JPH08200614A - 燃焼システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 酸素濃度の低い排気を用いるコージェネレー
ションシステムにおいて、熱効率の向上と低ＮＯｘ化を
図る。 【構成】 酸素含有率が１３％以下の排気を排気再燃バ
ーナ１により追い焚きして排熱ボイラ２に供給する方式
のコージェネレーションシステムにおいて、先ずバーナ
１に空気比１未満の空気と燃料を供給して一次火炎Ａを
形成し、この一次火炎Ａに排気を接触させて二次燃焼さ
せるようにした。 【効果】 高温排気に低温の外気を導入する必要がない
ので、熱利用効率が向上する上に大容量のブロアが不要
になる。また酸素が二段階に供給されて燃焼が緩慢にな
るために、ＮＯｘ値を低減することができ、しかもバー
ナへの排気供給量が相対的に過剰になっても燃焼が不安
定にならないので、ターンダウン比を大きくとることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスタービン又はガス
エンジン発電機の排熱をボイラ等の熱源として利用する
所謂コージェネレーションの燃焼システムに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】発電機としてガスエンジン又は遅延サイ
クル式ガスタービンを使用するコージェネシステムにお
いては、通常のガスタービンを使用するものとは異な
り、ガスエンジンから排出される３７０〜４２０℃の高
温排気には通常酸素が１１〜１２％程度しか含まれてい
ないので、そのままでは排気再燃バーナで燃料を燃焼す
ることができず、従来は図１に示すように、ガスエンジ
ンから排熱ボイラ２に至る排気ダクト３の排気再燃バー
ナ１の上流側へ、ブロア４によって外部から空気を導入
することにより、酸素濃度を１５％程度まで上げて燃焼
させていた。なお同図において、制御装置５は排熱ボイ
ラ２内の圧力を検出する圧力センサ６の出力によって、
バーナ１の燃料制御弁７を制御するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし上述の低酸素型
排気再燃システムにおいては、高温排気中に低温の外気
を導入するものであり、実際には酸素含有率を３％上昇
させるのに、燃料に対してほぼ空燃比＝１程度の空気量
を必要としていたので、排気の温度が著しく低下して排
熱の利用効率が悪くなるという問題があった。また排気
ダクト３に燃焼に充分な空気を導入するのに相当大容量
のブロア４を必要とするため、設備費が高くつくという
問題があり、更に蒸気需要の変動に応じて排気再燃バー
ナ１の燃焼量を制御する場合に、供給されてくる排気量
は変化しないために、あまりターンダウン比を大きくと
ると燃料を絞ったときに排気供給量が過剰になって燃焼
が不安定になり、失火したり一酸化炭素を発生したりす
るという欠点があった。またその対策として、蒸気需要
に応じて複数の小型バーナを順次点火するマルチバーナ
方式を採用するのは、燃焼は安定するが設備コストが高
くつくという欠点がある。本発明は上述の問題点を解消
して、酸素補給用の空気による熱利用効率の低下を改善
すると共に、所要ブロア容量を低減し、またターンダウ
ン比を十分とっても燃焼が不安定になったり一酸化炭素
を発生したりすることがなく、しかもＮＯｘの発生量も
低減することができるようなこの種のコージェネレーシ
ョンシステムを提供することを目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明によるコージェネ
レーションの燃焼システムは、図２に示すように、ガス
エンジン又はガスタービンの酸素含有率が１３％以下の
排気を排気再燃バーナ１により追い焚きして排熱ボイラ
２に供給する方式のコージェネレーションシステムにお
いて、先ず上記バーナ１に空気比１未満の空気と燃料を
供給して一次火炎Ａを形成し、この一次火炎Ａに上記排
気を接触させて二次燃焼させるようにした点に特徴を有
するものである。

【０００５】

【作用】従来構成では、蒸気需要の減少によって燃料を
絞る際にも、補給空気量は酸素濃度が希薄になるために
絞ることはできないために、徒に排気温度が下がり熱利
用効率を低下させていたが、本発明方式によれば、燃料
と共に一次空気量を絞っても燃焼が不安定となることが
ないので、導入する外気の量を必要最少限に抑えること
ができる。また従来は、燃焼を安定化させるために外部
から導入した酸素は１００％利用されるのではなく、約
半分は無駄に排出されていたが、本発明方式では一次火
炎Ａが安定しているので二次燃焼は緩慢な燃焼でもよ
く、従って排気中の酸素濃度を上げる必要がないので、
従来のような空気導入用のブロア４を必要とせず、ある
いは小さな容量のもので充分である。また従来は、蒸気
需要に応じて燃料を絞ったとき、バーナ１に供給される
排気量が相対的に過大になるために、燃焼が不安定とな
って不完全燃焼したり一酸化炭素を発生したりしていた
が、本発明方式では一次火炎Ａが安定に形成されるの
で、燃料を絞っても燃焼が不安定となるおそれがない。
更に本発明によれば、燃焼空気を二段階に供給すること
によって緩慢燃焼を行わせるものであるから、燃焼温度
が下がりＮＯｘ発生量を著しく低減することができる。

【０００６】

【実施例】図２は本発明による燃焼システムの排気再燃
バーナ付近の構造を示したもので、バーナ１はガスエン
ジンから排熱ボイラ２へ高温排気を供給する排気ダクト
３の途中に設けられている。バーナ１には、燃料制御弁
７を介して燃料ガスが供給されると共に、この燃料供給
量に対して空気比が１以下となる空気が空気制御弁８を
介して供給されており、両者はノズルの先端で先混合し
て燃料過剰の一次火炎Ａを形成し、更にウイングプレー
ト９の通気孔１０を通過してくる高温排気と接触して、
排気中の酸素で二次燃焼することにより完全燃焼する。
燃料制御弁７は排熱ボイラ２の蒸気圧を検出する圧力セ
ンサ６からの出力によって制御され、この燃料供給量の
増減に応じて空気制御弁８の流量が制御されている。

【０００７】熱効率の向上及び低ＮＯｘ化の実効を上げ
るためには、一次空気量は燃料に対して空気比０．２以
下が望ましく、実際にテストした結果、酸素濃度１１．
８％のガスエンジンの排気１２１０ｍ ／Ｈ（温度４１
０℃）に対して、燃料（１３Ａガス）２１ｍ ／Ｈ，空
気３１ｍ ／Ｈ（空気比０．１３）の再燃バーナで二段
燃焼を行い、ＮＯｘ値１２ｐｐｍを得た。また本方式に
よって、排気の酸素濃度１２％，排気温度４００℃でタ
ーンダウン比を１：１０まで拡大することができ、また
排気の酸素濃度８％，排気温度３００℃まで燃焼範囲を
拡大することができた。なお燃料を充分絞った場合の燃
焼を確保するために、バーナ１へ供給する燃料に予め燃
焼空気の一部を予混合して燃焼させた結果も、ほぼ同等
の効果が得られた。

【０００８】

【発明の効果】本発明によれば上述のように、先ず一次
空気によって燃料過剰の燃焼をさせたのちに一次火炎を
エンジン排気と接触させるので、高温排気に低温の外気
を導入して酸素濃度を高める必要がなく、従って熱利用
効率が向上する上に大容量のブロアが不要になるという
利点があり、また酸素が二段階に供給されて燃焼が緩慢
になるために、従来例（図１）において６０〜８０ｐｐ
ｍあったＮＯｘ値を約１２ｐｐｍと激減することができ
るという利点があり、しかも蒸気需要に応じて燃料を絞
り排気量が相対的に過大になっても、一次火炎が安定し
ているために燃焼が不安定になるおそれがなく、従って
ターンダウン比を大きくとることができるという利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のコージェネレーションシステムの全体系
統図。

【図２】本発明によるコージェネレーション燃焼システ
ムの要部縦断面図。

【符号の説明】

１ バーナ ２ 排熱ボイラ ３ 排気ダクト ４ ブロア ５ 制御装置 ６ 圧力センサ ７ 燃料制御弁 ８ 空気制御弁 ９ ウイングプレート １０ 通気孔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスエンジン又はガスタービンの酸素含
   有率が１３％以下の排気を排気再燃バーナにより追い焚
   きして排熱ボイラに供給する方式のコージェネレーショ
   ンシステムにおいて、先ず上記バーナに空気比１未満の
   空気と燃料を供給して一次火炎を形成し、この一次火炎
   に上記排気を接触させて二次燃焼させるようにしたこと
   を特徴とする燃焼システム。