JPH0688609A

JPH0688609A - 排気再燃型ガスバーナ

Info

Publication number: JPH0688609A
Application number: JP23845592A
Authority: JP
Inventors: Akira Baba; 彰馬場; Kunio Okiura; 邦夫沖浦; Shinichiro Nomura; 伸一郎野村; Shigeki Morita; 茂樹森田
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1992-09-07
Filing date: 1992-09-07
Publication date: 1994-03-29

Abstract

(57)【要約】【目的】ガスタービンからの排気ガス中のＮＯｘを低
減でき、しかも保炎効果の優れた排気再燃型ガスバーナ
を得る。【構成】一次空気通路２１の上流に副燃料ガスノズル
３０を設けると共に、内筒１９の先端に副燃料ガスノズ
ル３０からの副ガス燃料と一次空気を予混合する予混合
保炎器３１を配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は排気再燃型ボイラに係
り、特に排気再燃型ボイラでガスタービンからの排気ガ
スを燃焼用空気に用いてガス燃料を燃焼する排気再燃型
ガスバーナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、石油資源の枯渇化によるエネルギ
ー危機及び化石燃料の燃焼で生成される二酸化炭素（Ｃ
Ｏ₂）等の温室効果ガスによる地球温暖化の問題が緊急
課題として取り上げられている。

【０００３】火力発電設備は、多量のエネルギーを集中
的に取り扱う関係で、重点的に対応を迫られているが、
実際に有効な手段は次のような対策がある。

【０００４】（ａ）効率向上、省エネルギーによる燃料
使用量の削減、例えば、熱効率（発電効率）が４０％か
ら４５％に向上するとＣＯ₂は約１０％低減できる。

【０００５】（ｂ）ＣＯ₂発生量の少ない燃料への転
換、例えば、石炭燃料と天然ガス燃料では電力あたりの
ＣＯ₂排出量は１．８：１であり、石炭燃料からガス燃
料に燃料転換することにより約４５％低減できる。

【０００６】この対策の中でも特に有効なものは、ＣＯ
₂発生量の少ない天然ガスを燃料とする排気再燃型ボイ
ラである。

【０００７】排気再燃型ボイラは既設のボイラにガスタ
ービンを追加して設置し、既設ボイラのリパワリング
（出力アツプ）を行なうものである。

【０００８】排気再燃型ボイラでは、燃焼用空気に代え
てガスタービンからの排気ガスを燃焼用空気として用
い、節炭器出口の排ガスの熱回収を空気予熱器ではなく
給水加熱器の一種であるスタツクガスクーラで行なうも
のである。

【０００９】図８は排気再燃型ボイラの概略系統図であ
る。

【００１０】図８において、ガスタービン１からの排気
ガスがウインドボツクス２を経てボイラ火炉３に導入さ
れ、ボイラ火炉３内で燃焼する。そして、その燃焼排ガ
スは、ボイラ火炉３内の上部に設置されている過熱器４
を通過し、それから後部煙道５内に燃焼排ガスの上流側
から順次設置されている再熱器６及び節炭器７を通過
し、その後スタツクガスクーラ８を経て煙突９から大気
中へ放出される。

【００１１】また、図示していないコンデンサからの給
水が、スタツクガスクーラ８及びこのスタツクガスクー
ラ８と並列に設置されている給水加熱器１０にそれぞれ
導かれ、スタツクガスクーラ８では後部煙道５からの燃
焼排ガスによつて加熱され、給水加熱器１０ではタービ
ン抽気によつて加熱され、その後合流してボイラ給水と
して節炭器７へ導かれる。

【００１２】図９は従来技術のガスバーナの縦断面図、
図１０はガスエレメントの斜視図である。

【００１３】図９および図１０において、２はウインド
ボツクス、３はボイラ火炉で図８のものと同一のものを
示す。

【００１４】１１は炉壁、１２は炉壁１１のバーナスロ
ート、１３はガスバーナで、このガスバーナ１３は図９
に示すようにバーナスロート１２内に円形状に配置され
たガスエレメント１４の集合体によつて構成されてい
る。

【００１５】つまり、ガスエレメント１４は図１０に示
すように主孔１５と保炎効果をもたせる副孔１６を有
し、このガスエレメント１４の中央には図９に示すよう
にインペラ１７が配置されている。

【００１６】そして、各ガスエレメント１４の端部はガ
ス分配管１８に接続されている。

【００１７】また、バーナスロート１２内には内筒１９
と外筒２０が配置され内筒１９内には一次空気通路２
１、内筒１９と外筒２０の間には二次空気通路２２、外
筒２０の外側には三次空気通路２３が形成されている。

【００１８】燃焼用空気の内、一次空気は一次ダンパ２
４より一次空気通路２１、二次空気は二次エアレジスタ
２５、二次ベーン２６を経て二次空気通路２３、三次空
気は三次エアレジスタ２７より三次空気通路２３を経て
ボイラ火炉３内へ供給される。

【００１９】この二次空気および三次空気の旋回効果に
よりインペラ１７の後方には大きな循環領域が形成さ
れ、ガスエレメント１４からのガス燃料の着火安定性に
大きく貢献する。

【００２０】しかしながら、図９に示す従来技術のガス
バーナ１３はガス燃料と燃焼用空気がボイラ火炉３内で
混合して燃焼する、いわゆる拡散燃焼であるために、ガ
スタービン１からの排気ガスを燃焼用空気に用いる排気
再燃型ガスバーナにおいては好ましくない。

【００２１】それは燃焼用空気に用いるガスタービン１
からの排気ガス中には多量のＮＯｘが含まれており、排
気ガス中のＮＯｘが高温火炎帯を通過しないのでＮＯｘ
の火炎内脱硝は望めないからである。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】従来技術のガスバーナ
は拡散燃焼であるためにガスタービンからの排気ガス中
に含まれたＮＯｘを低減することができず、燃焼用空気
に代えてガスタービンからの排気ガスを用いるために保
炎効果は劣る。

【００２３】本発明は従来技術の欠点を解消しようとす
るもので、その目的とするところは、ガスタービンから
の排気ガス中のＮＯｘを低減でき、しかも保炎効果のす
ぐれた排気再燃型ガスバーナを提供するにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の目的を達
成するために、一次空気通路の上流に副燃料ガスノズル
を設けると共に内筒の先端に副燃料ガスノズルからの副
ガス燃料と一次空気を予混合する予混合保炎器を配置し
たものである。

【００２５】

【作用】副燃料ガスノズルからの副燃料ガスと一次空気
が燃焼帯に入る前に予混合されて予混合保炎器の下流側
で予混合燃焼するので、排気ガス中のＮＯｘを低減する
ことができる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００２７】図１は本発明の実施例に係る排気再燃型ガ
スバーナの縦断面図、図２は図１の側面図、図３は他の
実施例を示す排気再燃型ガスバーナの縦断面図、図４は
図３の側面図、図５は縦軸にＮＯｘ還元率、横軸に空気
比を示した特性曲線図、図６および図７は予混合燃焼と
拡散燃焼のＮＯｘ還元機構を示す説明図である。

【００２８】図１から図４において、符号２から２７は
従来のものと同一のものを示す。

【００２９】２８は副ガスエレメント、２９は副ガス分
配管、３０は副燃料ガスノズル、３１は予混合保炎器、
３２は主燃料ガスノズル、３３は排ガスダクト、３４は
耐火キヤスタブルである。

【００３０】実施例を説明する以前に図５から図７を用
いて予混合燃焼と拡散燃焼について説明する。

【００３１】図５には、予混合燃焼と、拡散燃焼の各々
を採用している従来技術のガスバーナ、そして、予混合
燃焼と拡散燃焼を行なう本発明の実施例に係る排気再燃
型ガスバーナの燃焼操作パラメータのうち、空気比
（λ）とＮＯｘ還元率との関係について比較して示し
た。

【００３２】このうち、ＮＯｘ還元率の定義は、（１−
（火炉出口部増加ＮＯｘ）／（ガスバーナ部流入ＮＯ
ｘ））であり、燃焼用空気中に混入してきた排気ガス中
のＮＯｘが燃焼プロセスを経て、ボイラ火炉出口部分に
おいて、どの程度減少（還元）するかを評価した値であ
る。

【００３３】この図５から、理論空気比１．０以下にお
いて、ＮＯｘの還元率は、予混合燃焼、拡散燃焼のいず
れの燃焼であつても、空気比が低下するにつれて、ＮＯ
ｘ還元率が増加する傾向があることが分かる。

【００３４】ただし、予混合燃焼の方が、拡散燃焼と比
較して、ＮＯｘの還元率は高い。この理由について、図
６および図７を用いて簡単に説明する。

【００３５】図６の予混合燃焼の場合には、ガスバーナ
に供給されるガスタービンからの排気ガス中のＮＯｘ
は、その全量が火炎を通過するのに対して、図７の拡散
燃焼の場合には、その一部がガスバーナ近傍における火
炎をバイパスするためと考えられる。これを言い換えれ
ば図７の拡散燃焼の場合には、ガス燃料と酸化剤である
空気（ここではガスタービンからの排気ガス）の混合状
態によつて、火炎が広い範囲で形成されるために、ガス
バーナ近傍における高温反応域において、ＮＯが火炎中
でＮＯの還元反応に寄与するＨＣＮや、ＮＨ₃等のラジ
カルと効果的に遭遇しない可能性があることを意味す
る。従つて図６の予混合燃焼の方がＮＯｘ還元には効果
的であると推測される。

【００３６】一方、火炎の安定性に関しては、図５に示
す燃焼範囲が拡散燃焼の方が広く、ガスバーナの点消火
や負荷変化等の燃焼操作に対して安定である。これらの
理由から、予混合燃焼と拡散燃焼を組合わせた本発明の
実施例に係る排気再燃型ガスバーナにおいては、ＮＯｘ
還元と着火安定性を両立できるものが望ましいといえ
る。

【００３７】以下、図１および図２を用いて本発明の実
施例を説明する。

【００３８】ガス燃料は図１のガス分配管１８、副ガス
分配管２９から主燃料と副燃料に分割して供給される。
このうち、副ガス燃料は、予混合保炎器３１の内側でガ
ス燃料と一次空気の予混合気を作るために、一次空気流
路２１において副ガスエレメント２８の副燃料ガスノズ
ル３０からの副ガス燃料と混合される。

【００３９】一方主ガス燃料は、ガスエレメント１４の
主燃料ガスノズル３２から噴射される。

【００４０】これらのガス燃料を燃焼させる燃焼用空気
は、一次空気通路２１、二次空気通路２２および三次空
気通路２３から３つに分割された空気流路から一次空気
を除いて旋回がかけられてボイラ火炉３内に供給され
る。二次空気と三次空気の旋回強度の調整は二次エアレ
ジスタ２５と三次エアレジスタ２７の開度調整によつて
行なわれる。これらの二次空気、三次空気の旋回によつ
て、大きな再循環領域が形成されるために、予混合保炎
器３１の後流には混合火炎が安定着火する。

【００４１】主ガス燃料と副ガス燃料の燃料配分比は
３：７以下にして副ガス燃料による予混合燃焼の発熱量
が主ガス燃料の拡散燃焼によるそれと比較して多くなる
ようにする。

【００４２】また、一次空気の予混合用の一次空気流量
は副ガス燃料の燃料流量に比例した量を投入するよう
に、一次ダンパ２４を変化させる。なお、主ガス燃料
は、ガスバーナ１３の近傍で発熱しないように、ガスエ
レメント１４の周囲を低Ｏ₂濃度の不活性ガスで包むよ
うにする。

【００４３】この不活性ガスは、ボイラ火炉３出口のガ
スを再循環したものを用いるがその供給方法は、図示し
ていない再循環フアンで加圧された排ガスの一部を排ガ
スダクト３３に送り、ガスエレメント１４間に供給して
ボイラ火炉３内に供給する。

【００４４】このような排ガスの供給方法によつて主燃
料ガスノズル３２からの火炎はガスバーナ１３の周方向
に分断されるようになる。この方法により主ガス燃料に
よる火炎が分割され火炎の冷却面積を増加させる効果が
あることからＴｈｅｒｍａｌＮＯの低減効果がある。

【００４５】さて、主燃料火炎の安定化は、ガスバーナ
からのガスの初速度を低下させることと、着火部を確保
することで強化する。主ガス燃料はガスエレメント１４
から通常１ａｔｇ以上の高圧で供給されるために、主燃
料ガスノズル３２の出口近傍では超音速にまで加速され
る。ボイラ火炉３内にこの主燃料ガスノズル３２をむき
だしにすると、火炎の不安定化現象を引き起こす要因に
成るために、ボイラ火炉３に対して前流側に主燃料ガス
ノズル３２を設置する。そして、噴流が十分に発達する
区間を確保してボイラ火炉３内に噴出する。さらに、こ
の流速が低下した噴流に対して、その外周部に耐火キヤ
スタブル３４を部分的に施工することで、拡散燃焼の着
火を安定化する効果を得ることができる。

【００４６】図３および図４のものは他の実施例を示す
もので、図１および図２に示す実施例と異なる点は、図
１および図２のものにおいては一次空気通路２１内に副
ガスエレメント２８を配置して一次空気通路２１で一次
空気と副燃料ガスノズル３０からの副燃料ガスを予混合
するようにしたが、図３および図４のものにおいては、
ガスエレメント１４に副燃料ガスノズル３０を設けて予
混合するようにしたものであり、他の説明は図１および
図２のものと同一である。

【００４７】なお、この排気再燃型ガスバーナは副燃料
供給用として副ガスエレメント２８が不要であるため
に、ガスバーナの構造が簡単で製作コストの低減が図れ
る。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、ガスタービン等の排気
ガスを燃焼用空気として再度利用する燃焼装置において
ＮＯｘを著しく低減することができ、しかも火炎を安定
化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る排気再燃型ガスバーナの
縦断面図である。

【図２】図１の側面図である。

【図３】他の実施例を示す排気再燃型ガスバーナの縦断
面図である。

【図４】図３の側面図である。

【図５】縦軸にＮＯｘ還元率、横軸に空気比を示した特
性曲線図である。

【図６】予混合燃焼のＮＯｘ還元機構を示す説明図であ
る。

【図７】拡散燃焼のＮＯｘ還元機構を示す説明図であ
る。

【図８】排気再燃型ボイラの概略系統図である。

【図９】従来技術のガスバーナを示す縦断面図である。

【図１０】ガスエレメントの斜視図である。

【符号の説明】

１４ガスエレメント１７インペラ１９内筒２０外筒２１一次空気通路２２二次空気通路２３三次空気通路３０副燃料ガスノズル３１予混合保炎器

フロントページの続き (72)発明者森田茂樹広島県呉市宝町６番９号バブコツク日立株式会社呉工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内筒内の一次空気通路にインペラを配置
すると共に、内筒の外側に二次空気通路と三次空気通路
に分ける外筒を設け、三次空気通路にガスエレメントを
配置してガスエレメントからのガス燃料を燃焼するもの
において、前記一次空気通路の上流に副燃料ガスノズルを設けると
共に内筒の先端に副燃料ガスノズルからの副ガス燃料と
一次空気を予混合する予混合保炎器を配置したことを特
徴とする排気再燃型ガスバーナ。