燃烧器及燃气轮机 |
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| 申请号 | CN201280070543.X | 申请日 | 2012-11-30 | 公开(公告)号 | CN104169651A | 公开(公告)日 | 2014-11-26 |
| 申请人 | 三菱日立电力系统株式会社; | 发明人 | 中村聪介; 松村嘉和; 片野光; 谷口健太; 山崎博行; | ||||
| 摘要 | 本 发明 的 燃烧器 具备：内筒(12)，从外部供给空气(A)；第一 喷嘴 (14)，沿着内筒(12)的内周呈环状设置多个，分别将空气(A)与 燃料 (f)的预混合气(M)向内筒(12)的内部供给；以及尾筒(15)，在基端(15b)连接内筒(12)，并且使从第一喷嘴(14)供给的预混合气(M)燃烧而形成随着朝向轴向前端侧而向外周侧扩展的火焰面(F)，各第一喷嘴(14)使燃料浓度绕着该第一喷嘴(14)的中 心轴 变化地供给预混合气(M)，以使得在轴向上火焰面(F)成为均匀的 温度 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种燃烧器，其具备： |
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| 说明书全文 | 燃烧器及燃气轮机技术领域[0001] 本发明涉及燃烧器及燃气轮机。 背景技术[0002] 以往，在燃气轮机的领域中，作为向压缩空气吹入燃料而使其燃烧的燃烧器，使用预混合燃烧方式的燃烧器。作为该预混合燃烧方式的燃烧器，具备：被从压缩机供给压缩空气的内筒；沿着该内筒的内周呈环状配置的多个主喷嘴；以及配置在内筒的中心轴上，对先导火焰进行保焰的先导喷嘴。这种燃烧器通过主喷嘴将燃料与压缩空气的预混合气向内筒的内部供给，利用先导焰对该预混合气进行点火而进行预混合燃烧。 [0003] 例如，在下述专利文献1中，通过燃料喷嘴、燃烧筒及回旋叶片构成预混合燃烧器，该燃烧筒包围该燃料喷嘴而在其与燃料喷嘴之间形成空气通路，该回旋叶片配置在燃料喷嘴的外周面的周向多个部位而使流通的空气回旋。在该燃烧器中，通过在回旋叶片的内周侧后缘部形成切口部，而在回旋叶片的下游侧产生涡旋空气流，在空气通路的半径向上使预混合气的燃料浓度均匀化，由此实现NOx增加的抑制和火焰的返回(返火)的防止。 [0004] 【在先技术文献】 [0005] 【专利文献】 [0006] 【专利文献1】日本特开2007-285572号公报 发明内容[0007] 【发明要解决的课题】 [0008] 另外，在上述那样的燃烧器中，通常沿着内筒或尾筒的内周面使冷却空气流动或喷吹来实现内筒、尾筒及其周边构件的冷却。而且，成为使冷却空气向在多个主喷嘴的燃烧筒与配置于先导喷嘴的外侧的先导锥之间形成的空间流动的结构。 [0009] 然而，在以往的燃烧器中，即便使燃烧筒的出口端部的预混合气的燃料浓度在半径向上均匀化，在到达火焰面之前也会混入上述的冷却空气，因此火焰面处的燃料浓度不均匀，存在产生局部地燃料浓度升高的部分的可能性。在此，燃烧中的依赖于火焰温度的热NOx相对于火焰温度的上升而呈指数函数增加。因此，由于燃料浓度局部变高而产生火焰的温度局部地升高的部位时，存在NOx增加的问题。 [0010] 本发明考虑这样的情况而作出，以抑制燃烧器及燃气轮机的NOx的产生为课题。 [0011] 【用于解决课题的方案】 [0012] 本发明的燃烧器具备：内筒，从外部供给空气；第一喷嘴，在所述内筒的轴向上延伸并且沿着所述内筒的内周隔开间隔设置多个，分别将所述空气与燃料的预混合气向所述内筒的内部供给；以及尾筒，在基端连接所述内筒，并且使从所述第一喷嘴供给的所述预混合气燃烧而形成火焰面，所述各第一喷嘴使燃料浓度绕着该第一喷嘴的中心轴变化地供给所述预混合气，以使得在轴向上所述火焰面成为均匀的温度。 [0013] 根据该结构，各第一喷嘴使燃料浓度绕着其中心轴变化地供给预混合气，以使得在轴向上火焰面成为均匀的温度，因此即使冷却空气向预混合气混入，也能够缓和轴向上预混合气的燃料浓度的偏颇。由此，通过在轴向上均匀的燃料浓度的预混合气来形成火焰面，能够抑制在轴向上火焰面以不均匀的温度燃烧的情况，并且能够抑制NOx的产生。 [0014] 另外，可以的是，在所述第一喷嘴的前端出口处的所述预混合气中，所述第一喷嘴使作为所述内筒的径向内方侧的第二范围的燃料浓度与作为所述内筒的径向外方侧的第一范围相比相对地提高。 [0015] 即，例如，由于在第一喷嘴与设于第一喷嘴的内侧的第二喷嘴之间流动的冷却空气而从第一喷嘴供给的预混合气的燃料浓度受到影响时，从第一喷嘴供给的预混合气的燃料浓度在第一范围内相对难以下降，在第二范围内相对容易下降，因此将第二范围的燃料浓度设定得与第一范围相比相对较高。由此，通过比较简单的结构，能够使到达火焰面的预混合气的燃料浓度在轴向上均匀。 [0016] 在本说明书中，在预混合气中，作为内筒的径向外方侧的第一范围并不是指由一个第一喷嘴生成的预混合气中的内筒的径向外方侧的全部区域为第一范围，而表示由径向外方侧的区域的全部或一部分来构成第一范围。同样地，在预混合气中，作为内筒的径向内方侧的第二范围是指由内筒的径向外方侧的区域的全部或一部分来构成第二范围。 [0017] 另外，可以的是，在所述第一喷嘴的前端出口处的所述预混合气中，所述第一喷嘴使作为所述内筒的径向外方侧的第一范围的燃料浓度与作为所述内筒的径向内方侧的第二范围相比相对地提高。 [0018] 即，例如，因在内筒或尾筒的内周面上流动的冷却空气而从第一喷嘴供给的预混合气的燃料浓度受到影响时，从第一喷嘴供给的预混合气的燃料浓度在第一范围内相对容易下降，在第二范围中相对难以下降，因此将第一范围的燃料浓度设定得与第二范围相比相对较高。由此，通过比较简单的结构，能够使到达火焰面的预混合气的燃料浓度在轴向上均匀。 [0019] 另外，可以的是，所述第一喷嘴具有：喷嘴主体，设置在所述第一喷嘴的中心轴上；以及多个燃料喷出部，在所述喷嘴主体的外周设置多个，喷出所述燃料，所述多个燃料喷出部使喷出量绕着所述第一喷嘴的中心轴变化地喷出所述燃料。 [0020] 根据该结构，所述多个燃料喷出部使喷出量绕着第一喷嘴的中心轴变化地喷出燃料，因此能够容易使预混合气的燃料浓度绕着该第一喷嘴的中心轴变化。 [0021] 另外，可以的是，所述多个燃料喷出部分别具备燃料喷出孔，使所述燃料喷出孔的开口面积不同而使所述燃料的喷出量变化。 [0022] 根据该结构，燃料喷出孔的数量不同，因此通过比较简单的结构能够使燃料的喷出量变化，从而能够使预混合气的燃料浓度变化。 [0023] 另外，可以的是，所述多个燃料喷出部分别具备燃料喷出孔，使所述燃料喷出孔的数量不同而使所述燃料的喷出量变化。 [0024] 根据该结构，燃料喷出孔的开口面积不同，因此通过比较简单的结构使燃料的喷出量变化，从而能够使预混合气的燃料浓度变化。 [0025] 另外，可以的是，所述多个燃料喷出部分别具备燃料喷出孔，所述燃料喷出孔分为多个组，各组分别与独立的燃料供给路连接，使所述燃料的喷出量变化。 [0026] 根据该结构，将燃料喷出孔分为多个组而分别与独立的燃料供给路连接，因此例如，通过控制各燃料供给路的燃料供给压力而使各组的燃料喷出量任意变化，进而能够使预混合气的燃料浓度或各组间的燃料浓度比变化。而且，即使在运转时，也能够使各组的燃料喷出量或各组间的燃料浓度比任意变化。 [0027] 另外，可以的是，所述第一喷嘴具有在所述喷嘴主体的外周设置多个且形成所述预混合气的回旋流的旋流叶片，所述多个燃料喷出部形成于所述旋流叶片。 [0028] 根据该结构，由于多个燃料喷出部形成于旋流叶片，因此在预混合气形成回旋流，其结果是，能够在径向上有效地调整预混合气的燃料浓度。 [0029] 另外，可以的是，所述旋流叶片在所述喷嘴主体的径向上的多个位置具有所述燃料喷出部，所述多个燃料喷出部使喷出量在所述喷嘴主体的径向上变化地喷出所述燃料。 [0030] 根据该结构，多个燃料喷出部使喷出量在喷嘴主体的径向上变化地喷出燃料，因此能够在径向上调整预混合气的燃料浓度。 [0032] 根据该结构，由于具备上述中的任一燃烧器，因此能够构成抑制了NOx的产生的燃气轮机。 [0033] 【发明效果】 [0034] 根据本发明的燃烧器，能够抑制NOx的产生。 [0036] 图1是表示本发明的第一实施方式的燃气轮机1的整体结构的简要结构剖视图。 [0037] 图2是本发明的第一实施方式的燃烧器10的放大剖视图。 [0038] 图3是本发明的第一实施方式に係る燃烧器10的主要部分放大剖视图。 [0039] 图4是本发明的第一实施方式的主要部分放大图，是图3的I向视图。 [0040] 图5是将本发明的第一实施方式的图3的剖面中的预混合气M的燃料浓度换算成温度的图和表示图3的剖面对应的预混合气M在火焰面F处的火焰温度的图，以距喷嘴中心轴P3的径向位置为纵轴，以由燃料浓度换算的温度(温度换算浓度)为横轴。 [0041] 图6是本发明的第一实施方式的燃烧器10的比较例，相当于表示燃烧器10的图5。 [0042] 图7是将本发明的第二实施方式的图3的剖面中的预混合气M的燃料浓度换算成温度的图和表示图3的剖面对应的预混合气M在火焰面F处的火焰温度的图，以距喷嘴中心轴P3的径向位置为纵轴，以由燃料浓度换算的温度(温度换算浓度)为横轴。 [0043] 图8是本发明的第二实施方式的燃烧器10的比较例，相当于表示燃烧器10的图7。 [0044] 图9是表示本发明的第二实施方式的变形例的主喷嘴的图，是从中心轴向观察到的图。 [0045] 图10是表示本发明的第二实施方式的变形例的主喷嘴的简要结构的主视图。 [0046] 图11是表示本发明的第二实施方式的变形例的主喷嘴的图，是图10的X-X剖视图。 [0047] 图12是表示本发明的第二实施方式的变形例的主喷嘴的图，是图10的Y-Y剖视图。 具体实施方式[0048] 〔第一实施方式〕 [0049] 以下，参照附图，说明本发明的第一实施方式。 [0050] 图1是表示本发明的实施方式的燃气轮机1的整体结构的简要结构剖视图。 [0051] 如图1所示，该燃气轮机1由压缩机2、多个燃烧器10、涡轮3大概构成。 [0053] 如图1所示，多个燃烧器10与压缩机2的出口连通，向从压缩机2供给的压缩空气A混合燃料并且使其燃烧而产生高温且高压的燃烧气体B。 [0055] 需要说明的是，各燃烧器10在如下状态下呈放射状配置：使各自的燃烧器中心轴P2相对于燃气轮机1中的转子1a的旋转中心轴P1而燃烧器10的入口侧相比出口侧更向在径向上远离的一侧倾斜。 [0056] 图2是燃烧器10的放大剖视图。 [0057] 如图2所示，各燃烧器10具备外筒11、内筒12、主喷嘴(第一喷嘴)14、先导喷嘴(第二喷嘴)13、尾筒15。 [0058] 外筒11使其中心轴与燃烧器中心轴P2重叠，从轴向一端侧的外周向径向外方侧延伸出的凸缘11f固定于机室壳体1b。在该外筒11的轴向另一端侧的基端部11a侧配置有向主喷嘴14供给燃料的燃料供给部10a和支承主喷嘴14的喷嘴管台20。 [0059] 内筒12形成得比外筒11小径，其中心轴与燃烧器中心轴P2重叠。该内筒12经由从基端开口部12b侧延伸出的支承部12f等而固定于外筒11。 [0060] 如图2所示，这样的内筒12与外筒11的间隙作为压缩空气A的流路，从外筒11的基端部11a侧的基端开口部12b将压缩空气A向内筒12内部导入。 [0061] 先导喷嘴13形成为长条状，配置在燃烧器中心轴P2上。该先导喷嘴13将基端13b侧支承于喷嘴管台20等，前端13a侧由内筒12包围。这样的先导喷嘴13通过从燃料供给部10a向基端13b侧供给的燃料，在前端13a侧形成先导焰。需要说明的是，燃料供给部10a根据需要，可以是具备在主喷嘴主体21的基端21b侧的周围形成的燃料供给路10b和在主喷嘴主体21的基端21b侧的底部形成的燃料供给路10c的结构。 [0062] 主喷嘴14沿着内筒12的内周等间距地呈环状配置多个(例如，八个)。所述多个主喷嘴14以各自的喷嘴中心轴P3(参照图3)与燃烧器10的燃烧器中心轴P2平行的方式配置。 [0063] 图3是燃烧器10的主要部分放大剖视图，图4是图3的I向视图。 [0064] 如图3所示，各主喷嘴14具备主喷嘴主体21、多个主旋流叶片22、主喷嘴筒23、延长管24。而且，先导喷嘴13具备先导喷嘴主体25、多个先导旋流叶片26、先导喷嘴筒27、先导锥28。 [0065] 如图2所示，主喷嘴主体21形成为长条状，位于喷嘴中心轴P3上。该主喷嘴主体21如图2所示，基端21b侧支承于喷嘴管台20，在内部具有与燃料供给部10a连接的燃料流路。 [0066] 如图3及图4所示，主旋流叶片22在主喷嘴主体21的前端21a侧的外周呈放射状地配置多个(在本实施方式中为六个)，形成该预混合气M的回旋流。 [0067] 如图4所示，在各主旋流叶片22配置有燃料喷出部22A、22B。 [0068] 燃料喷出部22A、22B由在主旋流叶片22的压力面22a及负压面22b形成的一对燃料喷出孔22c构成，燃料喷出部22A形成在径向外方侧，燃料喷出部22B形成在径向内方侧。 [0069] 燃料喷出孔22c分别与主喷嘴主体21的燃料流路连通。该燃料喷出孔22c分别对于燃料喷出部22A、22B，以形成于压力面22a的燃料喷出孔22c位于径向外方侧且形成于负压面22b的燃料喷出孔22c位于径向内方侧的方式形成。 [0070] 通过这样的结构，如图3所示，燃料喷出部22A、22B从燃料喷出孔22c喷出燃料f而生成压缩空气A与燃料f的预混合气M。 [0071] 主喷嘴筒23将其中心轴与喷嘴中心轴P3重叠配置，且筒前端开口23a及筒基端开口23b分别朝向轴向。并且，该主喷嘴筒23将各主喷嘴主体21的前端21a和多个主旋流叶片22包围。 [0072] 延长管24的轴向的管基端开口24b侧与主喷嘴筒23的筒前端开口23a侧连接。该延长管24在前端开口部(前端出口)24a侧，随着从管基端开口24b侧向管前端开口24a侧行进而流路截面逐渐减小。 [0073] 该延长管24使冷却膜用的冷却空气a2从管前端开口24a的径向外周壁侧流出。 [0074] 这样的主喷嘴14与先导喷嘴13一样，主喷嘴筒23或延长管24等所在的前端侧由内筒12包围。 [0075] 先导喷嘴13在先导喷嘴主体25的前端25a侧具备先导喷嘴筒27，在该先导喷嘴筒27与先导喷嘴主体25之间形成有环状的空间。并且，在圆筒状的先导喷嘴筒27与先导喷嘴主体25之间配置有先导旋流叶片26，该先导旋流叶片26形成压缩空气A的回旋流。 [0076] 先导锥28在先导喷嘴筒27的筒前端开口27a侧连接有基端开口28b。该先导锥28随着从基端开口28b向前端开口28a行进，而流路面积逐渐增大。 [0077] 而且，在延长管24与先导锥28的间隙形成有冷却空气a1的流路，通过从该流路流出的冷却空气a1，对延长管24或先导锥28进行冷却。 [0078] 如图2及图3所示，尾筒15的基端开口15b与内筒12的前端开口部12a侧连接，且尾筒15的前端开口(轴向前端)15a与涡轮3连通。该尾筒15使从主喷嘴14供给的预混合气M燃烧，形成随着趋向前端开口15a侧而向径向外方侧扩展的火焰面F。 [0079] 如图3所示，在该尾筒15与内筒12的间隙形成冷却空气a3的流路，从该流路流入的冷却空气a3沿着尾筒15的内周面流动而形成冷却膜。而且，如图3所示，冷却空气a4从内筒12的前端开口部12a的下游侧流入。 [0080] 需要说明的是，在本实施方式中，说明该冷却空气a1～a4中的从延长管24与先导锥28的间隙流出的冷却空气a1的影响为主导的情况。 [0081] 如上所述，主喷嘴14将压缩空气A与燃料f的预混合气M向内筒12的内部供给。此时，主喷嘴14使燃料浓度绕着该主喷嘴14的喷嘴中心轴P3变化地供给预混合气M，以使得在轴向上火焰面F成为均匀的温度。 [0082] 在管前端开口24a处，主喷嘴14使作为内筒12的径向内方侧的第二范围S2的燃料浓度与作为内筒12的径向外方侧(从燃烧器中心轴P2远离的一侧)的第一范围S1相比相对地升高。 [0083] 作为其具体的结构，如图4所示，六个燃料喷出部22A中，减少喷出的燃料f到达第一范围S1的组G1的燃料喷出量，增多喷出的燃料f到达第二范围S2的组G2的燃料喷出量。 [0084] 更详细而言，如图4所示，在位于内筒12的径向内方侧的二个燃料喷出部22A及与这二个燃料喷出部22A在回旋方向上相邻的一个燃料喷出部22A(组G1)与其余的三个燃料喷出部22A(组G2)中，燃料喷出孔22c的开口面积不同。 [0085] 需要说明的是，六个燃料喷出部22B中的各燃料喷出孔22c的大小相同。 [0086] 关于燃料喷出孔22c的开口面积，在属于燃料喷出部22B的燃料喷出孔22c的孔径设为1时，将属于组G1的燃料喷出孔22c的孔径设定为0.9，将属于组G2的燃料喷出孔22c的孔径设定为1.1。 [0087] 需要说明的是，燃料喷出孔22c的位置或个数、及孔径的大小根据管前端开口24a的浓度分布来确定。 [0088] 这样，六个燃料喷出部22A的燃料喷出量绕着主喷嘴14的喷嘴中心轴P3分为二种类。而且，在同一主旋流叶片22中，在主喷嘴主体21的径向外方侧的燃料喷出部22A与内方侧的燃料喷出部22B处燃料喷出量不同。 [0089] 通过这样的结构，当压力作用于主喷嘴主体21的燃料流路的燃料f时，从各燃料喷出孔22c向压缩空气A喷出与开口面积对应的量的燃料f。 [0090] 接下来，说明上述的燃烧器10的作用。 [0091] 当燃气轮机1的运转开始时，压缩机2生成压缩空气A。如图2所示，该压缩空气A从各燃烧器10的内筒12的基端开口部12b向内筒12的内部流入。 [0092] 向内筒12的内部流入的压缩空气A中，一部分用于先导喷嘴13进行的先导焰的燃烧，一部分向主喷嘴14的主喷嘴筒23流入。 [0093] 各燃料喷出孔22c对于向主旋流叶片22流入的压缩空气A，喷出与开口面积对应的量的燃料f。并且，喷出的燃料f与压缩空气A通过主旋流叶片22混合而生成预混合气M，并形成预混合气M的回旋流。 [0094] 这样的预混合气M在到达延长管24的管前端开口24a时，第一范围S1的浓度相对较低，第二范围S2的浓度相对较高。 [0095] 从管前端开口24a流出的预混合气M如图3所示形成火焰面F。 [0096] 更详细而言，预混合气M向燃烧器10的燃烧器中心轴P2方向的下游侧流动，但越是内筒12的内方侧(燃烧器中心轴P2侧)的预混合气M在上游域越靠径向内方侧燃烧。换言之，越是内筒12的径向外方侧的预混合气M，越到达更下游域，且在更径向外方侧燃烧。 [0097] 即，从筒前端开口23a流出的预混合气M在内筒12的内方侧，从燃料浓度比第一范围S1升高的第二范围S2先燃烧。 [0098] 另一方面，当预混合气M向下游侧流动时，在预混合气M流动到下游域的期间，冷却空气a1混入第二范围S2，在管前端开口24a相对升高的燃料浓度变得希薄而成为与第一范围S1相同程度的燃料浓度。 [0099] 这样，预混合气M的燃烧的范围从内筒12的内方侧向径向外方侧依次移动，通过在轴向上成为大致相同的燃料浓度的预混合气M来形成火焰面F。这样形成的火焰面F在轴向上火焰温度变得均匀，NOx的产生很少。 [0100] 如以上说明那样，根据燃烧器10，各主喷嘴14使燃料浓度绕着其喷嘴中心轴P3变化地供给预混合气M，以使火焰面F在轴向上成为均匀的温度，因此能够缓和在轴向上预混合气M的燃料浓度的偏颇。由此，即使冷却空气a1混入预混合气M，也通过在轴向上均匀的燃料浓度的预混合气M来形成火焰面F，能够抑制火焰面F在轴向上以不均匀的温度燃烧的情况，并且能够抑制NOx的产生。 [0101] 图5是将主喷嘴14的管前端开口24a处的预混合气M的燃料浓度换算成温度的图和表示图3的剖面所对应的预混合气M在火焰面F处的火焰温度的图，以距喷嘴中心轴P3的径向位置为纵轴，以由燃料浓度换算的温度(温度换算浓度)为横轴。需要说明的是，在图5中，实线是预混合气M在火焰面F处的火焰温度，虚线是将管前端开口24a处的预混合气M的燃料浓度换算成温度后的值。 [0102] 而且，图6是燃料喷出孔22c的开口面积在喷嘴中心轴P3的周围全部相同(燃料喷出部22A的燃料喷出孔22c与燃料喷出部22B的燃料喷出孔22c为同一孔径)时的比较例。 [0103] 如比较例那样使燃料喷出孔22c的开口面积在喷嘴中心轴P3的周围全部相同，管前端开口24a处的浓度分布大致均匀时，在图6中如实线所示，在火焰面F中，在内筒12的径向外方侧产生温度峰值R(最高火焰温度)，在此部分，火焰温度局部性地升高。另一方面，从温度峰值R随着成为径向内方侧，火焰温度急剧下降。 [0104] 这是因为，由于冷却空气a1而径向内方侧的预混合气M的燃料浓度容易下降。 [0105] 另一方面，在本发明的燃烧器10中，相对于比较例，如图5所示，管前端开口24a处的浓度分布不均匀，径向内方侧的浓度相对于径向外方侧相对升高。而且，在本发明的燃烧器10中，相对于比较例，火焰面F处的预混合气的火焰温度大致均匀。而且，在本发明的燃烧器10中，与比较例相比，在图5中如实线所示，温度峰值R降低。这样，在燃烧器10中，整体来看燃烧温度均匀，能够减少局部性的火焰温度的上升，因此能充分抑制NOx的产生。 [0106] 另外，在主喷嘴14的管前端开口24a处，与作为内筒12的径向外方侧的第一范围S1相比，使内筒12的径向内方侧的第二范围S2处的燃料浓度相对升高。即，将燃料浓度相对难以下降且在下游侧燃烧的第一范围S1的燃料浓度设定得较低，将燃料浓度相对容易下降且在上游侧燃烧的第二范围S2的燃料浓度设定得较高。由此，通过比较简单的结构，能够使到达火焰面F的预混合气M的燃料浓度在轴向上均匀。 [0107] 另外，在六个主旋流叶片22分别形成的燃料喷出部22A的燃料喷出量绕着喷嘴中心轴P3分为二种类，因此能够容易与从管前端开口24a流出后在稍早的阶段容易燃烧的第二范围S2和流动至下游域而稍晚燃烧的第一范围S1对应地、使预混合气M的燃料浓度绕着喷嘴中心轴P3变化。 [0108] 另外，在同一主旋流叶片22中，使燃料喷出量在主喷嘴14的径向的外方侧的燃料喷出部22A和内方侧的燃料喷出部22B处变化，因此能够容易且适当地在径向上调整预混合气M的燃料浓度。 [0109] 另外，由于燃料喷出孔22c的开口面积不同，因此通过比较简单的结构来使燃料喷出量变化，从而能够使预混合气M的燃料浓度变化。 [0110] 而且，根据燃气轮机1，由于具备燃烧器10，因此能够形成为抑制了NOx的产生的结构。 [0111] 〔第二实施方式〕 [0112] 在第一实施方式中，说明了从延长管24与先导锥28的间隙流出的冷却空气a1的影响为主导的情况，但是在第二实施方式中，说明来自延长管24的管前端开口24a的径向外周壁侧的冷却膜用的冷却空气a2、从尾筒15与内筒12的间隙的流路流入的冷却空气a3、从内筒12的前端开口部12a的下游侧流入的冷却空气a4等内筒的径向外方侧的冷却空气的影响为主导的情况。因此，对于与第一实施方式同样的结构，省略记载。 [0113] 在本实施方式中，在管前端开口24a处，主喷嘴14使作为内筒12的径向外方侧的第一范围S1的燃料浓度与作为内筒12的径向内方侧(接近燃烧器中心轴P2的一侧)的第二范围S2相比相对提高。 [0114] 作为其具体的结构，在图4中，六个燃料喷出部22A中，增多喷出的燃料f到达第一范围S1的组G1的燃料喷出量，减少喷出的燃料f到达第二范围S2的组G2的燃料喷出量。 [0115] 需要说明的是，燃料喷出孔22c的位置或个数、及孔径的大小根据管前端开口24a的浓度分布来确定。 [0116] 接着，说明上述的燃烧器10的作用。 [0117] 预混合气M在到达延长管24的管前端开口24a时，第一范围S1的浓度相对升高，第二范围S2的浓度相对降低。 [0118] 即，从筒前端开口23a流出的预混合气M在内筒12的内方侧，从燃料浓度比第一范围S1降低的第二范围S2先燃烧。 [0119] 另一方面，当预混合气M向下游侧流动时，在预混合气M流动到下游域的期间，冷却空气a2～a4混入第一范围S1，在管前端开口24a处相对高的燃料浓度变得希薄而成为与第二范围S2相同程度的燃料浓度。 [0120] 这样，预混合气M的燃烧范围从内筒12的内方侧向径向外方侧依次移动，通过在轴向上成为大致相同的燃料浓度的预混合气M而形成火焰面F。 [0121] 这样形成的火焰面F在轴向上火焰温度变得均匀，NOx的产生很少。 [0122] 如以上说明那样，根据燃烧器10，各主喷嘴14使燃料浓度绕着其喷嘴中心轴P3变化地供给预混合气M，以使得在轴向上火焰面F成为均匀的温度，因此能够缓和在轴向上预混合气M的燃料浓度的偏颇。 [0123] 由此，即使冷却空气a2～a4混入预混合气M，也通过在轴向上均匀的燃料浓度的预混合气M形成火焰面F，能够抑制在轴向上火焰面F以不均匀的温度燃烧的情况，并且能够抑制NOx的产生。 [0124] 图7是将管前端开口24a处的径向的预混合气M的燃料浓度换算成温度的图和表示对应的预混合气M在火焰面F处的火焰温度的图，实线是预混合气M在火焰面F处的火焰温度，虚线是将管前端开口24a处的预混合气M的燃料浓度换算成温度后的值。 [0125] 另外，图8是使燃料喷出孔22c的开口面积在喷嘴中心轴P3的周围全部相同(燃料喷出部22A的燃料喷出孔22c与燃料喷出部22B的燃料喷出孔22c为同一孔径)时的比较例。 [0126] 如比较例那样使燃料喷出孔22c的开口面积在喷嘴中心轴P3的周围全部相同，管前端开口24a处的浓度分布大致均匀时，在图8中如实线所示，在火焰面F上，在内筒12的径向外方侧产生温度峰值R(最高火焰温度)，在此部分，火焰温度局部性地升高。另一方面，从温度峰值R随着成为径向外方侧而火焰温度急剧下降。 [0127] 这是因为，由于冷却空气a2～a4而径向外方侧的预混合气M的燃料浓度容易下降。 [0128] 另一方面，在本发明的燃烧器10中，相对于比较例，如图7所示，管前端开口24a处的浓度分布不均匀，径向外方侧的浓度相对于径向内方侧相对升高。而且，在本发明的燃烧器10中，相对于比较例，火焰面F处的预混合气的火焰温度大致均匀。而且，在本发明的燃烧器10中，与比较例相比，在图7中如实线所示，温度峰值R降低。这样，在燃烧器10中，整体上来看，燃烧温度均匀，能够减少局部性的火焰温度的上升，因此能充分抑制NOx的产生。 [0129] 另外，在主喷嘴14的管前端开口24a中，与作为内筒12的径向内方侧的第二范围S2相比，相对地提升内筒12的径向外方侧的第一范围S1处的燃料浓度。即，将燃料浓度相对容易下降且在下游侧燃烧的第一范围S1的燃料浓度设定得较高，将燃料浓度相对难以下降且在上游侧燃烧的第二范围S2的燃料浓度设定得较低。 [0130] 由此，通过比较简单的结构，能够使到达火焰面F的预混合气M的燃料浓度在轴向上均匀。 [0131] 需要说明的是，在上述的实施方式中所示的动作次序、或各结构构件的各种形状、组合等是一例，在不脱离本发明的主旨的范围内基于设计要求等可以进行各种变更。 [0132] 若举例的话，则在上述的实施方式中，通过使燃料喷出孔22c的开口面积不同，由此使燃料喷出量不同而使燃料浓度变化。然而，也可以将其取代，例如使各燃料喷出孔22c的数量或对各燃料喷出孔22c的供给压力变化而使燃料喷出量不同，由此使燃料浓度变化。或者可以将它们适当组合而使燃料浓度变化。 [0133] 以下，参照图9至12，说明本发明的第一实施方式或第二实施方式的变形例。 [0134] 图9是主喷嘴14的从中心轴向前端侧观察到的图。而且，图10是表示主喷嘴14的简要结构的主视图，图11、图12分别表示图10中的主喷嘴14的X-X剖面、Y-Y剖视图。 [0135] 该变形例如图9所示，主喷嘴14具备相互独立的第一燃料供给系统和第二燃料供给系统，主喷嘴主体22具有与第一燃料供给系统连通且属于第一压力区域30A(阴影部)的燃料喷出孔22c和与第二燃料供给系统连通且属于第二压力区域30B的燃料喷出孔22c。 [0136] 通过调整第一燃料供给系统及第二燃料供给系统中的燃料f的供给压力，能够分别调整从第一压力区域30A的燃料喷出孔22c喷出的燃料f的喷出量和从第二压力区域30B的燃料喷出孔22c喷出的燃料f的喷出量。其他与上述第一实施方式或第二实施方式一样，因此标注同一标号而省略说明。 [0137] 具体而言，如图9及图10所示，主喷嘴主体21在主喷嘴主体21的前端21a侧的外周呈放射状地配置多个(在本实施方式中，为六个)的各主旋流叶片22中，例如三个属于第一压力区域30A，其余的三个属于第二压力区域30B。 [0138] 另外，第一压力区域30A包含与第一范围S1对应的组G1，第二压力区域30B包含与第二范围S2对应的组G2。 [0139] 需要说明的是，燃料喷出孔22c的位置或个数、及孔径的大小可以根据管前端开口24a的浓度分布进行设定。 [0140] 如图9、图10所示，各主旋流叶片22例如在压力面22a、负压面22b上分别形成各二个燃料喷出孔22c，形成在压力面22a上的燃料喷出孔22c与形成在负压面22b上的燃料喷出孔22c相比，相对地配置在靠径向外方侧处。 [0141] 在此，在各主旋流叶片22的压力面22a及负压面22b上，分别位于径向外方侧的一对燃料喷出孔22c构成燃料喷出部22A。 [0142] 另外，在各主旋流叶片22的压力面22a及负压面22b上，分别位于径向内方侧的一对燃料喷出孔22c构成燃料喷出部22B。 [0143] 如图10所示，主喷嘴主体21在内部具有构成第一燃料供给系统的第一燃料供给路31、构成第二燃料供给系统的第二燃料供给路32，第一燃料供给系统及第二燃料供给系统在压力上独立地与燃料供给部10a连接。 [0144] 第一燃料供给路31例如具备第一燃料供给口31A、第一燃料流路31B、燃料积存部31C、第一分支路31D，第一燃料供给口31A形成在主喷嘴主体21的侧部，燃料积存部31C经由第一分支路31D而向各燃料喷出孔22c分支。 [0145] 另外，第二燃料供给路32例如具备第二燃料供给口32A、第二燃料流路32B、燃料积存部32C、第二分支路32D，第二燃料供给口32A形成在主喷嘴主体21的基端21b侧的端面，燃料积存部32C经由第二分支路32D向各燃料喷出孔22c分支。 [0146] 如图10、图12所示，燃料积存部31C和燃料积存部32C在主喷嘴主体21内由周壁部21F包围而相邻配置，燃料积存部31C和燃料积存部32C由分隔壁部21G分隔而在压力上相互独立。 [0147] 另外，通过设置燃料积存部31C及燃料积存部32C，使向属于第一压力区域30A的燃料喷出孔22c供给的燃料f的流量及向属于第二压力区域30B的燃料喷出孔22c供给的燃料f的流量稳定，并且能够容易进行第一燃料流路31B及第二燃料流路32B与对应的各燃料喷出孔22c的连通。 [0148] 另外，在该变形例中，如图2所示，第一燃料供给口31A从燃料供给部10a连通且从在主喷嘴主体21的基端21b侧的周围形成的燃料供给路10b被供给燃料f，第二燃料供给口32A从燃料供给部10a连通且从在主喷嘴主体21的基端21b侧的底部形成的燃料供给路10c被供给燃料f。 [0149] 在该实施方式中，燃料供给部10a例如调整第一燃料供给系统及第二燃料供给系统中的燃料f的供给压力等参数的设定，从而调整向第一燃料供给路31及第二燃料供给路32供给的燃料f的流量。 [0150] 即，在该变形例中，通过第一燃料供给系统及与第一燃料供给系统独立的第二燃料供给系统来供给燃料f，通过分别控制第一燃料供给系统及第二燃料供给系统的供给压力，来调整第一燃料供给系统及第二燃料供给系统的燃料f的流量，进而调整来自属于第一压力区域30A及第二压力区域30B的燃料喷出孔22c的燃料f的喷出量。 [0151] 例如，使属于第二压力区域30B的燃料喷出孔22c比属于第一压力区域30A的燃料喷出孔22c的供给压力高，由此属于组G1的燃料喷出孔22c喷出比属于组G2的燃料喷出孔22c相对多量的燃料f，由此，预混合气的燃料浓度变为内筒12的第一范围S1相比第二范围S2变高。 [0152] 需要说明的是，在上述的实施方式中所示的动作次序、或各结构构件的各形状或组合等是一例，在不脱离本发明的主旨的范围内基于设计要求等能够进行各种变更。 [0153] 例如，在上述实施方式中，说明了内筒12的径向内方侧设为第一范围S1且内筒12的径向外方侧设为第二范围S2的情况，但例如也可以将第一范围S1设为内筒12的径向外方侧的一部分，或将第二范围S2设为内筒12的径向内方侧的一部分，或将第一范围S1及第二范围S2设为内筒12的径向外方侧及径向内方侧的各自一部分。 [0154] 另外，例如，在上述实施方式中，说明了主喷嘴14具备属于与第一范围S1对应的第一压力区域30A的燃料喷出孔22c和属于与第二范围S2对应的第二压力区域30B的燃料喷出孔22c这2种类燃料喷出孔22c的情况，但并不限定于此。 [0155] 例如，可以将在各主喷嘴14生成的预混合气M的内筒12的径向外方侧的区域划分为包含第一范围S1的多个区域，或者将第一范围S1划分为多个不同燃料浓度的区域，由此将由多个燃料浓度构成的预混合气向内筒12的径向外方侧供给时等，将与内筒12的径向外方侧对应的燃料喷出孔22c除了连通于第一压力区域30A之外，还连通于与第一压力区域30A独立的不同的燃料供给系统。 [0156] 另外，例如，可以将在各主喷嘴14生成的预混合气M的内筒12的径向内方侧的区域划分为包含第二范围S2的多个区域，或者将第二范围S2划分为多个不同燃料浓度的区域，由此，在将由多个燃料浓度构成的预混合气向内筒12的径向内方侧供给时等，将与内筒12的径向内方侧对应的燃料喷出孔22c除了连通于第二压力区域30B之外，还连通于与第二压力区域30B独立的不同的燃料供给系统。 [0157] 需要说明的是，可以在内筒12的径向外方侧及径向内方侧这两者分别设置多个独立的燃料供给。 [0158] 另外，在上述实施方式中，说明了主喷嘴14具备属于组G1的3个主旋流叶片22和属于组G2的主旋流叶片22，在属于第一压力区域30A及第二压力区域30B的各主旋流叶片22分别形成有四个第一燃料喷出孔22c的情况，但并不限定于此。 [0159] 例如，主喷嘴14具备的主旋流叶片22的个数、组G1及组G2所对应的主旋流叶片22的个数、第一压力区域30A及第二压力区域30B所对应的主旋流叶片22的个数可以任意设定。 [0160] 另外，在各个主旋流叶片22形成的燃料喷出孔22c个数可以任意设定。 [0161] 另外，在上述实施方式中，说明了主喷嘴14具备6个主旋流叶片22的情况，但也可以为例如主喷嘴14不具备主旋流叶片22的结构。 [0162] 另外，在上述实施方式中，说明了属于第一压力区域30A的燃料喷出孔22c和属于第二压力区域30B的燃料喷出孔22c同数且配置互相对应，且各自的开口面积相同的情况，但是也可以设定例如属于第一压力区域30A的燃料喷出孔22c与属于第二压力区域30B的燃料喷出孔22c的个数、配置、个数、开口面积中的任一个或全部不同。 [0163] 另外，在上述实施方式中，说明了第一压力区域30A与第一燃料系统连接，第二压力区域30B与第二燃料系统连接，通过控制第一燃料系统、第二燃料系统的压力等参数来调整从属于第一压力区域30A和第二压力区域30B的各燃料喷出孔22c喷出的燃料f的喷出量的情况，但例如也可以通过第一燃料供给口31A、第二燃料供给口32A或第一燃料流路31B、第二燃料流路32B等、各燃料供给系统的流路面积或流路阻力等的设定，来调整各燃料供给系统供给的燃料f的流量。 [0164] 另外，在上述实施方式中，说明了第一燃料供给路31具备第一燃料供给口31A、第一燃料流路31B、燃料积存部31C、第一分支路31D的情况，但并没有限定为上述结构，这是不言自明。关于第二燃料供给路32也一样。 [0165] 另外，也可以通过属于第一压力区域30A及第二压力区域30B的各燃料喷出孔22c的个数、开口面积的设定来调整燃料f的供给量。 [0166] 另外，也可以将它们适当组合来使燃料浓度变化。 [0167] 另外，在上述的实施方式中，示出了在沿着内筒12的内周面隔开间隔配置主喷嘴14的燃烧器10中，通过在燃烧器中心轴P2上配置的先导喷嘴13形成先导焰，由此对来自主喷嘴14的预混合气进行点火而进行预混合燃烧，但没有限定为此结构。例如在下述那样的燃烧器中也可以适用本发明：具备沿着内筒的内周面隔开隔配置的多个第一喷嘴和配置在燃烧器中心轴上的第二喷嘴，所述第一及第二喷嘴能够分别独立地进行预混合燃烧。 [0168] 【工业上的可利用性】 [0169] 根据本发明的燃烧器，能够抑制NOx的产生。 [0170] 根据本发明的燃气轮机，能够构成抑制了NOx的产生的燃气轮机。 [0171] 【标号说明】 [0172] 1…燃气轮机 [0173] 10…燃烧器 [0174] 12…内筒 [0175] 14…主喷嘴(第一喷嘴) [0176] 15…尾筒 [0177] 15a…前端开口(轴向前端) [0178] 15b…基端开口(基端) [0179] 22…主旋流叶片(旋流叶片) [0180] 22A、22B…燃料喷出部 [0181] 22c…燃料喷出孔 [0182] 24a…管前端开口(前端出口) [0183] P2…燃烧器中心轴 [0184] P3…喷嘴中心轴(主喷嘴的中心轴) [0185] S1…第一范围 [0186] S2…第二范围 [0187] A…压缩空气(空气) [0188] F…火焰面 [0189] M…预混合气 [0190] f…燃料 |
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