３，２３Ａにおける燃焼器本体２１の内部への混合気ＭＧの噴出孔（噴出部）６２が燃焼器本体２１の内壁面に沿って配置される。これにより、燃焼器本体２１の内壁面における突出物をなくして燃焼ガスＣＧの流動性を向上することができる。

【0070】

第３の態様に係るガスタービン燃焼器は、第１の態様に係るガスタービン燃焼器であって、さらに、予混合ガス供給部２３，２３Ａにおける燃焼器本体２１の内部への混合気ＭＧの噴出孔（噴出部）６２が燃焼器本体２１の内壁面から燃焼器本体２１の内部に突出して配置される。これにより、燃焼ガスＣＧに対する予混合ガス供給部２３，２３Ａの噴出孔６２から噴出される混合気ＭＧの貫通力を向上することができる。

【0071】

第４の態様に係るガスタービン燃焼器は、第１の態様から第３の態様に係るガスタービン燃焼器であって、さらに、偏向部材２４，２４Ａと予混合ガス供給部２３，２３Ａとの燃焼器本体２１の軸方向における距離Ｌは、燃焼器本体２１の内壁面から突出する偏向部材２４，２４Ａにおける燃焼器本体２１の径方向長さＨ１の１０倍より短い。これにより、予混合ガス供給部２３，２３Ａの噴出孔６２側に向かう燃焼ガスＣＧを偏向部材２４，２４Ａにより適切に低減することができる。

【0072】

第５の態様に係るガスタービン燃焼器は、第１の態様から第４の態様に係るガスタービン燃焼器であって、さらに、予混合ガス供給部２３，２３Ａが燃焼器本体２１の周方向に間隔を空けて複数配置され、偏向部材２４，２４Ａが複数の予混合ガス供給部２３，２３Ａに対して燃焼器本体２１の軸方向に対向する位置に配置される。これにより、偏向部材２４，２４Ａが予混合ガス供給部２３，２３Ａから噴出される混合気ＭＧに対する燃焼ガスＣＧの影響を適切に低減することができる。

【0073】

第６の態様に係るガスタービン燃焼器は、第１の態様から第５の態様に係るガスタービン燃焼器であって、さらに、予混合ガス供給部２３，２３Ａが燃焼器本体２１の軸方向に間隔を空けて複数配置される。これにより、燃料供給部２２から供給された燃料ガスＦＧの燃焼により生成された燃焼ガスＣＧと、予混合ガス供給部２３，２３Ａから供給された混合気ＭＧとの混合性を向上することで、ＮＯｘの発生を抑制することができる。

【0074】

第７の態様に係るガスタービンは、空気Ａを圧縮することで高温・高圧の圧縮空気ＣＡを生成する圧縮機１１と、圧縮空気ＣＡに燃料ガスＦＧを供給して燃焼させることで高温・高圧の燃焼ガスＣＧを生成する第１の態様から第６の態様に係る燃焼器１２と、燃焼ガスＣＧにより駆動するタービン１３とを備える。これにより、１段目の燃焼ガスＦＧの燃焼性を向上することでＣＯの発生を抑制することができると共に、１段目の燃焼ガスＣＧと２段目の混合気ＭＧとの混合性を向上することでＮＯｘの発生を抑制することができる。

【0075】

なお、上述した実施形態では、燃料供給部２２として、パイロット燃焼バーナ５３と、複数のメイン燃焼バーナ５４とを設けたが、この構成に限定されるものではない。

【符号の説明】

【0076】

１０ ガスタービン
１１ 圧縮機
１２，１２Ａ 燃焼器（ガスタービン燃焼器）
１３ タービン
１４ 回転軸
２１ 燃焼器本体
２２ 燃料供給部
２３，２３Ａ 予混合ガス供給部
２４，２４Ａ 偏向部材
３１ 外筒
３２ 内筒
３３ 尾筒（燃焼筒）
３３ａ 内壁面
４１ トップハット部
４２ 連結部材
４３ 支持部材
４４，４５ 空気通路
５３ パイロット燃焼バーナ
５４ メイン燃焼バーナ
５５ パイロットコーン
５６ パイロットノズル
５７ 支柱
５８ メインノズル
６１，６１Ａ ハウジング
６２ 噴出孔（噴出部）
６３ 空気ノズル
６４ 燃料ノズル
６５ ガイド部
７１ 音響ダンパ
Ａ 空気
ＣＡ 圧縮空気
ＦＧ 燃料ガス
ＭＧ 混合気
ＣＧ 燃焼ガス
ＥＧ 排ガス
Ｏ１，Ｏ２ 軸心

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】