JPH0210348B2 - - Google Patents
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- JPH0210348B2 JPH0210348B2 JP58036795A JP3679583A JPH0210348B2 JP H0210348 B2 JPH0210348 B2 JP H0210348B2 JP 58036795 A JP58036795 A JP 58036795A JP 3679583 A JP3679583 A JP 3679583A JP H0210348 B2 JPH0210348 B2 JP H0210348B2
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C13/00—Apparatus in which combustion takes place in the presence of catalytic material
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
- F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
- F23C6/045—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure
-
- 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
- F23R3/40—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the use of catalytic means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、諸種の工業プロセス、発電、航空機
用エンジン等の諸用途に使用しうる燃焼タービン
に関し、特に、該燃焼タービンを駆動する動力ガ
スを加熱するため該燃焼タービン中で用いられる
焼器に関するものである。
用エンジン等の諸用途に使用しうる燃焼タービン
に関し、特に、該燃焼タービンを駆動する動力ガ
スを加熱するため該燃焼タービン中で用いられる
焼器に関するものである。
一般に、典型的な先行技術の燃焼タービンは三
つの部分、即ち圧縮機部と燃焼器部とタービン部
とから構成されている。圧縮機内に入つた空気は
圧縮され、その温度及び密度が増大する。圧縮機
からの圧縮空気は燃焼器部内を貴流し、該燃焼器
部において、空気温度は更に上昇する。燃焼器部
からの加圧された高圧ガスはタービン部内に流入
し、その中で膨張するガスのエネルギがタービン
ロータの回転運動に変換される。
つの部分、即ち圧縮機部と燃焼器部とタービン部
とから構成されている。圧縮機内に入つた空気は
圧縮され、その温度及び密度が増大する。圧縮機
からの圧縮空気は燃焼器部内を貴流し、該燃焼器
部において、空気温度は更に上昇する。燃焼器部
からの加圧された高圧ガスはタービン部内に流入
し、その中で膨張するガスのエネルギがタービン
ロータの回転運動に変換される。
燃焼器部は、燃焼タービンの周囲を取り巻く環
状列になつて配設される複数の燃焼器からなるの
が一般的である。通常の燃焼器技術では、圧縮機
部から流れてくる高圧ガスは、タービン部へと通
過する前に、燃焼器内において拡散炎により加熱
される。拡散炎技術によれば、燃焼をノズルによ
り燃焼器の上流端にスプレーし、該ノズルの直ぐ
下流に強い空力的循環によつて拡散炎を維持す
る。燃料の完全な混合が不足すると、高燃料密度
延いては高燃焼反応温度のポケツトが生ずる結果
になる。該ポケツトでは反応温度が高いので、燃
焼反応に基づき流れてくる高圧ガスを下流側へ冷
たい空気により希釈し、下流側にあるタービンの
諸要素に対する損傷を防止する必要がある。加え
て、通常に用いられている拡散炎技術によると、
NOxを含めて望まくない化学化合物を相当なレ
ベルまで有する排出物が生ずる。
状列になつて配設される複数の燃焼器からなるの
が一般的である。通常の燃焼器技術では、圧縮機
部から流れてくる高圧ガスは、タービン部へと通
過する前に、燃焼器内において拡散炎により加熱
される。拡散炎技術によれば、燃焼をノズルによ
り燃焼器の上流端にスプレーし、該ノズルの直ぐ
下流に強い空力的循環によつて拡散炎を維持す
る。燃料の完全な混合が不足すると、高燃料密度
延いては高燃焼反応温度のポケツトが生ずる結果
になる。該ポケツトでは反応温度が高いので、燃
焼反応に基づき流れてくる高圧ガスを下流側へ冷
たい空気により希釈し、下流側にあるタービンの
諸要素に対する損傷を防止する必要がある。加え
て、通常に用いられている拡散炎技術によると、
NOxを含めて望まくない化学化合物を相当なレ
ベルまで有する排出物が生ずる。
NOxは二つの基本的な反応から生じてくる。
即ち、温度レベルが十分に高く、 N2＋O2→2NO と表すことができる全反応が測定可能な速度で起
こる時の燃焼過程中に及び該燃焼過程後に、熱的
NOxが燃料酸化剤（空気）中の窒素と酸化との
結合によつて生じる。この熱的NOx反応は空気
を使用する全ての燃焼過程で起こり、本質的に燃
料とは無関係である。
即ち、温度レベルが十分に高く、 N2＋O2→2NO と表すことができる全反応が測定可能な速度で起
こる時の燃焼過程中に及び該燃焼過程後に、熱的
NOxが燃料酸化剤（空気）中の窒素と酸化との
結合によつて生じる。この熱的NOx反応は空気
を使用する全ての燃焼過程で起こり、本質的に燃
料とは無関係である。
また、NOxは燃料に結合した窒素によつても
生成される。この窒素は、燃料中の炭素からの
CO及びCO2の生成並びに燃焼中の水素からの
H2Oの生成に幾分類似する方法で、燃焼過程に
おいてNO基型の化合物を生成する。NOxを生成
する上述した二つの反応の違いは燃焼過程の温度
及び時間にある。燃料結合窒素の化合物はCO、
CO2及びH2Oと実質的に同時に生成するが、酸化
剤からのNOxの生成は後から起こり、運動速度
の仕上組みにより制御される。
生成される。この窒素は、燃料中の炭素からの
CO及びCO2の生成並びに燃焼中の水素からの
H2Oの生成に幾分類似する方法で、燃焼過程に
おいてNO基型の化合物を生成する。NOxを生成
する上述した二つの反応の違いは燃焼過程の温度
及び時間にある。燃料結合窒素の化合物はCO、
CO2及びH2Oと実質的に同時に生成するが、酸化
剤からのNOxの生成は後から起こり、運動速度
の仕上組みにより制御される。
環境意識の高まりによりNOxに対する放出基
準が一層厳しくなつてきた。この厳しい基準が改
良燃焼器テクノロジーの関発につながつている。
かかる改良の一つが予混合、予気化燃焼器であ
る。この型式の燃焼器においては、燃料を燃料調
整領域にスプレーし、該領域で燃料を完全に混合
して、平均濃度の一定限界内におさまる均一濃度
を達成する。また、燃料調整領域においてはある
量の燃料が気化する。燃料燃焼は燃料調整領域の
下流側の個所で起こる。燃料調整領域において実
質的に一様な燃料濃度が達成されるので、反応温
度は約1093〜1649℃（2000〜3000〓）に制限され
る一様な値である。燃焼が一様であるから予混
合、予気化燃焼器が放出する熱的NOxのレベル
は通常の燃焼器で等量の燃料を使用する場合より
も低い。燃料結合窒素から生成されるるNOxは、
使用される典型的な石油燃料の窒素含有量が比較
的に少ないので許容しうる。
準が一層厳しくなつてきた。この厳しい基準が改
良燃焼器テクノロジーの関発につながつている。
かかる改良の一つが予混合、予気化燃焼器であ
る。この型式の燃焼器においては、燃料を燃料調
整領域にスプレーし、該領域で燃料を完全に混合
して、平均濃度の一定限界内におさまる均一濃度
を達成する。また、燃料調整領域においてはある
量の燃料が気化する。燃料燃焼は燃料調整領域の
下流側の個所で起こる。燃料調整領域において実
質的に一様な燃料濃度が達成されるので、反応温
度は約1093〜1649℃（2000〜3000〓）に制限され
る一様な値である。燃焼が一様であるから予混
合、予気化燃焼器が放出する熱的NOxのレベル
は通常の燃焼器で等量の燃料を使用する場合より
も低い。燃料結合窒素から生成されるるNOxは、
使用される典型的な石油燃料の窒素含有量が比較
的に少ないので許容しうる。
放出基準に関する近年の環境意識の高まりは石
油燃料の入手性が限られていることの認識を伴つ
ていた。その結果、燃焼タービンに対する非石油
形燃料の使用に焦点を合わせる方向で開発が進め
られてきた。非石油系燃料は石油燃料よりも窒素
含有量が多いのが一般的である。例えば、典型的
な石油燃料は0.1重量％の窒素含有量を有するで
あろうが、石炭から得られる液体燃料は１重量％
以上の燃料結合窒素を含有し、また、オイルシエ
ールから得た液体燃料は２重量％以上の燃料結合
窒素を含有する。これ等の液体燃料は燃料結合窒
素からNOxが生成されるのを禁じないので、予
混合、予気化燃焼器を非石油系燃料で運転した場
合には、厳しいNOx基準に多分合格しないであ
ろう。
油燃料の入手性が限られていることの認識を伴つ
ていた。その結果、燃焼タービンに対する非石油
形燃料の使用に焦点を合わせる方向で開発が進め
られてきた。非石油系燃料は石油燃料よりも窒素
含有量が多いのが一般的である。例えば、典型的
な石油燃料は0.1重量％の窒素含有量を有するで
あろうが、石炭から得られる液体燃料は１重量％
以上の燃料結合窒素を含有し、また、オイルシエ
ールから得た液体燃料は２重量％以上の燃料結合
窒素を含有する。これ等の液体燃料は燃料結合窒
素からNOxが生成されるのを禁じないので、予
混合、予気化燃焼器を非石油系燃料で運転した場
合には、厳しいNOx基準に多分合格しないであ
ろう。
従つて、既知先行技術の燃焼器は、非石油系燃
料で運転した場合、低NOx放出物を可能にする
のに適切ではない。
料で運転した場合、低NOx放出物を可能にする
のに適切ではない。
本発明は、低NOx放出物の生成を可能にする
と同時に非石油系燃料を有効に使用することので
きる燃焼器を提供するものである。広義の形態で
の本発明が提供する燃焼器は、燃焼タービンにお
ける圧縮排出ガスを加熱するための低NOx燃焼
器であつて、燃焼反応を内側に封じ込めておく壁
を有すると共に、拡散炎を形成する燃料濃厚燃焼
のための上流領域、燃料過薄燃焼のための下流領
域、並びに前記上流領域及び前記下流領域を接続
する断面積の減少した急冷領域を有するケーシン
グと、該ケーシングの前記上流領域の上流端内に
燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記燃料噴噴射
装置によつて噴射された燃料の前記上流領域にお
ける燃料濃厚燃焼を可能にする濃厚燃焼手段と、
前記上流領域において生成されたガス生成物を希
釈空気の導入なしに前記下流領域で燃料過薄燃焼
を確実に行うべく、前記急冷領域内に急冷空気流
を導入する導入手段とを備え、前記ケーシングの
前記壁は、壁冷却空気のない燃焼を支緩すべく、
前記上流領域に沿つた該壁の内周面の回りにセラ
ミツク製囲い体を配設せしめており、更に、前記
上流領域における燃料の当量比を所定値以上とす
るように、前記ケーシングの前記壁及び前記セラ
ミツク製囲い体を貫通する開口を含む、前記上流
領域への酸化剤導入手段と、噴射された燃料に点
火する点火手段とを備えるものである。
と同時に非石油系燃料を有効に使用することので
きる燃焼器を提供するものである。広義の形態で
の本発明が提供する燃焼器は、燃焼タービンにお
ける圧縮排出ガスを加熱するための低NOx燃焼
器であつて、燃焼反応を内側に封じ込めておく壁
を有すると共に、拡散炎を形成する燃料濃厚燃焼
のための上流領域、燃料過薄燃焼のための下流領
域、並びに前記上流領域及び前記下流領域を接続
する断面積の減少した急冷領域を有するケーシン
グと、該ケーシングの前記上流領域の上流端内に
燃料を噴射する燃料噴射装置と、前記燃料噴噴射
装置によつて噴射された燃料の前記上流領域にお
ける燃料濃厚燃焼を可能にする濃厚燃焼手段と、
前記上流領域において生成されたガス生成物を希
釈空気の導入なしに前記下流領域で燃料過薄燃焼
を確実に行うべく、前記急冷領域内に急冷空気流
を導入する導入手段とを備え、前記ケーシングの
前記壁は、壁冷却空気のない燃焼を支緩すべく、
前記上流領域に沿つた該壁の内周面の回りにセラ
ミツク製囲い体を配設せしめており、更に、前記
上流領域における燃料の当量比を所定値以上とす
るように、前記ケーシングの前記壁及び前記セラ
ミツク製囲い体を貫通する開口を含む、前記上流
領域への酸化剤導入手段と、噴射された燃料に点
火する点火手段とを備えるものである。
燃料濃厚燃焼は燃料結合窒素を解離させ、そし
て酸素不十分な雰囲気に由来するNOxの生成を
抑える。上流領域、即ち燃料濃厚燃焼領域の壁に
接合されたセラミツク製囲い体によつて燃料濃厚
燃焼領域における燃焼を支援する。燃料過薄燃焼
は、燃焼過程を完了させながら、低過ぎて熱
NOxを生成しない温度でで行なわれる。従つて、
この燃焼器に燃料供給をするのに非石油系燃料を
使用しても石油燃料と同様に、厳しいNOx基準
を固守することができる。
て酸素不十分な雰囲気に由来するNOxの生成を
抑える。上流領域、即ち燃料濃厚燃焼領域の壁に
接合されたセラミツク製囲い体によつて燃料濃厚
燃焼領域における燃焼を支援する。燃料過薄燃焼
は、燃焼過程を完了させながら、低過ぎて熱
NOxを生成しない温度でで行なわれる。従つて、
この燃焼器に燃料供給をするのに非石油系燃料を
使用しても石油燃料と同様に、厳しいNOx基準
を固守することができる。
次に、本発明の好適な実施例について添付図面
に関連して説明する。
に関連して説明する。
第１図は、大体円筒形の複数の燃焼器１２を有
する燃焼タービン１０を示すものであつて、該燃
焼器１２には、燃料噴射装置であるノズル１４か
らの燃料が供給され、圧縮機１６から燃焼器ケー
シング２０内の空気流通路１８を経て空気が供給
される。
する燃焼タービン１０を示すものであつて、該燃
焼器１２には、燃料噴射装置であるノズル１４か
らの燃料が供給され、圧縮機１６から燃焼器ケー
シング２０内の空気流通路１８を経て空気が供給
される。
燃焼による高圧ガス生成物は各燃焼器１２から
中間ダクト２２を通るように指向され、該中間ダ
クトから環状の空間内に排出されて、膨張するガ
スの駆動力の下にタービン羽根２４，２６が該環
状の空間内で回転する。
中間ダクト２２を通るように指向され、該中間ダ
クトから環状の空間内に排出されて、膨張するガ
スの駆動力の下にタービン羽根２４，２６が該環
状の空間内で回転する。
本発明によれば、燃焼器１２は、非石油系燃料
で運転した場合も石油燃料と同様に低NOx燃焼
放出物をもたらすように構成されている。第２図
に詳細に示した燃焼器１２は、円錐形の上流端３
２と、開放形の流端３４とを有するほぼ円筒形の
金属製外筒もしくはケーシング３０を備える。外
筒３０の上流端３２はその中央に開口３６を画定
しており、当該技術で既知の圧力噴霧式燃料噴射
装置３８がこの開口３６内から突出している。
で運転した場合も石油燃料と同様に低NOx燃焼
放出物をもたらすように構成されている。第２図
に詳細に示した燃焼器１２は、円錐形の上流端３
２と、開放形の流端３４とを有するほぼ円筒形の
金属製外筒もしくはケーシング３０を備える。外
筒３０の上流端３２はその中央に開口３６を画定
しており、当該技術で既知の圧力噴霧式燃料噴射
装置３８がこの開口３６内から突出している。
外筒３０の壁には、壁冷却空気のない燃焼を支
援すべく、上流領域、即ち濃厚燃焼領域４２に沿
つた該壁の内周面の回りに内筒、即ちセラミツク
製囲い体４０が配設され、濃厚燃焼手段ともなる
濃厚燃焼領域４２を囲んでいる。内筒４０は単一
体からなる円筒体か或は部分からなる円筒体でよ
い。例えばワイヤの網状組織からなる膨張層４４
がこの内筒４０を外筒３０から分離させている。
膨張層４４は筒４０と外筒３０の熱膨張率の差に
対して補償する。外筒３０にある複数のブリード
口４５は膨張層４４への冷却空気源を与える。適
当な絶縁材料からなる絶縁層４６によつて内筒４
０と外筒３０とが隔離されている。
援すべく、上流領域、即ち濃厚燃焼領域４２に沿
つた該壁の内周面の回りに内筒、即ちセラミツク
製囲い体４０が配設され、濃厚燃焼手段ともなる
濃厚燃焼領域４２を囲んでいる。内筒４０は単一
体からなる円筒体か或は部分からなる円筒体でよ
い。例えばワイヤの網状組織からなる膨張層４４
がこの内筒４０を外筒３０から分離させている。
膨張層４４は筒４０と外筒３０の熱膨張率の差に
対して補償する。外筒３０にある複数のブリード
口４５は膨張層４４への冷却空気源を与える。適
当な絶縁材料からなる絶縁層４６によつて内筒４
０と外筒３０とが隔離されている。
火炎管４８は燃料噴射装置３８の直ぐ下流の部
位で燃焼器ケーシング壁（この部位では外筒３０
と、膨張層４４と、絶縁層４６と、内筒４０とか
ら構成される）を貫通する。この火炎管４８は点
火手段、即ちトーチ点火器５０を濃厚燃焼領域４
２に接続して、燃焼器の確実な点火のための高温
火炎ジエツトを与える。火炎管４８の下流側で
は、後述するように濃厚燃焼領域４２における燃
料の当量比を所定値以上とするように、濃厚燃焼
領域４２における燃焼のための空気を給気すべ
く、燃焼器ケーシング壁及び内筒を貫通する開口
の形態の酸化剤導入手段、即ち１次空気口５２が
燃焼器ケーシング壁により画定されている。半径
方向に延びる１次空気口５２に環状の列になつて
配設されている。
位で燃焼器ケーシング壁（この部位では外筒３０
と、膨張層４４と、絶縁層４６と、内筒４０とか
ら構成される）を貫通する。この火炎管４８は点
火手段、即ちトーチ点火器５０を濃厚燃焼領域４
２に接続して、燃焼器の確実な点火のための高温
火炎ジエツトを与える。火炎管４８の下流側で
は、後述するように濃厚燃焼領域４２における燃
料の当量比を所定値以上とするように、濃厚燃焼
領域４２における燃焼のための空気を給気すべ
く、燃焼器ケーシング壁及び内筒を貫通する開口
の形態の酸化剤導入手段、即ち１次空気口５２が
燃焼器ケーシング壁により画定されている。半径
方向に延びる１次空気口５２に環状の列になつて
配設されている。
濃厚燃焼領域４２の下流にある急冷もしくは冷
却領域５４は、燃焼器ケーシング壁内側の断面積
の減少したベンチユリ形部分からなる。冷却領域
５４を囲む燃料器壁は鋳造セラミツク５６を囲繞
する外筒３０から構成されている。ベンチユリ効
果を奏する形状に造られた鋳造セラミツク５６は
金属製保持部材５８により外筒３０に取り付け
る。この保持部材５８は溶封部により外筒３０に
取着されると共に、鋳造セラミツク５６内に鋳込
まれている。保持部材５８は第２図に示した渦巻
状の配列のような如何なる形態に配列してもよい
が、渦巻状配列は外筒３０への鋳造セラミツク５
６の剛な取着を確実にする。
却領域５４は、燃焼器ケーシング壁内側の断面積
の減少したベンチユリ形部分からなる。冷却領域
５４を囲む燃料器壁は鋳造セラミツク５６を囲繞
する外筒３０から構成されている。ベンチユリ効
果を奏する形状に造られた鋳造セラミツク５６は
金属製保持部材５８により外筒３０に取り付け
る。この保持部材５８は溶封部により外筒３０に
取着されると共に、鋳造セラミツク５６内に鋳込
まれている。保持部材５８は第２図に示した渦巻
状の配列のような如何なる形態に配列してもよい
が、渦巻状配列は外筒３０への鋳造セラミツク５
６の剛な取着を確実にする。
冷却領域５４を囲むベンチユリ形燃焼器壁のス
ロート部は環状に配設された複数の冷却空気口６
０を画定する。急冷空気流の導入手段となるこの
冷却空気口６０は、濃厚燃焼領域４２内で生成さ
れた高圧ガス生成物に対する冷却空気の給気のた
めに、燃焼器ケーシング壁（冷却空気喧の部位で
は外筒３０と、鋳造セラミツク５６とから構成さ
れる）を半径方向に貫通する。
ロート部は環状に配設された複数の冷却空気口６
０を画定する。急冷空気流の導入手段となるこの
冷却空気口６０は、濃厚燃焼領域４２内で生成さ
れた高圧ガス生成物に対する冷却空気の給気のた
めに、燃焼器ケーシング壁（冷却空気喧の部位で
は外筒３０と、鋳造セラミツク５６とから構成さ
れる）を半径方向に貫通する。
冷却領域５４によつて濃厚燃焼領域４２に接続
された下流領域、即ち過薄燃焼領域６２は、濃厚
燃焼領域４２からのガス生成物の２次燃焼のため
の触媒部６４を備える。該触媒部６４は、濃厚燃
焼領域４２を囲む膨張層４４と同一構造の膨張層
６６により囲まれている。そして膨張層６６は外
筒３０に囲まれその中に封じ込められている。
された下流領域、即ち過薄燃焼領域６２は、濃厚
燃焼領域４２からのガス生成物の２次燃焼のため
の触媒部６４を備える。該触媒部６４は、濃厚燃
焼領域４２を囲む膨張層４４と同一構造の膨張層
６６により囲まれている。そして膨張層６６は外
筒３０に囲まれその中に封じ込められている。
運転に際しては、燃料噴射装置３８が濃厚燃焼
領域４２の燃料濃厚雰囲気における拡散炎を維持
する。従来、非石油系液体燃料の燃焼に拡散炎を
使用することは、その技術にまつわる諸問題のた
めに受け入れられていなかつた。濃厚燃焼領域４
２を囲む内筒４０は燃焼器の内壁をフイルム冷却
する必要性をなくし、先行技術の典型的な特質を
排除する。濃厚燃焼領域内にフイルム冷却がない
ために燃料濃厚燃焼が可能になり、且つ壁を高温
に維持することにより燃焼過程を実際に増進する
ことができる。
領域４２の燃料濃厚雰囲気における拡散炎を維持
する。従来、非石油系液体燃料の燃焼に拡散炎を
使用することは、その技術にまつわる諸問題のた
めに受け入れられていなかつた。濃厚燃焼領域４
２を囲む内筒４０は燃焼器の内壁をフイルム冷却
する必要性をなくし、先行技術の典型的な特質を
排除する。濃厚燃焼領域内にフイルム冷却がない
ために燃料濃厚燃焼が可能になり、且つ壁を高温
に維持することにより燃焼過程を実際に増進する
ことができる。
燃焼領域における燃料の当量比は化学量論的燃
空比に対する実際の燃空比の割合として定義され
ている。過薄燃焼領域は0.4位の当量比を有する
ことがあるが、濃厚農焼領域は2.5より大きな値
で動作しうる場合がある。本発明の濃厚燃焼領域
では、酸化剤導入手段である１次空気口５２がが
設けられているために、例えば1.7の燃料当量比
で好適に動作しうる。
空比に対する実際の燃空比の割合として定義され
ている。過薄燃焼領域は0.4位の当量比を有する
ことがあるが、濃厚農焼領域は2.5より大きな値
で動作しうる場合がある。本発明の濃厚燃焼領域
では、酸化剤導入手段である１次空気口５２がが
設けられているために、例えば1.7の燃料当量比
で好適に動作しうる。
燃料濃厚燃焼がつくる酸素不足の雰囲気におい
ては、燃焼過程で燃料から解離した比較的に不活
性の燃料結合窒素分子であると、限られた酸素分
子を炭素及び水素を取り合うことができない。そ
の結果、濃厚燃焼領域４２を出る窒素の大部分
は、NOxという形態よりもむしろ遊離窒素
（N2）の形をとつている。
ては、燃焼過程で燃料から解離した比較的に不活
性の燃料結合窒素分子であると、限られた酸素分
子を炭素及び水素を取り合うことができない。そ
の結果、濃厚燃焼領域４２を出る窒素の大部分
は、NOxという形態よりもむしろ遊離窒素
（N2）の形をとつている。
濃厚燃焼領域４２を出た高圧ガス生成物は冷却
領域５４内でより低い温度に迅速に希釈される。
即ち、冷却領域５４は断面積の減少したベンチユ
リ形状であるから、そのストロート部では一般的
に流体の圧力が最小且つ速度が最大となるため、
冷却領域５４内に冷却空気口６０から効率的に冷
却空気が取り入れられると共に、この冷却空気と
濃厚燃焼流体４２からのガス生成物との完全且つ
均質な混合が促進され、その結果、後述するよう
に過薄燃焼領域６２におけるNOx放出量の低減
になる。
領域５４内でより低い温度に迅速に希釈される。
即ち、冷却領域５４は断面積の減少したベンチユ
リ形状であるから、そのストロート部では一般的
に流体の圧力が最小且つ速度が最大となるため、
冷却領域５４内に冷却空気口６０から効率的に冷
却空気が取り入れられると共に、この冷却空気と
濃厚燃焼流体４２からのガス生成物との完全且つ
均質な混合が促進され、その結果、後述するよう
に過薄燃焼領域６２におけるNOx放出量の低減
になる。
燃焼過程は、過薄燃焼領域６２において、CO、
煙その他の未燃焼燃料成分のような濃厚燃料領域
４２からのガス生成成物が触媒部６４を通過し、
完了する。触媒部６４内の燃焼は、濃厚燃焼領域
における反応温度よりも実質的に低下した温度で
起こる。熱的NOxの生成は、生成の反応速度を
実質的に限定する低い過薄燃焼反応温度によつて
最小化される。従つて、燃焼器１２は、濃厚燃焼
領域４２での濃厚燃焼反応において燃料結合窒素
を解離すると共に熱的NOxを生成するには低過
ぎる温度で燃焼過程を完了することによつて、低
NOx放出物を出す。濃厚燃焼領域内の熱的NOx
の生成は、その反応に必要な酸素分子が不足して
いるので、抑えられている。
煙その他の未燃焼燃料成分のような濃厚燃料領域
４２からのガス生成成物が触媒部６４を通過し、
完了する。触媒部６４内の燃焼は、濃厚燃焼領域
における反応温度よりも実質的に低下した温度で
起こる。熱的NOxの生成は、生成の反応速度を
実質的に限定する低い過薄燃焼反応温度によつて
最小化される。従つて、燃焼器１２は、濃厚燃焼
領域４２での濃厚燃焼反応において燃料結合窒素
を解離すると共に熱的NOxを生成するには低過
ぎる温度で燃焼過程を完了することによつて、低
NOx放出物を出す。濃厚燃焼領域内の熱的NOx
の生成は、その反応に必要な酸素分子が不足して
いるので、抑えられている。
第３図は、濃厚燃焼領域４２を囲む燃焼器ケー
シング壁の別の実施例を示している。この実施例
は、冷却領域５４を囲む燃焼器ケーシング壁の構
造と大体同じの構造を持つており、濃厚燃焼領域
を囲むセラミツク層（セラミツク製囲い体）７０
は金属製外筒３０に鋳込まれ、そこに金属製保持
部材７２によつて取着されている。
シング壁の別の実施例を示している。この実施例
は、冷却領域５４を囲む燃焼器ケーシング壁の構
造と大体同じの構造を持つており、濃厚燃焼領域
を囲むセラミツク層（セラミツク製囲い体）７０
は金属製外筒３０に鋳込まれ、そこに金属製保持
部材７２によつて取着されている。
第４図は過薄燃焼領域６２の別の実施例を示す
ものである。この実施例において、過薄燃焼領域
は、第２図又は第３図の濃厚燃焼領域とほぼ同様
に構成された直円筒部分から成る。過薄燃焼は過
薄熱焼領域内のガスが燃焼を行うのに不十分なほ
どではないが一層低い温度で行なわれる。更に、
過薄燃焼領域６２を囲むセラミツク壁８０は２次
燃焼過程を強化する。
ものである。この実施例において、過薄燃焼領域
は、第２図又は第３図の濃厚燃焼領域とほぼ同様
に構成された直円筒部分から成る。過薄燃焼は過
薄熱焼領域内のガスが燃焼を行うのに不十分なほ
どではないが一層低い温度で行なわれる。更に、
過薄燃焼領域６２を囲むセラミツク壁８０は２次
燃焼過程を強化する。
従つて、本発明は石油燃料と同様非石油系燃料
からの低NOx放出物を達成するのに有効な燃焼
器を提供する。燃料濃厚燃焼過程における燃焼
は、熱的NOxの生成を抑える酸素不足覆囲気に
おいて燃料結合窒素を解離させ、また、燃焼は熱
的NOxの生成を許容するには低過ぎる温度で燃
料過薄燃焼領域において完了する。
からの低NOx放出物を達成するのに有効な燃焼
器を提供する。燃料濃厚燃焼過程における燃焼
は、熱的NOxの生成を抑える酸素不足覆囲気に
おいて燃料結合窒素を解離させ、また、燃焼は熱
的NOxの生成を許容するには低過ぎる温度で燃
料過薄燃焼領域において完了する。
第１図は、電力発生用に構成され、内部に燃焼
器を有する陸用燃焼タービンの断面図、第２図
は、第１図に示した燃焼器の断面図、第３図は、
第２図に示した燃焼器の壁の実施例を示す断面
図、第４図は、第２図に示した燃焼器の下流側部
分の別の実施例を示す断面図である。 １０……燃焼タービン、１２……燃焼器、１４
……燃料噴射装置（ノズル）、１６……圧縮機、
２０……ケーシング、３０……ケーシング（外
筒）、３２……上流端、３８……燃料噴射装置、
４０……セラミツク製囲い体（内筒）、４２……
濃厚燃焼手段もしくは上流領域（燃料濃厚燃焼領
域）、５０……点火手段（トーチ点火器）、５２…
…酸化剤導入手段（１次空気口）、５４……急冷
もしくは冷却領域、６０……急冷空気流の導入手
段（冷却空気口）、６２……下流領域（過薄燃焼
領域）、７０……セラミツク製囲い体（セラミツ
ク層）。
器を有する陸用燃焼タービンの断面図、第２図
は、第１図に示した燃焼器の断面図、第３図は、
第２図に示した燃焼器の壁の実施例を示す断面
図、第４図は、第２図に示した燃焼器の下流側部
分の別の実施例を示す断面図である。 １０……燃焼タービン、１２……燃焼器、１４
……燃料噴射装置（ノズル）、１６……圧縮機、
２０……ケーシング、３０……ケーシング（外
筒）、３２……上流端、３８……燃料噴射装置、
４０……セラミツク製囲い体（内筒）、４２……
濃厚燃焼手段もしくは上流領域（燃料濃厚燃焼領
域）、５０……点火手段（トーチ点火器）、５２…
…酸化剤導入手段（１次空気口）、５４……急冷
もしくは冷却領域、６０……急冷空気流の導入手
段（冷却空気口）、６２……下流領域（過薄燃焼
領域）、７０……セラミツク製囲い体（セラミツ
ク層）。
Claims (1)
- １ 燃焼タービンにおける圧縮機排出ガスを加熱
するための低NOx燃焼器であつて、燃焼反応を
内側に封じ込めておく壁を有すると共に、拡散炎
を形成する燃料濃厚燃焼のための上流領域、燃料
過薄燃焼のための下流領域、並びに前記上流領域
及び前記下流領域を接続する断面積の減少した急
冷領域を有するケーシングと、該ケーシングの前
記上流領域の上流端内に燃料を噴射する燃料噴射
装置と、前記燃料噴射装置によつて噴射された燃
料の前記上流領域における燃料濃厚燃焼を可能に
する濃厚燃焼手段と、前記上流領域において生成
されたガス生成物を希釈空気の導入なしに前記下
流領域で燃料過薄燃焼を確実に行うべく、前記急
冷領域内に急冷空気流を導入する導入手段とを備
え、前記ケーシングの前記壁は、壁冷却空気のな
い燃焼を支援すべく、前記上流領域に沿つた該壁
の内周面の回りにセラミツク製囲い体を配設せし
めており、更に、前記上流領域における燃料の当
量比を所定値以上とするように、前記ケーシング
の前記壁及び前記セラミツク製囲い体を貫通する
開口を含む、前記上流領域への酸化剤導入手段
と、噴射された燃料に点火する点火手段とを備え
る、燃焼タービンにおける燃焼器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US35606882A | 1982-03-08 | 1982-03-08 | |
| US356068 | 1994-12-14 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58164929A JPS58164929A (ja) | 1983-09-29 |
| JPH0210348B2 true JPH0210348B2 (ja) | 1990-03-07 |
Family
ID=23399972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58036795A Granted JPS58164929A (ja) | 1982-03-08 | 1983-03-08 | 燃焼タ−ビンにおける燃焼器 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58164929A (ja) |
| BE (1) | BE896105A (ja) |
| BR (1) | BR8301099A (ja) |
| CA (1) | CA1206764A (ja) |
| GB (1) | GB2116308B (ja) |
| IT (1) | IT1170117B (ja) |
| MX (1) | MX158476A (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1285207C (en) * | 1985-09-30 | 1991-06-25 | Yoshinori Idota | Fuel spray combustion device |
| DE3545524C2 (de) * | 1985-12-20 | 1996-02-29 | Siemens Ag | Mehrstufenbrennkammer für die Verbrennung von stickstoffhaltigem Gas mit verringerter NO¶x¶-Emission und Verfahren zu ihrem Betrieb |
| AT391185B (de) * | 1988-02-08 | 1990-08-27 | Vaillant Gmbh | Einrichtung zur stufenweisen verbrennung eines brennstoff-luftgemisches |
| US5117636A (en) * | 1990-02-05 | 1992-06-02 | General Electric Company | Low nox emission in gas turbine system |
| DE4422535A1 (de) * | 1994-06-28 | 1996-01-04 | Abb Research Ltd | Verfahren zum Betrieb einer Feuerungsanlage |
| DE19612507C2 (de) * | 1996-03-29 | 2002-06-27 | Kunkel Klaus | Verfahren zum Antreiben einer Welle und Antrieb hierfür |
| US5996351A (en) * | 1997-07-07 | 1999-12-07 | General Electric Company | Rapid-quench axially staged combustor |
| DE10112864A1 (de) | 2001-03-16 | 2002-09-19 | Alstom Switzerland Ltd | Verfahren zum Zünden einer thermischen Turbomaschine |
| US7093441B2 (en) * | 2003-10-09 | 2006-08-22 | United Technologies Corporation | Gas turbine annular combustor having a first converging volume and a second converging volume, converging less gradually than the first converging volume |
| US8430665B2 (en) | 2008-02-25 | 2013-04-30 | General Electric Company | Combustion systems and processes for burning fossil fuel with reduced nitrogen oxide emissions |
-
1983
- 1983-02-24 GB GB08305112A patent/GB2116308B/en not_active Expired
- 1983-02-28 CA CA000422504A patent/CA1206764A/en not_active Expired
- 1983-03-01 MX MX196427A patent/MX158476A/es unknown
- 1983-03-04 IT IT19895/83A patent/IT1170117B/it active
- 1983-03-07 BR BR8301099A patent/BR8301099A/pt not_active IP Right Cessation
- 1983-03-08 JP JP58036795A patent/JPS58164929A/ja active Granted
- 1983-03-08 BE BE0/210276A patent/BE896105A/fr not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA1206764A (en) | 1986-07-02 |
| GB8305112D0 (en) | 1983-03-30 |
| MX158476A (es) | 1989-02-03 |
| IT8319895A0 (it) | 1983-03-04 |
| GB2116308A (en) | 1983-09-21 |
| JPS58164929A (ja) | 1983-09-29 |
| IT1170117B (it) | 1987-06-03 |
| BR8301099A (pt) | 1983-11-22 |
| BE896105A (fr) | 1983-09-08 |
| GB2116308B (en) | 1985-11-13 |
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