JPH01208525A - 燃焼放出物を制御する方法と放出物燃焼器 - Google Patents
燃焼放出物を制御する方法と放出物燃焼器Info
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- JPH01208525A JPH01208525A JP63301146A JP30114688A JPH01208525A JP H01208525 A JPH01208525 A JP H01208525A JP 63301146 A JP63301146 A JP 63301146A JP 30114688 A JP30114688 A JP 30114688A JP H01208525 A JPH01208525 A JP H01208525A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/34—Feeding into different combustion zones
-
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
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- F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
- F02C3/30—Adding water, steam or other fluids for influencing combustion, e.g. to obtain cleaner exhaust gases
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明はガスタービン機関、更に具体的に云えば、ガ
スタービン機関の排気からの望ましくない放出物を制御
する方法と装置に関する。
スタービン機関の排気からの望ましくない放出物を制御
する方法と装置に関する。
発明の背景
ガスタービン機関は、その中で空気の存在のもとに燃料
を燃焼させる燃焼器を持っている。機関の排気生成物の
中には種々の放出物が含まれており、そのあるものは環
境に有害である。この様な望ましくない放出物の中には
、典型的にはNOXと呼ばれる窒素酸化物及び一酸化炭
素がある。多くの州及び地方行政機関はこの様な望まし
くない放出物を制限する厳しい条件を課しており、業界
はこう云う厳しい条件を充たすいろいろな方法を現在捜
している。主燃焼器のドームに十分な水を噴射すれば、
NOXをかなり減少することが出来ることは前から判っ
ている。例えば、十分な水を噴射すると、NOXは15
容積%の酸素を基準として、8 pp@に減少すること
が出来る。然し、この様に適当な量の水を導入すること
は、一酸化炭素の発生量を、普通の一酸化炭素流出物の
150乃至200倍にも大幅に増加することが判ってお
り、50メガワツト(MW)の機関装置では、毎時90
0ポンドもの一酸化炭素が放出されることが測定されて
いる。更に、こう云う大量の水を導入すると、機関を運
転する時、燃焼効率が典型的には約2%低下する。
を燃焼させる燃焼器を持っている。機関の排気生成物の
中には種々の放出物が含まれており、そのあるものは環
境に有害である。この様な望ましくない放出物の中には
、典型的にはNOXと呼ばれる窒素酸化物及び一酸化炭
素がある。多くの州及び地方行政機関はこの様な望まし
くない放出物を制限する厳しい条件を課しており、業界
はこう云う厳しい条件を充たすいろいろな方法を現在捜
している。主燃焼器のドームに十分な水を噴射すれば、
NOXをかなり減少することが出来ることは前から判っ
ている。例えば、十分な水を噴射すると、NOXは15
容積%の酸素を基準として、8 pp@に減少すること
が出来る。然し、この様に適当な量の水を導入すること
は、一酸化炭素の発生量を、普通の一酸化炭素流出物の
150乃至200倍にも大幅に増加することが判ってお
り、50メガワツト(MW)の機関装置では、毎時90
0ポンドもの一酸化炭素が放出されることが測定されて
いる。更に、こう云う大量の水を導入すると、機関を運
転する時、燃焼効率が典型的には約2%低下する。
大量の蒸気及び水を用いて運転される燃焼器から放出さ
れる一酸化炭素を少なくする種々の提案がなされている
。1つの提案は、燃料に水素を富化することを含めた腹
合方式である。別の提案は燃焼器の炎の区域内に直接的
に水素を噴射することである。こう云う試みは、何れも
燃焼器の効率を回復させると共に、燃焼器からの流出物
としての一酸化炭素出力を減少するものである。
れる一酸化炭素を少なくする種々の提案がなされている
。1つの提案は、燃料に水素を富化することを含めた腹
合方式である。別の提案は燃焼器の炎の区域内に直接的
に水素を噴射することである。こう云う試みは、何れも
燃焼器の効率を回復させると共に、燃焼器からの流出物
としての一酸化炭素出力を減少するものである。
この他の提案として、選択的な触媒還元装置(SCR)
を使うものがある。こう云う装置は、化学的な過程によ
り、排気流から一酸化炭素を除く。然し、この方式は副
産物としてアンモニアを発生する。他の触媒反応器は、
一酸化炭素自体を除去しようとする様な異なる方式を用
いて現在研究中である。これらも高価であって、その中
には有効かどうかこれから証明されなければならないも
のがある。
を使うものがある。こう云う装置は、化学的な過程によ
り、排気流から一酸化炭素を除く。然し、この方式は副
産物としてアンモニアを発生する。他の触媒反応器は、
一酸化炭素自体を除去しようとする様な異なる方式を用
いて現在研究中である。これらも高価であって、その中
には有効かどうかこれから証明されなければならないも
のがある。
従って、NOX及び一酸化炭素放出物の両方を許容し得
るレベルまで下げる為に、ガスタービン機関の燃焼放出
物を制御する効率のよい方法並びに装置に対する要望が
ある。
るレベルまで下げる為に、ガスタービン機関の燃焼放出
物を制御する効率のよい方法並びに装置に対する要望が
ある。
発明の要約
従って、この発明の目的は、ガスタービン機関からの排
気中の望ましくない放出物を減少するガスタービン機関
を提供することである。
気中の望ましくない放出物を減少するガスタービン機関
を提供することである。
この発明の別の目的は、ガスタービン機関の放出物を制
御する方法を提供することである。
御する方法を提供することである。
この発明の別の目的は、主燃焼器の他に、ガスタービン
機関に放出物燃焼器を設けて、ガスタービン機関の出力
の望ましくない放出物を減少することである。
機関に放出物燃焼器を設けて、ガスタービン機関の出力
の望ましくない放出物を減少することである。
この発明の別の目的は、主燃焼器からの排気を非常に高
い温度で局部的に燃焼させ、その後非常に高温の流れ及
び−層低温の流れを完全に混合しながら、高温の炎の前
端を流れの場全体の上に伝搬させる装置をガスタービン
機関に設けて、更に燃焼させることである。
い温度で局部的に燃焼させ、その後非常に高温の流れ及
び−層低温の流れを完全に混合しながら、高温の炎の前
端を流れの場全体の上に伝搬させる装置をガスタービン
機関に設けて、更に燃焼させることである。
この発明の別の目的は、NOX放出物を増加せずに、ガ
スタービン機関のガス出力中の一酸化炭素の量を減少す
るのに役立つ放出物燃焼器を提供することである。
スタービン機関のガス出力中の一酸化炭素の量を減少す
るのに役立つ放出物燃焼器を提供することである。
簡単に云うと、この発明はガスタービン機関の排気中の
燃焼放出物を制御する方法を提供する。
燃焼放出物を制御する方法を提供する。
この方法は、主燃焼器の出力を約3.000″Fまでの
非常に高い温度で、放出物燃焼器内の局部的な領域で燃
焼させる工程を含む。この放出物燃焼器をガスタービン
機関に追加する。局部的に燃焼させた高温の部分を、こ
の局部的な領域の外にあった一層低温の部分と完全に混
合しながら、こうして得られた高温の炎の前端を、流れ
る燃焼ガスの全面の上に伝搬させて、一酸化炭素放出物
を減少する。
非常に高い温度で、放出物燃焼器内の局部的な領域で燃
焼させる工程を含む。この放出物燃焼器をガスタービン
機関に追加する。局部的に燃焼させた高温の部分を、こ
の局部的な領域の外にあった一層低温の部分と完全に混
合しながら、こうして得られた高温の炎の前端を、流れ
る燃焼ガスの全面の上に伝搬させて、一酸化炭素放出物
を減少する。
この発明の1実施例では、装置内のNOX放出物を減少
する為に、主燃焼器に蒸気又は水を噴射によって導入す
ることにより、NOX放出物を制御する。
する為に、主燃焼器に蒸気又は水を噴射によって導入す
ることにより、NOX放出物を制御する。
この発明は、ガスタービン機関のガス流中の一酸化炭素
放出物を制御する為の、ガスタービン機関用の放出物制
御燃焼器をも対象とする。放出物制御燃焼器がハウジン
グを有する。ハウジングの中には、局部的な領域で、ガ
ス流を約3,000丁までの非常に高い温度で燃焼させ
る手段を設ける。局部的に燃焼させたガス流を、局部的
に燃焼させなかったガス流の一層低温の部分と完全に混
合しながら、その結果得られる高温の炎を放出物燃焼器
内で、ガス流の流路全体に伝搬させる手段をも設ける。
放出物を制御する為の、ガスタービン機関用の放出物制
御燃焼器をも対象とする。放出物制御燃焼器がハウジン
グを有する。ハウジングの中には、局部的な領域で、ガ
ス流を約3,000丁までの非常に高い温度で燃焼させ
る手段を設ける。局部的に燃焼させたガス流を、局部的
に燃焼させなかったガス流の一層低温の部分と完全に混
合しながら、その結果得られる高温の炎を放出物燃焼器
内で、ガス流の流路全体に伝搬させる手段をも設ける。
燃焼は約3,000″Fに制限する。
これは、それより高くなると、余分のNOXが発生され
るからである。
るからである。
放出物燃焼器の正確な配置は、主燃焼器の段階の一部分
にしてもよいし、或いは高圧タービンより下流側に配置
してもよい。これは動力タービンより下流側の補助バー
ナの中に配置してもよい。
にしてもよいし、或いは高圧タービンより下流側に配置
してもよい。これは動力タービンより下流側の補助バー
ナの中に配置してもよい。
好ましい実施例の説明
この発明はガスタービン機関に於ける放出物の制御を対
象とする。こう云う機関では、少なくとも高圧圧縮機と
、場合によっては低圧圧縮機をも含む圧縮機部分が一般
的に設けられている。主燃焼器が設けられ、その後、少
なぐとも高圧タービン、場合によっては低圧タービンを
も含むタービンが続く。
象とする。こう云う機関では、少なくとも高圧圧縮機と
、場合によっては低圧圧縮機をも含む圧縮機部分が一般
的に設けられている。主燃焼器が設けられ、その後、少
なぐとも高圧タービン、場合によっては低圧タービンを
も含むタービンが続く。
環状又は缶状主燃焼器の何れかのドームに蒸気を噴射す
る。−膜内に、燃焼器の炎の不安定性又は炎の消滅を招
かずに、15容積%の酸素を基準として、NOxを8
ppa+の所望のレベルに下げるのに十分な蒸気又は水
を噴射する。この噴射の結果として、機関の燃焼効率が
、NOXの減少につれて低下することが判った。同時に
、更に重大なこと\して、一酸化炭素が大幅に増加する
。
る。−膜内に、燃焼器の炎の不安定性又は炎の消滅を招
かずに、15容積%の酸素を基準として、NOxを8
ppa+の所望のレベルに下げるのに十分な蒸気又は水
を噴射する。この噴射の結果として、機関の燃焼効率が
、NOXの減少につれて低下することが判った。同時に
、更に重大なこと\して、一酸化炭素が大幅に増加する
。
この発明は、主燃焼器の下流側に、特別の放出物燃焼器
を追加して用いる。この特別の放出物燃焼器は、最高の
熱効率で動力を最適な形で発生する為に、機関系全体の
中に取込まなければならない。
を追加して用いる。この特別の放出物燃焼器は、最高の
熱効率で動力を最適な形で発生する為に、機関系全体の
中に取込まなければならない。
放出物燃焼器が、3,000下までの非常に高い温度で
、局部的な領域でガス流を燃焼させるのに役立ち、その
後、局部的に燃焼させた非常に高温の部分を、ガス流の
一層低温の部分と完全に混合しながら、高温の炎の前端
をガス流全体の上に伝搬させる。
、局部的な領域でガス流を燃焼させるのに役立ち、その
後、局部的に燃焼させた非常に高温の部分を、ガス流の
一層低温の部分と完全に混合しながら、高温の炎の前端
をガス流全体の上に伝搬させる。
この発明の1形式では、ガスタービン機関の主燃焼器と
は別個の放出物燃焼器内で、一酸化炭素を減少すること
により、ガスタービン機関の放出物を制御する。放出物
燃焼器が局部的に非常に高い温度で燃焼させ、その後局
部的に燃焼させた非常に高温のガスを燃焼していない流
れるガスの一層低温の流れと完全に混合しながら、ごの
結果得られた高温の炎の前端を流れの場全体の上に伝搬
させる。
は別個の放出物燃焼器内で、一酸化炭素を減少すること
により、ガスタービン機関の放出物を制御する。放出物
燃焼器が局部的に非常に高い温度で燃焼させ、その後局
部的に燃焼させた非常に高温のガスを燃焼していない流
れるガスの一層低温の流れと完全に混合しながら、ごの
結果得られた高温の炎の前端を流れの場全体の上に伝搬
させる。
別の形式では、NOXを許容し得るレベルに下げる為に
、主燃焼器のドームに水又は蒸気を導入することにより
、NOXを除く方法を利用する。
、主燃焼器のドームに水又は蒸気を導入することにより
、NOXを除く方法を利用する。
その後、主燃焼器の他に、別個の放出物燃焼器を設ける
ことにより、一酸化炭素を減少する。
ことにより、一酸化炭素を減少する。
放出物燃焼器に於ける3、000T−未満での燃焼が十
分低い圧力で行なわれ〜ば、余分のNOXが発生するこ
とは、あるとしても極く僅かである。
分低い圧力で行なわれ〜ば、余分のNOXが発生するこ
とは、あるとしても極く僅かである。
然し、余分のNOXが発生した場合、余分の蒸気を放出
物燃焼器に噴射して、発生されるNOXを減少すること
が出来る。経験則によると、NOXの発生量は、夫々温
度及び圧力に対してef’(T)及0.37 びP に比例する。
物燃焼器に噴射して、発生されるNOXを減少すること
が出来る。経験則によると、NOXの発生量は、夫々温
度及び圧力に対してef’(T)及0.37 びP に比例する。
放出物燃焼器の正確な場所は、種々の場所の内のどれで
あってもよい。具体的に云うと、放出物燃焼器を、化学
量論的な燃料対空気比に近い所で燃焼させる為に追加し
た余分の燃焼器の一部分にしてもよい。具体的に云うと
、係属中の米国特許出願通し番号 (出願人控え番号
13DV−9199)には、出力動力を増加しながら、
化学口論的な燃料対空気比に近い所での燃焼を達成する
為に、主燃焼器の他に、追加の燃焼器を配置することが
記載されている。この追加の燃焼器は、主燃焼器の段階
の一部分にしてもよく、どのタービンよりも上流側に、
主燃焼器と一緒に設けられる。
あってもよい。具体的に云うと、放出物燃焼器を、化学
量論的な燃料対空気比に近い所で燃焼させる為に追加し
た余分の燃焼器の一部分にしてもよい。具体的に云うと
、係属中の米国特許出願通し番号 (出願人控え番号
13DV−9199)には、出力動力を増加しながら、
化学口論的な燃料対空気比に近い所での燃焼を達成する
為に、主燃焼器の他に、追加の燃焼器を配置することが
記載されている。この追加の燃焼器は、主燃焼器の段階
の一部分にしてもよく、どのタービンよりも上流側に、
主燃焼器と一緒に設けられる。
この代りに、補助燃焼器を高圧タービンより下流側に配
置することが出来、低圧タービンも使う場合は、低圧タ
ービンより下流側に配置することが出来る。放出物燃焼
器として追加の燃焼器を使う時、機関の動力出力が一層
大きくなり、化学量論的な燃料対空気比に近い所で燃焼
が行なわれると共に、一酸化炭素が減少すると云う結果
が達成される。同様に、出力動力タービンより上流側に
この追加の放出物燃焼器を配置した場合、やはり熱効率
が改善される。然し、放出物制御装置は、動力タービン
の下流側でも、補助バーナ内に配置することも出来る。
置することが出来、低圧タービンも使う場合は、低圧タ
ービンより下流側に配置することが出来る。放出物燃焼
器として追加の燃焼器を使う時、機関の動力出力が一層
大きくなり、化学量論的な燃料対空気比に近い所で燃焼
が行なわれると共に、一酸化炭素が減少すると云う結果
が達成される。同様に、出力動力タービンより上流側に
この追加の放出物燃焼器を配置した場合、やはり熱効率
が改善される。然し、放出物制御装置は、動力タービン
の下流側でも、補助バーナ内に配置することも出来る。
この場合、一酸化炭素は減少し、動力出力は増加するが
、熱効率が若干低下する。
、熱効率が若干低下する。
一酸化炭素を燃焼によって除く他に、この発明の放出物
制御装置を使うことは、主燃焼器のドームに噴射した蒸
気又は水を最初に導入したことによって失われた燃焼効
率を回復するのにも役立つ。
制御装置を使うことは、主燃焼器のドームに噴射した蒸
気又は水を最初に導入したことによって失われた燃焼効
率を回復するのにも役立つ。
放出物燃焼器内の余分の熱からボイラーによって発生さ
れた蒸気が、初めは燃焼効率が低下した主燃焼器に噴射
され、こうして燃焼効率を回復する。
れた蒸気が、初めは燃焼効率が低下した主燃焼器に噴射
され、こうして燃焼効率を回復する。
第1図に略図で示す様に、主燃焼器を持つガスタービン
機関の主ガス発生器からのガスが、流路1を流れ、羽根
2を持つ動力タービンで終る。動力タービンより先に、
通路3の先に配置されるボイラー装置又は再生器の様な
復熱装置を設けてもよい。動力タービンより下流側に配
置される補助バーナ4がこの発明の特別設計の放出物バ
ーナ5を含み、これはこれから説明する混合シュート6
を持つと共に、その中に燃料及び蒸気7を導入して、出
口ノズル8にある局部的な場所で燃焼させる。前に説明
した様に、更にNOXを減少す企ことが要求される場合
、燃料ノズル出口9に示す様に、燃料と共に蒸気を導入
することが出来る。
機関の主ガス発生器からのガスが、流路1を流れ、羽根
2を持つ動力タービンで終る。動力タービンより先に、
通路3の先に配置されるボイラー装置又は再生器の様な
復熱装置を設けてもよい。動力タービンより下流側に配
置される補助バーナ4がこの発明の特別設計の放出物バ
ーナ5を含み、これはこれから説明する混合シュート6
を持つと共に、その中に燃料及び蒸気7を導入して、出
口ノズル8にある局部的な場所で燃焼させる。前に説明
した様に、更にNOXを減少す企ことが要求される場合
、燃料ノズル出口9に示す様に、燃料と共に蒸気を導入
することが出来る。
第2図及び第3図には、局部的な燃焼に続いて、流れる
燃焼ガスの高温及び低1FiLの流れの完全な混合を行
なうこの発明の放出物燃焼器の内部の1例が示されてい
る。具体的に云うと、放出物燃焼器10が、外側の環状
部分12及び内側の環状部分14を含む二重環状装置を
持っている。外側の環状部分は外壁16によって区切ら
れている。内側の環状部分は内壁18によって区切られ
ている。
燃焼ガスの高温及び低1FiLの流れの完全な混合を行
なうこの発明の放出物燃焼器の内部の1例が示されてい
る。具体的に云うと、放出物燃焼器10が、外側の環状
部分12及び内側の環状部分14を含む二重環状装置を
持っている。外側の環状部分は外壁16によって区切ら
れている。内側の環状部分は内壁18によって区切られ
ている。
内壁20が2つの環状部分を隔てる様に作用する。
典型的には、二重環状部分が、混合を一層よくする為に
、燃焼部より下流側で1つの環体に吐出する。
、燃焼部より下流側で1つの環体に吐出する。
各々の環状部分の中に上側混合シュート22及び下側混
合シュート24が設けられている。各々の混合シュート
22.24が隣りの混合シュート22a、24aに相互
接続されると云う様にして、環状部分12の全周に沿っ
て連続的な装置を形成している。環状部分14にも同じ
配置が設けられている。
合シュート24が設けられている。各々の混合シュート
22.24が隣りの混合シュート22a、24aに相互
接続されると云う様にして、環状部分12の全周に沿っ
て連続的な装置を形成している。環状部分14にも同じ
配置が設けられている。
互いに接続された混合シュートは、放出物燃焼器の環状
部分に沿って円周方向に配置された正弦波形の捩れリボ
ンと見なすことが出来る。特定の1つの混合シュート2
2を解析すれば、混合シュートが前側先端26を持って
いて後に進むにつれて上向きに伸びる円錐面28に沿っ
て後向きに進むことが判る。下側の混合シュート24に
も同様な円錐面30が設けられている。
部分に沿って円周方向に配置された正弦波形の捩れリボ
ンと見なすことが出来る。特定の1つの混合シュート2
2を解析すれば、混合シュートが前側先端26を持って
いて後に進むにつれて上向きに伸びる円錐面28に沿っ
て後向きに進むことが判る。下側の混合シュート24に
も同様な円錐面30が設けられている。
上側及4び下側の円錐部分28.30が実効的に、上流
側のガス発生器からガス流に対する漏斗を形成する。漏
斗の中心に、管34の出口32を配置し、この管には非
常に高い温度でガス流を局部的に燃焼させる為の燃料を
供給する。この燃焼が−層局部的になる様にする為、出
口32の周りに小さな旋回カップ36を配置することが
出来る。燃焼が低い圧力で達成され\ば、燃料だけを噴
射してもよい。然し、余分のNOXが形成されるのを除
く必要がある場合、燃料及び蒸気の両方を噴射すること
が出来る。
側のガス発生器からガス流に対する漏斗を形成する。漏
斗の中心に、管34の出口32を配置し、この管には非
常に高い温度でガス流を局部的に燃焼させる為の燃料を
供給する。この燃焼が−層局部的になる様にする為、出
口32の周りに小さな旋回カップ36を配置することが
出来る。燃焼が低い圧力で達成され\ば、燃料だけを噴
射してもよい。然し、余分のNOXが形成されるのを除
く必要がある場合、燃料及び蒸気の両方を噴射すること
が出来る。
隣合った混合シュートの漏斗部分の間に、下向きに傾斜
した円錐面又は逃げ路が設けられている。
した円錐面又は逃げ路が設けられている。
具体的に云うと、部分22及び22aの間に、下向きの
角度を付けた円錐面38がある。隣合った部分24.2
48の間に上向きの、それと対をなす面40がある。こ
れらの向い合う円錐面が、燃焼ガスの内、局部的な燃焼
に関係ない部分の流れの向きを変える。このガスは、局
部的な燃焼領域で加熱されたガスよりも一層低温である
。−層低温のガスが向い合う円錐面に沿って流れ、主燃
焼器からの燃焼ガスの局部的な燃焼によって生じた隣接
する漏斗部分の加熱されたガスと混合される。
角度を付けた円錐面38がある。隣合った部分24.2
48の間に上向きの、それと対をなす面40がある。こ
れらの向い合う円錐面が、燃焼ガスの内、局部的な燃焼
に関係ない部分の流れの向きを変える。このガスは、局
部的な燃焼領域で加熱されたガスよりも一層低温である
。−層低温のガスが向い合う円錐面に沿って流れ、主燃
焼器からの燃焼ガスの局部的な燃焼によって生じた隣接
する漏斗部分の加熱されたガスと混合される。
冷却ルーバ42.44を円錐面38.40から上向きに
張出して、−層低温のガスの指向性を更に強めると共に
、−層低温のガス部分及び加熱されたガス部分の混合を
助けて、高温の金属面を冷却することが出来る。上側の
混合シュート22の壁に環状流路46を切込み、下側の
混合シュート24に対応する環状流路48を切込む。上
側の環体12だけを説明したが、下側の環体14も同一
の構成になっていることを承知されたい。
張出して、−層低温のガスの指向性を更に強めると共に
、−層低温のガス部分及び加熱されたガス部分の混合を
助けて、高温の金属面を冷却することが出来る。上側の
混合シュート22の壁に環状流路46を切込み、下側の
混合シュート24に対応する環状流路48を切込む。上
側の環体12だけを説明したが、下側の環体14も同一
の構成になっていることを承知されたい。
燃焼は、主燃焼器に於ける温度よりも一般的に低い温度
で行なうことが出来る。1次区域に於ける温度は、平均
して、破線50で示す燃焼用槽内部分の内部で、2.T
OO″Fから約a、ooo下までVある。これより高い
温度では、余分のN。
で行なうことが出来る。1次区域に於ける温度は、平均
して、破線50で示す燃焼用槽内部分の内部で、2.T
OO″Fから約a、ooo下までVある。これより高い
温度では、余分のN。
Xが発生される。表1に示す例では、天然ガスを使った
。放出物燃焼器に入る汚れた空気は847下であった。
。放出物燃焼器に入る汚れた空気は847下であった。
これが局部的に加熱されない、ガスの一層低温の部分の
温度を表わす。この後、約3゜000″Fまでの、局部
的に加熱された部分が一層低温の部分と混合され、放出
物燃焼器の出口に於ける合成温度は1.347下であり
、温度上昇は約500’であった。放出物燃焼器に入る
時の温度は、機関内の配置に応じて、平均して約850
下乃至2.000″Fであった。
温度を表わす。この後、約3゜000″Fまでの、局部
的に加熱された部分が一層低温の部分と混合され、放出
物燃焼器の出口に於ける合成温度は1.347下であり
、温度上昇は約500’であった。放出物燃焼器に入る
時の温度は、機関内の配置に応じて、平均して約850
下乃至2.000″Fであった。
放出物燃焼器の組合せ環体が、半径線52に沿って示さ
れており、燃焼器全体を線54で示しである。
れており、燃焼器全体を線54で示しである。
外側の混合シュート22は外壁16から支柱56によっ
て支持される。同様な支柱58が内側の混合シュート2
4を内壁20から保持している。
て支持される。同様な支柱58が内側の混合シュート2
4を内壁20から保持している。
混合シュートの特定の構造では、加熱されたガスが、ハ
ウジングの外壁から遠ざかって、燃焼器の内部に保持さ
れることに注意されたい。低温のガスがハウジングの壁
に隣接して通過する。こうしてハウジングは寿命が一層
長くなる様に保つことが出来る。
ウジングの外壁から遠ざかって、燃焼器の内部に保持さ
れることに注意されたい。低温のガスがハウジングの壁
に隣接して通過する。こうしてハウジングは寿命が一層
長くなる様に保つことが出来る。
第4図及び第5図には、第2図及び第3図に示したのと
同様な実施例が示されており、従って同様な部分には同
じ参照数字を用いている。然し、第4図及び第5図に示
す構成では、外側環体12及び内側環体14で、シュー
ト22.24の構造が互いに整合していることが認めら
れよ゛う。こうすることにより、外側環体12内の通路
60、及び内側環体14内の冷たい空気に対する隣接す
る部分62を流れる冷たい空気が隣接して、一体の流路
を形成する。これを第2図及び第3図に示す構成と比較
すれば、通路60.62がずれていることが認められよ
う。内側環体14内の構成全体が外側環体12内の構成
からずれている。第2図及び第3図に示す構成の方が混
合作用がよい。然し、第4図及び第5図の構造の方が作
り易いことがある。
同様な実施例が示されており、従って同様な部分には同
じ参照数字を用いている。然し、第4図及び第5図に示
す構成では、外側環体12及び内側環体14で、シュー
ト22.24の構造が互いに整合していることが認めら
れよ゛う。こうすることにより、外側環体12内の通路
60、及び内側環体14内の冷たい空気に対する隣接す
る部分62を流れる冷たい空気が隣接して、一体の流路
を形成する。これを第2図及び第3図に示す構成と比較
すれば、通路60.62がずれていることが認められよ
う。内側環体14内の構成全体が外側環体12内の構成
からずれている。第2図及び第3図に示す構成の方が混
合作用がよい。然し、第4図及び第5図の構造の方が作
り易いことがある。
何れにせよ、第2図及び第3図、又は第4図及び第5図
に示す特定の構造は、例えば3,000丁までの非常に
高い温度で、局部的に燃焼させ、その後非常に高温の流
れ及び−層低温の流れを一層低い温度で完全に混合しな
がら、高温の炎の前端をガス流の全体の上に伝搬させる
方法を達成する1例に過ぎないことを承知されたい。こ
の発明のこの方法を達成するこの他の形式の構造的な構
成も用いることが出来る。こう云う構造は、一酸化炭素
を許容し得るレベルに少なくする為に、主燃焼器の下流
側に配置された追加のバーナ内に配置される。
に示す特定の構造は、例えば3,000丁までの非常に
高い温度で、局部的に燃焼させ、その後非常に高温の流
れ及び−層低温の流れを一層低い温度で完全に混合しな
がら、高温の炎の前端をガス流の全体の上に伝搬させる
方法を達成する1例に過ぎないことを承知されたい。こ
の発明のこの方法を達成するこの他の形式の構造的な構
成も用いることが出来る。こう云う構造は、一酸化炭素
を許容し得るレベルに少なくする為に、主燃焼器の下流
側に配置された追加のバーナ内に配置される。
表Iに示す様に、主燃焼器のドームに蒸気を導入するこ
とにより、NOXを35PPMから8 PPMまで下げ
て、NoX放出物の所要のレベルに合せることが出来る
。然し、その時、一酸化炭素が毎時7ポンドから毎時8
75ポンドまで増加する。
とにより、NOXを35PPMから8 PPMまで下げ
て、NoX放出物の所要のレベルに合せることが出来る
。然し、その時、一酸化炭素が毎時7ポンドから毎時8
75ポンドまで増加する。
機関が、流れの場全体にわたって0.995の効率を持
つ様な非常に効率のよい放出物バーナを使える様に設計
した場合、一酸化炭素はもとの毎時7ポンドのレベル近
くまで再び下げることが出来る。主燃焼器に蒸気を導入
する結果として、燃焼効率が約2%低下することに注意
されたい。然し、放出物バーナに於ける2%の効率の回
復によって発生される熱が、主燃焼器の周りの追加の蒸
気として、主燃焼器に送り返される。約500丁までの
補助的なlH度上昇が生ずるまで燃焼させることによっ
て発生される余分の蒸気も、出来る限り全てのタービン
段より前方で、機関に噴射される。
つ様な非常に効率のよい放出物バーナを使える様に設計
した場合、一酸化炭素はもとの毎時7ポンドのレベル近
くまで再び下げることが出来る。主燃焼器に蒸気を導入
する結果として、燃焼効率が約2%低下することに注意
されたい。然し、放出物バーナに於ける2%の効率の回
復によって発生される熱が、主燃焼器の周りの追加の蒸
気として、主燃焼器に送り返される。約500丁までの
補助的なlH度上昇が生ずるまで燃焼させることによっ
て発生される余分の蒸気も、出来る限り全てのタービン
段より前方で、機関に噴射される。
追加のバーナを利用すると、軸馬力出力が増加する。然
し、前に説明した様に、動力タービンより下流側に放出
物燃焼器を配置することにより、装置の熱効率が若干低
下する。それでも、放出物燃焼器を動力タービンの後に
配置することによっても、一酸化炭素及びNOXを許容
し得るレベルまで少なくすることが出来る。然し、前に
引用した係属中の米国特許出願に示した様に、後でも説
明するが、放出物燃焼器を動力タービンより上流側に配
置することも出来、こうすることによって熱効率も改善
される。
し、前に説明した様に、動力タービンより下流側に放出
物燃焼器を配置することにより、装置の熱効率が若干低
下する。それでも、放出物燃焼器を動力タービンの後に
配置することによっても、一酸化炭素及びNOXを許容
し得るレベルまで少なくすることが出来る。然し、前に
引用した係属中の米国特許出願に示した様に、後でも説
明するが、放出物燃焼器を動力タービンより上流側に配
置することも出来、こうすることによって熱効率も改善
される。
第6図には、放出物燃焼器90を動力タービン92より
上流側、そして高圧タービン94又は低圧タービン96
より下流側に配置することが略図で示されている。この
場合も、放出物制御装置98を設け、これに対して燃料
噴射ノズル100゜102から供給して、局部的に燃焼
させると共に、局部的に燃焼させた加熱ガスをノズルの
周りを流れる一層低温のガスとこの後で混合させる。動
力タービンの出力には、復熱装置104が設けられ、そ
こで回転子の推力平衡ピストン装置から再生した空気又
は蒸気を前側に噴射する為に利用することが出来る。
上流側、そして高圧タービン94又は低圧タービン96
より下流側に配置することが略図で示されている。この
場合も、放出物制御装置98を設け、これに対して燃料
噴射ノズル100゜102から供給して、局部的に燃焼
させると共に、局部的に燃焼させた加熱ガスをノズルの
周りを流れる一層低温のガスとこの後で混合させる。動
力タービンの出力には、復熱装置104が設けられ、そ
こで回転子の推力平衡ピストン装置から再生した空気又
は蒸気を前側に噴射する為に利用することが出来る。
第7図には、複軸108によって駆動される低圧及び高
圧圧縮機104,106を有する機関103が略図で示
されている。圧縮機は高圧タービン110及び低圧ター
ビン112によって制御される。出力が動力タービン1
14を通り、その後蒸気を再生する為の圧力ボイラー1
16が設けられている。この蒸気がタービンより前側に
噴射される。蒸気が過熱器118によって過熱される。
圧圧縮機104,106を有する機関103が略図で示
されている。圧縮機は高圧タービン110及び低圧ター
ビン112によって制御される。出力が動力タービン1
14を通り、その後蒸気を再生する為の圧力ボイラー1
16が設けられている。この蒸気がタービンより前側に
噴射される。蒸気が過熱器118によって過熱される。
主燃焼器120はそのドーム内に過熱蒸気が噴射される
と共に、そのドームの周りに過熱蒸気が噴射される。主
燃焼器の出力が噴射された冷却用蒸気122の場の中に
吐出される。この冷却用蒸気が、高圧タービンがした様
に、その温度を約500下に下げる。別の段階の燃焼器
124を設けて、流れの場の;品度を再び更に500’
F上昇させる。この段階の燃焼器は、放出物制御装置1
26を設けると共に、ノズル128に燃料を供給する手
段を設け、局部的に燃焼させ、その後加熱されたガス及
び冷却されたガスを混合することによって、放出物燃焼
器として作用する。
と共に、そのドームの周りに過熱蒸気が噴射される。主
燃焼器の出力が噴射された冷却用蒸気122の場の中に
吐出される。この冷却用蒸気が、高圧タービンがした様
に、その温度を約500下に下げる。別の段階の燃焼器
124を設けて、流れの場の;品度を再び更に500’
F上昇させる。この段階の燃焼器は、放出物制御装置1
26を設けると共に、ノズル128に燃料を供給する手
段を設け、局部的に燃焼させ、その後加熱されたガス及
び冷却されたガスを混合することによって、放出物燃焼
器として作用する。
従って、段階形燃焼器は動力出力及び熱効率を高め、燃
焼を化学量論的な燃料−空気比に接近させるだけでなく
、NOX及び一酸化炭素放出物を減少させる。
焼を化学量論的な燃料−空気比に接近させるだけでなく
、NOX及び一酸化炭素放出物を減少させる。
この発明の考えは、l5TIG装置や、主燃焼器及び1
モ意の種類の排気復熱装置を用いる任意の装置を含めて
、二重及び三重回転子機関にも適用されることを承知さ
れたい。放出物燃焼器は、復熱又は空気/ガス熱交換器
を取入れた同等の性能を持つ機関としても作用する。こ
の発明の考えのはっきりとした利点は、簡単であること
である。
モ意の種類の排気復熱装置を用いる任意の装置を含めて
、二重及び三重回転子機関にも適用されることを承知さ
れたい。放出物燃焼器は、復熱又は空気/ガス熱交換器
を取入れた同等の性能を持つ機関としても作用する。こ
の発明の考えのはっきりとした利点は、簡単であること
である。
これは水素富化燃料、指向性をもって噴射する水素ガス
、水素発生器又は供給源、SCR,接触コンバータ等を
必要としない。
、水素発生器又は供給源、SCR,接触コンバータ等を
必要としない。
放出物制御装置を含めた特別設計の追加のバーナは、耐
久力があると共に、ボイラー装置に対する全体的な流れ
の場にわたって、優れた平均燃焼効率を持っていなけれ
ばならない。バーナの推定温度上昇は、500”l”程
度である。この様な設計の目標とする所は、発生された
増分的な分量の蒸気を、最初に燃焼効率が低下し、何よ
りも一酸化炭素を生成した燃焼器に噴射することである
。この為、効率の低下が回復する。
久力があると共に、ボイラー装置に対する全体的な流れ
の場にわたって、優れた平均燃焼効率を持っていなけれ
ばならない。バーナの推定温度上昇は、500”l”程
度である。この様な設計の目標とする所は、発生された
増分的な分量の蒸気を、最初に燃焼効率が低下し、何よ
りも一酸化炭素を生成した燃焼器に噴射することである
。この為、効率の低下が回復する。
この発明を特定の例及び実施例について説明したが、当
業者であれば、特許請求の範囲によって定められたこの
発明の範囲内で、この他の変更が可能であることが理解
されよう。
業者であれば、特許請求の範囲によって定められたこの
発明の範囲内で、この他の変更が可能であることが理解
されよう。
第1図は?117助燃焼器の一部分として、動力タービ
ンの下流側に放出物燃焼器を用いた1例を示す略図、 第2図は燃焼器の後側から、燃焼器の前側を見た、放出
物燃焼器の一部分を垂直断面で示す略図、第3図は第2
図に示した実施例の側面図、第4図は第2図と同様な図
であるが、この発明の別の実施例を示す。 第5図は第4図の側面図、 第6図は動力タービンより上流側、そして高圧タービン
又は低圧タービンより下流側に放出物燃焼器を配置した
場合を示す略図、 第7図は主燃焼器の段階の一部分として、放出物燃焼器
を用いた場合を示す略図である。 主な符号の説明 12:外側環状部分 14:内側環状部分 22.24:混合シュート 34:管 特許用n人ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ代理
人 (7630) 生 沼 徳 二F;g、1 F;37
ンの下流側に放出物燃焼器を用いた1例を示す略図、 第2図は燃焼器の後側から、燃焼器の前側を見た、放出
物燃焼器の一部分を垂直断面で示す略図、第3図は第2
図に示した実施例の側面図、第4図は第2図と同様な図
であるが、この発明の別の実施例を示す。 第5図は第4図の側面図、 第6図は動力タービンより上流側、そして高圧タービン
又は低圧タービンより下流側に放出物燃焼器を配置した
場合を示す略図、 第7図は主燃焼器の段階の一部分として、放出物燃焼器
を用いた場合を示す略図である。 主な符号の説明 12:外側環状部分 14:内側環状部分 22.24:混合シュート 34:管 特許用n人ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ代理
人 (7630) 生 沼 徳 二F;g、1 F;37
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、ガス流を発生する様に第1の温度で動作する主燃焼
器を持つガスタービン機関の燃焼放出物を制御する方法
に於て、前記ガス流の一部分を前記第1の温度より低い
温度で、放出物燃焼器内で局部的に燃焼させて、前記ガ
ス流の非常に高温の局部的に加熱された部分を作り、前
記ガス流の局部的に加熱された部分を、前記ガス流の内
、局部的に燃焼させていないで、前記ガス流の一層低温
の部分である部分と完全に混合しながら、その結果得ら
れた高温の炎前端を前記ガス流の上に伝搬させて、一酸
化炭素放出物を減少する工程を含む方法。 2、前記工程が、前記放出物燃焼器内でのNOX放出物
の発生を避ける位に低い様な、機関の圧力位置で実行す
る請求項1記載の方法。 3、NOX放射物の一層の発生を防止する為に、前記放
出物燃焼器内に蒸気を噴射する工程を含む請求項1記載
の方法。 4、主燃焼器が第1の作業流体に対して作用し、更に、
NOX放出物を減少するのに十分な第2の流体を主燃焼
器に導入する工程を含む請求項1記載の方法。 5、主燃焼器がドームを有し、更に、NOX放出物を減
少するのに十分な蒸気を主燃焼器のドームに噴射する工
程を含む請求項1記載の方法。 6、前記放出物燃焼器が機関の動力タービンの後に配置
された補助バーナである請求項1記載の方法。 7、前記機関が高圧タービンをも有し、前記放出物燃焼
器が高圧タービンより下流側にある請求項1記載の方法
。 8、前記機関が圧縮機及び高圧タービンを含み、前記放
出物燃焼器が、前記主燃焼器と直列に、高圧タービンよ
り上流側に配置された燃焼器段である請求項1記載の方
法。 9、前記放出物燃焼器が過剰蒸気を発生する位の熱を発
生し、更に、主燃焼器に於けるNOX放出物の減少によ
って生ずる燃焼効率の低下を回復する為に、機関の中に
前記過剰蒸気を噴射する工程を含む請求項5記載の方法
。 10、非常に高い温度が約3,000゜Fまでゞある請
求項1記載の方法。 11、第1の温度で動作してガス流を発生する主燃焼器
を含むガス機関の一酸化炭素放出物を制御するガスター
ビン機関用の放出物燃焼器に於て、ハウジングと、 該ハウジング内で、前記ガス流の内、前記第1の温度よ
り低い温度を持つ部分を局部的に燃焼させて、前記ガス
流の局部的に加熱された部分を作る手段と、 前記ガス流の局部的に加熱された部分を、ハウジング内
でガス流の加熱されていない一層低温の部分と完全に混
合しながら、その結果得られたハウジング内の高温の炎
を全体のガス流の上に伝搬させる手段とを有する放出物
燃焼器。 12、局部的に燃焼させる手段が、前記ハウジングに燃
料を導入する複数個のノズル出口を有する請求項11記
載の放出物燃焼器。 13、前記ノズル出口の周りに配置された旋回カップを
有する請求項12記載の放出物燃焼器。 14、前記ノズル出口が燃料と共に蒸気を導入する請求
項12記載の放出物燃焼器。 15、前記混合する手段が、前記ハウジング内に配置さ
れた複数個の混合シュートを持ち、該混合シュートが前
記ガス流の加熱された部分に対する流路、前記ガス流の
加熱されていない一層低温の部分に対する流路、及び加
熱された部分を加熱されていない一層の低温の部分と完
全に混合する為の合流部分とを有する請求項11記載の
放出物燃焼器。 16、前記加熱されていない一層低温の部分に対する流
路がハウジングの構造部分に隣接しており、前記加熱さ
れた部分に対する流路がハウジングの構造部分から隔た
っていて、ハウジング構造を低温に保つ様にした請求項
15記載の放出物燃焼器。 17、前記ハウジングが外側環体を有し、前記ガス流の
加熱された部分に対する流路が、前記ハウジングに沿っ
て環状に配置された、外向きに拡がる、略円錐形の部分
であり、隣接する円錐形部分は、ガス流の加熱されてい
ない一層低温の部分に対する流路を構成する収斂形逃げ
路によって隔てられており、前記局部的に燃焼させる手
段が、各々の円錐形部分の中心にある燃料ノズル出口で
構成される請求項15記載の放出物燃焼器。 18、前記ハウジングが前記外側環体と同心の内側環体
をも有し、該内側環体は略同様な内部構造を持っている
請求項17記載の放出物燃焼器。 19、外側環体の円錐形部分が内側環体の逃げ路と隣接
している請求項18記載の放出物燃焼器。 20、内側及び外側環体の両方が共通の出力環体に送込
む様になっている請求項18記載の放出物燃焼器。 21、前記逃げ路に沿って冷却ルーバを有する請求項1
7記載の放出物燃焼器。 22、前記ルーバが逃げ路の表面から上向きにはね出し
ている請求項21記載の放出物燃焼器。 23、NOX放出物を制御する為に、ガス機関に蒸気を
噴射する蒸気噴射手段を有する請求項11記載の放出物
燃焼器。 24、前記蒸気噴射手段が主燃焼器に結合されている請
求項23記載の放出物燃焼器。 25、前記蒸気噴射手段が前記ハウジングに結合されて
いる請求項23記載の放出物燃焼器。 26、ガスタービン機関が主燃焼器より下流側に、高圧
タービン、動力タービン及び出力ボイラーを直列に持っ
ており、前記放出物燃焼器が出力ボイラーより上流側に
配置されることにより、ガスタービンの動力出力が増加
する様にした請求項11記載の放出物燃焼器。 27、ガスタービン機関が主燃焼器より下流側に、高圧
タービン及び動力タービンを直列に持っており、前記放
出物燃焼器が動力タービンより上流側に配置されること
により、動力出力を増加すると共に、タービンの熱効率
を高める様にした請求項11記載の放出物燃焼器。 28、ガスタービン機関が主燃焼器より下流側に高圧タ
ービン、動力タービン及び再生形空気対ガス出力手段を
直列に持っており、前記放出物燃焼器が該再生手段より
上流側に配置されることにより、ガスタービンの動力出
力が増加する様にした請求項11記載の放出物燃焼器。 29、前記ガスタービン機関が主燃焼器より下流側に高
圧タービン、動力タービン及び再生形空気対ガス出力手
段を直列に持っており、前記放出物燃焼器が動力タービ
ンより上流側に配置されることにより、動力出力が増加
する他にガスタービンの熱効率を高める様にした請求項
11記載の放出物燃焼器。
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