JP2843035B2 - Gas turbine combustor - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、触媒を用いて燃料を燃焼させるガスター
ビン燃焼器に関し、さらに詳しくはガスタービン発電シ
ステム等に用いられる窒素酸化物（NOx）の発生の少な
いガスタービン燃焼器に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a gas turbine combustor that burns fuel using a catalyst, and more particularly to a method for reducing nitrogen oxides (NOx) used in a gas turbine power generation system and the like. The present invention relates to a gas turbine combustor that generates less gas.
（従来の技術） 近年、石油資源等の枯渇化に伴ない、種々の代替エネ
ルギが要求されているが、同時にエネルギ資源の効率的
な使用も要求されている。これらの要求に答えるものの
中には、例えば燃料として天然ガスを使用するガスター
ビン・スチームタービン複合サイクル発電システム、あ
るいは石炭ガス化ガスタービン・スチームタービン複合
サイクル発電システムであり、現在検討されつつある。(Prior Art) In recent years, with the depletion of petroleum resources and the like, various alternative energies are required, but at the same time, efficient use of energy resources is also required. Among those that meet these requirements are, for example, a gas turbine / steam turbine combined cycle power generation system using natural gas as a fuel, or a coal gasification gas turbine / steam turbine combined cycle power generation system, which is currently being studied.
これらのガスタービン・スチームタービン複合サイク
ル発電システムは、化石燃料を使用した従来のスチーム
タービンによる発電システムに比較して発電効率が高い
ため、将来生産量の増加が予想される天然ガスや石炭ガ
ス等の燃料を有効に電力に変換できる発電システムとし
て期待されている。These gas turbine / steam turbine combined cycle power generation systems have higher power generation efficiencies than conventional steam turbine power generation systems using fossil fuels, so natural gas, coal gas, etc. It is expected as a power generation system that can effectively convert any fuel into electric power.
このようなガスタービン発電システムに使用されてい
るガスタービン燃焼器では、従来より燃料と空気との混
合ガスをスパークプラグ等を用いて着火して均一な燃焼
を行っている。第６図に従来のガスタービン燃焼器の一
例が示されている。このガスタービン燃焼器において
は、燃焼ノズル１から噴射された燃料２が燃焼用空気３
と混合され、スパークプラグ４により着火されて燃焼す
る。そして、燃焼した気体、すなわち燃焼ガスは、冷却
空気５及び希釈空気６が加えられて、所定のタービン入
口温度まで冷却、希釈された後、タービンノズル７から
ガスタービン内に噴射される。８はスワラーである。In a gas turbine combustor used in such a gas turbine power generation system, conventionally, a mixed gas of fuel and air is ignited using a spark plug or the like to perform uniform combustion. FIG. 6 shows an example of a conventional gas turbine combustor. In this gas turbine combustor, fuel 2 injected from a combustion nozzle 1 is used for combustion air 3
And is ignited by the spark plug 4 and burns. The burned gas, that is, the combustion gas, is cooled and diluted to a predetermined turbine inlet temperature by adding the cooling air 5 and the dilution air 6, and then injected into the gas turbine from the turbine nozzle 7. 8 is a swirler.
このような従来のガスタービン燃焼器における重大な
問題点の一つは、燃料の燃焼時に多量のNOxが生成して
環境汚染等の悪影響を及ぼすことである。そして、この
NOxが生成する理由は、燃料の燃焼時において、燃焼器
内には部分的に2000℃を超える高温部が存在することに
ある。One of the serious problems in such a conventional gas turbine combustor is that a large amount of NOx is generated at the time of fuel combustion and adversely affects environmental pollution and the like. And this
The reason why NOx is generated is that a high temperature portion exceeding 2000 ° C. partially exists in the combustor during fuel combustion.
このようなガスタービン燃焼器の問題点を解決するた
めに、種々の燃焼方式が検討されており、最近では固相
触媒を用いた触媒燃焼方式が提案されている。この触媒
燃焼方式は、触媒を用いており、通常の燃焼器では燃焼
しない稀薄な燃料を燃焼させることができ、そのため燃
焼温度はNOxが発生する程には高温にならない。また、
タービン入口温度も従来のものと変わりないものとする
ことが可能である。In order to solve such problems of the gas turbine combustor, various combustion systems have been studied, and recently, a catalytic combustion system using a solid phase catalyst has been proposed. This catalytic combustion method uses a catalyst and can burn a lean fuel that cannot be burned by a normal combustor, so that the combustion temperature does not become high enough to generate NOx. Also,
The turbine inlet temperature can be the same as the conventional one.
第７図は、触媒燃焼方式に用いる燃焼器の一例であ
る。図中の符号のうち第６図に示したものと同一のもの
はそれぞれ同一の要素を表わしている。この燃焼器は、
副ノズル９を備えると共に、ガス流路上に触媒体10を備
えることが構造上の特徴である。触媒体10には、通常、
ハニカム構造の燃焼触媒が充填されていて、ここで燃料
と空気の混合気体が燃焼させられる。FIG. 7 is an example of a combustor used for the catalytic combustion system. The same reference numerals as those shown in FIG. 6 indicate the same elements. This combustor
It is a structural feature that the auxiliary nozzle 9 is provided and the catalyst body 10 is provided on the gas flow path. In the catalyst body 10, usually,
It is filled with a combustion catalyst having a honeycomb structure, in which a mixed gas of fuel and air is burned.
しかしながら、このようなガスタービン燃焼器にも、
次のような問題点がある。つまり、ガスタービンで要求
されるタービンへの噴射燃料ガス温度は約1100℃程度で
あるため、その温度まで混合ガスを触媒体で燃焼させた
場合、触媒体はそれ自身は1100℃より高温度まで加熱さ
れて触媒体が損壊してしまうという問題点である。本発
明の発明者らの実験においても、触媒体10の温度が1100
〜1300℃まで昇温してしまうことが確認されている。そ
のような状況下にあるにも拘らず、1100〜1300℃の高温
下での耐性に優れた触媒体が現状では存在しない。However, such gas turbine combustors also have
There are the following problems. In other words, since the temperature of the fuel gas injected into the turbine required for a gas turbine is about 1100 ° C, if the mixed gas is burned with a catalytic body to that temperature, the catalytic body itself will rise to a temperature higher than 1100 ° C. There is a problem that the catalyst body is damaged by being heated. In the experiments of the present inventors, the temperature of the catalyst body 10 was 1100.
It has been confirmed that the temperature rises to ~ 1300 ° C. Despite such a situation, there is no catalyst body excellent in resistance at a high temperature of 1100 to 1300 ° C at present.
そこで、本発明者らは、触媒体10の下流における気相
燃焼を有効に利用し、触媒体10への熱による負荷を低減
せしめた触媒燃焼法を先に提案した（特願昭58−229967
号）。この方法は、第８図に示すように、まず燃料２と
空気３との混合ガスを触媒体10で燃焼させる方法であ
る。通常、触媒体10においては、燃焼性燃料を用いる場
合、触媒反応による燃焼と気相燃焼とが同時に生起する
が、上記の提案においては、触媒反応による燃焼のみが
生起するように混合ガスの燃料濃度、温度、流量などを
コントロールしている。したがって、触媒体は気相燃焼
を伴なわないので高温にはならず、燃料もその一部だけ
が燃焼して、未燃燃料を含む燃焼ガス触媒体10から排出
される。Therefore, the present inventors have previously proposed a catalytic combustion method in which the gas-phase combustion downstream of the catalyst body 10 is effectively used to reduce the heat load on the catalyst body 10 (Japanese Patent Application No. 58-229967).
issue). In this method, as shown in FIG. 8, first, a mixed gas of fuel 2 and air 3 is burned by a catalyst 10. Normally, when a combustible fuel is used in the catalyst body 10, combustion by a catalytic reaction and gas-phase combustion occur simultaneously, but in the above proposal, the fuel of the mixed gas is generated so that only the combustion by the catalytic reaction occurs. It controls concentration, temperature, flow rate, etc. Therefore, since the catalyst does not involve gas-phase combustion, it does not reach a high temperature, and only a part of the fuel is burned and discharged from the combustion gas catalyst 10 containing unburned fuel.
上記の提案においては、排出された燃焼ガスに対し
て、さらに第８図に示す触媒体10の下流に設けられた燃
料供給関11より新たに燃料を加えることにより、そのガ
ス中における燃料濃度を高めて触媒体10の下流で気相燃
焼を生起させ、燃焼ガスの高温化を可能とした。このこ
とにより、触媒体の骨音劣化をなくすと共に低NOx完全
燃焼を達成したのである。なお、空気の全供給量に対す
る燃料の全供給量の割合を高くすればNOxの発生量も多
くなるが、その分、ガスタービンに供給する燃料ガスを
高温にすることができる。In the above proposal, the fuel concentration in the gas is increased by newly adding fuel to the discharged combustion gas from a fuel supply unit 11 provided downstream of the catalyst body 10 shown in FIG. By raising the temperature, gas-phase combustion is generated downstream of the catalyst body 10, and the temperature of the combustion gas can be increased. As a result, bone noise of the catalyst body was not deteriorated, and low NOx complete combustion was achieved. In addition, if the ratio of the total supply amount of fuel to the total supply amount of air is increased, the generation amount of NOx is increased, but the fuel gas supplied to the gas turbine can be set to a higher temperature.
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記提案における触媒体下流での気相
燃焼には、次のような問題点がある。それは、触媒体10
から排出された燃焼ガスの流れに対して、燃料供給管11
より空気が混合されていない高濃度の燃料を加えるため
に生ずる燃料濃度分布の不均一である。すなわち、触媒
性10の下流において、部分的に燃料濃度の高い場所と低
い場所とが生ずるのである。その結果、部分的に燃料濃
度が高い場所では、その燃焼温度が高くならざるを得
ず、NOxの発生を招くのである。(Problems to be Solved by the Invention) However, the gas-phase combustion downstream of the catalyst body in the above proposal has the following problems. It is the catalyst body 10
The flow of the combustion gas discharged from the
The non-uniformity of the fuel concentration distribution caused by adding a higher concentration of fuel with less air mixing. That is, downstream of the catalytic property 10, there are places where the fuel concentration is high and places where the fuel concentration is low. As a result, in a place where the fuel concentration is partially high, the combustion temperature must be high, and NOx is generated.
このような問題点を解決するために、触媒体10の下流
側に燃料濃度分布を均一化するような燃料供給部が望ま
れる。このような燃料供給部としては、燃焼器内部から
燃料を供給する方式と、燃焼器殻壁12から燃焼器内へ燃
料を噴出させる方式がある。In order to solve such a problem, a fuel supply unit that makes the fuel concentration distribution uniform downstream of the catalyst body 10 is desired. As such a fuel supply unit, there are a method of supplying fuel from inside the combustor and a method of ejecting fuel from the combustor shell wall 12 into the combustor.
燃料濃度分布の均一性を得るには燃焼器内部から燃料
を供給する方式の方が容易であるが、高温ガス中に燃料
供給をさらすことになるためには燃料供給部の冷却を行
う必用があり、構造の複雑さ及び高温下での燃料供給部
の信頼性問題から上記問題点を解決するまでには至って
いない。It is easier to supply fuel from the inside of the combustor to obtain a uniform fuel concentration distribution, but it is necessary to cool the fuel supply section to expose the fuel supply to the high-temperature gas. However, due to the complexity of the structure and the reliability of the fuel supply unit at high temperatures, the above problems have not been solved.
一方、燃料器当殻壁12から燃料を燃焼器内へ噴出させ
る方式は、燃料供給部の耐熱性上の問題はないが、燃料
濃度分布の均一性を得るためには所定の燃料の貫通距離
を得る必要がある。この燃料の貫通距離は、燃料圧に大
きく依存するが、燃焼器が大型になると所定の燃料圧で
は燃料の貫通距離が十分に得られない問題点がある。On the other hand, the method of injecting fuel into the combustor from the fuel container shell wall 12 has no problem with the heat resistance of the fuel supply unit, but in order to obtain uniformity of the fuel concentration distribution, a predetermined fuel penetration distance is required. You need to get The penetration distance of the fuel greatly depends on the fuel pressure. However, when the size of the combustor becomes large, there is a problem that a sufficient penetration distance of the fuel cannot be obtained at a predetermined fuel pressure.
この発明は、このような従来の問題点に鑑みなされた
もので、触媒体の下流に、おいて燃焼ガスに対して燃料
を十分均一に混合することができ、触媒体を高温度にさ
らすことにより損傷することがなく、しかもNOxの発生
を抑制することのできるガスタービン燃焼器を提供する
ことを目的とする。The present invention has been made in view of such a conventional problem, and it is possible to sufficiently mix the fuel with the combustion gas downstream of the catalyst and to expose the catalyst to a high temperature. It is an object of the present invention to provide a gas turbine combustor that is not damaged by the gas turbine and can suppress generation of NOx.
（課題を解決するための手段） 前述のごとき従来の問題に鑑みて、本発明は、酸化性
気体と燃料とから成る混合ガスの供給部と、この混合ガ
スの供給部の下流に設置された触媒燃焼用の触媒体と、
この触媒体の下流に、ガス流方向に対して直交する方向
に並列に設置されかつ互いに独立した複数の管状の分割
流路と、これらの分割流路の下流に形成された気相燃焼
部と、前記各分割流路に対して燃料の貫通距離が充分に
得られるようにかつ燃焼ガスと燃料ガスとが効果的に混
合するように、各分割流路の軸心に対して交差する方向
へ燃料を噴出供給するために各分割流路の前記触媒体寄
りの位置に設けられた燃料供給手段と、を備えて成るも
のである。(Means for Solving the Problems) In view of the conventional problems as described above, the present invention provides a mixed gas supply unit including an oxidizing gas and a fuel, and a mixed gas supply unit provided downstream of the mixed gas supply unit. A catalytic body for catalytic combustion;
Downstream of the catalyst body, a plurality of tubular divided flow paths that are installed in parallel in a direction orthogonal to the gas flow direction and are independent of each other, and a gas phase combustion section formed downstream of these divided flow paths. In a direction intersecting the axis of each of the divided flow paths so that a sufficient fuel penetration distance is obtained for each of the divided flow paths and the combustion gas and the fuel gas are effectively mixed. And a fuel supply means provided at a position close to the catalyst body in each of the divided flow paths for ejecting and supplying the fuel.
（作用） この発明のガスタービン燃焼器では、混合ガスの供給
部からの混合ガスは触媒体で触媒燃焼し、燃焼ガスとし
て管状の分割流路に流下してくる。そして、この分割流
路において、各流路の触媒体寄りの位置に燃料供給手段
から燃料が噴出供給されて燃焼ガスと混合され、気相燃
焼部に送出され、ここで気相燃焼する。したがって、触
媒体の部分では比較的低温度で触媒燃焼するだけであ
り、さらに下流側の位相燃焼部において混合ガスが完全
に気相燃焼させることができる。(Operation) In the gas turbine combustor of the present invention, the mixed gas from the mixed gas supply section is catalytically combusted by the catalyst, and flows down as a combustion gas into the tubular divided flow path. In the divided flow paths, fuel is injected and supplied from the fuel supply means to a position near the catalyst body in each flow path, mixed with the combustion gas, and sent out to the gas phase combustion section, where the gas phase combustion is performed. Therefore, only the catalytic combustion is performed at a relatively low temperature in the portion of the catalyst body, and the mixed gas can be completely combusted in the gas phase in the phase combustion section further downstream.
しかも、各分割流路に燃料供給手段が設けられている
ため、分割流路ごとに燃料を噴出させることができて貫
通距離を短くでき、燃焼ガスと加えられる燃料とを混合
して燃料濃度分布を均一化することができ、NOxの発生
の少ない気相燃焼を実現することができる。Moreover, since the fuel supply means is provided in each of the divided flow paths, fuel can be jetted out of each divided flow path, the penetration distance can be shortened, and the fuel concentration distribution is obtained by mixing the combustion gas with the added fuel. Can be made uniform, and gas-phase combustion with less generation of NOx can be realized.
（実施例） 以下、この発明の実施例を図に基づいて説明する。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図はこの発明の一実施例を示すものであり、第６
図〜第８図に示した従来例と共通する部分には同一の符
号が付されている。混合ガスの供給部に燃料ノズル１、
スパークプラグ４、スワラー８を備えている。そして、
燃料ノズル１から供給された燃料２は、スワラー８によ
り燃焼用空気３と十分に混合されて混合ガラスとなる。
この混合ガスは、スパークプラグ４により着火されてあ
る程度まで昇温する。この予燃焼は、混合ガスの温度を
触媒体10の作用温度まで高めて触媒反応を円滑にするた
めに行われるものであり、用いる燃料の種類や触媒の種
類によっては必ずしも必要としない。予燃焼したガスに
副ノズル９から燃料を供給して混合ガスを形成し、触媒
体10へ供給する。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, and FIG.
Parts common to the conventional example shown in FIGS. 8 to 8 are denoted by the same reference numerals. The fuel nozzle 1,
A spark plug 4 and a swirler 8 are provided. And
The fuel 2 supplied from the fuel nozzle 1 is sufficiently mixed with the combustion air 3 by the swirler 8 to form a mixed glass.
This mixed gas is ignited by the spark plug 4 and its temperature rises to some extent. This pre-combustion is performed to raise the temperature of the mixed gas to the operating temperature of the catalyst body 10 to facilitate the catalytic reaction, and is not necessarily required depending on the type of fuel or catalyst used. Fuel is supplied from the sub nozzle 9 to the pre-combusted gas to form a mixed gas, which is supplied to the catalyst body 10.
混合ガス供給部の下流に設置されている触媒体10に
は、貴金属系触媒が用いられる。A noble metal catalyst is used for the catalyst body 10 installed downstream of the mixed gas supply unit.
触媒体10の下流側に気相燃焼部13が形成されていて、
その基部に複数の分割流路14,14,…が形成されている。
この分割流路14,14,…は、第２図に示すように短い円管
にて形成されており、第３図に示すように各分割流路1
4,14,…の管壁に燃料流入口15,15,…が形成されてい
る。そして、燃料供給管11からの燃料がこの基部におい
て各分割流路14,14,…に燃料流入口15,15,…を通じて接
続されている。A gas phase combustion part 13 is formed on the downstream side of the catalyst body 10,
A plurality of divided flow paths 14, 14,... Are formed in the base.
Each of the divided flow paths 14, 14,... Is formed by a short circular tube as shown in FIG.
Fuel inlets 15, 15,... Are formed in the pipe walls of 4, 14,. The fuel from the fuel supply pipe 11 is connected to the divided flow paths 14, 14,... At the base through the fuel inlets 15, 15,.
なお、この分割流路14,14,…に供給される燃料は、燃
焼ガスに空気の混合された混合ガスであってもよく、ま
た燃料ガス単体であってもよい。また、分割流路14,14,
…の数や径、断面形状は特に限定されるものではなく、
ガス流速、燃料圧、ノズル径、燃料流量等の条件により
得られる燃料の貫通距離を基にして選定することができ
る。すなわち、燃料の貫通距離は、少なくとも各分割流
路14の半径以上であることが望ましい。またさらに、分
割流路14,14,…の配置は、各分割流路14,14間にガスの
流れない領域、すなわちデッドスペースが出来る限り生
じないようなものであることが必要で、許容される圧力
損失から決定される。さらに、燃料供給管11の構造とし
ては、流路系が小さいことから流路殻壁12かあの燃料の
噴出方式で十分な燃料の貫通距離を得ることができる。The fuel supplied to the divided flow paths 14, 14,... May be a mixed gas obtained by mixing air with a combustion gas, or may be a single fuel gas. In addition, the divided channels 14, 14,
The number, diameter, and cross-sectional shape of are not particularly limited.
It can be selected based on the fuel penetration distance obtained based on conditions such as gas flow velocity, fuel pressure, nozzle diameter, and fuel flow rate. That is, it is desirable that the fuel penetration distance be at least equal to or greater than the radius of each of the divided flow paths 14. Further, the arrangement of the divided flow paths 14, 14,... Must be such that a gas does not flow between the divided flow paths 14, 14, ie, a dead space is generated as little as possible. Pressure loss. Further, as for the structure of the fuel supply pipe 11, since the flow path system is small, a sufficient fuel penetration distance can be obtained by the fuel injection method at the flow path shell wall 12.
なおさらに、燃料供給管11の設置位置は特に限定され
ないが、触媒体10を通過してくる混合ガスと供給燃料と
が各分割流路内において効果的に混合できるように、触
媒体10寄りに設置することが好ましい。Furthermore, the installation position of the fuel supply pipe 11 is not particularly limited, but is set closer to the catalyst body 10 so that the mixed gas and the supply fuel passing through the catalyst body 10 can be effectively mixed in each divided flow path. It is preferable to install.
上記の構成のガスタービン燃焼器の動作について、次
に説明する。Next, the operation of the gas turbine combustor having the above configuration will be described.
燃料供給ノズル１から供給されてくる燃料２は、燃焼
用空気３と混合され、スパークプラブ４により着火され
て予燃焼し、燃料ノズル９から供給される燃料と混合
し、混合ガスとなり触媒体10に流入する。The fuel 2 supplied from the fuel supply nozzle 1 is mixed with the combustion air 3, ignited by the spark plug 4, pre-combusted, mixed with the fuel supplied from the fuel nozzle 9, and becomes a mixed gas to form a catalyst 10. Flows into.
この触媒体10においては、混合ガスが触媒反応を起こ
し、触媒燃焼する。この触媒燃焼では、燃焼が不完全燃
焼であり、触媒体10から排出される燃焼ガスには未燃燃
料が含有され、触媒体10自体はそれほど高温にはなら
ず、その劣化、損壊が発生しにくい。In the catalyst body 10, the mixed gas causes a catalytic reaction and performs catalytic combustion. In this catalytic combustion, the combustion is incomplete combustion, the combustion gas discharged from the catalyst body 10 contains unburned fuel, and the catalyst body 10 itself does not become so high in temperature, and its deterioration and damage occur. Hateful.
触媒体10から排出されてくる燃焼ガスは、分割流路1
4,14,…内において供給されてきた新たな燃料ガスと混
合されて混合ガスとなり、気相燃焼部13に送られてい
く。そして、この分割流路部Ｂでは、分割流路14,14,…
の周囲に流通する冷却空気がこの分割流路14,14,…壁面
を冷却するため、流路を形成する材料の耐熱性の問題は
解決される。The combustion gas discharged from the catalyst body 10
The fuel gas is mixed with the new fuel gas supplied in 4, 14,... To form a mixed gas, which is sent to the gas phase combustion unit 13. In the divided channel section B, the divided channels 14, 14,.
The cooling air circulating around the channel cools the divided flow paths 14, 14,..., Thereby solving the problem of the heat resistance of the material forming the flow paths.
さらに、この分割流路14,14,…の部分では、新たな燃
料が触媒体10からの燃焼ガスと混合されるため、その下
流の気相燃焼部13に入る混合ガスの燃料濃度が均一化さ
れ、NOxの発生をより効果的に抑制することができる。Further, in the portion of the divided flow paths 14, 14, ..., new fuel is mixed with the combustion gas from the catalyst body 10, so that the fuel concentration of the mixed gas entering the gas phase combustion section 13 downstream thereof is made uniform. Thus, generation of NOx can be suppressed more effectively.
なお、気相燃焼部13においては、例えば第４図に示す
ようなガスの流れを遅滞させ、もしくは逆流させる膨径
部16を殻壁12に形成すると、ガス流がこの膨径部16の内
側に回り込み、火炎が形成されて気相燃焼が安定して行
われる。In the gas-phase combustion section 13, for example, when an expanded portion 16 for delaying or backflowing a gas flow as shown in FIG. 4 is formed on the shell wall 12, the gas flow is formed inside the expanded portion 16. And a flame is formed to stably perform gas-phase combustion.
また、気相燃焼部13における触媒体10の下流の領域
に、例えば第５図に示すようにイグナイタ等の点火源17
を設ければ、気相燃焼を容易に開始させることが可能と
なり、有効である。In addition, an ignition source 17 such as an igniter, for example, as shown in FIG.
Is provided, it is possible to easily start gas phase combustion, which is effective.
（発明の実施例） 第５図に示すような構造のガスタービン燃焼器を製作
し、その燃焼状態を第８図に示す従来のガスタービン燃
焼器の燃焼状態と比較してみた。本実施例の触媒体域の
流路径は300mmφ、分割流路の各流路径は38mmφ、分圧
流路の数は７つとした。そして、諸媒体としては、直径
300mmφ、長さ150mmφの貴金属系ハニカムを用いた。Embodiment of the Invention A gas turbine combustor having a structure as shown in FIG. 5 was manufactured, and its combustion state was compared with the combustion state of a conventional gas turbine combustor shown in FIG. In the present embodiment, the flow path diameter of the catalyst body area was 300 mmφ, each flow path diameter of the divided flow paths was 38 mmφ, and the number of partial pressure flow paths was seven. And as various media, diameter
A noble metal honeycomb having a diameter of 300 mm and a length of 150 mm was used.
天然ガス（F1）と空気（Ａ）とが表に示す容積比（F1
/A）で混合された混合ガスを450℃まで予燃焼により昇
温させ、500℃換算にして30m/secの流速で触媒体に供給
して燃焼を行った。The natural gas (F 1 ) and air (A) have the volume ratio (F 1 ) shown in the table.
/ A) was heated to 450 ° C. by pre-combustion and supplied to the catalyst at a flow rate of 30 m / sec converted to 500 ° C. for combustion.
なお、燃料供給管を通じて各分割流路に燃料流入口か
ら供給された天然ガス（F2）を含む天然ガス（F1＋F2）
と空気（Ａ）からなる混合ガスの比（F1＋F2）/Aは、表
に示すように設定し、気相燃焼の着火はイグナイタによ
り行った。In addition, natural gas (F 1 + F 2 ) including natural gas (F 2 ) supplied from the fuel inlet to each divided channel through the fuel supply pipe
The ratio (F 1 + F 2 ) / A of the mixed gas consisting of water and air (A) was set as shown in the table, and the ignition of the gas phase combustion was performed by an igniter.
そして、触媒体の下流700mmの位置で燃焼により生じ
た排出ガス中のNOx発生量（ppm）を測定した。燃焼効率
は、いずれも99％以上であった。Then, the NOx generation amount (ppm) in the exhaust gas generated by combustion at a position 700 mm downstream of the catalyst body was measured. The combustion efficiencies were all over 99%.
比較例として第８図に示す構造のガスタービン燃焼器
を用いて実施例と同様の条件で燃焼を行った。なお、触
媒体の下流に設けた燃料供給管は28本設置し、この燃料
供給管から供給される燃料量を（F2）として比（F1＋
F2）/Aを算出した。As a comparative example, combustion was performed under the same conditions as in the example using a gas turbine combustor having the structure shown in FIG. In addition, 28 fuel supply pipes provided downstream of the catalyst body were installed, and the amount of fuel supplied from this fuel supply pipe was defined as (F 2 ) and the ratio (F 1 +
F 2 ) / A was calculated.
以上の結果は、次の表のようになった。 The results are shown in the following table.
［発明の効果］ 以上のごとき実施例の説明より理解されるように、本
発明によれば、触媒体からの燃料ガスは各分割流路に均
一的に分割され、管状の各分割流路の上記触媒体寄りの
位置に設けられた燃料供給手段から各分割流路の軸心に
対して交差する方向に各分割流路内へ燃料が噴出供給さ
れて、各分割流路のほぼ中心近くに達することにより、
管状の各分割流路内において乱流が生じ燃焼ガスと燃料
ガスとの混合が効果的に行われた後に下流の気相燃焼部
に供給されて気相燃焼が行われるものである。 [Effects of the Invention] As can be understood from the description of the embodiments as described above, according to the present invention, the fuel gas from the catalyst body is uniformly divided into the respective divided flow paths, Fuel is spouted and supplied into each of the divided passages in a direction intersecting with the axis of each of the divided passages from the fuel supply means provided at a position close to the catalyst body, and is substantially near the center of each of the divided passages. By reaching
Turbulence is generated in each of the tubular divided flow paths, and after the combustion gas and the fuel gas are effectively mixed, the mixture is supplied to a downstream gas phase combustion section to perform gas phase combustion.
すなわち、管状の各分割流路内において混合ガスの燃
料濃度が均一化され、この均一化された混合ガスが気相
燃焼部に供給されるので、気相燃焼部全体において燃料
濃度が均一化されることとなって気相燃焼され、NOxの
発生をより効果的に抑制することができるものである。That is, the fuel concentration of the mixed gas is equalized in each of the tubular divided flow paths, and the uniformed mixed gas is supplied to the gas phase combustion unit, so that the fuel concentration is equalized in the entire gas phase combustion unit. As a result, the gas phase combustion is performed, and the generation of NOx can be more effectively suppressed.
さらに、上記効果に加えて、ガス流の遅滞または流速
を引き起す部分を気相燃焼部に備えていることにより、
火炎が形成されて気相燃焼が安定して行われるものであ
る。Furthermore, in addition to the above-described effects, by providing the gas-phase combustion unit with a portion that causes a delay or flow velocity of the gas flow,
A flame is formed and gas phase combustion is performed stably.
第１図はこの発明の一実施例の断面図、第２図は第１図
におけるII−II線断面図、第３図は第２図におけるIII
部分の拡大図、第４図はこの発明の他の実施例の断面
図、第５図はこの発明のさらに他の実施例の断面図、第
６図〜第８図はそれぞれ従来例の断面図である。 １……燃料ノズル、２……燃料 ３……燃焼用空気、４……スパークプラグ 10……触媒体、11……燃料供給管 12……殻壁、13……気相燃焼部 14……分割流路、15……燃料流入口 16……膨径部、17……点火源1 is a sectional view of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1, and FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of another embodiment of the present invention, FIG. 5 is a cross-sectional view of still another embodiment of the present invention, and FIGS. It is. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel nozzle 2 ... Fuel 3 ... Combustion air 4 ... Spark plug 10 ... Catalyst body 11 ... Fuel supply pipe 12 ... Shell wall 13 ... Gas phase combustion section 14 ... Divided channel, 15… Fuel inlet 16… Inflated portion, 17… Ignition source
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富永 日都志 東京都調布市西つつじケ丘２―４―１ 東京電力株式会社技術研究所内 (72)発明者 半田 進 東京都調布市西つつじケ丘２―４―１ 東京電力株式会社技術研究所内 (72)発明者 山中 矢 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝総合研究所内 (72)発明者 古屋 富明 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝総合研究所内 (72)発明者 早田 輝信 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝総合研究所内 (72)発明者 肥塚 淳次 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−218731（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−294805（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−202206（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−14214（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F23R 3/40 F23D 14/18 F──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tominaga Nitoshi 2-4-1 Nishi-Atsujigaoka, Chofu-shi, Tokyo Tokyo Electric Power Company R & D Laboratory (72) Inventor Susumu Susumu 2-4-1, Nishi-Atsujigaoka, Chofu-shi, Tokyo Tokyo Electric Power Company R & D Laboratories (72) Inventor Yamanaka Ya 1 Komukai Toshiba-cho, Kochi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Toshiba Research Institute Co., Ltd. Inside Toshiba Research Institute, Inc. (72) Inventor Terunobu Hayata 1, Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki, Kanagawa Prefecture Incorporated Toshiba Research Institute Inc. (56) References JP-A-62-218731 (JP, A) JP-A-62-294805 (JP, A) JP-A-60-202206 ( P, A) JP Akira 53-14214 (JP, A) (58 ) investigated the field (Int.Cl. 6, DB name) F23R 3/40 F23D 14/18 F
Claims (2)
給部と、この混合ガスの供給部の下流に設置された触媒
燃焼用の触媒体と、この触媒体の下流に、ガス流方向に
対して直交する方向に並列に設置されかつ互いに独立し
た複数の管状の分割流路と、これらの分割流路の終端部
の下流に形成された気相燃焼部と、前記各分割流路に対
して燃料の貫通距離が充分に得られるようにかつ燃焼ガ
スと燃料ガスとが効果的に混合するように、各分割流路
の軸心に対して交差する方向へ燃料を噴出供給するため
に各分割流路の前記触媒体寄りの位置に設けられた燃料
供給手段と、を備えて成ることを特徴とするガスタービ
ン燃焼器。1. A supply section for a mixed gas comprising an oxidizing gas and a fuel, a catalytic body for catalytic combustion installed downstream of the supply section for the mixed gas, and a gas flow direction downstream of the catalytic body. A plurality of tubular divided flow paths that are installed in parallel in a direction perpendicular to and that are independent of each other, a gas-phase combustion section formed downstream of the terminal ends of these divided flow paths, and each of the divided flow paths In order to supply the fuel in a direction intersecting with the axis of each of the divided passages so that the fuel penetration distance can be sufficiently obtained and the combustion gas and the fuel gas are effectively mixed, A fuel supply means provided at a position near the catalyst body in each of the divided flow paths.
流を引き起こす部分を備えていることを特徴とする請求
項１記載のガスタービン燃焼器。2. The gas turbine combustor according to claim 1, wherein said gas phase combustion section has a portion that causes a delay or backflow of a gas flow.
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1988
- 1988-08-16 JP JP63202789A patent/JP2843035B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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