JP3401246B2 - 炭化水素燃料を燃焼する方法とシステム - Google Patents

炭化水素燃料を燃焼する方法とシステム

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、汚染物質の排出、特にNOX排出の少ない炭
化水素燃料を燃焼する方法とシステムに関する。
技術背景 炭化水素燃料を燃焼することによって発生する排ガス
が大気汚染の一因であることは長く周知であった。排ガ
スは、典型的には、通常NOX（窒素酸化物）として一括
される酸化窒素（NO）や二酸化窒素（NO2）、不燃炭化
水素（UHC）、一酸化炭素（CO）、また微粒子（主に炭
素煤）、などの汚染物質を含む。二酸化窒素は、地表ス
モッグや酸性雨を形成し、また成層圏オゾンを枯渇させ
るので特に懸念される。NOXは、いくつかの機構により
形成される。大気中の酸素と窒素との高温反応は、特に
断熱火炎温度が摂氏1538度（華氏2800度）を越えると、
熱またはゼルドビッチ機構によりNOXを形成する（“熱N
OX"）。大気中の窒素と炭化水素燃料のフラグメント（C
Hi）との反応は、特に燃料が過剰な状態では即発機構に
よりNOXを形成する（“即発NOX"）。窒素を含有する燃
料より放出された窒素と大気中の酸素との反応は、特に
燃料の稀薄な状態では燃料結合機構によりNOXを形成す
る（“燃料結合NOX"）。典型的な燃焼器においては、大
気中の酸素及び窒素は燃料と混合した燃焼用の空気中に
容易に得られる。
大気汚染を抑制する必要が認識されている一方で、過
去十年間に開発されてきたものより高度な燃焼制御機構
は、経済的活動を維持するため、燃焼効率を最大化する
目的で設計され、汚染物質の排出に対する配慮は二次的
であった。例えば、CO及びUHCの発生は好ましくないと
されてきたが、これは、これらが汚染物質であるからと
いう理由よりは、これらにより燃焼効率が低下するとい
う理由からである。燃焼効率や火炎の安定性を最大限に
するため、燃料は度々拡散炎において、化学量論的な、
すなわち1.0を少し下回る当量比に可能な限り近い燃空
比にて燃焼される。当量比とは、実際の燃空比の化学量
論的比率に対する比率である。1.0より大きな当量比は
燃料の過剰な状態を示し、1.0より少ない当量比は燃料
の稀薄な状態を示す。燃料を1.0を少し下回る当量比に
て燃焼すると、ほぼ完全な燃焼が実現され、CO及びUHC
の発生を最少限にすると同時に高温の火炎を生成して使
用可能なエネルギーを最大にする。このような動作中に
発生する温度は、相当量のNOXを生成するのに十分高
い。故に、経済的関心により生じる良好な熱効率を達成
するという目標は、環境に対する関心から生じ、また益
々厳重になる環境規則により要求されるNOX排出を最少
限にとどめるという目標は、互いに反目しているかのよ
うである。
NOXを減少させる非常に単純な方法が数種あるが、い
ずれも完全に満足のいくものではない。例えば、低窒素
または窒素を含まない燃料を燃焼することにより燃料結
合NOXの形成を最少限にとどめるか、または十分に防止
することができる。しかしながら、低窒素燃料の燃焼は
熱NOXまたは即発NOXの形成の減少には役立たない。熱NO
Xは、燃料が不均一に稀薄な状態において動作すること
により、すなわち、稀薄な拡散炎、または稀薄な予混合
／予蒸発（LPP）システムを使用することにより低減さ
せることができる。稀薄燃料の燃焼を実現するための余
剰な空気は、火炎温度を低下させる希釈剤として作用す
るので、形成された熱NOXの量を低減させる。また余剰
空気は、大気中の窒素と反応するCHiの濃度を低下させ
るので、即発NOXの形成は稀薄燃料の状態での動作によ
り低減させることができる。しかしながら、熱NOX及び
即発NOXの形成が稀薄燃料の燃焼により低減される範囲
は、非常に稀薄な状態において起こる火炎の不安定性に
規定されることがある。
英国特許Ａ−１ 460312号は、NOXの減少した空気中
にて炭化水素燃料を燃焼させる方法を開示している。こ
の方法は、２部の主要燃焼工程を有しており、この工程
によれば、１より大きい当量比を有する燃料と空気の混
合物がまず自燃状態下で燃焼され、次に触媒に接触し水
素と一酸化炭素を含む生成物を形成する。主要燃焼工程
により、形成された生成物は冷却され、さらに空気と混
合されて燃焼を完了する。この方法により、NOXの排出
は、低減するが、NOXの排出を低減する他の方法と併用
することが望ましい。
従って、汚染物質、特にNOXの排出を最低限に抑える
と同時に炭化水素燃料を効率的に燃焼する方法とシステ
ムが当該技術において必要とされる。
発明の開示 本発明は、汚染物質、特にNOXの排出を最低限に抑
え、同時に炭化水素燃料を効率的に燃焼する方法とシス
テムに関する。
本発明の一つの態様は、炭化水素燃料を燃焼する方法
を有する。燃料は、第一空気流と混合することにより１
より大きい当量比を有する燃料と空気の混合物を形成
し、この混合物を触媒酸化工程内の酸化触媒と接触させ
部分的に酸化させる。これにより、反応熱と、水素及び
炭素酸化物を有する部分酸化生成物流を発生する。反応
熱を抽出した後、部分酸化生成物流は第二空気流と混合
し、主燃焼器において完全燃焼され流出ガス流を発生さ
せる。この方法は抽出される反応熱が触媒酸化工程より
制御可能に抽出され、また同時に燃料が部分的に酸化さ
れ部分酸化生成物流の組成及び温度を制御するという特
徴を有する。部分酸化生成物流の温度は主燃焼器内に形
成される熱NOX量に影響を及し、部分酸化生成物流の組
成が主燃焼器内の即発NOX量を決定する。また部分酸化
生成物流の温度と組成は、主燃焼器内の火炎の安定性に
も影響する。部分酸化生成物流の温度と組成は、主燃焼
器内に形成される熱NOX、即発NOXの量及び主燃焼器内の
火炎の安定性を同時に制御するために選択されることに
より、流出ガス流におけるNOXの総量は制御される。
本発明のもう一つの態様は、炭化水素燃料を燃焼する
システムを有し、燃料と第一空気流を混合して１より大
きい当量比を有する燃料と空気の混合物を形成する手段
と、燃料を部分酸化して反応熱と、水素及び炭素酸化物
を含有する酸化生成物流を発生させることのできる酸化
触媒を有する触媒の酸化行程とを有する。また、この本
システムは、反応熱を抽出する手段と、部分酸化生成物
流と第二空気流とを混合する手段と、部分酸化生成物流
を完全燃焼して流出ガス流を発生させることのできる主
燃焼器とを共に有する。
本システムは反応熱を抽出する手段が触媒酸化工程よ
り反応熱の一部を制御可能に抽出する手段を有し、また
同時に燃料（30）が部分的に酸化され部分酸化生成物流
（34）の温度及び組成を制御するという特徴を有する。
前述の、また他の本発明の特徴及び有利性は、次に述
べる記述及び添付の図により更に明白にされる。
図の簡単な説明 第１図は、本発明の基本的燃焼システムを示す図であ
る。
第２図は、ガスタービンエンジンと連結して使用され
る本発明の燃焼システムを示す図である。
第３図は、断熱火炎温度と第２図に示される燃焼シス
テムからのNOX排出と従来技術の燃焼システムを主燃焼
器の一次ゾーンにおける当量比の関数として表した図で
ある。
本発明の好適な実施例 本発明は、触媒手段による部分酸化、熱処理、NOX及
び他の汚染物質を抑制するための火炎の安定性の強化の
３つの方法を組み合わせて用い、住居用暖房設備、工業
用加工ヒータ、工業用ガスタービン、航空機ガスタービ
ン、高速民間輸送及び国家航空宇宙機計画などの目的に
使用する、より高度な航空機エンジンなど幅広い燃焼装
置において炭化水素燃料を良好な熱効率で燃焼する。
本発明のこれらの態様は、本発明の基本的実施例を図
示した第１図を参照することにより更に深く理解される
ものである。
第１図に示されるような流れを有する酸素で、好適な
温度及び圧力下でも良い空気流２は、第一空気流４、第
二空気流６の２つのより小さな流れに分離される。第一
空気流４は燃料流８と、いかなる好適な温度及び圧力下
で混合し、１より大きな当量比を有する空気と燃料の混
合物10を形成する。当量比は２より大きくすることもで
きるが、2.5から８の間が好ましい。当量比が約３から
約５の間が最も好ましい。燃料は、炭化水素C1から
C20、炭化水素C1からC20の酸素化合物、及びこれらの混
合物を含有するものでも良い。好適なガス状燃料は、天
然ガスやプロパンを含有するものである。また好適な液
状燃料は、ケロシン、No1加熱オイル、No2加熱オイル及
びJetA、JetB、JP−４、JP−５、JP−７、JP−８などの
従来の航空機タービン燃料を含有するものである。燃料
が液状の場合、空気と混合する前に、または空気と混合
している間、蒸発または噴霧させる必要がある。周知の
従来の方法を用いて燃料を気化または噴霧させることが
必要である。
燃料と空気の混合物10は触媒の酸化行程へ流入し、酸
化触媒11に接触して部分酸化され、反応熱及びH2、主に
COである炭素酸化物、未反応炭化水素燃料を含んだ部分
酸化生成物流12を生成する。この場合の触媒酸化は、熱
による燃焼を支持するために必要な温度を下回る、すな
わち有炎の従来の燃焼に必要な温度を下回る温度、また
相当量の熱NOXを形成する温度を下回る温度における酸
化熱分化または不炎の急速な酸化を意味する。部分酸化
は燃料をCO2及びH2Oに完全に変換し、燃料に蓄えられて
いる化学的エネルギーを十分に作用させるのに不十分な
酸素しか得られないということを意味する。触媒手段に
よって燃料をCO及びH2また他の炭素酸化物に部分酸化さ
せることにより、下流の熱燃焼器の火炎前面内のCHiフ
ラグメントを形成する炭化水素燃料の量を低減する。従
って、下流の熱燃焼において形成される即発NOXの量を
低減する。実際に形成されるH2、CO及び未反応の炭化水
素燃料は、触媒の酸化行程における温度（摂氏149度、
すなわち華氏約300度から摂氏982度すなわち、華氏1800
度）に依存する。これより高温下では平衡な生成物の組
成が変化するため、より低温下に比べ比較的より多くの
燃料がH2及びCOへ変換される。酸化触媒は、燃料を部分
酸化することのできるいかなる触媒でも良い。好適な触
媒は、白金、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、パラ
ジウムなどの白金族金属、これらの混合物、酸化クロ
ム、酸化コバルト、アルミナなどである。また触媒は、
触媒の酸化行程において広がる状態下で部分酸化を開始
できるものが好ましい。すなわち、外部の熱源からの付
加的な加熱を必要としないものであることが望ましい。
しかしながら、場合によっては、二次的に働く流体、抵
抗性の加熱、または触媒の一時的な上流熱燃焼を用いて
触媒を予め加熱することもできる。触媒は、アルミナま
たは同様の基質上に支持できる。更にグラニュール、エ
クストルーデー（extrudates）、または金属熱交換器の
表面、金属箔、金属ハニカム、セラミックハニカム上の
コーティングなどのいかなる従来の形態上に支持するこ
とができる。好ましい触媒は、白金属金属特にアルミナ
支持体上に配置された白金・ロジウムが好ましい。複数
の触媒は、段を有する触媒床に組み込むこともできる。
触媒の酸化行程は従来の触媒反応装置の設計技術に従っ
て設計することができる。
部分酸化が起こると同時に、反応熱の一部が熱移動流
14により触媒の酸化行程から抽出され、温度と部分酸化
生成物流12の組成を制御する。この動作は熱処理と称さ
れる。触媒の酸化行程から少量の熱を抽出する、または
熱を全く抽出さないことによって比較的多量のH2及び比
較的少量の未反応の炭化水素燃料を含む比較的高温の部
分酸化生成物流がつくられる。この結果、下流燃焼にお
ける即発NOXは比較的にはほとんど形成されない。比較
的多量の熱を触媒の酸化行程より抽出する都合、比較的
少量のH2及び比較的多量の未反応の炭化水素燃料を含む
比較的低温の部分酸化生成物流がつくられる。多量の未
反応の炭化水素燃料から生ずる即発NOXの増加は、少な
くとも下流の熱燃焼器において形成される熱NOXの減少
により部分的にオフセットされる。また、より低温の部
分酸化生成物流は、下流の熱燃焼器において、より低温
の断熱火炎温度を生ずる。熱処理を用いて温度と部分酸
化生成物流の組成を制御することにより、燃焼システム
内に形成されるNOXの総量を制御して特定の動作状況に
適応させることができる。熱処理を用いることにより、
触媒の酸化行程内に発生する反応熱を最大50パーセント
まで抽出することができる。約20パーセントの反応熱を
抽出することが好ましく、３パーセントから20パーセン
トまでの反応熱を抽出することが最も好ましい。所望で
あれば、触媒の酸化行程の下流において熱を抽出するこ
ともできる。この場合、部分酸化生成物流12の温度のみ
が制御可能となる。反応熱の一部を抽出するために熱交
換器を用いることもできる。熱交換器は、従来の熱交換
器の設計技術に従って設計することもでき、触媒の酸化
行程と一体となった一部分であっても別個の設備であっ
ても良い。熱移動流14は、初期においては、触媒の酸化
行程または部分酸化生成物流より熱が抽出されることが
できればいかなる温度であっても良いが、熱処理後のこ
の温度は抽出された熱の量に依存する。熱移動流14は、
空気、水、または他の媒体でも良く、熱処理後は、当業
者が加熱されたこのような流れを有用と考えるいかなる
方面においても使用することができる。熱移動流14を効
果的に用いることにより、本発明の熱効率は従来の燃焼
システムと少なくとも同様である。
触媒酸化及び熱処理後は、冷却された部分酸化生成物
流12は、第二空気流６と主燃焼器において混合され、熱
燃焼反応により完全に燃焼され、その際、流出ガス16を
発生する。冷却された部分酸化生成物流は、燃焼に先立
ってまたは拡散炎において第二空気流と混合される。熱
NOXの形成を最少限にとどめるため、主燃焼器における
断熱火炎温度は、摂氏1538度（華氏約2800度）よりも低
いことが好ましい。断熱火炎温度及び火炎の安定性の主
燃焼器における特性は部分酸化生成物流の温度と組成及
び燃焼器内の当量比に左右される。H2は、元来の燃料に
比べ軽量で反応しやすく、第二空気流とより良好に混合
するため、通常、部分酸化生成物流中のH2は、火炎の安
定性を強化する。部分酸化生成物流がより多量のH2を含
有し、より高温でより良好な混合を生ずるため、火炎の
安定性は、触媒の酸化行程から抽出される熱がごく少量
か、または熱を全く抽出さない場合、特に強化される。
更に安定性の高い火炎は、主燃焼器がより低い当量比に
て動作され、更に低温の断熱火炎温度を生じさせ、熱NO
Xの形成を更に減少させる。いずれの場合にしても、主
燃焼器は、確実に完全に燃焼させるために、全体の当量
比が1.0より低い状態で動作させる必要がある。主燃焼
器は、従来の燃焼器あるいはより高度な燃焼器も含め、
部分酸化生成物流を燃焼するのに好適であればいかなる
燃焼器であっても良く、燃焼ゾーンは単一でも複数でも
良い。主燃焼器は、LPP燃焼器であれば好ましい。主燃
焼器は、従来技術に従って設計することもできる。
第２図に示されるように、本発明とガスタービンとを
結合させることにより、更に付加的な利点が得られる。
空気流22は、圧縮機内に流入して好適な温度及び圧力に
圧縮される。圧縮機から流出した空気は、制御可能に第
一空気流24、一次空気流26、及び二次空気流28の３つの
流れに分離される。第一空気流24は、燃料流30と混合し
て1.0より大きな当量比を有する燃料と空気の混合物32
を形成する。燃料と空気との混合物32は、触媒の酸化行
程に流入して酸化触媒33に接触して部分的に酸化され、
反応熱及びH2及び炭素酸化物を含有する部分酸化生成物
流34を生ずる。反応熱の一部は、熱交換器内で二次空気
流28によって取り除かれ、二次空気流28を加熱し部分酸
化生成物流34を冷却する。冷却された部分酸化生成物流
34は、一次空気流26と混合し、燃焼生成物流36を発生さ
せる相当量の熱NOXが形成されない温度にて、主燃焼器
の一次ゾーンにおいて熱により燃焼される。一次ゾーン
の燃料と空気の当量比は、1.0より大きくても1.0より小
さくても良いが、熱NOX及び即発NOXの両方の形成を最少
限にするためには1.0より小さいことが好ましい。燃焼
生成物流36は、二次空気流28により希釈される。二次空
気流は、主燃焼器の希釈孔より二次ゾーンへ加えられ排
ガス流38を発生する。二次空気流は、燃焼生成物流36を
希釈し冷却し、また触媒の酸化行程から抽出された熱を
排ガス流38へ返還する。この結果、排ガス流38の温度、
燃焼システムの熱効率、及び排ガス内のCOとUHCの量
は、従来の燃焼システム装置を用いた場合とほぼ同様と
なる。または、希釈用空気としてこれら全ての二次空気
流28を用いるかわりに、二次空気流28の一部を一次ゾー
ンに加えて燃焼空気を付加的に供給することもできる。
二次ゾーンから流出した後。排ガス流38は、タービンを
横切るように膨脹し、シャフトワークを生じ圧縮機を動
作する。
第２図に示されるようなシステムは、特にタービンが
オフピーク電力で動作される際、動作のおいて数々の付
加的な柔軟性を持つガスタービンを提供することができ
る。主燃焼器内の、より軽量で反応しやすい燃料を燃焼
することにより、火炎の安定性は向上し、また他の燃料
と比較して燃焼を低い当量比にて維持すると同時に行わ
れる広い燃焼限界を得ることができる。更に、空気流を
一次流及び二次流に分配する制御機能は、一次ゾーン内
の当量比の動力制御に用いることが可能で、電力レベル
が変化しても当量比は均一に保たれる。
試験１ 第２図に示される触媒の酸化行程に組み込まれたガス
タービンと２つのゾーンを有する主燃焼器は、当該技術
において周知の従来技術を用いたコンピュータを模範と
した。触媒の酸化行程は、詳細な化学動力的モデルとし
て示され、主燃焼器の一次ゾーンは、完全に攪拌された
反応装置として示され、主燃焼器の二次ゾーンは、プラ
グ流反応装置として示された。大気18.9で摂氏453度
（華氏847度）の圧縮空気は３つの流れに分離された。
すなわち空気の7.5パーセントは第一空気流へ、42.5パ
ーセントが一次空気流へ、50パーセントが第二空気流へ
分離された。第一空気流は、摂氏27度（華氏80度）にて
メタンと混合され、温度が摂氏296度（華氏564度）で当
量比が4.0である燃料と空気との混合物が形成された。
燃料と空気の混合物は、触媒の酸化行程において部分的
に酸化され、12vol％（容積百分率）のCH4、8vol％のC
O、19vol％のH2を含む部分酸化生成物流を生じた。触媒
の酸化行程内の滞在時間は20msec（ミリ秒）で、熱処理
を用いて二次空気流を摂氏644度（華氏1192度）まで加
熱することによって、温度は摂氏727度（華氏1340度）
に保たれた。摂氏727度（華氏1340度）で触媒の酸化行
程より流出する部分酸化生成物流は、主燃焼器の一次ゾ
ーン空気流中で一次空気流と混合され、滞在時間0.1mse
c、当量比0.6で熱により燃焼された。摂氏1510度（華氏
2750度）で6ppm（百万分率）のNOと6,000ppmのCOを含有
する燃焼生成物流は、主燃焼器二次ゾーンにおいて滞在
時間6.0msec、当量比0.3で二次空気流と混合し、排ガス
を生じた。二次ゾーンより流出された排ガスは摂氏1121
度（華氏2049度）で3ppmのNOと、6ppmのCOを含有してい
た。
試験２ 主燃焼器における幅広い動作を設計するため、試験１
の型が用いられた。触媒の酸化行程の条件はどのケース
も摂氏677度（華氏1250度）で当量比は0.4に保たれた。
本試験ではメタンと天然ガスとが燃料として使用され
た。一次ゾーンの当量比は、0.6より1.5まで変化させ、
断熱火炎温度はこれに従って変化させた。二次ゾーンの
当量比は0.3に固定された。また触媒の酸化行程を有し
ていないこと以外において、同様の主燃焼器を有する従
来技術の燃焼システムの型が用意された。従来技術シス
テムの型は、最初の型と同じ状態で動作された。しか
し、部分酸化生成物流のかわりにメタンを一次ゾーンに
供給した。両方の型から得られるデータは、第３図に示
される。曲線31、32及び右側の目盛りは、変化する一次
ゾーン当量比に対して算出された一次ゾーン断熱火炎温
度を示す。曲線33、34及び左側の目盛りは、変化する一
次ゾーン当量比に対して算出された二次ゾーンにおける
NOX濃度を示す。曲線31及び33は、従来技術システムに
よる動作を示し、曲線32及び34は、本発明による動作を
示している。第３図は、本発明によれば特定の当量比に
おいてNOXの排出レベルを係数３から５に低減でき、断
熱火炎温度を特定の当量比において数百度引き下げるこ
とができることを示している。本発明によれば、従来技
術と比較して数々の利点を得ることができる。
第一に、本発明は、触媒手段による部分酸化、熱処
理、火炎の安定性という３つの技術を提供し、良好な熱
効率を維持しながら、NOX及び他の汚染物質の排出を低
減することができる。３つの技術のいずれかの使用範囲
は、燃焼システムの動作及び設計に合わせて変化させ、
システムを効果的に活用することができる。
第二に、燃料中の炭化水素分子の多くが触媒の酸化行
程において、H2と炭素酸化物とに変換されるため、煤を
生成する炭化水素分子が主燃焼器においてより少なくな
る。煤の生成が減少すると、結果的に微粒子の排出が少
なくなり、燃焼器の壁部に発散する熱移動が少ない。
三番目に、より発散の少ない加熱とともに、熱処理に
よる主燃焼器内の断熱火炎温度の低下は、燃焼器の材料
の寿命を伸ばし、より安価な材料の使用を可能にする。
四番目に、主燃焼器の一次及び二次ゾーンへの空気量
の制御機能は、一次ゾーンにおけるオフピーク動作にお
ける当量比の動力的制御を可能にする。このような制御
手段は、ガスタービンにおいては特に有益なものとな
る。
五番目に、本発明は、更にNOX排出を抑えるため、濃
厚混合燃焼−焼入れ−稀薄混合燃焼（rich−burn−quen
ch−lean−burn）、または、他の高度な燃焼技術にも使
用可能な柔軟性を有する。
本発明は、ここに図示、記載された特定の実施例に限
定されず、クレームされる発明の趣旨及び範囲を逸脱す
ることなく様々な変更または修正が為されることは言う
までもない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ２３Ｃ 11/00 ３２２ Ｆ２３Ｃ 11/00 ３２２ ＺＡＢ ＺＡＢ Ｆ２３Ｒ 3/30 Ｆ２３Ｒ 3/30 3/40 3/40 Ｚ (72)発明者 ケステン，アーサー エス. アメリカ合衆国，コネチカット 06117, ウエスト ハートフォード，モーニング クレスト ドライブ 17 (72)発明者 サンジオヴァンニ，ジョセフ ジェイ. アメリカ合衆国，コネチカット 06078, ウエスト サフィールド，サウス スト ーン ストリート 150 (72)発明者 ザビエルスキー，マーチン エフ. アメリカ合衆国，コネチカット 06043, マンチェスター，ボルトン センター ロード 66 (72)発明者 パンディー，デニス アール. アメリカ合衆国，コネチカット 06074, サウス ウインザー，スコット ドライ ブ 44 (72)発明者 シアリー，ダニエル ジェイ. アメリカ合衆国，コネチカット 06033, グラストンベリー，インディアン ヒル トレイル 132 (56)参考文献 特開 昭51−127923（ＪＰ，Ａ) 特公 昭53−19732（ＪＰ，Ｂ１) 米国特許4459126（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01N 5/02 F02B 51/02 F02C 3/20 F02M 27/02 F23C 11/00 312 F23C 11/00 322 F23C 11/00 ZAB F23R 3/30 F23R 3/40

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】炭化水素燃料を燃焼する方法であって、 （ａ）燃料（30）を第一空気流（24）と混合して、１よ
    り大きな当量比を有する燃料と空気との混合物（32）を
    形成する混合工程と、 （ｂ）前記燃料と空気の混合物（32）を触媒酸化工程内
    の酸化触媒（33）に接触させることにより、前記燃料
    （30）を部分的に酸化して、反応熱と、水素及び炭素酸
    化物を有する部分酸化生成物流（34）とを発生させる工
    程と、 （ｃ）反応熱を抽出することにより、前記部分酸化生成
    物流（34）を冷却する冷却工程と、 （ｄ）前記部分酸化生成物流（34）を第二空気流（26）
    と混合する工程と、 （ｅ）前記部分酸化生成物流（34）を主燃焼機において
    完全燃焼することにより、流出ガス流（38）を発生させ
    る工程と、を備え、 前記冷却工程（ｃ）において抽出される熱は前記触媒酸
    化工程より制御可能に抽出されると同時に、前記燃料
    （30）が部分的に酸化されて前記部分酸化生成物流（3
    4）の温度と組成とが制御され、前記部分酸化生成物流
    （34）の温度は前記主燃焼機内に形成される熱NOXの量
    に影響を及ぼし、前記部分酸化生成物流（34）の組成は
    前記主燃焼機内に形成される即発NOXの量を決定し、さ
    らに前記部分酸化生成物流（34）の温度と組成は前記主
    燃焼機内の火炎の安定性に影響を及ぼし、よって前記部
    分酸化生成物流（34）の温度と組成は前記主燃焼機内に
    形成される熱及び即発NOXの量と、前記主燃焼機内の火
    炎の安定性とを同時に制御するために選択されることに
    より、前記流出ガス流（38）内のNOXの総量を制御する
    ことを特徴とする前記炭化水素燃料を燃焼する方法。
  2. 【請求項２】前記反応熱の少なくとも３パーセントが前
    記冷却工程（ｃ）において抽出されることを特徴とする
    請求項１記載の炭化水素燃料を燃焼する方法。
  3. 【請求項３】前記冷却工程（ｃ）において抽出された熱
    を前記流出ガス流（38）へ移送することにより、前記流
    出ガス流（38）を加熱することを特徴とする請求項１ま
    たは２記載の炭化水素燃料を燃焼する方法。
  4. 【請求項４】加熱した前記流出ガス流（38）をタービン
    を横切るように膨脹させることにより動力を生じさせて
    なることを特徴とする請求項３記載の炭化水素燃料を燃
    焼する方法。
  5. 【請求項５】前記主燃焼機は一次ゾーン及び二次ゾーン
    を有し、前記冷却工程（ｃ）において抽出された熱は前
    記二次ゾーン内の前記流出ガス流（38）へ移送されるこ
    とを特徴とする請求項３記載の炭化水素燃料を燃焼する
    方法。
  6. 【請求項６】前記触媒酸化工程内の当量比が少なくとも
    約２であることを特徴とする請求項１記載の炭化水素燃
    料を燃焼する方法。
  7. 【請求項７】前記酸化触媒（38）は白金、ロジウム、イ
    リジウム、ルテニウム、パラジウム、これらの混合物、
    酸化クロム、酸化コバルト、アルミナからなる群より選
    択されることを特徴とする請求項１記載の炭化水素燃料
    を燃焼する方法。
  8. 【請求項８】前記部分酸化生成物流（34）及び前記第二
    空気流（26）は燃料の前に混合されることを特徴とする
    請求項１記載の炭化水素燃料を燃焼する方法。
  9. 【請求項９】前記部分酸化生成物流（34）及び前記第二
    空気流（26）は拡散炎において混合されることを特徴と
    する請求項１記載の炭化水素燃料を燃焼する方法。
  10. 【請求項１０】前記混合工程（ａ）の前に空気流（22）
    を圧縮器において圧縮し、前記空気流（22）を第一空気
    流（24）、第二空気流（26）及び第三空気流（28）に制
    御可能に分離し、 前記冷却工程（ｃ）において抽出された反応熱を第三空
    気流（28）へ移送し、 前記主燃焼器の一次ゾーンにおいて前記部分酸化生成物
    流（34）を燃焼することにより燃焼生成物流（36）を発
    生させ、 前記燃焼生成物流（36）を加熱された第三空気流（28）
    と混合させることにより前記流出ガス流（38）を発生さ
    せ、 前記流出ガス流（38）をタービンを横切るように膨脹さ
    せることにより、動力を生じさせてなることを特徴とす
    る請求項５記載の炭化水素燃料を燃焼するシステム。
  11. 【請求項１１】炭化水素燃料を燃焼するシステムであっ
    て、 （ａ）燃料（30）を第一空気流（24）と混合し、１より
    大きな当量比を有する燃料と空気との混合物（32）を形
    成する手段と、 （ｂ）前記燃料（30）を部分的に酸化させることが可能
    な酸化触媒（33）を有し、反応熱と、水素及び炭素酸化
    物を有する部分酸化生成物流（34）とを発生させる触媒
    酸化工程と、 （ｃ）反応熱を抽出することにより、前記部分酸化生成
    物流（34）を冷却する手段と、 （ｄ）前記部分酸化生成物流（34）を第二空気流（26）
    と混合させる手段と、 （ｅ）前記部分酸化生成物流（34）を完全燃焼させて流
    出ガス流（38）を発生させることが可能な主燃焼器と、
    を組み合わせて備え、 前記反応熱を抽出する手段は、前記反応熱の一部を前記
    触媒酸化工程より制御可能に抽出する手段を有し、同時
    に前記燃料（30）が部分的に酸化されることにより、前
    記部分酸化生成物流（34）の温度及び組成を制御するこ
    とを特徴とする炭化水素燃料を燃焼するシステム。
  12. 【請求項１２】抽出された熱を流出ガス流（38）へ移送
    することにより前記流出ガス流（38）を加熱する手段を
    有することを特徴とする請求項11記載の炭化水素燃料を
    燃焼するシステム。
  13. 【請求項１３】前記加熱された流出ガス流（38）をター
    ビンを横切るように膨脹させることにより動力を生じる
    手段を有することを特徴とする請求項11記載の炭化水素
    燃料を燃焼するシステム。
  14. 【請求項１４】前記主燃焼機は一次ゾーン、二次ゾーン
    及び抽出された熱を前記二次ゾーン内の前記流出ガス流
    （38）へ移送する手段を有することを特徴とする請求項
    12または13記載の炭化水素燃料を燃焼するシステム。
  15. 【請求項１５】前記酸化触媒（33）は白金、ロジウム、
    イリジウム、ルテニウム、パラジウム、これらの混合
    物、酸化クロム、酸化コバルト、アルミナからなる群よ
    り選択されることを特徴とする請求項11記載の炭化水素
    燃料を燃焼するシステム。
  16. 【請求項１６】前記部分酸化生成物流（34）を前記第二
    空気流（26）と混合する前記手段は、混合を燃焼の前に
    発生させることを可能にすることを特徴とする請求項11
    記載の炭化水素燃料を燃焼するシステム。
  17. 【請求項１７】前記部分酸化生成物流（34）を前記第二
    空気流（26）と混合する前記手段は混合を拡散炎におい
    て発生させることを可能にすることを特徴とする請求項
    11記載の炭化水素燃料を燃焼するシステム。
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