JPH0289916A - ガスタービン燃焼器 - Google Patents

ガスタービン燃焼器

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JPH0289916A
JPH0289916A JP23881988A JP23881988A JPH0289916A JP H0289916 A JPH0289916 A JP H0289916A JP 23881988 A JP23881988 A JP 23881988A JP 23881988 A JP23881988 A JP 23881988A JP H0289916 A JPH0289916 A JP H0289916A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
combustion chamber
reduction
combustion
phi
Prior art date
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Pending
Application number
JP23881988A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshio Abe
俊夫 阿部
Mamoru Fukazawa
深沢 衛
Masahiko Yamada
正彦 山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Central Research Institute of Electric Power Industry
Original Assignee
Toshiba Corp
Central Research Institute of Electric Power Industry
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Central Research Institute of Electric Power Industry filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP23881988A priority Critical patent/JPH0289916A/ja
Publication of JPH0289916A publication Critical patent/JPH0289916A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) この発明は、ガスタービン燃焼器の燃焼過程中に、 F
uel NOx生成量を好ましく低く抑えることに好適
なガスタービン燃焼器の改良に関する。
(従来の技術) 近時、石油、LNG等液体燃料に限りがあることがわか
っている現今、ガスタービン燃焼器では。
低カロリー燃料、例えば石炭のガス化燃料の適用性が世
界的に広く進められており1例えば文献ASMEペーパ
(1983年発行83−GT−14,83−GT−10
8)等にこの種技術の開示が見受けられている。
この文献ASMEベーパによれば、低カロリー燃料を使
用するガスタービン燃焼器でのFuel NOx低減策
は、いわゆるRich −Lean燃焼法が好ましい結
果を得ていると公表されており、その概念は第3図に示
す構成が見られる。
燃焼室1は横長の環胴であり、外筒IAと内筒2を有す
る。この内筒2の入口側は燃料配管21に結ばれた燃料
ノズル22を備えている。内筒2は、燃料ノズル22か
ら次順に一次燃焼域23(以下Rich域と記す)、二
次燃焼域25(以下Lean域と記す)、希釈域27と
を形成しており、 Rich域23とLean域25と
の間に燃焼用の空気を加える空気口24を備えている、
また、Lean域25と希釈域27どの間にも燃焼ガス
に空気を加えて適温に下げ図示しないガスタービンに送
り出す他の空気口26を備えている。
こうした構成において、燃料配管21から送り出されて
くる燃料は燃料ノズル22を経てRich域23に噴口
され、この間、図示しないスワラ−によって与えられる
旋回空気と混合し、その領域を燃料過濃液状態にしてい
る。燃料過濃液状態のRich域23は燃料の一部が燃
焼し、燃焼ガスが生成される間に燃料中のアンモニアを
熱分解する。未燃燃料は、燃焼ガスと一緒になってLe
an域25に進む間に空気口24からの空気が加えられ
、こうして燃料が完全燃焼する。完全燃焼後の燃焼ガス
は、他の空気口26からの空気が加えられ、希釈域27
でその温度が下げられ、図示しないガスタービンに送り
出される。
このようなRich −Lean燃焼法では、燃料過濃
液状態から燃料希薄状態に進むとき燃料中のアンモニア
が熱分解するので比較的Fuel NOXの生成割合が
従来にくらべて少なくなり、好ましい結果があられれて
いる。
(発明が解決しようとする課り ところが、上述構成のものでは、燃焼室を燃料過濃液状
態に保持しておくことに限界がある3すなわち、燃料と
空気との混合比をパラメータとした場合、燃料を完全燃
焼させるための理論空気量に対する実際の空気量の比を
当量比Φとあられせば、Rich域の当量比Φを、 Φ ≧ 1.0 に設定すると、 Rich域で燃焼ガスを一部含む燃料
過濃液状態に好ましく保持されるものの。
Φ ≧ 1.4 に設定すると、 Rich域では燃焼用空気不足も手伝
って一部に燃焼ガスが生成されず、 Lean域で爆発
的に燃焼ガスが生成され、完全燃焼状態になる。
これでは、燃料過濃液状態において、燃焼ガスが燃料中
のアンモニアを熱分解するという本来の機能が損なわれ
、思ったようにFuel NOX低減ができない不具合
がある。
かような問題点を解決する一方法として、すでに提唱さ
れている技術では、Rich域の入口側に連続−内的に
連接する副燃焼室を備え、この副燃焼室に二つの系統か
ら燃料を送るものがある。
しかしながら、かような構成でも、Rich域の燃料過
濃液状態をあられすバロメータとしての当量比(当量比
は、実際の燃空比/理論燃空比と定義される)を適正値
にしておかないと、十分なFuelNOx低減に寄与し
ないか、あるいは寄与したとしてもCOの生成が過多量
になることが知見された。
この発明は、 Rj、ch域に新たに副燃焼室を加える
とともに、Fuel NOxが思ったように低減できな
いかあるいは低減できてもCOの生成が過多量になると
いう問題点に鑑み、Rich域での当量比を適正値に保
持するガスタービン燃焼器を提供することを目的とする
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) この発明では、上記目的を達成するために、燃焼室に一
次燃焼域と二次燃焼域とを形成し、一次燃焼域では燃料
過濃液状態にし、二次燃焼域では燃料を完全燃焼させる
ガスタービン燃焼器において、一次燃焼域の入口に副燃
焼室を連続一体に連接するとともに、一次燃焼域での燃
料過濃液状態をあらbすバロメータとしての当量比をΦ
とすると、 1.4 ≦ Φ ≦ 2.0 の関係を満すように一次燃焼域を燃料過濃液状態にした
ものである。
(作 用) この構成で、Rich域(一次燃焼域)の当量比Φを上
記の数値に限定したのは2以下の理由に基づく。
ガスタービン燃焼器に副燃焼室がなくとも、当量比Φ≦
1.4の関係で、Rich −Lean燃焼法でのFu
el NOX低減はある程度達成できる。
しかしながら、法規制をいとも簡単にクリアーするとな
ると、副燃焼室をガスタービン燃焼器に新たに加えてお
かないと、Rich域での未燃料中のアンモニアの熱分
解が役立たない。つまり、副燃焼室を設けたのは、副燃
焼室での燃焼ガスの熱を有効に活用して未燃燃料中のア
ンモニアの熱分解に大きく寄与せんとする。こうすると
、Fuel NO1低減は図ることができる。
副燃焼室を新たに加えると、 Rich域での当量比Φ
は高く採ることができ、 Fuel NOx低減は従来
よりも倍加するけれども、むやみに当量比Φを高くする
と、燃料小流量時から燃料大流量時に移行するときに、
COの生成が過多量になる。これでは、Fuel NO
xの生成を満足するように低減できても。
その反射的効果としてのCOが過多量であっては公害発
生防止策としては好ましくない。
このため、この発明ではFuel NOXの低減と相ま
ってCOの低減を同時に満すために、Rich域での当
量比Φを、184≦Φ≦2.0としたものである。
(実施例) この発明の実施例について図面、グラフを用いて今少し
詳しく説明する。
第1図は、この発明にかかるガスタービン燃焼器の概略
図で、横長環胴の燃焼室IAを備える。
燃焼室1Aは、その入口から次順に主燃料ノズル6、R
ich域7.Lean域9、希釈域11を形成するとと
もに、Rich域7とLean域9との間は空気口8を
、またLean域9と希釈域11との間に別の空気口1
0を穿設し、Rich −Lean燃焼法が好ましく達
成できるように形成されている。
Rich域7の入口には、副燃焼室5が連続一体内に連
接され、この副燃焼室5にも副燃料ノズル4を備える。
副燃料ノズル5は第1燃料配管2に結ばれ、この第1燃
料配管2から分岐する第2燃料配管3は上記主燃料ノズ
ル6に結ばれる。
こうした構成の実施例では、第2A図にもあられれてい
るように、副燃焼室の有無によって特性が異なってくる
。従来のRich −Lean燃焼法だと、特性X□は
負荷F/Aの増加につれて、Rich域の当量比Φも増
加し、定格負荷に近づくにつれ当量比ΦはΦ〉1.0の
関係になる。 この場合のRich域での負荷変動幅に
おける燃料過^度状態の範囲Y1が少ない。この範囲Y
□の意味するところは。
見掛上、Rich域が燃料過濃度状態であっても、実際
上は未燃料が燃焼ガスに大部分換わっていることをあら
れしている。つまり、未燃燃料のうち燃焼ガスに食われ
ている比率を範囲Y、として便宜的にあられしたもので
ある。 かように範囲Y1が小さいと、第2B図にも示
されているように、FuelNOxの低下特性Ziも顕
著にあられれてこない、ここで、第2B図中、縦軸に示
すNOx転換率とは燃料中のアンモニアがNOxになる
割合を示すものである。つまり、Rich域の当量比Φ
が大きくなるほどNOx転換率は小さくなることを意味
する。 したがって、従来技術では当量比Φを1とし、
この値を基準にNOxの低下割合を算定していた。しか
し、Rich域の当量比Φを1.4以上にすると、もは
やFuel N匹低減も不可能であり、このため第2A
図に示す範囲Y□は狭く、またNOx転換率も第2B図
に示す特性Z、となり、不十分であった。
しかしながら、ガスタービン燃焼器に新たに副燃焼室を
加えると、Rich域の当量比Φを1.4以上に採るこ
とができ、 その特性x2は第2A図のようになり、 
 Rich域での燃料過濃度状態の範囲Y2が広くなり
、未燃燃料が燃焼ガスに食われていない分としての範囲
Y2となる。
このようにガスタービン燃焼器に副燃焼室を加えて、当
量比ΦがΦ〉1.0の関係になって範囲Y2が従来の範
囲Y□よりも広くなると、 第2B図のように、  F
uel NOXの低下特性Z2が従来のその特性Z1よ
りも顕著にあられれる。
ところで、 Rich域での当量比Φを限りなく増せば
、第2C図にもあわれるようにFuel NOxの生成
も限りなく低減するものの、その当量比Φを無制限にす
ると、副燃焼室の燃焼ガスだけではRich域での未燃
燃料は着火しないか、あるいは着火してもCOが過多量
に生成されるだけである。第2D図は、Rich域での
当量Φを種々変化させてCOの生成量を負荷F/Aとの
関係でグラフ化したものである。
このグラフからも理解されるように、当量比Φを、1.
4≦Φ≦2.0の関係にしておけば、COの生成量が少
なくなることが期待できる。
したがって、 Fuel NOXの低減と相まってCO
低減をも満すため、当量比Φを、1.4≦Φ≦2.0に
するのが最も好ましい適用範囲である。
〔発明の効果〕
以上の説明から明確にした如く、この発明にかかるガス
タービン燃焼器では、従来の燃焼室に副燃焼室を加え、
Rich域での当量比Φを、1.4≦Φ≦2.0にする
ので、 Fuel NOKの低減とCOの低減とが同時
に満すことができ、大気汚染防止という公害対策上好ま
しい成果を得る効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明にかかるガスタービン燃焼器の一実施
例を示す概略図、第2A図はRich域での当量比と負
荷との関係を示すグラフ、第2B図はFuelNOx生
成量を、従来手法とこの発明手法とで比較したグラフ、
第2C図はRich域での当量比を変化させたときのF
uel NOK量、CO量の生成をあられすグラフ、第
2D図はRich域での当量比を変化させたときのCO
量との負荷との関係を示すグラフ、第3図は従来のガス
タービン燃焼器の実施例を示す概略図である。 LA・・・燃焼室。 5・・・副燃焼室。 7・・・一次燃焼域 8.10・・・空気口。 9・・・二次燃焼域(Lean域) 11・・・希釈域 4・・・副燃料ノズル、 6・・・主燃料ノズル、 (Rich域)。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 燃焼室に一次燃焼域と二次燃焼域とを形成し、一次燃焼
    域では燃料過濃度状態にし、二次燃焼域では燃料を完全
    燃焼させるガスタービン燃焼器において、一次燃焼域の
    入口に副燃焼室を連続一体に連接するとともに、一次燃
    焼域での燃料過濃度状態をあらわすためのバロメータと
    しての当量比をΦとすると、 1.4≦Φ≦2.0 の関係を満すように一次燃焼域を燃料過濃度状態にして
    おくことを特徴とするガスタービン燃焼器。
JP23881988A 1988-09-26 1988-09-26 ガスタービン燃焼器 Pending JPH0289916A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2423815A (en) * 2005-03-01 2006-09-06 Simon Charles Mcintosh Ventilation system for an underground railway comprising a valved partition
JP2009047415A (ja) * 2007-08-21 2009-03-05 General Electric Co <Ge> タービンエンジン燃料送給装置及びシステム
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JP2011503412A (ja) * 2007-11-12 2011-01-27 ゲタス 軸方向ピストンエンジンおよび軸方向ピストンエンジンを動作させるための方法

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