JP3342920B2 - ガスタービン燃焼器 - Google Patents
ガスタービン燃焼器Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は低カロリーガスを燃料と
する場合に好適なガスタービン燃焼器に係り、特に排ガ
ス中のＮＯｘ低減が有効的に図れるガスタービン燃焼器
に関する。
する場合に好適なガスタービン燃焼器に係り、特に排ガ
ス中のＮＯｘ低減が有効的に図れるガスタービン燃焼器
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、石炭ガスなどの低カロリーガスを
ガスタービンの燃料として適用する技術が多く研究され
ている。この場合、燃料中にアンモニア等の窒素化合物
が含有されている場合には、燃焼生成物としてＮＯやＮ
Ｏ２ 等のＮＯｘが排出されるので、環境衛生の面から
排ガス中のＮＯｘ抑制技術が重要となる。
ガスタービンの燃料として適用する技術が多く研究され
ている。この場合、燃料中にアンモニア等の窒素化合物
が含有されている場合には、燃焼生成物としてＮＯやＮ
Ｏ２ 等のＮＯｘが排出されるので、環境衛生の面から
排ガス中のＮＯｘ抑制技術が重要となる。
【０００３】従来、燃料ＮＯｘの低減を図ったガスター
ビン燃焼技術としては、例えばＡＳＭＥの文献，１９８
３年，８３−ＧＴ−１４，８３−ＧＴ−１０８等に記載
されている、いわゆるリッチ・リーン（Ｒｉｃｈ−ｌｅ
ａｎ ）燃焼法が知られている。リッチ・リーン燃焼法
は、一次燃焼域で燃料過濃状態の燃焼を行わせ、二次燃
焼域で燃料稀薄状態の燃焼を行わせるというもので、排
出するＮＯｘ量が通常のガスタービン燃焼器の半分程度
まで低下できるとされている。
ビン燃焼技術としては、例えばＡＳＭＥの文献，１９８
３年，８３−ＧＴ−１４，８３−ＧＴ−１０８等に記載
されている、いわゆるリッチ・リーン（Ｒｉｃｈ−ｌｅ
ａｎ ）燃焼法が知られている。リッチ・リーン燃焼法
は、一次燃焼域で燃料過濃状態の燃焼を行わせ、二次燃
焼域で燃料稀薄状態の燃焼を行わせるというもので、排
出するＮＯｘ量が通常のガスタービン燃焼器の半分程度
まで低下できるとされている。
【０００４】図３は、このようなリッチ・リーン燃焼法
によるガスタービン燃焼器の構成を示している。このガ
スタービン燃焼器は、燃料を過濃状態で燃焼させる燃料
過濃燃焼域としての一次燃焼域１と、燃料を稀薄状態で
燃焼させる燃料稀薄燃焼域としての二次燃焼域２と、こ
れら二つの燃焼域１，２の間に設けられ、その各燃焼域
１，２の断面積よりも小さい断面積の絞り部３とを備え
た構成とされている。一次燃焼域１を構成するライナ１
ａには燃料ノズル４が設けられるとともに、一次燃焼空
気孔５および図示しない冷却空気孔が形成されている。
また、絞り部３には二次燃焼空気孔６が形成され、さら
に二次燃焼域２を構成するライナ２ａには希釈空気孔７
が形成されている。
によるガスタービン燃焼器の構成を示している。このガ
スタービン燃焼器は、燃料を過濃状態で燃焼させる燃料
過濃燃焼域としての一次燃焼域１と、燃料を稀薄状態で
燃焼させる燃料稀薄燃焼域としての二次燃焼域２と、こ
れら二つの燃焼域１，２の間に設けられ、その各燃焼域
１，２の断面積よりも小さい断面積の絞り部３とを備え
た構成とされている。一次燃焼域１を構成するライナ１
ａには燃料ノズル４が設けられるとともに、一次燃焼空
気孔５および図示しない冷却空気孔が形成されている。
また、絞り部３には二次燃焼空気孔６が形成され、さら
に二次燃焼域２を構成するライナ２ａには希釈空気孔７
が形成されている。
【０００５】燃料は、燃料ノズル４から一次燃焼域１に
供給され、一次燃焼空気孔５および冷却空気孔から導入
される空気と混合して燃料過濃燃焼が行われる。このと
き、燃料中のアンモニアが分解される。そして、未燃分
を多量に含む燃焼ガスが絞り部３を通過する際に、二次
燃焼空気孔６から導入される空気と混合して、二次燃焼
が行われて完全燃焼する。
供給され、一次燃焼空気孔５および冷却空気孔から導入
される空気と混合して燃料過濃燃焼が行われる。このと
き、燃料中のアンモニアが分解される。そして、未燃分
を多量に含む燃焼ガスが絞り部３を通過する際に、二次
燃焼空気孔６から導入される空気と混合して、二次燃焼
が行われて完全燃焼する。
【０００６】二次燃焼域２ａでは、分解されたアンモニ
アが酸化されて酸素と窒素酸化物とになるが、通常の燃
焼法に比べて窒素酸化物になる割合が小さい。
アが酸化されて酸素と窒素酸化物とになるが、通常の燃
焼法に比べて窒素酸化物になる割合が小さい。
【０００７】なお、副室を設けて一次燃焼域の当量比を
高く設定できるようにし、ＮＯｘを低減させる工夫も行
われている。
高く設定できるようにし、ＮＯｘを低減させる工夫も行
われている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のガスタ
ービン燃焼器では、燃料中のアンモニア濃度が１０００
ＰＰＭの時に、１６％Ｏ２換算で約６０ＰＰＭのＮＯｘ
が発生する。この数値は、低ＮＯｘ対策を施していない
通常のガスタービン燃焼器の半分程度のレベルである。
ービン燃焼器では、燃料中のアンモニア濃度が１０００
ＰＰＭの時に、１６％Ｏ２換算で約６０ＰＰＭのＮＯｘ
が発生する。この数値は、低ＮＯｘ対策を施していない
通常のガスタービン燃焼器の半分程度のレベルである。
【０００９】しかし、ＬＮＧ焚きのコンバインドサイク
ル発電のようなＮＯｘ排出レベルまで低下させるには、
排ガス脱硝装置を設置する等により高い脱硝効率で運転
しなければならず、そのためには設備費用と運転費用が
多大になる等の問題が生じる。本発明はこのような事情
に鑑みてなされたもので、窒素化合物を含む燃料を燃焼
させる場合、比較的低コストで、ＮＯｘ発生を有効的に
低減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。
ル発電のようなＮＯｘ排出レベルまで低下させるには、
排ガス脱硝装置を設置する等により高い脱硝効率で運転
しなければならず、そのためには設備費用と運転費用が
多大になる等の問題が生じる。本発明はこのような事情
に鑑みてなされたもので、窒素化合物を含む燃料を燃焼
させる場合、比較的低コストで、ＮＯｘ発生を有効的に
低減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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は前記の目的を達
成するために、燃料を過濃状態で燃焼させる一次燃焼域
と、稀薄状態で燃焼させる二次燃焼域と、これら二つの
燃焼域の間に設けられ、その各燃焼域の断面積よりも小
さい断面積の絞り部とを備え、前記絞り部に二次燃焼用
空気を供給する二次燃焼空気孔を設けたガスタービン燃
焼器において、前記絞り部は前記一次燃焼域および二次
燃焼域から斜面を介して細い流路を形成する筒状の周壁
を有するものとし、この周壁に前記二次燃焼空気孔を周
方向に沿って一列に間隔的に形成する一方、前記絞り部
の外周側にその絞り部との間に閉じた空間を形成する絞
り部外壁を設けるとともに、この絞り部外壁に小径な多
数の空気孔を前記絞り部の周壁に一様に面するように設
け、前記空気孔からの噴流が前記絞り部の周壁に当るよ
うにすることにより、前記二次燃焼空気孔から前記絞り
部内に供給する空気の圧力を供給源圧力と絞り部内圧と
の中間圧力まで低下させる減圧機構を設け、この減圧機
構により減圧した二次燃焼空気を前記二次燃焼空気孔を
介して燃焼器内に流入させることにより、前記二次燃焼
域で燃焼ガスを完全燃焼させるようにしたことを特徴と
する。
成するために、燃料を過濃状態で燃焼させる一次燃焼域
と、稀薄状態で燃焼させる二次燃焼域と、これら二つの
燃焼域の間に設けられ、その各燃焼域の断面積よりも小
さい断面積の絞り部とを備え、前記絞り部に二次燃焼用
空気を供給する二次燃焼空気孔を設けたガスタービン燃
焼器において、前記絞り部は前記一次燃焼域および二次
燃焼域から斜面を介して細い流路を形成する筒状の周壁
を有するものとし、この周壁に前記二次燃焼空気孔を周
方向に沿って一列に間隔的に形成する一方、前記絞り部
の外周側にその絞り部との間に閉じた空間を形成する絞
り部外壁を設けるとともに、この絞り部外壁に小径な多
数の空気孔を前記絞り部の周壁に一様に面するように設
け、前記空気孔からの噴流が前記絞り部の周壁に当るよ
うにすることにより、前記二次燃焼空気孔から前記絞り
部内に供給する空気の圧力を供給源圧力と絞り部内圧と
の中間圧力まで低下させる減圧機構を設け、この減圧機
構により減圧した二次燃焼空気を前記二次燃焼空気孔を
介して燃焼器内に流入させることにより、前記二次燃焼
域で燃焼ガスを完全燃焼させるようにしたことを特徴と
する。
【００１１】
【作用】一次燃焼域で燃料過濃状態の燃焼を行わせ、二
次燃焼域で燃料稀薄状態の燃焼を行わせるリッチ・リー
ン燃焼法では、一次燃焼域で分解されたアンモニアが、
中間生成物の窒素化合物となり、二次燃焼用空気と反応
し、一部は酸化が脱水素反応で終了して窒素になり、他
の一部はさらに酸化が進んで窒素酸化物になる。
次燃焼域で燃料稀薄状態の燃焼を行わせるリッチ・リー
ン燃焼法では、一次燃焼域で分解されたアンモニアが、
中間生成物の窒素化合物となり、二次燃焼用空気と反応
し、一部は酸化が脱水素反応で終了して窒素になり、他
の一部はさらに酸化が進んで窒素酸化物になる。
【００１２】この二つの反応経路へ進む量の比がＮＯｘ
発生割合に直接影響を及ぼすことになるが、その要因
は、反応時間と温度である。これは多くの文献から明ら
かである（例えば日本機械学会の技術資料「燃焼に伴う
環境汚染物質の生成機構と抑制法」第５章）。
発生割合に直接影響を及ぼすことになるが、その要因
は、反応時間と温度である。これは多くの文献から明ら
かである（例えば日本機械学会の技術資料「燃焼に伴う
環境汚染物質の生成機構と抑制法」第５章）。
【００１３】この場合、燃焼部において空気の混入速度
が遅く、また温度が低いほど、ＮＯｘ発生反応が少な
い。そこで、二次燃焼空気の急速混合を避け、できるだ
け低い温度条件で二次燃焼を行なわせることが好まし
い。
が遅く、また温度が低いほど、ＮＯｘ発生反応が少な
い。そこで、二次燃焼空気の急速混合を避け、できるだ
け低い温度条件で二次燃焼を行なわせることが好まし
い。
【００１４】このような燃焼を実現するために、二次燃
焼空気の注入方法を工夫し、二次燃焼空気を多段の列に
分けて入れることにより、空気混入速度を抑えることが
考えられる。この方法において、未燃焼成分を多く含む
燃料過濃燃焼ガスが徐々に二次燃焼空気と混入するよう
にして、当量比が１になる領域を設けずに燃焼させる方
法が考えられる。上述した、従来のリッチ・リーン燃焼
ではこの方法を採用している。しかし、この方法では、
中間生成物のＯＨ，Ｏ，Ｈ等の濃度が低下せず、ＮＯの
発生割合が高くなる。
焼空気の注入方法を工夫し、二次燃焼空気を多段の列に
分けて入れることにより、空気混入速度を抑えることが
考えられる。この方法において、未燃焼成分を多く含む
燃料過濃燃焼ガスが徐々に二次燃焼空気と混入するよう
にして、当量比が１になる領域を設けずに燃焼させる方
法が考えられる。上述した、従来のリッチ・リーン燃焼
ではこの方法を採用している。しかし、この方法では、
中間生成物のＯＨ，Ｏ，Ｈ等の濃度が低下せず、ＮＯの
発生割合が高くなる。
【００１５】一方、燃焼器内への空気噴流は燃焼器内外
の圧力によって生じる。その流速は差圧をΔＰ、圧力を
Ｐ、温度をＴ、ガス定数をＲとすると近似的に
の圧力によって生じる。その流速は差圧をΔＰ、圧力を
Ｐ、温度をＴ、ガス定数をＲとすると近似的に
【数１】 で表される。
【００１６】差圧が一定なら、孔の径によらず流速が一
定になる。空気噴入流速を遅くするためには差圧を小さ
くしなければならないが、燃焼器差圧は燃焼安定性のた
めに極端に低く設定することができない。
定になる。空気噴入流速を遅くするためには差圧を小さ
くしなければならないが、燃焼器差圧は燃焼安定性のた
めに極端に低く設定することができない。
【００１７】発明者においては、二次燃焼空気の流速だ
けを選択的に遅くするために、その孔の前後差圧を小さ
くすることに着目した。
けを選択的に遅くするために、その孔の前後差圧を小さ
くすることに着目した。
【００１８】そこで本発明のガスタービン燃焼器では、
前記のように、絞り部の外周側を被覆し、その絞り部と
の間に閉じた空間を形成する絞り部外壁と、この絞り部
外壁にあけられ、絞り部の周壁に一様に面する空気孔と
を備え、空気孔からの噴流が絞り部の周壁に当るように
することにより、二次燃焼空気孔から絞り部内に供給す
る空気の圧力をその二次空気孔部位で低下させ、供給源
圧力と絞り部内圧との中間圧力に設定する減圧機構を設
けた構成とすることにより、二次燃焼空気の燃焼器内へ
の噴入速度を遅くしたものである。
前記のように、絞り部の外周側を被覆し、その絞り部と
の間に閉じた空間を形成する絞り部外壁と、この絞り部
外壁にあけられ、絞り部の周壁に一様に面する空気孔と
を備え、空気孔からの噴流が絞り部の周壁に当るように
することにより、二次燃焼空気孔から絞り部内に供給す
る空気の圧力をその二次空気孔部位で低下させ、供給源
圧力と絞り部内圧との中間圧力に設定する減圧機構を設
けた構成とすることにより、二次燃焼空気の燃焼器内へ
の噴入速度を遅くしたものである。
【００１９】噴入速度を遅くすると、燃料過濃燃焼ガス
と二次空気との混合が緩慢になり、高流速の空気が噴入
する場合に比して混合に時間がかかる。
と二次空気との混合が緩慢になり、高流速の空気が噴入
する場合に比して混合に時間がかかる。
【００２０】なお、混合の過程で局所的に当量比が１に
近い領域ができるが、絞り部における１カ所からの空気
注入であり、周囲に低い温度のガスがあることから、Ｃ
Ｏの反応速度が遅いこととあわせて、周囲との熱交換が
進むことにより、多段で徐々に注入した場合よりも低い
温度で反応が行われ、これによりＮＯｘの発生が抑制さ
れる。
近い領域ができるが、絞り部における１カ所からの空気
注入であり、周囲に低い温度のガスがあることから、Ｃ
Ｏの反応速度が遅いこととあわせて、周囲との熱交換が
進むことにより、多段で徐々に注入した場合よりも低い
温度で反応が行われ、これによりＮＯｘの発生が抑制さ
れる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１を参照して説
明する。
明する。
【００２２】本実施例のガスタービン燃焼器は、燃料を
過濃状態で燃焼させる燃料過濃燃焼域としての一次燃焼
域１１と、燃料を稀薄状態で燃焼させる燃料稀薄燃焼域
としての二次燃焼域１２と、これら二つの燃焼域１１，
１２間に設けられ、その各燃焼域の断面積よりも小さい
断面積の絞り部１３とを備えた構成とされている。この
絞り部１３は、図１に示すように、一次燃焼域１１側か
ら下流側に向って次第に小径となる上流斜面と、細い流
路を形成している筒状の周壁１３ａと、この周壁１３ａ
から下流側に向って次第に小径となる下流斜面とからな
っている。
過濃状態で燃焼させる燃料過濃燃焼域としての一次燃焼
域１１と、燃料を稀薄状態で燃焼させる燃料稀薄燃焼域
としての二次燃焼域１２と、これら二つの燃焼域１１，
１２間に設けられ、その各燃焼域の断面積よりも小さい
断面積の絞り部１３とを備えた構成とされている。この
絞り部１３は、図１に示すように、一次燃焼域１１側か
ら下流側に向って次第に小径となる上流斜面と、細い流
路を形成している筒状の周壁１３ａと、この周壁１３ａ
から下流側に向って次第に小径となる下流斜面とからな
っている。
【００２３】一次燃焼ライナ１１ａには燃料ノズルカラ
ー１４が設けられ、この燃料ノズルカラー１４の中に、
図示しない燃料ノズルが組込まれている。
ー１４が設けられ、この燃料ノズルカラー１４の中に、
図示しない燃料ノズルが組込まれている。
【００２４】また、一次燃焼域を構成するライナ１１ａ
には一次燃焼空気孔１５および図示しない冷却空気孔が
形成されている。さらに、絞り部１３には二次燃焼空気
孔１６が形成され、また燃料二次燃焼域を構成するライ
ナ１２には希釈空気孔１７が形成されている。
には一次燃焼空気孔１５および図示しない冷却空気孔が
形成されている。さらに、絞り部１３には二次燃焼空気
孔１６が形成され、また燃料二次燃焼域を構成するライ
ナ１２には希釈空気孔１７が形成されている。
【００２５】そして、本実施例では、絞り部１３の外周
側が絞り部外壁１８で被覆され、その絞り部１３と絞り
部外壁１８との間には閉じた空間１９が形成されてい
る。この空間１９において、二次燃焼空気孔１６から絞
り部１３内に供給する空気の圧力をその空気供給孔入口
部位で低下させ、供給源圧力と絞り部内圧との中間圧力
に設定する減圧機構２０が設けられている。
側が絞り部外壁１８で被覆され、その絞り部１３と絞り
部外壁１８との間には閉じた空間１９が形成されてい
る。この空間１９において、二次燃焼空気孔１６から絞
り部１３内に供給する空気の圧力をその空気供給孔入口
部位で低下させ、供給源圧力と絞り部内圧との中間圧力
に設定する減圧機構２０が設けられている。
【００２６】すなわち、絞り部外壁１８には小径な多数
の空気孔２１があけられ、この各空気孔２１の形成位置
は、絞り部１３の周壁１３ａに一様に面するように設定
されている。そして、絞り部１３の二次燃焼空気孔１６
は周方向に沿って一列に間隔的に形成されている。
の空気孔２１があけられ、この各空気孔２１の形成位置
は、絞り部１３の周壁１３ａに一様に面するように設定
されている。そして、絞り部１３の二次燃焼空気孔１６
は周方向に沿って一列に間隔的に形成されている。
【００２７】燃焼時には、燃焼用空気がライナ１１ａ，
１２および絞り部外壁１８の外周側に供給される。そし
て、一次燃焼域１１および二次燃焼域１２には、一次燃
焼空気孔１５および希釈空気孔１７を介して、空気供給
源である圧縮機からの空気圧で燃焼用空気が供給され
る。
１２および絞り部外壁１８の外周側に供給される。そし
て、一次燃焼域１１および二次燃焼域１２には、一次燃
焼空気孔１５および希釈空気孔１７を介して、空気供給
源である圧縮機からの空気圧で燃焼用空気が供給され
る。
【００２８】これに対し、二次燃焼空気孔１６には、絞
り部外壁１８の空気孔２１から閉じた空間１９内に一旦
供給された空気が、絞り部１３の周壁１３ａに衝突して
圧力を減じた後の減圧空気が供給される。この減圧によ
り、絞り部１３内に供給する空気の圧力が供給源圧力と
絞り部内圧との中間圧力まで低下するものである。
り部外壁１８の空気孔２１から閉じた空間１９内に一旦
供給された空気が、絞り部１３の周壁１３ａに衝突して
圧力を減じた後の減圧空気が供給される。この減圧によ
り、絞り部１３内に供給する空気の圧力が供給源圧力と
絞り部内圧との中間圧力まで低下するものである。
【００２９】なお、燃焼用空気は、燃焼器内外の差圧に
より流入するため、空気配分はその面積比により決定さ
れるが、一次燃焼域１１の空気孔面積配分は定格点の燃
料を完全燃焼させる空気量よりも少ない空気が供給され
るような面積に設定されている。
より流入するため、空気配分はその面積比により決定さ
れるが、一次燃焼域１１の空気孔面積配分は定格点の燃
料を完全燃焼させる空気量よりも少ない空気が供給され
るような面積に設定されている。
【００３０】上記の構成において、低カロリーガス燃料
が燃料ノズルを通って燃焼器の一次燃焼域１１に供給さ
れる。燃料は一次燃焼空気孔１５および冷却空気孔を通
ってきた空気と混合して燃焼する。一次燃焼域１１の面
積配分を定格点の燃料が完全燃焼する空気量よりも少い
空気が供給される面積に設定してあるため、ここでは完
全燃焼が行われない。そして、未燃焼分を含んだ燃焼ガ
スは、絞り部１３を通過する。燃焼用空気の一部は、絞
り部外壁１８の空気孔２１を介して閉じた空間１９に流
入し、さらに二次燃焼空気孔１６を介して燃焼器内に流
入する。燃焼器内に流入する空気の流速は、差圧をΔ
Ｐ、圧力をＰ、温度をＴ、ガス定数をＲとすると前記の
如く、近似的に
が燃料ノズルを通って燃焼器の一次燃焼域１１に供給さ
れる。燃料は一次燃焼空気孔１５および冷却空気孔を通
ってきた空気と混合して燃焼する。一次燃焼域１１の面
積配分を定格点の燃料が完全燃焼する空気量よりも少い
空気が供給される面積に設定してあるため、ここでは完
全燃焼が行われない。そして、未燃焼分を含んだ燃焼ガ
スは、絞り部１３を通過する。燃焼用空気の一部は、絞
り部外壁１８の空気孔２１を介して閉じた空間１９に流
入し、さらに二次燃焼空気孔１６を介して燃焼器内に流
入する。燃焼器内に流入する空気の流速は、差圧をΔ
Ｐ、圧力をＰ、温度をＴ、ガス定数をＲとすると前記の
如く、近似的に
【数２】 で表される。
【００３１】本実施例の場合、二次燃焼空気の流速を決
める差圧ΔＰは、閉じた空間１９である中間圧域の圧力
と、燃焼器内圧との差で与えられる。中間圧域の圧力
は、空気孔２１からの噴流が絞り部１３の周壁１３ａに
当るように設置されているため、空気圧の大部分が消失
して、燃焼器内の圧力と供給空気圧力との略中間にな
る。
める差圧ΔＰは、閉じた空間１９である中間圧域の圧力
と、燃焼器内圧との差で与えられる。中間圧域の圧力
は、空気孔２１からの噴流が絞り部１３の周壁１３ａに
当るように設置されているため、空気圧の大部分が消失
して、燃焼器内の圧力と供給空気圧力との略中間にな
る。
【００３２】そのため、本実施例の場合は、流速が通常
より小さくでき、その圧力の設定は、二次燃焼空気孔１
６と空気孔２１との面積比により設定することができ
る。
より小さくでき、その圧力の設定は、二次燃焼空気孔１
６と空気孔２１との面積比により設定することができ
る。
【００３３】燃焼ガスは、二次燃焼域１２で完全燃焼し
たあと、希釈空気孔１７からの希釈空気と混入して所定
の温度になり、図示しないタービンに供給される。
たあと、希釈空気孔１７からの希釈空気と混入して所定
の温度になり、図示しないタービンに供給される。
【００３４】以上のように、本実施例によれば、一次燃
焼域１１で燃料過濃燃焼をすることで低カロリーガス燃
料中のアンモニアが酸素不足の状態で高温化され、ＮＨ
やＮＨ２等の窒素化合物に分解する。そして、未燃分を
含む燃焼ガスは、絞り部１３で二次燃焼空気と混合して
完全燃焼するが、そのとき窒素化合物が酸化されて窒素
または窒素酸化物になる。
焼域１１で燃料過濃燃焼をすることで低カロリーガス燃
料中のアンモニアが酸素不足の状態で高温化され、ＮＨ
やＮＨ２等の窒素化合物に分解する。そして、未燃分を
含む燃焼ガスは、絞り部１３で二次燃焼空気と混合して
完全燃焼するが、そのとき窒素化合物が酸化されて窒素
または窒素酸化物になる。
【００３５】前記の如く、窒素酸化物になる割合を減ら
すためには、温度を低く押さえることと、混合時間を長
くすることが必要である。本実施例のガスタービン燃焼
器では、二次燃焼空気の燃焼器内への噴入速度が遅いこ
とで、燃料過濃燃焼ガスと二次空気との混合が緩慢にな
る。つまり、速い流速の空気が噴入するよりも混合に時
間がかかる。一方、燃焼温度は局所的に当量比が１に近
い領域が混合の過程でできるが、１カ所での注入のた
め、周囲に低い温度のガス塊があり、周囲との熱交換が
進み、等量比１の理論燃焼温度より低い温度で反応す
る。したがって、以上の作用でＮＯｘの発生が有効的に
抑制されるものである。
すためには、温度を低く押さえることと、混合時間を長
くすることが必要である。本実施例のガスタービン燃焼
器では、二次燃焼空気の燃焼器内への噴入速度が遅いこ
とで、燃料過濃燃焼ガスと二次空気との混合が緩慢にな
る。つまり、速い流速の空気が噴入するよりも混合に時
間がかかる。一方、燃焼温度は局所的に当量比が１に近
い領域が混合の過程でできるが、１カ所での注入のた
め、周囲に低い温度のガス塊があり、周囲との熱交換が
進み、等量比１の理論燃焼温度より低い温度で反応す
る。したがって、以上の作用でＮＯｘの発生が有効的に
抑制されるものである。
【００３６】なお、本実施例では、絞り部１３の冷却が
容易に達成される。すなわち、絞り部１３の上流側斜面
は一次燃焼域のため、空気配分を制限しなければならな
い。一方、燃料ノズルからの火炎が延びて絞り部１３に
衝突する場合があり、十分な冷却空気を必要とする。ま
た、絞り部１３の喉部は流路が細いため、燃焼ガスの流
速が速くなる。そのため熱伝達が促進されて十分な冷却
を必要とする。さらに絞り部１３の下流側側面は、二次
燃焼域の燃焼反応が最も盛んな領域に面しているうえ
に、燃焼ガス流路の急拡大のために流れが剥離してこの
部分で渦が形成され、壁への熱伝達係数が高くなってい
る。これらの理由から、絞り部１３は十分な冷却を必要
としている。
容易に達成される。すなわち、絞り部１３の上流側斜面
は一次燃焼域のため、空気配分を制限しなければならな
い。一方、燃料ノズルからの火炎が延びて絞り部１３に
衝突する場合があり、十分な冷却空気を必要とする。ま
た、絞り部１３の喉部は流路が細いため、燃焼ガスの流
速が速くなる。そのため熱伝達が促進されて十分な冷却
を必要とする。さらに絞り部１３の下流側側面は、二次
燃焼域の燃焼反応が最も盛んな領域に面しているうえ
に、燃焼ガス流路の急拡大のために流れが剥離してこの
部分で渦が形成され、壁への熱伝達係数が高くなってい
る。これらの理由から、絞り部１３は十分な冷却を必要
としている。
【００３７】本実施例では前記のように、絞り部外壁１
８の空気孔２１からの噴流が、絞り部１３の周壁１３ａ
に衝突するように配置されているため、インピンジメン
ト効果により効果的に冷却されるものである。
８の空気孔２１からの噴流が、絞り部１３の周壁１３ａ
に衝突するように配置されているため、インピンジメン
ト効果により効果的に冷却されるものである。
【００３８】図２は本発明の他の実施例を示している。
【００３９】本実施例は副燃焼室付きリッチ・リーン燃
焼器についてのものである。すなわち、本実施例では一
次燃焼域１１の上流側に副燃焼室２２が設けられ、この
副燃焼室２２の上流側に副燃料ノズル２３、下流側に主
燃料ノズル２４が設けられている。また、副燃焼室２２
に面して副燃焼空気孔２５が形成されている。その他の
構成については、前記一実施例と略同様である。
焼器についてのものである。すなわち、本実施例では一
次燃焼域１１の上流側に副燃焼室２２が設けられ、この
副燃焼室２２の上流側に副燃料ノズル２３、下流側に主
燃料ノズル２４が設けられている。また、副燃焼室２２
に面して副燃焼空気孔２５が形成されている。その他の
構成については、前記一実施例と略同様である。
【００４０】本実施例では、低カロリーの燃料が副燃料
ノズル２３と主燃料ノズル２４とに別けて供給される。
副燃料ノズル２３に供給された燃料は、副燃料ノズル２
３と副燃焼空気孔２５から供給される空気によって適正
な当量比で副燃焼室２０内で燃焼する。主燃料ノズル２
４から供給される燃料は、主燃料ノズル２４と一次燃焼
空気孔１５とライナ１１ａに設けられた冷却空気孔から
の空気によって一次燃焼域１１で燃料過濃状態で燃焼す
る。
ノズル２３と主燃料ノズル２４とに別けて供給される。
副燃料ノズル２３に供給された燃料は、副燃料ノズル２
３と副燃焼空気孔２５から供給される空気によって適正
な当量比で副燃焼室２０内で燃焼する。主燃料ノズル２
４から供給される燃料は、主燃料ノズル２４と一次燃焼
空気孔１５とライナ１１ａに設けられた冷却空気孔から
の空気によって一次燃焼域１１で燃料過濃状態で燃焼す
る。
【００４１】その際、通常の燃焼方法では火炎が維持で
きないような空気不足の状態でも、副燃焼室２２からの
高温ガスによる助燃のために火炎が維持される。未燃焼
分を含んだ燃焼ガスは一次燃焼域１１を経て絞り部１３
を通過する。そして、燃焼用空気の一部は、絞り部外壁
１８の空気孔２１を通過して中間圧室となる空間１９に
流入し、さらに絞り部１３の二次燃焼空気孔１６を通過
して燃焼器内に流入する。
きないような空気不足の状態でも、副燃焼室２２からの
高温ガスによる助燃のために火炎が維持される。未燃焼
分を含んだ燃焼ガスは一次燃焼域１１を経て絞り部１３
を通過する。そして、燃焼用空気の一部は、絞り部外壁
１８の空気孔２１を通過して中間圧室となる空間１９に
流入し、さらに絞り部１３の二次燃焼空気孔１６を通過
して燃焼器内に流入する。
【００４２】これらの空気と、未年分を含んだ燃焼ガス
とが二次燃焼域３０で完全燃焼する。このとき、前記一
実施例と同様に、二次燃焼空気の流速が遅いため、窒素
化合物が窒素酸化物に変化する割合が抑制される。そし
て、完全燃焼した燃焼ガスは、希釈空気孔１７からの希
釈空気と混合して、所定の温度になり、図示しないガス
タービン第一段静翼に供給される。
とが二次燃焼域３０で完全燃焼する。このとき、前記一
実施例と同様に、二次燃焼空気の流速が遅いため、窒素
化合物が窒素酸化物に変化する割合が抑制される。そし
て、完全燃焼した燃焼ガスは、希釈空気孔１７からの希
釈空気と混合して、所定の温度になり、図示しないガス
タービン第一段静翼に供給される。
【００４３】このように、副燃焼室２２を有する本実施
例においても、前記一実施例と同様に、二次燃焼空気の
燃焼器内への噴入速度が遅いことで、燃料過濃燃焼ガス
と二次空気との混合が緩慢になり、ＮＯｘの発生が有効
的に抑制できる。
例においても、前記一実施例と同様に、二次燃焼空気の
燃焼器内への噴入速度が遅いことで、燃料過濃燃焼ガス
と二次空気との混合が緩慢になり、ＮＯｘの発生が有効
的に抑制できる。
【００４４】
【発明の効果】以上で詳述したように、本発明によれ
ば、二次燃焼空気孔から絞り部内に供給する空気の圧力
を供給源圧力と絞り部内圧との中間圧力まで低下させる
減圧機構を設けたことにより、窒素化合物を含む燃料を
燃焼させる場合、比較的低コストで、ＮＯｘ発生を有効
的に低減できるという効果が奏される。
ば、二次燃焼空気孔から絞り部内に供給する空気の圧力
を供給源圧力と絞り部内圧との中間圧力まで低下させる
減圧機構を設けたことにより、窒素化合物を含む燃料を
燃焼させる場合、比較的低コストで、ＮＯｘ発生を有効
的に低減できるという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す斜視図
【図２】本発明の他の実施例を示す斜視図。
【図３】従来例を示す斜視図。
１１ 一次燃焼域 １２ 二次燃焼域 １３ 絞り部 １６ 二次燃焼空気孔 ２０ 減圧機構
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 幹夫 神奈川県横須賀市長坂二丁目６番１号 財団法人電力中央研究所 横須賀研究所 内 (72)発明者 二宮 徹 神奈川県横須賀市長坂二丁目６番１号 財団法人電力中央研究所 横須賀研究所 内 (72)発明者 山田 正彦 神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４ 株 式会社東芝 京浜事業所内 (56)参考文献 特開 平４−227414（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−89916（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−139312（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F23R
Claims (1)
- 【請求項１】 燃料を過濃状態で燃焼させる一次燃焼域
と、稀薄状態で燃焼させる二次燃焼域と、これら二つの
燃焼域の間に設けられ、その各燃焼域の断面積よりも小
さい断面積の絞り部とを備え、前記絞り部に二次燃焼用
空気を供給する二次燃焼空気孔を設けたガスタービン燃
焼器において、前記絞り部は前記一次燃焼域および二次
燃焼域から斜面を介して細い流路を形成する筒状の周壁
を有するものとし、この周壁に前記二次燃焼空気孔を周
方向に沿って一列に間隔的に形成する一方、前記絞り部
の外周側にその絞り部との間に閉じた空間を形成する絞
り部外壁を設けるとともに、この絞り部外壁に小径な多
数の空気孔を前記絞り部の周壁に一様に面するように設
け、前記空気孔からの噴流が前記絞り部の周壁に当るよ
うにすることにより、前記二次燃焼空気孔から前記絞り
部内に供給する空気の圧力を供給源圧力と絞り部内圧と
の中間圧力まで低下させる減圧機構を設け、この減圧機
構により減圧した二次燃焼空気を前記二次燃焼空気孔を
介して燃焼器内に流入させることにより、前記二次燃焼
域で燃焼ガスを完全燃焼させるようにしたことを特徴と
するガスタービン燃焼器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15540993A JP3342920B2 (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | ガスタービン燃焼器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15540993A JP3342920B2 (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | ガスタービン燃焼器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0712340A JPH0712340A (ja) | 1995-01-17 |
| JP3342920B2 true JP3342920B2 (ja) | 2002-11-11 |
Family
ID=15605359
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15540993A Expired - Fee Related JP3342920B2 (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | ガスタービン燃焼器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3342920B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100552301C (zh) * | 2003-09-05 | 2009-10-21 | 德拉文公司 | 燃气轮机引擎的稳定燃烧用导引燃烧器室 |
| JP4418442B2 (ja) | 2006-03-30 | 2010-02-17 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービンの燃焼器及び燃焼制御方法 |
| JP5426201B2 (ja) * | 2009-03-17 | 2014-02-26 | 株式会社日本触媒 | アンモニア分解装置および当該装置を用いたアンモニア分解方法 |
-
1993
- 1993-06-25 JP JP15540993A patent/JP3342920B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0712340A (ja) | 1995-01-17 |
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Legal Events
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