JP2000018585A - 複合材の触媒を用いた低NOx燃焼器 - Google Patents

複合材の触媒を用いた低NOx燃焼器

Info

Publication number
JP2000018585A
JP2000018585A JP10181290A JP18129098A JP2000018585A JP 2000018585 A JP2000018585 A JP 2000018585A JP 10181290 A JP10181290 A JP 10181290A JP 18129098 A JP18129098 A JP 18129098A JP 2000018585 A JP2000018585 A JP 2000018585A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
catalyst
swirler
air
combustion
supply pipe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10181290A
Other languages
English (en)
Inventor
Takeshi Watanabe
猛 渡辺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IHI Corp filed Critical IHI Corp
Priority to JP10181290A priority Critical patent/JP2000018585A/ja
Publication of JP2000018585A publication Critical patent/JP2000018585A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 熱衝撃に強く、長時間の使用に耐え、燃焼方
式の切り換えに際し一定の空気量を供給できる触媒燃焼
器を提供する。 【解決手段】 燃料と空気を噴射する燃料噴射室3と、
予混合ガスを触媒により燃焼する触媒燃焼室5とを備
え、燃料噴射室には入口側に燃料噴射弁7と1次スワー
ラ8と2次スワーラ9とを設け、出口側に希釈空気供給
管10を接続し、触媒燃焼室には炭化けい素の繊維に炭
化けい素をマトリックスとした複合材で構成した触媒を
設け、2次スワーラと希釈空気供給管への空気を切り換
えるシャッター11を設けた燃焼器である。まずシャッ
ターを希釈空気供給管側にして、噴射燃料と1次スワー
ラと希釈空気供給管とからの空気により拡散燃焼を行
い、この燃焼ガスにより触媒を加熱し、触媒が燃焼温度
になるとシャッターを2次スワール側に切り換え、噴射
燃料と1次及び2次スワーラからの空気を予混合して触
媒燃焼室に供給し触媒燃焼を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、触媒を用いて低N
Ox燃焼を行う燃焼器に関する。
【0002】
【従来の技術】ガスタービンの低NOx燃焼器として、
可燃限界内外の超希薄予混合気を触媒を利用して燃焼さ
せる触媒燃焼器の研究が行われている。
【0003】図6はこのような触媒燃焼器の一例で、
「燃焼研究」1989,vol.82,「ガスタービン
燃焼における諸問題」著者萬代重実で紹介されたもので
ある。まず1次燃料ノズルからの燃料と1次スワーラか
らの空気に点火栓で点火して拡散燃焼を行い、この燃焼
ガスで触媒を加熱して触媒燃焼が可能な温度とし、次に
2次燃料ノズルからの燃料と空気とを予混合管で予混合
した予混合気と切り換え、この予混合気を触媒燃焼す
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような触媒燃焼器
に用いられている触媒の材質は、焼結セラミックスまた
はプラチナ等の貴金属で、表面にこれらの触媒物質をコ
ーティングしたものであるため、長時間の使用で劣化
し、適時交換が必要となる。また、焼結セラミックスの
場合は、熱衝撃に弱く、急加速、急減速ができない。ま
た、貴金属の触媒は高価である。さらに、拡散燃焼から
触媒燃焼への切り換えで空気配分の可変により、燃焼室
の全開口面積が変化するため、可変口の開閉によって圧
力損失が変わり、そのため燃焼器全体の空気流れ配分が
変化し、それをリカバーする制御が必要になる。
【0005】本発明は上述の問題に鑑みてなされたもの
で、熱衝撃に強く、長時間の使用に耐え、燃焼方式の切
り換えに際し一定の空気量を供給できる触媒燃焼器を提
供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明では、燃料と空気の噴射される燃料
噴射室とこの下流に設けられ、燃料と空気の予混合ガス
を触媒により燃焼する触媒燃焼室とを備え、前記燃料噴
射室には入口側に燃料噴射弁と1次スワーラと2次スワ
ーラとが設けられ、出口側には希釈空気供給管が接続さ
れており、前記触媒燃焼室には炭化けい素の繊維に炭化
けい素をマトリックスとした複合材で構成された触媒が
設けられ、前記2次スワーラと前記希釈空気供給管とに
空気を切り換えて供給する空気配分装置が設けられた触
媒燃焼器であって、まず空気配分装置を希釈空気供給管
側にして、噴射燃料と1次スワーラと希釈空気供給管と
からの空気とにより拡散燃焼を行い、この燃焼ガスによ
り触媒燃焼室の触媒を加熱し、触媒が燃焼温度になると
空気配分装置を2次スワール側に切り換え、噴射燃料と
1次および2次スワーラからの空気とを予混合して触媒
燃焼室に供給し触媒燃焼を行う。
【0007】まず、燃料噴射室では、入り口側の1次ス
ワーラから流入する旋回空気流と、出口側から流入する
空気とが混合して渦巻く中に燃料噴射ノズルから燃料が
噴射されて拡散燃焼が行われ、この燃焼ガスが触媒の温
度を高める。触媒が触媒燃焼温度になると、空気分配装
置により希釈空気供給管への空気供給を2次スワーラに
切り換え、1次および2次スワールから吐出する空気と
燃料噴射ノズルからの燃料とを予混合、予蒸発して触媒
に送り込み、触媒燃焼を行う。この触媒燃焼は低温で行
うことができるので、低NOx燃焼を行うことができ
る。触媒として炭化けい素の繊維に炭化けい素をマトリ
ックスとした複合材を用いるので、触媒効率が高く、か
つ熱衝撃に強いので、長期間の使用が可能である。ま
た、燃焼方式を切り換えた場合も、希釈空気供給管ヘ供
給されていた空気がそのまま2次スワーラへ供給される
ので、空気供給量には変化はなく、燃焼制御が簡単にな
っている。
【0008】請求項2の発明では、前記燃料噴射室は円
筒形でこの燃焼室円筒の周囲に前記2次スワーラと前記
希釈空気供給管の入り口がそれぞれn個づつ交互に並ん
で配置されており、前記空気配分装置は、前記燃焼室円
筒の周囲に設けられ前記2次スワーラと前記希釈空気供
給管の入り口を覆う中空円板と、これを回転する回転装
置とを備え、前記中空円板にはn個の開口が設けられ、
この中空円板を回転することにより2次スワーラの入り
口または希釈空気供給管の入り口の一方がn個の開口と
導通し他方は閉鎖されるようになっている。
【0009】かかる構成により、中空円板の回転位置を
ある位置にするとn個の開口はn個の希釈空気供給管に
導通するとともに、2次スワーラの入り口を閉塞し、別
の位置にするとn個の開口はn個の2次スワーラの入り
口に導通するとともに、希釈空気供給管を閉塞する。こ
れにより希釈空気管と2次スワーラに同一空気量を交互
に切り換えて供給することができる。
【0010】請求項3の発明では、前記1次スワーラと
前記2次スワーラから噴出される空気の旋回方向は互い
に逆向きとなっている。
【0011】1次スワーラと2次スワーラとの旋回方向
を互いに逆方向とすることにより、空気の旋回を打ち消
し合って、保炎する渦を形成しないようにし、燃料噴射
室内では燃料と空気の混合だけを行うようにする。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図1は本実施形態の複合材の
触媒を用いた低NOx燃焼器の構成を示す図である。本
燃焼器は、燃焼を行い後部より燃焼ガスを噴出する内筒
1と、この内筒1を覆うケーシング2から構成され、ケ
ーシング2と内筒1との空間が内筒1の頭部ヘの空気供
給路となっている。内筒1は円筒状の燃料噴射室3と、
この出口側に接続された拡張路4と、この拡張路4の出
口側に接続された円筒形の触媒燃焼室5と、この触媒燃
焼室5の出口側に接続された尾端ノズル6とから構成さ
れている。
【0013】燃料噴射室3は円筒形で、頭部には燃料噴
射弁7、1次スワーラ8、2次スワーラ9が設けられて
いる。1次スワーラ8と2次スワーラ9とは燃料噴射室
3の円筒に沿って複数個設けられている。希釈空気供給
管10が燃料噴射室3の円筒と同心円の円周上にn個円
筒に沿って設けられ、頭部が燃料噴射室3の頭部よりや
や前方にあり、尾部は燃料噴射室3の出口側に接続され
ている。また2次スワーラ9の入り口は、希釈空気供給
管10が配置された円周上にn個設けられ、希釈空気供
給管10の入り口と交互に配置されている。
【0014】図2は図1のX−X断面図を示す。中空円
板よりなるシャッター11(空気配分装置)は回転装置
12により回転可能であり、中空円板11には燃料噴射
室3の円筒と同心円13上にn個(図2では8個)の開
口14が等間隔で設けられ、各開口14の間隔は開口1
4の直径よりも大きくなっている。この開口14の大き
さと位置は、2次スワーラ9の入り口の大きさと位置、
および希釈空気供給管10の入り口の大きさと位置と同
じであり、この開口14が希釈空気供給管10の入り口
と導通しているときは、2次スワーラ9の入り口は閉鎖
され、2次スワーラ9の入り口と導通しているときは、
希釈空気供給管10の入り口は閉鎖される。この選択は
回転装置12により行われる。
【0015】図3は図1のY−Y断面図である。触媒燃
焼室5には触媒16が充填されている。触媒16は炭化
けい素の繊維に炭化けい素をマトリックスとした複合材
で、その形状は表面積をできるだけ大きくするようにし
てあり、例えば空気フィルタのエレメントのような形状
としている。複合材は熱衝撃に強く、成形方法として、
繊維の状態で成形し、固化することができるので、コス
トも下げられ、触媒のコーティングも不要である。な
お、炭化けい素SiCは約800℃で接触効果を示し、
約1400℃程度まで十分に耐え、熱伝導率も非常に大
きく、燃焼触媒に適している。
【0016】次に本燃焼器の運転について説明する。運
転方法は着火から負荷運転に入るまでの無負荷運転と、
負荷運転の2つの運転方法が行われる。無負荷運転は、
着火から負荷運転に入るまでの低NOx化は考慮しない
運転で、燃料噴射室3に、1次スワーラ8と希釈空気供
給管10とから空気を供給し、この空気内に燃料噴射弁
7から燃料を噴射し、着火して拡散燃焼を行い、この燃
焼ガスで触媒燃焼室5の触媒16を燃焼反応可能温度
(約800℃〜約1400℃)にする。
【0017】次に低NOxでの負荷運転に入る。シャッ
ター11を回転し希釈空気供給管10への空気供給を2
次スワーラ9に切り換える。1次スワーラ8と2次スワ
ーラ9の空気の旋回方向は互いに逆方向になっているの
で、旋回を打ち消し合って、保炎する渦を形成しないよ
うにし、この中に燃料を噴射して予混合、予蒸発を行
い、拡散燃焼で燃焼反応可能温度まで加熱されている触
媒16に接触させ、触媒燃焼を行う。予混合気は空気過
剰濃度の当量比0.4 程度なので、火炎温度が低く、低N
Ox燃焼となる。
【0018】図1の中心線より上に無負荷運転時の拡散
燃焼の状態を示し、下に負荷運転時の触媒燃焼の状態を
示す。図4は両運転状態における燃焼器軸方向の温度分
布の一例を示す。図4において、横軸は燃焼器の軸方向
の位置を示し、縦軸は温度を示す。破線Aは無負荷運転
時の温度、実線Bは負荷運転時の温度、2点鎖線CはN
Oxの発生を防止するための制限温度を示す。温度a点
は燃料噴射室3の入り口の空気温度を示し、内筒1の表
面を冷却して温められた空気温度を示す。温度b点は無
負荷運転時の燃焼器出口温度を示し、温度c点は負荷運
転時の燃焼器出口温度を示す。
【0019】図4において、破線Aの無負荷運転時で
は、燃料噴射室3内で拡散燃焼するため、温度が2点鎖
線Cを超え、NOx発生の可能性が大きい。実線Bの負
荷運転では、触媒燃焼室5まではa点の温度で予混合、
予蒸発が行われ、触媒燃焼室5内で触媒燃焼により温度
が上昇してc点の温度となる。
【0020】図5は触媒形状の別の例を示す。炭化けい
素繊維に炭化けい素をマトリックスとした複合材をクラ
ンク状の布に成形し、一方の布のクランクの凸部と他方
の布のクランクの凹部を縫合したものであり、クランク
の凹凸の大きさを変えることにより高密度の触媒16を
形成することができる。
【0021】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の燃焼器は次の効果を奏する。 触媒の耐久性が優れているので、交換頻度が低い。 触媒の製造コストが低く、耐久性に優れているため
ライフサイクルコストが低い。 燃料噴射室を燃焼室と予混合室に切り換えられるこ
とにより、予混合と予蒸発が充分できるので、NOx化
を極めて低下させることができる。 燃料噴射室への空気供給量を運転状態の切り換えの
際も一定に保持することができるので、エンジンシステ
ムの作動が安定する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の低NOx燃焼器の構成図を示す。
【図2】図1のX−X断面図である。
【図3】図1のY−Y断面図である。
【図4】燃焼器の運転状態別の温度分布を示す図であ
る。
【図5】触媒形状の別の例を示す図である。
【図6】従来の触媒燃焼器を示す図である。
【符号の説明】
1 内筒 2 ケーシング 3 燃料噴射室 4 拡張路 5 触媒燃焼室 6 尾端ノズル 7 燃料噴射弁 8 1次スワーラ 9 2次スワーラ 10 希釈空気供給管 11 シャッター 12 回転装置 13 同心円 14 開口 15 閉鎖される入り口 16 触媒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F23R 3/34 F23R 3/34

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料と空気の噴射される燃料噴射室とこ
    の下流に設けられ、燃料と空気の予混合ガスを触媒によ
    り燃焼する触媒燃焼室とを備え、前記燃料噴射室には入
    口側に燃料噴射弁と1次スワーラと2次スワーラとが設
    けられ、出口側には希釈空気供給管が接続されており、
    前記触媒燃焼室には炭化けい素の繊維に炭化けい素をマ
    トリックスとした複合材で構成された触媒が設けられ、
    前記2次スワーラと前記希釈空気供給管とに空気を切り
    換えて供給する空気配分装置が設けられた触媒燃焼器で
    あって、まず空気配分装置を希釈空気供給管側にして、
    噴射燃料と1次スワーラと希釈空気供給管とからの空気
    とにより拡散燃焼を行い、この燃焼ガスにより触媒燃焼
    室の触媒を加熱し、触媒が燃焼温度になると空気配分装
    置を2次スワール側に切り換え、噴射燃料と1次および
    2次スワーラからの空気とを予混合して触媒燃焼室に供
    給し触媒燃焼を行うことを特徴とする複合材を用いた低
    NOx燃焼器。
  2. 【請求項2】 前記燃料噴射室は円筒形でこの燃焼室円
    筒の周囲に前記2次スワーラと前記希釈空気供給管の入
    り口がそれぞれn個づつ交互に並んで配置されており、
    前記空気配分装置は、前記燃焼室円筒の周囲に設けられ
    前記2次スワーラと前記希釈空気供給管の入り口を覆う
    中空円板と、これを回転する回転装置とを備え、前記中
    空円板にはn個の開口が設けられ、この中空円板を回転
    することにより2次スワーラの入り口または希釈空気供
    給管の入り口の一方がn個の開口と導通し他方は閉鎖さ
    れるようになっていることを特徴とする請求項1記載の
    複合材を用いた低NOx燃焼器。
  3. 【請求項3】 前記1次スワーラと前記2次スワーラか
    ら噴出される空気の旋回方向は互いに逆向きとなってい
    ることを特徴とする請求項1記載の複合材を用いた低N
    Ox燃焼器。
JP10181290A 1998-06-29 1998-06-29 複合材の触媒を用いた低NOx燃焼器 Pending JP2000018585A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10181290A JP2000018585A (ja) 1998-06-29 1998-06-29 複合材の触媒を用いた低NOx燃焼器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10181290A JP2000018585A (ja) 1998-06-29 1998-06-29 複合材の触媒を用いた低NOx燃焼器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000018585A true JP2000018585A (ja) 2000-01-18

Family

ID=16098108

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10181290A Pending JP2000018585A (ja) 1998-06-29 1998-06-29 複合材の触媒を用いた低NOx燃焼器

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000018585A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015532413A (ja) * 2012-10-01 2015-11-09 アルストム テクノロジー リミテッドALSTOM Technology Ltd 多段燃焼器用のフローディバイダ機構
CN106122956A (zh) * 2016-06-07 2016-11-16 上海凌云瑞升燃烧设备有限公司 一种低氮燃烧器全预混装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015532413A (ja) * 2012-10-01 2015-11-09 アルストム テクノロジー リミテッドALSTOM Technology Ltd 多段燃焼器用のフローディバイダ機構
CN106122956A (zh) * 2016-06-07 2016-11-16 上海凌云瑞升燃烧设备有限公司 一种低氮燃烧器全预混装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3207353B2 (ja) ガスタービンエンジン用ドライ低エミッション燃焼器
JP4134311B2 (ja) ガスタービン燃焼器
US6286298B1 (en) Apparatus and method for rich-quench-lean (RQL) concept in a gas turbine engine combustor having trapped vortex cavity
JP4162430B2 (ja) ガスタービンエンジンの運転方法、燃焼器及びミキサ組立体
CA1056712A (en) Combustion method and apparatus
US6178752B1 (en) Durability flame stabilizing fuel injector with impingement and transpiration cooled tip
US3797231A (en) Low emissions catalytic combustion system
JP4346724B2 (ja) ガスタービンエンジン用燃焼装置
EP1193449B1 (en) Multiple annular swirler
WO2007144209A1 (en) Burner
JPH09119641A (ja) ガスタービンエンジン用低窒素酸化物希薄予混合モジュール
JPH04227414A (ja) 窒素酸化物低減燃焼器用吹出し冷却のど部とその方法
JPH02309124A (ja) 燃焼器及びその運転方法
JP4851674B2 (ja) エネルギーシステムと併用する環状燃焼器
JP2005291504A (ja) 燃焼器のエミッションを低減する方法及び装置
JP2002162037A (ja) 燃焼室および燃焼室の運転方法
JP3875395B2 (ja) 触媒燃焼装置
JP3901629B2 (ja) アニュラ型渦巻き拡散火炎燃焼器
US11708973B2 (en) Combustor
JP2000018585A (ja) 複合材の触媒を用いた低NOx燃焼器
JP3959632B2 (ja) 拡散燃焼方式低NOx燃焼器
JP3873119B2 (ja) 円筒内旋回燃焼器
JP2002147716A (ja) 燃料電池用改質器
JP2005226850A (ja) 燃焼装置
CN109140500A (zh) 一种燃烧室的喷嘴、燃烧室及微型燃气轮机