JP3035410B2 - 燃焼装置および燃焼方法 - Google Patents
燃焼装置および燃焼方法Info
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- JP3035410B2 JP3035410B2 JP4176271A JP17627192A JP3035410B2 JP 3035410 B2 JP3035410 B2 JP 3035410B2 JP 4176271 A JP4176271 A JP 4176271A JP 17627192 A JP17627192 A JP 17627192A JP 3035410 B2 JP3035410 B2 JP 3035410B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は排ガス中の窒素酸化物
（ＮＯX)の濃度を低減させた燃焼装置および燃焼方法に
関する。
（ＮＯX)の濃度を低減させた燃焼装置および燃焼方法に
関する。
【０００２】
【従来技術】近年、環境面への配慮から、燃焼により生
成される窒素酸化物（ＮＯX ）の大気への放出が大きな
問題となっているが、通常の天然ガスを燃料とする燃焼
装置から排出されるＮＯX は空気中の窒素が高温領域に
おいて酸化されるいわゆるサーマルＮＯX である。
成される窒素酸化物（ＮＯX ）の大気への放出が大きな
問題となっているが、通常の天然ガスを燃料とする燃焼
装置から排出されるＮＯX は空気中の窒素が高温領域に
おいて酸化されるいわゆるサーマルＮＯX である。
【０００３】燃焼装置の１つとしてのガスタービン用燃
焼器について考えてみると、従来のこの種の燃焼器では
安定した燃焼の得られる拡散燃焼が用いられているが、
燃料・空気混合気の燃焼は２０００°Ｃ前後の断熱的な
火炎温度を生じる。この高温の燃焼ガスは温度を下げる
ために空気と混合されるが、拡散火炎表面が高温度であ
るために許容できない量のＮＯX が生成される。しかし
このサーマルＮＯX の生成は温度の上昇に対し指数関数
的に上昇するために、燃焼火炎の温度を少し下げること
によってＮＯX の生成は大幅に低減できる。燃焼火炎の
温度を下げるための有効な手段の一つとして、燃料と燃
焼空気とを燃焼前に混合し、稀薄な混合ガスとして燃焼
させる予混合燃焼法が知られている。
焼器について考えてみると、従来のこの種の燃焼器では
安定した燃焼の得られる拡散燃焼が用いられているが、
燃料・空気混合気の燃焼は２０００°Ｃ前後の断熱的な
火炎温度を生じる。この高温の燃焼ガスは温度を下げる
ために空気と混合されるが、拡散火炎表面が高温度であ
るために許容できない量のＮＯX が生成される。しかし
このサーマルＮＯX の生成は温度の上昇に対し指数関数
的に上昇するために、燃焼火炎の温度を少し下げること
によってＮＯX の生成は大幅に低減できる。燃焼火炎の
温度を下げるための有効な手段の一つとして、燃料と燃
焼空気とを燃焼前に混合し、稀薄な混合ガスとして燃焼
させる予混合燃焼法が知られている。
【０００４】しかし、ガスタービンエンジンの燃焼器の
ような一定量の空気が供給される予混合燃焼において、
定格付近で低ＮＯX と完全燃焼とを達成しようと調整す
ると、負荷を下げた場合に未燃焼分の急激な増加や火炎
の吹き消えが発生する。
ような一定量の空気が供給される予混合燃焼において、
定格付近で低ＮＯX と完全燃焼とを達成しようと調整す
ると、負荷を下げた場合に未燃焼分の急激な増加や火炎
の吹き消えが発生する。
【０００５】そこで本発明者らは、特願平３−３４０１
７５号において、中心部に着火用燃焼ガス噴出孔を設
け、その周囲に空気と燃料ガスとの混合比が一定である
１次燃焼用混合ガスの噴出孔とを同心状に設けた燃焼装
置を提案するとともに、この燃焼装置を用いて、起動時
は着火用燃料ガス噴出孔から着火用燃料ガスを噴出させ
て燃焼させると共に、１次燃焼用混合ガス噴出孔からは
空気と１次燃料ガスとの混合ガスを噴出させて燃焼さ
せ、起動後は２次燃焼用混合ガス噴出孔から負荷に対応
した組成比の空気と、２次燃料ガスとの混合ガスを噴出
させて燃焼させ、その後着火用燃料ガスを絞り込み、１
次燃焼用混合ガスは一定に供給して燃焼を継続させるよ
うにした燃焼方法を提供した。
７５号において、中心部に着火用燃焼ガス噴出孔を設
け、その周囲に空気と燃料ガスとの混合比が一定である
１次燃焼用混合ガスの噴出孔とを同心状に設けた燃焼装
置を提案するとともに、この燃焼装置を用いて、起動時
は着火用燃料ガス噴出孔から着火用燃料ガスを噴出させ
て燃焼させると共に、１次燃焼用混合ガス噴出孔からは
空気と１次燃料ガスとの混合ガスを噴出させて燃焼さ
せ、起動後は２次燃焼用混合ガス噴出孔から負荷に対応
した組成比の空気と、２次燃料ガスとの混合ガスを噴出
させて燃焼させ、その後着火用燃料ガスを絞り込み、１
次燃焼用混合ガスは一定に供給して燃焼を継続させるよ
うにした燃焼方法を提供した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記構造の燃焼装置お
よび燃焼方法によれば、燃焼用空気が一定量供給される
予混合燃焼において、 図６（ａ）に示すように、広い
負荷範囲にわたってＮＯX 排出量を低く抑えることがで
きるが、負荷を絞っていくとある負荷以下では同図
（ｂ）に示すように、未燃焼成分（ＣＯ）が排出される
ことになる。未燃焼成分の発生は燃焼効率の低下や、ガ
スタービンエンジンなどに用いる場合には制御の不安定
化とか振動の原因となるおそれがあることが知られてい
る。そのためＮＯX も未燃焼成分も低い状態で使用でき
る負荷範囲は図のａ〜ｂの範囲になる。この負荷範囲
は、負荷に応じ燃料ガスと空気とをともに制御する通常
の燃焼装置では余り問題にならないが、ガスタービンエ
ンジンの燃焼器のような一定の空気量で燃焼させる特殊
な用途においてはもの足りず、燃焼器の効率が低下す
る。
よび燃焼方法によれば、燃焼用空気が一定量供給される
予混合燃焼において、 図６（ａ）に示すように、広い
負荷範囲にわたってＮＯX 排出量を低く抑えることがで
きるが、負荷を絞っていくとある負荷以下では同図
（ｂ）に示すように、未燃焼成分（ＣＯ）が排出される
ことになる。未燃焼成分の発生は燃焼効率の低下や、ガ
スタービンエンジンなどに用いる場合には制御の不安定
化とか振動の原因となるおそれがあることが知られてい
る。そのためＮＯX も未燃焼成分も低い状態で使用でき
る負荷範囲は図のａ〜ｂの範囲になる。この負荷範囲
は、負荷に応じ燃料ガスと空気とをともに制御する通常
の燃焼装置では余り問題にならないが、ガスタービンエ
ンジンの燃焼器のような一定の空気量で燃焼させる特殊
な用途においてはもの足りず、燃焼器の効率が低下す
る。
【０００７】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
ので、低ＮＯX 且つ低未燃焼成分の燃焼範囲を広げて高
い燃焼効率を実現することを目的とする。
ので、低ＮＯX 且つ低未燃焼成分の燃焼範囲を広げて高
い燃焼効率を実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、燃焼室の一端において中心部
に着火用燃料ガス噴出孔を設け、その周囲に空気と燃料
ガスとの混合比が一定である１次燃焼用混合ガスの噴出
孔と、その外周に空気と燃料ガスとの混合比が可変の２
次燃焼用混合ガス噴出孔とを同心状に設け、燃焼室の側
壁の前記２次燃焼用混合ガス噴出孔から所定距離離れた
位置に空気と燃料ガスの混合比が可変の３次燃焼用混合
ガス噴出孔を設けたものである。
めに、本発明においては、燃焼室の一端において中心部
に着火用燃料ガス噴出孔を設け、その周囲に空気と燃料
ガスとの混合比が一定である１次燃焼用混合ガスの噴出
孔と、その外周に空気と燃料ガスとの混合比が可変の２
次燃焼用混合ガス噴出孔とを同心状に設け、燃焼室の側
壁の前記２次燃焼用混合ガス噴出孔から所定距離離れた
位置に空気と燃料ガスの混合比が可変の３次燃焼用混合
ガス噴出孔を設けたものである。
【０００９】
【作用】本発明の燃焼装置において、起動時は着火用燃
料ガス噴出孔から着火用燃料ガスを噴出させて燃焼させ
るとともに、１次燃焼用混合ガス噴出孔からは空気と１
次燃料ガスとの混合ガスを噴出させて燃焼させる。起動
後は１次燃焼用混合ガスは一定の混合比で供給して燃焼
を継続させるとともに、着火用燃料ガスを絞り込むと共
に２次燃焼用混合ガス噴出孔から空気と負荷に対応した
燃料ガスとの混合ガスを噴出させて燃焼させる。負荷が
増すにつれて２次燃焼ガスの供給量を増やし、ＮＯX の
排出量の著しい増加が始まると予想される負荷に達して
からは、２次燃料ガスの供給量を一定とし、今度は３次
燃料用混合ガス噴出孔から空気と負荷に対応した燃料ガ
スとの混合ガスを噴出させ燃焼させる。この燃焼装置お
よび燃焼方法によれば、起動時以外はＮＯX の排出量の
多い拡散燃焼を用いないためＮＯX 排出量は少なく、ま
た、２次燃料ガスの増加にともないＮＯX 排出量が著し
く増加していた燃焼範囲において、ＮＯX の排出を低く
することができ、従来の燃焼装置に比べてＮＯX と未燃
焼成分（ＣＯ）の排出がともに低い値を示す燃焼範囲を
広げることができる。
料ガス噴出孔から着火用燃料ガスを噴出させて燃焼させ
るとともに、１次燃焼用混合ガス噴出孔からは空気と１
次燃料ガスとの混合ガスを噴出させて燃焼させる。起動
後は１次燃焼用混合ガスは一定の混合比で供給して燃焼
を継続させるとともに、着火用燃料ガスを絞り込むと共
に２次燃焼用混合ガス噴出孔から空気と負荷に対応した
燃料ガスとの混合ガスを噴出させて燃焼させる。負荷が
増すにつれて２次燃焼ガスの供給量を増やし、ＮＯX の
排出量の著しい増加が始まると予想される負荷に達して
からは、２次燃料ガスの供給量を一定とし、今度は３次
燃料用混合ガス噴出孔から空気と負荷に対応した燃料ガ
スとの混合ガスを噴出させ燃焼させる。この燃焼装置お
よび燃焼方法によれば、起動時以外はＮＯX の排出量の
多い拡散燃焼を用いないためＮＯX 排出量は少なく、ま
た、２次燃料ガスの増加にともないＮＯX 排出量が著し
く増加していた燃焼範囲において、ＮＯX の排出を低く
することができ、従来の燃焼装置に比べてＮＯX と未燃
焼成分（ＣＯ）の排出がともに低い値を示す燃焼範囲を
広げることができる。
【００１０】
【実施例】以下本発明を図面に基づいて説明する。
【００１１】図１はガスタービンに適用した本発明によ
る燃焼装置の一実施例の軸方向断面図であり、図２は同
燃焼装置の端面図である。
る燃焼装置の一実施例の軸方向断面図であり、図２は同
燃焼装置の端面図である。
【００１２】燃焼装置は、フランジ付き筒体１００の内
部の軸方向ほぼ中央より前部（図において左側）に燃焼
ガス噴出ブロック１０が支持され、この燃焼ガス噴出ブ
ロック１０に結合されて燃焼筒２０が配置され、燃焼筒
２０の内部は燃焼室２０ａを形成している。
部の軸方向ほぼ中央より前部（図において左側）に燃焼
ガス噴出ブロック１０が支持され、この燃焼ガス噴出ブ
ロック１０に結合されて燃焼筒２０が配置され、燃焼筒
２０の内部は燃焼室２０ａを形成している。
【００１３】燃焼ガス噴出ブロック１０には、図２から
よくわかるように、中央に着火用燃料ガス噴出孔１が形
成され、その周囲に環状の１次燃焼用混合ガス噴出孔２
が形成され、さらにその周囲に環状の２次燃焼用混合ガ
ス噴出孔３が形成されており、１次燃焼用混合ガス噴出
孔２と２次燃焼用混合ガス噴出孔３との隔壁にはそれぞ
れの噴出孔に形成される火炎がその根元部分で影響し合
わないようにするためのつば４が設けられている。この
つば４により１次燃焼用混合ガス噴出孔２の前面に小さ
な燃焼空間Ｓが形成される。
よくわかるように、中央に着火用燃料ガス噴出孔１が形
成され、その周囲に環状の１次燃焼用混合ガス噴出孔２
が形成され、さらにその周囲に環状の２次燃焼用混合ガ
ス噴出孔３が形成されており、１次燃焼用混合ガス噴出
孔２と２次燃焼用混合ガス噴出孔３との隔壁にはそれぞ
れの噴出孔に形成される火炎がその根元部分で影響し合
わないようにするためのつば４が設けられている。この
つば４により１次燃焼用混合ガス噴出孔２の前面に小さ
な燃焼空間Ｓが形成される。
【００１４】着火用燃料ガス噴出孔１には導管１１を介
して着火用燃料ガスが供給され、１次燃焼用混合ガス噴
出孔２には導管１２の先端から１次燃料ガスが噴出さ
れ、２次燃焼用混合ガス噴出孔３には導管１３の先端か
ら２次燃料ガスが噴出されるようになっている。１次お
よび２次の燃焼用混合ガス噴出孔２および３の噴出端と
は反対端に旋回器（スワラー）１４，１５が取り付けら
れている。
して着火用燃料ガスが供給され、１次燃焼用混合ガス噴
出孔２には導管１２の先端から１次燃料ガスが噴出さ
れ、２次燃焼用混合ガス噴出孔３には導管１３の先端か
ら２次燃料ガスが噴出されるようになっている。１次お
よび２次の燃焼用混合ガス噴出孔２および３の噴出端と
は反対端に旋回器（スワラー）１４，１５が取り付けら
れている。
【００１５】一方、筒体１００の後部（図において右
側）には空気導入口１００ａが形成されており、ここか
ら燃焼用空気が供給される。また１次および２次の燃焼
用混合ガス噴出孔２および３の噴出端とは反対側の端部
は旋回器１４および１５を介して筒体１００の内部と連
通しており、空気も導入できるようになっている。
側）には空気導入口１００ａが形成されており、ここか
ら燃焼用空気が供給される。また１次および２次の燃焼
用混合ガス噴出孔２および３の噴出端とは反対側の端部
は旋回器１４および１５を介して筒体１００の内部と連
通しており、空気も導入できるようになっている。
【００１６】燃焼筒２０の燃焼室２０ａの中央よりやや
後端側でつば４の先端から一定距離の位置に３次燃焼用
混合ガス噴出孔５ａを有する予混合管５が設けられてお
り、この予混合管５には燃焼筒２０の前部から伸びる導
管１６が貫通している。この導管１６には空気と燃料ガ
スの混合比が可変の３次燃焼用混合ガスが供給される。
後端側でつば４の先端から一定距離の位置に３次燃焼用
混合ガス噴出孔５ａを有する予混合管５が設けられてお
り、この予混合管５には燃焼筒２０の前部から伸びる導
管１６が貫通している。この導管１６には空気と燃料ガ
スの混合比が可変の３次燃焼用混合ガスが供給される。
【００１７】燃焼筒２０の後端近くには燃焼筒２０から
排出される燃焼排ガスを希釈してその温度を次段に接続
されるタービン（図示せず）に適した温度まで低下させ
る冷却空気を吹き込むための空気孔６が設けられてい
る。
排出される燃焼排ガスを希釈してその温度を次段に接続
されるタービン（図示せず）に適した温度まで低下させ
る冷却空気を吹き込むための空気孔６が設けられてい
る。
【００１８】図３は上記構成の燃焼装置をガスタービン
エンジンに適用した場合の燃焼制御回路のブロック図で
ある。
エンジンに適用した場合の燃焼制御回路のブロック図で
ある。
【００１９】図において、３０は図１に示した本発明に
よる燃焼装置、４１は燃焼装置３０に供給される着火用
燃料ガスの供給量を調整する調整弁、４２は同じく１次
燃料ガスの供給量を調整する調整弁、４３は２次燃料ガ
スの供給量を調整する調整弁、４４は３次燃料ガスの供
給量を調整する調整弁である。５０は燃焼装置３０にほ
ぼ一定量の圧縮空気を供給する圧縮器、５１は燃焼装置
３０からの燃焼排ガスで運転されるタービン、６０はタ
ービン５１により駆動される発電機のごとき負荷、６１
は負荷の出力（たとえば負荷が発電機の場合は発電され
る電力量）を検出する出力検出器、７０は出力検出器６
１の出力に基づいてガス供給量を決定し調整弁４２、４
３、４４の開度を制御して燃焼装置３０へのガス供給量
を調整するコントローラである。
よる燃焼装置、４１は燃焼装置３０に供給される着火用
燃料ガスの供給量を調整する調整弁、４２は同じく１次
燃料ガスの供給量を調整する調整弁、４３は２次燃料ガ
スの供給量を調整する調整弁、４４は３次燃料ガスの供
給量を調整する調整弁である。５０は燃焼装置３０にほ
ぼ一定量の圧縮空気を供給する圧縮器、５１は燃焼装置
３０からの燃焼排ガスで運転されるタービン、６０はタ
ービン５１により駆動される発電機のごとき負荷、６１
は負荷の出力（たとえば負荷が発電機の場合は発電され
る電力量）を検出する出力検出器、７０は出力検出器６
１の出力に基づいてガス供給量を決定し調整弁４２、４
３、４４の開度を制御して燃焼装置３０へのガス供給量
を調整するコントローラである。
【００２０】次に図３に示した燃焼制御回路による燃焼
制御を図４により説明する。
制御を図４により説明する。
【００２１】まず、起動に当って調整弁４１を加減して
着火用燃料ガスを導管１１から着火用燃料ガス噴出孔１
に供給し、拡散燃焼を行わせる。噴出孔１からの火炎は
その後１次燃料ガスによって発生する予混合燃焼の火炎
を安定的に着火、燃焼させる役割を果たしている。次い
で導管１２から１次燃料ガスを一定量供給し、空気比
１．３前後で１次燃焼用混合ガス噴出孔２に供給し、安
定的に燃焼させた後、導管１３から２次燃焼用混合ガス
噴出孔３に２次燃料ガスの供給を開始し、予混合燃焼を
行わせる。１次燃料ガスによる予混合火炎がパイロット
火炎的に作用し、２次燃料ガスによる予混合火炎の燃焼
を促進させるので、この時点で着火用燃料ガスは流量を
絞るかまたは供給を停止する。その後、２次燃料ガスの
供給量を次第に増加させることにより燃焼量を増加して
いく。
着火用燃料ガスを導管１１から着火用燃料ガス噴出孔１
に供給し、拡散燃焼を行わせる。噴出孔１からの火炎は
その後１次燃料ガスによって発生する予混合燃焼の火炎
を安定的に着火、燃焼させる役割を果たしている。次い
で導管１２から１次燃料ガスを一定量供給し、空気比
１．３前後で１次燃焼用混合ガス噴出孔２に供給し、安
定的に燃焼させた後、導管１３から２次燃焼用混合ガス
噴出孔３に２次燃料ガスの供給を開始し、予混合燃焼を
行わせる。１次燃料ガスによる予混合火炎がパイロット
火炎的に作用し、２次燃料ガスによる予混合火炎の燃焼
を促進させるので、この時点で着火用燃料ガスは流量を
絞るかまたは供給を停止する。その後、２次燃料ガスの
供給量を次第に増加させることにより燃焼量を増加して
いく。
【００２２】燃焼装置３０で生成されて後方に排出され
る燃焼排ガスがタービン５１に供給されると、負荷であ
る発電機６０により発電され図示しない電気負荷に給電
されと、同時に出力検出器６１により発電量が検出され
る。コントローラ７０は出力検出器６１の出力を監視し
ており、その出力からエンジン負荷率が予め定めた値Ｃ
％になったことを検出すると、調整弁４３の開度を一定
にし、それまで閉じていた調整弁４４の開度を零から次
第に大きくしていく。その結果、２次燃料ガスの供給量
は一定となり、３次燃料ガスが導管１６から予混合管５
を介して供給され、筒体１００後端の空気導入口１００
ａから供給される空気の一部と予混合され３次燃焼用混
合ガス噴出孔５から燃焼室２０ａに噴出される。
る燃焼排ガスがタービン５１に供給されると、負荷であ
る発電機６０により発電され図示しない電気負荷に給電
されと、同時に出力検出器６１により発電量が検出され
る。コントローラ７０は出力検出器６１の出力を監視し
ており、その出力からエンジン負荷率が予め定めた値Ｃ
％になったことを検出すると、調整弁４３の開度を一定
にし、それまで閉じていた調整弁４４の開度を零から次
第に大きくしていく。その結果、２次燃料ガスの供給量
は一定となり、３次燃料ガスが導管１６から予混合管５
を介して供給され、筒体１００後端の空気導入口１００
ａから供給される空気の一部と予混合され３次燃焼用混
合ガス噴出孔５から燃焼室２０ａに噴出される。
【００２３】その後はコントローラ７０は発電機６０が
給電する電気負荷の大きさに応じて出力検出器６１の出
力を監視しながら調整弁４４の開度を調整することによ
り３次燃料ガスの供給量を調整する。
給電する電気負荷の大きさに応じて出力検出器６１の出
力を監視しながら調整弁４４の開度を調整することによ
り３次燃料ガスの供給量を調整する。
【００２４】この燃焼制御において、２次燃料ガスの供
給量を一定値に切り換えるともに３次燃料ガスの供給を
開始するときのエンジン負荷率Ｃ％は、図５において２
次燃料ガス量の増加にともないしＮＯX の排出量が著し
く増加し始める直前の値に設定され、たとえばエンジン
負荷率５０％である。
給量を一定値に切り換えるともに３次燃料ガスの供給を
開始するときのエンジン負荷率Ｃ％は、図５において２
次燃料ガス量の増加にともないしＮＯX の排出量が著し
く増加し始める直前の値に設定され、たとえばエンジン
負荷率５０％である。
【００２５】図５（ａ）は本発明者らの実験により得ら
れたエンジン負荷率に対するＮＯX排出量を示し、同図
（ｂ）は未燃焼成分（ＣＯ）排出量の変化を示すもの
で、ＮＯX 排出量については本発明による燃焼装置（実
線）と本発明者らが特願平３−３４０１７５号で提案し
た燃焼装置（破線）とを比較している。なお、図５
（ｂ）において、一点鎖線は従来の拡散燃焼型ガスター
ビン燃焼器の一般的なＮＯX排出量（３００ｐｐｍ（Ｏ2
０％換算））を示す。図からわかるように、ＮＯX排出
量は本発明の燃焼装置の方が上記先願の燃焼装置よりも
高負荷まで低く抑えられている。このことはとりもなお
さず、低ＮＯX 、低未燃焼成分で燃焼できる範囲が従来
のａ〜ｂからａ〜ｄまで広がったことになる。本発明者
らの実験によれば、３次燃焼用混合ガス噴出孔５ａから
噴出される空気量を全空気の３０％程度にしたとき、低
ＮＯX 且つ低未燃焼成分で燃焼できる範囲（ａ〜ｄ）が
従来の範囲（ａ〜ｂ）の約８０％増しになったことが確
認された。
れたエンジン負荷率に対するＮＯX排出量を示し、同図
（ｂ）は未燃焼成分（ＣＯ）排出量の変化を示すもの
で、ＮＯX 排出量については本発明による燃焼装置（実
線）と本発明者らが特願平３−３４０１７５号で提案し
た燃焼装置（破線）とを比較している。なお、図５
（ｂ）において、一点鎖線は従来の拡散燃焼型ガスター
ビン燃焼器の一般的なＮＯX排出量（３００ｐｐｍ（Ｏ2
０％換算））を示す。図からわかるように、ＮＯX排出
量は本発明の燃焼装置の方が上記先願の燃焼装置よりも
高負荷まで低く抑えられている。このことはとりもなお
さず、低ＮＯX 、低未燃焼成分で燃焼できる範囲が従来
のａ〜ｂからａ〜ｄまで広がったことになる。本発明者
らの実験によれば、３次燃焼用混合ガス噴出孔５ａから
噴出される空気量を全空気の３０％程度にしたとき、低
ＮＯX 且つ低未燃焼成分で燃焼できる範囲（ａ〜ｄ）が
従来の範囲（ａ〜ｂ）の約８０％増しになったことが確
認された。
【００２６】なお、本発明者らの実験の結果、１次燃
焼、２次燃焼、３次燃焼に用いられる空気量をそれぞれ
Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 とすると、Ｑ3 ／（Ｑ1 ＋Ｑ2 ）＜
１．０の関係を満たすことが３次燃料ガスの燃焼上好ま
しく、また、燃焼装置の３次燃焼用混合ガスの噴出孔５
ａとつば４の先端との距離Ｌと燃焼筒２０の内径Ｄとの
間にはＬ／Ｄ＞１．０の関係が成立するのが燃焼室２０
ａでの燃焼性能上好ましいことがわかった。
焼、２次燃焼、３次燃焼に用いられる空気量をそれぞれ
Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 とすると、Ｑ3 ／（Ｑ1 ＋Ｑ2 ）＜
１．０の関係を満たすことが３次燃料ガスの燃焼上好ま
しく、また、燃焼装置の３次燃焼用混合ガスの噴出孔５
ａとつば４の先端との距離Ｌと燃焼筒２０の内径Ｄとの
間にはＬ／Ｄ＞１．０の関係が成立するのが燃焼室２０
ａでの燃焼性能上好ましいことがわかった。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、起動時
は着火用燃料ガス噴出孔から着火用燃料ガスを噴出させ
て燃焼させるとともに、１次燃焼用混合ガス噴出孔から
空気と１次燃料ガスとの混合ガスを噴出させて燃焼さ
せ、起動後は１次燃焼用混合ガスは一定の混合比で供給
して燃焼を継続させ、着火用燃料ガスを絞り込むと共に
２次燃焼用混合ガス噴出孔から空気と負荷に対応した燃
料ガスとの混合ガスを噴出させて燃焼させ、さらに、負
荷が増すにつれて２次燃料ガスの供給量を増やし、ＮＯ
X の排出量の著しい増加が始まると予想される負荷から
は、２次燃料ガスの供給量を一定として、３次燃焼用混
合ガス噴出孔から空気と負荷に対応した燃料ガスとの混
合ガスを噴出させて燃焼させるようにしたので、起動時
以外はＮＯXの排出量の多い拡散燃焼を用いないため、
ＮＯX 排出量は少なく、また、従来の燃焼装置において
２次燃料ガスの増加にともないＮＯX 排出量が著しく増
加していた燃焼範囲においてもＮＯX の排出を大幅に低
く抑えることができ、従来の燃焼装置に比べＮＯX と未
燃焼成分の排出がともに低い値を示す燃焼範囲を広げる
ことができる。
は着火用燃料ガス噴出孔から着火用燃料ガスを噴出させ
て燃焼させるとともに、１次燃焼用混合ガス噴出孔から
空気と１次燃料ガスとの混合ガスを噴出させて燃焼さ
せ、起動後は１次燃焼用混合ガスは一定の混合比で供給
して燃焼を継続させ、着火用燃料ガスを絞り込むと共に
２次燃焼用混合ガス噴出孔から空気と負荷に対応した燃
料ガスとの混合ガスを噴出させて燃焼させ、さらに、負
荷が増すにつれて２次燃料ガスの供給量を増やし、ＮＯ
X の排出量の著しい増加が始まると予想される負荷から
は、２次燃料ガスの供給量を一定として、３次燃焼用混
合ガス噴出孔から空気と負荷に対応した燃料ガスとの混
合ガスを噴出させて燃焼させるようにしたので、起動時
以外はＮＯXの排出量の多い拡散燃焼を用いないため、
ＮＯX 排出量は少なく、また、従来の燃焼装置において
２次燃料ガスの増加にともないＮＯX 排出量が著しく増
加していた燃焼範囲においてもＮＯX の排出を大幅に低
く抑えることができ、従来の燃焼装置に比べＮＯX と未
燃焼成分の排出がともに低い値を示す燃焼範囲を広げる
ことができる。
【図１】ガスタービンに適用した本発明による燃焼装置
の一実施例の軸方向断面図である。
の一実施例の軸方向断面図である。
【図２】図１に示した燃焼装置の端面図である。
【図３】ガスタービンエンジンに適用した本発明による
燃焼装置の燃焼制御回路のブロック線図である。
燃焼装置の燃焼制御回路のブロック線図である。
【図４】本発明による燃焼方法における負荷変動に対す
る燃料ガス供給量の変化を示す。
る燃料ガス供給量の変化を示す。
【図５】（ａ）は未燃焼成分（ＣＯ）排出量についてま
た（ｂ）はＮＯX 排出量について本発明の燃焼装置と従
来の燃焼装置とを実験結果に基づいてそれぞれ比較した
図である。
た（ｂ）はＮＯX 排出量について本発明の燃焼装置と従
来の燃焼装置とを実験結果に基づいてそれぞれ比較した
図である。
【図６】従来の燃焼制御方法による燃焼特性を説明する
ための（ａ）エンジン負荷率に対するＮＯX 排出量およ
び（ｂ）エンジン負荷率に対する未燃焼成分（ＣＯ）排
出量を示す図である。
ための（ａ）エンジン負荷率に対するＮＯX 排出量およ
び（ｂ）エンジン負荷率に対する未燃焼成分（ＣＯ）排
出量を示す図である。
１ 着火用燃料ガス噴出孔 ２ １次燃焼用混合ガス噴出孔 ５ 予混合管 ５ａ ３次燃焼用混合ガスの噴出孔 １１、１２、１３、１６ 導管 ２０ 燃焼筒 ２０ａ 燃焼室 ３０ 燃焼装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−203150（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−203148（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−311025（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−217141（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−100060（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F23C 11/00 322 - 328 F23R 3/28 - 3/34
Claims (2)
- 【請求項１】 燃焼室の一端において中心部に着火用燃
料ガス噴出孔を有し、該着火用燃料ガス噴出孔の周囲に
空気と燃料ガスの混合比が一定である１次燃焼用混合ガ
ス噴出孔と、該１次燃焼用混合ガス噴出孔の外周に空気
と燃料ガスの混合比が可変の２次燃焼用混合ガス噴出孔
を同心状に設け、前記燃焼室の側壁の前記２次燃焼用混
合ガス噴出孔から所定距離離れた位置に空気と燃料ガス
の混合比が可変の３次燃焼用混合ガス噴出孔を設けたこ
とを特徴とする燃焼装置。 - 【請求項２】 燃焼室の一端において中心部に設けた着
火用燃焼ガス噴出孔から着火用燃焼ガスを噴出させて燃
焼させるとともに、前記着火用燃料ガス噴出孔の周囲に
設けた１次燃焼用混合ガス噴出孔から空気と燃料ガスと
の混合比が燃焼室での火炎を安定に維持するのに必要な
所定量の１次燃焼用混合ガスを噴出させて燃焼させ、そ
の後前記１次燃焼用混合ガス噴出孔の外周に設けた２次
燃焼用混合ガス噴出孔から空気と負荷に対応した燃料ガ
スとの混合ガスを噴出させて燃焼させるとともに前記着
火用燃料ガスを停止し、その後は２次燃焼用混合ガス噴
出孔から空気と負荷に対応した燃料ガスとの混合ガスを
噴出させて燃焼させ、さらに、負荷の増加にともなって
２次燃料ガスの供給量を増やしＮＯX の排出量の著しい
増加が始まると予想される負荷からは、前記２次燃料ガ
スの供給量は一定として、前記燃焼室の側壁の前記２次
燃焼用混合ガス噴出孔から所定距離離れた位置に設けた
３次燃焼用混合ガス噴出孔から空気と負荷に対応した燃
料ガスとの混合ガスを噴出させて燃焼させることを特徴
とする燃焼方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4176271A JP3035410B2 (ja) | 1992-06-10 | 1992-06-10 | 燃焼装置および燃焼方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4176271A JP3035410B2 (ja) | 1992-06-10 | 1992-06-10 | 燃焼装置および燃焼方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05340508A JPH05340508A (ja) | 1993-12-21 |
| JP3035410B2 true JP3035410B2 (ja) | 2000-04-24 |
Family
ID=16010657
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4176271A Expired - Fee Related JP3035410B2 (ja) | 1992-06-10 | 1992-06-10 | 燃焼装置および燃焼方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3035410B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3012166B2 (ja) * | 1995-02-01 | 2000-02-21 | 川崎重工業株式会社 | ガスタービン燃焼システム |
| JP4670035B2 (ja) * | 2004-06-25 | 2011-04-13 | 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 | ガスタービン燃焼器 |
| WO2013085411A1 (en) * | 2011-12-05 | 2013-06-13 | General Electric Company | Multi-zone combustor |
-
1992
- 1992-06-10 JP JP4176271A patent/JP3035410B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05340508A (ja) | 1993-12-21 |
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