JP3154550B2 - Gas turbine combustor - Google Patents

Gas turbine combustor

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JP3154550B2
JP3154550B2 JP12877692A JP12877692A JP3154550B2 JP 3154550 B2 JP3154550 B2 JP 3154550B2 JP 12877692 A JP12877692 A JP 12877692A JP 12877692 A JP12877692 A JP 12877692A JP 3154550 B2 JP3154550 B2 JP 3154550B2
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combustor
gas
nozzle
catalyst
pilot
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重実 萬代
哲雄 五良
聰 谷村
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、NOX の発生量を低減
することができるガスタービン燃焼器に関する。
The present invention relates to gas turbine combustor capable of reducing the generation amount of NO X.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガスタービンの低NOX 手法としては、
湿式の水噴射、水蒸気噴射、また、乾式の希薄拡散燃
焼、希薄予混合燃焼がある。これらの方法を利用状況に
応じて適用し、環境規制を満足するようにしているが、
地域によっては極めて厳しいNO X レベルが要求される
ことがあり、これらの方法を採用しても脱硝装置をつけ
ざるを得ない場合が多い。
2. Description of the Related Art Low NO gas turbinesXAs a method,
Wet water injection, water vapor injection, and dry lean diffusion fuel
There are burning and lean premixed combustion. Use these methods for your usage
To comply with environmental regulations.
Extremely severe NO in some areas XLevel required
Even if these methods are adopted, attach a denitration device
In many cases, this is unavoidable.

【0003】図2は従来の希薄予混合燃焼器の断面図で
ある。エルボ1から流入したメインガス燃料は、環状の
通路2を経てガス溜り3に流入し、矢印bに示すよう
に、同ガス溜まり3の円周方向に設けられた多数個のノ
ズル4A,4Bから2重環状通路5A,5B内の空気流
中へ噴射される。2重環状の通路5A,5B内へは案内
羽根6A,6Bと旋回羽根によって、矢印aに示すよう
に、予混合空気が送られ、噴射された燃料は希薄な予混
合気となって希薄予混合燃焼を行う。
FIG. 2 is a sectional view of a conventional lean premixed combustor. The main gas fuel flowing from the elbow 1 flows into the gas reservoir 3 through the annular passage 2 and, as shown by an arrow b, from the multiple nozzles 4A and 4B provided in the circumferential direction of the gas reservoir 3. It is injected into the air flow in the double annular passages 5A and 5B. As shown by the arrow a, premixed air is sent into the double annular passages 5A and 5B by the guide vanes 6A and 6B and the swirl vanes, and the injected fuel becomes a lean premixed air and becomes a lean premixed air. Perform mixed combustion.

【0004】NOX を低減させるためには希薄燃焼によ
って火炎の温度を下げなければならないため、保炎が困
難となり、そのままでは失火してしまう。このため以下
に説明するパイロット燃焼器が設けられている。即ち、
燃料ノズル7の中心部にはエルボ8からパイロットガス
燃料が送られ、矢印cに示すように、燃料ノズル7の先
端に設けられたパイロットノズル9から噴出して拡散燃
焼する。このとき発生する拡散火炎が前記予混合火炎を
保炎し、予混合燃焼器は失火することなく、低NOX
希薄燃焼を継続する。なお、図2中矢印dは燃焼ガスの
流れる方向を示す。
[0004] must lower the temperature of the flame by lean combustion in order to reduce NO X, flame holding is difficult, is as it results in misfires. For this purpose, a pilot combustor described below is provided. That is,
The pilot gas fuel is sent from the elbow 8 to the center of the fuel nozzle 7 and is ejected from the pilot nozzle 9 provided at the tip of the fuel nozzle 7 to diffuse and burn as shown by the arrow c. Diffusion flame generated at this time has a flame holding the premixed flames, premixed combustors without misfiring, to continue the low NO X lean combustion. The arrow d in FIG. 2 indicates the direction in which the combustion gas flows.

【0005】また一方、従来の燃焼方法と発想を異にし
た触媒燃焼に関する研究が近年盛んである。これはガス
タービンの極低NOX 燃焼法と考えられており、NOX
が10ppm 以下に抑えられ、脱硝装置を必要としない。
この触媒燃焼は可燃限界内外の超希薄予混合気を、触媒
(catalyzer)を利用することによって燃焼させるもので
あり、火炎温度が低いことからNOX 生成量を大幅に抑
制できるものである。
On the other hand, research on catalytic combustion, which is different from conventional combustion methods, has been actively conducted in recent years. It is believed extremely low NO X combustion method of a gas turbine, NO X
Is reduced to 10 ppm or less, and a denitration device is not required.
The ultra-lean pre-mixture of the catalyst combustion flammability limit and out, which is burned by utilizing a catalyst (Catalyzer), in which can be significantly suppressed NO X generation amount since the flame temperature is low.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the invention]

1.前記の従来の予混合燃焼器でNOX を極限まで低減
しようとした場合、保炎のためのパイロット燃焼器から
発生するNOx が問題となる。
1. When trying to reduce NO x to the limit in the conventional premixed combustor, NO x generated from a pilot combustor for flame holding becomes a problem.

【0007】2.極低NOX 燃焼器としての従来の触媒
燃焼器では、使用する触媒の耐熱性と耐久性に問題があ
り、ガスタービン燃焼器としては未だ実用されるに至っ
ていない。
[0007] 2. In conventional catalytic combustor as ultra low NO X combustor, there is a problem in heat resistance and durability of the catalyst used, not come to be yet practical use as a gas turbine combustor.

【0008】本発明は、以上の事情に鑑みNOX を低減
することができるガスタービン燃焼器を提供しようとす
るものである。
[0008] The present invention is intended to provide a gas turbine combustor capable of reducing NO X in view of the above circumstances.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、希薄予混合燃
焼を行う予混合燃焼器と予混合燃焼器の保炎用のパイロ
ット燃焼器を燃料ノズルに設けてなるガスタービン燃焼
器において、前記パイロット燃焼器は、前記燃料ノズル
の中心部に設けられたガス通路と、同ガス通路の先端に
設けられた起動用パイロットノズルと、同ガス通路の中
間部分の外壁に穴を設けて同穴と連通する触媒用燃料ノ
ズルと、同触媒用燃料ノズルを介して連通し前記ガス通
路の先端部の周囲に設けられた触媒層と、同触媒層の先
端に設けられたノズルとを設けてなることを特徴とす
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a gas turbine combustor comprising a premixed combustor for performing lean premixed combustion and a pilot combustor for flame holding of the premixed combustor provided at a fuel nozzle. The pilot combustor has the fuel nozzle
Gas passage provided at the center of the
Start-up pilot nozzle provided and inside the gas passage
A hole is formed in the outer wall of the space between
And the gas communication with the nozzle via the catalyst fuel nozzle.
The catalyst layer provided around the tip of the road and the tip of the catalyst layer
And a nozzle provided at the end.
You .

【0010】[0010]

【作用】本発明では、パイロット燃焼器に燃焼反応促進
のための触媒層を付設することにより、パイロット燃焼
器の希薄燃焼が可能となり、火炎の温度が下がって発生
するNOX 量が極限まで低減される。
According to the present invention is reduced by attaching a catalyst layer for a combustion reaction accelerator to the pilot combustor, it is possible to lean combustion of the pilot combustor, NO X amount generated down the temperature of the flame is to the limit Is done.

【0011】また、触媒層はパイロット燃焼器に付設さ
れているために、同触媒層を通過する燃料量が少なく、
従って触媒層が小さくなり、触媒強度が強くなると共
に、燃焼温度を下げて触媒の耐熱性を向上させることと
相まって、触媒の耐久性が向上する。
Further, since the catalyst layer is provided in the pilot combustor, the amount of fuel passing through the catalyst layer is small,
Therefore, the catalyst layer becomes smaller, the catalyst strength is increased, and the durability of the catalyst is improved in combination with lowering the combustion temperature and improving the heat resistance of the catalyst.

【0012】[0012]

【実施例】本発明の一実施例を、図1によって説明す
る。図1は本実施例に係るがガスタービン燃焼器の断面
図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a sectional view of a gas turbine combustor according to the present embodiment.

【0013】本実施例において、メインガス燃料が供給
されるエルボ1、同エルボ1に接続された環状の通路
2、ガス溜り3、多数個のノズル4A,4B、2重環状
通路5A,5B、案内羽根6A,6Bは、図2に示され
る従来の希薄予混合燃焼器と同様であり、その説明を省
略する。
In this embodiment, an elbow 1 to which the main gas fuel is supplied, an annular passage 2 connected to the elbow 1, a gas reservoir 3, a large number of nozzles 4A and 4B, a double annular passage 5A and 5B, The guide vanes 6A and 6B are the same as the conventional lean premix combustor shown in FIG. 2, and the description thereof will be omitted.

【0014】8はパイロットガス燃料が供給されるエル
ボであり、同エルボ8は燃料ノズル7の中心部に設けら
れた環状のガス通路10に連通している。環状のガス通
路10の先端には起動用パイロットノズル18が設けら
れており、またその中間の部分の外壁には穴11が設け
られている。環状のガス通路10は、前記穴11及び同
穴11に連通する触媒用燃料ノズル12を介して空気通
路13に接続され、同空気通路13は環状のガス通路1
0の周囲に設けられた室14に開口している。前記室1
4はベルマウス15を介して環状のガス通路10の先端
部の周囲に設けられた触媒層16に接続されており、同
触媒層16の先端にはノズル17が設けられている。
Reference numeral 8 denotes an elbow to which pilot gas fuel is supplied. The elbow 8 communicates with an annular gas passage 10 provided at the center of the fuel nozzle 7. A starting pilot nozzle 18 is provided at the tip of the annular gas passage 10, and a hole 11 is provided in an outer wall at an intermediate portion thereof. The annular gas passage 10 is connected to the air passage 13 via the hole 11 and a catalyst fuel nozzle 12 communicating with the hole 11, and the air passage 13 is connected to the annular gas passage 1.
It is open to a chamber 14 provided around 0. Room 1
Reference numeral 4 denotes a bell mouth 15 which is connected to a catalyst layer 16 provided around the tip of the annular gas passage 10, and a nozzle 17 is provided at the tip of the catalyst layer 16.

【0015】前記の触媒層16を構成する触媒として
は、例えば、パラジウム系のものが使用され、その基材
としてはコージェライト等が使用される。
As the catalyst constituting the catalyst layer 16, for example, a palladium-based catalyst is used, and as its base material, cordierite or the like is used.

【0016】本実施例では、パイロットガス燃料は、矢
印eに示すように、エルボ8から環状のガス通路10に
流入し、矢印fに示すように、穴11、触媒用燃料ノズ
ル12から空気通路13へ噴出して燃料・空気混合気が
形成される。この燃料・空気混合気は室14からベルマ
ウス15で整流されて、触媒層16へ流入する。ベルマ
ウス15は触媒面での出口速度を均一化させ、また外周
にフィルム層を形成させて、触媒層からのフラッシュバ
ックを防止する。
In this embodiment, the pilot gas fuel flows into the annular gas passage 10 from the elbow 8 as shown by an arrow e, and flows from the hole 11 and the catalyst fuel nozzle 12 through the air passage as shown by an arrow f. 13 to form a fuel-air mixture. This fuel / air mixture is rectified by the bell mouth 15 from the chamber 14 and flows into the catalyst layer 16. The bell mouth 15 makes the exit speed on the catalyst surface uniform and forms a film layer on the outer periphery to prevent flashback from the catalyst layer.

【0017】前記の可燃の燃料・空気混合気は触媒層1
6で着火燃焼し、その後触媒後方で有炎燃焼して、矢印
gに示すように、ノズル17から火炎を噴出し、2重環
状の通路5A,5Bから噴射されるメインガス燃料と空
気による予混合火炎を保炎する。
The combustible fuel / air mixture is supplied to the catalyst layer 1
Then, the fuel is ignited and burned behind the catalyst, and the flame is ejected from the nozzle 17 as shown by the arrow g, and the main gas fuel injected from the double annular passages 5A and 5B and the air are used for combustion. Hold the mixed flame.

【0018】以上のように、本実施例では、触媒層16
においてパイロットガス燃料と空気の予混合気を燃焼さ
せることによって、2重環状の通路5A,5Bから噴射
されるメインガス燃料と空気の予混合火炎を保炎するこ
とができる。しかも、パイロットガス燃料は触媒層16
において燃焼するために、希薄燃焼を行うことができ、
その火炎の温度が下がって発生するNOX 量を極限まで
低減することができる。
As described above, in this embodiment, the catalyst layer 16
By burning the premixed air of the pilot gas fuel and the air, the premixed flame of the main gas fuel and the air injected from the double annular passages 5A and 5B can be maintained. Moreover, the pilot gas fuel is the catalyst layer 16
To perform lean combustion,
It is possible to reduce the amount of NO X generated by lowering the temperature of the flame to the utmost.

【0019】また、触媒層16を通過する燃料量は少な
いために、触媒層を小さくして、触媒強度を向上させる
ことができると共に、前記のように燃焼温度を下げるこ
とヽ相まって、触媒の耐久性を向上させることができ
る。
Further, since the amount of fuel passing through the catalyst layer 16 is small, the catalyst layer can be made smaller and the catalyst strength can be improved, and the combustion temperature can be lowered as described above. Performance can be improved.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明は、希薄予混合燃焼を行う予混合
燃焼器と予混合燃焼器の保炎用のパイロット燃焼器を
料ノズルに設けてなるガスタービン燃焼器において、パ
イロット燃焼器は、前記燃料ノズルの中心部に設けられ
たガス通路と、同ガス通路の先端に設けられた起動用パ
イロットノズルと、同ガス通路の中間部分の外壁に穴を
設けて同穴と連通する触媒用燃料ノズルと、同触媒用燃
料ノズルを介して連通し前記ガス通路の先端部の周囲に
設けられた触媒層と、同触媒層の先端に設けられたノズ
ルとを設けているために、予混合燃焼器と触媒燃焼の長
所が組み合わされ、発生するNOx を抑えることができ
(10ppm 以下にすることが可能) 、極低NOx のガス
タービン燃焼器を提供することができる。
According to the present invention, combustion of the pilot combustor for premixed combustors premixed combustor flame holding performing lean premixed combustion
In the gas turbine combustor provided in the fuel nozzle , the pilot combustor is provided in the center of the fuel nozzle.
Gas passage and a start-up pad provided at the tip of the gas passage.
Holes in the outer wall of the middle part of the gas passage with the Ilot nozzle
A fuel nozzle for the catalyst that is provided and communicates with the hole;
Around the tip of the gas passage through a gas nozzle.
The catalyst layer provided and the nozzle provided at the tip of the catalyst layer
Since the advantages of the premixed combustor and the catalytic combustion are combined, the generation of NO x can be suppressed (can be reduced to 10 ppm or less), and the extremely low NO x gas turbine combustor is provided. Can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例に係るガスタービン燃焼器の
断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a gas turbine combustor according to one embodiment of the present invention.

【図2】従来のガスタービンの予混合燃焼器の断面図で
ある。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a conventional premixed combustor of a gas turbine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

7 燃料ノズル 8 エルボ 10 環状のガス通路 12 燃料ノズル 13 空気通路 14 室 15 ベルマウス 16 触媒層 17 ノズル Reference Signs List 7 fuel nozzle 8 elbow 10 annular gas passage 12 fuel nozzle 13 air passage 14 chamber 15 bellmouth 16 catalyst layer 17 nozzle

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭62−81865(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23R 3/40 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References Japanese Utility Model Showa Sho 62-81865 (JP, U) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) F23R 3/40

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 希薄予混合燃焼を行う予混合燃焼器と予
混合燃焼器の保炎用のパイロット燃焼器を燃料ノズルに
設けてなるガスタービン燃焼器において、前記パイロッ
ト燃焼器は、前記燃料ノズルの中心部に設けられたガス
通路と、同ガス通路の先端に設けられた起動用パイロッ
トノズルと、同ガス通路の中間部分の外壁に穴を設けて
同穴と連通する触媒用燃料ノズルと、同触媒用燃料ノズ
ルを介して連通し前記ガス通路の先端部の周囲に設けら
れた触媒層と、同触媒層の先端に設けられたノズルとを
設けてなることを特徴とするガスタービン燃焼器。
1. A premixed combustor for performing lean premixed combustion and a pilot combustor for flame holding of the premixed combustor are provided in a fuel nozzle.
In the gas turbine combustor provided, the pilot combustor includes a gas provided at a central portion of the fuel nozzle.
Passage and a start-up pilot provided at the end of the gas passage.
Holes in the outer wall of the gas nozzle and the middle part of the gas passage
A catalyst fuel nozzle communicating with the hole, and a catalyst fuel nozzle
Around the distal end of the gas passage.
Between the catalyst layer and the nozzle provided at the tip of the catalyst layer.
A gas turbine combustor characterized by being provided .
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