JPH05256163A - Catalytic burner - Google Patents
Catalytic burnerInfo
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- JPH05256163A JPH05256163A JP5281792A JP5281792A JPH05256163A JP H05256163 A JPH05256163 A JP H05256163A JP 5281792 A JP5281792 A JP 5281792A JP 5281792 A JP5281792 A JP 5281792A JP H05256163 A JPH05256163 A JP H05256163A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、触媒燃焼器の触媒担持
部に担持した触媒に燃料と空気の混合気を接触させて燃
焼させる触媒燃焼器に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a catalyst combustor which causes a mixture of fuel and air to come into contact with a catalyst carried by a catalyst supporting portion of the catalyst combustor to burn the catalyst.
【0002】[0002]
【従来の技術】レシプロエンジンと同様にガスタービン
エンジンにおいても排気ガス中に有害な窒素酸化物(以
下NOX という)が発生し、そのNOX の排出量は混合
気の燃焼温度が高いほど増加する。従来のガスタービン
エンジン用燃焼器では、混合気の燃焼温度が極めて高温
(例えば2000°C)に達するために、NOX の排出
量を低減することが困難であった。そこで、燃焼器の内
部に設けた触媒に混合気を接触させて燃焼させる、所謂
触媒燃焼方式のガスタービンエンジン用燃焼器が提案さ
れている。かかる触媒燃焼方式によれば、燃焼器におけ
る混合気の燃焼が比較的低温で行われるため、排気ガス
中のNOX を大幅に削減することが可能となる。2. Description of the Related Art As in a reciprocating engine, a gas turbine engine produces harmful nitrogen oxides (hereinafter referred to as NO X ) in the exhaust gas, and the NO X emission amount increases as the combustion temperature of the air-fuel mixture increases. To do. In the conventional combustor for a gas turbine engine, since the combustion temperature of the air-fuel mixture reaches an extremely high temperature (for example, 2000 ° C), it has been difficult to reduce the NO X emission amount. Therefore, a combustor for a gas turbine engine of a so-called catalytic combustion system has been proposed, in which the air-fuel mixture is brought into contact with a catalyst provided inside the combustor and burned. According to the catalytic combustion method, since the combustion of the mixture in the combustor is relatively carried out at low temperatures, it is possible to significantly reduce the NO X in the exhaust gas.
【0003】ところで、前記触媒はその温度が所定の触
媒活性化温度(通常400°C〜500°C程度)以上
にならないと機能しないため、触媒温度が常温状態にあ
るガスタービンエンジンの始動時には、何らかの方法で
触媒あるいは該触媒に接触する混合気の温度を前記触媒
活性化温度以上に高めてやる必要がある。そのために、
ガスタービンエンジンの始動時にプリバーナやプリヒー
タで触媒を加熱し、その触媒の温度を触媒活性化温度以
上に予熱して始動を行うものが知られている(例えば、
特公平1−38215号公報参照)。By the way, since the catalyst does not function unless its temperature exceeds a predetermined catalyst activation temperature (usually about 400 ° C. to 500 ° C.), when the gas turbine engine is started at a normal temperature, It is necessary to raise the temperature of the catalyst or the air-fuel mixture that comes into contact with the catalyst to a temperature above the catalyst activation temperature by some method. for that reason,
It is known that the catalyst is heated by a preburner or a preheater at the time of starting the gas turbine engine, and the temperature of the catalyst is preheated to the catalyst activation temperature or higher to start the engine (for example,
(See Japanese Examined Patent Publication No. 1-38215).
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】一般に前記触媒燃焼方
式のガスタービンエンジンでは、混合気が燃焼を開始し
て定常運転状態に入った後は、その燃焼によって前記触
媒温度あるいは混合気温度が触媒活性化温度以上に保持
されるため、前記プリバーナやプリヒータの作動を停止
してもエンジンの運転は継続される。しかしながら、エ
ンジンの低負荷運転時や低圧力比エンジンの場合には、
運転中に触媒温度あるいは混合気温度を触媒活性化温度
以上に保持することができず、プリバーナやプリヒータ
を作動させなければ運転を継続できない問題があった。Generally, in the catalytic combustion type gas turbine engine, after the air-fuel mixture starts combustion and enters a steady operation state, the combustion causes the catalyst temperature or the air-fuel mixture temperature to become catalytically active. Since the temperature is kept above the activation temperature, the operation of the engine is continued even if the operation of the preburner or the preheater is stopped. However, during low load operation of the engine or in the case of low pressure ratio engine,
There is a problem that the catalyst temperature or the air-fuel mixture temperature cannot be maintained above the catalyst activation temperature during the operation, and the operation cannot be continued unless the preburner or the preheater is operated.
【0005】しかしながら、プリバーナを使用すると触
媒温度が局部的に高まってNOX 排出量が増加するた
め、NOX 排出量が少ないという触媒燃焼方式の特性を
充分に生かすことができず、またプリヒータを使用する
と触媒の劣化や消費電力の増加等の問題が発生してしま
う。However, when the preburner is used, the catalyst temperature locally rises and the NO x emission increases, so that the characteristic of the catalytic combustion system that the NO x emission is small cannot be fully utilized, and the preheater is used. If used, problems such as deterioration of the catalyst and increase in power consumption will occur.
【0006】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、触媒燃焼器において、始動時や低負荷運転時等にプ
リバーナやプリヒータを用いることなく混合気温度を触
媒活性化温度以上に保持することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a catalytic combustor, the mixture temperature is kept above the catalyst activation temperature without using a preburner or a preheater at the time of starting or low load operation. The purpose is to
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、触媒燃焼器の触媒担持部に担持した触媒
に燃料と空気の混合気を接触させて燃焼させる触媒燃焼
器において、燃焼ガスの一部を前記触媒担持部の下流か
ら上流へ導く燃焼ガス還流通路と、この燃焼ガス還流通
路に設けた燃焼ガス還流量制御手段とを備えたことを第
1の特徴とする。In order to achieve the above object, the present invention provides a catalytic combustor in which a mixture of fuel and air is brought into contact with a catalyst carried by a catalyst supporting portion of the catalyst combustor to burn the catalyst. The first feature is that a combustion gas recirculation passage for guiding a part of the combustion gas from the downstream side to the upstream side of the catalyst supporting portion and a combustion gas recirculation amount control means provided in the combustion gas recirculation passage are provided.
【0008】また本発明は前述の第1の特徴に加えて、
触媒燃焼器の入口温度を検出する触媒燃焼器入口温度セ
ンサを備え、その触媒燃焼器入口温度センサで検出した
温度が所定値以下の時に、前記燃焼ガス還流量制御手段
が燃焼ガスを還流させることを第2の特徴とする。In addition to the above first feature, the present invention also provides
A catalyst combustor inlet temperature sensor for detecting the inlet temperature of the catalyst combustor is provided, and the combustion gas recirculation amount control means recirculates the combustion gas when the temperature detected by the catalyst combustor inlet temperature sensor is below a predetermined value. Is the second feature.
【0009】また本発明は前述の第1の特徴に加えて、
触媒担持部の入口温度を検出する触媒担持部入口温度セ
ンサを備え、その触媒担持部入口温度センサで検出した
温度が所定値以下の時に、前記燃焼ガス還流量制御手段
が燃焼ガスを還流させることを第3の特徴とする。The present invention, in addition to the above-mentioned first feature,
A catalyst carrier inlet temperature sensor for detecting the inlet temperature of the catalyst carrier is provided, and when the temperature detected by the catalyst carrier inlet temperature sensor is below a predetermined value, the combustion gas recirculation amount control means recirculates the combustion gas. Is the third feature.
【0010】また本発明は前述の第1の特徴に加えて、
触媒燃焼器の入口温度を検出する触媒燃焼器入口温度セ
ンサと、触媒燃焼器の出口温度を検出する触媒燃焼器出
口温度センサと、触媒燃焼器の入口空気量を検出する触
媒燃焼器入口空気量センサとを備え、それら触媒燃焼器
入口温度センサ、触媒燃焼器出口温度センサ、および触
媒燃焼器入口空気量センサの出力に基づいて、前記燃焼
ガス還流量制御手段が燃焼ガスの還流量を決定すること
を第4の特徴とする。In addition to the above-mentioned first feature, the present invention also provides:
A catalytic combustor inlet temperature sensor that detects the catalytic combustor inlet temperature, a catalytic combustor outlet temperature sensor that detects the catalytic combustor outlet temperature, and a catalytic combustor inlet air amount that detects the catalytic combustor inlet air amount. A sensor, and the combustion gas recirculation amount control means determines the recirculation amount of the combustion gas based on the outputs of the catalyst combustor inlet temperature sensor, the catalyst combustor outlet temperature sensor, and the catalyst combustor inlet air amount sensor. This is the fourth feature.
【0011】また本発明は前述の第1の特徴に加えて、
触媒燃焼器の入口温度を検出する触媒燃焼器入口温度セ
ンサと、触媒担持部の入口温度を検出する触媒担持部入
口温度センサとを備え、それら触媒燃焼器入口温度セン
サと触媒担持部入口温度センサで検出した温度がそれぞ
れ所定値以上の時に、前記燃焼ガス還流量制御手段が燃
焼ガスの還流を停止することを第5の特徴とする。In addition to the above-mentioned first feature, the present invention also provides:
The catalyst combustor inlet temperature sensor for detecting the inlet temperature of the catalyst combustor and the catalyst supporting portion inlet temperature sensor for detecting the inlet temperature of the catalyst supporting portion are provided, and the catalyst combustor inlet temperature sensor and the catalyst supporting portion inlet temperature sensor are provided. A fifth feature is that the combustion gas recirculation amount control means stops the recirculation of the combustion gas when the temperatures detected in each are above a predetermined value.
【0012】[0012]
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0013】図1〜図5は本発明の一実施例を示すもの
で、図1はガスタービンエンジンの縦断面図、図2は図
1の2−2線断面図、図3は図2の要部拡大断面図、図
4は図3の4−4線拡大断面図、図5は作用を説明する
フローチャートである。1 to 5 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a vertical sectional view of a gas turbine engine, FIG. 2 is a sectional view taken along line 2-2 of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is an enlarged sectional view of an essential part, FIG. 4 is an enlarged sectional view taken along line 4-4 of FIG. 3, and FIG.
【0014】図1および図2に示すように、2軸式のガ
スタービンエンジンGは有底円筒状のアウタケーシング
1と、このアウタケーシング1の後部開口に接続される
環状の熱交換器ハウジング2と、この熱交換器ハウジン
グ2の後部を覆うエグゾーストハウジング3とを備え
る。アウタケーシング1の前部にはエアクリーナ4とサ
イレンサ5を備えた吸気通路6が接続され、またエグゾ
ーストハウジング3の中心には減速機ボックス7が配設
されるとともに、そのエグゾーストハウジング3の下部
には排気ダクト8が接続される。As shown in FIGS. 1 and 2, a two-shaft type gas turbine engine G has a bottomed cylindrical outer casing 1 and an annular heat exchanger housing 2 connected to a rear opening of the outer casing 1. And an exhaust housing 3 that covers the rear part of the heat exchanger housing 2. An intake passage 6 having an air cleaner 4 and a silencer 5 is connected to the front portion of the outer casing 1, a reduction gear box 7 is arranged at the center of the exhaust housing 3, and a lower portion of the exhaust housing 3 is provided. The exhaust duct 8 is connected.
【0015】アウタケーシング1に形成した中央開口部
の前後には、前記吸気通路6から吸入した空気を圧縮す
る遠心式のコンプレッサ9と、このコンプレッサ9を駆
動する遠心式の高圧タービン10が配設されるととも
に、その後方には出力を取り出すための軸流式の低圧タ
ービン11が配設され、更にアウタケーシング1の上部
空間には前記高圧タービン10と低圧タービン11を駆
動するための燃焼ガスを発生させる触媒燃焼器12が配
設される。アウタケーシング1には筒状の燃焼器ハウジ
ング41が貫通するように固着され(図2参照)、この
燃焼器ハウジング41を介してアウタケーシング1の外
部から触媒燃焼器12が着脱自在に装着される。また熱
交換器ハウジング2に内部には、前記両タービン10,
11を通過した排気ガスの熱エネルギーを回収して吸入
空気を加熱するための環状の熱交換器13が前記減速機
ボックス7を外周を囲繞するように配設され、その減速
機ボックス7の内部には低圧タービン11の出力を減速
して外部に取り出す遊星歯車式の減速機14が配設され
る。A centrifugal compressor 9 for compressing the air sucked from the intake passage 6 and a centrifugal high-pressure turbine 10 for driving the compressor 9 are arranged in front of and behind the central opening formed in the outer casing 1. In addition, an axial low-pressure turbine 11 for taking out an output is arranged behind the high-pressure turbine 10 and combustion gas for driving the low-pressure turbine 11 in the upper space of the outer casing 1. A catalytic combustor 12 for generating is disposed. A cylindrical combustor housing 41 is fixed to the outer casing 1 so as to penetrate therethrough (see FIG. 2), and the catalytic combustor 12 is detachably mounted from the outside of the outer casing 1 via the combustor housing 41. .. Further, inside the heat exchanger housing 2, the two turbines 10,
An annular heat exchanger 13 for recovering the heat energy of the exhaust gas that has passed through 11 and heating the intake air is arranged so as to surround the speed reducer box 7 and the inside of the speed reducer box 7. A planetary gear type speed reducer 14 that decelerates the output of the low-pressure turbine 11 and takes it out is disposed therein.
【0016】アウタケーシング1に設けられたコンプレ
ッサケーシング15の中央部には高圧タービン軸16が
回転自在に支持され、その高圧タービン軸16には外周
に多数のブレードを形成したコンプレッサロータ17が
固定される。そして、前記吸気通路6からコンプレッサ
ケーシング15に吸入された空気はコンプレッサロータ
17で圧縮され、アウタケーシング1とインナケーシン
グ18との間に形成された放射状の空気通路19を通っ
て後方に供給される。なお、高圧タービン軸16の前端
は図示せぬ補器ハウジングに収納された発電機やスター
タ等の補機類に接続される。A high-pressure turbine shaft 16 is rotatably supported at the center of a compressor casing 15 provided in the outer casing 1, and a compressor rotor 17 having a large number of blades on its outer periphery is fixed to the high-pressure turbine shaft 16. It The air sucked into the compressor casing 15 from the intake passage 6 is compressed by the compressor rotor 17 and is supplied rearward through a radial air passage 19 formed between the outer casing 1 and the inner casing 18. .. The front end of the high-pressure turbine shaft 16 is connected to auxiliary equipment such as a generator and a starter housed in an auxiliary equipment housing (not shown).
【0017】高圧タービン軸16の後端には外周に多数
のブレードを形成した高圧タービンロータ20が固着さ
れ、その高圧タービンロータ20はバックプレート21
と高圧タービンシュラウド22の間に収納される。高圧
タービンシュラウド22の外側には触媒燃焼器12にト
ランジェントダクト23を介して接続された同じくスク
ロール24が配設され、そのスクロール24の内周と前
記高圧タービンロータ20の外周との間には複数のノズ
ルベーン25が設けられる。スクロール24は複数のサ
ポート機構26により外周から支持され、トランジェン
トダクト23は他のサポート機構27,28により支持
される。A high pressure turbine rotor 20 having a large number of blades formed on its outer periphery is fixed to the rear end of the high pressure turbine shaft 16, and the high pressure turbine rotor 20 includes a back plate 21.
And the high pressure turbine shroud 22. A scroll 24, which is connected to the catalytic combustor 12 via a transient duct 23, is arranged outside the high-pressure turbine shroud 22, and a plurality of scrolls are provided between the inner periphery of the scroll 24 and the outer periphery of the high-pressure turbine rotor 20. Nozzle vanes 25 are provided. The scroll 24 is supported from the outer periphery by a plurality of support mechanisms 26, and the transient duct 23 is supported by other support mechanisms 27 and 28.
【0018】アウタケーシング1の後部に接続された熱
交換器ハウジング2の前端にはコレクタハウジング29
が支持され、その中央部には低圧タービン軸30が支持
される。低圧タービン軸30の先端には低圧タービンロ
ータ31が固着され、その外周に形成した多数のブレー
ドは低圧タービンシュラウド32の内面に嵌合する。低
圧タービンシュラウド32と前記高圧タービンシュラウ
ド22の間は、後端に可変静翼33を有する低圧タービ
ンダクト34によって接続される。そして低圧タービン
軸30は前記減速機14を介して出力軸35に接続され
る。A collector housing 29 is provided at the front end of the heat exchanger housing 2 connected to the rear portion of the outer casing 1.
Is supported, and the low-pressure turbine shaft 30 is supported in the center thereof. A low pressure turbine rotor 31 is fixed to the tip of the low pressure turbine shaft 30, and a large number of blades formed on the outer periphery of the low pressure turbine rotor 31 are fitted to the inner surface of the low pressure turbine shroud 32. The low pressure turbine shroud 32 and the high pressure turbine shroud 22 are connected by a low pressure turbine duct 34 having a variable vane 33 at the rear end. The low-pressure turbine shaft 30 is connected to the output shaft 35 via the speed reducer 14.
【0019】コレクタハウジング29の上半部には円弧
状の開口291 が形成され、前記空気通路19からエグ
ゾーストハウジング3の上部に集合した後に熱交換器1
3の上半部を通過して加熱された空気が、この開口29
1 を介してインナケーシング18の内部に供給される。
一方、コレクタハウジング29の下半部には、低圧ター
ビンシュラウド32を通過した排気ガスを熱交換器13
の下半部に導くための排気ガス通路292 が形成され
る。A circular arc-shaped opening 29 1 is formed in the upper half of the collector housing 29, and the heat exchanger 1 is assembled from the air passage 19 to the upper portion of the exhaust housing 3.
The air that has been heated by passing through the upper half of
It is supplied to the inside of the inner casing 18 via 1 .
On the other hand, in the lower half of the collector housing 29, the exhaust gas that has passed through the low-pressure turbine shroud 32 is placed in the heat exchanger 13.
An exhaust gas passage 29 2 for leading to the lower half portion is formed.
【0020】熱交換器13の外周には360°にわたっ
てリングギヤ36が装着され、そのリングギヤ36の前
部に形成された平坦な支持面が熱交換器ハウジング2の
内周に設けた複数のガイドローラ37により回転自在に
支持される。1個のガイドローラ37を支持する回転軸
38には前記リングギヤ36に噛合するピニオン39が
固着され、その回転軸38を熱交換器駆動モータ40で
回転させることにより熱交換器13が回転駆動される。A ring gear 36 is mounted on the outer circumference of the heat exchanger 13 over 360 °, and a flat supporting surface formed on the front portion of the ring gear 36 is provided with a plurality of guide rollers provided on the inner circumference of the heat exchanger housing 2. It is rotatably supported by 37. A pinion 39 that meshes with the ring gear 36 is fixed to a rotary shaft 38 that supports one guide roller 37, and the heat exchanger 13 is rotated by rotating the rotary shaft 38 by a heat exchanger drive motor 40. It
【0021】図3に示すように、触媒燃焼器12のケー
シング42の上流側には、熱交換器13を通過して加熱
された高温空気を触媒燃焼器12の内部に導入するため
の複数の空気導入口421 が形成されるとともに、ケー
シング42の下流側には、触媒担持部43と、その触媒
担持部43に向けて燃料を噴霧する燃料ノズル44が配
設される。触媒担持部43の上流と下流は燃焼ガス還流
通路45によって接続され、触媒担持部43において混
合気が燃焼して発生した燃焼ガスの一部が、前記燃焼ガ
ス還流通路45を介して触媒担持部43の上流に還流す
る。そして燃焼ガス還流通路45には、燃焼ガスの還流
量を制御するための流量制御弁46が設けられる。また
ケーシング42の上流端には、ガスタービンエンジンG
の始動時に燃料を供給する燃料ノズル49と混合気を着
火するための点火プラグ47が設けられる。As shown in FIG. 3, on the upstream side of the casing 42 of the catalytic combustor 12, a plurality of hot air which has passed through the heat exchanger 13 and is heated is introduced into the catalytic combustor 12. The air inlet 42 1 is formed, and on the downstream side of the casing 42, a catalyst supporting portion 43 and a fuel nozzle 44 for spraying fuel toward the catalyst supporting portion 43 are arranged. An upstream side and a downstream side of the catalyst supporting portion 43 are connected by a combustion gas recirculation passage 45, and a part of the combustion gas generated by the combustion of the air-fuel mixture in the catalyst supporting portion 43 passes through the combustion gas recirculation passage 45 and the catalyst supporting portion 43. Reflux upstream of 43. The combustion gas recirculation passage 45 is provided with a flow rate control valve 46 for controlling the recirculation amount of the combustion gas. At the upstream end of the casing 42, the gas turbine engine G
A fuel nozzle 49 for supplying fuel and a spark plug 47 for igniting the air-fuel mixture are provided at the time of starting.
【0022】ケーシング42の空気導入口421 の近傍
には触媒燃焼器12に導入される吸入空気の温度を検出
する触媒燃焼器入口温度センサS1 が設けられるととも
に、ケーシング42の下流端の近傍には触媒燃焼器12
から流出する燃焼ガスの温度を検出する触媒燃焼器出口
温度センサS2 が設けられる。また触媒担持部43の上
流には、その触媒担持部43に供給される混合気の温度
を検出する触媒担持部入口温度センサS3 が設けられ
る。更に、前記空気導入口421 には、触媒燃焼器12
に導入される吸入空気の流量を検出する触媒燃焼器入口
空気量センサS4が設けられる。そして、前記各センサ
S1 〜S4 の出力信号に基づいて、前記燃焼ガス還流通
路45に介装した流量制御弁46の開度が制御される。A catalyst combustor inlet temperature sensor S 1 for detecting the temperature of intake air introduced into the catalyst combustor 12 is provided near the air inlet 42 1 of the casing 42, and near the downstream end of the casing 42. The catalytic combustor 12
A catalytic combustor outlet temperature sensor S 2 is provided for detecting the temperature of the combustion gas flowing out of the catalytic combustor. Further, upstream of the catalyst carrier 43, a catalyst carrier inlet temperature sensor S 3 for detecting the temperature of the air-fuel mixture supplied to the catalyst carrier 43 is provided. Furthermore, the air inlet 42 1 has a catalytic combustor 12
A catalytic combustor inlet air amount sensor S 4 is provided for detecting the flow rate of intake air introduced into the. Then, the opening degree of the flow rate control valve 46 provided in the combustion gas recirculation passage 45 is controlled based on the output signals of the sensors S 1 to S 4 .
【0023】図4に示すように、触媒担持部43はハニ
カム状に形成され、混合気と接触する表面には触媒48
が担持される。前記触媒48には貴金属系のものと非貴
金属系のものが使用可能であり、貴金属系触媒としては
Pt,Pt−Ir,Pt−Pd,Pt−NiO,Pt−
Co2 O2 ,Pt−Pd−NiO,Pt−Ag等があ
り、また非貴金属系触媒としてはMnO2 ,Co
2 O2 ,Co2 O4 ,CuO等がある。As shown in FIG. 4, the catalyst supporting portion 43 is formed in the shape of a honeycomb, and the catalyst 48 is formed on the surface in contact with the air-fuel mixture.
Are carried. As the catalyst 48, noble metal-based catalysts and non-noble metal-based catalysts can be used, and Pt, Pt-Ir, Pt-Pd, Pt-NiO, Pt- can be used as the noble metal-based catalyst.
Co 2 O 2, Pt-Pd -NiO, there is Pt-Ag, etc., and MnO 2 as the non-noble metal catalyst, Co
2 O 2 , Co 2 O 4 , CuO and the like.
【0024】次に、前述の構成を備えた本発明の実施例
の作用を説明する。Next, the operation of the embodiment of the present invention having the above construction will be described.
【0025】ガスタービンエンジンGが通常運転状態に
あるとき、エアクリーナ4およびサイレンサ5を通過し
て吸気通路6に流入した空気は、コンプレッサケーシン
グ15内部に配設したコンプレッサロータ17により高
温高圧に圧縮され、アウタケーシング1とインナケーシ
ング18間に形成された放射状の空気通路19を介して
後方に送られる。前記空気通路19からエグゾーストハ
ウジング3の内部に達した吸入空気は、そのエグゾース
トハウジング3の上部空間に集合した後、前方に向きを
変えて回転式の熱交換器13のコア面の上半部を後から
前に通過する。このように熱交換器13を通過して更に
高温に加熱された空気は、コレクタハウジング29の上
部に形成した開口部291 を通ってインナケーシング1
8の内部空間に流入する。When the gas turbine engine G is in a normal operating state, the air that has passed through the air cleaner 4 and the silencer 5 and has flowed into the intake passage 6 is compressed to a high temperature and high pressure by the compressor rotor 17 disposed inside the compressor casing 15. , Is sent rearward through a radial air passage 19 formed between the outer casing 1 and the inner casing 18. The intake air that has reached the inside of the exhaust housing 3 from the air passage 19 gathers in the upper space of the exhaust housing 3 and then turns to the front to move the upper half of the core surface of the rotary heat exchanger 13 to the front side. Pass from the back to the front. The air that has passed through the heat exchanger 13 and has been heated to a higher temperature in this way passes through the opening 29 1 formed in the upper portion of the collector housing 29 and the inner casing 1
8 flows into the internal space.
【0026】インナケーシング18の内部空間に供給さ
れた吸入空気は空気導入口421 から触媒燃焼器12の
内部に導入され、そこで燃料ノズル44から供給される
燃料と混合して触媒担持部43に流入し、触媒48と接
触して燃焼する。混合気の燃焼により発生した燃焼ガス
はトランジェントダクト23からスクロール24に流入
し、そこから6枚のノズルベーン25を通って高圧ター
ビンロータ20に吹き付けられる。The intake air supplied to the inner space of the inner casing 18 is introduced from the air inlet 42 1 into the inside of the catalytic combustor 12, where it is mixed with the fuel supplied from the fuel nozzle 44 and is mixed in the catalyst supporting portion 43. It flows in, contacts the catalyst 48, and burns. Combustion gas generated by the combustion of the air-fuel mixture flows into the scroll 24 from the transient duct 23, and then is blown to the high-pressure turbine rotor 20 through the six nozzle vanes 25.
【0027】このようにして高圧タービンロータ20が
回転すると、その駆動力により高圧タービン軸16に設
けた前記コンプレッサロータ17が回転する。高圧ター
ビンロータ20を通過した燃焼ガスは、低圧タービンダ
クト34および可変静翼33を介して低圧タービンロー
タ31に吹き付けられ、低圧タービン軸30を回転駆動
する。そして低圧タービン軸30の回転は減速機14に
より減速され、出力軸35から外部に取り出される。低
圧タービンロータ31を通過した排気ガスはコレクタハ
ウジング29の下部に形成した排気ガス通路292 によ
って集められた後、回転式の熱交換器13のコア面の下
半部を前から後ろに通過して該熱交換器13を加熱し、
排気ダクト8に排出される。このようにして排気ガスで
加熱された熱交換器13は、熱交換器駆動モータ40に
よりピニオン39およびリングギヤ36を介して回転駆
動され、前記加熱されたコア面が順次吸入空気の通路に
対向して吸入空気を加熱する。When the high-pressure turbine rotor 20 rotates in this way, the driving force thereof causes the compressor rotor 17 provided on the high-pressure turbine shaft 16 to rotate. The combustion gas that has passed through the high-pressure turbine rotor 20 is blown onto the low-pressure turbine rotor 31 via the low-pressure turbine duct 34 and the variable vanes 33, and rotationally drives the low-pressure turbine shaft 30. The rotation of the low-pressure turbine shaft 30 is decelerated by the speed reducer 14 and taken out from the output shaft 35. After the exhaust gas passing through the low-pressure turbine rotor 31 is collected by the exhaust gas passage 29 2 formed in the lower portion of the collector housing 29, it passes from the front lower half of the core surface of the rotary heat exchanger 13 back To heat the heat exchanger 13,
It is discharged to the exhaust duct 8. The heat exchanger 13 thus heated by the exhaust gas is rotationally driven by the heat exchanger drive motor 40 via the pinion 39 and the ring gear 36, and the heated core surface sequentially faces the passage of the intake air. To heat the intake air.
【0028】ところで、ガスタービンエンジンGの始動
時には熱交換器13が低温状態にあるため、触媒燃焼器
12の触媒担持部43に供給される混合気の温度を触媒
活性化温度以上に保持することができず、触媒燃焼器1
2において混合気の燃焼を継続することが不可能であ
る。そこで、始動時には燃焼ガス還流通路45を介して
燃焼ガスの一部を触媒担持部43の上流に還流させ、そ
の熱によって触媒担持部43に供給される混合気を加熱
して燃焼を継続するようになっている。By the way, since the heat exchanger 13 is in a low temperature state at the time of starting the gas turbine engine G, the temperature of the air-fuel mixture supplied to the catalyst supporting portion 43 of the catalyst combustor 12 should be maintained above the catalyst activation temperature. Not possible, catalytic combustor 1
In 2, it is impossible to continue the combustion of the air-fuel mixture. Therefore, at the time of start-up, a part of the combustion gas is recirculated to the upstream side of the catalyst carrier 43 through the combustion gas recirculation passage 45, and the heat is used to heat the air-fuel mixture supplied to the catalyst carrier 43 to continue combustion. It has become.
【0029】これを図5のフローチャートを用いて更に
説明する。先ず、ステップ1で点火プラグ47で混合気
に着火してガスタービンエンジンGを始動し、ステップ
2で触媒燃焼器入口温度センサS1 で検出した吸入空気
の温度が触媒活性化温度以上であるか否かを判断する。
始動直後には吸入空気の温度が低く触媒活性化温度以下
であるため、ステップ3で触媒燃焼器入口温度センサS
1 で検出した吸入空気の温度、触媒燃焼器出口温度セン
サS2 で検出した燃焼ガスの温度、および触媒燃焼器入
口空気量センサS4 で検出した吸入空気量に基づいて必
要な燃焼ガスの還流量を演算し、その還流量が得られる
ように流量制御弁46を制御して燃焼ガスを触媒担持部
43の上流に還流させる。これにより、触媒担持部43
に供給される混合気は触媒活性化温度以上に加熱され、
混合気は安定した状態で燃焼を継続することができる。This will be further described with reference to the flowchart of FIG. First, in step 1, the air-fuel mixture is ignited by the spark plug 47 to start the gas turbine engine G, and in step 2, is the temperature of the intake air detected by the catalyst combustor inlet temperature sensor S 1 equal to or higher than the catalyst activation temperature? Determine whether or not.
Immediately after the start-up, the temperature of the intake air is low and below the catalyst activation temperature.
The required return of the combustion gas based on the temperature of the intake air detected in 1 , the temperature of the combustion gas detected by the catalyst combustor outlet temperature sensor S 2 , and the intake air amount detected by the catalyst combustor inlet air amount sensor S 4. The flow rate is calculated, and the flow rate control valve 46 is controlled so as to obtain the recirculation amount, so that the combustion gas is recirculated to the upstream side of the catalyst carrier 43. As a result, the catalyst carrier 43
The air-fuel mixture supplied to is heated above the catalyst activation temperature,
The air-fuel mixture can continue combustion in a stable state.
【0030】上述のように燃焼ガスの還流により混合気
の燃焼を継続する間に熱交換器13のウオームアップが
完了し、ステップ4で触媒担持部入口温度センサS3 で
検出した混合気の温度が触媒活性化温度以上となり、か
つステップ2で触媒燃焼器入口温度センサS1 で検出し
た吸入空気の温度が触媒活性化温度以上になると、燃焼
ガスの還流を行わずとも混合気の燃焼を継続できるた
め、ステップ5で流量制御弁46を閉じて還流を停止す
る。As described above, the warm-up of the heat exchanger 13 is completed while the combustion of the air-fuel mixture is continued by the recirculation of the combustion gas, and the temperature of the air-fuel mixture detected by the catalyst carrier inlet temperature sensor S 3 in step 4 is reached. Is equal to or higher than the catalyst activation temperature and the temperature of the intake air detected by the catalyst combustor inlet temperature sensor S 1 in step 2 is equal to or higher than the catalyst activation temperature, the combustion of the air-fuel mixture is continued without recirculating the combustion gas. Therefore, in step 5, the flow rate control valve 46 is closed to stop the reflux.
【0031】尚、前記実施例のように熱交換器13を備
えた高圧力比のガスタービンエンジンGでは、触媒燃焼
器12に供給される吸入空気と触媒担持部43に供給さ
れる混合気の温度に大きな差が無いため、前記触媒燃焼
器入口温度センサS1 と触媒担持部入口温度センサS3
は、その何れか一方で他方を代用することが可能であ
る。In the high pressure ratio gas turbine engine G provided with the heat exchanger 13 as in the above embodiment, the intake air supplied to the catalytic combustor 12 and the air-fuel mixture supplied to the catalyst carrier 43 are mixed. Since there is no great difference in temperature, the catalyst combustor inlet temperature sensor S 1 and the catalyst supporting portion inlet temperature sensor S 3
Can substitute the other for either one.
【0032】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明は、前記実施例に限定されるものでなく、種々の小設
計変更を行うことが可能である。Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various small design changes can be made.
【0033】例えば、実施例では熱交換器13を備えた
ガスタービンエンジンGを例示したが、本発明は熱交換
器を備えない低圧力比のエンジンに対しても適用可能で
ある。この場合には、始動時に燃焼ガスの還流を行うだ
けでなく、通常運転時にも必要に応じて燃焼ガスを還流
させることにより、混合気の燃焼を安定した状態で継続
させることができる。For example, the gas turbine engine G provided with the heat exchanger 13 is illustrated in the embodiment, but the present invention is also applicable to an engine having a low pressure ratio not provided with the heat exchanger. In this case, not only the combustion gas is recirculated at the time of start-up, but also the combustion gas is recirculated as necessary during the normal operation, so that the combustion of the air-fuel mixture can be continued in a stable state.
【0034】[0034]
【発明の効果】以上のように本発明の第1の特徴によれ
ば、燃焼ガスの一部を燃焼ガス還流通路を介して触媒担
持部の下流から上流へ還流させ、かつ前記燃焼ガスの還
流を燃焼ガス還流通路に設けた燃焼ガス還流量制御手段
により制御しているので、混合気の燃焼が一旦開始され
た後は、その燃焼ガスによって混合気の温度を触媒活性
化温度以上に保持することができる。その結果、運転開
始後はプリバーナやプリヒータが不要となり、NOX 発
生量の低減、触媒の劣化防止、および加熱用電力の節約
が可能となる。As described above, according to the first feature of the present invention, a part of the combustion gas is recirculated from the downstream side of the catalyst supporting portion to the upstream side through the combustion gas recirculation passage, and the combustion gas is recirculated. Is controlled by the combustion gas recirculation amount control means provided in the combustion gas recirculation passage, so that once the combustion of the air-fuel mixture is started, the temperature of the air-fuel mixture is maintained at the catalyst activation temperature or higher by the combustion gas. be able to. As a result, a preburner and a preheater are not required after the start of operation, and it is possible to reduce the amount of NO x generated, prevent catalyst deterioration, and save heating power.
【0035】また本発明の第2の特徴によれば、触媒燃
焼器入口温度センサで検出した温度が所定値以下の時に
燃焼ガス還流量制御手段が燃焼ガスを還流させるので、
必要最小限の還流量で混合気温度を触媒活性化温度以上
に保持することができる。According to the second aspect of the present invention, the combustion gas recirculation amount control means recirculates the combustion gas when the temperature detected by the catalyst combustor inlet temperature sensor is equal to or lower than a predetermined value.
The air-fuel mixture temperature can be maintained above the catalyst activation temperature with the minimum necessary amount of reflux.
【0036】また本発明の第3の特徴によれば、触媒担
持部入口温度センサで検出した温度が所定値以下の時に
燃焼ガス還流量制御手段が燃焼ガスを還流させるので、
必要最小限の還流量で混合気温度を触媒活性化温度以上
に保持することができる。Further, according to the third feature of the present invention, the combustion gas recirculation amount control means recirculates the combustion gas when the temperature detected by the catalyst carrier inlet temperature sensor is equal to or lower than a predetermined value.
The air-fuel mixture temperature can be maintained above the catalyst activation temperature with the minimum necessary amount of reflux.
【0037】また本発明の第4の特徴によれば、触媒燃
焼器入口温度センサ、触媒燃焼器出口温度センサ、およ
び触媒燃焼器入口空気量センサの出力に基づいて、前記
燃焼ガス還流量制御手段が燃焼ガスの還流量を決定する
ので、混合気温度をきめ細かく制御して最適の温度に保
持することができる。According to a fourth aspect of the present invention, the combustion gas recirculation amount control means is based on the outputs of the catalytic combustor inlet temperature sensor, the catalytic combustor outlet temperature sensor, and the catalytic combustor inlet air amount sensor. Determines the recirculation amount of the combustion gas, so that the mixture temperature can be finely controlled and maintained at the optimum temperature.
【0038】また本発明の第5の特徴によれば、触媒燃
焼器入口温度センサと触媒担持部入口温度センサで検出
した温度がそれぞれ所定値以上の時に燃焼ガス還流量制
御手段が燃焼ガスの還流を停止するので、燃焼ガスの還
流による触媒温度の過剰な上昇を防止することができ
る。According to the fifth aspect of the present invention, the combustion gas recirculation amount control means recirculates the combustion gas when the temperatures detected by the catalyst combustor inlet temperature sensor and the catalyst supporting portion inlet temperature sensor are above predetermined values. Since this is stopped, it is possible to prevent the catalyst temperature from excessively rising due to the recirculation of the combustion gas.
【図1】ガスタービンエンジンの縦断面図FIG. 1 is a vertical sectional view of a gas turbine engine.
【図2】図1の2−2線断面図FIG. 2 is a sectional view taken along line 2-2 of FIG.
【図3】図2の要部拡大断面図FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the main part of FIG.
【図4】図3の4−4線拡大断面図4 is an enlarged sectional view taken along line 4-4 of FIG.
【図5】作用を説明するフローチャートFIG. 5 is a flowchart explaining the operation.
12 触媒燃焼器 43 触媒担持部 45 燃焼ガス還流通路 46 流量制御弁(燃焼ガス還流量制御手段) S1 触媒燃焼器入口温度センサ S2 触媒燃焼器出口温度センサ S3 触媒担持部入口温度センサ S4 触媒燃焼器入口空気量センサ12 catalyst combustor 43 catalyst support part 45 combustion gas recirculation passage 46 flow control valve (combustion gas recirculation amount control means) S 1 catalyst combustor inlet temperature sensor S 2 catalyst combustor outlet temperature sensor S 3 catalyst support part inlet temperature sensor S 4 Catalyst combustor inlet air amount sensor
Claims (5)
3)に担持した触媒に燃料と空気の混合気を接触させて
燃焼させる触媒燃焼器において、 燃焼ガスの一部を前記触媒担持部(43)の下流から上
流へ導く燃焼ガス還流通路(45)と、この燃焼ガス還
流通路(45)に設けた燃焼ガス還流量制御手段(4
6)とを備えたことを特徴とする触媒燃焼器。1. A catalyst supporting portion (4) of a catalyst combustor (12).
In a catalytic combustor in which a mixture of fuel and air is brought into contact with a catalyst carried in 3) to burn, a combustion gas recirculation passage (45) for guiding a part of combustion gas from a downstream side to an upstream side of the catalyst carrying section (43). And a combustion gas recirculation amount control means (4) provided in the combustion gas recirculation passage (45).
6) A catalytic combustor comprising:
る触媒燃焼器入口温度センサ(S1 )を備え、その触媒
燃焼器入口温度センサ(S1 )で検出した温度が所定値
以下の時に、前記燃焼ガス還流量制御手段(46)が燃
焼ガスを還流させることを特徴とする、請求項1記載の
触媒燃焼器。2. A catalytic combustor (12) comprises a catalytic combustor inlet temperature sensor for detecting the inlet temperature of (S 1), the temperature detected by the catalytic combustor inlet temperature sensor (S 1) is equal to or less than a predetermined value The catalytic combustor according to claim 1, characterized in that the combustion gas recirculation amount control means (46) sometimes recirculates the combustion gas.
る触媒担持部入口温度センサ(S3 )を備え、その触媒
担持部入口温度センサ(S3 )で検出した温度が所定値
以下の時に、前記燃焼ガス還流量制御手段(46)が燃
焼ガスを還流させることを特徴とする、請求項1記載の
触媒燃焼器。3. A catalyst supporting portion (43) provided with a catalyst carrier part inlet temperature sensor for detecting (S 3) the inlet temperature, the temperature detected by the catalyst-carrying unit inlet temperature sensor (S 3) is equal to or less than a predetermined value The catalytic combustor according to claim 1, characterized in that the combustion gas recirculation amount control means (46) sometimes recirculates the combustion gas.
る触媒燃焼器入口温度センサ(S1 )と、触媒燃焼器
(12)の出口温度を検出する触媒燃焼器出口温度セン
サ(S2 )と、触媒燃焼器(12)の入口空気量を検出
する触媒燃焼器入口空気量センサ(S4 )とを備え、そ
れら触媒燃焼器入口温度センサ(S1 )、触媒燃焼器出
口温度センサ(S2 )、および触媒燃焼器入口空気量セ
ンサ(S 4 )の出力に基づいて、前記燃焼ガス還流量制
御手段(46)が燃焼ガスの還流量を決定することを特
徴とする、請求項1記載の触媒燃焼器。4. Detecting the inlet temperature of the catalytic combustor (12)
Catalyst combustor inlet temperature sensor (S1) And a catalytic combustor
(12) Catalyst combustor outlet temperature sensor for detecting outlet temperature
S (S2) And the inlet air amount of the catalytic combustor (12) are detected.
Catalyst combustor inlet air amount sensor (SFour) And
These catalytic combustor inlet temperature sensors (S1), Catalytic combustor out
Mouth temperature sensor (S2), And the catalytic combustor inlet air amount
Sensor (S Four) Output of the combustion gas based on
The control means (46) determines the recirculation amount of the combustion gas.
The catalytic combustor according to claim 1, characterized in that:
る触媒燃焼器入口温度センサ(S1 )と、触媒担持部
(43)の入口温度を検出する触媒担持部入口温度セン
サ(S3 )とを備え、それら触媒燃焼器入口温度センサ
(S1 )と触媒担持部入口温度センサ(S3 )で検出し
た温度がそれぞれ所定値以上の時に、前記燃焼ガス還流
量制御手段(46)が燃焼ガスの還流を停止することを
特徴とする、請求項1記載の触媒燃焼器。5. A catalyst combustor inlet temperature sensor (S 1 ) for detecting the inlet temperature of the catalyst combustor (12) and a catalyst supporting portion inlet temperature sensor (S 3 for detecting the inlet temperature of the catalyst supporting portion (43). ) And the temperature detected by the catalyst combustor inlet temperature sensor (S 1 ) and the catalyst supporting portion inlet temperature sensor (S 3 ) are respectively above a predetermined value, the combustion gas recirculation amount control means (46) The catalytic combustor according to claim 1, wherein the circulation of the combustion gas is stopped.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5281792A JPH05256163A (en) | 1992-03-11 | 1992-03-11 | Catalytic burner |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5281792A JPH05256163A (en) | 1992-03-11 | 1992-03-11 | Catalytic burner |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05256163A true JPH05256163A (en) | 1993-10-05 |
Family
ID=12925398
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP5281792A Pending JPH05256163A (en) | 1992-03-11 | 1992-03-11 | Catalytic burner |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05256163A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002525490A (en) * | 1998-09-18 | 2002-08-13 | ウッドウォード ガヴァナー カンパニー | Dynamic control systems and methods for catalytic combustion processes and gas turbine engines utilizing the same |
-
1992
- 1992-03-11 JP JP5281792A patent/JPH05256163A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002525490A (en) * | 1998-09-18 | 2002-08-13 | ウッドウォード ガヴァナー カンパニー | Dynamic control systems and methods for catalytic combustion processes and gas turbine engines utilizing the same |
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