JP2011140919A - Fuel supply method for combustion apparatus and combustion apparatus - Google Patents

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啓之 西田
Yasushi Ozawa
靖 小沢
Nozomi Hashimoto
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To supply an alcoholic fuel by a method appropriate for supplying the fuel to the combustion chamber of a combustion apparatus. <P>SOLUTION: The combustion apparatus includes the combustion chamber 2 for burning a main fuel 1, a mixing means 5 for mixing the alcoholic fuel 4 with water 3 for suppressing thermal NOx, and an injection means 6 for injecting the water 3 mixed with the alcoholic fuel 4 singularly or with the main fuel 1 into the combustion chamber 2. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃焼機器の燃料供給方法および燃焼機器に関する。更に詳しくは、本発明は、主燃料の燃焼ガスに水又は水蒸気を供給して燃焼ガスの温度を下げ、サーマルNOxの発生を抑制する燃焼機器におけるアルコール系燃料の供給方法およびこれを使用する燃焼機器に関するものである。   The present invention relates to a fuel supply method for combustion equipment and a combustion equipment. More specifically, the present invention relates to a method for supplying alcohol-based fuel in a combustion apparatus that suppresses the generation of thermal NOx by supplying water or steam to the combustion gas of the main fuel to lower the temperature of the combustion gas and combustion using the same. It relates to equipment.

温暖化ガスである二酸化炭素の排出量を低減するため、ガスタービン,ディーゼルエンジン,ボイラ等の燃焼機器において、例えばバイオエタノールを代表とするアルコール系燃料の使用が検討されている。例えば、特許文献1では、軽油にアルコール系燃料を混合したディーゼル燃料が提案されている。このディーゼル燃料は、ディーゼル機関用の軽油を主成分とし、イソプロピルアルコール、ノルマルプロピルアルコール、イソブチルアルコール、センカダリーブチルアルコールを混合したものである。また、特許文献2では、軽油の代替燃料として、トリアシルグリセロールとモノアシルグリセロールとアルコールを混合し、トリアシルグリセロール(連続相)中にアルコール(分散相)を分散させたマイクロエマルションの粘性をモノアシルグリセロール(界面活性剤)によって低減させた天然油脂燃料が提案されている。   In order to reduce the emission of carbon dioxide, which is a warming gas, the use of alcohol-based fuels, such as bioethanol, is being studied in combustion equipment such as gas turbines, diesel engines, and boilers. For example, Patent Document 1 proposes a diesel fuel in which an alcohol fuel is mixed with light oil. This diesel fuel contains diesel oil for diesel engines as a main component, and is a mixture of isopropyl alcohol, normal propyl alcohol, isobutyl alcohol, and sensary butyl alcohol. In Patent Document 2, as an alternative fuel to light oil, triacylglycerol, monoacylglycerol and alcohol are mixed, and the viscosity of a microemulsion in which alcohol (dispersed phase) is dispersed in triacylglycerol (continuous phase) is mono A natural fat fuel reduced with acylglycerol (surfactant) has been proposed.

このようなディーゼル燃料や代替燃料を通常の軽油と同様にディーゼルエンジンで使用することで、ディーゼルエンジンの燃焼室にアルコール系燃料を供給して使用することが可能になる。   By using such a diesel fuel or an alternative fuel in a diesel engine in the same manner as ordinary light oil, it becomes possible to supply an alcohol fuel to the combustion chamber of the diesel engine.

特開2006−37064号公報JP 2006-37064 A 特開平11−279572号公報JP-A-11-279572

しかしながら、上記軽油にアルコールを混合したディーゼル燃料は、軽油とアルコールが親和性に劣ることから分離しやすく、均一に混合した状態を維持するのが難しい。そのため、実際の使用は困難である。また、上記代替燃料は、上記ディーゼル燃料に比べるとアルコールの分散状態を維持できるものの、長時間の放置によってアルコールが分離する虞があり、やはり実際の使用は困難である。即ち、上記のいずれの燃料も実際の使用には問題があり、このようなかたちでアルコール系燃料をエンジンに供給することは困難である。   However, diesel fuel in which alcohol is mixed with light oil is easy to separate because the affinity between light oil and alcohol is inferior, and it is difficult to maintain a uniformly mixed state. Therefore, actual use is difficult. Further, although the alternative fuel can maintain a dispersed state of the alcohol as compared with the diesel fuel, there is a risk that the alcohol may be separated when left for a long time, so that it is difficult to actually use the alternative fuel. That is, any of the above fuels has a problem in actual use, and it is difficult to supply alcohol-based fuel to the engine in this way.

本発明は、実際の使用に適したアルコール系燃料の燃料供給方法およびこれを使用した燃焼機器を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a fuel supply method of alcohol-based fuel suitable for actual use and a combustion device using the same.

かかる目的を達成するために請求項1記載の発明は、主燃料の燃焼ガスにサーマルNOx抑制用の水又は水蒸気を供給する燃焼機器の燃料供給方法において、サーマルNOx抑制用の水又は水蒸気にアルコール系燃料を混合させて主燃料と一緒に又は単独で燃焼室に噴射させるものである。   In order to achieve this object, the invention described in claim 1 is directed to a fuel supply method for a combustion apparatus for supplying water or steam for suppressing thermal NOx to the combustion gas of the main fuel. The system fuel is mixed and injected into the combustion chamber together with the main fuel or alone.

したがって、アルコール系燃料はアルコール水溶液又はその蒸気として燃焼室内に供給され、燃焼される。主燃料の燃焼ガスは、主燃料と一緒に噴射された、又は単独で即ち主燃料及び燃焼用空気とは別に噴射されたアルコール水溶液又はその蒸気中の水分によって冷却され、サーマルNOxの発生が抑制される。アルコール系燃料は水に溶けやすいので、サーマルNOx抑制用の水又は水蒸気を噴射させるのと同じようにアルコール水溶液又はその蒸気として噴射させることができる。また、アルコール系燃料を水又は水蒸気に混合させることで、噴射させるアルコール水溶液又はその蒸気のアルコール濃度は低くなる。   Therefore, the alcohol fuel is supplied into the combustion chamber as an alcohol aqueous solution or its vapor and burned. The combustion gas of the main fuel is cooled by the alcohol aqueous solution injected together with the main fuel or independently, that is, separately from the main fuel and the combustion air, or moisture in the steam thereof, and the generation of thermal NOx is suppressed. Is done. Since alcohol-based fuel is easily dissolved in water, it can be injected as an aqueous alcohol solution or its vapor in the same manner as injecting water or water vapor for suppressing thermal NOx. Moreover, the alcohol concentration of the alcohol aqueous solution or the vapor | steam to inject becomes low by mixing alcohol fuel with water or water vapor | steam.

また、請求項2記載の燃焼機器の燃料供給方法は、アルコール系燃料を混合させた水又は水蒸気中のアルコール濃度を60重量%未満にしている。したがって、調製したアルコール水溶液を消防法の規制のないアルコール濃度の低い状態で燃焼室内に噴射させることができる。   In the fuel supply method for a combustion device according to claim 2, the alcohol concentration in water or water vapor mixed with alcohol-based fuel is less than 60% by weight. Therefore, the prepared aqueous alcohol solution can be injected into the combustion chamber in a state of low alcohol concentration that is not regulated by the Fire Service Law.

また、請求項3記載の燃焼機器の燃料供給方法は、アルコール濃度60重量%未満のアルコール水溶液を水又は水蒸気に混合させるものである。したがって、取り扱うアルコール水溶液を全て消防法の規制のないアルコール濃度の低いものにすることができる。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a fuel supply method for combustion equipment, wherein an alcohol aqueous solution having an alcohol concentration of less than 60% by weight is mixed with water or water vapor. Therefore, all alcohol aqueous solutions to be handled can have a low alcohol concentration that is not regulated by the Fire Service Law.

また、請求項4記載の燃焼機器の燃料供給方法のように、二酸化炭素排出量削減のためには、アルコール系燃料は植物由来のものであることが好ましい。植物由来のアルコール系燃料としては、例えば、エタノール,メタノール,ブタノール,プロパノール,イソプロピルアルコール,エチレングリコール,グリセリンなど低級アルコール等がある。   Further, as in the fuel supply method for combustion equipment according to claim 4, the alcohol-based fuel is preferably derived from a plant in order to reduce carbon dioxide emissions. Examples of plant-derived alcohol fuels include lower alcohols such as ethanol, methanol, butanol, propanol, isopropyl alcohol, ethylene glycol, and glycerin.

また、請求項5記載の燃焼機器の燃料供給方法のように、二酸化炭素排出量削減のためには、アルコール系燃料はバイオエタノールであることが好ましい。   In addition, as in the fuel supply method for combustion equipment according to claim 5, the alcohol-based fuel is preferably bioethanol in order to reduce carbon dioxide emissions.

さらに、請求項6記載の燃焼機器は、主燃料を燃焼させる燃焼室と、サーマルNOx抑制用の水又は水蒸気にアルコール系燃料を混合させる混合手段と、アルコール系燃料を混合させた水又は水蒸気を主燃料と一緒に又は単独で燃焼室に噴射させる噴射手段を備えるものである。   Furthermore, the combustion apparatus according to claim 6 is provided with a combustion chamber for burning main fuel, mixing means for mixing alcohol-based fuel with water or steam for suppressing thermal NOx, and water or steam mixed with alcohol-based fuel. Injecting means for injecting into the combustion chamber together with the main fuel or alone is provided.

したがって、アルコール系燃料は混合手段によってサーマルNOx抑制用の水又は水蒸気と混合され、アルコール水溶液又はその蒸気として噴射手段から燃焼室内に供給されて燃焼される。主燃料の燃焼ガスは、主燃料と一緒に噴射された、又は単独で即ち主燃料及び燃焼用空気とは別に噴射されたアルコール水溶液又はその蒸気中の水分によって冷却され、サーマルNOxの発生が抑制される。アルコール系燃料は水に溶けやすいので、サーマルNOx抑制用の水又は水蒸気を噴射させるのと同じようにアルコール水溶液又はその蒸気として噴射手段から噴射させることができ、燃焼室内へのアルコール系燃料の供給が容易である。アルコール系燃料を水又は水蒸気に混合させることで、噴射手段から噴射させるアルコール水溶液又はその蒸気のアルコール濃度を下げることができる。   Therefore, the alcohol-based fuel is mixed with water or water vapor for suppressing thermal NOx by the mixing means, supplied as an alcohol aqueous solution or its vapor from the injection means into the combustion chamber, and burned. The combustion gas of the main fuel is cooled by the alcohol aqueous solution injected together with the main fuel or independently, that is, separately from the main fuel and the combustion air, or moisture in the steam thereof, and the generation of thermal NOx is suppressed. Is done. Since alcohol-based fuel is easily dissolved in water, it can be injected from the injection means as an aqueous alcohol solution or its vapor in the same manner as water or water vapor for suppressing thermal NOx is supplied, and supply of alcohol-based fuel into the combustion chamber Is easy. By mixing the alcohol fuel with water or water vapor, it is possible to reduce the alcohol concentration of the aqueous alcohol solution or the vapor thereof injected from the injection means.

請求項1記載の燃焼機器の燃料供給方法および請求項6記載の燃焼器では、アルコール系燃料をサーマルNOx抑制用の水又は水蒸気に混合させてアルコール水溶液又はその蒸気として燃焼室に供給するので、燃焼室内でアルコール系燃料を確実に燃焼させることができ、主燃料を補う副燃料としてアルコール系燃料を使用することができる。即ち、燃焼機器でアルコール系燃料を使用する場合、例えば主燃料にアルコール系燃料を混合させた燃料を予め調製しておき、これを使用することが考えられる。しかしながら、この場合には主燃料とアルコール系燃料との相性を考慮する必要があり、特にアルコール系燃料が溶けにくい主燃料を使用する燃焼機器には適用が困難である。これに対し、本発明ではサーマルNOx抑制用の水又は水蒸気にアルコール系燃料を混合させて燃焼室内に噴射させるので、アルコール系燃料と混合し難い燃料を主燃料として使用する燃焼機器についてもアルコール系燃料を使用することができる。   In the fuel supply method for the combustion device according to claim 1 and the combustor according to claim 6, the alcohol fuel is mixed with water or steam for thermal NOx suppression and supplied to the combustion chamber as an alcohol aqueous solution or its vapor. The alcohol-based fuel can be reliably burned in the combustion chamber, and the alcohol-based fuel can be used as an auxiliary fuel to supplement the main fuel. That is, when using an alcohol fuel in a combustion device, for example, it is conceivable to prepare a fuel in which an alcohol fuel is mixed with the main fuel and use it. However, in this case, it is necessary to consider the compatibility between the main fuel and the alcohol-based fuel, and it is difficult to apply to combustion equipment that uses the main fuel in which the alcohol-based fuel is difficult to dissolve. On the other hand, in the present invention, alcohol fuel is mixed with water or water vapor for thermal NOx suppression and injected into the combustion chamber, so that the alcohol-based combustion equipment that uses fuel that is difficult to mix with alcohol fuel as the main fuel is also used. Fuel can be used.

また、アルコール系燃料をサーマルNOx抑制用の水又は水蒸気に混合して燃焼室内に供給するので、燃焼室内へのアルコール系燃料の供給が容易であると共に、燃焼させるのに適したかたちでアルコール系燃料を供給することができる。   Also, since alcohol fuel is mixed with thermal NOx suppression water or water vapor and supplied into the combustion chamber, the alcohol fuel is easily supplied to the combustion chamber and is suitable for combustion. Fuel can be supplied.

また、アルコール系燃料を含むサーマルNOx抑制用の水又は水蒸気は主燃料と一緒に又は単独で燃焼室内に供給され、燃焼用空気とは別に供給されるので、燃焼用空気の供給量を減少させることがなく、燃焼させることが可能な燃料量の減少を防止することができる。   In addition, water or steam for suppressing thermal NOx containing alcohol-based fuel is supplied into the combustion chamber together with or alone with the main fuel, and is supplied separately from the combustion air, thereby reducing the supply amount of the combustion air. This can prevent a reduction in the amount of fuel that can be burned.

また、アルコール系燃料の火炎温度は比較的低いので、サーマルNOx抑制用の水又は水蒸気によるNOxの発生抑制効果をさほど害することもない。   Further, since the flame temperature of the alcohol-based fuel is relatively low, the NOx generation suppressing effect by water or water vapor for suppressing thermal NOx is not so much affected.

また、サーマルNOx抑制用の水又は水蒸気を燃焼室内に噴射させる設備を利用してアルコール系燃料を供給することができるので、低コストでの実現が可能である。   Moreover, since the alcohol-based fuel can be supplied using equipment for injecting water or water vapor for suppressing thermal NOx into the combustion chamber, it can be realized at low cost.

また、請求項2記載の燃焼機器の供給方法では、主燃料の燃焼ガスに供給するアルコール水溶液のアルコール濃度を60重量%未満としているので、アルコール水溶液が消防法の規制対象から外れ、アルコール系燃料を使用することで必要になる防爆設備が簡易なもので足りる。即ち、燃焼室周辺についてはアルコール系燃料を使用しない通常の防爆仕様での運用が可能となる。   In the method for supplying combustion equipment according to claim 2, the alcohol concentration of the aqueous alcohol solution supplied to the combustion gas of the main fuel is less than 60% by weight. Explosion-proof equipment required by using is sufficient. That is, the operation in the normal explosion-proof specification without using alcohol fuel can be performed around the combustion chamber.

また、請求項3記載の燃焼機器の燃料供給方法では、アルコール濃度60重量%未満のアルコール水溶液をサーマルNOx抑制用の水又は水蒸気に混合させるようにしているので、混合前のアルコール水溶液も消防法の規制対象から外れることになり、混合前のアルコール水溶液についての防爆への配慮も軽減することができる。また、製造時にアルコール濃度の低いアルコール水溶液をそのまま使用することができる。   In the fuel supply method for combustion equipment according to claim 3, since the alcohol aqueous solution having an alcohol concentration of less than 60% by weight is mixed with water or water vapor for suppressing thermal NOx, the alcohol aqueous solution before mixing is also used by the Fire Service Act. Therefore, consideration for explosion-proofing of the aqueous alcohol solution before mixing can be reduced. Moreover, the alcohol aqueous solution with low alcohol concentration can be used as it is at the time of manufacture.

ここで、請求項4記載の燃焼機器の燃料供給方法のように、二酸化炭素排出量削減のためには、植物由来のアルコール系燃料を使用することが好ましい。植物由来のアルコール系燃料は製造時に精製によりアルコール濃度を高めるのが一般的であるが、本発明ではアルコール系燃料を水で薄めて使用するため、植物由来のアルコール系燃料のアルコール濃度を製造時にわざわざ高める必要がなくなる。そのため、アルコール系燃料の製造を簡略化することができ、安価なアルコール系燃料の使用が可能になる。また、カーボンニュートラルな植物由来のアルコール系燃料を使用することで、燃焼機器での燃焼による新たな二酸化炭素の排出を防止することができる。   Here, like the fuel supply method of the combustion apparatus of Claim 4, it is preferable to use a plant-derived alcohol fuel for the reduction of carbon dioxide emission. Generally, plant-derived alcohol-based fuels are refined at the time of production to increase the alcohol concentration. However, in the present invention, the alcohol-based fuel is diluted with water and used. There is no need to increase it. Therefore, it is possible to simplify the production of the alcohol fuel, and it is possible to use an inexpensive alcohol fuel. Further, by using a carbon-neutral plant-derived alcohol-based fuel, it is possible to prevent new carbon dioxide emissions due to combustion in combustion equipment.

また、請求項5記載の燃焼機器の燃料供給方法のように、二酸化炭素排出量削減のためには、アルコール系燃料としてバイオエタノールを使用することが好ましい。カーボンニュートラルなバイオエタノールを使用することで燃焼機器での燃焼による新たな二酸化炭素の排出を防止することができる。   In addition, as in the fuel supply method for combustion equipment according to claim 5, it is preferable to use bioethanol as the alcohol-based fuel in order to reduce carbon dioxide emissions. By using carbon-neutral bioethanol, it is possible to prevent new carbon dioxide emissions due to combustion in combustion equipment.

本発明の燃焼機器の第1の実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows 1st Embodiment of the combustion equipment of this invention. 調製アルコール水溶液を噴射させるノズルの先端部分の断面図である。It is sectional drawing of the front-end | tip part of the nozzle which injects prepared alcohol aqueous solution. 本発明の燃焼機器の第2の実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows 2nd Embodiment of the combustion equipment of this invention. 本発明の燃焼機器の第3の実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows 3rd Embodiment of the combustion equipment of this invention. 本発明の燃焼機器の第4の実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows 4th Embodiment of the combustion equipment of this invention. 本発明の燃焼機器の第5の実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows 5th Embodiment of the combustion equipment of this invention. 本発明の燃焼機器の第6の実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows 6th Embodiment of the combustion equipment of this invention. エタノール水溶液と主燃料の比率とNOx低減率との関係を示し、エタノール濃度を変化させて行った実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the ratio of ethanol aqueous solution and a main fuel, and the NOx reduction rate, and shows the experimental result conducted by changing ethanol concentration. 図8のグラフを水/主燃料比率とNOx低減率との関係に変換した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having converted the graph of Drawing 8 into the relation of water / main fuel ratio and NOx reduction rate.

以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on the best mode shown in the drawings.

図1に、本発明の燃焼機器の第1の実施形態を示す。本発明は、サーマルNOxの発生抑制のための水あるいは水蒸気にアルコール系燃料を混ぜて供給し、これまでアルコール系燃料を適用することが困難であった燃焼機器において、アルコール系燃料の使用を可能とするものである。燃焼機器は、主燃料1を燃焼させる燃焼室2と、サーマルNOx抑制用の水又は水蒸気(以下、水3という)にアルコール系燃料4を混合させる混合手段5と、アルコール系燃料4を混合させた水3を主燃料1と一緒に又は単独で燃焼室2に噴射させる噴射手段6を備えている。即ち、燃焼機器は、主燃料1の燃焼ガスに水3を供給し燃焼ガスの温度を下げてサーマルNOxの発生を抑制する手段を有しており、水3にアルコール系燃料4を混合し、調製したアルコール水溶液を燃焼ガスに供給することでアルコール系燃料4を燃焼させるようにしている。本実施形態では、調製したアルコール水溶液を単独で、即ち主燃料1及び燃焼用空気8とは別に燃焼室2に噴射させるようにしており、噴射手段6は水・アルコール供給系9が接続された噴射ノズルである。   FIG. 1 shows a first embodiment of the combustion device of the present invention. In the present invention, alcohol fuel is mixed with water or water vapor for suppressing the generation of thermal NOx and supplied, and alcohol fuel can be used in combustion equipment that has previously been difficult to apply alcohol fuel. It is what. The combustion equipment mixes the combustion chamber 2 for burning the main fuel 1, the mixing means 5 for mixing the alcohol fuel 4 with water or water vapor (hereinafter referred to as water 3) for suppressing thermal NOx, and the alcohol fuel 4. Further, an injection means 6 for injecting the water 3 into the combustion chamber 2 together with the main fuel 1 or alone is provided. That is, the combustion device has means for supplying water 3 to the combustion gas of the main fuel 1 and reducing the temperature of the combustion gas to suppress the generation of thermal NOx. The alcohol 3 is mixed with the water 3, The alcohol-based fuel 4 is burned by supplying the prepared aqueous alcohol solution to the combustion gas. In this embodiment, the prepared alcohol aqueous solution is injected into the combustion chamber 2 alone, that is, separately from the main fuel 1 and the combustion air 8, and the water / alcohol supply system 9 is connected to the injection means 6. It is an injection nozzle.

燃焼室2には主燃料1と燃焼用空気8が供給され燃焼される。主燃料1は、1つのノズル又は複数のノズルから1度に全量を燃焼室2内に供給して燃焼させても良いし(1段燃焼)、燃焼ガスの流れる方向に沿って複数段に分けて供給し徐々に燃焼させるようにしても良い(多段燃焼)。また、燃焼用空気8も同様に、1つのノズル又は複数のノズルから1度に全量を燃焼室2内に供給して燃焼させても良いし、燃焼ガスの流れる方向に沿って複数段に分けて供給し徐々に燃焼させるようにしても良い。   The combustion chamber 2 is supplied with main fuel 1 and combustion air 8 and burned. The main fuel 1 may be burned by supplying the entire amount from one nozzle or a plurality of nozzles at a time into the combustion chamber 2 (one-stage combustion), or divided into a plurality of stages along the flow direction of the combustion gas. And may be gradually burned (multistage combustion). Similarly, the combustion air 8 may be supplied to the combustion chamber 2 at a time from one nozzle or a plurality of nozzles and burned, or divided into a plurality of stages along the direction in which the combustion gas flows. May be supplied and gradually burned.

適用できる燃焼機器は、主燃料1の種類による制限を受けない。つまり、主燃料1として液体燃料,気体燃料のいずれを使用する燃焼機器にも適用可能であり、また、固体燃料を使用する燃焼機器にも適用可能である。ここで、液体燃料としては、例えばナフサ,軽油,灯油,A重油,C重油,原油等の化石燃料,菜種油,綿実油,パーム油等のバイオ由来の植物原油,魚油,乳脂,牛脂等の動物性原油,植物性原油や動物性原油をメチルエステル化した油等がある。気体燃料としては、例えば天然ガス,LPガス,ブタンガス,一酸化炭素,水素ガス,高炉ガス,石炭,バイオマス,蒸留残渣油などガス化したガス等がある。固体燃料としては、例えば微粉炭,木炭,木質ペレット等がある。また、アルコール系燃料4が溶け易い主燃料1を使用する燃焼機器への適用は勿論のこと、アルコール系燃料4が溶けにくい又は溶かさない主燃料1を使用する燃焼機器への適用も可能である。   Applicable combustion equipment is not limited by the type of main fuel 1. That is, the present invention can be applied to combustion equipment that uses either liquid fuel or gaseous fuel as the main fuel 1, and can also be applied to combustion equipment that uses solid fuel. Here, as the liquid fuel, for example, fossil fuels such as naphtha, light oil, kerosene, A heavy oil, C heavy oil, crude oil and the like, bio-derived plant crude oil such as rapeseed oil, cottonseed oil and palm oil, animal properties such as fish oil, milk fat and beef tallow Examples include oils obtained by methyl esterification of crude oil, vegetable crude oil and animal crude oil. Examples of the gaseous fuel include natural gas, LP gas, butane gas, carbon monoxide, hydrogen gas, blast furnace gas, coal, biomass, gasified gas such as distillation residue oil, and the like. Examples of the solid fuel include pulverized coal, charcoal, and wood pellets. Further, it can be applied not only to combustion equipment using the main fuel 1 in which the alcohol-based fuel 4 is easily dissolved, but also to combustion equipment using the main fuel 1 in which the alcohol-based fuel 4 is difficult to dissolve or does not dissolve. .

水・アルコール供給系9は、水3に液体又は気体のアルコール系燃料4を混合してアルコール水溶液又はその蒸気を調製し噴射手段6に供給するもので、本実施形態では、水3に液体のアルコール系燃料4を混合してアルコール水溶液を調製し、そのアルコール水溶液(以下、調製アルコール水溶液という)を噴射手段6に供給するようにしている。   The water / alcohol supply system 9 mixes a liquid or gaseous alcohol-based fuel 4 with water 3 to prepare an aqueous alcohol solution or its vapor and supplies it to the injection means 6. An alcohol aqueous solution is prepared by mixing the alcohol-based fuel 4, and the alcohol aqueous solution (hereinafter referred to as a prepared alcohol aqueous solution) is supplied to the injection means 6.

水・アルコール供給系9は、水3とアルコール系燃料4を混合する混合手段5と、水3を貯える水タンク10と、水タンク10内の水3を混合手段5に供給する水ポンプ11と、水ポンプ11から混合手段5に供給される水量を調節する水量調節手段12と、アルコール系燃料4を貯える燃料タンク13と、燃料タンク13内のアルコール系燃料4を混合手段5に供給する燃料ポンプ14と、燃料ポンプ14から混合手段5に供給されるアルコール系燃料4の流量を調節する燃料量調節手段15を備えている。本実施形態では、アルコール系燃料4をアルコール濃度を低くしたアルコール水溶液7の状態にして燃料タンク13内に貯蔵している。ただし、必ずしもアルコール系燃料4をアルコール水溶液7の状態にする必要はなく、防爆設備を整えることでアルコール系燃料4を貯蔵し使用することも可能である。   The water / alcohol supply system 9 includes a mixing means 5 for mixing the water 3 and the alcohol fuel 4, a water tank 10 for storing the water 3, and a water pump 11 for supplying the water 3 in the water tank 10 to the mixing means 5. The water amount adjusting means 12 for adjusting the amount of water supplied from the water pump 11 to the mixing means 5, the fuel tank 13 for storing the alcohol fuel 4, and the fuel for supplying the alcohol fuel 4 in the fuel tank 13 to the mixing means 5 A pump 14 and fuel amount adjusting means 15 for adjusting the flow rate of the alcohol-based fuel 4 supplied from the fuel pump 14 to the mixing means 5 are provided. In this embodiment, the alcohol-based fuel 4 is stored in the fuel tank 13 in the state of an alcohol aqueous solution 7 having a low alcohol concentration. However, the alcohol-based fuel 4 is not necessarily in the state of the alcohol aqueous solution 7, and the alcohol-based fuel 4 can be stored and used by preparing explosion-proof equipment.

混合手段5は、例えば水3の流路16にアルコール系燃料4(アルコール水溶液7)の流路17を合流させる集合管である。ただし、集合管に限るものではなく、水3にアルコール水溶液7を混合させることができるものであれば使用可能である。   The mixing means 5 is, for example, a collecting pipe that joins the flow path 17 of the alcohol-based fuel 4 (alcohol aqueous solution 7) to the flow path 16 of the water 3. However, the present invention is not limited to the collecting pipe, and any pipe that can mix the aqueous alcohol solution 7 with the water 3 can be used.

水量調節手段12は、例えば流路16内の流量を調節する流量調節弁12aと、流路16内の流量を計測する流量計12bを備え、流量調節弁12aは流量計12bによって計測された流量が予め決められた目標値になるように流量を調節する。また、燃料量調節手段15は、例えば流路17内の流量を調節する流量調節弁15aと、流路17内の流量を計測する流量計15bを備え、流量調節弁15aは流量計15bによって計測された流量が予め決められた目標値になるように流量を調節する。このように流量調節された水3とアルコール水溶液7とが混合手段5によって混合され、噴射手段6へと流れながら予め設定されたのアルコール濃度の調製アルコール水溶液となる。即ち、調製アルコール水溶液の流量とアルコール濃度がそれぞれ所定値になるように水3の流量とアルコール水溶液7の流量とアルコール濃度が決定されている。調製アルコール水溶液は水ポンプ11及び燃料ポンプ14による圧力によって噴射手段6へと圧送され燃焼室2内へと噴射される。   The water amount adjusting means 12 includes, for example, a flow rate adjusting valve 12a that adjusts the flow rate in the flow channel 16, and a flow meter 12b that measures the flow rate in the flow channel 16, and the flow rate adjusting valve 12a is a flow rate measured by the flow meter 12b. The flow rate is adjusted so that becomes a predetermined target value. Further, the fuel amount adjusting means 15 includes, for example, a flow rate adjusting valve 15a for adjusting the flow rate in the flow path 17 and a flow meter 15b for measuring the flow rate in the flow path 17, and the flow rate adjusting valve 15a is measured by the flow meter 15b. The flow rate is adjusted so that the obtained flow rate becomes a predetermined target value. The flow rate adjusted water 3 and alcohol aqueous solution 7 are mixed by the mixing means 5 and become a prepared alcohol aqueous solution having a preset alcohol concentration while flowing to the injection means 6. That is, the flow rate of water 3, the flow rate of alcohol aqueous solution 7, and the alcohol concentration are determined so that the flow rate and alcohol concentration of the prepared alcohol aqueous solution become predetermined values, respectively. The prepared alcohol aqueous solution is pumped to the injection means 6 by the pressures of the water pump 11 and the fuel pump 14 and injected into the combustion chamber 2.

調製アルコール水溶液は主燃料1の燃焼ガスの温度が最も高くなる領域(以下、高温領域という)に向けて噴射されることが好ましい。このようにすることで、燃焼ガスの最高温度が低くなり、最も効果的にサーマルNOxの発生を抑制することができる。ただし、調製アルコール水溶液の供給位置はこれに限るものではなく、高温領域から外れても燃焼ガスの温度を下げるという効果を得ることができる位置であれば良い。   The prepared alcohol aqueous solution is preferably injected toward a region where the temperature of the combustion gas of the main fuel 1 is highest (hereinafter referred to as a high temperature region). By doing in this way, the maximum temperature of combustion gas becomes low and generation | occurrence | production of thermal NOx can be suppressed most effectively. However, the supply position of the prepared alcohol aqueous solution is not limited to this, and may be any position where the effect of lowering the temperature of the combustion gas can be obtained even if it is out of the high temperature region.

噴射手段6としての噴射ノズルは、主燃料1を燃焼室2内に噴射させる燃料ノズルと一体化させたものでも良いし、別体のものでも良い。また、燃料ノズルと噴射ノズルを別体にする場合には、噴射ノズルを燃焼用空気8を燃焼室2内に供給するノズルと一体化させたものでも良いし、別体のものでも良い。   The injection nozzle as the injection means 6 may be integrated with a fuel nozzle for injecting the main fuel 1 into the combustion chamber 2 or may be a separate one. Further, when the fuel nozzle and the injection nozzle are separated, the injection nozzle may be integrated with the nozzle that supplies the combustion air 8 into the combustion chamber 2 or may be separate.

図2に、燃料ノズルと一体化された噴射ノズルを示す。このノズルの先端中央には主燃料1を噴射させる噴射口22が設けられており、調製アルコール水溶液24を噴射させる噴射口23は噴射口22を中心とした円周上に所定間隔をあけて複数設けられている。調製アルコール水溶液24は噴射口22から噴射された主燃料1の燃焼ガス25に向けて噴射される。   FIG. 2 shows an injection nozzle integrated with a fuel nozzle. An injection port 22 for injecting the main fuel 1 is provided at the center of the tip of the nozzle, and a plurality of injection ports 23 for injecting the prepared alcohol aqueous solution 24 are arranged at predetermined intervals on the circumference centering on the injection port 22. Is provided. The prepared alcohol aqueous solution 24 is injected toward the combustion gas 25 of the main fuel 1 injected from the injection port 22.

アルコール系燃料4としては水3に溶けるものであれば使用可能である。例えば、エタノール,メタノール,ブタノール,プロパノール,イソプロピルアルコール,エチレングリコール,グリセリンなど低級アルコール等の使用が可能である。ここで、二酸化炭素排出量削減のためには、アルコール系燃料4は植物由来のものであることが好ましい。植物由来のアルコール系燃料4は製造時に精製によりアルコール濃度を高めているが、本発明ではアルコール系燃料4を水で薄めて使用するため、アルコール系燃料4のアルコール濃度を製造時にわざわざ高める必要がなくなり、アルコール系燃料4の製造を簡略化することができる。また、二酸化炭素排出量削減のためには、アルコール系燃料4はバイオエタノールであることが好ましい。カーボンニュートラルなバイオエタノールを使用することで燃焼による新たな二酸化炭素の排出を防止することができる。ただし、植物由来のアルコール系燃料4やバイオエタノール以外のアルコール系燃料4を使用しても良い。   Any alcohol-based fuel 4 that can be dissolved in water 3 can be used. For example, lower alcohols such as ethanol, methanol, butanol, propanol, isopropyl alcohol, ethylene glycol, and glycerin can be used. Here, in order to reduce carbon dioxide emission, the alcohol-based fuel 4 is preferably derived from a plant. The alcohol-based fuel 4 derived from plants has an increased alcohol concentration by refining at the time of manufacture. However, in the present invention, the alcohol-based fuel 4 is diluted with water and used. Therefore, it is necessary to bother the alcohol concentration of the alcohol-based fuel 4 at the time of manufacture. The production of the alcohol-based fuel 4 can be simplified. In order to reduce carbon dioxide emissions, the alcohol fuel 4 is preferably bioethanol. By using carbon neutral bioethanol, new carbon dioxide emissions due to combustion can be prevented. However, a plant-derived alcohol fuel 4 or an alcohol fuel 4 other than bioethanol may be used.

本実施形態では、噴射手段6から噴射させる調製アルコール水溶液のアルコール濃度を60重量%未満としている。アルコール濃度を60重量%未満にすることで調製アルコール水溶液が消防法の規制の対象外となり、燃焼室2周辺の防爆設備を簡略化することができる。ただし、必ずしも調製アルコール水溶液のアルコール濃度を60重量%未満にする必要はなく、防爆設備が必要になるがアルコール濃度を60重量%以上にしても良い。   In this embodiment, the alcohol concentration of the prepared alcohol aqueous solution ejected from the ejection means 6 is less than 60% by weight. By adjusting the alcohol concentration to less than 60% by weight, the prepared alcohol aqueous solution is not subject to the regulations of the Fire Service Act, and the explosion-proof equipment around the combustion chamber 2 can be simplified. However, the alcohol concentration of the prepared alcohol aqueous solution does not necessarily need to be less than 60% by weight, and an explosion-proof facility is required, but the alcohol concentration may be 60% by weight or more.

また、本実施形態では、水・アルコール供給系9において、水3に混合するアルコール系燃料4としてアルコール濃度60重量%未満のアルコール水溶液7を使用している。即ち、アルコール濃度60重量%未満のアルコール水溶液7を燃料タンク13に貯えている。例えば、植物由来のアルコール系燃料4、例えばエタノールの製造では原料を糖化させて発酵させただけではアルコール濃度が低く、蒸留を繰り返し行うことでアルコール濃度を高めている。この蒸留工程には多大なエネルギーが必要であり、製造コストの増加や二酸化炭素排出量増加の原因となる。本実施形態では低濃度のアルコール系燃料4を使用するので、蒸留を行っていない又は蒸留回数を減らしたアルコール系燃料4を使用することができ、コストの低減と二酸化炭素排出量の低減を行うことができる。   In the present embodiment, in the water / alcohol supply system 9, an alcohol aqueous solution 7 having an alcohol concentration of less than 60 wt% is used as the alcohol fuel 4 mixed with the water 3. That is, the aqueous alcohol solution 7 having an alcohol concentration of less than 60% by weight is stored in the fuel tank 13. For example, in the production of a plant-derived alcohol fuel 4, such as ethanol, the alcohol concentration is low simply by saccharifying the raw material and fermenting, and the alcohol concentration is increased by repeating distillation. This distillation process requires a large amount of energy, which causes an increase in manufacturing costs and an increase in carbon dioxide emissions. In this embodiment, since the alcohol fuel 4 having a low concentration is used, it is possible to use the alcohol fuel 4 that is not distilled or reduced in the number of distillations, thereby reducing costs and reducing carbon dioxide emissions. be able to.

次に、本発明の燃焼機器の燃料供給方法について説明する。燃焼機器の燃料供給方法(以下、単に燃料供給方法という)は、主燃料1の燃焼ガスにサーマルNOx抑制用の水又は水蒸気(水3)を供給するものであって、水3にアルコール系燃料4を混合させて単独で燃焼室2に噴射させるものである。   Next, the fuel supply method for the combustion apparatus of the present invention will be described. A fuel supply method for combustion equipment (hereinafter simply referred to as a fuel supply method) is to supply thermal NOx-suppressing water or water vapor (water 3) to the combustion gas of the main fuel 1. 4 is mixed and injected into the combustion chamber 2 alone.

水・アルコール供給系9の水ポンプ11及び燃料ポンプ14を作動させると、水量調節手段12によって流量調節された水3と燃料量調節手段15によって流量調節されたアルコール水溶液7が混合手段5に供給され、混合されてアルコール水溶液(調製アルコール水溶液)が調製される。この調製アルコール水溶液は水ポンプ11及び燃料ポンプ14の加圧力によって噴射手段6に供給され、燃焼室2内に噴射されて燃焼される。アルコール系燃料4は水3に溶けやすく、サーマルNOx抑制用の水と同じように調製アルコール水溶液を扱うことができるので、燃焼室2内へのアルコール系燃料4の供給が容易である。   When the water pump 11 and the fuel pump 14 of the water / alcohol supply system 9 are operated, the water 3 whose flow rate is adjusted by the water amount adjusting means 12 and the aqueous alcohol solution 7 whose flow rate is adjusted by the fuel amount adjusting means 15 are supplied to the mixing means 5. And mixed to prepare an aqueous alcohol solution (prepared alcohol aqueous solution). This prepared alcohol aqueous solution is supplied to the injection means 6 by the pressure applied by the water pump 11 and the fuel pump 14, and is injected into the combustion chamber 2 and burned. Since the alcohol fuel 4 is easily dissolved in the water 3 and the prepared alcohol aqueous solution can be handled in the same manner as the water for suppressing thermal NOx, the alcohol fuel 4 can be easily supplied into the combustion chamber 2.

噴射手段6は主燃料1の燃焼ガスの高温領域に向けて設けられており、噴射された調製アルコール水溶液は燃焼ガスの高温領域に供給される。調製アルコール水溶液中の水3によって燃焼ガスの高温領域が冷却され、サーマルNOxの発生が抑制される。   The injection means 6 is provided toward the high temperature region of the combustion gas of the main fuel 1, and the injected prepared alcohol aqueous solution is supplied to the high temperature region of the combustion gas. The high temperature region of the combustion gas is cooled by the water 3 in the prepared alcohol aqueous solution, and the generation of thermal NOx is suppressed.

また、調製アルコール水溶液中のアルコール系燃料4は燃焼ガスによって燃焼される。アルコール系燃料4の火炎温度は比較的低い。そのため、アルコール系燃料4の燃焼による燃焼ガスの温度上昇量は少なく、アルコール系燃料4と一緒に噴射された水3によるサーマルNOxの発生抑制効果をさほど害さない。即ち、アルコール系燃料4による温度上昇と水3による温度低下とを比較すると、水3による温度低下の影響の方が大きく、サーマルNOxの発生を効果的に抑制することができる。   Moreover, the alcohol fuel 4 in the prepared alcohol aqueous solution is combusted by the combustion gas. The flame temperature of the alcohol fuel 4 is relatively low. Therefore, the temperature rise of the combustion gas due to the combustion of the alcohol-based fuel 4 is small, and the effect of suppressing the generation of thermal NOx by the water 3 injected together with the alcohol-based fuel 4 is not so much harmed. That is, comparing the temperature rise due to the alcohol-based fuel 4 and the temperature drop due to the water 3, the influence of the temperature drop due to the water 3 is greater, and the generation of thermal NOx can be effectively suppressed.

本実施形態では、主燃料1とは別にアルコール系燃料4を供給するので、たとえ主燃料1がアルコール系燃料4を溶かし難いものであったとしても、アルコール系燃料4を燃焼室2内に供給して良好に燃焼させることができる。   In this embodiment, since the alcohol fuel 4 is supplied separately from the main fuel 1, the alcohol fuel 4 is supplied into the combustion chamber 2 even if the main fuel 1 is difficult to dissolve the alcohol fuel 4. And can be burned well.

また、例えば燃料を自己着火させるディーゼルエンジンでは自己着火性の低いアルコール系燃料4の主燃料1としての使用は困難であるが、本発明では自己着火させたディーゼル燃料(主燃料1)の燃焼ガスに調製アルコール水溶液を噴射することでアルコール系燃料4を燃焼させることができる。そのため、ディーゼルエンジンについてもアルコール系燃料4の使用を可能にできる。   Further, for example, in a diesel engine that self-ignites the fuel, it is difficult to use the alcohol-based fuel 4 having low self-ignitability as the main fuel 1, but in the present invention, the combustion gas of the self-ignited diesel fuel (main fuel 1) The alcohol-based fuel 4 can be burned by injecting the prepared alcohol aqueous solution. Therefore, it is possible to use the alcohol-based fuel 4 for a diesel engine.

また、本発明では、アルコール系燃料4を使用するので、その分だけ主燃料1の使用量を減らすことができる。   In the present invention, since the alcohol fuel 4 is used, the amount of the main fuel 1 used can be reduced accordingly.

また、本発明は調製アルコール水溶液を単独で燃焼室2内に供給するようにしており、燃焼用空気8とは別に供給するようにしているので、燃焼室2内への燃焼用空気8の供給量を減少させることがなく、燃焼させることが可能な燃料量の減少を防止することができる。   Further, according to the present invention, the prepared alcohol aqueous solution is supplied alone into the combustion chamber 2 and is supplied separately from the combustion air 8, so that the supply of the combustion air 8 into the combustion chamber 2 is provided. It is possible to prevent a reduction in the amount of fuel that can be burned without reducing the amount.

本発明は、主燃料1の燃焼ガスに向けて水3を噴射させる手段を有する燃焼機器であれば適用可能である。例えば、ガスタービン,ディーゼルエンジン,ボイラ,ガスエンジン,熱風炉バーナなどの加熱用バーナ等の燃焼機器に適用できるが、これらに限るものではない。   The present invention is applicable to any combustion equipment having means for injecting water 3 toward the combustion gas of the main fuel 1. For example, the present invention can be applied to combustion equipment such as a gas turbine, a diesel engine, a boiler, a gas engine, and a heating burner such as a hot stove burner, but is not limited thereto.

例えば、ガスタービン,ボイラに適用する場合には、例えば図2に示す一体型のノズルを使用して調製アルコール水溶液及び主燃料1を燃焼室内に噴射させると共に、別の位置に設けたポートから燃焼用空気8を供給する。   For example, when applied to a gas turbine or a boiler, the prepared alcohol aqueous solution and the main fuel 1 are injected into the combustion chamber using, for example, an integrated nozzle shown in FIG. 2 and burned from a port provided at another position. Supply air 8.

例えば、ディーゼルエンジンに適用する場合には、主燃料1を噴射する燃料ノズルの近傍に噴射手段6としての開閉ポートを設け、主燃料1が自己着火したタイミングで開閉ポートを開いて調製アルコール水溶液を供給する。   For example, when applied to a diesel engine, an opening / closing port as an injection means 6 is provided in the vicinity of a fuel nozzle for injecting the main fuel 1, and the opening / closing port is opened at the timing when the main fuel 1 self-ignites to prepare a prepared alcohol aqueous solution. Supply.

燃焼室2内へのアルコール系燃料4の供給量は、得たいアルコール系燃料4による発熱量に応じて決定される。また、燃焼室2内への水3の供給量は、燃焼ガスの温度を何度下げるかに応じて決定される。そして、アルコール系燃料4の供給量と水3の供給量が目標値になるように、調製アルコール水溶液の流量とアルコール濃度が決定される。   The supply amount of the alcohol fuel 4 into the combustion chamber 2 is determined according to the amount of heat generated by the alcohol fuel 4 to be obtained. The amount of water 3 supplied into the combustion chamber 2 is determined according to how many times the temperature of the combustion gas is lowered. Then, the flow rate and the alcohol concentration of the prepared alcohol aqueous solution are determined so that the supply amount of the alcohol-based fuel 4 and the supply amount of the water 3 become target values.

次に、図3に基づいて本発明の燃焼器の第2の実施形態について説明する。なお、図1に示す機器類と同一の機器類については同一の符号を付してそれらについての説明は省略する(図4〜図7についても同様)。   Next, a second embodiment of the combustor of the present invention will be described based on FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the apparatus same as the apparatus shown in FIG. 1, and description about them is abbreviate | omitted (same also about FIGS. 4-7).

図1の燃焼機器では、調製アルコール水溶液を単独で燃焼室2に噴射させるようにしていたが、本実施形態では調製アルコール水溶液を主燃料1と一緒に燃焼室2に噴射させるようにしている。即ち、本実施形態では、主燃料1と調製アルコール水溶液とを一緒に噴射させる燃料ノズルが噴射手段6である。   In the combustion apparatus of FIG. 1, the prepared alcohol aqueous solution is injected alone into the combustion chamber 2, but in this embodiment, the prepared alcohol aqueous solution is injected into the combustion chamber 2 together with the main fuel 1. That is, in this embodiment, the fuel nozzle that injects the main fuel 1 and the prepared alcohol aqueous solution together is the injection means 6.

なお、調製アルコール水溶液を主燃料1と一緒に噴射させる場合、主燃料1が液体のときには液体のアルコール系燃料4(調製アルコール水溶液)を一緒に噴射させるようにし、主燃料1が気体のときには気体のアルコール系燃料4(調製アルコール水溶液の蒸気)を一緒に噴射させることが好ましい。これらの組み合わせにすることで主燃料1とアルコール系燃料4とをより良好に混合させることができ、主燃料1の燃焼ガスの高温域全体をより均一に冷却することが可能になる。ただし、主燃料1が液体のときに調製アルコール水溶液の蒸気を一緒に噴射させることも可能であり、主燃料1が気体のときに調製アルコール水溶液を一緒に噴射させることも可能である。これらの組み合わせでも主燃料1及びアルコール系燃料4を主燃料1の燃焼ガスにスムーズに供給することができる。また、主燃料1が固体のときにはアルコール系燃料4は液体と気体のいずれでも良い。いずれの組み合わせであっても主燃料1及びアルコール系燃料4を主燃料1の燃焼ガスにスムーズに供給することができる。   In addition, when the prepared alcohol aqueous solution is injected together with the main fuel 1, when the main fuel 1 is liquid, the liquid alcohol fuel 4 (prepared alcohol aqueous solution) is injected together, and when the main fuel 1 is gas, gas is used. It is preferable to inject the alcohol fuel 4 (vapor of the prepared alcohol aqueous solution) together. By combining these, the main fuel 1 and the alcohol-based fuel 4 can be mixed better, and the entire high-temperature region of the combustion gas of the main fuel 1 can be cooled more uniformly. However, the vapor of the prepared alcohol aqueous solution can be injected together when the main fuel 1 is liquid, and the prepared alcohol aqueous solution can also be injected together when the main fuel 1 is gas. Even in these combinations, the main fuel 1 and the alcohol-based fuel 4 can be smoothly supplied to the combustion gas of the main fuel 1. When the main fuel 1 is solid, the alcohol fuel 4 may be either liquid or gas. In any combination, the main fuel 1 and the alcohol fuel 4 can be smoothly supplied to the combustion gas of the main fuel 1.

混合手段5によって混合され調製された調製アルコール水溶液は、主燃料1の供給ライン19の途中に設けられた燃料混合手段18に供給され、主燃料1に混合される。調製アルコール水溶液は主燃料1と混ざり合いながら又は混ざり合わないまでも主燃料1の流れに乗って一緒に流れ、噴射手段6である燃料ノズルから燃焼室2内に噴射されて燃焼される。ここで、燃料混合手段18は、例えば主燃料1の供給ライン19に調製アルコール水溶液の流路20を合流させる集合管である。ただし、集合管に限るものではなく、主燃料1の流れに調製アルコール水溶液の流れを合流させることができるものであれば使用可能である。   The prepared alcohol aqueous solution mixed and prepared by the mixing means 5 is supplied to the fuel mixing means 18 provided in the middle of the supply line 19 of the main fuel 1 and mixed with the main fuel 1. The prepared alcohol aqueous solution flows together with the main fuel 1 even if it is mixed with the main fuel 1 or is not mixed, and is injected into the combustion chamber 2 from the fuel nozzle as the injection means 6 and burned. Here, the fuel mixing means 18 is, for example, a collecting pipe that joins the flow path 20 of the prepared alcohol aqueous solution to the supply line 19 of the main fuel 1. However, the present invention is not limited to the collecting pipe, and any pipe that can join the flow of the prepared alcohol aqueous solution to the flow of the main fuel 1 can be used.

本実施形態でも、調製アルコール水溶液を主燃料1の燃焼ガスに供給することができ、アルコール系燃料4の使用が可能になる点、サーマルNOxの発生を抑えることができる点、燃焼用空気8の供給量を減少させない点等の効果は同様である。   Also in this embodiment, the prepared alcohol aqueous solution can be supplied to the combustion gas of the main fuel 1, the alcohol fuel 4 can be used, the generation of thermal NOx can be suppressed, and the combustion air 8 The effect of not reducing the supply amount is the same.

また、調製アルコール水溶液を主燃料1と一緒に噴射させているので、噴射させた水3のほぼ全量を燃焼ガスに確実に届かせることができ、より効率よくサーマルNOxの発生を抑制することができる。   Moreover, since the prepared alcohol aqueous solution is injected together with the main fuel 1, almost all of the injected water 3 can be reliably delivered to the combustion gas, and the generation of thermal NOx can be suppressed more efficiently. it can.

また、本発明では、調製アルコール水溶液を主燃料1と一緒に噴射させるので、調製アルコール水溶液専用の噴射ノズルを設ける必要がなく、設備を簡略化することが   In the present invention, since the prepared alcohol aqueous solution is injected together with the main fuel 1, it is not necessary to provide an injection nozzle dedicated to the prepared alcohol aqueous solution, and the equipment can be simplified.

また、アルコール系燃料4を主燃料1に溶かす又は十分に混合させる必要はないので、たとえ主燃料1がアルコール系燃料4を溶かし難いもの又は混合し難いものであったとしても、アルコール系燃料4を燃焼室2内に供給して良好に燃焼させることができる。   In addition, since it is not necessary to dissolve or sufficiently mix the alcohol fuel 4 in the main fuel 1, even if the main fuel 1 is difficult to dissolve or difficult to mix the alcohol fuel 4, the alcohol fuel 4 Can be supplied into the combustion chamber 2 and burned well.

なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。   The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

例えば、上述の説明では、水・アルコール供給系9は混合手段5によって混合し調製した調製アルコール水溶液を液体のまま噴射手段6に供給するようにしていたが、必ずしもこの構成に限るものではなく、例えば図4に示すように混合手段5で混合し調製した調製アルコール水溶液を蒸気発生器21によって蒸発させ、蒸気(気体)として噴射手段6に供給するようにしても良い。あるいは、例えば図5に示すように混合手段5で混合し調製した調製アルコール水溶液を蒸気発生器21によって蒸発させ、燃料混合手段18によって主燃料1に混合させるようにしても良い。これらの場合にも、アルコール系燃料4を燃焼室2内に供給することができると共に、主燃料1の燃焼ガスの温度を下げてサーマルNOxの発生を抑制することができる。なお、図4の燃焼機器は特に主燃料1として液体燃料を使用する場合等に適しており、図5の燃焼機器は特に主燃料1としてガス燃料を使用する場合等に適している。また、蒸気発生器21としては、例えばボイラの使用が可能である。   For example, in the above description, the water / alcohol supply system 9 supplies the prepared alcohol aqueous solution prepared by mixing by the mixing means 5 to the injection means 6 in a liquid state, but is not necessarily limited to this configuration. For example, as shown in FIG. 4, a prepared alcohol aqueous solution prepared by mixing by the mixing means 5 may be evaporated by the steam generator 21 and supplied to the injection means 6 as vapor (gas). Alternatively, for example, as shown in FIG. 5, the prepared alcohol aqueous solution prepared by mixing by the mixing unit 5 may be evaporated by the steam generator 21 and mixed with the main fuel 1 by the fuel mixing unit 18. Also in these cases, the alcohol fuel 4 can be supplied into the combustion chamber 2, and the temperature of the combustion gas of the main fuel 1 can be lowered to suppress the generation of thermal NOx. 4 is particularly suitable when a liquid fuel is used as the main fuel 1, and the combustion apparatus of FIG. 5 is particularly suitable when a gas fuel is used as the main fuel 1. As the steam generator 21, for example, a boiler can be used.

また、上述の説明では、混合手段5は単に水3の流れにアルコール水溶液7の流れを合流させる集合管であったが、必ずしもこれに限るものではなく、例えば両者の流れを合流させながら加熱して蒸発させる蒸気発生器としても良い。即ち、図4の燃焼機器と図5の燃焼機器における混合手段5と蒸気発生器21とを一体化させたものでも良い。これらの場合にも、アルコール系燃料4を燃焼室2内に供給することができると共に、主燃料1の燃焼ガスの温度を下げてサーマルNOxの発生を抑制することができる。   In the above description, the mixing means 5 is simply a collecting pipe that joins the flow of the aqueous alcohol solution 7 to the flow of the water 3, but is not limited to this. For example, the mixing means 5 is heated while joining the flows of the two. It is good also as a steam generator to evaporate. That is, the combustion device of FIG. 4 and the mixing means 5 and the steam generator 21 in the combustion device of FIG. 5 may be integrated. Also in these cases, the alcohol fuel 4 can be supplied into the combustion chamber 2, and the temperature of the combustion gas of the main fuel 1 can be lowered to suppress the generation of thermal NOx.

また、例えば図6に示すように、水3とアルコール水溶液7を蒸気発生器21に供給して蒸発させた後、水蒸気とアルコール系燃料蒸気とを混合手段5に供給して混合させ噴射手段6に供給するようにしても良く、あるいは、例えば図7に示すように混合手段5によって混合させた混合蒸気を燃料混合手段18によって主燃料1に混合させるようにしても良い。これらの場合にも、アルコール系燃料4を燃焼室2内に供給することができると共に、主燃料1の燃焼ガスの温度を下げてサーマルNOxの発生を抑制することができる。なお、水3を蒸発させる蒸気発生器21とアルコール水溶液7を蒸発させる蒸気発生器21を別々のものにしても良いし、図6又は図7に示すように共通の蒸気発生器21を使用しても良い。   For example, as shown in FIG. 6, after the water 3 and the aqueous alcohol solution 7 are supplied to the steam generator 21 and evaporated, the water vapor and the alcohol fuel vapor are supplied to the mixing means 5 and mixed to be injected. Alternatively, for example, as shown in FIG. 7, the mixed vapor mixed by the mixing unit 5 may be mixed with the main fuel 1 by the fuel mixing unit 18. Also in these cases, the alcohol fuel 4 can be supplied into the combustion chamber 2, and the temperature of the combustion gas of the main fuel 1 can be lowered to suppress the generation of thermal NOx. The steam generator 21 for evaporating the water 3 and the steam generator 21 for evaporating the aqueous alcohol solution 7 may be provided separately, or a common steam generator 21 is used as shown in FIG. 6 or FIG. May be.

サーマルNOx抑制用の水にアルコール系燃料を混合することによるサーマルNOx抑制効果への影響を確認するための試算を行った。サーマルNOx抑制用の水へのアルコール系燃料の添加率が、0重量%,5重量%,10重量%,20重量%,30重量%である場合について計算を行った。アルコール系燃料としてエタノール、主燃料として軽油を想定して、燃焼器部圧力2.0MPa、空気温度400℃のガスタービンでの試算である。これは、火炎温度の低減に基づいた試算で実際の運転とは異なる可能性がある。   A trial calculation was performed to confirm the influence on the thermal NOx suppression effect by mixing alcohol fuel with water for thermal NOx suppression. The calculation was performed for the case where the alcohol-based fuel addition rate to the water for suppressing thermal NOx was 0 wt%, 5 wt%, 10 wt%, 20 wt%, and 30 wt%. This is a trial calculation using a gas turbine with a combustor pressure of 2.0 MPa and an air temperature of 400 ° C., assuming ethanol as the alcohol fuel and light oil as the main fuel. This is a trial calculation based on the reduction of the flame temperature and may be different from the actual operation.

その結果を図8に示す。横軸はアルコール水溶液(アルコール系燃料を混合させた水)と主燃料の比率(kg/kg)、縦軸はNOx低減率である。ここで、NOx低減率は、主燃料の燃焼ガスにサーマルNOx抑制用の水を供給した場合の排ガスのNOx濃度をN、サーマルNOx抑制用の水を供給しない場合の排ガスのNOx濃度をN0とした場合、N/N0であらわされる。   The result is shown in FIG. The horizontal axis represents the ratio (kg / kg) of the alcohol aqueous solution (water mixed with alcohol fuel) to the main fuel, and the vertical axis represents the NOx reduction rate. Here, the NOx reduction rate is expressed as NOx concentration of exhaust gas when water for suppressing thermal NOx is supplied to the combustion gas of the main fuel, N0 is NOx concentration of exhaust gas when water for suppressing thermal NOx is not supplied. In this case, it is expressed as N / N0.

図8からも明らかなように、アルコール系燃料(エタノール)の添加率が小さい場合ほどNOx低減率も小さくなっている。ただし、アルコール系燃料添加率が最も大きい30重量%の場合でも、水(エタノールを含む)と主燃料の比率を2.4まで増やすことで、NOx低減率を同比率が0のときの1/6以下に低減することが可能であることが判った。   As can be seen from FIG. 8, the NOx reduction rate decreases as the addition rate of alcohol fuel (ethanol) decreases. However, even when the alcohol fuel addition rate is the largest, 30% by weight, the NOx reduction rate is reduced to 1/0 when the ratio is 0 by increasing the ratio of water (including ethanol) to the main fuel to 2.4. It was found that it can be reduced to 6 or less.

次に、図8を単純に水と主燃料の割合で示した(図9)。横軸は水と主燃料の比率(kg/kg)、縦軸はNOx低減率である。図9からも明らかなように、アルコール系燃料の添加率を変化させても水/主燃料比率とNOx低減率との関係は殆ど変わらなかった。これはエタノールの火炎温度が低いため、エタノールの添加率を大きくしても燃焼ガス温度は殆ど変化しないからであると考えられる。即ち、主として水/主燃料比率がNOx低減率を支配しており、サーマルNOx抑制用の水にアルコール系燃料を混合してもサーマルNOx発生量にはあまり影響しないことが確認できた。つまり、本発明のようにサーマルNOx抑制用の水又は水蒸気にアルコール系燃料を混合させて燃焼室内に噴射させても、サーマルNOx発生量にはあまり影響を与えず、むしろアルコール系燃料を使用できるという利点だけが際立つことになることが確認できた。なお、主燃料の供給量は、アルコール系燃料の発熱量に相当する分だけ少なくすることができる。   Next, FIG. 8 is simply shown as the ratio of water and main fuel (FIG. 9). The horizontal axis is the ratio of water to main fuel (kg / kg), and the vertical axis is the NOx reduction rate. As is clear from FIG. 9, the relationship between the water / main fuel ratio and the NOx reduction rate hardly changed even when the alcohol fuel addition rate was changed. This is presumably because the flame temperature of ethanol is low, so that the combustion gas temperature hardly changes even if the addition rate of ethanol is increased. That is, it was confirmed that the water / main fuel ratio mainly dominates the NOx reduction rate, and even if alcohol-based fuel is mixed with water for suppressing thermal NOx, the amount of thermal NOx generated is not significantly affected. That is, even if alcohol fuel is mixed with water or water vapor for suppressing thermal NOx and injected into the combustion chamber as in the present invention, the amount of thermal NOx generated is not affected so much, and alcohol fuel can be used. It was confirmed that only the advantage of this would stand out. The supply amount of the main fuel can be reduced by an amount corresponding to the calorific value of the alcohol fuel.

1 主燃料
2 燃焼室
3 サーマルNOx抑制用の水又は水蒸気
4 アルコール系燃料
5 混合手段
6 噴射手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main fuel 2 Combustion chamber 3 Water or water vapor | steam for thermal NOx suppression 4 Alcohol-type fuel 5 Mixing means 6 Injection means

Claims (6)

主燃料の燃焼ガスにサーマルNOx抑制用の水又は水蒸気を供給する燃焼機器の燃料供給方法において、前記サーマルNOx抑制用の水又は水蒸気にアルコール系燃料を混合させて前記主燃料と一緒に又は単独で燃焼室に噴射させることを特徴とする燃焼機器の燃料供給方法。   In a fuel supply method for a combustion apparatus for supplying water or steam for suppressing thermal NOx to combustion gas of main fuel, an alcohol-based fuel is mixed with water or steam for suppressing thermal NOx and together with or alone with the main fuel A fuel supply method for combustion equipment, wherein the fuel is injected into the combustion chamber. 前記アルコール系燃料を混合させた水又は水蒸気中のアルコール濃度は60重量%未満であることを特徴とする請求項1記載の燃焼機器の燃料供給方法。   2. The fuel supply method for a combustion apparatus according to claim 1, wherein the alcohol concentration in water or water vapor mixed with the alcohol fuel is less than 60% by weight. アルコール濃度60重量%未満のアルコール水溶液を前記水又は水蒸気に混合させることを特徴とする請求項2記載の燃焼機器の燃料供給方法。   The fuel supply method for a combustion device according to claim 2, wherein an alcohol aqueous solution having an alcohol concentration of less than 60% by weight is mixed with the water or water vapor. 前記アルコール系燃料は植物由来のものであることを特徴とする請求項1記載の燃焼機器の燃料供給方法。   2. The fuel supply method for a combustion apparatus according to claim 1, wherein the alcohol fuel is derived from a plant. 前記アルコール系燃料はバイオエタノールであることを特徴とする請求項1記載の燃焼機器の燃料供給方法。   The fuel supply method for a combustion apparatus according to claim 1, wherein the alcohol fuel is bioethanol. 主燃料を燃焼させる燃焼室と、サーマルNOx抑制用の水又は水蒸気にアルコール系燃料を混合させる混合手段と、前記アルコール系燃料を混合させた水又は水蒸気を前記主燃料と一緒に又は単独で前記燃焼室に噴射させる噴射手段を備えることを特徴とする燃焼機器。   Combustion chamber for burning main fuel, mixing means for mixing alcohol fuel with water or water vapor for suppressing thermal NOx, water or water vapor mixed with the alcohol fuel together with the main fuel or alone Combustion equipment comprising injection means for injecting into a combustion chamber.
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