JPH06300265A - Low nox gas turbine combustor - Google Patents
Low nox gas turbine combustorInfo
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- JPH06300265A JPH06300265A JP10620493A JP10620493A JPH06300265A JP H06300265 A JPH06300265 A JP H06300265A JP 10620493 A JP10620493 A JP 10620493A JP 10620493 A JP10620493 A JP 10620493A JP H06300265 A JPH06300265 A JP H06300265A
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- mixed
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービンの油焚用
燃焼器に適用される低NOx化に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to reduction of NOx applied to an oil-burning combustor of a gas turbine.
【0002】[0002]
【従来の技術】ガスタービン燃焼器からの排ガスの低N
Ox化を図る手段としては燃料、空気の完全予混合やリ
ーンバーン等多くの手段が用いられるが、その基本は火
炎温度を下げることにある。これは1,600℃以下の
火炎温度ではNOx(サーマルNOx)が殆ど発生しな
いことによる。2. Description of the Related Art Low N emission gas from a gas turbine combustor
Although many means such as complete premixing of fuel and air and lean burn are used as means for achieving Ox conversion, the basis thereof is to lower the flame temperature. This is because NOx (thermal NOx) is hardly generated at a flame temperature of 1,600 ° C. or lower.
【0003】火炎温度を下げる手段としては、上記の如
き燃焼方法によるものだけでなく、火炎中に水や水蒸気
を導入する方法もあり、一般的に使われている。As a means for lowering the flame temperature, not only the above-mentioned combustion method but also a method of introducing water or steam into the flame is generally used.
【0004】油焚燃焼器においては、図3に示す如く、
燃焼器外筒1の内側に設けられた空気流路3を流れる燃
焼用空気の中へ水蒸気を入れ、この中に最終段噴霧ノズ
ルから燃料油を噴出するのが一般的である。しかし、こ
の場合には下記の2つの制約がある。 (1)空気と水蒸気を完全に予混合する。 (2)空気、水蒸気の混合体を火炎中に等量分散する。 すなわち、これらの制約が解決されない限り、火炎温度
を平均的に低く抑えることができても局所的には高い温
度が発生する場合があり、そこでNOxが発生するのを
抑えられないといった欠点があった。In the oil fired combustor, as shown in FIG.
It is general that steam is introduced into the combustion air flowing through the air flow path 3 provided inside the combustor outer cylinder 1, and fuel oil is jetted into this from the final stage spray nozzle. However, in this case, there are the following two restrictions. (1) Completely premix air and water vapor. (2) Equal amount of a mixture of air and water vapor is dispersed in the flame. That is, unless these restrictions are solved, even if the flame temperature can be suppressed to an average low value, a high temperature may be generated locally, and there is a drawback that NOx generation cannot be suppressed there. It was
【0005】この問題点は主に上記(2)の制約を達成
することの難しさを示していると考えられ、実機で水蒸
気を注入する場合に、NOxが下がらないということで
過度の量の水蒸気を燃焼器中に導入することとなり、こ
れが局所的な温度低下をひき起し、燃焼不安定を発生す
る要因ともなっている。このため、上記(2)の課題を
達成するための対策が現在ぜひとも必要となっている。It is considered that this problem is mainly due to the difficulty of achieving the above-mentioned constraint (2), and when water vapor is injected in an actual machine, NOx does not decrease, which means an excessive amount of NOx. Water vapor is introduced into the combustor, which causes a local temperature drop and also causes combustion instability. For this reason, measures for achieving the above-mentioned problem (2) are now absolutely necessary.
【0006】なお、水蒸気、水を火炎中に導入してNO
x低減を図ることの理由付けには火炎温度低減以外にも
種々の見解があるが、ここでは理解を容易にするため火
炎温度低減のみを取上げている。It is to be noted that when steam or water is introduced into the flame, NO
There are various views other than the flame temperature reduction as a reason for reducing x, but here, only the flame temperature reduction is taken into consideration for easy understanding.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の燃焼
用空気の中へ水蒸気、水を導入する手段においては、空
気と水蒸気を完全混合させることができたとしても、油
焚燃焼器の場合、従来拡散燃焼が一般的なため、燃える
段階での油滴、空気の混合は必ずしも一様でなく、局所
的には燃料油滴の多い部分が生じて火炎温度が高くな
り、NOxを多い発生する原因となっていた。By the way, in the conventional means for introducing steam and water into the combustion air, even if the air and steam can be completely mixed, in the case of the oil-fired combustor, Since conventional diffusion combustion is common, the mixing of oil droplets and air at the stage of burning is not always uniform, and a portion with many fuel oil droplets locally occurs to raise the flame temperature and generate a large amount of NOx. It was the cause.
【0008】この欠陥を解決するためには次の2つの手
段が考えられる。 (a)燃料油の蒸発ガスと空気・水蒸気混合物を燃焼前
に完全予混合しておく。 (b)燃料油と水を空気と接触する前に混合しておく。 根本的な対策としては上記(a)が望ましいことは当然
であるが、油燃料の場合には自己着火温度が低く240
〜350℃の範囲にあり、ガスタービンのように燃焼用
空気の温度が約400℃と高い場合にはこの(a)の方
法を採用することは予混合室内での着火というリスクを
負うものである。このため、本発明は上記(b)の課題
を低コストで簡易な方法をもって解決する手法を提供
し、ガスタービン燃焼器の低NOx化を図ろうとするも
のである。The following two means can be considered to solve this defect. (A) Evaporative emission of fuel oil and air / steam mixture are completely premixed before combustion. (B) Mix fuel oil and water before contacting with air. As a fundamental measure, it is natural that the above (a) is desirable, but in the case of oil fuel, the self-ignition temperature is low and 240
If the temperature of the combustion air is as high as about 400 ° C as in a gas turbine, the use of this method (a) carries the risk of ignition in the premix chamber. is there. Therefore, the present invention provides a method for solving the above-mentioned problem (b) by a low cost and a simple method, and intends to reduce the NOx of the gas turbine combustor.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決するもので、ガスタービンの油焚燃焼器において、
燃料油と水とを混合する第1の混合装置と、該第1の混
合装置で混合された油・水の混合体と空気とを混合する
第2の混合装置と、該第2の混合装置で混合された油・
水・空気の混合体を噴霧するノズルとを備えたことを特
徴とする低NOxガスタービン燃焼器である。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is to solve the above-mentioned problems, and in an oil-fired combustor of a gas turbine,
A first mixing device for mixing fuel oil and water, a second mixing device for mixing the oil / water mixture mixed by the first mixing device and air, and the second mixing device. Oil mixed in
A low NOx gas turbine combustor, comprising a nozzle for spraying a mixture of water and air.
【0010】[0010]
【作用】前述の手段によれば、最初に第1の混合装置で
燃料油と水を混合し、続いて第2の混合装置で油・水の
混合体と空気を混合するようにしたので、燃料油と水は
空気と接触する前に完全混合される。こうして完全混合
された油・水の混合体は、第2の混合装置で空気が混合
されて油・水・空気の混合体となりノズルから噴霧され
る。According to the above-mentioned means, the fuel oil and water are first mixed in the first mixing device, and then the oil / water mixture and air are mixed in the second mixing device. Fuel oil and water are thoroughly mixed before contact with air. The oil / water mixture thus completely mixed is mixed with air by the second mixing device to be a mixture of oil / water / air, which is sprayed from the nozzle.
【0011】このため、燃焼段階での油・水・空気の混
合は一様に保たれ、局所的に火炎温度が高くなるのを防
止できるのでNOxが局所的に多く発生するようなこと
はない。Therefore, the mixture of oil, water and air in the combustion stage is kept uniform, and it is possible to prevent the flame temperature from rising locally, so that a large amount of NOx is not locally generated. .
【0012】[0012]
【実施例】本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。図1の概念図において、2は水・油混合部、8はエ
ジェクタ、9は中間チャンバ、10はスロート部、12
はミキシングチャンバ、14は水、15はオリフィス、
17はノズル、18はエジェクタ壁体を各々示してい
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the conceptual diagram of FIG. 1, 2 is a water / oil mixing section, 8 is an ejector, 9 is an intermediate chamber, 10 is a throat section, 12
Is a mixing chamber, 14 is water, 15 is an orifice,
Reference numeral 17 is a nozzle, and 18 is an ejector wall.
【0013】燃焼器外筒1と燃焼器内筒6とで燃焼器胴
体を構成し、燃焼器内筒6の内部には、管路16の内部
にオリフィス15を該管路16の内径の2倍の間隔で設
置(本実施例では3ケ)することにより構成された水・
油混合部2と、該混合部2の下流側を縮径してノズル1
7を有する塞板を取付け該縮径部をエジェクタ壁体18
で囲繞したスロート部10とからなるエジェクタ8と、
該エジェクタ8の下流側に接続された中間チャンバ9
と、該チャンバ9の先端部に下流側に縮径した壁面に最
終段噴霧ノズル5とが取付けてある。ここで、前記ノズ
ル5は2ケ以上(本実施例では気流にクロスフローで噴
出するよう4つ設置)とし、管径16の大きい時は数を
増やす。スロート部10および中間チャンバ9は流量に
応じてその寸法を決定する。また、ノズル5の数は1つ
でも良い。The combustor outer cylinder 1 and the combustor inner cylinder 6 constitute a combustor body. Inside the combustor inner cylinder 6, an orifice 15 is provided inside a pipe line 16, and an orifice 15 is 2 times the inner diameter of the pipe line 16. Water composed by installing at double intervals (3 in this embodiment)
The oil mixing section 2 and the nozzle 1 with the diameter of the downstream side of the mixing section 2 reduced
7 is attached, and the reduced diameter portion is attached to the ejector wall 18
An ejector 8 including a throat portion 10 surrounded by
Intermediate chamber 9 connected to the downstream side of the ejector 8
The final stage spray nozzle 5 is attached to the wall surface of which the diameter is reduced downstream at the tip of the chamber 9. Here, the number of the nozzles 5 is two or more (in this embodiment, four nozzles are installed so as to eject in a cross flow in the air flow), and the number is increased when the pipe diameter 16 is large. The throat section 10 and the intermediate chamber 9 determine their dimensions according to the flow rate. Further, the number of nozzles 5 may be one.
【0014】上記燃焼器には油11を供給する配管が水
・油混合部2に接続されており、途中、水14を供給す
る配管と合流しミキシングチャンバ12を形成してい
る。合流部には油11の上流側へ向けてのクロスフロー
合流を採用し、本実施例での角度θはθ=130°にし
てある(通常はθ=110°〜140°の範囲で設定す
る)。この油11及び水14はいずれも高圧ポンプによ
って供給され、各配管上に取付つけられた弁13によっ
てその流量を調整できるようになっている。A pipe for supplying oil 11 is connected to the water / oil mixing section 2 in the combustor, and joins with a pipe for supplying water 14 to form a mixing chamber 12 on the way. Crossflow merging of the oil 11 toward the upstream side is adopted for the merging portion, and the angle θ in this embodiment is θ = 130 ° (normally set in the range of θ = 110 ° to 140 °). ). Both the oil 11 and the water 14 are supplied by a high-pressure pump, and the flow rate thereof can be adjusted by a valve 13 mounted on each pipe.
【0015】すなわち、油11及び水14は、図2に示
す基本原理図の如く、ミキシングチャンバ12において
第1段階の混合を行い、さらに、水・油混合部2で数段
のオリフィス15を通過して完全混合されるように構成
されており、上記ミキシングチャンバ12、水・油混合
部2及びその関連部材により第1の混合装置を形成して
いる。That is, the oil 11 and the water 14 undergo the first stage mixing in the mixing chamber 12 as shown in the basic principle diagram shown in FIG. 2, and further pass through the orifices 15 of several stages in the water / oil mixing section 2. The mixing chamber 12, the water / oil mixing section 2 and the related members thereof form a first mixing device.
【0016】上記構成のもとにおいて、それぞれの高圧
ポンプで供給された油11及び水14は弁13を通り、
ミキシングチャンバ12によって混合される。このと
き、水14は油11の上流側に向けてのクロスフロー合
流となるので混合が効率良くなされる(衝突による混合
促進)。ミキシングチャンバ12を出た油と水の混合流
体は、混合部2に入り、オリフィス後流に発生する渦に
よって油・水の混合が完全に行われる。Under the above structure, the oil 11 and the water 14 supplied by the respective high pressure pumps pass through the valve 13,
It is mixed by the mixing chamber 12. At this time, the water 14 forms a cross-flow merging toward the upstream side of the oil 11, so that the mixing is efficiently performed (mixing promotion by collision). The mixed fluid of oil and water that has flowed out of the mixing chamber 12 enters the mixing section 2, and the mixing of oil and water is completely performed by the vortex generated behind the orifice.
【0017】混合部2からの油・水の混合流体は、第2
の混合装置となるエジェクタ8のノズル17から噴出さ
れ、このときエジェクタ壁体18を通って周辺の空気流
4(図示されない圧縮機から燃焼用空気流路3を通って
供給される)から空気がスロート部10で発生した負圧
によって油・水混合流体の中に吸引される。この吸引さ
れた空気を含めた油・水の流れは中間チャンバ9の中で
混合される。The mixed fluid of oil and water from the mixing section 2 is the second fluid.
Is ejected from the nozzle 17 of the ejector 8 serving as the mixing device of the above, and at this time, air is ejected from the peripheral air flow 4 (supplied from the compressor (not shown) through the combustion air flow path 3) through the ejector wall body 18. The negative pressure generated in the throat portion 10 is sucked into the oil / water mixed fluid. The oil / water flows including the sucked air are mixed in the intermediate chamber 9.
【0018】油・水及び空気の混合流体は最終段噴霧ノ
ズル5を通して空気流4中へ噴出され、油・水の混合流
体が液滴として気流中へ分散される。The mixed fluid of oil / water and air is jetted into the air stream 4 through the final stage spray nozzle 5, and the mixed fluid of oil / water is dispersed in the air stream as droplets.
【0019】なお、油・水混合部2から最終段噴霧ノズ
ル5に至る構成はガスタービン燃焼器の中に燃料油量に
応じて複数個設置するものであり、図2においては、燃
焼器との関係を概念的に示している。A plurality of components from the oil / water mixing section 2 to the final stage spray nozzle 5 are installed in the gas turbine combustor according to the amount of fuel oil. In FIG. Conceptually shows the relationship between.
【0020】[0020]
【発明の効果】前述した本発明によれば、下記のような
効果を奏する。 (1)ミキシングチャンバ12及び水・油混合部2によ
り、油と水の混合を充分に行うことができる。油と水の
混合現象は、油の密度や粘性が水とは異なるところに特
徴があるが、管路16の流速を大きくし、管路の内部フ
ルード数Fの値を20以上にすることにより、密度の違
いによる影響をなくすことができる。また、油の種類と
しては、軽油またはA重油を用いることにより、粘性の
違いの影響を低減できるので、水と水との混合と同等に
扱うことができ、油と水相互の混合を充分行なわしめる
ことが可能になる。なお、内部フルード数Fは次式によ
って求められる。 但し、u0は管路流速、Dは管径、ρは液比重、Δρ0は
油・水の比重差である。 (2)ノズル17から噴出した油・水の混合体はエジェ
クタ効果により壁体18とノズル17の間から空気を吸
込むが、ノズル17からの噴出によるアトマイズ(微細
化)効果は中間チャンバ9が小さいため殆ど望めない。
しかし、吸込んだ空気と油流との流速差によりせん断力
が生じ、油・水の混合体の中に空気が混入する。最終段
噴霧ノズル5から噴出する時、上記の油・水の混合体は
高圧噴霧のために勿論アトマイズされて微滴化するが、
通常の油のみのアトマイズと違い、次の効果がある。 (a)油と水の蒸発速度の差により、油滴が燃える時の
粒径を通常の油のみの噴霧の場合より小さくでき、空気
との接触表面積が全体としては増大するので燃え易さも
増大する。 (b)油滴と共に、アトマイズされた水は、蒸発する時
の蒸発潜熱により周辺のガス温度を下げると共に、ガス
中の酸素分圧を低下させるので、燃焼によるNOx発生
量を極端に低減できる。 (c)油滴と共にアトマイズされた水滴は、当然なが
ら、燃料の空間分布の中に均一に分布しているため、上
記(b)の効果は火炎中に均一に現れ、水蒸気、水を燃
焼用空気の中に入れた場合にみられる様な火炎中の局所
高温の発生がないので、この局所高温に伴うNOx発生
を防止できる。 (3)最終段ノズル5からの噴霧に際し、油、水の混合
体以外に小量の空気が存在するため、噴霧後にはこの空
気の膨張によりアトマイズ効果が向上して噴霧粒径を小
さくできる。According to the present invention described above, the following effects are exhibited. (1) Oil and water can be sufficiently mixed by the mixing chamber 12 and the water / oil mixing section 2. The mixing phenomenon of oil and water is characterized in that the density and viscosity of oil are different from those of water, but by increasing the flow velocity in the pipeline 16 and setting the value of the internal Froude number F of the pipeline to 20 or more. , It is possible to eliminate the influence of the difference in density. Also, by using light oil or heavy oil A as the type of oil, the effect of the difference in viscosity can be reduced, so that it can be treated in the same way as water and water mixing, and oil and water are sufficiently mixed. It becomes possible to tighten. The internal Froude number F is obtained by the following equation. However, u 0 is the pipe flow velocity, D is the pipe diameter, ρ is the liquid specific gravity, and Δρ 0 is the oil / water specific gravity difference. (2) The mixture of oil and water ejected from the nozzle 17 sucks air from between the wall 18 and the nozzle 17 by the ejector effect, but the atomization (miniaturization) effect by ejection from the nozzle 17 is small in the intermediate chamber 9. Therefore, I can hardly expect it.
However, shear force is generated due to the difference in the flow velocity between the sucked air and the oil flow, and the air is mixed in the oil / water mixture. When jetted from the final stage spray nozzle 5, the above mixture of oil and water is atomized due to the high pressure spray to be atomized.
Unlike normal oil-only atomization, it has the following effects. (A) Due to the difference in the evaporation rate of oil and water, the particle size when the oil droplets burn can be made smaller than in the case of spraying only ordinary oil, and the surface area in contact with air increases as a whole, so the flammability also increases. To do. (B) Since the atomized water along with the oil drops lowers the temperature of the surrounding gas due to the latent heat of vaporization at the time of evaporation and also lowers the oxygen partial pressure in the gas, the amount of NOx generated by combustion can be extremely reduced. (C) Since the water droplets atomized together with the oil droplets are, of course, uniformly distributed in the spatial distribution of the fuel, the effect of the above (b) appears evenly in the flame to burn steam and water. Since no local high temperature is generated in the flame as seen in the case of being placed in air, it is possible to prevent NOx generation due to this local high temperature. (3) At the time of spraying from the final stage nozzle 5, since a small amount of air is present in addition to the mixture of oil and water, the atomizing effect is improved by the expansion of this air after spraying, and the spray particle size can be reduced.
【図1】本発明の一実施例に係る低NOxガスタービン
燃焼器の概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of a low NOx gas turbine combustor according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の基本原理を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a basic principle of the present invention.
【図3】従来例を示す概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram showing a conventional example.
【符号の説明】 1 燃焼器外筒 2 水・油混合部 4 空気流 5 最終段噴霧ノズル 6 燃焼器内筒 7 燃焼器予混合部 8 エジェクタ 9 中間チャンバ 10 スロート部 11 油 12 ミキシングチャンバ 14 水 15 オリフィス 16 管路 17 ノズル 18 エジェクタ壁体[Explanation of Codes] 1 Combustor outer cylinder 2 Water / oil mixing section 4 Air flow 5 Final stage spray nozzle 6 Combustor inner cylinder 7 Combustor premixing section 8 Ejector 9 Intermediate chamber 10 Throat section 11 Oil 12 Mixing chamber 14 Water 15 Orifice 16 Pipeline 17 Nozzle 18 Ejector wall
Claims (1)
油と水とを混合する第1の混合装置と、該第1の混合装
置で混合された油・水の混合体と空気とを混合する第2
の混合装置と、該第2の混合装置で混合された油・水・
空気の混合体を噴霧するノズルとを備えたことを特徴と
する低NOxガスタービン燃焼器。1. An oil-fired combustor for a gas turbine, comprising: a first mixing device for mixing fuel oil and water; and a mixture of oil and water mixed by the first mixing device and air. Second
And the oil / water mixed in the second mixing device
A low NOx gas turbine combustor, comprising: a nozzle for spraying a mixture of air.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10620493A JPH06300265A (en) | 1993-04-08 | 1993-04-08 | Low nox gas turbine combustor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10620493A JPH06300265A (en) | 1993-04-08 | 1993-04-08 | Low nox gas turbine combustor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06300265A true JPH06300265A (en) | 1994-10-28 |
Family
ID=14427638
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10620493A Withdrawn JPH06300265A (en) | 1993-04-08 | 1993-04-08 | Low nox gas turbine combustor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06300265A (en) |
-
1993
- 1993-04-08 JP JP10620493A patent/JPH06300265A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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