JPH0240417A - 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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- JPH0240417A JPH0240417A JP18835288A JP18835288A JPH0240417A JP H0240417 A JPH0240417 A JP H0240417A JP 18835288 A JP18835288 A JP 18835288A JP 18835288 A JP18835288 A JP 18835288A JP H0240417 A JPH0240417 A JP H0240417A
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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
- F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Gas Burners (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
(産業上の利用分野)
本発明は、低カロリーガス燃料の燃焼方法およびこの方
法に用いられるガスタービン燃焼器に係り、特に石炭ガ
ス化燃料等の低カロリーガス燃料を燃焼させる燃焼方法
およびこの方法の実施に直接使用されるガスタービン燃
焼器に関する。
法に用いられるガスタービン燃焼器に係り、特に石炭ガ
ス化燃料等の低カロリーガス燃料を燃焼させる燃焼方法
およびこの方法の実施に直接使用されるガスタービン燃
焼器に関する。
(従来の技術)
電力の安定供給を目指す我国の電源多様化の施策の中で
、石炭は燃料として長期的に安定供給が可能でかつ経済
的にも優れていることがら、原予力発電を補完する有力
な電源として石炭火力を位置づけ、石炭利用の拡大を図
る技術開発が強く望まれている。この新しい石炭利用技
術として石炭ガス化技術の開発が提唱され、中でも石炭
ガス化複合発電は、高効率でかつ環境保全性に優れてい
ことから、次四代の発電システムとして国内外で注目さ
れている。
、石炭は燃料として長期的に安定供給が可能でかつ経済
的にも優れていることがら、原予力発電を補完する有力
な電源として石炭火力を位置づけ、石炭利用の拡大を図
る技術開発が強く望まれている。この新しい石炭利用技
術として石炭ガス化技術の開発が提唱され、中でも石炭
ガス化複合発電は、高効率でかつ環境保全性に優れてい
ことから、次四代の発電システムとして国内外で注目さ
れている。
石炭ガス化複合発電には、発電利用に適している空気吹
きの噴流床石炭ガス化炉で生成された石炭ガス化燃料が
使用される。この石炭ガス化燃料は、Co、N2.N2
.co2. N20″8を成分とし、発熱聞が約100
0Kca l/1T?、Nと低い低カロリーガス燃料で
ある。この石炭ガス化燃料、特に発熱伍が2000Kc
a l/mN未満の低カロリーガス燃料を燃料として用
いる場合、低カロリーガス燃料に適したガスタービン燃
焼器の開発が望まれている。
きの噴流床石炭ガス化炉で生成された石炭ガス化燃料が
使用される。この石炭ガス化燃料は、Co、N2.N2
.co2. N20″8を成分とし、発熱聞が約100
0Kca l/1T?、Nと低い低カロリーガス燃料で
ある。この石炭ガス化燃料、特に発熱伍が2000Kc
a l/mN未満の低カロリーガス燃料を燃料として用
いる場合、低カロリーガス燃料に適したガスタービン燃
焼器の開発が望まれている。
従来のガスタービン燃焼器は、エアーコンプレッサから
の圧縮空気の高速気流中に燃料を噴射させて連続的に燃
焼させる燃焼装置であり、この燃焼器には、天然ガス(
LNG)やプロパンガス(LPG) 、油等の高カロリ
ー燃料の使用を前提としている。このため、天然ガスの
発熱mの約1/10と低い石炭ガス化燃料を上記ガスタ
ービン燃焼器にそのまま使用することができない。
の圧縮空気の高速気流中に燃料を噴射させて連続的に燃
焼させる燃焼装置であり、この燃焼器には、天然ガス(
LNG)やプロパンガス(LPG) 、油等の高カロリ
ー燃料の使用を前提としている。このため、天然ガスの
発熱mの約1/10と低い石炭ガス化燃料を上記ガスタ
ービン燃焼器にそのまま使用することができない。
一方、低カロリーガス燃料である石炭ガス化燃料は、C
o、N2等の可燃成分のうち、大半が燃え難いCOを主
要可燃成分とするもので、燃焼性が悪く、火炎安定性に
欠ける問題があった。また、石炭ガス化燃料には100
0〜2oooppm程度のアンモニア(NH3)が不純
物として含まれており、この不純物が燃焼過程で多足の
NOxを発生させる原因となっていた。
o、N2等の可燃成分のうち、大半が燃え難いCOを主
要可燃成分とするもので、燃焼性が悪く、火炎安定性に
欠ける問題があった。また、石炭ガス化燃料には100
0〜2oooppm程度のアンモニア(NH3)が不純
物として含まれており、この不純物が燃焼過程で多足の
NOxを発生させる原因となっていた。
さらに、低カロリーガス燃料を使用する場合、高カロリ
ー燃料使用に較べ、燃料流岱が飛躍的に増大するため、
負荷が変化して燃焼ガスの流れ自体が変わり、火炎安定
性を損うおそれがあり、従来のガスタービン燃焼器とは
燃料の燃焼性に対する影響に本質的な違いがあった。
ー燃料使用に較べ、燃料流岱が飛躍的に増大するため、
負荷が変化して燃焼ガスの流れ自体が変わり、火炎安定
性を損うおそれがあり、従来のガスタービン燃焼器とは
燃料の燃焼性に対する影響に本質的な違いがあった。
(発明が解決しようとする課題)
従来のガスタービン燃焼器に、石炭ガス化燃料等の低カ
ロリーガス燃料を燃料として使用する場合、着火不良や
失火、燃焼の不安定化等を招き、燃焼性が悪く、火炎安
定性に欠ける問題があった。
ロリーガス燃料を燃料として使用する場合、着火不良や
失火、燃焼の不安定化等を招き、燃焼性が悪く、火炎安
定性に欠ける問題があった。
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、低カ
ロリーガス燃料の燃焼性を向上させ、安定した火炎を形
成させることができる低カロリーガス燃料の燃焼方法お
よびこの方法に用いられるガスタービン燃焼器を提供す
るにある。
ロリーガス燃料の燃焼性を向上させ、安定した火炎を形
成させることができる低カロリーガス燃料の燃焼方法お
よびこの方法に用いられるガスタービン燃焼器を提供す
るにある。
本発明の他の目的は、燃え難い低カロリーガス燃料を、
coやNOxの発生を有効的に抑制して安定的にM焼さ
せることができる低カロリーガス燃料の燃焼方法および
この方法に用いられるガスタービン燃焼器を提供するこ
とにある。
coやNOxの発生を有効的に抑制して安定的にM焼さ
せることができる低カロリーガス燃料の燃焼方法および
この方法に用いられるガスタービン燃焼器を提供するこ
とにある。
(発明の構成〕
(課題を解決するための手段)
本発明に係る低カロリーガス燃料の燃焼方法は、石炭ガ
ス化燃料等の低カロリーガス燃料に燃焼用空気の一部を
酸化剤として予混合させ、この予混合燃料を燃焼室に供
給し、燃焼室内で燃焼用空気と混合せしめて燃焼させる
方法にある。
ス化燃料等の低カロリーガス燃料に燃焼用空気の一部を
酸化剤として予混合させ、この予混合燃料を燃焼室に供
給し、燃焼室内で燃焼用空気と混合せしめて燃焼させる
方法にある。
また、本発明に係る低カロリーガス燃料の燃焼方法は、
石炭ガス化燃料等の低カロリーガス燃料の一部に燃焼用
空気の一部を酸化剤として予混合させ、この予混合燃料
と予混合されない主燃料とを燃焼室に個別に供給し、燃
焼室内で燃焼用空気と混合せしめて燃焼させる方法であ
る。
石炭ガス化燃料等の低カロリーガス燃料の一部に燃焼用
空気の一部を酸化剤として予混合させ、この予混合燃料
と予混合されない主燃料とを燃焼室に個別に供給し、燃
焼室内で燃焼用空気と混合せしめて燃焼させる方法であ
る。
さらに、本発明に係るガスタービン燃焼器は、燃焼室を
内部に画成した燃焼器ライナに旋回噴射装置を設け、こ
の旋回噴射装置の燃料スワラに石炭ガス化燃料等の低カ
ロリーガス燃料を供給する燃料供給配管を接続するとと
もに、前記旋回噴射装置の空気スワラに燃焼用空気を供
給する燃焼用空気供給配管を接続し、前記低カロリーガ
ス燃料に燃焼用空気の一部を酸化剤として予混合させる
予混合装置を設けたものである。
内部に画成した燃焼器ライナに旋回噴射装置を設け、こ
の旋回噴射装置の燃料スワラに石炭ガス化燃料等の低カ
ロリーガス燃料を供給する燃料供給配管を接続するとと
もに、前記旋回噴射装置の空気スワラに燃焼用空気を供
給する燃焼用空気供給配管を接続し、前記低カロリーガ
ス燃料に燃焼用空気の一部を酸化剤として予混合させる
予混合装置を設けたものである。
(作用)
このガスタービン燃焼器は、石炭ガス化燃料等の低カロ
リーガス燃料に燃焼用空気の一部を酸化剤として予混合
させ、この予混合燃料を燃焼室内に供給し、この燃焼室
内で燃焼用空気と混合させて燃焼させる。燃焼室に供給
される燃料は、低カロリーガス燃料に燃焼用空気の一部
を予め混合させた予混合燃料のみであっても、この予混
合燃料と予混合されない主燃料とを個別に供給するよう
にしてもよい。
リーガス燃料に燃焼用空気の一部を酸化剤として予混合
させ、この予混合燃料を燃焼室内に供給し、この燃焼室
内で燃焼用空気と混合させて燃焼させる。燃焼室に供給
される燃料は、低カロリーガス燃料に燃焼用空気の一部
を予め混合させた予混合燃料のみであっても、この予混
合燃料と予混合されない主燃料とを個別に供給するよう
にしてもよい。
低カロリーガス燃料に燃焼用空気の一部を予め混合させ
ることにより、燃え難い低カロリーガス燃料の燃焼性が
向上し、安定した火炎を形成させることかできる。また
、燃焼速度の「いCOが燃焼室内において充分に酸化さ
れるために、燃焼ガス中のCO′EJ度を低減させるこ
とができる。
ることにより、燃え難い低カロリーガス燃料の燃焼性が
向上し、安定した火炎を形成させることかできる。また
、燃焼速度の「いCOが燃焼室内において充分に酸化さ
れるために、燃焼ガス中のCO′EJ度を低減させるこ
とができる。
(実施例)・
以下、本発明の一実施例について添付図面を参照して説
明する。
明する。
第1図はガスタービン発電プラントに用いられるガスタ
ービン燃焼器10を示す。このガスタービン燃焼器10
は図示しないガスタービンの入口側に設置され、このガ
スタービンにガスタービン燃焼器10にて燃焼された燃
焼ガスを案内し、ガスタービンを駆動させるようになっ
ている。
ービン燃焼器10を示す。このガスタービン燃焼器10
は図示しないガスタービンの入口側に設置され、このガ
スタービンにガスタービン燃焼器10にて燃焼された燃
焼ガスを案内し、ガスタービンを駆動させるようになっ
ている。
ガスタービン燃焼器10は燃焼器本体ケーシングとして
の燃焼器ライナ11を有し、この燃焼器ライナ11内に
燃焼室12を画成している。燃焼器ライナ11の一側に
は旋回噴射装置13が設けられる。旋回噴射装置13は
燃料用スワラ14と空気用スワラ15とを備えている。
の燃焼器ライナ11を有し、この燃焼器ライナ11内に
燃焼室12を画成している。燃焼器ライナ11の一側に
は旋回噴射装置13が設けられる。旋回噴射装置13は
燃料用スワラ14と空気用スワラ15とを備えている。
燃料用スワラ14は燃料供給配管16を介して低カロリ
ーガス燃料としての石炭ガス化燃料源に接続される。燃
料供給配管16には供給ポンプ(図示せず)や石炭ガス
化燃料の供給を制御する流量制御弁17が設けられる一
方、この流量制御弁17の下流側に石炭ガス化燃料に燃
焼用空気の一部を酸化剤として予混合させる予混合装置
18が設けられる。
ーガス燃料としての石炭ガス化燃料源に接続される。燃
料供給配管16には供給ポンプ(図示せず)や石炭ガス
化燃料の供給を制御する流量制御弁17が設けられる一
方、この流量制御弁17の下流側に石炭ガス化燃料に燃
焼用空気の一部を酸化剤として予混合させる予混合装置
18が設けられる。
一方、空気用スワラ15は空気供給配管20を介して図
示しないエアーコンプレッサに接続され、このコンプレ
ッサにて圧縮された燃焼用空気が空気用スワラ15に案
内されるようになっている。
示しないエアーコンプレッサに接続され、このコンプレ
ッサにて圧縮された燃焼用空気が空気用スワラ15に案
内されるようになっている。
空気供給配管20は途中から予混合配管21が分岐され
る。この予混合配管21は途中に設けられた流は制御弁
22を介して燃料供給配管16に、燃料流量制御弁17
の下流側で接続される。流量制御弁22は燃料流量制御
弁17と連動せしめられ、両流昂制御弁22.17の弁
開度調整により、石炭ガス化燃料に混合せしめられる燃
焼用空気の予混合量が調節される。
る。この予混合配管21は途中に設けられた流は制御弁
22を介して燃料供給配管16に、燃料流量制御弁17
の下流側で接続される。流量制御弁22は燃料流量制御
弁17と連動せしめられ、両流昂制御弁22.17の弁
開度調整により、石炭ガス化燃料に混合せしめられる燃
焼用空気の予混合量が調節される。
次に、ガスタービン燃焼器の作用を説明する。
燃料供給配管16の供給ポンプの作動により、低カロリ
ーガス燃料としての石炭ガス化燃料はポンプアップされ
、燃料流量制御弁17を経て旋回噴射装置13の燃料用
スワラ15に案内されるが、その途中で予混合装置18
により石炭ガス化燃料に燃焼用空気の一部が酸化剤とし
て予混合せしめられ、この予混合燃料が燃料用スワラ1
4に供給される。燃焼用空気はエアーコンプレッサ(図
示せず)にて圧縮され、例えば400℃程度の潤度にな
っている。
ーガス燃料としての石炭ガス化燃料はポンプアップされ
、燃料流量制御弁17を経て旋回噴射装置13の燃料用
スワラ15に案内されるが、その途中で予混合装置18
により石炭ガス化燃料に燃焼用空気の一部が酸化剤とし
て予混合せしめられ、この予混合燃料が燃料用スワラ1
4に供給される。燃焼用空気はエアーコンプレッサ(図
示せず)にて圧縮され、例えば400℃程度の潤度にな
っている。
残りの燃焼用空気は空気供給配管20を通って送られ、
燃焼用−次空気と燃焼用二次空気とに分流される。この
うち、燃焼用−次空気は空気用スワラ15に案内され、
この空気用スワラ15を通して燃焼室12内に噴き出さ
れる。一方、予混合燃料は燃料用スワラ14を介して燃
焼室12内に噴射され、この燃焼室12内で予混合燃料
と燃焼用−次空気とは旋回流により効率的に混合されて
燃焼に供され、燃焼ガスを発生させる。
燃焼用−次空気と燃焼用二次空気とに分流される。この
うち、燃焼用−次空気は空気用スワラ15に案内され、
この空気用スワラ15を通して燃焼室12内に噴き出さ
れる。一方、予混合燃料は燃料用スワラ14を介して燃
焼室12内に噴射され、この燃焼室12内で予混合燃料
と燃焼用−次空気とは旋回流により効率的に混合されて
燃焼に供され、燃焼ガスを発生させる。
この燃焼ガスには燃焼用二次空気が供給されて二段燃焼
され、未然予混合燃料の完全燃焼化を図り、後述するよ
うにNOxの発生の低減を図っている。燃焼用二次空気
は燃焼器ライナ11を例えば二重筒構造に形成し、この
環状空間に燃焼用二次空気を案内し、燃焼器ライナ11
の内筒に穿設された空気孔から燃焼室12内に吹き込む
ようにしてもよい。
され、未然予混合燃料の完全燃焼化を図り、後述するよ
うにNOxの発生の低減を図っている。燃焼用二次空気
は燃焼器ライナ11を例えば二重筒構造に形成し、この
環状空間に燃焼用二次空気を案内し、燃焼器ライナ11
の内筒に穿設された空気孔から燃焼室12内に吹き込む
ようにしてもよい。
このようにして、予混合燃料は燃焼用−次空気および二
次空気により2段燃焼されて燃焼ガスを発生させ、この
燃焼ガスを燃焼器尾筒からガスタービンに案内してガス
タービンを駆動させるようになっている。
次空気により2段燃焼されて燃焼ガスを発生させ、この
燃焼ガスを燃焼器尾筒からガスタービンに案内してガス
タービンを駆動させるようになっている。
このガスタービン燃焼器10においては、第2図に部分
予混合燃焼の燃焼特性を示すように、低カロリーガス燃
料としての石炭ガス化燃料に予め混合される燃焼用空気
の混合割合(部分予混合率)を例えば40%(体積パー
セント)以下で部分予混合燃焼させれば、NOxの増加
も10%程度以下に抑えて、吹消え発熱量を低下させる
ことができる。この吹消え発熱量を低下させることによ
り、燃焼室12内での吹消えを有効的に防止でき、安定
的に燃焼させることができる。
予混合燃焼の燃焼特性を示すように、低カロリーガス燃
料としての石炭ガス化燃料に予め混合される燃焼用空気
の混合割合(部分予混合率)を例えば40%(体積パー
セント)以下で部分予混合燃焼させれば、NOxの増加
も10%程度以下に抑えて、吹消え発熱量を低下させる
ことができる。この吹消え発熱量を低下させることによ
り、燃焼室12内での吹消えを有効的に防止でき、安定
的に燃焼させることができる。
したがって、このガスタービン燃焼器は、燃え難い低カ
ロリーガス燃料の燃焼性が向上し、安定した火炎を形成
することができる一方、燃焼速度が遅い主要可燃成分で
あるCOが燃焼室内で充分に酸化されるために、燃焼ガ
ス中のCO淵度の低減を図ることができる。また、低カ
ロリーガス燃料に燃焼用空気を予め混合させることによ
り、燃焼用−次空気過剰率を1以下に設定でき、安定し
たツユエルリッチ燃焼を実現でき、NOxの発生を低く
抑えることができる。
ロリーガス燃料の燃焼性が向上し、安定した火炎を形成
することができる一方、燃焼速度が遅い主要可燃成分で
あるCOが燃焼室内で充分に酸化されるために、燃焼ガ
ス中のCO淵度の低減を図ることができる。また、低カ
ロリーガス燃料に燃焼用空気を予め混合させることによ
り、燃焼用−次空気過剰率を1以下に設定でき、安定し
たツユエルリッチ燃焼を実現でき、NOxの発生を低く
抑えることができる。
第3図はガスタービン燃焼器の他の実施例を示すもので
ある。このガスタービン燃焼器10Aは燃焼器ライナに
設けられる旋回噴射装置13Aを改良したものである。
ある。このガスタービン燃焼器10Aは燃焼器ライナに
設けられる旋回噴射装置13Aを改良したものである。
この旋回噴射装置13Aは第3図(A)に示すように空
気用スワラ15のスワラ孔Aと燃料用スワラ14のスワ
ラ孔Fとを各隔壁(仕切板)25を介して交互に配設す
る。そして、空気スワラ孔Aと例えば時計方向に隣接す
る燃料スワラ孔Fとを連通ずる連通孔26を穿設する。
気用スワラ15のスワラ孔Aと燃料用スワラ14のスワ
ラ孔Fとを各隔壁(仕切板)25を介して交互に配設す
る。そして、空気スワラ孔Aと例えば時計方向に隣接す
る燃料スワラ孔Fとを連通ずる連通孔26を穿設する。
隔壁25に穿設される連通孔26は低カロリーガス燃料
としての石炭ガス化燃料にエジェクタ効果を利用して燃
焼用空気の一部を予混合させており、予混合装置27と
して機能する。
としての石炭ガス化燃料にエジェクタ効果を利用して燃
焼用空気の一部を予混合させており、予混合装置27と
して機能する。
しかして、この旋回噴射装置13Aは燃料用スワラ14
の燃料スワラ孔Fに案内される石炭ガス化燃料に、空気
スワラ孔Aを通る燃焼用空気の一部が連通孔26からエ
ジェクトされ、混合せしめられ、燃料スワラ孔F内で予
混合燃料が形成される。この場合にも、予混合燃料を燃
料用スワラ14から燃焼器ライナ内の燃焼室に吹き込む
とともに、空気用スワラ15から燃焼用−次空気を吹き
込んで撹拌・混合させ、燃焼させることにより、一実施
例で示したガスタービン燃焼器と同等の効果を秦するこ
とができる。
の燃料スワラ孔Fに案内される石炭ガス化燃料に、空気
スワラ孔Aを通る燃焼用空気の一部が連通孔26からエ
ジェクトされ、混合せしめられ、燃料スワラ孔F内で予
混合燃料が形成される。この場合にも、予混合燃料を燃
料用スワラ14から燃焼器ライナ内の燃焼室に吹き込む
とともに、空気用スワラ15から燃焼用−次空気を吹き
込んで撹拌・混合させ、燃焼させることにより、一実施
例で示したガスタービン燃焼器と同等の効果を秦するこ
とができる。
第4図は、ガスタービン燃焼器のさらに他の実施例を示
づ゛ものである。
づ゛ものである。
この実施例に示されたガスタービン燃焼器10Bは、第
3図に示すガスタービン燃焼器10Aの旋回噴射装置1
3Bの変形に係るものである。
3図に示すガスタービン燃焼器10Aの旋回噴射装置1
3Bの変形に係るものである。
この旋回1lJ1射装置13Bは、燃料用スワラ14の
スワラ孔Fを全て空気用スワラ15のスワラ孔Aに連通
孔26を介して連通させたものではなく、燃料スワラ孔
Fを例えば1つ置きに、連通孔26を介して空気スワラ
孔Aに連通させるものである。
スワラ孔Fを全て空気用スワラ15のスワラ孔Aに連通
孔26を介して連通させたものではなく、燃料スワラ孔
Fを例えば1つ置きに、連通孔26を介して空気スワラ
孔Aに連通させるものである。
この場合、燃料スワラ孔Fを通る石炭ガス化燃料には、
予め燃焼用空気の一部と予混合される予混合燃料と、予
混合されない燃料とが交互に存在する配置JI4造とな
る。
予め燃焼用空気の一部と予混合される予混合燃料と、予
混合されない燃料とが交互に存在する配置JI4造とな
る。
第4図(A)〜(C)に示されるガスタービン燃焼器1
0Bも第1図に示ずガスタービン燃焼器と同等の効果を
奏することができる。
0Bも第1図に示ずガスタービン燃焼器と同等の効果を
奏することができる。
次に、本発明に係るガスタービン燃焼器を模擬した実験
装置により得られた基礎燃焼特性についで説明する。
装置により得られた基礎燃焼特性についで説明する。
第5図は、ガスタービン燃焼器を模擬した実験装置30
を示すものであり、この実験装置30は燃焼用空気を燃
焼器31に供給されるようになっており、この燃焼用空
気はニアコンプレッサ32により空気供給管33を介し
て供給し、途中の空気予熱器34で所定の温度、例えば
約400℃に加熱した後、燃焼器31の手前で燃焼用−
次空気と二次空気とに分ける。
を示すものであり、この実験装置30は燃焼用空気を燃
焼器31に供給されるようになっており、この燃焼用空
気はニアコンプレッサ32により空気供給管33を介し
て供給し、途中の空気予熱器34で所定の温度、例えば
約400℃に加熱した後、燃焼器31の手前で燃焼用−
次空気と二次空気とに分ける。
一次空気は旋回噴射装置35を通して燃焼器31内の燃
焼室36に供給され、二次空気は二段燃焼用として燃焼
器31周りから燃焼室36内に供給される。
焼室36に供給され、二次空気は二段燃焼用として燃焼
器31周りから燃焼室36内に供給される。
一方、低カロリーガス燃料としての石炭ガス化燃料を模
擬した燃料は、予め所定の組成でボンベ37に充填され
ている可燃性ガスを使用し、この可燃性ガスをN ガス
ボンベ38からN2ガスで希釈し、発熱ffi調整を行
なう。その後、燃利子熱器39で所定の温度に加熱し、
噴射弁ノズル40から燃焼器31内に供給する。
擬した燃料は、予め所定の組成でボンベ37に充填され
ている可燃性ガスを使用し、この可燃性ガスをN ガス
ボンベ38からN2ガスで希釈し、発熱ffi調整を行
なう。その後、燃利子熱器39で所定の温度に加熱し、
噴射弁ノズル40から燃焼器31内に供給する。
第6図は、この実験装置30に使用した燃料ガス成分の
一例を示す。アンモニアガスは液体アンモニアボンベ4
1から供給し、燃焼器31の直前にて燃料ガスと予混合
させる。
一例を示す。アンモニアガスは液体アンモニアボンベ4
1から供給し、燃焼器31の直前にて燃料ガスと予混合
させる。
さらに、部分予混合燃焼法について検討を行なうため、
燃料ガス中に酸化剤として純酸素を供給する系統42が
付設され、酸素はボンベ43からアンモニアと同様にし
て供給され、燃焼器31の直前にて燃料ガスと予混合せ
しめられる。
燃料ガス中に酸化剤として純酸素を供給する系統42が
付設され、酸素はボンベ43からアンモニアと同様にし
て供給され、燃焼器31の直前にて燃料ガスと予混合せ
しめられる。
実験装置30に用いた燃焼器31は、例えば内径90#
φ、長さ1TrLの大きざの燃焼室36を画成しており
、燃焼室36の内側は耐火材で覆われ、外側は水冷され
る。燃焼器31のバーナ部の断面図を第7図に示す。
φ、長さ1TrLの大きざの燃焼室36を画成しており
、燃焼室36の内側は耐火材で覆われ、外側は水冷され
る。燃焼器31のバーナ部の断面図を第7図に示す。
バーナ部には旋回噴射装置35を備え、この旋回噴射装
置35は燃料噴射弁ノズル40の噴射角度および一次空
気旋回器44の旋回角度は任意設定できるが、本実験装
置30では、ノズル口径3Mφ、ノズル孔数12個、噴
射角度θ、=60゜−次空気旋回角30° (スワール
数0.49>のものを使用した。
置35は燃料噴射弁ノズル40の噴射角度および一次空
気旋回器44の旋回角度は任意設定できるが、本実験装
置30では、ノズル口径3Mφ、ノズル孔数12個、噴
射角度θ、=60゜−次空気旋回角30° (スワール
数0.49>のものを使用した。
燃料ガスに予混合されるアンモニア(NH3)と予混合
酸素の流量は、サーマルマスフローメータ45.46で
調整し、CoII度は、例えば赤外線吸収式COm度計
により、NOxm度は化学発光式NoxP1度計により
測定した。
酸素の流量は、サーマルマスフローメータ45.46で
調整し、CoII度は、例えば赤外線吸収式COm度計
により、NOxm度は化学発光式NoxP1度計により
測定した。
燃料ガス中に含まれるアンモニアからNOへの転換率(
C,R,)は、 C,R。
C,R,)は、 C,R。
×100 (%)
で求められる。ここに、イO濃度は、燃料ガス中のアン
モニアが全てNOxに転換したときの燃焼ガス中のNO
x濃度とする。
モニアが全てNOxに転換したときの燃焼ガス中のNO
x濃度とする。
第8図は、この実験装置30より得られた燃料ガスの燃
焼限界を示す図である。この図は、個々の可燃ガス成分
(Go、H2)の空気中での燃料限界値をもとに、Le
Chatelierの法則を用いて締出したものであ
る。
焼限界を示す図である。この図は、個々の可燃ガス成分
(Go、H2)の空気中での燃料限界値をもとに、Le
Chatelierの法則を用いて締出したものであ
る。
第8図より、高空気過剰率(燃料希釈)側では燃料組成
の違いが明確に現れており、水素含有率の大きい燃料は
ど可燃範囲が広くなっている。
の違いが明確に現れており、水素含有率の大きい燃料は
ど可燃範囲が広くなっている。
第9図は水素含有率が大きな、例えば燃料中のcoと1
4 との体積比CO/H2が2.33の燃料の吹き消え
限界発熱量を示す。予混合率を増すにつれて吹き消え限
界発熱量は低下し、例えば空気過剰率5、予混合率20
%時には、約550Kcal/ff1Nまで可燃範囲が
広がっている。これは、燃焼形態が拡散燃焼から部分予
混合燃焼へ移行するのに従って、火炎がより安定化する
ためと考えられる。
4 との体積比CO/H2が2.33の燃料の吹き消え
限界発熱量を示す。予混合率を増すにつれて吹き消え限
界発熱量は低下し、例えば空気過剰率5、予混合率20
%時には、約550Kcal/ff1Nまで可燃範囲が
広がっている。これは、燃焼形態が拡散燃焼から部分予
混合燃焼へ移行するのに従って、火炎がより安定化する
ためと考えられる。
第10図は燃料組成(Go/)−12)を、2.33:
1.0:0.43の3通りに変化させた時の吹き消え限
界発熱量を示す。図より、CO/H2が小さくなるほど
可燃範囲が広がることがわかる。
1.0:0.43の3通りに変化させた時の吹き消え限
界発熱量を示す。図より、CO/H2が小さくなるほど
可燃範囲が広がることがわかる。
これは、水素層流燃焼速度の最大値は、−酸化炭素に較
べて約7倍大きいために、燃料中の水素含有率が高いほ
ど燃焼安定性に優れるものと考えられる。
べて約7倍大きいために、燃料中の水素含有率が高いほ
ど燃焼安定性に優れるものと考えられる。
次に、部分予混合燃焼の影響について着目覆ると、高空
気過剰率域において影響が顕著に現われており、特にC
o/H,の高いものほど吹き消え発熱量が大きく低下し
ている。すなわち、燃焼速度の小さな一酸化炭素を水素
に対してより多く含む燃料はど、部分予混合燃焼による
燃焼限界の拡大効果が明確に現われているといえる。
気過剰率域において影響が顕著に現われており、特にC
o/H,の高いものほど吹き消え発熱量が大きく低下し
ている。すなわち、燃焼速度の小さな一酸化炭素を水素
に対してより多く含む燃料はど、部分予混合燃焼による
燃焼限界の拡大効果が明確に現われているといえる。
また、部分予混合燃焼時のNOx排出特性を第11図〜
第13図に示す。第11図は、横軸にアンモニア濃度を
、第12図および第13図は横軸に空気過剰率をとり、
整理した結果である。いずれの場合も、20%の部分予
混合燃焼時はNOx転換率は若干増加する。これは、燃
料中に予め酸化剤(酸素)を混合させることにより、ツ
ユエルNOxの生成反応が促進されたためと考えられる
。
第13図に示す。第11図は、横軸にアンモニア濃度を
、第12図および第13図は横軸に空気過剰率をとり、
整理した結果である。いずれの場合も、20%の部分予
混合燃焼時はNOx転換率は若干増加する。これは、燃
料中に予め酸化剤(酸素)を混合させることにより、ツ
ユエルNOxの生成反応が促進されたためと考えられる
。
しかしながら、アンモニア濃度、空気過剰率、燃料組成
(COZH2)をそれぞれ変化させた場合でもNOx転
換率の増加幅はいずれも小さく、NOxに及ぼす部分予
混合燃焼の影響はきわめて少ないと考えられる。
(COZH2)をそれぞれ変化させた場合でもNOx転
換率の増加幅はいずれも小さく、NOxに及ぼす部分予
混合燃焼の影響はきわめて少ないと考えられる。
次に、二段燃焼時に部分予混合燃焼を行った時のNOx
排出特性を第14図に示す。これは、全空気過剰率を1
300℃級石炭ガス化用ガスタービン燃焼器の定格負荷
時相当する2、25に設定し、−次空気過剰率を0.4
から2,25の範囲内で変化させた時の結果である。第
14図より、−次空気過剰率が1以上の範囲では部分子
混合燃燻により若干NOx転換率が増加するものの、次
空気過剰率が1以下の範囲で殆ど変化しないことがわか
る。したがって、部分予混合燃焼法は二段燃焼と組み合
せることにより、NOxの低減に対して効果的であると
考えられる。
排出特性を第14図に示す。これは、全空気過剰率を1
300℃級石炭ガス化用ガスタービン燃焼器の定格負荷
時相当する2、25に設定し、−次空気過剰率を0.4
から2,25の範囲内で変化させた時の結果である。第
14図より、−次空気過剰率が1以上の範囲では部分子
混合燃燻により若干NOx転換率が増加するものの、次
空気過剰率が1以下の範囲で殆ど変化しないことがわか
る。したがって、部分予混合燃焼法は二段燃焼と組み合
せることにより、NOxの低減に対して効果的であると
考えられる。
第15図は部分予混合燃焼時のCO排出特性を示す。空
気過剰率が高くなるに従い00m度は急激に増加するが
、部分予混合燃焼時には通常の拡散燃焼時に比較して全
体的にC011!度は低くなっている。
気過剰率が高くなるに従い00m度は急激に増加するが
、部分予混合燃焼時には通常の拡散燃焼時に比較して全
体的にC011!度は低くなっている。
次に、二段燃焼時に部分予混合燃焼を行なった時のCO
排出特性を第16図に示す。この図から、第14図に示
すNOx特性と同様に、全空気過剰率を一定(λ=2.
25)に保ち一次空気過剰率を変化させた時の結果であ
る。第16図より、通常の拡散燃焼時には一次空気過剰
率が約1.4においてCOW度は最小となるものの、そ
の前後で増加し、−次空気過剰率1以下範囲では約20
0ppmを示している。一方、部分予混合燃焼時には、
CO濃度はほぼ一定で最大でも約50ppmである。こ
れより、部分予混合燃焼方法は、二段燃焼時に排出され
るCOW度を低減するのに有効であると考えられる。
排出特性を第16図に示す。この図から、第14図に示
すNOx特性と同様に、全空気過剰率を一定(λ=2.
25)に保ち一次空気過剰率を変化させた時の結果であ
る。第16図より、通常の拡散燃焼時には一次空気過剰
率が約1.4においてCOW度は最小となるものの、そ
の前後で増加し、−次空気過剰率1以下範囲では約20
0ppmを示している。一方、部分予混合燃焼時には、
CO濃度はほぼ一定で最大でも約50ppmである。こ
れより、部分予混合燃焼方法は、二段燃焼時に排出され
るCOW度を低減するのに有効であると考えられる。
燃料中には酸化剤の一部を混合させる部分予混合燃焼法
は、この燃焼装置30により石炭ガス化燃料のような低
カロリーガスの燃焼安定性向上に有効であることを明ら
かにした。
は、この燃焼装置30により石炭ガス化燃料のような低
カロリーガスの燃焼安定性向上に有効であることを明ら
かにした。
(1)吹き消え限界発熱量は、空気過剰率の比較的大き
な領域において部分予混合燃焼の影響が現われ、部分子
混合率20%、空気過剰率5の時、約550Kcal/
mNまで燃焼可能であった。この傾向は、燃料中のGo
/)−12(−酸化炭素・水素体積比)が高いほど顕著
に現われれた。したがって、CO/H2の高い噴流床石
炭ガス化用ガスタービン燃焼器では、特に低負荷時にお
いて、部分予混合燃焼法は燃焼安定性を向上させる上で
有効である。
な領域において部分予混合燃焼の影響が現われ、部分子
混合率20%、空気過剰率5の時、約550Kcal/
mNまで燃焼可能であった。この傾向は、燃料中のGo
/)−12(−酸化炭素・水素体積比)が高いほど顕著
に現われれた。したがって、CO/H2の高い噴流床石
炭ガス化用ガスタービン燃焼器では、特に低負荷時にお
いて、部分予混合燃焼法は燃焼安定性を向上させる上で
有効である。
(2)部分子混合燃炊法によって、ツユエルNOxの排
出借は若干増加するが、二段燃焼法と組み合せれば、そ
の影響は極めて小さ(ことがわかった。
出借は若干増加するが、二段燃焼法と組み合せれば、そ
の影響は極めて小さ(ことがわかった。
(3)部分予混合燃焼法は、二段燃焼時のc。
排出濃度の増加を抑a−1するのに有効であった。
すなわち予混合率20%時のcop度は、−次空気過剰
率λpの値によらず一定で約soppm以下であった。
率λpの値によらず一定で約soppm以下であった。
以上の検討から、部分予混合燃焼法は、二段燃焼法と組
み合せることによって、ガスタービン燃焼器の一層の低
NO,X化、高効率化が可能であることがわかった。
み合せることによって、ガスタービン燃焼器の一層の低
NO,X化、高効率化が可能であることがわかった。
以上に述べたように本発明においては、低カロリーガス
燃料の少な(とも一部に燃焼用空気の一部を酸化剤とし
て予混合させ、この予混合燃料を燃焼室内で燃焼用空気
と混合せしめて燃焼させたから、燃え難い低力Oリーガ
ス燃料の燃焼性が向上し、安定した火炎を形成し、失火
等を効果的に防止できる。
燃料の少な(とも一部に燃焼用空気の一部を酸化剤とし
て予混合させ、この予混合燃料を燃焼室内で燃焼用空気
と混合せしめて燃焼させたから、燃え難い低力Oリーガ
ス燃料の燃焼性が向上し、安定した火炎を形成し、失火
等を効果的に防止できる。
しかも、低カロリーガス燃料に含まれる燃焼速度が遅い
COは、低力aリーガス燃料を燃焼用空気の一部と予混
合させて燃焼室内に供給することにより、燃焼室内にお
いて充分に酸、化されるために、燃焼ガス中に含まれる
CaO度が低下する。
COは、低力aリーガス燃料を燃焼用空気の一部と予混
合させて燃焼室内に供給することにより、燃焼室内にお
いて充分に酸、化されるために、燃焼ガス中に含まれる
CaO度が低下する。
さらに、予混合燃料を燃焼室内に供給することにより、
予混合燃料と混合せしめられる一次空気過剰率を1以下
に設定することが可能となり、安定したツユエルリッチ
燃焼が実現され、NOxの発生を低く抑えることができ
る。
予混合燃料と混合せしめられる一次空気過剰率を1以下
に設定することが可能となり、安定したツユエルリッチ
燃焼が実現され、NOxの発生を低く抑えることができ
る。
第1図は本発明に係るガスタービン燃焼器の一実施例を
示づ原理図、第2図は低カロリーガス燃料の部分量混合
率とNo 転換率および吹き消え発熱量との関係を示
す図、第3図(Δ)は本発明に係るガスタービン燃焼器
の他の実施例を示す旋回噴射装置の断面図、第3図(B
)は低カロリーガス燃料の部分予混合を示す第3図(A
)[急閉、第3図(C)は第3図(A)の0部の拡大図
、第4図(A)はガスタービン燃焼器のさらに他の実施
例を示づ一旋回噴射装置の断面図、第4図(B)は低カ
ロリーガス燃料の部分予混合を示す第4図(△)の概念
図、第4図(C)は第4図(A>の0部の拡大図、第5
図は本発明に係るガスタービン燃焼器を模擬した実験装
置を示す系統図、第6図は実験装置に使用される低カロ
リーガス燃料の燃わ1成分を示す図、第7図は上記実験
装置に用いられた旋回噴射装置を示す断面図、第8図は
上記実験装置により(7られた燃料ガスの燃焼限界を示
す図、第9図はCOとH2との堆積比(燃籾組成)が大
きな燃料吹き消え限界発熱■を示す図、第10図は燃料
組成を種々変化させた場合の燃料の吹き消え限界発熱量
を示ず図、第11図〜第13図は部分予混合燃焼時のN
Ox排出特性をそれぞれ示す図、第14図は二段燃焼時
のNOx排出特性を示す図、第15図は部分予混合燃焼
時のCO排出特性を示す図、第16図は二段燃焼時CO
排出特性を示す図である。 10.10A、IOB・・・ガスタービン燃焼器、11
・・・燃焼器ライナ、12・・・燃焼室、13.13A
、13B・・・旋回噴射装置、14・・・燃料用スワラ
、15・・・空気用スワラ、16・・・燃料供給配管、
17・・・燃料流■制御弁、18.27・・・予混合装
置、20・・・空気供給配管、21・・・予混合配管、
22・・・空気流量制御弁、25・・・隔壁、26・・
・連通孔。 出願人代理人 波 多 野 久第1図 [Kcal/r/Nl 第2図 (A) (B) (C) 第 図 (A) (B) (C) 第 図 第 図 第 図 第 図 空気−API早(χ) 第8図 第 図 第 10図
示づ原理図、第2図は低カロリーガス燃料の部分量混合
率とNo 転換率および吹き消え発熱量との関係を示
す図、第3図(Δ)は本発明に係るガスタービン燃焼器
の他の実施例を示す旋回噴射装置の断面図、第3図(B
)は低カロリーガス燃料の部分予混合を示す第3図(A
)[急閉、第3図(C)は第3図(A)の0部の拡大図
、第4図(A)はガスタービン燃焼器のさらに他の実施
例を示づ一旋回噴射装置の断面図、第4図(B)は低カ
ロリーガス燃料の部分予混合を示す第4図(△)の概念
図、第4図(C)は第4図(A>の0部の拡大図、第5
図は本発明に係るガスタービン燃焼器を模擬した実験装
置を示す系統図、第6図は実験装置に使用される低カロ
リーガス燃料の燃わ1成分を示す図、第7図は上記実験
装置に用いられた旋回噴射装置を示す断面図、第8図は
上記実験装置により(7られた燃料ガスの燃焼限界を示
す図、第9図はCOとH2との堆積比(燃籾組成)が大
きな燃料吹き消え限界発熱■を示す図、第10図は燃料
組成を種々変化させた場合の燃料の吹き消え限界発熱量
を示ず図、第11図〜第13図は部分予混合燃焼時のN
Ox排出特性をそれぞれ示す図、第14図は二段燃焼時
のNOx排出特性を示す図、第15図は部分予混合燃焼
時のCO排出特性を示す図、第16図は二段燃焼時CO
排出特性を示す図である。 10.10A、IOB・・・ガスタービン燃焼器、11
・・・燃焼器ライナ、12・・・燃焼室、13.13A
、13B・・・旋回噴射装置、14・・・燃料用スワラ
、15・・・空気用スワラ、16・・・燃料供給配管、
17・・・燃料流■制御弁、18.27・・・予混合装
置、20・・・空気供給配管、21・・・予混合配管、
22・・・空気流量制御弁、25・・・隔壁、26・・
・連通孔。 出願人代理人 波 多 野 久第1図 [Kcal/r/Nl 第2図 (A) (B) (C) 第 図 (A) (B) (C) 第 図 第 図 第 図 第 図 空気−API早(χ) 第8図 第 図 第 10図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、石炭ガス化燃料等の低カロリーガス燃料に燃焼用空
気の一部を酸化剤として予混合させ、この予混合燃料を
燃焼室に供給し、燃焼室内で燃焼用空気と混合せしめて
燃焼させることを特徴とする低カロリーガス燃料の燃焼
方法。 2、石炭ガス化燃料等の低カロリーガス燃料の一部に燃
焼用空気の一部を酸化剤として予混合させ、この予混合
燃料と予混合されない主燃料とを燃焼室に個別に供給し
、燃焼室内で燃焼用空気と混合せしめて燃焼させること
を特徴とする低カロリーガス燃料の燃焼方法。 3、燃焼室を内部に画成した燃焼器ライナに旋回噴射装
置を設け、この旋回噴射装置の燃料用スワラに石炭ガス
化燃料等の低カロリーガス燃料を供給する燃料供給配管
を接続するとともに、前記旋回噴射装置の空気用スワラ
に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給配管を接続し、
前記低カロリーガス燃料に燃焼用空気の一部を酸化剤と
して予混合させる予混合装置を設け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 |
---|---|---|---|
JP63188352A JP2755603B2 (ja) | 1988-07-29 | 1988-07-29 | ガスタービン燃焼器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63188352A JP2755603B2 (ja) | 1988-07-29 | 1988-07-29 | ガスタービン燃焼器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0240417A true JPH0240417A (ja) | 1990-02-09 |
JP2755603B2 JP2755603B2 (ja) | 1998-05-20 |
Family
ID=16222123
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63188352A Expired - Lifetime JP2755603B2 (ja) | 1988-07-29 | 1988-07-29 | ガスタービン燃焼器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2755603B2 (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05264009A (ja) * | 1992-03-17 | 1993-10-12 | Hitachi Ltd | 燃焼装置 |
WO2004003362A1 (ja) * | 2002-06-26 | 2004-01-08 | Jfe Steel Corporation | 電力変動の抑制方法およびその発電設備 |
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