JP6910036B2 - 燃焼器および燃焼方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2017年10月31日に日本に出願された特願2017−210672号に基づき、優先権を主張し、その内容をここに援用する。
燃焼室を形成する第1の壁と、
前記燃焼器の入口に設けられ、窒素を含む燃料を前記燃焼室に噴射する燃料噴射ノズルであって、前記燃料が前記燃焼室の中心軸に対して前記第1の壁の向かう方向に噴射されるように構成されてなる、前記燃料噴射ノズルと、
前記燃焼器の入口に設けられ、前記燃焼室に空気を導入する空気導入口であって、前記空気が前記第1の壁に沿って流れるように構成されてなる、前記空気導入口と、を備え、
前記燃焼室に導入される前記燃料および前記空気が、前記空気に対する前記燃料の当量比が1.0以上となるように構成されてなる、前記燃焼器。
前記燃料の噴射方向に、前記燃料噴射ノズルと離隔して、前記燃料の流れ方向を前記燃焼器の第1の壁方向に変更する部材をさらに備えてなる、(1)または(2)記載の燃焼器。
前記流路は、前記冷却用空気の入口が前記燃焼器の入口側に設けられ、その出口が前記燃焼器の出口側に前記燃焼室に前記燃焼器の出口に向けて開口されてなる、(1)〜(5)および(3A)のうちいずれか一項記載の燃焼器。
前記流路は前記冷却用空気の入口が前記燃焼器の出口側に設けられると共に前記空気導入口に連通し、前記冷却用空気が前記流路内で加熱されるように構成されてなる、(7)記載の燃焼器。
前記燃焼器の入口から前記燃焼するガスの流れが反転する位置まで、前記第1の壁は外部から燃焼室へ前記冷却用空気が流入しないように閉塞されてなる、(1)〜(8)および(3A)のうちいずれか一項記載の燃焼器。
前記燃焼領域の前記燃焼器の出口側に他の燃焼領域が形成され、前記他の空気導入口から供給される空気によって、前記燃焼室からの燃焼ガスが燃焼および冷却されるように構成されてなる、(9)記載の燃焼器。
前記燃焼器の入口において窒素を含む燃料を燃焼室に噴射するとともに空気を導入して燃焼する第1のステップであって、前記燃料が前記燃焼室の中心軸に対して前記燃焼室を囲む第1の壁に向かう方向に噴射されるとともに前記空気が第1の壁の内側に沿って流れ、前記燃焼室に導入される前記燃料および前記空気が、前記空気に対する前記燃料の当量比が1.0以上で、前記燃焼室の燃焼するガスの流れが前記第1の壁寄りを前記燃焼器の入口側から出口側へ流れ、さらに反転して燃焼室の中心軸に沿って前記入口側に戻る再循環流を含む第1の燃焼領域が形成される、前記第1のステップと、
前記燃焼するガスの流れが反転する位置よりも前記燃焼器の出口側の位置で、前記第1の壁から空気を導入して前記第1の燃焼領域において燃焼したガスを第2の燃焼領域においてさらに燃焼し冷却する第2のステップと、を含む前記燃焼方法。
図1は、第1実施形態の燃焼器10を示す断面図である。図1を参照するに、第1実施形態の燃焼器10は、概略として、燃焼室12に向けて燃料を噴射する燃料噴射ノズル11と、燃焼室12を形成するライナ13とを含む。本実施形態の場合、ライナ13は、燃焼室12を形成する第1の壁13Aと、第1の壁13Aを囲む第2の壁13Bを有する。
これにより、燃料リッチで酸素不足となる条件でも、窒素を含む燃料の燃焼をより安定化することができる。
なお、燃焼室12に燃料と空気を導入する手法としては、予混合気として燃料噴射ノズル11から燃焼室12に燃料と空気を導入することも可能である。
燃焼器から排出されるガス中の窒素酸化物濃度が低いほど、脱硝触媒の利用規模を縮小することができ、好ましい。
第1のステップS1においては、燃料Fが燃焼室の中心軸12C,22Cに対して燃焼室12,22を囲む第1の壁13A,23Aに向かう方向に噴射されるとともに空気A1が第1の壁13A,23Aの内側に沿って流れる。また、燃焼室12,22に導入される燃料および空気が、空気に対する前記燃料の当量比が1.0以上となるように構成される。また、燃焼室12,22内で燃焼する燃焼ガスG1の流れが第1の壁13A,23A寄りを燃焼器の入口10A,20A側から出口10B,20B側へ流れ、さらに反転して燃焼室の中心軸12C,22Cに沿って燃焼器の入口10A,20A側に戻る再循環流を含む第1の燃焼領域C1が形成される。
第2のステップS2は、第1の燃焼領域C1において燃焼ガスG1の流れが反転する位置よりも燃焼器の出口10B,20B側の位置で、第1の壁13A,23Aから空気A2を導入して第1の燃焼領域C1において燃焼した燃焼ガスG1を第2の燃焼領域C2においてさらに燃焼し冷却する。
また、図4に図示されていない構成要素も、それぞれ、図1または図2における燃焼器10,20の出口10B,20B、第1の空気流路15または放熱部材25、第2の空気流路17,27,第2の空気導入口18,28等と同様に構成することができる。
例1は、NH3比が0.5〜1.0の範囲内で、燃料を燃料噴射ノズルから燃焼室の中心軸に沿って噴射した場合である。この場合は、図1の燃料噴射ノズル11において第2の燃料流路11Bを省略した場合、あるいは図4の燃料噴射ノズル31から方向変更部材31Bを省略した場合に相当する。
例3は、図1において、燃焼室の中心軸12Cと第2の燃料流路11Bとがなす角度θが60°であり、NH3比が0.6〜1.0の範囲内とした場合である。
例4は、図4において、燃焼室の中心軸32Cと燃料の流れ方向F2とがなす角度θが約80°であり、NH3比が0.4〜1.0の範囲内とした場合である。
例5は、図4において、燃焼室の中心軸32Cと燃料の流れ方向F2とがなす角度θが約80°であり、NH3比が0.4〜0.7の範囲内とした場合である。
C1・・・第1の燃焼領域
C2・・・第2の燃焼領域
F・・・燃料
10,20・・・燃焼器
10A,20A,30A・・・燃焼器の入口
10B,20B・・・燃焼器の出口
11,21,31・・・燃料噴射ノズル
11A,11B,21A,21B,31A・・・燃料流路
12,22,32・・・燃焼室
12C,22C,32C・・・燃焼室の中心軸
13,23,33・・・ライナ
13A,23A、33A・・・第1の壁
13B・・・第2の壁
14,24,34・・・第1の空気導入口
14S,24S,34S・・・スワラ
15・・・第1の空気流路
16A,26A・・・第3の壁
17,27・・・第2の空気流路
18,28・・・第2の空気導入口
25・・・放熱部材
Claims (10)
- 燃焼器であって、
燃焼室を形成する第1の壁と、
前記燃焼器の入口に設けられ、アンモニア専焼の燃料を前記燃焼室に噴射する燃料噴射ノズルであって、前記燃料が前記燃焼室の中心軸に対して前記第1の壁に向かう方向に噴射されるように構成されてなる、前記燃料噴射ノズルと、
前記燃焼器の入口に設けられ、前記燃焼室に空気を導入する空気導入口であって、前記空気が前記第1の壁に沿って流れるように構成されてなる、前記空気導入口と、を備え、
前記燃焼室に導入される前記燃料および前記空気が、前記空気に対する前記燃料の当量比が1.0〜1.2となるように構成されてなり、
前記燃焼室に、燃焼するガスが前記第1の壁寄りを前記燃焼器の入口側から出口側へ流れ、さらに反転して燃焼室の中心軸に沿って前記入口側に戻る再循環流を含む第1の燃焼領域が形成され、
前記燃焼器の入口から前記燃焼するガスの流れが反転する位置まで、前記第1の壁は外部から前記燃焼室へ冷却用空気が流入しないように閉塞されてなり、
前記燃焼するガスの流れが反転する位置よりも前記燃焼器の出口側に、前記第1の壁に他の空気導入口をさらに備え、
前記第1の燃焼領域の前記燃焼器の出口側に第2の燃焼領域が形成され、前記他の空気導入口から供給される空気によって、前記燃焼室からの燃焼ガスが燃焼および冷却されるように構成されてなり、
前記他の空気導入口から前記燃焼器の出口までの長さが、前記燃焼器の入口から前記他の空気導入口までの長さよりも短い、前記燃焼器。 - 前記燃料噴射ノズルは、前記燃焼室の中心軸に対して径方向に30°〜80°をなす角度に前記燃料を噴射するように構成されてなる、請求項1記載の燃焼器。
- 前記空気導入口に、前記燃焼室で前記空気の旋回流を形成するスワラをさらに備えてなる、請求項1または2記載の燃焼器。
- 前記空気導入口は、前記燃料噴射ノズルに対して前記燃焼器の中心軸から離れる方向に配置されてなる、請求項1〜3のうちいずれか一項記載の燃焼器。
- 前記第1の壁を囲む第2の壁であって、前記第1の壁と第2の壁との間に前記第1の壁の冷却用空気が流通可能な流路を有する、前記第2の壁をさらに備え、
前記流路は、前記冷却用空気の入口が前記燃焼器の入口側に設けられ、その出口が前記燃焼器の出口側に前記燃焼室に前記燃焼器の出口に向けて開口されてなる、請求項1〜4のうちいずれか一項記載の燃焼器。 - 前記第1の壁の外面に設けられた、少なくとも一つの放熱部材をさらに備えてなる、請求項1〜5のうちいずれか一項記載の燃焼器。
- 前記第1の壁および前記少なくとも一つの放熱部材を囲む第3の壁であって、前記第1の壁と第3の壁との間に冷却用空気が流通可能な流路を有し、
前記流路は前記冷却用空気の入口が前記燃焼器の出口側に設けられると共に前記空気導入口に連通し、前記冷却用空気が前記流路内で加熱されるように構成されてなる、請求項6記載の燃焼器。 - 燃焼器における燃焼方法であって、
前記燃焼器の入口においてアンモニア専焼の燃料を燃焼室に噴射するとともに空気を空気導入口から前記燃焼室に導入して燃焼する第1のステップであって、前記燃料が前記燃焼室の中心軸に対して前記燃焼室を囲む第1の壁に向かう方向に噴射されるとともに前記空気が第1の壁の内側に沿って流れ、前記燃焼室に導入される前記燃料および前記空気が、前記空気に対する前記燃料の当量比が1.0〜1.2で、前記燃焼室の燃焼するガスの流れが前記第1の壁寄りを前記燃焼器の入口側から出口側へ流れ、さらに反転して燃焼室の中心軸に沿って前記入口側に戻る再循環流を含む第1の燃焼領域が形成される、前記第1のステップと、
前記燃焼するガスの流れが反転する位置よりも前記燃焼器の出口側の位置で、前記第1の壁に形成された他の空気導入口から空気を導入して前記第1の燃焼領域において燃焼したガスを第2の燃焼領域においてさらに燃焼し冷却する第2のステップと、を含み、
前記燃焼器の入口から前記燃焼するガスの流れが反転する位置まで、前記第1の壁は外部から前記燃焼室へ冷却用空気が流入しないように閉塞されてなり、
前記他の空気導入口から前記燃焼器の出口までの長さが、前記燃焼器の入口から前記他の空気導入口までの長さよりも短い、前記燃焼方法。 - 前記第1のステップにおいて、前記第1の壁に沿って冷却用空気を導入する工程をさらに備え、
前記第1の壁から前記冷却用空気が第1の燃焼領域に導入されないようにする、請求項8記載の燃焼方法。 - 前記第2のステップにおいて前記第2の燃焼領域における燃焼するガスの滞留時間は、前記第1のステップにおいて前記第1の燃焼領域における燃焼するガスの滞留時間よりも短い、請求項8または9記載の燃焼方法。
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