JP2698134B2 - 燃焼放出物を制御する方法と放出物燃焼器 - Google Patents
燃焼放出物を制御する方法と放出物燃焼器Info
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- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/34—Feeding into different combustion zones
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
- F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
- F02C3/30—Adding water, steam or other fluids for influencing combustion, e.g. to obtain cleaner exhaust gases
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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Description
【発明の詳細な説明】 この発明はガスタービン機関、更に具体的に云えば、
ガスタービン機関の排気からの望ましくない放出物を制
御する方法と装置に関する。
ガスタービン機関の排気からの望ましくない放出物を制
御する方法と装置に関する。
発明の背景 ガスタービン機関は、その中で空気の存在のもとに燃
料を燃焼させる燃焼器を持っている。機関の排気生成物
の中には種々の放出物が含まれており、そのあるものは
環境に有害である。この様な望ましくない放出物の中に
は、典型的にはNOXと呼ばれる窒素酸化物及び一酸化炭
素がある。多くの州及び地方行政機関はこの様な望まし
くない放出物を制限する厳しい条件を課してそり、業界
はこう云う厳しい条件を充たすいろいろな方法を現在捜
している。主燃焼器のドームに十分な水を噴射すれば、
NOXをかなり減少することが出来ることは前から判って
いる。例えば、十分な水を噴射すると、NOXは15容積％
の酸素を基準として、8ppmに減少することが出来る。然
し、この様に適当な量の水を導入することは、一酸化炭
素の発生量を、普通の一酸化炭素流出物の150乃至200倍
にも大幅に増加することが判っており、50メガワット
（MW）の機関装置では、毎時408kgもの一酸化炭素が放
出されることが測定されている。更に、こう云う大量の
水を導入すると、機関を運転する時、燃焼効率が典型的
には約２％低下する。
料を燃焼させる燃焼器を持っている。機関の排気生成物
の中には種々の放出物が含まれており、そのあるものは
環境に有害である。この様な望ましくない放出物の中に
は、典型的にはNOXと呼ばれる窒素酸化物及び一酸化炭
素がある。多くの州及び地方行政機関はこの様な望まし
くない放出物を制限する厳しい条件を課してそり、業界
はこう云う厳しい条件を充たすいろいろな方法を現在捜
している。主燃焼器のドームに十分な水を噴射すれば、
NOXをかなり減少することが出来ることは前から判って
いる。例えば、十分な水を噴射すると、NOXは15容積％
の酸素を基準として、8ppmに減少することが出来る。然
し、この様に適当な量の水を導入することは、一酸化炭
素の発生量を、普通の一酸化炭素流出物の150乃至200倍
にも大幅に増加することが判っており、50メガワット
（MW）の機関装置では、毎時408kgもの一酸化炭素が放
出されることが測定されている。更に、こう云う大量の
水を導入すると、機関を運転する時、燃焼効率が典型的
には約２％低下する。
大量の蒸気及び水を用いて運転される燃焼器から放出
される一酸化炭素を少なくする種々の提案がなされてい
る。１つの提案は、燃料に水素を富化することを含めた
複合方式である。別の提案は、燃焼器の炎の区域内に直
接的に水素を噴射することである。こう云う試みは、何
れも燃焼器の効率を回復させると共に、燃焼器からの流
出物としての一酸化炭素出力を減少するものである。
される一酸化炭素を少なくする種々の提案がなされてい
る。１つの提案は、燃料に水素を富化することを含めた
複合方式である。別の提案は、燃焼器の炎の区域内に直
接的に水素を噴射することである。こう云う試みは、何
れも燃焼器の効率を回復させると共に、燃焼器からの流
出物としての一酸化炭素出力を減少するものである。
この他の提案として、選択的な触媒還元装置（SCR）
を使うものがある。こう云う装置は、化学的な過程によ
り、排気流から一酸化炭素を除く。然し、この方式は副
産物としてアンモニアを発生する。他の触媒反応器は、
一酸化炭素自体を除去しようとする様な異なる方式を用
いて現在研究中である。これからも高価であって、その
中には有効かどうかこれから証明されなければならない
ものがある。
を使うものがある。こう云う装置は、化学的な過程によ
り、排気流から一酸化炭素を除く。然し、この方式は副
産物としてアンモニアを発生する。他の触媒反応器は、
一酸化炭素自体を除去しようとする様な異なる方式を用
いて現在研究中である。これからも高価であって、その
中には有効かどうかこれから証明されなければならない
ものがある。
従って、NOX及び一酸化炭素放出物の両方を許容し得
るレベルまで下げる為に、ガスタービン機関の燃焼放出
物を制御する効率のよい方法並びに装置に対する要望が
ある。
るレベルまで下げる為に、ガスタービン機関の燃焼放出
物を制御する効率のよい方法並びに装置に対する要望が
ある。
発明の要約 従って、この発明の目的は、ガスタービン機関からの
排気中の望ましくない放出物を減少するガスタービン機
関を提供することである。
排気中の望ましくない放出物を減少するガスタービン機
関を提供することである。
この発明の別の目的は、ガスタービン機関の放出物を
制御する方法を提供することである。
制御する方法を提供することである。
この発明の別の目的は、主燃焼器の他に、ガスタービ
ン機関に放出物燃焼器を設けて、ガスタービン機関の出
力の望ましくない放出物を減少することである。
ン機関に放出物燃焼器を設けて、ガスタービン機関の出
力の望ましくない放出物を減少することである。
この発明の別の目的は、主燃焼器からの排気を非常に
高い温度で局部的に燃焼させ、その後非常に高温の流れ
及び一層低温の流れを完全に混合しながら、高温の炎の
前端を流れの場全体の上に伝搬させる装置をガスタービ
ン機関に設けて、更に燃焼させることである。
高い温度で局部的に燃焼させ、その後非常に高温の流れ
及び一層低温の流れを完全に混合しながら、高温の炎の
前端を流れの場全体の上に伝搬させる装置をガスタービ
ン機関に設けて、更に燃焼させることである。
この発明の別の目的は、NOX放出物を増加せずに、ガ
スタービン機関のガス出力中の一酸化炭素の量を減少す
るのに役立つ放出物燃焼器を提供することである。
スタービン機関のガス出力中の一酸化炭素の量を減少す
るのに役立つ放出物燃焼器を提供することである。
簡単に云うと、この発明はガスタービン機関の排気中
の燃焼放出物を制御する方法を提供する。この方法は、
主燃焼器の出力を約1,649℃までの非常に高い温度で、
放出物燃焼器内の局部的な領域で燃焼させる工程を含
む。この放出物燃焼器をガスタービン機関に追加する。
局部的に燃焼させた高温の部分を、この局部的な領域の
外にあった一層低温の部分と完全に混合しながら、こう
して得られた高温の炎の前端を、流れる燃焼ガスの全面
の上に伝搬させて、一酸化炭素放出物を減少する。
の燃焼放出物を制御する方法を提供する。この方法は、
主燃焼器の出力を約1,649℃までの非常に高い温度で、
放出物燃焼器内の局部的な領域で燃焼させる工程を含
む。この放出物燃焼器をガスタービン機関に追加する。
局部的に燃焼させた高温の部分を、この局部的な領域の
外にあった一層低温の部分と完全に混合しながら、こう
して得られた高温の炎の前端を、流れる燃焼ガスの全面
の上に伝搬させて、一酸化炭素放出物を減少する。
この発明の１実施例では、装置内のNOX放出物を減少
する為に、主燃焼器に蒸気又は水を噴射によって導入す
ることにより、NOX放出物を制御する。
する為に、主燃焼器に蒸気又は水を噴射によって導入す
ることにより、NOX放出物を制御する。
この発明は、ガスタービン機関のガス流中の一酸化炭
素放出物を制御する為の、ガスタービン機関用の放出物
制御燃焼器をも対象とする。放出物制御燃焼器がハウジ
ングを有する。ハウジングの中には、局部的な領域で、
ガス流を約1,649℃までの非常に高い温度で燃焼させる
手段を設ける。局部的に燃焼させたガス流を、局部的に
燃焼させなかったガス流の一層低温の部分と完全に混合
しながら、その結果得られる高温の炎を放出物燃焼器内
で、ガス流の流路全体に伝搬させる手段をも設ける。燃
焼は約1,649℃に制限する。これは、それより高くなる
と、余分のNOXが発生されるからである。
素放出物を制御する為の、ガスタービン機関用の放出物
制御燃焼器をも対象とする。放出物制御燃焼器がハウジ
ングを有する。ハウジングの中には、局部的な領域で、
ガス流を約1,649℃までの非常に高い温度で燃焼させる
手段を設ける。局部的に燃焼させたガス流を、局部的に
燃焼させなかったガス流の一層低温の部分と完全に混合
しながら、その結果得られる高温の炎を放出物燃焼器内
で、ガス流の流路全体に伝搬させる手段をも設ける。燃
焼は約1,649℃に制限する。これは、それより高くなる
と、余分のNOXが発生されるからである。
放出物燃焼器の正確な配置は、主燃焼器の段階の一部
分にしてもよいし、或いは高圧タービンより下流側に配
置してもよい。これは動力タービンより下流側の補助バ
ーナの中に配置してもよい。
分にしてもよいし、或いは高圧タービンより下流側に配
置してもよい。これは動力タービンより下流側の補助バ
ーナの中に配置してもよい。
好ましい実施例の説明 この発明はガスタービン機関に於ける放出物の制御を
対象とする。こう云う機関では、少なくとも高圧圧縮機
と、場合によっては低圧圧縮機をも含む圧縮機部分が一
般的に設けられている。主燃焼器が設けられ、その後、
少なくとも高圧タービン、場合によっては低圧タービン
をも含むタービンが続く。
対象とする。こう云う機関では、少なくとも高圧圧縮機
と、場合によっては低圧圧縮機をも含む圧縮機部分が一
般的に設けられている。主燃焼器が設けられ、その後、
少なくとも高圧タービン、場合によっては低圧タービン
をも含むタービンが続く。
環状又は缶状主燃焼器の何れかのドームに蒸気を噴射
する。一般的に、燃焼器の炎の不安定性又は炎の消滅を
招かずに、15容積％の酸素を基準として、NOXを8ppmの
所望のレベルに下げるのに十分な蒸気又は水を噴射す
る。この噴射の結果として、機関の燃焼効率が、NOXの
減少につれて低下することが判った。同時に、更に重大
なことゝして、一酸化炭素が大幅に増加する。
する。一般的に、燃焼器の炎の不安定性又は炎の消滅を
招かずに、15容積％の酸素を基準として、NOXを8ppmの
所望のレベルに下げるのに十分な蒸気又は水を噴射す
る。この噴射の結果として、機関の燃焼効率が、NOXの
減少につれて低下することが判った。同時に、更に重大
なことゝして、一酸化炭素が大幅に増加する。
この発明は、主燃焼器の下流側に、特別の放出物燃焼
器を追加して用いる。この特別の放出物燃焼器は、最高
の熱効率で動力を最適な形で発生する為に、機関系全体
の中に取込まなければならない。
器を追加して用いる。この特別の放出物燃焼器は、最高
の熱効率で動力を最適な形で発生する為に、機関系全体
の中に取込まなければならない。
放出物燃焼器が、1,649℃までの非常に高い温度で、
局部的な領域でガス流を燃焼させるのに役立ち、その
後、局部的に燃焼させた非常に高温の部分を、ガス流の
一層低温の部分と完全に混合しながら、高温の炎の前端
をガス流全体の上に伝搬させる。
局部的な領域でガス流を燃焼させるのに役立ち、その
後、局部的に燃焼させた非常に高温の部分を、ガス流の
一層低温の部分と完全に混合しながら、高温の炎の前端
をガス流全体の上に伝搬させる。
この発明の１形式では、ガスタービン機関の主燃焼器
とは別個の放出物燃焼器内で、一酸化炭素を減少するこ
とにより、ガスタービン機関の放出物を制御する。放出
物燃焼器が局部的に非常に高い温度で燃焼させ、その後
局部的に燃焼させた非常に高温のガスを燃焼していない
流れるガスの一層低温の流れと完全に混合しながら、こ
の結果得られた高温の炎の前端を流れの場全体の上に伝
搬させる。
とは別個の放出物燃焼器内で、一酸化炭素を減少するこ
とにより、ガスタービン機関の放出物を制御する。放出
物燃焼器が局部的に非常に高い温度で燃焼させ、その後
局部的に燃焼させた非常に高温のガスを燃焼していない
流れるガスの一層低温の流れと完全に混合しながら、こ
の結果得られた高温の炎の前端を流れの場全体の上に伝
搬させる。
別の形式では、NOXを許容し得るレベルに下げる為
に、主燃焼器のドームに水又は蒸気を導入することによ
り、NOXを除く方法を利用する。その後、主燃焼器の他
に、別個の放出物燃焼器を設けることにより、一酸化炭
素を減少する。
に、主燃焼器のドームに水又は蒸気を導入することによ
り、NOXを除く方法を利用する。その後、主燃焼器の他
に、別個の放出物燃焼器を設けることにより、一酸化炭
素を減少する。
放出物燃焼器に於ける1,649℃未満での燃焼が十分低
い圧力で行なわれゝば、余分のNOXが発生することは、
あるとしても極く僅かである。然し、余分のNOXが発生
した場合、余分の蒸気を放出物燃焼器に噴射して、発生
されるNOXを減少することが出来る。経験則によると、N
OXの発生量は、夫々温度及び圧力に対してef(T)及びP
0.37に比例する。
い圧力で行なわれゝば、余分のNOXが発生することは、
あるとしても極く僅かである。然し、余分のNOXが発生
した場合、余分の蒸気を放出物燃焼器に噴射して、発生
されるNOXを減少することが出来る。経験則によると、N
OXの発生量は、夫々温度及び圧力に対してef(T)及びP
0.37に比例する。
放出物燃焼器の正確な場所は、種々の場所の内のどれ
であってもよい。具体的に云うと、放出物燃焼器を、化
学量論的な燃料対空気比に近い所で燃焼させる為に追加
した余分の燃焼器の一部分にしてもよい。具体的に云う
と、係属中の米国特許出願通し番号126,091（1987年11
月30日）（出願人控え番号13DV-9199）には、出力動力
を増加しながら、化学量論的な燃料対空気比に近い所で
の燃焼を達成する為に、主燃焼器の他に、追加の燃焼器
を配置することが記載されている。この追加の燃焼器
は、主燃焼器の段階の一部分にしてもよく、どのタービ
ンよりも上流側に、主燃焼器と一緒に設けられる。この
代りに、補助燃焼器を高圧タービンより下流側に配置す
ることが出来、低圧タービンも使う場合は、低圧タービ
ンより下流側に配置することが出来る。放出物燃焼器と
して追加の燃焼器を使う時、機関の動力出力が一層大き
くなり、化学量論的な燃料対空気比に近い所で燃焼が行
なわれると共に、一酸化炭素が減少すると云う結果が達
成される。同様に、出力動力タービンより上流側にこの
追加の放出物燃焼器を配置した場合、やはり熱効率が改
善される。然し、放出物制御装置は、動力タービンの下
流側でも、補助バーナ内に配置することも出来る。この
場合、一酸化炭素は減少し、動力出力は増加するが、熱
効率が若干低下する。
であってもよい。具体的に云うと、放出物燃焼器を、化
学量論的な燃料対空気比に近い所で燃焼させる為に追加
した余分の燃焼器の一部分にしてもよい。具体的に云う
と、係属中の米国特許出願通し番号126,091（1987年11
月30日）（出願人控え番号13DV-9199）には、出力動力
を増加しながら、化学量論的な燃料対空気比に近い所で
の燃焼を達成する為に、主燃焼器の他に、追加の燃焼器
を配置することが記載されている。この追加の燃焼器
は、主燃焼器の段階の一部分にしてもよく、どのタービ
ンよりも上流側に、主燃焼器と一緒に設けられる。この
代りに、補助燃焼器を高圧タービンより下流側に配置す
ることが出来、低圧タービンも使う場合は、低圧タービ
ンより下流側に配置することが出来る。放出物燃焼器と
して追加の燃焼器を使う時、機関の動力出力が一層大き
くなり、化学量論的な燃料対空気比に近い所で燃焼が行
なわれると共に、一酸化炭素が減少すると云う結果が達
成される。同様に、出力動力タービンより上流側にこの
追加の放出物燃焼器を配置した場合、やはり熱効率が改
善される。然し、放出物制御装置は、動力タービンの下
流側でも、補助バーナ内に配置することも出来る。この
場合、一酸化炭素は減少し、動力出力は増加するが、熱
効率が若干低下する。
一酸化炭素を燃焼によって除く他に、この発明の放出
物制御装置を使うことは、主燃焼器のドームに放射した
蒸気又は水を最初に導入したことによって失われた燃焼
効率を回復するのにも役立つ。放出物燃焼器内の余分の
熱からボイラーによって発生された蒸気が、初めは燃焼
効率が低下した主燃焼器に噴射され、こうして燃焼効率
を回復する。
物制御装置を使うことは、主燃焼器のドームに放射した
蒸気又は水を最初に導入したことによって失われた燃焼
効率を回復するのにも役立つ。放出物燃焼器内の余分の
熱からボイラーによって発生された蒸気が、初めは燃焼
効率が低下した主燃焼器に噴射され、こうして燃焼効率
を回復する。
第１図に略図で示す様に、主燃焼器を持つガスタービ
ン機関の主ガス発生器からのガスが、流路１を流れ、羽
根２を持つ動力タービンで終る。動力タービンより先
に、通路３の先に配置されるボイラー装置又は再生器の
様な復熱装置を設けてもよい。動力タービンより下流側
に配置される補助バーナ４がこの発明の特別設計の放出
物バーナ５を含み、これはこれから説明する混合シュー
ト６を持つと共に、その中に燃料及び蒸気７を導入し
て、出口ノズル８にある局部的な場所で燃焼させる。前
に説明した様に、更にNOXを減少することが要求される
場合、燃料ノズル出口９に示す様に、燃料と共に蒸気を
導入することが出来る。
ン機関の主ガス発生器からのガスが、流路１を流れ、羽
根２を持つ動力タービンで終る。動力タービンより先
に、通路３の先に配置されるボイラー装置又は再生器の
様な復熱装置を設けてもよい。動力タービンより下流側
に配置される補助バーナ４がこの発明の特別設計の放出
物バーナ５を含み、これはこれから説明する混合シュー
ト６を持つと共に、その中に燃料及び蒸気７を導入し
て、出口ノズル８にある局部的な場所で燃焼させる。前
に説明した様に、更にNOXを減少することが要求される
場合、燃料ノズル出口９に示す様に、燃料と共に蒸気を
導入することが出来る。
第２図及び第３図には、局部的な燃焼に続いて、流れ
る燃焼ガスの高温及び低温の流れの完全な混合を行なう
この発明の放出物燃焼器の内部の１例が示されている。
具体的に云うと、放出物燃焼器10が、外側の環状部分12
及び内側の環状部分14を含む二重環状装置を持ってい
る。外側の環状部分は外壁16によって区切られている。
内側の環状部分は内壁18によって区切られている。内壁
20が２つの環状部分を隔てる様に作用する。典型的に
は、二重環状部分が、混合を一層よくする為に、燃焼部
より下流側で１つの環体に吐出する。
る燃焼ガスの高温及び低温の流れの完全な混合を行なう
この発明の放出物燃焼器の内部の１例が示されている。
具体的に云うと、放出物燃焼器10が、外側の環状部分12
及び内側の環状部分14を含む二重環状装置を持ってい
る。外側の環状部分は外壁16によって区切られている。
内側の環状部分は内壁18によって区切られている。内壁
20が２つの環状部分を隔てる様に作用する。典型的に
は、二重環状部分が、混合を一層よくする為に、燃焼部
より下流側で１つの環体に吐出する。
各々の環状部分の中に上側混合シュート22及び下側混
合シュート24が設けられている。各々の混合シュート2
2,24が隣りの混合シュート22a,24aに相互接続されると
云う様にして、環状部分12の全周に沿って連続的な装置
を形成している。環状部分14にも同じ配置が設けられて
いる。
合シュート24が設けられている。各々の混合シュート2
2,24が隣りの混合シュート22a,24aに相互接続されると
云う様にして、環状部分12の全周に沿って連続的な装置
を形成している。環状部分14にも同じ配置が設けられて
いる。
互いに接続された混合シュートは、放出物燃焼器の環
状部分に沿って円周方向に配置された正弦波形の捩れリ
ボンと見なすことが出来る。特定の１つの混合シュート
22を解析すれば、混合シュートが前側先端26を持ってい
て後に進むにつれて上向きに伸びる円錐面28に沿って後
向きに進むことが判る。下側の混合シュート24にも同様
な円錐面30が設けられている。
状部分に沿って円周方向に配置された正弦波形の捩れリ
ボンと見なすことが出来る。特定の１つの混合シュート
22を解析すれば、混合シュートが前側先端26を持ってい
て後に進むにつれて上向きに伸びる円錐面28に沿って後
向きに進むことが判る。下側の混合シュート24にも同様
な円錐面30が設けられている。
上側及び下側の円錐部分28,30が実効的に、上流側の
ガス発生器からガス流に対する漏斗を形成する。漏斗の
中心に、管34の出口32を配置し、この管には非常に高い
温度でガス流を局部的に燃焼させる為の燃料を供給す
る。この燃焼が一層局部的になる様にする為、出口32の
周りに小さな旋回カップ36を配置することが出来る。燃
焼が低い圧力で達成されゝば、燃料だけを噴出してもよ
い。然し、余分のNOXが形成されるのを除く必要がある
場合、燃料及び蒸気の両方を噴射することが出来る。
ガス発生器からガス流に対する漏斗を形成する。漏斗の
中心に、管34の出口32を配置し、この管には非常に高い
温度でガス流を局部的に燃焼させる為の燃料を供給す
る。この燃焼が一層局部的になる様にする為、出口32の
周りに小さな旋回カップ36を配置することが出来る。燃
焼が低い圧力で達成されゝば、燃料だけを噴出してもよ
い。然し、余分のNOXが形成されるのを除く必要がある
場合、燃料及び蒸気の両方を噴射することが出来る。
隣合った混合シュートの漏斗部分の間に、下向きに傾
斜した円錐面又は逃げ路が設けられている。具体的に云
うと、部分22及び22aの間に、下向きの角度を付けた円
錐面38がある。隣合った部分24、24aの間に上向きの、
それと対をなす面40がある。これらの向き合う円錐面
が、燃焼ガスの内、局部的な燃焼に関係ない部分の流れ
の向きを変える。このガスは、局部的な燃焼領域で加熱
されたガスよりも一層低温である。一層低温のガスが向
い合う円錐面に沿って流れ、主燃焼器からの燃焼ガスの
局部的な燃焼によって生じた燐接する漏斗部分の加熱さ
れたガスと混合される。冷却ルーバ42,44を円錐面38,40
から上向きに張出して、一層低温のガスの指向性を更に
強めると共に、一層低温のガス部分及び加熱されたガス
部分の混合を助けて、高温の金属面を冷却することが出
来る。上側の混合シュート22の壁に環状流路46を切込
み、下側の混合シュート24に対応する環状流路48を切込
む。上側の環体12だけを説明したが、下側の環体14も同
一の構成になっていることを承知されたい。
斜した円錐面又は逃げ路が設けられている。具体的に云
うと、部分22及び22aの間に、下向きの角度を付けた円
錐面38がある。隣合った部分24、24aの間に上向きの、
それと対をなす面40がある。これらの向き合う円錐面
が、燃焼ガスの内、局部的な燃焼に関係ない部分の流れ
の向きを変える。このガスは、局部的な燃焼領域で加熱
されたガスよりも一層低温である。一層低温のガスが向
い合う円錐面に沿って流れ、主燃焼器からの燃焼ガスの
局部的な燃焼によって生じた燐接する漏斗部分の加熱さ
れたガスと混合される。冷却ルーバ42,44を円錐面38,40
から上向きに張出して、一層低温のガスの指向性を更に
強めると共に、一層低温のガス部分及び加熱されたガス
部分の混合を助けて、高温の金属面を冷却することが出
来る。上側の混合シュート22の壁に環状流路46を切込
み、下側の混合シュート24に対応する環状流路48を切込
む。上側の環体12だけを説明したが、下側の環体14も同
一の構成になっていることを承知されたい。
燃焼は、主燃焼器に於ける温度よりも一層的に低い温
度で行なうことが出来る。１次区域に於ける温度は、平
均して、破線50で示す燃焼用楕円部分の内部で、1,482
℃から約１、649℃までゞある。これより高い温度で
は、余分のNOXが発生される。表Ｉに示す例では、天然
ガスを使った。放出物燃焼器に入る汚れた空気は453℃
であった。これが局部的に加熱されない、ガスの一層低
温の部分の温度を表わす。この後、約1,649℃までの、
局部的に加熱された部分が一層低温の部分と混合され、
放出物燃焼器の出口に於ける合成温度は731℃であり、
温度上昇は約260℃であった。放出物燃焼器に入る時の
温度は、機関内の配置に応じて、平均して約454℃乃至
1,093℃であった。
度で行なうことが出来る。１次区域に於ける温度は、平
均して、破線50で示す燃焼用楕円部分の内部で、1,482
℃から約１、649℃までゞある。これより高い温度で
は、余分のNOXが発生される。表Ｉに示す例では、天然
ガスを使った。放出物燃焼器に入る汚れた空気は453℃
であった。これが局部的に加熱されない、ガスの一層低
温の部分の温度を表わす。この後、約1,649℃までの、
局部的に加熱された部分が一層低温の部分と混合され、
放出物燃焼器の出口に於ける合成温度は731℃であり、
温度上昇は約260℃であった。放出物燃焼器に入る時の
温度は、機関内の配置に応じて、平均して約454℃乃至
1,093℃であった。
放出物燃焼器の組合せ環体が、半径線52に沿って示さ
れており、燃焼器全体を線54で示してある。
れており、燃焼器全体を線54で示してある。
外側の混合シュート22は外壁16から支柱56によって支
持される。同様な支柱58が内側の混合シュート24を内壁
20から保持している。混合シュートの特定の構造では、
加熱されたガスが、ハウジングの外壁から遠ざかって、
燃焼器の内部に保持されることに注意されたい。低温の
ガスがハウジングの壁に隣接して通過する。こうしてハ
ウジングは寿命が一層長くなる様に保つことが出来る。
持される。同様な支柱58が内側の混合シュート24を内壁
20から保持している。混合シュートの特定の構造では、
加熱されたガスが、ハウジングの外壁から遠ざかって、
燃焼器の内部に保持されることに注意されたい。低温の
ガスがハウジングの壁に隣接して通過する。こうしてハ
ウジングは寿命が一層長くなる様に保つことが出来る。
第４図及び第５図には、第２図及び第３図に示したの
と同様な実施例が示されており、従って同様な部分には
同じ参照数字を用いている。然し、第４図及び第５図に
示す構成では、外側環体12及び内側環体14で、シュート
22,24の構造が互いに整合していることが認められよ
う。こうすることにより、外側環体12内の通路60、及び
内側環体14内の冷たい空気に対する隣接する部分62を流
れる冷たい空気が隣接して、一体の流路を形成する。こ
れを第２図及び第３図に示す構成と比較すれば、通路6
0,62がずれていることが認められよう。内側環体14内の
構成全体が外側環体12内の構成からずれている。第２図
及び第３図に示す構成の方が混合作用がよい。然し、第
４図及び第５図の構造の方が作り易いことがある。
と同様な実施例が示されており、従って同様な部分には
同じ参照数字を用いている。然し、第４図及び第５図に
示す構成では、外側環体12及び内側環体14で、シュート
22,24の構造が互いに整合していることが認められよ
う。こうすることにより、外側環体12内の通路60、及び
内側環体14内の冷たい空気に対する隣接する部分62を流
れる冷たい空気が隣接して、一体の流路を形成する。こ
れを第２図及び第３図に示す構成と比較すれば、通路6
0,62がずれていることが認められよう。内側環体14内の
構成全体が外側環体12内の構成からずれている。第２図
及び第３図に示す構成の方が混合作用がよい。然し、第
４図及び第５図の構造の方が作り易いことがある。
何れにせよ、第２図及び第３図、又は第４図及び第５
図に示す特定の構造は、例えば1,649℃までの非常に高
い温度で、局部的に燃焼させ、その後非常に高温の流れ
及び一層低温の流れを一層低い温度で完全に混合しなが
ら、高温の炎の前端をガス流の全体の上に伝搬させる方
法を達成する１例に過ぎないことを承知されたい。この
発明のこの方法を達成するこの他の形式の構造的な構成
も用いることが出来る。こう云う構造は、一酸化炭素を
許容し得るレベルに少なくする為に、主燃焼器の下流側
に配置された追加のバーナ内に配置される。
図に示す特定の構造は、例えば1,649℃までの非常に高
い温度で、局部的に燃焼させ、その後非常に高温の流れ
及び一層低温の流れを一層低い温度で完全に混合しなが
ら、高温の炎の前端をガス流の全体の上に伝搬させる方
法を達成する１例に過ぎないことを承知されたい。この
発明のこの方法を達成するこの他の形式の構造的な構成
も用いることが出来る。こう云う構造は、一酸化炭素を
許容し得るレベルに少なくする為に、主燃焼器の下流側
に配置された追加のバーナ内に配置される。
表Ｉに示す様に、主燃焼器のドームに蒸気を導入する
ことにより、NOXを35PPMから8PPMまで下げて、NOX放出
物の所要のレベルに合せることが出来る。然し、その
時、一酸化炭素が毎時3.18kgから毎時397kgまで増加す
る。機関が、流れの場全体にわたって0.995の効率を持
つ様な非常に効率のよい放出物バーナを支える様に設計
した場合、一酸化炭素はもとの毎時3.18kgのレベル近く
まで再び下げることが出来る。主燃焼器に蒸気を導入す
る結果として、燃焼効率が約２％低下することに注意さ
れたい。然し、放出物バーナに於ける２％の効率の回復
によって発生される熱が、主燃焼器の周りの追加の蒸気
として、主燃焼器に送り返される。約260℃までの補助
的な温度上昇が生ずるまで燃焼させることによって発生
される余分の蒸気も、出来る限り全てのタービン段より
前方で、機関に噴射される。
ことにより、NOXを35PPMから8PPMまで下げて、NOX放出
物の所要のレベルに合せることが出来る。然し、その
時、一酸化炭素が毎時3.18kgから毎時397kgまで増加す
る。機関が、流れの場全体にわたって0.995の効率を持
つ様な非常に効率のよい放出物バーナを支える様に設計
した場合、一酸化炭素はもとの毎時3.18kgのレベル近く
まで再び下げることが出来る。主燃焼器に蒸気を導入す
る結果として、燃焼効率が約２％低下することに注意さ
れたい。然し、放出物バーナに於ける２％の効率の回復
によって発生される熱が、主燃焼器の周りの追加の蒸気
として、主燃焼器に送り返される。約260℃までの補助
的な温度上昇が生ずるまで燃焼させることによって発生
される余分の蒸気も、出来る限り全てのタービン段より
前方で、機関に噴射される。
追加のバーナを利用すると、軸馬力出力が増加する。
然し、前に説明した様に、動力タービンより下流側に放
出物燃焼器を配置することにより、装置の熱効率が若干
低下する。それでも、放出物燃焼器を動力タービンの後
に配置することによっても、一酸化炭素及びNOXを許容
し得るレベルまで少なくすることが出来る。然し、前に
引用した係属中の米国特許出願に示した様に、後でも説
明するが、放出物燃焼器を動力タービンより上流側に配
置することも出来、こうすることによって熱効率も改善
される。
然し、前に説明した様に、動力タービンより下流側に放
出物燃焼器を配置することにより、装置の熱効率が若干
低下する。それでも、放出物燃焼器を動力タービンの後
に配置することによっても、一酸化炭素及びNOXを許容
し得るレベルまで少なくすることが出来る。然し、前に
引用した係属中の米国特許出願に示した様に、後でも説
明するが、放出物燃焼器を動力タービンより上流側に配
置することも出来、こうすることによって熱効率も改善
される。
第６図には、放出物燃焼器90を動力タービン92より上
流側、そして高圧タービン94又は低圧タービン96より下
流側に配置することが略図で示されている。この場合
も、放出物制御装置98を設け、これに対して燃料噴射ノ
ズル100,102から供給して、局部的に燃焼させると共
に、局部的に燃焼させた加熱ガスをノズルの周りを流れ
る一層低温のガスとこの後で混合させる。動力タービン
の出力には、復熱装置104が設けられ、そこで回転子の
推力平衡ピストン装置から再生した空気又は蒸気を前側
に噴射する為に利用することが出来る。
流側、そして高圧タービン94又は低圧タービン96より下
流側に配置することが略図で示されている。この場合
も、放出物制御装置98を設け、これに対して燃料噴射ノ
ズル100,102から供給して、局部的に燃焼させると共
に、局部的に燃焼させた加熱ガスをノズルの周りを流れ
る一層低温のガスとこの後で混合させる。動力タービン
の出力には、復熱装置104が設けられ、そこで回転子の
推力平衡ピストン装置から再生した空気又は蒸気を前側
に噴射する為に利用することが出来る。
第７図には、復軸108によって駆動される低圧及び高
圧圧縮機104,106を有する機関103が略図で示されてい
る。圧縮機は高圧タービン110及び低圧タービン112によ
って制御される。出力が動力タービン114を通り、その
後蒸気を再生する為の圧力ボイラー116が設けられてい
る。この蒸気がタービンより前側に噴射される。蒸気が
加熱器118によって過熱される。
圧圧縮機104,106を有する機関103が略図で示されてい
る。圧縮機は高圧タービン110及び低圧タービン112によ
って制御される。出力が動力タービン114を通り、その
後蒸気を再生する為の圧力ボイラー116が設けられてい
る。この蒸気がタービンより前側に噴射される。蒸気が
加熱器118によって過熱される。
主燃焼器120はそのドーム内に過熱蒸気が噴射される
と共に、そのドームの周りに過熱蒸気が噴射される。主
燃焼器の出力が噴射された冷却用蒸気122の場の中に吐
出される。この冷却用蒸気が、高圧タービンがした様
に、その温度を約260℃に下げる。別の段階の燃焼器124
を設けて、流れの場の温度を再び等に260℃上昇させ
る。この段階の燃焼器は、放出物制御装置126を設ける
と共に、ノズル128に燃料を供給する手段を設け、局部
的に燃焼させ、その後加熱されたガス及び冷却されたガ
スを混合することによって、放出物燃焼器として作用す
る。
と共に、そのドームの周りに過熱蒸気が噴射される。主
燃焼器の出力が噴射された冷却用蒸気122の場の中に吐
出される。この冷却用蒸気が、高圧タービンがした様
に、その温度を約260℃に下げる。別の段階の燃焼器124
を設けて、流れの場の温度を再び等に260℃上昇させ
る。この段階の燃焼器は、放出物制御装置126を設ける
と共に、ノズル128に燃料を供給する手段を設け、局部
的に燃焼させ、その後加熱されたガス及び冷却されたガ
スを混合することによって、放出物燃焼器として作用す
る。
従って、段階形燃焼器は動力出力及び熱効率を高め、
燃焼を化学量論的な燃料−空気比に接近させるだけでな
く、NOX及び一酸化炭素放出物を減少させる。
燃焼を化学量論的な燃料−空気比に接近させるだけでな
く、NOX及び一酸化炭素放出物を減少させる。
この発明の考えは、ISTIG装置や、主燃焼器及び任意
の種類の排気復熱装置を用いる任意の装置を含めて、二
重及び三重回転子機関にも適用されることを承知された
い。放出物燃焼器は、復熱又は空気／ガス熱交換器を取
入れた同等の性能を持つ機関としても作用する。この発
明の考えのはっきりとした利点は、簡単であることであ
る。これは水素富化燃料、指向性をもって噴射する水素
ガス、水素発生器又は供給源、SCR、接触コンバータ等
を必要としない。
の種類の排気復熱装置を用いる任意の装置を含めて、二
重及び三重回転子機関にも適用されることを承知された
い。放出物燃焼器は、復熱又は空気／ガス熱交換器を取
入れた同等の性能を持つ機関としても作用する。この発
明の考えのはっきりとした利点は、簡単であることであ
る。これは水素富化燃料、指向性をもって噴射する水素
ガス、水素発生器又は供給源、SCR、接触コンバータ等
を必要としない。
放出物制御装置を含めた特別設計の追加のバーナは、
耐久力があると共に、ボイラー装置に対する全体的な流
れの場にわたって、優れた平均燃焼効率を持っていなけ
ればならない。バーナの推定温度上昇は、260℃程度で
ある。この様な設計の目標とする所は、発生された増分
的な分量の蒸気を、最初に燃焼効率が低下し、何よりも
一酸化炭素を生成した燃焼器に噴射することである。こ
の為、効率の効果が回復する。
耐久力があると共に、ボイラー装置に対する全体的な流
れの場にわたって、優れた平均燃焼効率を持っていなけ
ればならない。バーナの推定温度上昇は、260℃程度で
ある。この様な設計の目標とする所は、発生された増分
的な分量の蒸気を、最初に燃焼効率が低下し、何よりも
一酸化炭素を生成した燃焼器に噴射することである。こ
の為、効率の効果が回復する。
この発明を特定の例及び実施例について説明したが、
当業者であれば、特許請求の範囲によって定められたこ
の発明の範囲内で、この他の変更が可能であることが理
解されよう。
当業者であれば、特許請求の範囲によって定められたこ
の発明の範囲内で、この他の変更が可能であることが理
解されよう。
第１図は補助燃焼器の一部分として、動力タービンの下
流側に放出物燃焼器を用いた１例を示す略図、 第２図は燃焼器の後側から、燃焼器の前側を見た、放出
物燃焼器の一部分を垂直断面で示す略図、 第３図は第２図に示した実施例の側面図、 第４図は第２図と同様な図であるが、この発明の別の実
施例を示す。 第５図は第４図の側面図、 第６図は動力タービンより上流側、そして高圧タービン
又は低圧タービンより下流側に放出物燃焼器を配置した
場合を示す略図、 第７図は主燃焼器の段階の一部分として、放出物燃焼器
を用いた場合を示す略図である。 主な符号の説明 12:外側環状部分 14:内側環状部分 22,24:混合シュート 34:管
流側に放出物燃焼器を用いた１例を示す略図、 第２図は燃焼器の後側から、燃焼器の前側を見た、放出
物燃焼器の一部分を垂直断面で示す略図、 第３図は第２図に示した実施例の側面図、 第４図は第２図と同様な図であるが、この発明の別の実
施例を示す。 第５図は第４図の側面図、 第６図は動力タービンより上流側、そして高圧タービン
又は低圧タービンより下流側に放出物燃焼器を配置した
場合を示す略図、 第７図は主燃焼器の段階の一部分として、放出物燃焼器
を用いた場合を示す略図である。 主な符号の説明 12:外側環状部分 14:内側環状部分 22,24:混合シュート 34:管
Claims (4)
- 【請求項１】ガス流を発生する様に主燃焼器温度で動作
する主燃焼器を持つガスタービン機関の燃焼放出物を制
御する方法に於て、前記ガス流の一部分を前記主燃焼器
温度より低い温度で、放出物燃焼器内で局部的に燃焼さ
せて、前記ガス流の局部的に加熱された高温の部分を作
り、前記ガス流の局部的に加熱された部分を、前記ガス
流の内、局部的に燃焼させていないで、前記ガス流の一
層低温の部分である部分と完全に混合しながら、その結
果得られた高温の炎前端を前記ガス流の上に伝搬させ
て、一酸化炭素放出物を減少する工程を含む方法。 - 【請求項２】主燃焼器温度で動作してガス流を発生する
主燃焼器を含むガス機関の一酸化炭素放出物を制御する
ガスタービン機関用の放出物燃焼器に於て、 ハウジングと、 該ハウジング内で、前記ガス流の内、前記主燃焼器温度
より低い温度を持つ部分を局部的に燃焼させて、前記ガ
ス流の局部的に加熱された部分を作る手段と、 前記ガス流の局部的に加熱された部分を、ハウジング内
でガス流の加熱されていない一層低温の部分と完全に混
合しながら、その結果得られたハウジング内の高温の炎
を全体のガス流の上に伝搬させる手段とを有する放出物
燃焼器。 - 【請求項３】局部的に燃焼させる手段が、前記ハウジン
グに燃料を導入する複数個のノズル出口を有する請求項
２記載の放出物燃焼器。 - 【請求項４】前記混合する手段が、前記ハウジング内に
配置された複数個の混合シュートを持ち、該混合シュー
トが前記ガス流の加熱された部分に対する流路、前記ガ
ス流の加熱されていない一層低温の部分に対する流路、
及び加熱された部分を加熱されていない一層の低温の部
分と完全に混合する為の合流部分とを有する請求項２記
載の放出物燃焼器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/126,092 US4893468A (en) | 1987-11-30 | 1987-11-30 | Emissions control for gas turbine engine |
| US126,092 | 1987-11-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01208525A JPH01208525A (ja) | 1989-08-22 |
| JP2698134B2 true JP2698134B2 (ja) | 1998-01-19 |
Family
ID=22422962
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63301146A Expired - Fee Related JP2698134B2 (ja) | 1987-11-30 | 1988-11-30 | 燃焼放出物を制御する方法と放出物燃焼器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4893468A (ja) |
| EP (1) | EP0319246B1 (ja) |
| JP (1) | JP2698134B2 (ja) |
| DE (1) | DE3889301T2 (ja) |
Families Citing this family (46)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5891584A (en) * | 1991-03-25 | 1999-04-06 | General Electric Company | Coated article for hot hydrocarbon fluid and method of preventing fuel thermal degradation deposits |
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| US5247792A (en) * | 1992-07-27 | 1993-09-28 | General Electric Company | Reducing thermal deposits in propulsion systems |
| US6289666B1 (en) * | 1992-10-27 | 2001-09-18 | Ginter Vast Corporation | High efficiency low pollution hybrid Brayton cycle combustor |
| DE19508018A1 (de) * | 1995-03-07 | 1996-09-12 | Abb Management Ag | Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage |
| DE19651882A1 (de) * | 1996-12-13 | 1998-06-18 | Asea Brown Boveri | Verfahren zur Frequenzstützung beim Betrieb einer Kraftwerksanlage |
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