具体实施方式

以下，使用附图说明本发明的实施方式。

(第一实施方式)

-燃气轮机发电机-

图1是具备本发明的第一实施方式的燃气轮机燃烧器的燃气轮机发电机的概略构成图。图2是表示本发明的第一实施方式的燃气轮机燃烧器所具备的燃烧嘴的主要结构的图，是包括燃烧嘴的中心轴的剖视图。图3是从燃烧室观察本发明的第一实施方式的燃气轮机燃烧器所具备的燃烧嘴的图。

燃气轮机发电机1包括空气压缩机2、燃气轮机燃烧器(以下，简称为燃烧器)3、涡轮4、发电机6而构成。空气压缩机2吸入空气A1并进行压缩，向燃烧器3供给压缩空气A2。燃烧器3将压缩空气A2与气体燃料F混合燃烧而生成燃烧气体G1。涡轮4通过在燃烧器3中产生的燃烧气体G1驱动，驱动涡轮4的燃烧气体G1作为尾气G2排出。发电机6被涡轮4的旋转动力驱动进行发电。另外，燃气轮机仅在起动开始时被起动用电机7驱动。

-燃气轮机燃烧器-

燃烧器3安装于燃气轮机的机壳(未图示)，包括内衬(内筒)12、套筒(外筒)10、燃烧嘴8以及燃料系统200而构成。内衬12是圆筒状的部件，在内部形成燃烧室5。套筒20是内径比内衬12大且包围内衬12的外周的圆筒状的部件，在与内衬12之间形成圆筒状的空气流路9。套筒10的与涡轮4相反侧(图1中的左侧)的端部由端罩13堵塞。来自空气压缩机2的压缩空气A2通过套筒10向从涡轮4离开的方向在形成于内衬12的外周的空气流路9中流通，通过流经空气流路9的压缩空气A2对流冷却内衬12的外周面。而且，在内衬12的壁面上形成多个孔，流经空气流路9的压缩空气A2的一部分A3通过这些孔流入燃烧室5，薄膜冷却内衬12的内周面。并且，通过空气流路9而到达燃烧嘴8的压缩空气A2与从燃烧系统200向燃烧嘴8供给的气体燃料F一起向燃烧室5喷出而燃烧。在燃烧室5中，燃烧压缩空气A2与气体燃料F的混合气体而生成燃烧气体G1，通过燃烧器尾筒(未图示)向涡轮4供给。

如图1所示，燃烧嘴8在内衬12的入口(与涡轮4相反侧的端部开口)仅配置一个，具备空气孔板20、燃料喷嘴21、22以及燃料分配器(燃料头)23。

空气孔板20是与内衬12同轴的圆形的板，配置于内衬12的入口(与涡轮4相反侧的端部开口)，在本实施方式中，如图1所示，通过板支座70而被支撑于燃料分配器23。在空气孔板20上具备向燃烧室5引导压缩空气A2的多个空气孔51、52,。多个空气孔51、52构成将内衬12的中心轴O作为中心的同心圆状的多个(本例中为2列)的环状列。属于第一列(最内周)的环状列的是空气孔51，属于第二列(最外周)的环状列的是空气孔52。本实施方式中，在空气孔51、52上带有旋转角，各孔的出口相对于入口向圆周方向的一侧偏离。

燃料喷嘴21、22被燃料分配器23支撑，夹持空气孔板20配置于与燃烧室5相反侧。燃料喷嘴21、22的数量、位置与空气孔51、52对应(在一个空气孔上对应一个燃料喷嘴)，与空气孔51、52一起构成将内衬12的中心轴O作为中心的同心圆状的多个(本例中为2列)的环状列。属于第一列(最内周)的环状列的是燃料喷嘴21，属于第二列(最外周)的环状列的是燃料喷嘴22。燃料喷嘴21、22向对应的空气孔的入口朝向喷射口，向分别对应的空气孔喷射气体燃料F。通过这样的从多个燃料喷嘴向对应的空气孔中喷射燃料，用空气流覆盖了燃料流的周围的燃料与空气的同轴喷流从各空气孔向燃烧室5分散而喷射。

并且，因环状列的圆周的不同，越外侧的环状列，燃料喷嘴及空气孔的数量越多。即，第一列(最内周)的燃料喷嘴21以及空气孔51的数量(图3的示例中各为6个)比第二列(最外周)的燃料喷嘴22以及空气孔52的数量(图3的示例中各为12个)少。

燃料分配器23是向燃料喷嘴21、22分配并供给燃料的部件，在内部包括多个燃料腔室25、26而构成。燃料腔室25、26是起到向属于对应的环状列的多个燃料喷嘴分配并供给气体燃料F的作用的空间。燃料腔室25圆柱状地形成于内衬12的中心轴O上，燃料腔室26包围燃料腔室25的外周而圆筒状地形成。本实施方式中，各燃料喷嘴21连接于燃料腔室25，各燃料喷嘴22连接于燃料腔室26。若向燃料腔室25供给气体燃料F，则向配置于内周的环状列的各燃料喷嘴21分配并喷出气体燃料F，从各空气孔51向燃烧室5与压缩空气A2一起喷出气体燃料F。若向燃料腔室26供给气体燃料F，则向配置于外周的环状列的各燃料喷嘴22分配并喷出气体燃料F，从空气孔52向燃烧室5与压缩空气A2一起喷出气体燃料F。

在此，在本实施方式的燃烧嘴8上具备腔室74、多个小孔75、空气流路72、73。腔室74是为了向多个(多数)小孔75分配并供给压缩空气A2而形成于空气孔板20的内部的空间，圆柱状地形成于空气孔51、52的环状列的中心部(本实施方式中为空气孔板20的中心轴O上)。

多个小孔75是连接腔室74与燃烧室5的气体喷射孔，向空气孔板20的表面(面向燃烧室5的面)开口。在本实施方式中，小孔75的数量比空气孔51、52的总数多，各小孔75的开口直径比空气孔51、52的开口直径小很多。这些小孔75密集地设置于最内周的空气孔(即，空气孔51)的环状列的内侧区域71。本实施方式中，如图1-图3所示，由堵塞腔室74的盖状的圆板形成空气孔板20的表面上的上述内侧区域71，小孔75全部穿过该圆板。在这些小孔75上与空气孔51、52相同地带有旋转角，但优选不带旋转角的方式，本实施方式中，与内衬12的中心轴O平行地形成全部的小孔75。

空气流路72、73是向多个小孔75引导气体(本实施方式中为压缩空气A2)的通路，通过腔室74连接于多个小孔75。具体的说，空气流路72在与内衬12的中心轴O交叉的方向上贯通板支座70，向由空气孔板20与燃料分配器23之间的压缩空气A2充满的空间开口。空气流路73沿中心轴O在板支座70与空气孔板20的内部延伸，连接空气流路72与腔室74。由此，通过空气流路72、73向腔室74引导压缩空气A2，分配向腔室74中导入的压缩空气A2并从各小孔75向燃烧室5喷出。并且，在本实施方式中，在腔室74中除小孔75以外仅连接空气流路73，从小孔75向燃烧室5喷出的仅是压缩空气A2。

燃料系统200包括燃料供给源56、主流配管57、分支配管58、59、燃料切断阀60、燃料流量调整阀61、62而构成。主流配管57从燃料供给源56延伸，该主流配管57分支为两个分支配管58、59。分支配管58连接于燃料腔室25，分支配管59连接于燃料腔室26。燃料切断阀60设置于主流配管57，燃料流量调整阀61设置于分支配管58，燃料流量调整阀62设置于分支配管59。通过打开燃料切断阀60而向分支配管58、59供给气体燃料F，通过关闭燃料切断阀60而切断向分支配管58、59的气体燃料F的供给。燃料流量调整阀61、62起到根据开度而调整流经分支配管58、59的燃料的流量的作用，通过为全闭状态也能够切断分支配管58、59的燃料的流动。例如，通过打开燃料切断阀60且从全闭提高燃料流量调整阀61的开度而增加向燃料腔室25的燃料的供给流量，增加从燃料喷嘴21的燃料喷射量、或从空气孔51喷出的同轴喷流的燃空比。同样，通过从全闭提高燃料流量调整阀62的开度而增加向燃料腔室26的燃料的供给流量，增加从燃料喷嘴22的燃料喷射量、或从空气孔52喷出的同轴喷流的燃空比。

并且，从燃料供给源56供给的气体燃料F除了作为标准的燃气轮机燃料的天然气以外，也能够使用石油气、或焦炉气、炼油厂废气、煤气等这样的含有氢、一氧化碳的气体。

-比较例-

为了比较，在图4中表示现有的包括燃烧嘴的中心轴的剖视图，在图5中表示从燃烧室观察的图。在这些图中与本实施方式同样地表示在两列的同心圆状的环状列中配置多个空气孔以及燃料喷嘴的燃烧嘴，在现有的燃烧嘴中不存在相当于本实施方式的小孔75、空气流路72、73、腔室74的元件。空气孔板中的最内周的空气孔的环状列的内侧区域Z构成与燃烧室对面的壁面。

利用图6说明在现有的燃烧嘴中伴随燃烧而产生的煤尘附着于内侧区域Z的装置。在该图中示意地表示由燃烧嘴形成的火焰X与再循环流Y。通过在燃烧嘴下游的中央部形成再循环流Y而燃烧气体返回上游，气体燃料与空气的混合气体通过该燃烧气体的热量燃烧而形成稳定的火焰X。煤尘将包含于燃料中的甲烷、丙烷等的碳化氢的碳成分作为起源，在燃料过浓条件、高温条件下通过燃料的热分解而产生。该煤尘与再循环流Y一起返回至燃烧嘴中央，附着于空气孔板的最内周的空气孔的环状列的内侧区域Z。若附着的煤尘燃烧则存在使燃烧嘴过热的可能性，另外，若煤尘脱落则存在损伤下游的结构件的可能性。

-效果-

(1)在本实施中用图7说明抑制煤尘向燃烧嘴附着的装置。在本实施方式中，如该图所示，压缩空气A2从设置于板支座70的空气流路72流入，通过空气流路73以及腔室74从多个小孔75向燃烧室5喷出压缩空气A2。由该压缩空气A2形成的喷流82伴随再循环流80吹起飞来的煤尘，抑制向内侧区域71的煤尘的附着。通过抑制向燃烧嘴8的煤尘的附着而能够减轻由煤尘的燃烧而导致的燃烧嘴8的过热、因煤尘脱落而导致的下游的结构件的损伤的可能性。如此，根据本实施方式，能够在稀薄燃烧方式的燃气轮机燃烧器中抑制伴随燃烧的煤尘向燃烧嘴8的附着而提高结构可靠性。

(2)在本实施方式中，是将一部分的压缩空气A2分支并从小孔75喷出的简单结构，由于在喷嘴82的形成中不使用燃料而能量效率高。

(3)假设在小孔75上带有旋转角则喷流82具有旋转成分而形成循环流，由于在本实施方式中为使小孔75与内衬12的中心轴O平行地延伸而喷流82积极地流向下游的结构，因此能够有效地使煤尘向下游移动。

(第二实施方式)

-结构-

图8是表示本发明的第二实施方式的燃气轮机燃烧器所具备的燃烧嘴的主要部分结构的图，是包括燃烧嘴的中心轴的剖视图。图8与第一实施方式的图2对应。在图8中，与第一实施方式相同的元件标注与图2相同的符号并省略说明。

本实施方式与第一实施方式不同的方面是具备连接于多个小孔75的燃料流路76的方面。在本实施方式中，第一实施方式的空气流路72、73不存在，腔室74通过燃料流路76连接于燃料腔室25。燃料流路76沿中心轴O在板支座70与空气孔板20的内部延伸。由此，通过燃料流路76向腔室74引导气体燃料F，分配导入腔室74中的气体燃料F并从各小孔75向燃烧室5喷出。并且，在本实施方式中，在腔室74上除了小孔75以外只连接燃料流路76，从小孔75向燃烧室5喷出的只是气体燃料F。

从小孔75喷出的是向燃料喷嘴21供给的气体燃料F的一部分，分别从燃料喷嘴21与小孔75喷出的气体燃料F的流量分配能够以燃料喷嘴21与小孔75(或燃料流路76)的流路面积(例如，孔直径)的比进行调整。但是，以从小孔75喷出的气体燃料F不会燃烧的方式且在内侧区域71的附近由从小孔75喷出的气体燃料F产生的燃空比不会到达可燃范围(可燃边界)的方式小孔75的开口直径的设定在腔室74的压力变动范围(设计值)内被限制。小孔75的开口直径优选以即使腔室74为最大压力燃空比也不会到达可燃边界的下限(总是小于下限)的方式限制燃料喷出流量的设定，也考虑根据情况总是超过可燃范围上限的结构。另外，还会考虑追加向燃料流路76供给气体燃料F的专用分支配管(燃料配管)、设置于专用分支配管的燃料流量调整阀并与向燃料喷嘴21、22的燃料供给量能够单独地调整从小孔75喷出的气体燃料F的流量的结构。

除以上说明的方面以外，本实施方式与第一实施方式相同。

-效果-

在本实施方式中，由从小孔75向燃烧室5喷出的气体燃料F吹飞煤尘，抑制向燃烧嘴8的煤尘的附着。由此，在本实施方式中也能得到与第一实施方式相同的效果(1)。另外，由于小孔75的结构与第一实施方式相同，因此与第一实施方式相同也能得到效果(3)。

(第三实施方式)

-结构-

图9是表示本发明的第三实施方式的燃气轮机燃烧器所具备的燃烧嘴的主要部分结构的图，是包括燃烧嘴的中心轴的剖视图。图9与第一实施方式的图2对应。在图9中关于与第一实施方式相同的元件标注与图2相同的符号，省略说明。

本实施方式与第一实施方式不同的方面是除了连接于多个小孔75的空气流路72、73还具备连接于小孔75的燃料流路77。燃料流路77沿中心轴O在在板支座70的内部开口延伸并在空气流路73的途中开口，连接燃料腔室25与空气流路73。由此，通过燃料流路77从燃料腔室25向空气流路73中导入一部分的气体燃料F，通过空气流路73向腔室74中导入气体燃料F与压缩空气A2的混合气。导入腔室74中的混合气在气体燃料F与压缩空气A2的混合气进一步进行的状态下被分配至各小孔75中而向燃烧室5中喷出。与第二实施方式相同，分别从燃料喷嘴21与小孔75喷出的气体燃料F的流量分配能够以燃料喷嘴21与小孔75(或燃料流路77)的流路面积的比进行调整。以由在内侧区域71的附近从小孔75喷出的混合气产生的燃空比不会进入可燃范围的方式构成的方面也与第二实施方式相同。

除了以上说明的方面，本实施方式与第一实施方式相同。

-效果-

在本实施方式中，利用从小孔75向燃烧室5喷出的混合气吹飞煤尘，抑制向燃烧嘴8的煤尘的附着。由此，在本实施方式中也能得到与第一实施方式相同的效果(1)。另外，由于小孔75的结构与第一实施方式相同，与第一实施方式同样地也能得到效果(3)。

(第四实施方式)

-结构-

图10是表示本发明的第四实施方式的燃气轮机燃烧器所具备的燃烧嘴的主要部分结构的图，是包括燃烧嘴的中心轴的剖视图。图10与第一实施方式的图2对应。在图10中关于与第一实施方式相同的元件标注与图2相同的符号，省略说明。

本实施方式与第一实施方式不同的方面是在多个小孔上连接从最内周的空气孔51分支的旁通孔79的方面。旁通孔79在空气孔51的内壁面打开入口，通过空气孔板20的内部连接于腔室74。旁通孔79至少存在一个，至少连接一个空气孔51与腔室74。在本实施方式中不存在第一实施方式的空气流路72、73，在腔室74上除了小孔75以外仅连接至少一个旁通孔79。由此，通过旁通孔79从空气孔51向腔室74中导入混合气。被导入腔室74中的混合气在气体燃料F与压缩空气A2的混合进一步进行的状态下被分配至各小孔75中并向燃烧室5中喷出。并且，由于从小孔75喷出的混合气是从空气孔51喷出的混合气的一部分，因此从小孔75与空气孔51喷出的混合气的流量分配能够以空气孔51与旁通孔79的流路面积的比进行调整。该流路面积的比以在内侧区域71的附近因从小孔75喷出的混合气而产生的燃空比不会进入可燃范围的方式被限制。

除以上说明的方面以外，本实施方式与第一实施方式相同。

-效果-

本实施方式中，利用从小孔75向燃烧室5喷出的混合气吹飞煤尘，抑制向燃烧嘴8的煤尘的附着。由此，在本实施方式中也能得到与第一实施方式相同的效果(1)。另外，由于小孔75的结构与第一实施方式相同，因此与第一实施方式相同地也能得到效果(3)。

(第五实施方式)

-结构-

图11是表示本发明的第五实施方式的燃气轮机燃烧器所具备的燃烧嘴的主要结构的图，是包括燃烧嘴的中心轴的剖视图。图11与第一实施方式的图2对应。在图11中关于与第一实施方式相同的元件标注与图2相同的符号，省略说明。

本实施方式与第一实施方式不同的方面是追加第三实施方式的燃料流路77、第四实施方式的旁通孔79的方面。因此，在本实施方式中，一部分气体燃料F通过燃料流路77从燃料腔室25导入空气流路73中，通过空气流路73向腔室74中导入气体燃料F与压缩空气A2的混合气。除此之外，通过旁通孔79从空气孔51向腔室74中导入混合气。导入腔室74中的这些混合气在气体燃料F与压缩空气A2的混合气进一步进行的状态下被分配至各小孔75而向燃烧室5中喷出。混合气的流量等能够以与第三实施方式以及第四实施方式相同的观点进行调整。

除了以上说明的方面以外，本实施方式与第一实施方式相同。并且，本实施方式中，举例说明在第一实施方式的结构中追加燃料流路77与旁通孔79的情况(第三实施方式与第四实施方式的组合)。可是，实施方式的组合并不限于此，例如在本实施方式中省略燃料流路77的结构(第一实施方式与第四实施方式的组合)也成立。另外，在本实施方式中省略空气流路72、73的结构(第二实施方式与第四实施方式的组合)也成立。

-效果-

在本实施方式中也能得到上述效果(1)以及(3)。

(第六实施方式)

-结构-

图12是本发明的第六实施方式的燃气轮机燃烧器所具备的燃气轮机发电机的概略构成图。图12与第一实施方式的图1对应。在图12中关于与第一实施方式相同的元件标注与图1相同的符号，省略说明。

在图12中表示实施例6的燃烧器的结构。本实施方式与第一实施方式不同的方面是具备燃烧器3包括多个燃烧嘴而构成的复合燃烧嘴的方面。本实施方式的燃烧器3具备单一的先导燃烧嘴31、以包围先导燃烧嘴31的周围的方式配置的主燃烧嘴32。本实施方式是在先导燃烧嘴31中适用发明的示例，在图12中例示将与第五实施方式(图11)同型的燃烧嘴适用于先导燃烧嘴31中的情况，在先导燃烧嘴31中也能够适用第一-第五实施方式的燃烧嘴的任一个。在先导燃烧嘴31的空气孔51、52、小孔75中通过设置于主燃烧嘴32的喷嘴座上的先导燃烧嘴空气导入孔30、设置于燃料分配器23的周围的先导燃烧嘴空气流路33而供给压缩空气A2。

在主燃烧嘴32中能够采用多种燃烧嘴。本实施方式的主燃烧嘴32是预混合燃烧嘴，包括主燃烧嘴燃料喷嘴34、主燃烧嘴预混合流路35以及圆环状保焰器36而构成。在主燃烧嘴燃料喷嘴34中通过在燃料切断阀60的下游从主流配管57分支的分支配管59a供给气体燃料F。在分支配管59a中设置燃料流量调节阀63，向主燃烧嘴燃料喷嘴34的供给燃料可通过燃料流量调整阀63调整流量，也能够进行切断。从主燃烧嘴燃料喷嘴34喷射的气体燃料F在主燃烧嘴预混合流路35内与压缩空气A2混合而成为预混合气，从主燃烧嘴预混合流路35向燃烧室5中喷出而形成火焰。圆环状保焰器36使从主燃烧嘴预混合流路35喷出的预混合气产生的火焰稳定化。

如上述，除了在先导燃烧嘴31的周围配置其他燃烧方式的主燃烧嘴32的方面以外，本实施方式与第一实施方式相同。

-效果-

如上述，本发明的燃烧嘴能够与多种燃烧嘴组合。如本实施方式，通过在位于燃烧器3的中心的先导燃烧嘴31适用燃烧稳定性优越的稀薄燃烧方式，在主燃烧嘴32中采用预混合燃烧嘴，能够建立燃烧稳定性与低NOx性优越的大容量的燃气轮机。此时，通过在该先导燃烧嘴31中适用之前的任一实施方式的燃烧嘴，能够抑制向燃烧嘴的煤尘的附着、提高结构可靠性。

(第七实施方式)

-结构-

图13是具备本发明的第七实施方式的燃气轮机燃烧器的燃气轮机发电机的概略构成图，图14是从燃烧室观察本实施方式的燃气轮机燃烧器所具备的燃烧嘴的图。图13以及图14与第一实施方式的图1以及图3对应。在图13以及图14中关于与第一实施方式相同的元件标注与图1以及图3相同的符号，省略说明。

本实施方式与第一实施方式不同的方面是与第六实施方式相同燃烧器3具备包括多个燃烧嘴而构成的复合燃烧嘴的方面。但是，在本实施方式中，不只是先导燃烧嘴31，在配置于先导燃烧嘴31的周围的多个(本例中为6个)主燃烧嘴32中也能适用本发明。在先导燃烧嘴31以及多个主燃烧嘴32中也能够适用第一-第五实施方式的任一个燃烧嘴。例如，既能够用从第一—第五实施方式中选择先导燃烧嘴31以及主燃烧嘴32的全部的任一个燃烧嘴进行统一，也能够为从第一第五实施方式中选择多种的燃烧嘴混合的结构。关于空气孔板20也能够用先导燃烧嘴31与多个主燃烧嘴32共用(在一张空气孔板20上形成各燃烧嘴的空气孔51、52)。

关于燃烧系统200，从主流配管57中分支出与先导燃烧嘴31以及主燃烧嘴32的总数(本例中为7)相同组数的分支配管58、59，连接于对应的燃烧嘴的燃料腔室25、26。关于主燃烧嘴32，可以为至少用2个燃烧嘴共用燃料系统(分支配管59以及燃料流量调整阀62)的结构。与第一—第六实施方式相同，在主流配管57以及分支配管58、59上分别设置燃料切断阀60、燃料流量调整阀61、62。

除了以上说明的方面，本实施方式与第一实施方式相同。

-效果-

通过将从第一—第五实施方式中任意地选择的燃烧嘴结构适用于先导燃烧嘴31以及主燃烧嘴32而构成复合燃烧嘴，能够得到与已选择的实施方式相同的效果且能够与燃气轮机的大容量化对应。