JP2014122723A

JP2014122723A - Burner

Info

Publication number: JP2014122723A
Application number: JP2012278087A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Momo; 聡百々; Tomohiro Asai; 智広浅井; Yasuhiro Akiyama; 恭大穐山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2014-07-03
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: JP6158504B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a burner which can keep a constant distance between a flame and itself, and can make compatible combustion stability and low-NOx combustion performance even if hydrogen-containing fuel is used.SOLUTION: In the burner comprising an air hole plate 54 having a plurality of air holes 55, and a plurality of fuel nozzles 56 arranged at the inlet side of the air hole plate 54, and arranged coaxially with the corresponding air holes 55, a cross section of each air hole 55 is formed into a flat shape having a long/short axis such as a rectangular shape or an elliptical shape.

Description

本発明はガスタービン燃焼器に用いるバーナ等に関する。 The present invention relates to a burner used for a gas turbine combustor.

ガスタービン燃焼器における燃焼の燃焼方式の一つに拡散燃焼方式がある。拡散燃焼方式とは、バーナから燃焼室に燃料のみを直接投入し、燃焼室内で燃料と空気を混合する方式をいう。但し、この燃焼方式では最も燃焼し易い状態で火炎が形成されるため、火炎温度が高くなり窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量が増大し易い。それに対し、ＮＯｘ排出量を抑える上では予混合燃焼方式が有効である。予混合燃焼方式とは、量論混合比よりも希薄となるように燃料と空気を予め混合してバーナから燃焼室に供給する方式をいう。但し、この予混合燃焼方式では拡散燃焼方式に比べて燃焼安定性が低く、また燃焼室に至る前に燃料が可燃範囲の混合気を形成するため火炎がバーナに接近しバーナが熱的影響を受け易い問題がある。 One of the combustion methods of combustion in a gas turbine combustor is a diffusion combustion method. The diffusion combustion system is a system in which only fuel is directly injected from a burner into a combustion chamber, and fuel and air are mixed in the combustion chamber. However, in this combustion method, a flame is formed in a state where it is most easily combusted, so that the flame temperature becomes high and the emission amount of nitrogen oxides (NOx) tends to increase. On the other hand, the premixed combustion method is effective in suppressing the NOx emission amount. The premix combustion method refers to a method in which fuel and air are mixed in advance so as to become leaner than the stoichiometric mixture ratio and supplied from the burner to the combustion chamber. However, this premixed combustion method has lower combustion stability than the diffusion combustion method, and the fuel forms a mixture in the combustible range before reaching the combustion chamber, so the flame approaches the burner and the burner has a thermal effect. There is an easy problem.

そこで、バーナへの熱的影響を抑制し燃焼安定性を確保しつつも低ＮＯｘ燃焼を実現する技術の一例として多孔同軸噴流バーナが提唱されている。多孔同副噴流バーナとは、燃料ノズルと空気ノズルとを同軸に配置した多数の同軸ノズルを集合化したバーナであり、燃料と空気を多孔に分散させて燃焼室に供給するものである（特許文献１等参照）。 Therefore, a multi-hole coaxial jet burner has been proposed as an example of a technique that realizes low NOx combustion while suppressing thermal influence on the burner and ensuring combustion stability. The perforated sub-jet burner is a burner in which a large number of coaxial nozzles in which fuel nozzles and air nozzles are coaxially arranged are assembled, and fuel and air are dispersed in a porous manner and supplied to the combustion chamber (patent) Reference 1 etc.).

特開２００５−１０６３０５号公報JP 2005-106305 A

近年、発電コスト低減や資源有効利用のほか地球温暖化防止の観点からも、石油精製所で発生するオフガスや製鉄プロセスで発生するコークス炉ガス（Coke Oven Gas：ＣＯＧ）等の水素（Ｈ_２）を含む副生ガスを発電用ガスタービンの燃料として有効利用することが求められている。さらに、豊富な資源である石炭を酸素でガス化して発電する石炭ガス化複合発電（Integrated coal Gasification Combined Cycle：ＩＧＣＣ）プラントでは地球温暖化防止の観点より、石炭ガス化発電プラントのガスタービン燃焼器に供給されるガス化燃料中の炭素分を分離・回収するシステムにより、石炭の炭素分を水素に転換して二酸化炭素（ＣＯ_２）排出を抑制する方策が国内外で検討されている。製油所オフガスやＣＯＧの燃料成分の３０％〜６０％、二酸化炭素分離回収付のＩＧＣＣプラントで使用する燃料の殆どの成分が水素である。ところが水素は燃焼速度が速く低エネルギで着火するため、ガスタービン燃焼器内で燃焼器構造物に火炎が接近し易い。また、燃焼室内で構造物に近接した位置で次々と位置を変えて着火及び消化が繰り返されると連鎖的に圧力波が発生し、圧力波によって局所的に燃料流量が変動して燃焼振動が発生し得る。 In recent years, hydrogen (H ₂ ) such as off-gas generated in oil refineries and coke oven gas (Coke Oven Gas: COG) generated in the steelmaking process from the viewpoint of reducing power generation costs and effective use of resources as well as preventing global warming. It is required to effectively use a by-product gas containing gas as a fuel for a power generation gas turbine. In addition, in an integrated coal gasification combined cycle (IGCC) plant that generates electricity by gasifying abundant resources of coal with oxygen, the gas turbine combustor of the coal gasification power plant is used to prevent global warming. Measures to reduce carbon dioxide (CO ₂ ) emissions by converting carbon content of coal into hydrogen by a system that separates and recovers carbon content in gasified fuel supplied to the domestic and overseas are being studied. 30% to 60% of the refinery off-gas and COG fuel components, and most of the fuel used in IGCC plants with carbon dioxide separation and recovery are hydrogen. However, since hydrogen has a high combustion speed and is ignited with low energy, a flame easily approaches the combustor structure in the gas turbine combustor. In addition, when ignition and digestion are repeated one after another at positions close to the structure in the combustion chamber, a pressure wave is generated in a chain, and the fuel flow locally fluctuates due to the pressure wave, resulting in combustion vibration. Can do.

前述した燃焼器構造物への火炎の接近や燃焼振動は、バーナの端面付近において複数の燃料噴出孔の間で生じる微小な渦（後流）を伴う低流速領域に火炎が接近することで発生する。特許文献１のバーナで水素含有燃料を用いる場合、水素は燃焼に要する理論空気量が少ないため、低流速領域への火炎の接近を避けるために可燃範囲の混合気が低流速領域に侵入しないように燃料と空気の混合を抑制すると、燃料が空気と十分に混合しない状態で燃焼し局所的な高温部が発生してＮＯｘ排出量が増大してしまう。 The approach of the flame to the combustor structure and the combustion vibration described above are caused by the approach of the flame to the low-velocity region with minute vortices (wakes) generated between the multiple fuel injection holes near the end face of the burner. To do. When a hydrogen-containing fuel is used in the burner of Patent Document 1, the amount of theoretical air required for combustion is small, so that the mixture in the combustible range does not enter the low flow rate region in order to avoid the approach of the flame to the low flow rate region. If the mixing of the fuel and the air is suppressed, the fuel is burned in a state where the fuel and the air are not sufficiently mixed, and a local high-temperature portion is generated to increase the NOx emission amount.

本発明はこうした事情に鑑みなされたもので、水素含有燃料を使用しても、火炎との一定の距離を保つことができ、燃焼安定性と低ＮＯｘ燃焼性能を両立することができるバーナを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a burner that can maintain a constant distance from a flame even when a hydrogen-containing fuel is used, and can achieve both combustion stability and low NOx combustion performance. The purpose is to do.

上記目的を達成するために、本発明は、複数の空気孔を有する空気孔プレートと、前記空気孔プレートの空気の入口側に設けられ、対応する空気孔とそれぞれ同軸に配置された複数の燃料ノズルとを備え、前記空気孔の断面が、長短の軸を有する扁平な形状をしていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides an air hole plate having a plurality of air holes, and a plurality of fuels provided on the air inlet side of the air hole plate and coaxially arranged with the corresponding air holes. And a cross section of the air hole has a flat shape having long and short shafts.

本発明によれば、水素含有燃料を使用しても、火炎との一定の距離を保つことができ、燃焼安定性と低ＮＯｘ燃焼性能を両立することができる。 According to the present invention, even if a hydrogen-containing fuel is used, a certain distance from the flame can be maintained, and both combustion stability and low NOx combustion performance can be achieved.

本発明に係るバーナを適用するガスタービン発電プラントの一構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows one structural example of the gas turbine power plant to which the burner which concerns on this invention is applied. 本発明の第１の実施の形態に係る燃焼器の要部の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the principal part of the combustor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施の形態に係る燃焼器の空気孔プレートを燃焼室側から見た正面図である。It is the front view which looked at the air hole plate of the combustor which concerns on the 1st Embodiment of this invention from the combustion chamber side. 本発明の第１の実施の形態に係る燃焼器に備えられた入口空気孔プレートの入口側の面を燃料ノズル側から見た図である。It is the figure which looked at the surface of the inlet side of the inlet air hole plate with which the combustor which concerns on the 1st Embodiment of this invention was equipped from the fuel nozzle side. 本発明の第１の実施の形態に係る燃焼器に備えられた入口空気孔プレートの出口側の面（空気孔旋回プレートとの対向面）を燃焼室側から見た図である。It is the figure which looked at the exit side surface (opposite surface with an air hole revolving plate) of the inlet air hole plate with which the combustor which concerns on the 1st Embodiment of this invention was equipped from the combustion chamber side. 本発明の第１の実施の形態に係る燃焼器に備えられた入口空気孔プレートの１つの空気孔の入口近傍の断面図である。It is sectional drawing of the inlet vicinity of one air hole of the inlet air hole plate with which the combustor which concerns on the 1st Embodiment of this invention was equipped. 本発明の第１の実施の形態に係る燃焼器に備えられた入口空気孔プレートの１つの空気孔の出口近傍の断面図である。It is sectional drawing of the exit vicinity of one air hole of the inlet air hole plate with which the combustor which concerns on the 1st Embodiment of this invention was equipped. 本発明の第２の実施の形態に係る燃焼器の要部の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the principal part of the combustor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施の形態に係る燃焼器に備えられた空気孔プレートを燃焼室側から見た正面図である。It is the front view which looked at the air hole plate with which the combustor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention was equipped from the combustion chamber side. 本発明の第２の実施の形態に係る燃焼器に備えられた空気孔プレートの入口側の面を燃料ノズル側から見た図である。It is the figure which looked at the surface of the inlet side of the air hole plate with which the combustor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention was equipped was seen from the fuel nozzle side. 本発明の第３の実施の形態に係る燃焼器の要部の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the principal part of the combustor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施の形態に係る燃焼器に備えられた空気孔プレートを燃焼室側から見た正面図である。It is the front view which looked at the air hole plate with which the combustor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention was equipped from the combustion chamber side. 比較例に係る燃焼器の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the combustor which concerns on a comparative example. 比較例に係る燃焼器に備えられた空気孔プレートを燃焼室側から見た正面図である。It is the front view which looked at the air hole plate with which the combustor which concerns on a comparative example was equipped from the combustion chamber side. 図１４中のXV−XV線による矢視断面図であって比較例に係るバーナの一対の空気孔及び燃料ノズルを抜き出した図である。It is arrow sectional drawing by the XV-XV line | wire in FIG. 14, Comprising: It is the figure which extracted the pair of air hole and fuel nozzle of the burner which concern on a comparative example. 図１５中のXVI−XVI線による矢視断面図である。It is arrow sectional drawing by the XVI-XVI line | wire in FIG.

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

（第１の実施の形態）
本発明のガスタービン燃焼器は、通常の気体燃料の他、水素を組成成分として含むガス燃料（以下、水素含有燃料と称する）を燃焼するのにも好適である。具体的には、例えば、石炭をガス化して得られる水素含有燃料を用いる石炭ガス化複合発電プラントの他、製鉄プラントから得られる副生ガスであるコークス炉ガス（ＣＯＧ：Coke Oven Gas）、高炉ガス（ＢＦＧ：Blast Furnace Gas）、転炉ガス（ＬＤＧ：Linzer Donawitz Gas）若しくはこれらの混合ガスを燃料として使用するガスタービン、又はナフサ分解プラント等から得られる副生ガス等といった水素を組成成分として含むガス燃料（水素含有燃料）を用いるガスタービンに、本発明のガスタービン燃焼器は好適に適用することができる。 (First embodiment)
The gas turbine combustor of the present invention is suitable for burning not only ordinary gas fuel but also gas fuel containing hydrogen as a composition component (hereinafter referred to as hydrogen-containing fuel). Specifically, for example, in addition to a coal gasification combined power plant using hydrogen-containing fuel obtained by gasifying coal, a coke oven gas (COG: Coke Oven Gas) which is a by-product gas obtained from an ironmaking plant, a blast furnace Hydrogen as a constituent component such as gas (BFG: Blast Furnace Gas), converter gas (LDG: Linzer Donawitz Gas) or a gas turbine using these mixed gases as fuel, or by-product gas obtained from a naphtha cracking plant, etc. The gas turbine combustor of the present invention can be suitably applied to a gas turbine that uses gas fuel (hydrogen-containing fuel).

１．ガスタービン発電プラント
図１は本発明に係るバーナを適用するガスタービン発電プラントの一構成例を示す概略図である。 1. Gas Turbine Power Generation Plant FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a gas turbine power generation plant to which a burner according to the present invention is applied.

図１に示したガスタービン発電プラントは、原動機であるガスタービン１０１、及びガスタービン１０１で駆動する発電機５０１を備えている。ガスタービン１０１は、圧縮機５、燃焼器９及びタービン６を備えている。圧縮機５、タービン６及び発電機５０１の各ロータは同軸上に連結されている。この水素含有燃料２２によって駆動されるガスタービン発電プラントは、圧縮機５において外気を吸入して圧縮した圧縮空気１０を燃焼用空気１２として車室７を介して燃焼器９に供給し、燃焼器９で燃焼用空気１２を水素含有燃料２２とともに燃焼し、燃焼器９で発生した高温高圧の燃焼ガス１３をタービン６に供給する。これによりタービン６が駆動し、タービン６の回転動力が発電機５０１で電気エネルギに変換されて発電出力が得られる。 The gas turbine power plant shown in FIG. 1 includes a gas turbine 101 that is a prime mover and a generator 501 that is driven by the gas turbine 101. The gas turbine 101 includes a compressor 5, a combustor 9, and a turbine 6. The rotors of the compressor 5, the turbine 6, and the generator 501 are connected coaxially. The gas turbine power plant driven by the hydrogen-containing fuel 22 supplies compressed air 10 compressed by sucking outside air in the compressor 5 as combustion air 12 to the combustor 9 via the vehicle compartment 7, and the combustor. 9, the combustion air 12 is combusted together with the hydrogen-containing fuel 22, and the high-temperature and high-pressure combustion gas 13 generated in the combustor 9 is supplied to the turbine 6. As a result, the turbine 6 is driven, and the rotational power of the turbine 6 is converted into electric energy by the generator 501 to obtain a power generation output.

２．燃焼器
燃焼器９は、外筒２、ライナ３、尾筒４、及びバーナ５３を備えている。外筒２はタービンケーシング（図示せず）の外周部に設けられた円筒状の部材である。外筒２のタービン６と反対側の端部（頭部）はエンドカバー８により閉止されている。ライナ３は内部に燃焼室１を形成する円筒状の燃焼器内筒であり、外筒２の内側に設置されていて外筒２との間に環状の空気流路を形成している。このライナ３には空気孔が多数穿設されている。燃焼室１はバーナ５３の空気孔プレート５４（後述）の空気の出口側に形成された空間であり、バーナ５３から噴出する水素含有燃料２２が燃焼用空気１２等とともにここで燃焼する。尾筒４はタービン６のガスパスの入口（初段静翼入口）とライナ３とを滑らかに接続する部材である。バーナ５３は、燃焼室１を挟んでタービン６と対向するようにエンドカバー８に設けられている。このバーナ５３は１つの燃焼器９に１つ設けられていて、その軸心線はライナ３の軸心線に実質的に一致している。エンドカバー８には、バーナ５３に燃料を分配する燃料分配器５７が設けられている。バーナ５３の燃料ノズル５６（後述）に水素含有燃料２２を供給する燃料系統には、燃料遮断弁１０３、燃料圧力調整弁１０７及び燃料流量調整弁１０８が設けてある。特に図示していないが、燃焼器９には燃焼室１内の混合気に着火する着火装置も備わっている。図１に示したガスタービン発電プラントにおいては、このように構成された燃焼器９がタービンケーシング（図示せず）の外周部に周方向に一定の間隔で複数設けられている。 2. Combustor The combustor 9 includes an outer cylinder 2, a liner 3, a tail cylinder 4, and a burner 53. The outer cylinder 2 is a cylindrical member provided on the outer periphery of a turbine casing (not shown). An end (head) of the outer cylinder 2 opposite to the turbine 6 is closed by an end cover 8. The liner 3 is a cylindrical combustor inner cylinder that forms a combustion chamber 1 therein. The liner 3 is installed inside the outer cylinder 2 and forms an annular air flow path with the outer cylinder 2. The liner 3 has a large number of air holes. The combustion chamber 1 is a space formed on an air outlet side of an air hole plate 54 (described later) of the burner 53, and the hydrogen-containing fuel 22 ejected from the burner 53 is combusted here together with the combustion air 12 and the like. The transition piece 4 is a member that smoothly connects the inlet of the gas path of the turbine 6 (first stage stationary blade inlet) and the liner 3. The burner 53 is provided on the end cover 8 so as to face the turbine 6 across the combustion chamber 1. One burner 53 is provided in one combustor 9, and its axis is substantially coincident with the axis of the liner 3. The end cover 8 is provided with a fuel distributor 57 that distributes fuel to the burner 53. A fuel system that supplies hydrogen-containing fuel 22 to a fuel nozzle 56 (described later) of the burner 53 is provided with a fuel cutoff valve 103, a fuel pressure adjustment valve 107, and a fuel flow rate adjustment valve 108. Although not particularly illustrated, the combustor 9 is also provided with an ignition device that ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 1. In the gas turbine power plant shown in FIG. 1, a plurality of combustors 9 configured in this way are provided at a constant interval in the circumferential direction on the outer peripheral portion of a turbine casing (not shown).

上記構成の燃焼器９においては、圧縮機５からの圧縮空気１０が車室７を介して導かれる。この圧縮空気１０は外筒２とライナ３との間の空気流路を流通し、エンドカバー８で堰き止められてバーナ５３の空気孔プレート５４を介して燃焼用空気１２として燃焼室１に噴出する。また、圧縮空気１０の一部はライナ３の周胴部に設けた多数の空気孔から冷却空気１１として燃焼室１内に流入し、燃焼室１内で発生する燃焼ガス１３で過熱されないようにライナ３等の構造物を冷却する。 In the combustor 9 configured as described above, the compressed air 10 from the compressor 5 is guided through the vehicle compartment 7. The compressed air 10 flows through an air flow path between the outer cylinder 2 and the liner 3, is blocked by the end cover 8, and is jetted into the combustion chamber 1 as combustion air 12 through the air hole plate 54 of the burner 53. To do. Further, a part of the compressed air 10 flows into the combustion chamber 1 as cooling air 11 from a large number of air holes provided in the peripheral body portion of the liner 3 and is not overheated by the combustion gas 13 generated in the combustion chamber 1. Cool the structure.

一方、水素含有燃料２２は、燃料遮断弁１０３、燃料圧力調整弁１０７及び燃料流量調整弁１０８を経由してガスタービン１０１の運転に必要な流量に制御され、燃料分配器５７によりバーナ５３の各燃料ノズル５６に分配される。各燃料ノズル５６に分配された水素含有燃料２２は、各燃料ノズル５６から空気孔プレート５４の対応する空気孔に向かって噴射され、空気孔を流れる燃焼用空気１２とともに空気孔を介して燃焼室１に噴出し、燃焼室１で燃焼用空気１２等とともに燃焼し燃焼ガス１３を生成する。 On the other hand, the hydrogen-containing fuel 22 is controlled to a flow rate necessary for the operation of the gas turbine 101 via the fuel cutoff valve 103, the fuel pressure adjustment valve 107 and the fuel flow rate adjustment valve 108, and each of the burners 53 is controlled by the fuel distributor 57. It is distributed to the fuel nozzle 56. The hydrogen-containing fuel 22 distributed to the fuel nozzles 56 is injected from the fuel nozzles 56 toward the corresponding air holes of the air hole plate 54, and together with the combustion air 12 flowing through the air holes, through the air holes, the combustion chambers. 1 and is burned together with combustion air 12 and the like in the combustion chamber 1 to generate a combustion gas 13.

３．バーナ
図２は本発明の第１の実施の形態に係る燃焼器の要部の概略構成図、図３は当該燃焼器の空気孔プレートを燃焼室側から見た正面図である。これらの図において既述した要素には既出図面と同符号を付して説明を省略する。 3. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the main part of the combustor according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a front view of the air hole plate of the combustor as viewed from the combustion chamber side. In these drawings, the elements already described are denoted by the same reference numerals as those in the above drawings, and the description thereof is omitted.

バーナ５３は、複数の空気孔５５を有する空気孔プレート５４、及び対応する空気孔５５とそれぞれ同軸に配置された複数の燃料ノズルと５６を備えた多孔同軸噴流バーナであり、水素含有燃料２２及び燃焼用空気１２の同軸噴流を多数形成するものである。このバーナ５３の場合、空気孔５５及び燃料ノズル５６の形状で水素含有燃料２２及び燃焼用空気１２の混合の度合いを調整することができる。 The burner 53 is a multi-hole coaxial jet burner including an air hole plate 54 having a plurality of air holes 55 and a plurality of fuel nozzles 56 arranged coaxially with the corresponding air holes 55, and the hydrogen-containing fuel 22 and A large number of coaxial jets of the combustion air 12 are formed. In the case of this burner 53, the degree of mixing of the hydrogen-containing fuel 22 and the combustion air 12 can be adjusted by the shape of the air hole 55 and the fuel nozzle 56.

燃料ノズル５６は空気孔プレート５４の空気の入口側に位置し、燃料分配器５７からそれぞれ空気孔プレート５４の対応する空気孔５５に向かって延在している。燃料ノズル５６の軸心線は空気孔プレート５４の入口空気孔プレート５４Ａ（後述）の対応する空気孔５５の軸心線と実質的に一致している。本実施の形態における燃料ノズル５６は空気孔５５には挿入されておらず、燃料ノズル５６の先端部（燃料噴射孔の開口）は空気孔プレート５４の燃料分配器５７側の面よりも燃料分配器５７側に位置している。 The fuel nozzle 56 is located on the air inlet side of the air hole plate 54, and extends from the fuel distributor 57 toward the corresponding air hole 55 of the air hole plate 54. The axial center line of the fuel nozzle 56 substantially coincides with the axial center line of the corresponding air hole 55 of the inlet air hole plate 54A (described later) of the air hole plate 54. The fuel nozzle 56 in the present embodiment is not inserted into the air hole 55, and the tip of the fuel nozzle 56 (opening of the fuel injection hole) is more fuel distributed than the surface of the air hole plate 54 on the fuel distributor 57 side. It is located on the container 57 side.

空気孔プレート５４は、入口空気孔プレート５４Ａ、及び空気孔旋回プレート５４Ｂの２枚の壁状部材を重ね合わせて形成してある。燃焼用空気１２の入口側の壁状部材が入口空気孔プレート５４Ａであり、燃焼室１側の壁状部材が空気孔旋回プレート５４Ｂである。入口空気孔プレート５４Ａと空気孔旋回プレート５４Ｂの空気孔５５は各々対応するもの同士が連接している。 The air hole plate 54 is formed by superposing two wall-shaped members of an inlet air hole plate 54A and an air hole swirl plate 54B. The wall member on the inlet side of the combustion air 12 is the inlet air hole plate 54A, and the wall member on the combustion chamber 1 side is the air hole swirl plate 54B. The corresponding air holes 55 of the inlet air hole plate 54A and the air hole swirl plate 54B are connected to each other.

空気孔旋回プレート５４Ｂの各空気孔５５は、図３に示すように同心状のピッチ円（一点鎖線参照）に沿って配置されていて、燃焼室１の軸心線に対して各々が配置されたピッチ円の周方向一方側に同じピッチ円のもの同士等しい角度で傾斜している。なおかつ、空気孔旋回プレート５４Ｂの各空気孔５５は、図２に示したように燃焼室１に向かって燃焼室１の軸心線側に同じピッチ円のもの同士等しい角度で傾斜している。本願明細書で言うピッチ円とは、空気孔プレート５４の軸心線を中心にして環状に設置された複数の空気孔５５の所定箇所を通る円をいう。これにより、各々の空気孔５５から噴出した同軸噴流が、一旦合流したあと螺旋状に旋回しながら拡大する旋回流４６（図２参照）を形成する。この旋回流４６は下流ほど旋回半径が大きくなって旋回速度成分が低下するので旋回の中心軸（燃焼室１の軸心線）に誘導する静圧が大きくなり、旋回の中心軸上に逆圧力勾配を誘起して循環流４３（図２参照）を形成する。この循環流４３によって燃焼ガス１３の一部が旋回の中心軸近傍を逆流することで着火源が上流側に伝播し、安定した定常火炎４５が形成される。 As shown in FIG. 3, each air hole 55 of the air hole swirl plate 54 </ b> B is arranged along a concentric pitch circle (see the alternate long and short dash line), and each air hole 55 is arranged with respect to the axial center line of the combustion chamber 1. The pitch circles are inclined at equal angles on one side in the circumferential direction of the pitch circle. In addition, the air holes 55 of the air hole swirl plate 54B are inclined at the same angle between the same pitch circles toward the axial center line side of the combustion chamber 1 toward the combustion chamber 1 as shown in FIG. The pitch circle referred to in this specification refers to a circle that passes through a predetermined portion of the plurality of air holes 55 that are annularly arranged around the axial center line of the air hole plate 54. Thereby, the coaxial jets ejected from the respective air holes 55 once form a swirl flow 46 (see FIG. 2) that expands while spirally swirling after joining. Since the swirl flow 46 has a swirl radius and a swirl velocity component that decreases toward the downstream, the static pressure induced in the swirl center axis (the axial center line of the combustion chamber 1) increases, and the reverse pressure is exerted on the swirl center axis. A gradient is induced to form a circulating flow 43 (see FIG. 2). The circulation flow 43 causes a part of the combustion gas 13 to flow backward in the vicinity of the center axis of the swirl, so that the ignition source is propagated upstream, and a stable steady flame 45 is formed.

なお、空気孔旋回プレート５４Ｂの空気孔５５は、入口空気孔プレート５４Ａの空気孔５の出口形状に合わせて上記ピッチ円の径方向に長軸を延ばした長方形状の断面をしているが、前述したように燃焼室１の軸心線に対して傾斜しているため、当該軸心線に直交する旋回空気孔プレート５４Ｂの表面上の開口形状は図３に示すように平行四辺形になっている。以降の説明において、最も内側のピッチ円に沿って配置された空気孔５５を１列目空気孔５５ａ、内側から２つ目のピット円に沿って配置された空気孔５５を２列目空気孔５５ｂ、最も外側のピッチ円に沿って配置された空気孔５５を３列目空気孔５５ｃと適宜称する。前述したように空気孔５５ａ−５５ｃの旋回角はそれぞれ異なる。本実施の形態では２列目及び３列目の空気孔５５ｂ，５５ｃにも旋回角を付けているが、水素含有燃料２２の水素濃度が特に高い場合等、保炎能力を必要以上に確保する必要がないときには、３列目空気孔５５ｃ、又は２列目及び３列目の空気孔５５ｂ，５５ｃには旋回角を付ける必要はない。 The air hole 55 of the air hole swirl plate 54B has a rectangular cross section in which the major axis extends in the radial direction of the pitch circle in accordance with the outlet shape of the air hole 5 of the inlet air hole plate 54A. Since it is inclined with respect to the axial center line of the combustion chamber 1 as described above, the opening shape on the surface of the swirling air hole plate 54B orthogonal to the axial center line is a parallelogram as shown in FIG. ing. In the following description, the air holes 55 arranged along the innermost pitch circle are the first row air holes 55a, and the air holes 55 arranged along the second pit circle from the inside are the second row air holes. The air holes 55 arranged along the outermost pitch circle 55b are appropriately referred to as third row air holes 55c. As described above, the turning angles of the air holes 55a-55c are different. In the present embodiment, the air holes 55b and 55c in the second row and the third row are also provided with a turning angle. However, when the hydrogen concentration of the hydrogen-containing fuel 22 is particularly high, flame holding capability is ensured more than necessary. When there is no need, it is not necessary to give a turning angle to the third row air holes 55c or the second and third row air holes 55b and 55c.

図４は入口空気孔プレート５４Ａの入口側の面を燃料ノズル５６側から見た図、図５は入口空気孔プレート５４Ａの出口側の面（空気孔旋回プレート５４Ｂとの対向面）を燃焼室１側から見た図である。これらの図において既述した部位には既出図面と同符号を付して説明を省略する。 FIG. 4 is a view of the inlet side surface of the inlet air hole plate 54A as viewed from the fuel nozzle 56 side, and FIG. 5 shows the outlet side surface of the inlet air hole plate 54A (the surface facing the air hole swirl plate 54B) as a combustion chamber. It is the figure seen from the 1 side. The parts already described in these drawings are denoted by the same reference numerals as those in the above-described drawings, and the description thereof is omitted.

これらの図に示すように、入口空気孔プレート５４Ａの空気孔５５は流路の少なくとも一部が扁平な断面形状をしており、本実施の形態においては入口及び出口の中間部を除いて扁平な断面形状をしている。ここで言う扁平な形状とは、長方形状、楕円形状等、長短の軸を有する形状であって短軸方向に採った寸法が長軸方向に採った寸法よりも短い形状をいう。 As shown in these drawings, the air hole 55 of the inlet air hole plate 54A has a flat cross-sectional shape in which at least a part of the flow path is flat. In the present embodiment, the air hole 55 is flat except for an intermediate part between the inlet and the outlet. It has a simple cross-sectional shape. The flat shape referred to here is a shape having long and short axes, such as a rectangular shape and an elliptical shape, and a shape in which the dimension taken in the minor axis direction is shorter than the dimension taken in the major axis direction.

前述したように空気孔５５は同心円状のピッチ円に沿って設置されているが、入口空気孔プレート５４Ａにおいては空気孔５５の軸心線は燃焼室１の軸心線と平行に延在している。入口空気孔プレート５４Ａの各空気孔５５の空気の入口（燃料ノズル５６と対向する開口）の断面の長軸はピッチ円の周方向に延びている。本実施の形態では、入口空気孔プレート５４Ａの各空気孔５５の入口断面は周方向に長い長方形状をしている（図４参照）。一方、入口空気孔プレート５４Ａの各空気孔５５の空気の出口（空気孔旋回プレート５４Ｂの空気孔５５に接続する開口）の断面の長軸はピッチ円の径方向に延びている。本実施の形態では、入口空気孔プレート５４Ａの各空気孔５５の出口断面は径方向に長い長方形状をしている（図５参照）。すなわち、本実施の形態における入口空気孔プレート５４Ａの空気孔５５は入口側と出口側とで長短の軸が入れ替わる形状をしていて、入口から出口に向かうにつれて周方向に延びる長軸は短くなっていき、出入口の中間部で長軸の長さが短軸と同程度まで短くなる。したがって、入口空気孔プレート５４Ａの空気孔５５は、入口と出口の中間部では断面が正方形状である。そして、断面が正方形状のこの中間部から出口に向かうにつれて、入口側では短軸であった径方向に延びる辺が延びていき、空気孔５５の断面は長軸を径方向に延ばした長方形状に変化する。空気孔旋回プレート５４Ｂの空気孔５５は入口空気孔プレート５４Ａの出口に滑らかに接続し、長軸を径方向に延ばした長方形状の断面形状を保ったまま、前述したように燃焼室１に向かってピッチ円の周方向一方側に傾斜しつつ燃焼室１の中心軸線に近付いていく。 As described above, the air holes 55 are disposed along a concentric pitch circle. However, in the inlet air hole plate 54 </ b> A, the axis of the air hole 55 extends in parallel with the axis of the combustion chamber 1. ing. The major axis of the cross section of the air inlet (opening facing the fuel nozzle 56) of each air hole 55 of the inlet air hole plate 54A extends in the circumferential direction of the pitch circle. In the present embodiment, the inlet cross section of each air hole 55 of the inlet air hole plate 54A has a rectangular shape that is long in the circumferential direction (see FIG. 4). On the other hand, the major axis of the cross section of the air outlet (opening connected to the air hole 55 of the air hole turning plate 54B) of each air hole 55 of the inlet air hole plate 54A extends in the radial direction of the pitch circle. In the present embodiment, the outlet cross section of each air hole 55 of the inlet air hole plate 54A has a rectangular shape that is long in the radial direction (see FIG. 5). That is, the air hole 55 of the inlet air hole plate 54A in the present embodiment has a shape in which the long and short axes are interchanged between the inlet side and the outlet side, and the long axis extending in the circumferential direction becomes shorter from the inlet toward the outlet. The major axis is shortened to the same extent as the minor axis at the middle of the entrance / exit. Therefore, the air hole 55 of the inlet air hole plate 54A has a square cross section at the intermediate part between the inlet and the outlet. Then, as the cross section goes from the intermediate portion toward the outlet, the side extending in the radial direction that is the short axis on the inlet side extends, and the cross section of the air hole 55 is a rectangular shape in which the long axis extends in the radial direction. To change. The air hole 55 of the air hole swirl plate 54B is smoothly connected to the outlet of the inlet air hole plate 54A and is directed toward the combustion chamber 1 as described above while maintaining a rectangular cross-sectional shape with the long axis extending in the radial direction. Thus, it approaches the central axis of the combustion chamber 1 while inclining to one side in the circumferential direction of the pitch circle.

４．動作
バーナ５３から燃焼室１に噴出する水素含有燃料２２及び燃焼用空気１２の流れ、及び燃焼室１で発生する燃焼ガスの流れを図２で説明する。 4). Operation The flow of the hydrogen-containing fuel 22 and the combustion air 12 ejected from the burner 53 to the combustion chamber 1 and the flow of the combustion gas generated in the combustion chamber 1 will be described with reference to FIG.

図２に示したように、圧縮機５からの圧縮空気１０は外筒２とライナ３との間の空気流路を通って空気孔プレート５４の上流側に回り込む。空気孔５５には対応する燃料ノズル５６が対向して臨んでいるので、圧縮空気１０は燃料ノズル５６と空気孔プレート５４との間の狭隘な間隙を通過して、空気孔プレート５４の１−３列目空気孔５５ａ−５５ｃに燃焼用空気１２として吸い込まれ、１−３列目空気孔５５ａ−５５ｃを介して燃焼室１に噴出する。一方、水素含有燃料２２は各燃料ノズル５６から対応する空気孔５５に向けて噴射される。各空気孔５５に進入した水素含有燃料２２は空気孔５５の流路中央部を主に通過し、空気孔５５内で水素含有燃料２２の外周側を主に通過する環状の燃焼用空気１２の流れとともに同軸噴流４２を形成し燃焼室１に噴出する。１−３列目空気孔５５ａ−５５ｃに進入した水素含有燃料２２をそれぞれ１−３列目燃料４１ａ−４１ｃとし、１−３列目空気孔５５ａ−５５ｃから燃焼室１に噴出する同軸噴流４２をそれぞれ１−３列目同軸噴流４２ａ−４２ｃとする。 As shown in FIG. 2, the compressed air 10 from the compressor 5 passes through the air flow path between the outer cylinder 2 and the liner 3 and circulates upstream of the air hole plate 54. Since the corresponding fuel nozzle 56 faces the air hole 55, the compressed air 10 passes through a narrow gap between the fuel nozzle 56 and the air hole plate 54, and 1− of the air hole plate 54. It is sucked into the third row air holes 55a-55c as the combustion air 12, and is ejected into the combustion chamber 1 through the first row air holes 55a-55c. On the other hand, the hydrogen-containing fuel 22 is injected from each fuel nozzle 56 toward the corresponding air hole 55. The hydrogen-containing fuel 22 that has entered each air hole 55 mainly passes through the center of the flow path of the air hole 55, and the annular combustion air 12 that mainly passes the outer peripheral side of the hydrogen-containing fuel 22 within the air hole 55. A coaxial jet 42 is formed along with the flow and ejected into the combustion chamber 1. The hydrogen-containing fuels 22 that have entered the 1-3th row air holes 55a-55c are designated as the 1-3th row fuels 41a-41c, respectively, and the coaxial jet 42 ejected into the combustion chamber 1 from the 1-3th row air holes 55a-55c. Are designated as the first to third rows of coaxial jets 42a-42c.

このとき、燃焼用空気１２は、空気孔プレート５４と燃料分配器５７と空気孔プレート５４の間の広い空間から、燃料ノズル５６と空気孔プレート５４の間の狭い間隙を通って狭隘な空気孔５５に流入するので、空気孔５５の内部を流れる水素含有燃料２２及び燃焼用空気１２の同軸噴流は、空気孔５５に進入した際の燃焼用空気１２の流れの急収縮による剥離渦、燃料ノズル５６の下流で生じる後流渦等の細かい乱れ構造を含むことになる。同軸噴流４２は空気孔５５で周囲を拘束された状態から解放されて燃焼室１に噴出し、狭隘な空気孔５５内で抑制されていた渦が燃焼室１に噴出して一気に拡大して崩壊することで、同軸噴流を形成する水素含有燃料２２と燃焼用空気１２とが燃焼室１に噴出した後、空気孔プレート５４から短距離を進行する間に急速に混合する。 At this time, the combustion air 12 flows from a wide space between the air hole plate 54, the fuel distributor 57, and the air hole plate 54 through a narrow gap between the fuel nozzle 56 and the air hole plate 54. 55, the coaxial jet of the hydrogen-containing fuel 22 and the combustion air 12 flowing inside the air hole 55 is separated from the separation vortex by the rapid contraction of the flow of the combustion air 12 when entering the air hole 55, and the fuel nozzle 56, which includes a fine turbulence structure such as a wake vortex generated downstream of 56. The coaxial jet 42 is released from the state in which the periphery is constrained by the air hole 55 and is ejected to the combustion chamber 1, and the vortex that has been suppressed in the narrow air hole 55 is ejected to the combustion chamber 1 and expands at a stretch and collapses. By doing so, the hydrogen-containing fuel 22 and the combustion air 12 forming the coaxial jet are jetted into the combustion chamber 1 and then rapidly mixed while traveling a short distance from the air hole plate 54.

そして、１列目空気孔５５ａは、図２に示すように燃焼室１の軸心線に対して周方向に傾斜しているので、１列目同軸噴流４２ａは燃焼室１の軸心線周りを螺旋状に旋回する旋回流４６となり、燃焼室１の内部で旋回径を拡大しながら下流側に流れる。この旋回流４６は燃焼室１の軸心線上に逆方向の圧力勾配を誘導するので、図２に示すように旋回流４６の中で火炎４５内の反応により生じた燃焼ガス１３の一部が循環ガス４３として燃焼室１の軸心線近傍を通って上流側に戻る。この循環ガス４３が、１列目空気孔５５ａから噴出する同軸噴流４２ａに活性化エネルギが与えて燃焼反応を維持する着火源として機能し、これにより燃焼室１の内部に安定な円錐状の定常火炎４５が形成される。また、２−３列目の同軸噴流４２ｂ，４２ｃも燃焼室１に噴出したあと速やかに水素含有燃料２２と燃焼用空気１２とが混合して定常火炎４５に到達して燃焼する。 Since the first row air holes 55a are inclined in the circumferential direction with respect to the axial center line of the combustion chamber 1 as shown in FIG. 2, the first row coaxial jet 42a is around the axial center line of the combustion chamber 1. The swirl flow 46 spirally swirls and flows downstream while expanding the swirl diameter inside the combustion chamber 1. Since this swirl flow 46 induces a pressure gradient in the opposite direction on the axial center line of the combustion chamber 1, a part of the combustion gas 13 generated by the reaction in the flame 45 in the swirl flow 46 as shown in FIG. The circulating gas 43 returns to the upstream side through the vicinity of the axial center line of the combustion chamber 1. The circulating gas 43 functions as an ignition source that gives activation energy to the coaxial jet 42 a ejected from the first row air holes 55 a to maintain the combustion reaction, and thereby, a stable conical shape is formed inside the combustion chamber 1. A steady flame 45 is formed. In addition, the second and third rows of coaxial jets 42b and 42c are also jetted into the combustion chamber 1, and the hydrogen-containing fuel 22 and the combustion air 12 are immediately mixed to reach the steady flame 45 and burn.

５．比較例
上記の実施の形態において、空気孔プレート５４における例えば周方向や径方向に隣接する２つの空気孔５５の出口間の部位の近傍では、空気孔５５を流れる高速の同軸噴流４２が狭隘な空気孔５５から広い燃焼室１に噴出し空気孔５５による拘束を解かれて急拡大するため、後流と呼ばれる流速の遅い渦を伴う低流速領域４８が生じる。空気孔５５から噴出する高速の同軸噴流２２によって空気孔５５の周囲の流体が引きずられるように運動することで後流は生み出される。このため、空気孔５５から噴出する高速の同軸噴流４２ａ−４２ｃの周囲の流体を低流速領域４８に引き込む作用が後流にはある。したがって、同軸噴流４２ａ−４２ｃが燃焼室１に噴出した際に既に水素含有燃料２２と燃焼用空気１２との混合が進行してしまっていると、可燃範囲の混合気が低流速領域４８に引き込まれて空気孔プレート５４に過度に近接した火炎が形成される場合がある。特に本実施の形態では水素含有燃料２２を用いているため可能性は一層高い。 5. Comparative Example In the above-described embodiment, the high-speed coaxial jet 42 flowing through the air hole 55 is narrow in the vicinity of the portion between the outlets of the two air holes 55 adjacent in the circumferential direction and the radial direction in the air hole plate 54, for example. Since the restriction by the air holes 55 is released from the air holes 55 to the wide combustion chamber 1 and rapidly expands, a low flow velocity region 48 with a slow vortex called a wake is generated. The wake is generated by moving so that the fluid around the air hole 55 is dragged by the high-speed coaxial jet 22 ejected from the air hole 55. For this reason, there is an action of drawing the fluid around the high-speed coaxial jets 42 a to 42 c ejected from the air holes 55 into the low flow velocity region 48. Therefore, if the mixing of the hydrogen-containing fuel 22 and the combustion air 12 has already progressed when the coaxial jets 42 a to 42 c are jetted into the combustion chamber 1, the air-fuel mixture in the combustible range is drawn into the low flow velocity region 48. Thus, a flame that is too close to the air hole plate 54 may be formed. In particular, in the present embodiment, the possibility is higher because the hydrogen-containing fuel 22 is used.

低流速領域４８に火炎が付着すると、空気孔プレート５４の極近傍で燃焼反応が起こるため、空気孔プレート５４が過熱される恐れが生じるのみならず、低流速領域４８に対する火炎の付着及び離脱が繰り返されることで圧力変動が発生し得る。各空気孔５５に対する水素含有燃料２２の供給流量が圧力変動に応じて変動すると圧力変動振幅がさらに増大し、自励振動的に圧力変動が成長する燃焼振動と呼ばれる不安定燃焼状態に陥る恐れがある。燃焼振動が発生すると燃焼器９の構造物に繰り返し圧力波による応力が作用するため、繰り返し疲労の寿命を消費する等の信頼性上の問題が発生する。 When a flame adheres to the low flow velocity region 48, a combustion reaction occurs in the immediate vicinity of the air hole plate 54, so that not only the air hole plate 54 may be overheated but also the attachment and detachment of the flame to the low flow velocity region 48. Repeated pressure fluctuations can occur. If the supply flow rate of the hydrogen-containing fuel 22 to each air hole 55 fluctuates according to the pressure fluctuation, the pressure fluctuation amplitude further increases, and there is a risk of falling into an unstable combustion state called combustion vibration in which the pressure fluctuation grows self-excitedly. is there. When combustion vibrations occur, stress due to repeated pressure waves acts on the structure of the combustor 9, which causes reliability problems such as consuming repeated fatigue life.

図１３は比較例に係る燃焼器の概略構成図、図１４は当該燃焼器の空気孔プレートを燃焼室側から見た正面図である。これらの図の図示は図２及び図３に対応させてある。 FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a combustor according to a comparative example, and FIG. 14 is a front view of the air hole plate of the combustor as viewed from the combustion chamber side. These drawings correspond to FIGS. 2 and 3.

比較例に係る燃焼器５３’では、空気孔プレート５４’における隣接する２つの空気孔５５’の出口間の部位の近傍に生じる低流速領域４８’に火炎が付着することを避けるため、図１３に示したように空気孔５５’の流路の途中に先端が位置するように燃料ノズル５６’を空気孔５５’に挿入してある。すなわち、燃料ノズル５６’の燃料噴射位置を燃焼室１’に近付けることにより、燃焼用空気１２’と水素含有燃料２２’が同軸噴流４２’として進行する距離を短くして両者の混合を抑制することにより、水素含有燃料２２’が燃焼用空気１２’と十分に混合した可燃範囲の混合気が低流速領域４８’に巻き込まれ難いように工夫してある。 In the combustor 53 ′ according to the comparative example, in order to avoid a flame from adhering to the low flow velocity region 48 ′ generated in the vicinity of the portion between the outlets of the two adjacent air holes 55 ′ in the air hole plate 54 ′, FIG. As shown in FIG. 5, the fuel nozzle 56 'is inserted into the air hole 55' so that the tip is located in the middle of the flow path of the air hole 55 '. That is, by bringing the fuel injection position of the fuel nozzle 56 ′ closer to the combustion chamber 1 ′, the distance in which the combustion air 12 ′ and the hydrogen-containing fuel 22 ′ travel as the coaxial jet 42 ′ is shortened to suppress mixing of both. Thus, the hydrogen-containing fuel 22 ′ is devised so that the combustible air-fuel mixture in which the hydrogen-containing fuel 22 ′ is sufficiently mixed with the combustion air 12 ′ is not easily caught in the low flow velocity region 48 ′.

図１５は図１４中のXV−XV線による矢視断面図であって比較例に係るバーナの一対の空気孔及び燃料ノズルを抜き出した図、図１６は図１５中のXVI−XVI線による矢視断面図である。 15 is a cross-sectional view taken along the line XV-XV in FIG. 14 and shows a pair of air holes and fuel nozzles extracted from the burner according to the comparative example. FIG. 16 is an arrow taken along the line XVI-XVI in FIG. FIG.

これらの図に示したように、比較例に係る燃焼器では、空気孔５５’に燃焼用空気１２’が流入する際の流れの急収縮に伴う剥離渦６１’や、燃料ノズル５６’の下流に燃焼用空気１２’が回り込む際に生じる燃料ノズル５６’の後流渦６２’等の微細な乱れが発生する。これら剥離渦６１’や後流渦６２’は、燃焼用空気１２’が空気孔５５’に流入する際の揺らぎや乱れによって時間的若しくは空間的な変動はあるものの、円形断面の空気孔５５’内においては同方向に旋回する同程度の大きさの複数の渦が空気孔５５’の軸心線周りに環状に発生する。このため、空気孔５５’の中央を流れる水素含有燃料２２’は、剥離渦６１’や後流渦６２’により空気孔５５’内で半径方向の外側に引き延ばされて概ね円形に拡散する。しかし、剥離渦６１’にしても後流渦６２’にしても隣接するもの同士が同方向に旋回する。空気孔５５’の断面が円形状であって断面に長軸方向及び短軸方向が存在せず、流通する流体の周囲が空気孔５５’の内壁面によって一様に拘束されるためでる。そのため、これら剥離渦６１’や後流渦６２’には水素含有燃料２２’が取り込まれ難く、燃焼用空気１２’中の水素含有燃料２２’の分布が一様になり難い。 As shown in these figures, in the combustor according to the comparative example, the separation vortex 61 ′ accompanying the rapid contraction of the flow when the combustion air 12 ′ flows into the air hole 55 ′ and the downstream of the fuel nozzle 56 ′. As a result, fine turbulence such as the wake vortex 62 'of the fuel nozzle 56' generated when the combustion air 12 'wraps around. The separation vortex 61 ′ and the wake vortex 62 ′ have a circular or cross-sectional shape of the air hole 55 ′ although there are temporal and spatial fluctuations due to fluctuations and disturbances when the combustion air 12 ′ flows into the air hole 55 ′. Inside, a plurality of vortices of the same size swirling in the same direction are generated in an annular shape around the axis of the air hole 55 ′. For this reason, the hydrogen-containing fuel 22 ′ flowing in the center of the air hole 55 ′ is stretched radially outward in the air hole 55 ′ by the separation vortex 61 ′ and the wake vortex 62 ′ and diffuses in a substantially circular shape. . However, adjacent ones of the separation vortex 61 ′ and the wake vortex 62 ′ rotate in the same direction. This is because the cross section of the air hole 55 ′ is circular, the long axis direction and the short axis direction do not exist in the cross section, and the periphery of the circulating fluid is uniformly restricted by the inner wall surface of the air hole 55 ′. Therefore, the hydrogen-containing fuel 22 ′ is not easily taken into the separation vortex 61 ′ and the wake vortex 62 ′, and the distribution of the hydrogen-containing fuel 22 ′ in the combustion air 12 ′ is difficult to be uniform.

また、剥離渦６１’と後流渦６２’は異なる原理で発生するため、少なくとも一方が相応に拡大成長しなければ干渉し合うこともない。剥離渦６１’と後流渦６２’が干渉し合わなければ、水素含有燃料２２’を燃焼用空気１２’中に取り込む作用をするような新たな渦の発生も期待できず、燃料ノズル５６’から噴出した水素含有燃料２２’は空気孔５５’内で燃焼用空気１２’内に十分に取り込まれないまま燃焼室１’に噴出することになる。その結果、空気孔５５’から燃焼室１’に噴出してから水素含有燃料２２’と燃焼用空気１２’との混合が十分に進行するのに距離を要する。 Further, since the separation vortex 61 ′ and the wake vortex 62 ′ are generated based on different principles, they do not interfere with each other unless at least one of them grows correspondingly. If the separation vortex 61 ′ and the wake vortex 62 ′ do not interfere with each other, a new vortex that acts to take in the hydrogen-containing fuel 22 ′ into the combustion air 12 ′ cannot be expected, and the fuel nozzle 56 ′. The hydrogen-containing fuel 22 ′ ejected from the air is ejected into the combustion chamber 1 ′ without being sufficiently taken into the combustion air 12 ′ in the air hole 55 ′. As a result, a distance is required for the mixing of the hydrogen-containing fuel 22 ′ and the combustion air 12 ′ to proceed sufficiently after jetting from the air hole 55 ′ to the combustion chamber 1 ′.

すなわち、比較例では空気孔５５’に燃料ノズル５６’を挿入して水素含有燃料２２’が燃焼用空気１２’との同軸噴流として進行する距離を短縮して水素含有燃料２２’と燃焼用機域１２’との混合を抑制することで低流速領域４８’における火炎の発生は抑制できる。しかし、水素含有燃料２２’と燃焼用空気１２’との混合を抑制した結果、水素含有燃料２２’が燃焼用空気１２’と均一に混合する前に定常火炎４５’に到達して燃焼ガス１３’が局所的に高温となり、多孔同軸噴流バーナの長所であるＮＯｘ排出量の抑制効果が幾分損なわれ得る。 That is, in the comparative example, the fuel nozzle 56 'is inserted into the air hole 55' to shorten the distance that the hydrogen-containing fuel 22 'travels as a coaxial jet with the combustion air 12', thereby reducing the hydrogen-containing fuel 22 'and the combustion machine. By suppressing the mixing with the region 12 ′, the generation of flame in the low flow velocity region 48 ′ can be suppressed. However, as a result of suppressing the mixing of the hydrogen-containing fuel 22 ′ and the combustion air 12 ′, the hydrogen-containing fuel 22 ′ reaches the stationary flame 45 ′ before being uniformly mixed with the combustion air 12 ′ and reaches the combustion gas 13 'Becomes locally high temperature, and the NOx emission suppressing effect which is an advantage of the multi-hole coaxial jet burner may be somewhat impaired.

また、比較例に係る燃焼器５３’の空気孔５５’は前述した実施の形態と同様に周方向に傾斜しているが、断面が円形であるため燃焼室１’に臨む出口開口は周方向に長軸を延ばした楕円形状となる。したがって、隣接する空気孔５５’の相互干渉を避けつつ高温環境に耐え得る空気孔プレート５４’の信頼性を担保するためには隣接する空気孔５５’の間隔を詰め難く、それだけ低流速領域４８’が発生し得る領域を狭め難い。低流速領域４８’が広がればそれだけ空気孔プレート５４’に火炎が付着し易くなる。 Moreover, although air hole 55 'of combustor 53' which concerns on a comparative example inclines in the circumferential direction similarly to embodiment mentioned above, since the cross section is circular, the exit opening which faces combustion chamber 1 'is circumferential. It becomes an elliptical shape with the long axis extended. Therefore, in order to ensure the reliability of the air hole plate 54 ′ that can withstand a high temperature environment while avoiding mutual interference between the adjacent air holes 55 ′, it is difficult to close the space between the adjacent air holes 55 ′. It is difficult to narrow the area where 'can occur. The wider the low flow velocity region 48 ', the more easily the flame adheres to the air hole plate 54'.

６．効果
（１）扁平断面の空気孔による効果
図６は入口空気孔プレート５４Ａの１つの空気孔５５の入口近傍の断面図である。この図では上下方向が図示した空気孔５５を配置したピッチ円の半径方向に相当し、左右方向がそのピッチ円の円周方向に相当する。 6). Effect (1) Effect by Air Hole of Flat Cross Section FIG. 6 is a cross-sectional view of the vicinity of the inlet of one air hole 55 of the inlet air hole plate 54A. In this figure, the vertical direction corresponds to the radial direction of the pitch circle in which the illustrated air holes 55 are arranged, and the horizontal direction corresponds to the circumferential direction of the pitch circle.

前述したように、空気孔５５は入口付近では長軸を空気孔プレート５４の周方向に延ばした長方形状をしている。断面が扁平な流路５５では、自由に流体が流下できる流路中央から流体の速度が０となる流路内壁面までの距離が流路断面の長軸方向（同図では左右方向）と短軸方向（同図では上下方向）とで異なるため、流路断面の長軸方向と短軸方向とで速度勾配及び圧力勾配に差が生じ、流路中心軸に平行な渦軸を持つ二次流れ渦と呼ばれる縦渦対が発生する。ここで言う渦対とは、流路断面の長軸方向或いは短軸方向に隣接する２つの二次流れ渦６３をいい、例えば同図の二次流れ渦６３ａ，６３ｂ、二次流れ渦６３ｂ，６３ｃ、二次流れ渦６３ｃ，６３ｄ、二次流れ渦６３ｄ，６３ｅ、二次流れ渦６３ａ，６３ｄ等がそれぞれ１組の渦対を構成する。渦対をなす２つの二次流れ渦６３は相互に逆向きに旋回しつつ空気孔５５の軸心線と平行に進行する特性があり、発生直後から相互に誘導し合いながら成長するため、これら渦対の作用によって流路中央を流れる水素含有燃料２２が流路断面の長軸方向に引き延ばされ、流路断面の四隅に搬送される。流路断面の四隅に搬送される水素含有燃料２２の流れを燃料拡散流束６４Ａとして同図に示す。 As described above, the air hole 55 has a rectangular shape with the long axis extending in the circumferential direction of the air hole plate 54 in the vicinity of the inlet. In the flow channel 55 having a flat cross section, the distance from the center of the flow channel where the fluid can freely flow down to the inner wall surface of the flow channel where the fluid velocity is zero is short and long in the cross section of the flow channel (in the horizontal direction in the figure). Due to the difference in the axial direction (vertical direction in the figure), there is a difference in velocity gradient and pressure gradient between the major axis direction and minor axis direction of the channel cross section, and a secondary having a vortex axis parallel to the channel center axis. Longitudinal vortex pairs called flow vortices are generated. The vortex pair here refers to two secondary flow vortices 63 adjacent to each other in the major axis direction or minor axis direction of the cross section of the flow path. For example, the secondary flow vortices 63a and 63b, the secondary flow vortex 63b, 63c, the secondary flow vortices 63c and 63d, the secondary flow vortices 63d and 63e, the secondary flow vortices 63a and 63d, etc. each constitute a pair of vortex pairs. The two secondary flow vortices 63 forming the vortex pair have the property of rotating in opposite directions and traveling in parallel with the axial center line of the air hole 55, and grow while being guided to each other immediately after the occurrence. The hydrogen-containing fuel 22 flowing in the center of the flow path is extended in the major axis direction of the cross section of the flow path by the action of the vortex pair, and is conveyed to the four corners of the cross section of the flow path. The flow of the hydrogen-containing fuel 22 conveyed to the four corners of the flow path cross section is shown in the figure as a fuel diffusion flux 64A.

このように本実施の形態では空気孔５５を扁平な形状としたことによって空気孔５５の軸心線方向に長く滞留する燃料拡散機構を構築し、互いに逆方向に旋回する渦対の作用によって流路断面の長軸方向に水素含有燃料２２の分布を広げ水素含有燃料２２を燃焼用空気１２の二次流れ渦６３の中に取り込んでいく。この時点では同軸噴流４２はまだ可燃範囲の混合気を形成しない。そして、同軸噴流４２が燃焼室１に噴出すると流れの急拡大による二次流れ渦６３の解れによって水素含有燃料２２と燃焼用空気１２との混合が進行する。本実施の形態の場合、燃焼用空気１２中に水素含有燃料２２が取り込まれた状態で同軸噴流４２が燃焼室１に噴出し、なおかつ隣接する二次流れ渦６３が相互に逆方向に旋回しているため、燃焼室１に噴出してからの水素含有燃料２２と燃焼用空気１２との混合が急速に進行し、比較例よりも短距離で十分な混合状態となる。したがって、水素含有燃料２２が燃焼用空気１２と混合しておらず着火し難い状態で燃焼室１に噴出し、その後短距離で急速に混合が進行し定常火炎４５に到達する頃に水素含有燃料２２が燃焼用空気１２とが均一に混合する、という混合プロセスを実現し得る。したがって、本実施の形態によれば、水素含有燃料２２を使用しても空気孔プレート５４と火炎との一定の距離を保つことができ、燃焼安定性と低ＮＯｘ燃焼性能を両立することができる。 As described above, in the present embodiment, the air hole 55 has a flat shape, so that a fuel diffusion mechanism that stays long in the axial direction of the air hole 55 is constructed, and the air flow is caused by the action of the vortex pair swirling in opposite directions. The distribution of the hydrogen-containing fuel 22 is expanded in the major axis direction of the road section, and the hydrogen-containing fuel 22 is taken into the secondary flow vortex 63 of the combustion air 12. At this point, the coaxial jet 42 has not yet formed a mixture in the combustible range. When the coaxial jet 42 is ejected into the combustion chamber 1, the mixing of the hydrogen-containing fuel 22 and the combustion air 12 proceeds by the dissolution of the secondary flow vortex 63 due to the rapid expansion of the flow. In the present embodiment, the coaxial jet 42 is jetted into the combustion chamber 1 with the hydrogen-containing fuel 22 taken into the combustion air 12, and the adjacent secondary flow vortices 63 swirl in opposite directions. Therefore, the mixing of the hydrogen-containing fuel 22 and the combustion air 12 after jetting into the combustion chamber 1 proceeds rapidly, and a sufficient mixing state is achieved in a shorter distance than in the comparative example. Accordingly, when the hydrogen-containing fuel 22 is not mixed with the combustion air 12 and is not easily ignited, the hydrogen-containing fuel 22 is ejected into the combustion chamber 1, and then the mixture rapidly proceeds in a short distance and reaches the steady flame 45. A mixing process in which 22 is uniformly mixed with the combustion air 12 can be realized. Therefore, according to the present embodiment, even if the hydrogen-containing fuel 22 is used, a constant distance between the air hole plate 54 and the flame can be maintained, and both combustion stability and low NOx combustion performance can be achieved. .

（２）空気孔の断面形状の変化による効果
図７は入口空気孔プレート５４Ａの１つの空気孔５５の出口近傍の断面図である。この図では上下方向が図示した空気孔５５を配置したピッチ円の半径方向に相当し、左右方向がそのピッチ円の円周方向に相当する。 (2) Effect due to change in cross-sectional shape of air hole FIG. 7 is a cross-sectional view of the vicinity of the outlet of one air hole 55 of the inlet air hole plate 54A. In this figure, the vertical direction corresponds to the radial direction of the pitch circle in which the illustrated air holes 55 are arranged, and the horizontal direction corresponds to the circumferential direction of the pitch circle.

前述したように空気孔５５は入口空気孔プレート５４Ａの厚みの範囲で長短の軸方向が入れ替わり、空気孔旋回プレート５４Ｂ側の出口では図７に示したように長軸が周方向に延びる長方形状に断面形状が変化する。空気孔５５の流路断面の長軸方向の変化に伴って二次流れ渦６３の大きさが強制的に変化させられるので二次流れ渦６３には流路方向に強い不安定性が与えられるが、空気孔５５の内部では壁面で流れを拘束することによって渦対構造が維持される。個々の二次流れ渦６３に注目すると、入口側では比較的小さかった二次流れ渦６３ｅ，６３ｆ等が拡大し、比較的大きかった二次流れ渦６３ｂ，６３ｃ等が収縮する。その結果として、図６に示した入口側の流路断面における渦形状を９０°回転したような様態となり、入口側で周方向に引き延ばされた水素含有燃料２２の分布が径方向に引き延ばされる。図７において流路断面の四隅に搬送される水素含有燃料２２の流れを燃料拡散流束６４Ｂとして同図に示す。 As described above, the air hole 55 has its long and short axial directions interchanged within the range of the thickness of the inlet air hole plate 54A, and the outlet of the air hole swirl plate 54B has a rectangular shape whose long axis extends in the circumferential direction as shown in FIG. The cross-sectional shape changes. Although the size of the secondary flow vortex 63 is forcibly changed in accordance with the change in the major axis direction of the flow path cross section of the air hole 55, the secondary flow vortex 63 is given strong instability in the flow path direction. In the air hole 55, the vortex pair structure is maintained by restraining the flow on the wall surface. When attention is paid to the individual secondary flow vortices 63, the secondary flow vortices 63e, 63f and the like that were relatively small expand on the inlet side, and the relatively large secondary flow vortices 63b and 63c shrink. As a result, the vortex shape in the flow path cross section on the inlet side shown in FIG. 6 is rotated 90 degrees, and the distribution of the hydrogen-containing fuel 22 stretched in the circumferential direction on the inlet side is pulled in the radial direction. It is extended. In FIG. 7, the flow of the hydrogen-containing fuel 22 conveyed to the four corners of the cross section of the flow path is shown as a fuel diffusion flux 64B.

本実施の形態によれば、このように空気孔５４の断面の長軸方向が流路の途中で変化する構成とすることにより、燃焼用空気１２に対して水素含有燃料２２をより広範に取り込んだ状態で燃焼室１に噴出させることができる。したがって単に空気孔５５を扁平な形状とした構成（例えば空気孔５５の断面形状を入口から出口に至るまで周方向に長軸を延ばした長方形状とした構成）と比べて、燃焼室１に噴出してからより効率的に水素含有燃料２２と燃焼用空気１２とを混合することができる。但し、更なる効果を狙って空気孔５５の断面形状が流路の途中で変化する構成としたが、前述した基本的効果（１）を得る限りにおいては当該構成を省略することができる。 According to the present embodiment, the configuration in which the major axis direction of the cross section of the air hole 54 changes in the middle of the flow path as described above allows the hydrogen-containing fuel 22 to be taken in more widely into the combustion air 12. In this state, it can be ejected into the combustion chamber 1. Therefore, compared with a configuration in which the air hole 55 is simply flat (for example, a configuration in which the cross-sectional shape of the air hole 55 is a rectangular shape having a long axis extending in the circumferential direction from the inlet to the outlet), the air hole 55 is ejected into the combustion chamber 1. Then, the hydrogen-containing fuel 22 and the combustion air 12 can be mixed more efficiently. However, the cross-sectional shape of the air hole 55 is changed in the middle of the flow path for further effect, but the configuration can be omitted as long as the basic effect (1) described above is obtained.

（３）空気孔の出口形状による効果
本実施の形態においては、空気孔５５の出口形状（空気孔旋回プレート５４Ｂにおける燃焼室１に臨む面上の開口形状）が当該空気孔５５を配置したピッチ円の半径方向に長軸を延ばした長方形状であるため、図３に示すように空気孔プレート５４の燃焼室１に臨む面において空気孔５５がそのピッチ円の円周方向に占有する面積を抑えることができる。そのため、空気孔５５の出口を配列するピッチ円の直径を小さく抑えることができ、比較例における空気孔５５’の出口（図１４参照）よりも図３に示したように空気孔５５の出口を稠密に配列することができる。これによって隣接する空気孔５５の出口間に発生する低流速領域４８を小さく抑えることができるので後流の成長を抑制することができ、空気孔プレート５４への火炎の付着を抑えることができる。したがって、空気孔プレート５４と火炎との距離を適正に保ち、水素含有燃料２２と燃焼用空気１２との混合距離を確保することによるＮＯｘの排出抑制に貢献することができる。 (3) Effects of the outlet shape of the air hole In the present embodiment, the outlet shape of the air hole 55 (the opening shape on the surface facing the combustion chamber 1 in the air hole turning plate 54B) is the pitch at which the air hole 55 is arranged. Since it has a rectangular shape with the major axis extending in the radial direction of the circle, the area occupied by the air holes 55 in the circumferential direction of the pitch circle on the surface facing the combustion chamber 1 of the air hole plate 54 as shown in FIG. Can be suppressed. Therefore, the diameter of the pitch circle in which the outlets of the air holes 55 are arranged can be reduced, and the outlets of the air holes 55 can be reduced as shown in FIG. It can be arranged densely. As a result, the low flow velocity region 48 generated between the outlets of the adjacent air holes 55 can be suppressed small, so that the growth of the wake can be suppressed and the adhesion of flame to the air hole plate 54 can be suppressed. Therefore, the distance between the air hole plate 54 and the flame can be appropriately maintained, and the NOx emission can be suppressed by ensuring the mixing distance between the hydrogen-containing fuel 22 and the combustion air 12.

但し、前述した基本的効果（１）を得る限りにおいては、必ずしも空気孔５５の出口が空気孔プレート５４の径方向に延在している必要はなく、例えば周方向に長軸を延在させた出口形状とすることもできる。 However, as long as the basic effect (1) described above is obtained, the outlet of the air hole 55 does not necessarily extend in the radial direction of the air hole plate 54. For example, the long axis extends in the circumferential direction. It can also be made into the shape of an outlet.

（４）２枚構成の空気孔プレートによる効果
前述したように空気孔５５は、流路の途中で断面の長軸方向が変化し、かつ燃焼室１の軸心線に対して空気孔プレート５４の周方向及び径方向に傾斜した複雑な三次元形状である。そこで、本実施の形態では空気孔プレート５４を入口空気孔プレート５４Ａ及び空気孔旋回プレート５４Ｂの２枚構成とし、入口空気孔プレート５４Ａで空気孔５５の断面の長軸方向を変化させ、空気孔旋回プレート５４Ｂで空気孔５５を傾斜させている。このように別々に空気孔５５を形成した２枚のプレートで空気孔プレート５４を構成することにより、複雑な三次元形状の空気孔５５の製作難易度を抑えることができる。 (4) Effect of Two-hole Air Hole Plate As described above, the air hole 55 changes the major axis direction of the cross section in the middle of the flow path, and the air hole plate 54 with respect to the axial center line of the combustion chamber 1. It is a complicated three-dimensional shape inclined in the circumferential direction and radial direction. Therefore, in the present embodiment, the air hole plate 54 is composed of two pieces of the inlet air hole plate 54A and the air hole swirl plate 54B, and the major axis direction of the cross section of the air hole 55 is changed by the inlet air hole plate 54A. The air hole 55 is inclined by the swivel plate 54B. Thus, by forming the air hole plate 54 with two plates in which the air holes 55 are separately formed, it is possible to suppress the difficulty in manufacturing the air holes 55 having a complicated three-dimensional shape.

（５）空気孔の円滑形状による効果
前述したように、入口空気孔プレート５４Ａの空気孔５５の断面は入口側及び出口側から流路中間部に向かって長軸が短くなっていき、流路中央部では正方形状となる。入口空気孔プレート５４Ａの空気孔５５の出口と空気孔旋回プレート５５Ｂの空気孔５５の入口は形状が一致していて滑らかに接続している。そのため、空気孔５５の流路は複雑な形状ながら段差のない滑らかな形状をしている。そのため、空気孔５５内で生じる圧力損失は実質的に渦対の生成に伴うものしかなく、空気孔５５内における圧力損失を抑えることができる。 (5) Effect of Smooth Shape of Air Hole As described above, the cross section of the air hole 55 of the inlet air hole plate 54A has a long axis that becomes shorter from the inlet side and the outlet side toward the middle portion of the flow path. At the center, it is square. The outlet of the air hole 55 of the inlet air hole plate 54A and the inlet of the air hole 55 of the air hole swirl plate 55B have the same shape and are smoothly connected. Therefore, the flow path of the air hole 55 has a complicated shape but a smooth shape without a step. Therefore, the pressure loss generated in the air hole 55 is only substantially accompanied by the generation of the vortex pair, and the pressure loss in the air hole 55 can be suppressed.

（第２の実施の形態）
図８は本発明の第２の実施の形態に係る燃焼器の要部の概略構成図、図９は当該燃焼器の空気孔プレートを燃焼室側から見た正面図、図１０は当該空気孔プレートの入口側の面を燃料ノズル側から見た図であり、それぞれ図２−図４に対応する図である。これらの図において既述した部位には既出図面と同符号を付して説明を省略する。 (Second Embodiment)
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of the main part of the combustor according to the second embodiment of the present invention, FIG. 9 is a front view of the air hole plate of the combustor viewed from the combustion chamber side, and FIG. 10 is the air hole. It is the figure which looked at the surface of the inlet side of a plate from the fuel nozzle side, and is a figure corresponding to FIGS. The parts already described in these drawings are denoted by the same reference numerals as those in the above-described drawings, and the description thereof is omitted.

本実施の形態が第１の実施の形態と相違する点は、第１の実施の形態のようにバーナ５３の空気孔プレート５４を２枚のプレートを重ね合わせて構成するのではなく、バーナ５３Ａの空気孔プレート５４Ｃを１枚の（一体の）プレートで構成している点である。また、空気孔プレート５４Ｃに設けた空気孔５５Ａ（第１−第３空気孔５５Ａａ−５５Ａｃ）の断面形状が楕円状である点も相違点である。 The difference between the present embodiment and the first embodiment is that the air hole plate 54 of the burner 53 is not configured by overlapping two plates as in the first embodiment, but the burner 53A. The air hole plate 54C is composed of one (integrated) plate. Another difference is that the air hole 55A (first to third air holes 55Aa-55Ac) provided in the air hole plate 54C has an elliptical cross-sectional shape.

本実施の形態における空気孔プレート５４Ｃの空気孔５５Ａは、例えば断面がそのピッチ円の周方向に長軸を持つ楕円形状の孔５５ＡＵを燃料ノズル５６側から、断面がそのピッチ円の径方向に長軸を持つ楕円形状の孔５５ＡＤを燃焼室１側からそれぞれ加工し、それら孔５５ＡＵ，５５ＡＤを繋げることで形成する。燃料ノズル５６側から開けた孔５５ＡＵは燃焼室１の軸心線に平行に延び、燃料室１側から開けた孔５５ＡＤは、第１の実施の形態の旋回空気孔プレート５４Ｂを貫通する空気孔５５のように燃焼室１の軸心線に対してピッチ円の周方向及び径方向に傾斜している。空気孔プレート５４Ｃに対して燃料ノズル５６側及び燃焼室１側からそれぞれ加工した孔５５ＡＵ，５５ＡＤは各々断面形状（長軸の延在方向を含む）が変化しないため、両孔５５ＡＵ，５５ＡＤの接続部には段差５５Ａｄが付いている。 In the air hole 55A of the air hole plate 54C in the present embodiment, for example, an elliptical hole 55AU having a major axis in the circumferential direction of the pitch circle in the cross section from the fuel nozzle 56 side, and a cross section in the radial direction of the pitch circle. An elliptical hole 55AD having a long axis is formed from the combustion chamber 1 side, and the holes 55AU and 55AD are connected to each other. A hole 55AU opened from the fuel nozzle 56 side extends in parallel to the axial center line of the combustion chamber 1, and a hole 55AD opened from the fuel chamber 1 side is an air hole penetrating the swirling air hole plate 54B of the first embodiment. As shown in FIG. 55, the pitch is inclined in the circumferential direction and the radial direction of the pitch circle with respect to the axial center line of the combustion chamber 1. Since the holes 55AU and 55AD respectively machined from the fuel nozzle 56 side and the combustion chamber 1 side with respect to the air hole plate 54C do not change in cross-sectional shape (including the extending direction of the long axis), the connection of both holes 55AU and 55AD The part has a step 55Ad.

その他のバーナ構成は第１の実施の形態と同様であり、本実施の形態のバーナが第１の実施の形態で説明したようなガスタービンやガスタービン発電プラントに適用できることは言うまでもない。 Other burner configurations are the same as in the first embodiment, and it goes without saying that the burner of the present embodiment can be applied to the gas turbine and gas turbine power plant as described in the first embodiment.

本実施の形態のように、空気孔５５Ａの断面が楕円状であっても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、１枚構成の空気孔プレート５４Ｃであっても前述した効果（１）−（３）を得ることができる。 As in the present embodiment, even if the cross section of the air hole 55A is elliptical, the same effect as in the first embodiment can be obtained. The effects (1) to (3) described above can be obtained even with a single-hole air hole plate 54C.

加えて、本実施の形態の場合、空気孔プレート５４Ｃを１枚構成としたことによって第１の実施の形態に比べて部品点数や制作工数を低減することができる。また、空気孔５５Ａは流路の途中に段差５５Ａｄを有しているので、この段差５５Ａｄにより局所的な渦を発生させることができ、空気孔５５Ａ内の流れの乱れを助長することによって水素含有燃料２２と燃焼用空気１２との混合を更なる促進の効果が期待できる。 In addition, in the case of the present embodiment, the number of parts and the number of production steps can be reduced compared to the first embodiment by configuring the single air hole plate 54C. Further, since the air hole 55A has a step 55Ad in the middle of the flow path, a local vortex can be generated by the step 55Ad, and the flow of hydrogen in the air hole 55A is promoted to promote the turbulence. The effect of further promoting the mixing of the fuel 22 and the combustion air 12 can be expected.

（第３の実施の形態）
図１１は本発明の第３の実施の形態に係る燃焼器の要部の概略構成図、図１２は当該燃焼器の空気孔プレートを燃焼室側から見た正面図であり、それぞれ図２及び図３に対応する図である。これらの図において既述した部位には既出図面と同符号を付して説明を省略する。 (Third embodiment)
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a main part of a combustor according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a front view of the air hole plate of the combustor as viewed from the combustion chamber side. FIG. 4 is a diagram corresponding to FIG. 3. The parts already described in these drawings are denoted by the same reference numerals as those in the above-described drawings, and the description thereof is omitted.

本実施の形態が第１の実施の形態と相違する点は、第１又は第２の実施の形態に係るバーナを複数配置した点である。本実施の形態に係るバーナ５３Ｂは、中央に１つのバーナ５３Ｂａを配置し、バーナ５３Ｂａの周囲に６つのバーナ５３Ｂｂ−５３Ｂｇを配置した構成を例示してある。これら複数のバーナ５３Ｂａ−Ｂｇの空気孔プレートは一枚の空気孔プレート５４Ｄで兼用してある。つまり、図１２において空気孔プレート５４Ｄの中央に位置する１つの空気孔群がバーナ５３Ｂａを構成し、バーナ５３Ｂａの周囲に位置する６つの空気孔群がそれぞれバーナ５３Ｂｂ−５３Ｂｇを構成する。 This embodiment is different from the first embodiment in that a plurality of burners according to the first or second embodiment are arranged. The burner 53B according to the present embodiment exemplifies a configuration in which one burner 53Ba is arranged at the center and six burners 53Bb-53Bg are arranged around the burner 53Ba. The air hole plates of the plurality of burners 53Ba-Bg are also used as one air hole plate 54D. That is, in FIG. 12, one air hole group located at the center of the air hole plate 54D constitutes the burner 53Ba, and six air hole groups located around the burner 53Ba constitute burners 53Bb-53Bg, respectively.

バーナ５３Ｂａ−５３Ｂｇの個々の基本的構成は第１又は第２の実施の形態に係るバーナと同様である。但し、本実施の形態に係るバーナ５３Ｂには３つの燃料系統２２Ａ−２２Ｃが接続しており、燃料系統２２Ａ−２２Ｃ毎に独立して燃料流量を制御できるようになっている。本実施の形態において、中央のバーナ５３Ｂａにはパイロットバーナ燃料系統２２Ａが接続している。バーナ５３Ｂａはパイロットバーナとして機能し、主にガスタービンの起動運転で使用されるとともに負荷運転時には燃焼器全体の燃焼安定性を確保するための火種を維持する。一方、周囲のバーナ５３Ｂｂ−５３Ｂｇにはメインバーナ内周燃料系統２２Ｂとメインバーナ外周燃料系統２２Ｃが接続している。バーナ５３Ｂｂ−５３Ｂｇはメインバーナとして機能する。前述したように、各バーナの１列目空気孔から噴出する同軸噴流が、循環流４３によってもたらされる着火源に最初に到達し定常火炎の基点を形成するので特に燃焼安定性に関係が深い。そこで本実の形態ではバーナ５３Ｂｂ−５３Ｂｇの１列目空気孔にはメインバーナ内周燃料系統２２Ｂ、２列目空気孔及び３列目空気孔にはメインバーナ外周燃料系統２２Ｃを接続してあり、２−３列目空気孔とは独立して１列目空気孔から噴出する水素含有燃料２２の流量を制御することができるようになっている。 The individual basic configuration of the burners 53Ba-53Bg is the same as that of the burner according to the first or second embodiment. However, three fuel systems 22A-22C are connected to the burner 53B according to the present embodiment, and the fuel flow rate can be controlled independently for each fuel system 22A-22C. In the present embodiment, a pilot burner fuel system 22A is connected to the center burner 53Ba. The burner 53Ba functions as a pilot burner, and is mainly used in the start-up operation of the gas turbine and maintains a fire type for ensuring the combustion stability of the entire combustor during the load operation. On the other hand, the main burner inner peripheral fuel system 22B and the main burner outer peripheral fuel system 22C are connected to the surrounding burners 53Bb-53Bg. Burners 53Bb-53Bg function as main burners. As described above, the coaxial jet ejected from the first row air holes of each burner first reaches the ignition source provided by the circulation flow 43 and forms the base point of the steady flame, so it is particularly related to the combustion stability. . Therefore, in this embodiment, the main burner inner periphery fuel system 22B is connected to the first row air holes of the burners 53Bb-53Bg, and the main burner outer periphery fuel system 22C is connected to the second row air holes and the third row air holes. The flow rate of the hydrogen-containing fuel 22 ejected from the first row air holes can be controlled independently of the second and third row air holes.

その他のバーナ構成は第１又は第２の実施の形態と同様であり、本実施の形態のバーナが第１の実施の形態で説明したようなガスタービンやガスタービン発電プラントに適用できることは言うまでもない。 Other burner configurations are the same as those in the first or second embodiment, and it goes without saying that the burner of this embodiment can be applied to the gas turbine or the gas turbine power plant as described in the first embodiment. .

本実施の形態においては、複数の燃料系統２２Ａ−２２Ｃを制御してバーナ５３Ｂａ−５３Ｂｇを段階的に制御することにより、木目細かく燃料配分を制御して多様なガスタービン負荷に対応することができる。また、中央のバーナ５３Ｂａを起動用バーナとして独立して制御することができるので、安定した起動運転を実行することができる。また、バーナ５３Ｂｂ−５３Ｂｇの１列目空気孔を独立して制御することができるので、確実に火炎の基点を形成し広い負荷範囲で安定した燃焼状態を維持することができる。また、第１又は第２の実施の形態と比べても水素濃度のより高い水素含有燃料２２を用いることができ、また、より大出力、高圧力比、高負荷のガスタービン発電プラントに好適に適用できる。その他、本実施の形態においても第１又は第２の実施の形態と同様の効果が得られることは言うまでもない。 In the present embodiment, by controlling the plurality of fuel systems 22A-22C and controlling the burners 53Ba-53Bg in stages, the fuel distribution can be finely controlled to cope with various gas turbine loads. . Further, since the central burner 53Ba can be controlled independently as a start burner, a stable start operation can be performed. Further, since the first row air holes of the burners 53Bb-53Bg can be controlled independently, a flame base point can be reliably formed and a stable combustion state can be maintained over a wide load range. Further, the hydrogen-containing fuel 22 having a higher hydrogen concentration can be used as compared with the first or second embodiment, and it is suitable for a gas turbine power plant having a higher output, a higher pressure ratio, and a higher load. Applicable. In addition, it goes without saying that the same effects as those of the first or second embodiment can be obtained in this embodiment.

なお、本実施の形態では７つのバーナ５３Ｂａ−５３Ｂｇで１つのバーナ５３Ｂを構成した場合を例に挙げて説明したが、２つ−６つ又は８つ以上のバーナで１つのバーナを適宜構成することも可能である。また、燃料系統も３系統に限らず、２系統又は４系統以上にして段階的に制御することができる。 In the present embodiment, the case where one burner 53B is configured by seven burners 53Ba-53Bg has been described as an example. However, one burner is appropriately configured by two to six or eight or more burners. It is also possible. Further, the fuel system is not limited to three systems, and can be controlled stepwise by using two systems or four systems or more.

（その他）
以上の各実施の形態では空気孔を同心円状に３列配置した場合を例に挙げて説明したが、空気孔列の数は限定されない。例えば１列又は２列とすることもできるし、４列以上とすることもできる。また、空気孔の断面形状を長方形状又は楕円形状としたが、空気孔の断面形状は長短の軸を持つ扁平な形状であれば長方形状又は楕円形状でなくても良い。また、各実施の形態においては水素含油燃料２２を用いる場合を例に挙げて説明したが、天然ガス等の他の気体燃料を用いることができることは言うまでもない。 (Other)
In each of the above embodiments, the case where three air holes are concentrically arranged has been described as an example, but the number of air hole lines is not limited. For example, it can be one or two rows, or four or more rows. Moreover, although the cross-sectional shape of the air hole is rectangular or elliptical, the cross-sectional shape of the air hole may not be rectangular or elliptical as long as it is a flat shape having long and short axes. Moreover, in each embodiment, although the case where the hydrogen oil containing fuel 22 was used was mentioned as an example, it cannot be overemphasized that other gaseous fuels, such as a natural gas, can be used.

１燃焼室
３ライナ
４尾筒
５圧縮機
６タービン
９燃焼器
１０圧縮空気
２２水素含有燃料
２２Ａ−Ｃ燃料系統
５３，５３Ａ，５３Ｂバーナ
５３Ｂａ−ｇバーナ
５４，５４Ｃ，５４Ｄ空気孔プレート
５４Ａ入口空気孔プレート
５４Ｂ空気孔旋回プレート
５５，５５Ａ空気孔
５５ａ，５５Ａａ１列目空気孔
５５ｂ，５５Ａｂ２列目空気孔
５５ｃ，５５Ａｃ３列目空気孔
５６燃料ノズル
１０１ガスタービン
５０１発電機 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Combustion chamber 3 Liner 4 Cylinder 5 Compressor 6 Turbine 9 Combustor 10 Compressed air 22 Hydrogen containing fuel 22A-C Fuel system 53, 53A, 53B Burner 53Ba-g Burner 54, 54C, 54D Air hole plate 54A Inlet air hole Plate 54B Air hole turning plates 55, 55A Air holes 55a, 55Aa First row air holes 55b, 55Ab Second row air holes 55c, 55Ac Third row air holes 56 Fuel nozzle 101 Gas turbine 501 Generator

Claims

An air hole plate having a plurality of air holes;
A plurality of fuel nozzles that are provided on the air inlet side of the air hole plate and are arranged coaxially with the corresponding air holes,
A burner characterized in that a cross section of the air hole has a flat shape having long and short axes.

2. The burner according to claim 1, wherein the air holes are arranged along a concentric pitch circle, and a major axis of a cross section of an air outlet of each air hole extends in a radial direction of the pitch circle. And burner.

3. The burner according to claim 2, wherein a major axis of a cross section of an air inlet of each air hole extends in a circumferential direction of the pitch circle.

In the burner of claim 3,
The air hole plate is configured by superposing an inlet air hole plate on the fuel nozzle side and an air hole swirl plate on the combustion chamber side,
The cross-sectional shape of the air hole of the inlet air hole plate has a flat shape with a long axis extending in the circumferential direction of the pitch circle on the inlet side, and the long axis extends from the inlet toward the outlet. Changes to a flat shape extending in the radial direction of
The air hole of the air hole swirl plate is continuous with the corresponding air hole of the inlet air hole plate, and is inclined in the circumferential direction of the pitch circle with respect to the axial center line of the combustion chamber. And burner.

The burner according to claim 1, wherein the air hole has a rectangular cross section.

The burner according to claim 1, wherein the air hole has an elliptical cross section.

2. The burner according to claim 1, further comprising a fuel system for supplying a fuel containing hydrogen to the fuel nozzle.

A burner characterized in that a plurality of burners according to claim 1 are provided and a plurality of independently controllable fuel systems are connected.

The burner of claim 1;
A liner forming a combustion chamber on the air outlet side of the air hole plate;
A combustor comprising a tail tube connecting the liner and an inlet of a gas path of a turbine.

A compressor for compressing air;
The combustor according to claim 9, wherein the compressed air compressed by the compressor is burned together with fuel;
A gas turbine comprising: a turbine driven by combustion gas generated in the combustor.

A gas turbine according to claim 10;
A gas turbine power plant comprising the turbine and a generator connected coaxially.