JPH05346207A - Catalytic combustion device - Google Patents

Catalytic combustion device

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Publication number
JPH05346207A
JPH05346207A JP4179056A JP17905692A JPH05346207A JP H05346207 A JPH05346207 A JP H05346207A JP 4179056 A JP4179056 A JP 4179056A JP 17905692 A JP17905692 A JP 17905692A JP H05346207 A JPH05346207 A JP H05346207A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
compressed air
fuel
preheating
temperature
catalytic
Prior art date
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Pending
Application number
JP4179056A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Naomi Warashina
直美 藁科
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.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP4179056A priority Critical patent/JPH05346207A/en
Publication of JPH05346207A publication Critical patent/JPH05346207A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To improve the property of waste gas by eliminating generation of NOx when compressed air or a mixture is preheated, and simplify fuel control to prevent deterioration and damage to catalyst in a catalytic combustion unit. CONSTITUTION:There are provided a fuel mixing unit 42 for mixing compressed air and fuel, a catalytic combustion unit 43 for causing the mixture to burn by catalytic reaction, a preheater 45 for heating the compressed air, an ECU 50 which controls electric power to the preheater based on a parameter representing an engine operation conditions so that inlet temperature of the unit 43 becomes a predetermined temperature, and a driver 51. Since the compressed air is heated (preheated) by the preheater, NOx is not generated during the preheating. Further, the inlet temperature of the catalytic combustion unit is stabilized approximately at a predetermined temperature, in which said temperature is prevented from becoming too high.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンエンジン
等に使用され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 catalytic combustor used in a gas turbine engine or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、触媒燃焼器としては、例えば、圧
縮機からの圧縮空気をプリバーナで加熱し、この加熱し
た圧縮空気と燃料を混合させ、この混合物を触媒燃焼部
に通すことにより触媒反応で燃焼させるようにしたもの
が知られている(特開昭63ー306303号公報、特
開平2ー85611号公報)。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a catalytic combustor, for example, compressed air from a compressor is heated by a preburner, the heated compressed air and fuel are mixed, and the mixture is passed through a catalytic combustion section to carry out a catalytic reaction. It is known that the fuel is burned by the method described in JP-A-63-306303 and JP-A-2-85611.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、火炎による燃焼を行なうプリバーナにより
圧縮空気を加熱しているので、このプリバーナでの燃焼
によりNOxが多く発生し、排気ガス特性が悪化してし
まうという問題点があった。
However, in the above-mentioned prior art, since the compressed air is heated by the preburner which burns by the flame, a large amount of NOx is generated by the combustion in this preburner and the exhaust gas characteristics deteriorate. There was a problem that it would end up.

【0004】また、上記従来技術では、触媒燃焼部での
燃焼のために燃料混合部に供給される燃料を制御する他
に、プリバーナでの燃焼のためにこのバーナに供給され
る燃料を制御する必要があるので、燃料制御が煩雑にな
ってしまう。さらに、プリバーナに供給される燃料量が
多すぎた場合には、燃料が無駄に消費されるだけでな
く、触媒燃焼部の入口温度が高くなり過ぎてしまい、そ
の結果、触媒燃焼部の触媒が劣化してしまうと共に損傷
を受けてしまい、且つガスタービンエンジンに用いられ
た場合に、タービン入口温度が高くなり過ぎ、出力が不
安定になると共にタービンに損傷を与えてしまうという
問題点があった。
Further, in the above-mentioned prior art, in addition to controlling the fuel supplied to the fuel mixing section for combustion in the catalytic combustion section, the fuel supplied to this burner for combustion in the preburner is controlled. Since it is necessary, fuel control becomes complicated. Furthermore, if the amount of fuel supplied to the preburner is too large, not only is the fuel wasted wastefully, but the inlet temperature of the catalytic combustion section becomes too high, and as a result, the catalyst in the catalytic combustion section becomes unusable. There was a problem that it deteriorates and is damaged, and when used in a gas turbine engine, the turbine inlet temperature becomes too high, the output becomes unstable, and the turbine is damaged. ..

【0005】本発明は、このような従来の問題点に着目
して為されたもので、圧縮空気又は混合物の予熱時にお
けるNOxの発生を無くして排気ガス特性の向上を図
り、燃料制御を簡単にし、触媒燃焼部の触媒の劣化及び
損傷を防止した触媒燃焼器を提供することを目的として
いる。
The present invention has been made by paying attention to such a conventional problem, and aims at improving exhaust gas characteristics by eliminating generation of NOx at the time of preheating compressed air or a mixture, thereby simplifying fuel control. It is an object of the present invention to provide a catalyst combustor which prevents deterioration and damage of the catalyst in the catalyst combustion section.

【0006】[0006]

【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、圧縮機からの圧縮空気と燃料とが混合さ
れる燃料混合部と、圧縮空気と燃料の混合物を触媒反応
で燃焼させる触媒燃焼部と、前記圧縮空気又は前記混合
物を加熱する予熱手段とを備えた触媒燃焼器において、
前記予熱手段としての予熱ヒータと、前記触媒燃焼部の
入口温度が所定温度となるように、エンジン運転状態を
表すパラメータに基づき前記予熱ヒータへの通電量を制
御する制御手段とを備えているものである(請求項
1)。
In order to achieve the above object, the present invention burns a fuel mixing section in which compressed air from a compressor is mixed with fuel and a mixture of compressed air and fuel by a catalytic reaction. In a catalytic combustor provided with a catalytic combustion unit for, and preheating means for heating the compressed air or the mixture,
A preheating heater as the preheating means, and a control means for controlling an energization amount to the preheating heater based on a parameter representing an engine operating state so that an inlet temperature of the catalyst combustion section becomes a predetermined temperature. (Claim 1).

【0007】また、上記目的を達成するために、本発明
は、圧縮機からの圧縮空気と燃料とが混合される燃料混
合部と、圧縮空気と燃料の混合物を触媒反応で燃焼させ
る触媒燃焼部と、前記圧縮空気又は前記混合物を加熱す
る予熱手段と、排気ガスから回収した熱で圧縮空気を予
熱手段の上流側で加熱する熱交換器とを備えた触媒燃焼
器において、前記予熱手段としての予熱ヒータと、前記
熱交換器の出口空気温度に応じて前記予熱ヒータへの通
電量を制御する制御手段とを備えているものである(請
求項2)。
In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel mixing section in which compressed air from a compressor and fuel are mixed, and a catalytic combustion section in which a mixture of compressed air and fuel is burned in a catalytic reaction. In a catalytic combustor comprising a preheating means for heating the compressed air or the mixture, and a heat exchanger for heating the compressed air on the upstream side of the preheating means by the heat recovered from the exhaust gas, as the preheating means, It is provided with a preheat heater and a control means for controlling the amount of electricity supplied to the preheat heater according to the outlet air temperature of the heat exchanger (claim 2).

【0008】[0008]

【作用】請求項1の触媒燃焼器では、予熱ヒータで圧縮
空気又は混合物を加熱(予熱)するので、この予熱時に
NOxが発生しない。しかも、触媒燃焼部の入口温度が
所定温度となるように、予熱ヒータへの通電量が制御手
段により制御されるので、触媒燃焼部の入口温度が所定
温度付近で安定し、高くなり過ぎることはない。
In the catalytic combustor according to the first aspect, the compressed air or the mixture is heated (preheated) by the preheater, so that NOx is not generated during this preheat. Moreover, since the amount of electricity supplied to the preheater is controlled by the control means so that the inlet temperature of the catalytic combustion portion becomes a predetermined temperature, the inlet temperature of the catalytic combustion portion is stable near the predetermined temperature and is not too high. Absent.

【0009】また、請求項2の触媒燃焼器でも、予熱ヒ
ータで圧縮空気又は混合物を予熱するので、この予熱時
にNOxが発生しない。しかも、予熱ヒータへの通電量
が制御手段により熱交換器の出口温度に応じて制御され
るので、触媒燃焼部の入口温度が安定し、高くなり過ぎ
ることはない。
Also in the catalytic combustor according to the second aspect, the compressed air or the mixture is preheated by the preheater, so that NOx is not generated during this preheat. Moreover, since the amount of electricity supplied to the preheater is controlled by the control means according to the outlet temperature of the heat exchanger, the inlet temperature of the catalytic combustion section is stable and does not become too high.

【0010】[0010]

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の各実施例を説
明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0011】なお、各実施例の説明において、同様の部
位には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
In the description of each embodiment, the same parts are designated by the same reference numerals, and the duplicated description will be omitted.

【0012】図1は本発明の第1実施例に係る触媒燃焼
器を用いたガスタービンエンジンを示す概略構成図で、
図2はこのガスタービンエンジンを示す縦断面図であ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a gas turbine engine using a catalytic combustor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing this gas turbine engine.

【0013】図2に示すように、ガスタービンエンジン
は、本体ハウジング1と、タービン軸2aを有するター
ビン2と、このタービン軸2aと一体に回転する圧縮機
ロータ3aを有する遠心式の圧縮機3と、触媒燃焼器4
と、タービン軸2aに連結された出力軸5とを備えてい
る。
As shown in FIG. 2, the gas turbine engine includes a main body housing 1, a turbine 2 having a turbine shaft 2a, and a centrifugal compressor 3 having a compressor rotor 3a rotating integrally with the turbine shaft 2a. And catalytic combustor 4
And an output shaft 5 connected to the turbine shaft 2a.

【0014】前記圧縮機3のダクト3b内には、不図示
のエアクリーナを通ってくる燃焼用空気が導入され、こ
の燃焼用空気がタービン軸2aと一体に回転する圧縮機
ロータ3aにより圧縮されて吐出されるようになってい
る。
Combustion air that has passed through an air cleaner (not shown) is introduced into the duct 3b of the compressor 3, and the combustion air is compressed by the compressor rotor 3a that rotates integrally with the turbine shaft 2a. It is designed to be discharged.

【0015】前記本体ケーシング1の内壁には、 圧縮
機3で圧縮された圧縮空気を触媒燃焼器4へ導く空気通
路1aが形成されている。この空気通路1aは、触媒燃
焼器4の外周部に形成された空気通路4aと連通してお
り、圧縮機3からの圧縮空気が空気通路1aを介して触
媒燃焼器4の空気通路4aに導入されるようになってい
る。
An air passage 1a is formed on the inner wall of the main body casing 1 to guide the compressed air compressed by the compressor 3 to the catalytic combustor 4. This air passage 1a communicates with an air passage 4a formed on the outer peripheral portion of the catalytic combustor 4, and compressed air from the compressor 3 is introduced into the air passage 4a of the catalytic combustor 4 via the air passage 1a. It is supposed to be done.

【0016】また、本体ハウジング1内には、タービン
2のタービンロータ2bを通過した燃焼ガス(排気ガ
ス)を外部に排出させるための排気ダクト6が設けられ
ている。触媒燃焼器4からの燃焼ガスは、排気ダクト6
の周囲の空間1bを通ってタービン2のノズル2cに入
るようになっている。このノズル2cには、可変静翼2
dが設けられており、この静翼2d及びノズル2cを通
過した燃焼ガスの運動エネルギーを受けてタービンロー
タ2bが回転することにより、そのタービン軸2aが回
転するようになっている。
An exhaust duct 6 is provided in the main body housing 1 for discharging the combustion gas (exhaust gas) that has passed through the turbine rotor 2b of the turbine 2 to the outside. The combustion gas from the catalytic combustor 4 is exhausted from the exhaust duct 6
The nozzle 2c of the turbine 2 passes through the space 1b around the nozzle 2c. The nozzle 2c has a variable stator vane 2
d is provided, and the turbine rotor 2b rotates by receiving the kinetic energy of the combustion gas that has passed through the stationary blade 2d and the nozzle 2c, so that the turbine shaft 2a thereof rotates.

【0017】前記排気ダクト6の下流側端部には、ター
ビン2から出る燃焼ガスを浄化するための酸化、還元触
媒7が設けられている。
At the downstream end of the exhaust duct 6, an oxidation / reduction catalyst 7 for purifying combustion gas emitted from the turbine 2 is provided.

【0018】触媒燃焼器4は、前記本体ハウジング1に
固定された円筒状ハウジング40と、このハウジング4
0の内部に配置され、本体ハウジング1の内部に固定さ
れた内筒41とを有している。内筒41の上流側内部は
燃料混合部42になっており、内筒41の下流側内部に
は触媒層から成る触媒燃焼部43が設けられている。
The catalytic combustor 4 includes a cylindrical housing 40 fixed to the main body housing 1 and the housing 4
0, and has an inner cylinder 41 fixed inside the main body housing 1. A fuel mixing section 42 is provided inside the inner cylinder 41 on the upstream side, and a catalytic combustion section 43 including a catalyst layer is provided inside the inner cylinder 41 on the downstream side.

【0019】内筒41の上流側端部の中央には、不図示
の燃料パイプを介して圧送される燃料を燃料混合部42
内に噴射する燃料ノズル44が装着されている。また、
内筒41の上流側端部に形成された円錐部には、圧縮機
3からの圧縮空気を燃料混合部42内に導入するための
空気導入孔41aが複数箇所に設けられている。
At the center of the upstream end of the inner cylinder 41, the fuel mixing section 42 is filled with fuel that is pressure-fed through a fuel pipe (not shown).
A fuel nozzle 44 for injecting is installed. Also,
An air introduction hole 41 a for introducing compressed air from the compressor 3 into the fuel mixing section 42 is provided at a plurality of locations in the conical portion formed at the upstream end of the inner cylinder 41.

【0020】さらに、触媒燃焼器43は、前記空気通路
4a内の、前記空気導入孔41aの上流側位置に設けら
れた予熱ヒータ45を有している。この予熱ヒータ45
への通電量を制御する制御手段として、電子コントロー
ルユニット(以下、ECUという)50とドライバ51
とが設けられている。
Further, the catalytic combustor 43 has a preheating heater 45 provided in the air passage 4a at a position upstream of the air introducing hole 41a. This preheater 45
An electronic control unit (hereinafter referred to as an ECU) 50 and a driver 51 are provided as control means for controlling the amount of electricity supplied to the device.
And are provided.

【0021】図1及び図2に示すように、前記ガスター
ビンエンジンには、圧縮機3の出口側温度T1、出口側
圧力P1を夫々検出する温度センサ61、圧力センサ6
2と、タービン軸2aの回転数(圧縮機3の回転数)N
eを検出する回転数センサ63と、予熱ヒータ45の出
口側空気温度(この出口側空気温度は、触媒燃焼部43
に流入する圧縮空気と燃料との混合物の温度と略等しい
ので、以下の説明では触媒燃焼部43の入口温度とい
う)T2を検出する温度センサ64とが設けられてい
る。なお、温度センサ64を触媒燃焼部43の入口側に
設けて、触媒燃焼部43の入口温度T2を直接検出する
ようにしてもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, in the gas turbine engine, a temperature sensor 61 and a pressure sensor 6 for detecting the outlet side temperature T1 and the outlet side pressure P1 of the compressor 3, respectively.
2 and the rotation speed of the turbine shaft 2a (the rotation speed of the compressor 3) N
The rotation speed sensor 63 for detecting e and the outlet side air temperature of the preheater 45 (this outlet side air temperature is
Since the temperature of the mixture of the compressed air and the fuel flowing into the chamber is substantially equal to the temperature of the mixture, a temperature sensor 64 for detecting T2 (referred to as the inlet temperature of the catalytic combustion portion 43) is provided in the following description. The temperature sensor 64 may be provided on the inlet side of the catalytic combustion unit 43 to directly detect the inlet temperature T2 of the catalytic combustion unit 43.

【0022】そして、前記ECU50は、図1に示すよ
うに、前記各センサ61乃至64からの入力信号のアナ
ログ値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入
力回路50aと、中央処理演算回路(以下、CPUとい
う)50bと、CPU50bで実行される各種演算プロ
グラム等を記憶するROM及び演算結果等を記憶するR
AMからなる記憶手段50cと、出力回路50dとを備
えている。
As shown in FIG. 1, the ECU 50 has an input circuit 50a having a function of converting an analog value of an input signal from each of the sensors 61 to 64 into a digital signal value, and a central processing arithmetic circuit. 50b (hereinafter referred to as CPU), a ROM storing various calculation programs executed by the CPU 50b, and an R storing operation results
The storage means 50c made of AM and the output circuit 50d are provided.

【0023】ECU50は、触媒燃焼部43の入口温度
(予熱ヒータ45の出口空気温度)T2が所定温度TA
(触媒燃焼部43での最適燃焼温度で、例えば、TA=
600度)となるように、エンジンの運転状態を表すパ
ラメータ、例えば前記回転数Ne、出口側温度T1、出
口側圧力P1に基づき予熱ヒータ45への通電量を制御
するように構成されている。
The ECU 50 determines that the inlet temperature T2 of the catalytic combustion section 43 (the outlet air temperature of the preheater 45) is a predetermined temperature TA.
(At the optimum combustion temperature in the catalytic combustion unit 43, for example, TA =
600 degrees), the energization amount to the preheat heater 45 is controlled on the basis of parameters indicating the operating state of the engine, for example, the rotation speed Ne, the outlet side temperature T1, and the outlet side pressure P1.

【0024】以下、上記構成を有する第1実施例の作動
を図3に基づいて説明する。
The operation of the first embodiment having the above construction will be described below with reference to FIG.

【0025】ガスタービンエンジンを始動させるために
不図示のセルモータスイッチをオンすると、不図示のセ
ルフスタータモータが作動してタービン軸2aが回転し
始めると共に圧縮機3の圧縮機ロータ3aが回転し始め
る。これによって、燃焼用空気が圧縮機3で圧縮され、
この圧縮空気が通路1a、4aを通って予熱ヒータ45
に導かれて加熱され(予熱され)、この加熱された圧縮
空気が内筒41の空気導入孔41aから燃料混合部42
内に導入される。この圧縮空気と燃料ノズル44から噴
射される燃料とが燃料混合部42内で混合され、この混
合物が触媒燃焼部43で触媒反応により燃焼し、その燃
焼ガスが空間1bを通ってタービン2のノズル2cに入
り、可変静翼2d及びノズル2cを通過した燃焼ガスの
運動エネルギーを受けてタービンロータ2bが回転する
ことにより、そのタービン軸2aが回転する。これによ
って、出力軸5から負荷への駆動力が得られる。そし
て、タービン2から出る燃焼ガスは、排気ダクト6内を
通って酸化、還元触媒7に導かれ、この触媒7で浄化さ
れて外部に排出される。
When a cell motor switch (not shown) is turned on to start the gas turbine engine, a self starter motor (not shown) is activated to start rotating the turbine shaft 2a and the compressor rotor 3a of the compressor 3. .. As a result, the combustion air is compressed by the compressor 3,
The compressed air passes through the passages 1a and 4a and the preheater 45
And is heated (preheated) to the fuel mixing section 42 from the air introduction hole 41a of the inner cylinder 41.
Will be introduced in. The compressed air and the fuel injected from the fuel nozzle 44 are mixed in the fuel mixing section 42, the mixture is combusted in the catalytic combustion section 43 by a catalytic reaction, and the combustion gas passes through the space 1b to the nozzle of the turbine 2. When the turbine rotor 2b rotates by receiving the kinetic energy of the combustion gas that has entered the 2c and passed through the variable vane 2d and the nozzle 2c, the turbine shaft 2a thereof rotates. Thereby, the driving force from the output shaft 5 to the load is obtained. Then, the combustion gas emitted from the turbine 2 is guided to the oxidation / reduction catalyst 7 through the inside of the exhaust duct 6, purified by the catalyst 7 and discharged to the outside.

【0026】このようにしてガスタービンエンジンが運
転が開始されたとき、ECU50は、図3に示すヒータ
通電量の制御処理を所定時間毎に実行する。
When the operation of the gas turbine engine is started in this manner, the ECU 50 executes the control processing of the heater energization amount shown in FIG. 3 every predetermined time.

【0027】この制御処理では、ステップ301で、エ
ンジンの運転状態を表すパラメータである前記回転数N
e、出口側温度T1、出口側圧力P1を読み込み、次のス
テップ302で、温度センサ64により検出される触媒
燃焼部43の入口温度(予熱ヒータ45の出口側空気温
度)T2を読み込む。このステップ302の実行後、次
のステップ303に進み、回転数Neと出口側圧力P1
から圧縮機3からの圧縮空気の空気流量Qを算出する。
In this control process, in step 301, the engine speed N, which is a parameter representing the operating state of the engine, is set.
e, the outlet side temperature T1, and the outlet side pressure P1 are read, and in the next step 302, the inlet temperature (outlet side air temperature of the preheat heater 45) T2 of the catalytic combustion unit 43 detected by the temperature sensor 64 is read. After the execution of this step 302, the routine proceeds to the next step 303, where the rotation speed Ne and the outlet side pressure P1
From this, the air flow rate Q of the compressed air from the compressor 3 is calculated.

【0028】この後、ステップ304に進み、前記入口
温度T2が前記所定温度TA(例えば、600度)より小
さいか否かを判定する。この判定結果がYESのとき、
すなわちT2がTAより低いとき、ステップ305に進
み、前記空気流量Qとその温度(前記出口側温度)T1
に基づき、予め記憶された図4に示す予熱ヒータの昇温
特性のテーブルを検索することにより、予熱ヒータ45
への通電量の増加量を決定する。この決定後、次のステ
ップ306に進み、ステップ305で決定された増加量
だけ予熱ヒータ45への通電量を増加させる。これによ
って、この通電量の増加量に応じた温度だけ図4の昇温
特性に従って触媒燃焼器43の入口温度T2が上昇す
る。前記ステップ306の実行後ステップ301に戻
る。
After that, the routine proceeds to step 304, where it is judged whether or not the inlet temperature T2 is lower than the predetermined temperature TA (for example, 600 degrees). When this determination result is YES,
That is, when T2 is lower than TA, the routine proceeds to step 305, where the air flow rate Q and its temperature (the outlet side temperature) T1.
Based on the above, the preheating heater 45 shown in FIG.
Determine the amount of increase in the amount of electricity supplied to. After this determination, the process proceeds to the next step 306, and the energization amount to the preheating heater 45 is increased by the increase amount determined in step 305. As a result, the inlet temperature T2 of the catalytic combustor 43 rises according to the temperature rise characteristic of FIG. After the execution of step 306, the process returns to step 301.

【0029】前記ステップ304の判定結果がNOにな
ると、ステップ307に進み、T2=TAか否かを判定す
る。この判定結果がYESのとき、ステップ308に進
み、予熱ヒータ45への現在の通電量を維持し、ステッ
プ301に戻る。
If the decision result in the step 304 is NO, the process advances to a step 307 to decide whether or not T2 = TA. When the result of this determination is YES, the routine proceeds to step 308, the current energization amount to the preheat heater 45 is maintained, and the routine returns to step 301.

【0030】一方、前記ステップ307の判定結果がN
Oになると、すなわちT2がTA以上になると、ステップ
309に進み、前記空気流量Qとその温度(前記出口側
温度)T1に基づき、図4に示す予熱ヒータの昇温特性
のテーブルを検索することにより、予熱ヒータ45への
通電量の減少量を決定する。この決定後、次のステップ
310に進み、ステップ309で決定された減少量だけ
予熱ヒータ45への通電量を減少させる。これによっ
て、この通電量の減少量に応じた温度だけ図4の昇温特
性に従って触媒燃焼器43の入口温度T2が低下する。
前記ステップ310の実行後ステップ301に戻る。
On the other hand, the judgment result of step 307 is N
When it becomes O, that is, when T2 becomes equal to or more than TA, the routine proceeds to step 309, where the temperature rising characteristic table of the preheat heater shown in FIG. 4 is searched based on the air flow rate Q and its temperature (the outlet side temperature) T1. Thus, the amount of decrease in the amount of electricity supplied to the preheater heater 45 is determined. After this determination, the process proceeds to the next step 310, and the energization amount to the preheat heater 45 is reduced by the reduction amount determined in step 309. As a result, the inlet temperature T2 of the catalytic combustor 43 is lowered according to the temperature rise characteristic of FIG.
After the execution of step 310, the process returns to step 301.

【0031】このように、上記第1実施例によれば、圧
縮機3からの圧縮空気は予熱ヒータ45で加熱(予熱)
されるので、この予熱時にNOxは発生しない。従っ
て、前記排気ダクト6及び酸化、還元触媒7を通って排
出される排気ガスの排気ガス特性が向上する。しかも、
上述したように予熱ヒータ45への通電量が制御される
ことにより、触媒燃焼部43の入口温度T2が所定温度
TA付近で安定し、この入口温度T2が高くなり過ぎるこ
とはない。従って、燃料混合部42内に噴射される燃料
制御が簡単になると共に、触媒燃焼部43の劣化及び損
傷が防止される。また、上記従来技術で予熱手段として
用いているプリバーナの代わりに、予熱ヒータ45を用
いているので、前記燃料混合部42に供給する燃料のみ
を制御すればよいので、この点でも燃料制御が簡単にな
る。
As described above, according to the first embodiment, the compressed air from the compressor 3 is heated by the preheater 45 (preheat).
Therefore, NOx is not generated during this preheating. Therefore, the exhaust gas characteristics of the exhaust gas discharged through the exhaust duct 6 and the oxidation / reduction catalyst 7 are improved. Moreover,
By controlling the amount of electricity supplied to the preheating heater 45 as described above, the inlet temperature T2 of the catalytic combustion unit 43 is stabilized near the predetermined temperature TA, and the inlet temperature T2 does not become too high. Therefore, control of the fuel injected into the fuel mixing section 42 is simplified, and deterioration and damage of the catalytic combustion section 43 are prevented. Further, since the preheater 45 is used in place of the preburner used as the preheating means in the above-mentioned conventional technique, only the fuel supplied to the fuel mixing section 42 needs to be controlled. Therefore, fuel control is also simple in this respect. become.

【0032】なお、上記第1実施例では、圧縮機3から
の圧縮空気を予熱ヒータ45で加熱するようにしている
が、燃料混合部42内で混合される圧縮空気と燃料の混
合物を予熱ヒータ45で加熱するように構成してもよ
い。
In the first embodiment, the compressed air from the compressor 3 is heated by the preheat heater 45. However, the mixture of compressed air and fuel mixed in the fuel mixing section 42 is preheated by the preheat heater. The heating may be performed at 45.

【0033】また、上記第1実施例において、触媒燃焼
部43の入口温度(予熱ヒータ45の出口側空気温度)
T2が所定温度になるように、予熱ヒータ45への通電
量をフィードバック制御するようにしてもよい。
Further, in the first embodiment, the inlet temperature of the catalytic combustion section 43 (air temperature on the outlet side of the preheat heater 45).
The amount of electricity supplied to the preheater 45 may be feedback-controlled so that T2 becomes a predetermined temperature.

【0034】次に、図5及び図6に基づいて本発明の第
2実施例を説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0035】この第2実施例は、上記第1実施例のガス
タービンエンジンに、蓄熱式の熱交換器70を設けたも
のである。すなわち、この熱交換器70は、前記タービ
ン2からでた燃焼ガス(排気ガス)から熱を回収し、こ
の熱で圧縮機3からの圧縮空気を加熱するものである。
そして、この第2実施例では、熱交換器70の出口空気
温度T3を検出する温度センサ65が設けられている。
In the second embodiment, a heat storage type heat exchanger 70 is provided in the gas turbine engine of the first embodiment. That is, the heat exchanger 70 recovers heat from the combustion gas (exhaust gas) emitted from the turbine 2 and heats the compressed air from the compressor 3 with this heat.
In the second embodiment, a temperature sensor 65 for detecting the outlet air temperature T3 of the heat exchanger 70 is provided.

【0036】この第2実施例では、ECU50は、温度
センサ65で検出された前記出口空気温度T3が所定温
度TA(例えば、600度)になるように、すなわちこ
の出口空気温度T3に応じて予熱ヒータ45への通電量
を制御するように構成されている。
In the second embodiment, the ECU 50 preheats the outlet air temperature T3 detected by the temperature sensor 65 to a predetermined temperature TA (for example, 600 degrees), that is, preheats in accordance with the outlet air temperature T3. It is configured to control the amount of electricity supplied to the heater 45.

【0037】この第2実施例では、ガスタービンエンジ
ンの運転が開始されると、図6に示すヒータ通電量の制
御処理を一定時間毎に実行する。
In the second embodiment, when the operation of the gas turbine engine is started, the heater energization amount control process shown in FIG. 6 is executed at regular time intervals.

【0038】この制御処理では、ステップ601におい
て、温度センサ65で検出される熱交換器70の出口空
気温度T3を読み込む。次に、ステップ602に進み、
T3が所定温度TAより小さいか否かを判定する。この判
定結果がYESのとき、すなわちT3が所定温度TAより
低いとき、ステップ603に進み、予熱ヒータ45への
通電量を増加させる。このステップ603の実行後ステ
ップ601に戻る。
In this control process, in step 601, the outlet air temperature T3 of the heat exchanger 70 detected by the temperature sensor 65 is read. Next, in step 602,
It is determined whether T3 is lower than the predetermined temperature TA. When this determination result is YES, that is, when T3 is lower than the predetermined temperature TA, the routine proceeds to step 603, where the amount of electricity supplied to the preheat heater 45 is increased. After execution of step 603, the process returns to step 601.

【0039】前記ステップ602の判定結果がNOにな
ったとき、ステップ604に進み、T3=TAか否かを判
定する。この判定結果がYESのとき、ステップ605
に進み、予熱ヒータ45への現在の通電量を維持し、ス
テップ601に戻る。
When the decision result in the step 602 is NO, the routine proceeds to a step 604, and it is decided whether or not T3 = TA. When this determination result is YES, step 605
Then, the current amount of electricity supplied to the preheat heater 45 is maintained, and the process returns to step 601.

【0040】一方、前記ステップ604の判定結果がN
Oになると、すなわちT3がTA以上になると、ステップ
606に進み、予熱ヒータ45への通電量を減少させる
か又は通電を停止させる。このステップ606の実行後
ステップ601に戻る。
On the other hand, the judgment result of the step 604 is N
When it becomes O, that is, when T3 becomes TA or more, the routine proceeds to step 606, where the energization amount to the preheat heater 45 is reduced or the energization is stopped. After execution of step 606, the process returns to step 601.

【0041】このように、上記第2実施例においても、
圧縮機3からの圧縮空気は予熱ヒータ45で加熱(予
熱)されるので、この予熱時にNOxは発生せず、排気
ガス特性が向上する。しかも、上述したように予熱ヒー
タ45への通電量が制御されることにより、触媒燃焼部
43の入口温度T2が安定し、この入口温度T2が高くな
り過ぎることはない。従って、燃料混合部42内に噴射
される燃料制御が簡単になると共に、触媒燃焼部43の
劣化及び損傷が防止される。
Thus, also in the second embodiment,
Since the compressed air from the compressor 3 is heated (preheated) by the preheater 45, NOx is not generated during this preheat and the exhaust gas characteristics are improved. Moreover, by controlling the amount of electricity supplied to the preheater 45 as described above, the inlet temperature T2 of the catalytic combustion section 43 is stabilized, and the inlet temperature T2 does not become too high. Therefore, control of the fuel injected into the fuel mixing section 42 is simplified, and deterioration and damage of the catalytic combustion section 43 are prevented.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明(請求項
1)に係る触媒燃焼器によれば、圧縮機からの圧縮空気
と燃料とが混合される燃料混合部と、圧縮空気と燃料の
混合物を触媒反応で燃焼させる触媒燃焼部と、前記圧縮
空気又は前記混合物を加熱する予熱手段とを備えた触媒
燃焼器において、前記予熱手段としての予熱ヒータと、
前記触媒燃焼部の入口温度が所定温度となるように、エ
ンジン運転状態を表すパラメータに基づき前記予熱ヒー
タへの通電量を制御する制御手段とを備えている構成に
より、予熱ヒータで圧縮空気又は混合物を加熱(予熱)
するので、この予熱時にNOxが発生しない。しかも、
触媒燃焼部の入口温度が所定温度となるように、予熱ヒ
ータへの通電量が制御手段により制御されるので、触媒
燃焼部の入口温度が所定温度付近で安定し、高くなり過
ぎることはない。従って、圧縮空気又は混合物の予熱時
におけるNOxの発生を無くして排気ガス特性の向上を
図ることができ、燃料制御を簡単にでき、触媒燃焼部の
触媒の劣化及び損傷を防止することができる。また、前
記入口温度が高くなり過ぎないので、ガスタービンエン
ジンに用いられた場合に、タービン入口温度が高くなり
過ぎることはなく、出力が安定し且つタービンに損傷を
与えることもない。
As described above in detail, according to the catalytic combustor of the present invention (Claim 1), the fuel mixing section in which the compressed air from the compressor and the fuel are mixed, the compressed air and the fuel are mixed. In a catalytic combustor provided with a catalytic combustion unit for combusting the mixture by a catalytic reaction, and a preheating unit for heating the compressed air or the mixture, a preheating heater as the preheating unit,
With a configuration including control means for controlling the amount of electricity supplied to the preheater based on a parameter indicating the engine operating state so that the inlet temperature of the catalytic combustion part becomes a predetermined temperature, compressed air or a mixture is supplied by the preheater. Heating (preheat)
Therefore, NOx is not generated during this preheating. Moreover,
Since the amount of electricity supplied to the preheating heater is controlled by the control means so that the inlet temperature of the catalytic combustion portion becomes the predetermined temperature, the inlet temperature of the catalytic combustion portion is stable around the predetermined temperature and does not become too high. Therefore, the generation of NOx at the time of preheating the compressed air or the mixture can be eliminated to improve the exhaust gas characteristics, the fuel control can be simplified, and the deterioration and damage of the catalyst in the catalyst combustion section can be prevented. Further, since the inlet temperature does not become too high, when used in a gas turbine engine, the turbine inlet temperature does not become too high, the output is stable, and the turbine is not damaged.

【0043】本発明(請求項2)に係る触媒燃焼器によ
れば、圧縮機からの圧縮空気と燃料とが混合される燃料
混合部と、圧縮空気と燃料の混合物を触媒反応で燃焼さ
せる触媒燃焼部と、前記圧縮空気又は前記混合物を加熱
する予熱手段と、排気ガスから回収した熱で圧縮空気を
予熱手段の上流側で加熱する熱交換器とを備えた触媒燃
焼器において、前記予熱手段としての予熱ヒータと、前
記熱交換器の出口空気温度に応じて前記予熱ヒータへの
通電量を制御する制御手段とを備えている構成により、
予熱ヒータで圧縮空気又は混合物を予熱するので、この
予熱時にNOxが発生しない。しかも、予熱ヒータへの
通電量が制御手段により熱交換器の出口温度に応じて制
御されるので、触媒燃焼部の入口温度が安定し、高くな
り過ぎることはない。従って、圧縮空気又は混合物の予
熱時におけるNOxの発生を無くして排気ガス特性の向
上を図ることができ、燃料制御を簡単にでき、触媒燃焼
部の触媒の劣化及び損傷を防止することができる。ま
た、ガスタービンエンジンに用いられた場合に、上記と
同様の理由により出力が安定し且つタービンに損傷を与
えることもない。
According to the catalytic combustor of the present invention (Claim 2), the fuel mixing section in which the compressed air from the compressor is mixed with the fuel, and the catalyst for burning the mixture of the compressed air and the fuel by the catalytic reaction. A catalyst combustor comprising a combustion section, a preheating means for heating the compressed air or the mixture, and a heat exchanger for heating the compressed air on the upstream side of the preheating means by the heat recovered from the exhaust gas, wherein the preheating means And a control means for controlling the amount of electricity supplied to the preheater according to the outlet air temperature of the heat exchanger,
Since the preheating heater preheats the compressed air or the mixture, NOx is not generated during this preheating. Moreover, since the amount of electricity supplied to the preheater is controlled by the control means in accordance with the outlet temperature of the heat exchanger, the inlet temperature of the catalytic combustion section is stable and does not become too high. Therefore, the generation of NOx at the time of preheating the compressed air or the mixture can be eliminated to improve the exhaust gas characteristics, the fuel control can be simplified, and the deterioration and damage of the catalyst in the catalyst combustion part can be prevented. Further, when used in a gas turbine engine, the output is stable and the turbine is not damaged for the same reason as above.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例に係る触媒燃焼器を用いた
ガスタービンエンジンを示す概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a gas turbine engine using a catalytic combustor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のガスタービンエンジンを示す縦断面図で
ある。
FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing the gas turbine engine of FIG.

【図3】第1実施例におけるヒータ通電量の制御処理を
示すフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart showing a control process of a heater energization amount in the first embodiment.

【図4】予熱ヒータの昇温特性を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a temperature rising characteristic of a preheating heater.

【図5】本発明の第2実施例に係る触媒燃焼器を用いた
ガスタービンエンジンを示す概略構成図である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a gas turbine engine using a catalytic combustor according to a second embodiment of the present invention.

【図6】第2実施例におけるヒータ通電量の制御処理を
示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing a heater energization amount control process in the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 圧縮機 4 触媒燃焼器 42 燃料混合部 43 触媒燃焼部 45 予熱ヒータ 50 ECU(制御手段) 51 ドライバ(制御手段) 3 Compressor 4 Catalytic Combustor 42 Fuel Mixing Section 43 Catalytic Combustion Section 45 Preheater 50 ECU (Control Means) 51 Driver (Control Means)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧縮機からの圧縮空気と燃料とが混合さ
れる燃料混合部と、圧縮空気と燃料の混合物を触媒反応
で燃焼させる触媒燃焼部と、前記圧縮空気又は前記混合
物を加熱する予熱手段とを備えた触媒燃焼器において、
前記予熱手段としての予熱ヒータと、前記触媒燃焼部の
入口温度が所定温度となるように、エンジン運転状態を
表すパラメータに基づき前記予熱ヒータへの通電量を制
御する制御手段とを備えていることを特徴とする触媒燃
焼器。
1. A fuel mixing section in which compressed air from a compressor and fuel are mixed, a catalytic combustion section in which a mixture of compressed air and fuel is burned by a catalytic reaction, and preheating for heating the compressed air or the mixture. In a catalytic combustor with means,
A preheating heater as the preheating means, and a control means for controlling an energization amount to the preheating heater on the basis of a parameter representing an engine operating state so that an inlet temperature of the catalyst combustion section becomes a predetermined temperature. A catalytic combustor characterized by.
【請求項2】 圧縮機からの圧縮空気と燃料とが混合さ
れる燃料混合部と、圧縮空気と燃料の混合物を触媒反応
で燃焼させる触媒燃焼部と、前記圧縮空気又は前記混合
物を加熱する予熱手段と、排気ガスから回収した熱で圧
縮空気を予熱手段の上流側で加熱する熱交換器とを備え
た触媒燃焼器において、前記予熱手段としての予熱ヒー
タと、前記熱交換器の出口空気温度に応じて前記予熱ヒ
ータへの通電量を制御する制御手段とを備えていること
を特徴とする触媒燃焼器。
2. A fuel mixing section for mixing compressed air and fuel from a compressor, a catalytic combustion section for burning a mixture of compressed air and fuel in a catalytic reaction, and preheating for heating the compressed air or the mixture. Means and a heat exchanger for heating the compressed air with the heat recovered from the exhaust gas on the upstream side of the preheating means, a preheating heater as the preheating means, and an outlet air temperature of the heat exchanger. And a control means for controlling the amount of electricity supplied to the preheater according to the above.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6109018A (en) * 1996-07-26 2000-08-29 Catalytica, Inc. Electrically-heated combustion catalyst structure and method for start-up of a gas turbine using same
US6125625A (en) * 1997-12-20 2000-10-03 Alliedsignal, Inc. Low NOx conditioner system for a microturbine power generating system
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
JP2007500815A (en) * 2003-07-31 2007-01-18 メス インターナショナル,インコーポレイテッド Recovered heat exchange gas turbine engine system and method employing catalytic combustion

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