JPH0894019A - 多段希薄予混合燃焼における不完全燃焼防止方法 - Google Patents
多段希薄予混合燃焼における不完全燃焼防止方法Info
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- JPH0894019A JPH0894019A JP22830894A JP22830894A JPH0894019A JP H0894019 A JPH0894019 A JP H0894019A JP 22830894 A JP22830894 A JP 22830894A JP 22830894 A JP22830894 A JP 22830894A JP H0894019 A JPH0894019 A JP H0894019A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 多段希薄予混合燃焼における不完全燃焼防止
方法を得る。 【構成】 一次燃焼ガスに可燃限界外の希薄な二次予混
合気を混合して反応させる多段希薄予混合燃焼法におけ
る不完全燃焼防止方法であって、あらかじめ、当該燃焼
器について燃焼器出口からの未燃焼成分排出開始前後に
おける燃焼器内での前記一次燃焼ガスと二次予混合気と
が混合し反応した後の温度Ｋを求めておき、実際の運転
において、前記混合気の反応後の温度Ｔmix が温度Ｋ≦
温度Ｔmixとなるように運転条件を調整して運転する。
方法を得る。 【構成】 一次燃焼ガスに可燃限界外の希薄な二次予混
合気を混合して反応させる多段希薄予混合燃焼法におけ
る不完全燃焼防止方法であって、あらかじめ、当該燃焼
器について燃焼器出口からの未燃焼成分排出開始前後に
おける燃焼器内での前記一次燃焼ガスと二次予混合気と
が混合し反応した後の温度Ｋを求めておき、実際の運転
において、前記混合気の反応後の温度Ｔmix が温度Ｋ≦
温度Ｔmixとなるように運転条件を調整して運転する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は多段希薄予混合燃焼法に
おける不完全燃焼防止方法に関し、従来完全燃焼させる
ことが不可能とされていた可燃限界外の超希薄予混合気
を完全燃焼させることを可能とする多段希薄予混合燃焼
法において、燃焼時に未燃焼成分が排出されるであろう
燃焼環境を早期に検知し、未燃焼成分が排出されないよ
うに運転条件を変更することにより希薄予混合気の不完
全燃焼が生じるのを防止するようにした多段希薄予混合
燃焼法における不完全燃焼防止方法に関する。
おける不完全燃焼防止方法に関し、従来完全燃焼させる
ことが不可能とされていた可燃限界外の超希薄予混合気
を完全燃焼させることを可能とする多段希薄予混合燃焼
法において、燃焼時に未燃焼成分が排出されるであろう
燃焼環境を早期に検知し、未燃焼成分が排出されないよ
うに運転条件を変更することにより希薄予混合気の不完
全燃焼が生じるのを防止するようにした多段希薄予混合
燃焼法における不完全燃焼防止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】各種燃焼器の低ＮＯx 燃焼法として予混
合燃焼法が注目されており、各方面で実用燃焼器の開発
が行われている。予混合燃焼法において低負荷時におけ
るＣＯや未燃炭化水素の排出（いわゆる、未燃焼成分の
排出）による燃焼効率の低下抑制と、最大負荷時におけ
るＮＯx 排出量の低減とはトレードオフの関係にあり、
これらをどうバランスさせるかが技術的課題となってい
る。
合燃焼法が注目されており、各方面で実用燃焼器の開発
が行われている。予混合燃焼法において低負荷時におけ
るＣＯや未燃炭化水素の排出（いわゆる、未燃焼成分の
排出）による燃焼効率の低下抑制と、最大負荷時におけ
るＮＯx 排出量の低減とはトレードオフの関係にあり、
これらをどうバランスさせるかが技術的課題となってい
る。
【０００３】このような課題を克服するため、負荷変動
に応じて空気をバイパスさせ、燃焼領域の空燃比を一定
範囲にコントロールする方式が、大型のガスタービン燃
焼器で一部実用化されているが、この方式ではシステム
が非常に複雑であることなどから、スペース、安全性、
コストなどの面で中、小型のガスタービン燃焼器への適
用が困難である。
に応じて空気をバイパスさせ、燃焼領域の空燃比を一定
範囲にコントロールする方式が、大型のガスタービン燃
焼器で一部実用化されているが、この方式ではシステム
が非常に複雑であることなどから、スペース、安全性、
コストなどの面で中、小型のガスタービン燃焼器への適
用が困難である。
【０００４】この解決手段として、本出願人は、図１に
示すように燃料ガスと空気の予混合ガスを２段に分割供
給し、燃料制御のみで広い負荷範囲にわたって高い燃焼
効率と低ＮＯx 性を実現する燃焼器の開発を行ないすで
に出願している（特開平５−２９６４１２号公報、特開
平５−３４０５０８号公報参照）。すなわち、予混合ガ
ス供給は２段に分割され、１段目には低空気比の予混合
ガスを供給して１次燃焼火炎として安定に燃焼させ、２
段目には負荷に応じて制御される燃料ガスが供給され
る。その間に２段目には一定の空気量が供給されている
ことから、結果として、空気比が1.３〜3.５程度の領域
において未燃分の排出を低い値に抑えたままで低ＮＯx
燃焼が行われる。
示すように燃料ガスと空気の予混合ガスを２段に分割供
給し、燃料制御のみで広い負荷範囲にわたって高い燃焼
効率と低ＮＯx 性を実現する燃焼器の開発を行ないすで
に出願している（特開平５−２９６４１２号公報、特開
平５−３４０５０８号公報参照）。すなわち、予混合ガ
ス供給は２段に分割され、１段目には低空気比の予混合
ガスを供給して１次燃焼火炎として安定に燃焼させ、２
段目には負荷に応じて制御される燃料ガスが供給され
る。その間に２段目には一定の空気量が供給されている
ことから、結果として、空気比が1.３〜3.５程度の領域
において未燃分の排出を低い値に抑えたままで低ＮＯx
燃焼が行われる。
【０００５】本発明者らは上記形式の燃焼器を用いてさ
らに実験を継続する過程において、負荷の低下に伴い２
段目の燃料ガスの供給量を低下させていくと、空気比２
０程度（すなわち、燃料濃度が低く燃焼限界を外れてい
るもの）まで燃焼を継続することが可能であること、し
かしながら、その過程において未燃焼成分 (ＣＯや炭化
水素を主成分とする）が排出され、いわゆる不完全燃焼
状態を示すことを知った。すなわち、この種の希薄予混
合燃焼法は、ＮＯx 排出量を大幅に削減できるものの、
特に２段目が高空気比での低負荷燃焼において、ＮＯx
排出量の低減と未燃焼成分の排出抑制を同時に達成でき
る範囲が非常に狭く、そのために、燃焼器の燃焼状態を
監視しながら未燃焼成分の排出を低減した状態での継続
燃焼を行うことのできる燃焼法の開発が必要であること
を知った。
らに実験を継続する過程において、負荷の低下に伴い２
段目の燃料ガスの供給量を低下させていくと、空気比２
０程度（すなわち、燃料濃度が低く燃焼限界を外れてい
るもの）まで燃焼を継続することが可能であること、し
かしながら、その過程において未燃焼成分 (ＣＯや炭化
水素を主成分とする）が排出され、いわゆる不完全燃焼
状態を示すことを知った。すなわち、この種の希薄予混
合燃焼法は、ＮＯx 排出量を大幅に削減できるものの、
特に２段目が高空気比での低負荷燃焼において、ＮＯx
排出量の低減と未燃焼成分の排出抑制を同時に達成でき
る範囲が非常に狭く、そのために、燃焼器の燃焼状態を
監視しながら未燃焼成分の排出を低減した状態での継続
燃焼を行うことのできる燃焼法の開発が必要であること
を知った。
【０００６】しかしながら、図１に示すような多段希薄
予混合燃焼装置を用いて、前段での燃焼により生じた高
温燃焼ガスに、前記のように高空気比であって可燃限界
外にある超希薄予混合ガスを混合して反応させる場合に
おいては、希薄予混合ガスは高温燃焼ガスと混合しなが
ら熱を奪い反応する。このため、希薄予混合ガスの反応
による発熱が微量である場合には、高温燃焼ガスとの混
合の途中で燃焼器内の温度が低下し、希薄予混合ガスの
反応が停止することが生じるが、いわゆる着火あるいは
失火という現象は現れない。
予混合燃焼装置を用いて、前段での燃焼により生じた高
温燃焼ガスに、前記のように高空気比であって可燃限界
外にある超希薄予混合ガスを混合して反応させる場合に
おいては、希薄予混合ガスは高温燃焼ガスと混合しなが
ら熱を奪い反応する。このため、希薄予混合ガスの反応
による発熱が微量である場合には、高温燃焼ガスとの混
合の途中で燃焼器内の温度が低下し、希薄予混合ガスの
反応が停止することが生じるが、いわゆる着火あるいは
失火という現象は現れない。
【０００７】つまり、高温燃焼ガスに可燃限界外にある
超希薄予混合ガスが混合される場合には急激な未燃焼成
分の排出増加や温度の低下などの現象は現れず、それに
より、従来知られた未燃焼成分の濃度を検出するセンサ
あるいは燃焼火炎を検出する温度センサを用い、該セン
サからの信号によりガスタービンの燃焼状態を監視する
手段（例えば、特開平２−４９９３３号公報、特開平３
−１０２１１８号公報等）をそのまま適用することは不
可能であることを知った。
超希薄予混合ガスが混合される場合には急激な未燃焼成
分の排出増加や温度の低下などの現象は現れず、それに
より、従来知られた未燃焼成分の濃度を検出するセンサ
あるいは燃焼火炎を検出する温度センサを用い、該セン
サからの信号によりガスタービンの燃焼状態を監視する
手段（例えば、特開平２−４９９３３号公報、特開平３
−１０２１１８号公報等）をそのまま適用することは不
可能であることを知った。
【０００８】そこで、本発明者らは、前段での燃焼によ
り生じた高温燃焼ガスに可燃限界外にある希薄予混合ガ
スを混合して反応させる多段希薄予混合燃焼法におい
て、該可燃限界外の希薄予混合ガスを未燃焼成分を排出
することなく完全燃焼させることを可能とする燃焼法を
得るべくさらに実験と研究を行った。燃焼実験には図１
に示す構造の燃焼装置を用いた。この燃焼装置は前記特
開平５−２９６４１２号公報あるいは特開平５−３４０
５０８号公報に示された燃焼装置と同様の構造を持つ２
段希薄予混合燃焼装置であり、一次旋回流バーナ１０と
燃焼室２０とから構成され、一次旋回流バーナ１０にお
いて一次空気入口１１からの一次空気Ａ1と一次燃料入
口１２からの一次燃料ガスＧ1 がスワーラ１３を通り可
燃範囲にある一次予混合ガスＱ1 となり、一次燃焼室２
１に安定した予混合火炎を形成して完全燃焼し高温燃焼
ガスを形成する。
り生じた高温燃焼ガスに可燃限界外にある希薄予混合ガ
スを混合して反応させる多段希薄予混合燃焼法におい
て、該可燃限界外の希薄予混合ガスを未燃焼成分を排出
することなく完全燃焼させることを可能とする燃焼法を
得るべくさらに実験と研究を行った。燃焼実験には図１
に示す構造の燃焼装置を用いた。この燃焼装置は前記特
開平５−２９６４１２号公報あるいは特開平５−３４０
５０８号公報に示された燃焼装置と同様の構造を持つ２
段希薄予混合燃焼装置であり、一次旋回流バーナ１０と
燃焼室２０とから構成され、一次旋回流バーナ１０にお
いて一次空気入口１１からの一次空気Ａ1と一次燃料入
口１２からの一次燃料ガスＧ1 がスワーラ１３を通り可
燃範囲にある一次予混合ガスＱ1 となり、一次燃焼室２
１に安定した予混合火炎を形成して完全燃焼し高温燃焼
ガスを形成する。
【０００９】一次燃焼室２１の下流には二次予混合ガス
（希薄予混合ガス）供給ノズル３０が設けられ、そこか
ら可燃限界外にある希薄な二次予混合ガスＱ2 が供給さ
れる。供給された二次予混合ガスＱ2 は、一次燃焼室内
２１で生成した一次予混合ガスの前記高温燃焼ガスと混
合し、二次燃焼室２２において反応する。上記燃焼器の
燃焼室２０の出口２４には熱電対４０およびサンプリン
グプローブ５０を配置して、熱電対４０により希薄二次
予混合ガスＱ2 が高温燃焼ガスと混合し反応した後の温
度Ｔmix を測定し、さらに、サンプリングプローブ５０
により燃焼器出口２４での排気ガスを収集してその成分
分析を行い未燃焼成分の有無を測定した。なお、２３は
断熱材である。
（希薄予混合ガス）供給ノズル３０が設けられ、そこか
ら可燃限界外にある希薄な二次予混合ガスＱ2 が供給さ
れる。供給された二次予混合ガスＱ2 は、一次燃焼室内
２１で生成した一次予混合ガスの前記高温燃焼ガスと混
合し、二次燃焼室２２において反応する。上記燃焼器の
燃焼室２０の出口２４には熱電対４０およびサンプリン
グプローブ５０を配置して、熱電対４０により希薄二次
予混合ガスＱ2 が高温燃焼ガスと混合し反応した後の温
度Ｔmix を測定し、さらに、サンプリングプローブ５０
により燃焼器出口２４での排気ガスを収集してその成分
分析を行い未燃焼成分の有無を測定した。なお、２３は
断熱材である。
【００１０】実験において、一次予混合ガスＱ1 の空気
比λ1 が1.２〜1.８、２次希薄予混合ガスの空気比λ2
が２〜１２、一次予混合ガスＱ1 と２次希薄予混合ガス
Ｑ2の供給量の比が５：５および６：４の場合について
種々の組み合わせの下で実験を行い、それぞれ、熱電対
４０により燃焼室出口すなわち希薄予混合ガスが高温燃
焼ガスと混合し反応した後の燃焼器内の温度Ｔmix を測
定し、また、サンプリングプローブ５０で収集した排気
ガスの成分をガスクロマトグラフィーにより分析した。
そして、二次希薄予混合ガスの燃焼効率C.E.を求めた。
比λ1 が1.２〜1.８、２次希薄予混合ガスの空気比λ2
が２〜１２、一次予混合ガスＱ1 と２次希薄予混合ガス
Ｑ2の供給量の比が５：５および６：４の場合について
種々の組み合わせの下で実験を行い、それぞれ、熱電対
４０により燃焼室出口すなわち希薄予混合ガスが高温燃
焼ガスと混合し反応した後の燃焼器内の温度Ｔmix を測
定し、また、サンプリングプローブ５０で収集した排気
ガスの成分をガスクロマトグラフィーにより分析した。
そして、二次希薄予混合ガスの燃焼効率C.E.を求めた。
【００１１】その燃焼試験の結果を図２〜図７に示す。
なお、図において、横軸は二次予混合ガスＱ2 の空気比
λ2 、左縦軸は二次予混合ガスＱ2 の燃焼効率C.E.、右
縦軸は燃焼室出口温度である。図２〜図４は、一次予混
合ガスＱ1 と２次希薄予混合ガスＱ2 の供給量の比が
５：５の条件下で、一次予混合ガスＱ1 の空気比λ1 ＝
1.２、1.４、1.６に変化させ、さらにそれぞれについ
て、２次希薄予混合ガスＱ2 の空気比λ2 を２から１２
まで変化させた場合のものである。
なお、図において、横軸は二次予混合ガスＱ2 の空気比
λ2 、左縦軸は二次予混合ガスＱ2 の燃焼効率C.E.、右
縦軸は燃焼室出口温度である。図２〜図４は、一次予混
合ガスＱ1 と２次希薄予混合ガスＱ2 の供給量の比が
５：５の条件下で、一次予混合ガスＱ1 の空気比λ1 ＝
1.２、1.４、1.６に変化させ、さらにそれぞれについ
て、２次希薄予混合ガスＱ2 の空気比λ2 を２から１２
まで変化させた場合のものである。
【００１２】すなわち、図２は、一次予混合ガスＱ1 の
空気比λ1 が1.２の場合であり、２次希薄予混合ガスＱ
2 の燃焼効率C.E.はその空気比λ2 の変化にかかわらず
すべて１００％であるが、燃焼室出口すなわち希薄予混
合ガスが高温燃焼ガスと混合し反応した後の燃焼器内の
温度Ｔmix は、２次希薄予混合ガスＱ2 の空気比λ2が
高くなるにつれて約１２００℃〜９５０℃に降下してい
る。
空気比λ1 が1.２の場合であり、２次希薄予混合ガスＱ
2 の燃焼効率C.E.はその空気比λ2 の変化にかかわらず
すべて１００％であるが、燃焼室出口すなわち希薄予混
合ガスが高温燃焼ガスと混合し反応した後の燃焼器内の
温度Ｔmix は、２次希薄予混合ガスＱ2 の空気比λ2が
高くなるにつれて約１２００℃〜９５０℃に降下してい
る。
【００１３】図３は一次予混合ガスＱ1 の空気比λ1 が
1.４の場合であり、この場合には、一次予混合ガスＱ1
中の燃料ガスの減少の影響で図２の場合よりも燃焼室出
口の温度Ｔmix は低下している。そして、２次希薄予混
合ガスＱ2 の空気比λ2 が６前後のところで２次希薄予
混合ガスＱ2 の燃焼効率C.E.は１００％でなくなり未燃
焼成分が発生したことを示している。そのときの燃焼室
出口の温度Ｔmix はほぼ９００℃である。
1.４の場合であり、この場合には、一次予混合ガスＱ1
中の燃料ガスの減少の影響で図２の場合よりも燃焼室出
口の温度Ｔmix は低下している。そして、２次希薄予混
合ガスＱ2 の空気比λ2 が６前後のところで２次希薄予
混合ガスＱ2 の燃焼効率C.E.は１００％でなくなり未燃
焼成分が発生したことを示している。そのときの燃焼室
出口の温度Ｔmix はほぼ９００℃である。
【００１４】図４は一次予混合ガスＱ1 の空気比λ1 を
1.６とさらに希薄なものとした場合であり、一次予混合
ガスＱ1 中の燃料ガスの減少の影響で図２の場合よりも
燃焼室出口の温度Ｔmix は低下している。そして、２次
希薄予混合ガスＱ2 の空気比λ2 が３前後のところで２
次希薄予混合ガスＱ2 の燃焼効率C.E.は１００％でなく
なっており、そのときの燃焼室出口の温度Ｔmix はほぼ
９００℃である。
1.６とさらに希薄なものとした場合であり、一次予混合
ガスＱ1 中の燃料ガスの減少の影響で図２の場合よりも
燃焼室出口の温度Ｔmix は低下している。そして、２次
希薄予混合ガスＱ2 の空気比λ2 が３前後のところで２
次希薄予混合ガスＱ2 の燃焼効率C.E.は１００％でなく
なっており、そのときの燃焼室出口の温度Ｔmix はほぼ
９００℃である。
【００１５】図５〜図７は、一次予混合ガスＱ1 と２次
希薄予混合ガスＱ2 の供給量の比が６：４の条件下で、
一次予混合ガスＱ1 の空気比λ1 ＝1.４、1.６、1.８に
変化させ、さらにそれぞれについて、２次希薄予混合ガ
スＱ2 の空気比λ2 を２から１２まで変化させた場合の
ものである。この場合においても、図５の場合すなわち
一次予混合ガスＱ1 の空気比λ1 が1.４の場合では、２
次希薄予混合ガスＱ2 の燃焼効率C.E.は、その空気比λ
2 の変化にかかわらずすべて１００％であり、燃焼室出
口すなわち希薄予混合ガスが高温燃焼ガスと混合し反応
した後の燃焼器内の温度Ｔmix は２次希薄予混合ガスＱ
2 の空気比λ2 の増加とともに約１１００℃〜９２０℃
に降下している。
希薄予混合ガスＱ2 の供給量の比が６：４の条件下で、
一次予混合ガスＱ1 の空気比λ1 ＝1.４、1.６、1.８に
変化させ、さらにそれぞれについて、２次希薄予混合ガ
スＱ2 の空気比λ2 を２から１２まで変化させた場合の
ものである。この場合においても、図５の場合すなわち
一次予混合ガスＱ1 の空気比λ1 が1.４の場合では、２
次希薄予混合ガスＱ2 の燃焼効率C.E.は、その空気比λ
2 の変化にかかわらずすべて１００％であり、燃焼室出
口すなわち希薄予混合ガスが高温燃焼ガスと混合し反応
した後の燃焼器内の温度Ｔmix は２次希薄予混合ガスＱ
2 の空気比λ2 の増加とともに約１１００℃〜９２０℃
に降下している。
【００１６】図６は一次予混合ガスＱ1 の空気比λ1 が
1.６の場合であり、この場合には、一次予混合ガスＱ1
中の燃料ガスの減少の影響で図５の場合よりも燃焼室出
口の温度Ｔmix は低下しており、かつ、２次希薄予混合
ガスＱ2 の空気比λ2 が６前後のところで２次希薄予混
合ガスＱ2 の燃焼効率C.E.は１００％でなくなり未燃焼
成分が発生したことを示している。そのときの燃焼室出
口の温度Ｔmix はやはりほぼ９００℃である。
1.６の場合であり、この場合には、一次予混合ガスＱ1
中の燃料ガスの減少の影響で図５の場合よりも燃焼室出
口の温度Ｔmix は低下しており、かつ、２次希薄予混合
ガスＱ2 の空気比λ2 が６前後のところで２次希薄予混
合ガスＱ2 の燃焼効率C.E.は１００％でなくなり未燃焼
成分が発生したことを示している。そのときの燃焼室出
口の温度Ｔmix はやはりほぼ９００℃である。
【００１７】図７は一次予混合ガスＱ1 の空気比λ1 を
1.８とさらに希薄なものとした場合であり、この場合に
も、一次予混合ガスＱ1 中の燃料ガスの減少の影響で図
５の場合よりも燃焼室出口の温度Ｔmix は低下してお
り、かつ、２次希薄予混合ガスＱ2 の空気比λ2 が３前
後のところで２次希薄予混合ガスＱ2 の燃焼効率C.E.は
１００％でなくなっている。そのときの燃焼室出口の温
度Ｔmix もやはりほぼ９００℃である。
1.８とさらに希薄なものとした場合であり、この場合に
も、一次予混合ガスＱ1 中の燃料ガスの減少の影響で図
５の場合よりも燃焼室出口の温度Ｔmix は低下してお
り、かつ、２次希薄予混合ガスＱ2 の空気比λ2 が３前
後のところで２次希薄予混合ガスＱ2 の燃焼効率C.E.は
１００％でなくなっている。そのときの燃焼室出口の温
度Ｔmix もやはりほぼ９００℃である。
【００１８】図５〜図７の結果も、一次予混合ガスＱ1
と２次希薄予混合ガスＱ2 の供給量の比を不変とし、一
次予混合ガスＱ1 の空気比λ1 を変化させた場合におい
て、燃焼室出口すなわち希薄予混合ガスが高温燃焼ガス
と混合し反応した後の燃焼器内の温度Ｔmix が約９００
℃以上であれば、２次希薄予混合ガスＱ2 の燃焼効率は
常に１００％であり、それは２次希薄予混合ガスＱ2 の
空気比λ2 とは無関係であることを示している。
と２次希薄予混合ガスＱ2 の供給量の比を不変とし、一
次予混合ガスＱ1 の空気比λ1 を変化させた場合におい
て、燃焼室出口すなわち希薄予混合ガスが高温燃焼ガス
と混合し反応した後の燃焼器内の温度Ｔmix が約９００
℃以上であれば、２次希薄予混合ガスＱ2 の燃焼効率は
常に１００％であり、それは２次希薄予混合ガスＱ2 の
空気比λ2 とは無関係であることを示している。
【００１９】次に、図３と図５を比較してみると、一次
予混合ガスＱ1 の空気比λ1 ＝1.４の場合に、一次予混
合ガスＱ1 と２次希薄予混合ガスＱ2 の供給量の比が変
化することで燃焼室出口の温度Ｔmix は異なる変化を示
しているが、温度Ｔmix が約９００℃以上であれば２次
希薄予混合ガスＱ2 の燃焼効率は常に１００％を示して
いる。このことは、図４と図６との対比においても同様
である上記の結果から、前段での燃焼により生じた高温
燃焼ガスに可燃限界外にある希薄予混合ガスを混合して
反応させる多段希薄予混合形式の上記燃焼装置におい
て、希薄予混合ガスとしてメタンを主成分とする燃料を
用いる場合には、前記希薄予混合ガスが高温燃焼ガスと
混合し反応した後の燃焼器内の温度が常に約９００℃以
上となるように制御しつつ燃焼を継続することにより、
未燃焼成分の発生がない燃焼を行い得ることがわかっ
た。なお、上記の温度９００℃の値は、燃焼装置の形式
や希薄予混合ガスとして用いる燃料の主成分の種類によ
り変動することが推測される。従って、実機を用いた運
転においては、あらかじめ、当該燃焼器について燃焼器
出口からの未燃焼成分排出開始前後における燃焼器内で
の前記希薄予混合ガスが高温燃焼ガスと完全に混合し反
応した後の温度を測定しておき、実際の運転に際して
は、希薄予混合ガスが高温燃焼ガスと混合し反応した後
の燃焼器内の温度が常に前記測定温度以上となるよう
に、高温燃焼ガスに希薄予混合ガスを混合して反応させ
ることが望ましい。
予混合ガスＱ1 の空気比λ1 ＝1.４の場合に、一次予混
合ガスＱ1 と２次希薄予混合ガスＱ2 の供給量の比が変
化することで燃焼室出口の温度Ｔmix は異なる変化を示
しているが、温度Ｔmix が約９００℃以上であれば２次
希薄予混合ガスＱ2 の燃焼効率は常に１００％を示して
いる。このことは、図４と図６との対比においても同様
である上記の結果から、前段での燃焼により生じた高温
燃焼ガスに可燃限界外にある希薄予混合ガスを混合して
反応させる多段希薄予混合形式の上記燃焼装置におい
て、希薄予混合ガスとしてメタンを主成分とする燃料を
用いる場合には、前記希薄予混合ガスが高温燃焼ガスと
混合し反応した後の燃焼器内の温度が常に約９００℃以
上となるように制御しつつ燃焼を継続することにより、
未燃焼成分の発生がない燃焼を行い得ることがわかっ
た。なお、上記の温度９００℃の値は、燃焼装置の形式
や希薄予混合ガスとして用いる燃料の主成分の種類によ
り変動することが推測される。従って、実機を用いた運
転においては、あらかじめ、当該燃焼器について燃焼器
出口からの未燃焼成分排出開始前後における燃焼器内で
の前記希薄予混合ガスが高温燃焼ガスと完全に混合し反
応した後の温度を測定しておき、実際の運転に際して
は、希薄予混合ガスが高温燃焼ガスと混合し反応した後
の燃焼器内の温度が常に前記測定温度以上となるよう
に、高温燃焼ガスに希薄予混合ガスを混合して反応させ
ることが望ましい。
【００２０】上記の知見に基づき、本出願人は、前段で
の燃焼により生じた高温燃焼ガスに可燃限界外にある希
薄予混合ガスを混合して反応させる多段希薄予混合燃焼
法であって、あらかじめ、当該燃焼器について燃焼器出
口からの未燃焼成分排出開始前後における燃焼器内での
前記希薄予混合ガスが高温燃焼ガスと混合し反応した後
の温度を測定しておき、実際の運転において、高温燃焼
ガス（一次燃焼ガス）と希薄予混合ガス（二次予混合
気）が混合し反応した後の燃焼器内の温度が常に前記測
定温度以上となるように、高温燃焼ガスに希薄予混合ガ
スを混合し反応させることを特徴とする多段希薄予混合
燃焼法についてすでに出願している（特願平６−１１２
４８５号）
の燃焼により生じた高温燃焼ガスに可燃限界外にある希
薄予混合ガスを混合して反応させる多段希薄予混合燃焼
法であって、あらかじめ、当該燃焼器について燃焼器出
口からの未燃焼成分排出開始前後における燃焼器内での
前記希薄予混合ガスが高温燃焼ガスと混合し反応した後
の温度を測定しておき、実際の運転において、高温燃焼
ガス（一次燃焼ガス）と希薄予混合ガス（二次予混合
気）が混合し反応した後の燃焼器内の温度が常に前記測
定温度以上となるように、高温燃焼ガスに希薄予混合ガ
スを混合し反応させることを特徴とする多段希薄予混合
燃焼法についてすでに出願している（特願平６−１１２
４８５号）
【００２１】
【発明が解決しようとする技術課題】上記のように、先
の出願にかかる多段希薄予混合燃焼法によれば、燃料と
してメタンを主成分とする燃料を用い、燃焼器内での一
次燃焼ガスと二次予混合気とが混合し反応した後の温度
Ｔmix を９００℃前後以上となるように一次燃焼ガス中
に二次予混合気を供給し燃焼させることにより、低ＮＯ
x でかつ未燃焼成分の排出のない完全燃焼が達成され
る。
の出願にかかる多段希薄予混合燃焼法によれば、燃料と
してメタンを主成分とする燃料を用い、燃焼器内での一
次燃焼ガスと二次予混合気とが混合し反応した後の温度
Ｔmix を９００℃前後以上となるように一次燃焼ガス中
に二次予混合気を供給し燃焼させることにより、低ＮＯ
x でかつ未燃焼成分の排出のない完全燃焼が達成され
る。
【００２２】上記の燃焼法を実際の希薄予混合燃焼器に
適用して運転する場合に、負荷変動などにより燃焼器の
運転条件に変更が求められる場合であっても、前記温度
Ｔmix を所定の温度例えば９００℃前後以上となるよう
に常に制御することが必要とされる。温度Ｔmix が継続
して維持されない場合にはそこに不完全燃焼が生じるこ
ととなる。
適用して運転する場合に、負荷変動などにより燃焼器の
運転条件に変更が求められる場合であっても、前記温度
Ｔmix を所定の温度例えば９００℃前後以上となるよう
に常に制御することが必要とされる。温度Ｔmix が継続
して維持されない場合にはそこに不完全燃焼が生じるこ
ととなる。
【００２３】本発明の目的は、先の出願による多段希薄
予混合燃焼法を実際の燃焼器に適用する際に、負荷変動
などが生じた場合であっても常に前記温度Ｔmix が所定
温度以上に維持されるようにその運転条件を随時変更す
ることにより不完全燃焼が生じるのを防止するようにし
た多段希薄予混合燃焼における不完全燃焼防止方法を提
供することにある。
予混合燃焼法を実際の燃焼器に適用する際に、負荷変動
などが生じた場合であっても常に前記温度Ｔmix が所定
温度以上に維持されるようにその運転条件を随時変更す
ることにより不完全燃焼が生じるのを防止するようにし
た多段希薄予混合燃焼における不完全燃焼防止方法を提
供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による多段希薄予混合燃焼における不完全燃
焼防止方法は、基本的に、前段での燃焼により生じた一
次燃焼ガスに次段において可燃限界外の希薄な二次予混
合気を混合して反応させる多段希薄予混合燃焼法におけ
る不完全燃焼防止方法であって、あらかじめ、当該燃焼
器について燃焼器出口からの未燃焼成分排出開始前後に
おける燃焼器内での前記一次燃焼ガスと二次予混合気と
が混合し反応した後の温度Ｋを求めておき、実際の運転
において、その運転条件における一次燃焼ガスと二次予
混合気とが混合し反応した後の温度Ｔmix を求め、温度
Ｋと温度Ｔmix を比較し、温度Ｋ＞温度Ｔmix であって
かつ二次予混合気中に燃料が供給されている場合には、
温度Ｋ≦温度Ｔmix となるように運転条件を変更するこ
とを特徴とする。
めの本発明による多段希薄予混合燃焼における不完全燃
焼防止方法は、基本的に、前段での燃焼により生じた一
次燃焼ガスに次段において可燃限界外の希薄な二次予混
合気を混合して反応させる多段希薄予混合燃焼法におけ
る不完全燃焼防止方法であって、あらかじめ、当該燃焼
器について燃焼器出口からの未燃焼成分排出開始前後に
おける燃焼器内での前記一次燃焼ガスと二次予混合気と
が混合し反応した後の温度Ｋを求めておき、実際の運転
において、その運転条件における一次燃焼ガスと二次予
混合気とが混合し反応した後の温度Ｔmix を求め、温度
Ｋと温度Ｔmix を比較し、温度Ｋ＞温度Ｔmix であって
かつ二次予混合気中に燃料が供給されている場合には、
温度Ｋ≦温度Ｔmix となるように運転条件を変更するこ
とを特徴とする。
【００２５】前記温度Ｔmix の値を得るには、燃焼器内
に温度センサーを設けその測定値から値を得るようにし
てもよく、その運転条件での、一次空気の供給量、一次
燃料の供給量、一次空気の予熱温度、及び、二次空気の
供給量、二次燃料の供給量、二次空気の予熱温度を測定
し、 但し、Ｈ1 (J/kg)：一次燃料の単位質量当たりの発熱量
（２５℃基準） Ｈ2 (J/kg)：二次燃料の単位質量当たりの発熱量（２５
℃基準） ｍg1(kg/h)：一次燃料の質量流量 ｍa1(kg/h)：一次空気の質量流量 ｍg2(kg/h)：二次燃料の質量流量 ｍa2(kg/h)：二次空気の質量流量 Ｔa1（℃) ：一次空気の予熱温度 Ｔa2（℃) ：二次空気の予熱温度 ＣaT1(J/kg℃) ：空気の温度Ｔa1における平均比熱（２
５℃基準） ＣaT2(J/kg℃) ：空気の温度Ｔa2における平均比熱（２
５℃基準） CmixTmix(J/kg℃) ：一次燃焼ガスと二次予混合気とが
混合し反応してできた混合気の温度Ｔmix における平均
比熱（２５℃基準） により得るようにしてもよい。
に温度センサーを設けその測定値から値を得るようにし
てもよく、その運転条件での、一次空気の供給量、一次
燃料の供給量、一次空気の予熱温度、及び、二次空気の
供給量、二次燃料の供給量、二次空気の予熱温度を測定
し、 但し、Ｈ1 (J/kg)：一次燃料の単位質量当たりの発熱量
（２５℃基準） Ｈ2 (J/kg)：二次燃料の単位質量当たりの発熱量（２５
℃基準） ｍg1(kg/h)：一次燃料の質量流量 ｍa1(kg/h)：一次空気の質量流量 ｍg2(kg/h)：二次燃料の質量流量 ｍa2(kg/h)：二次空気の質量流量 Ｔa1（℃) ：一次空気の予熱温度 Ｔa2（℃) ：二次空気の予熱温度 ＣaT1(J/kg℃) ：空気の温度Ｔa1における平均比熱（２
５℃基準） ＣaT2(J/kg℃) ：空気の温度Ｔa2における平均比熱（２
５℃基準） CmixTmix(J/kg℃) ：一次燃焼ガスと二次予混合気とが
混合し反応してできた混合気の温度Ｔmix における平均
比熱（２５℃基準） により得るようにしてもよい。
【００２６】温度Ｋ＞温度Ｔmix で二次予混合気中に燃
料が供給されている場合での運転条件の変更の具体的手
法としては、一次燃料の質量流量ｍg1を増加すること、
二次燃料の質量流量ｍg2を増加すること、一次空気の質
量流量ｍa1を減少すること及び／又は一次空気の温度Ｔ
a1を上昇させること、二次空気の質量流量ｍa2を減少す
ること及び／又は二次空気の温度Ｔa2を上昇させるこ
と、などにより有効に行うことができる。
料が供給されている場合での運転条件の変更の具体的手
法としては、一次燃料の質量流量ｍg1を増加すること、
二次燃料の質量流量ｍg2を増加すること、一次空気の質
量流量ｍa1を減少すること及び／又は一次空気の温度Ｔ
a1を上昇させること、二次空気の質量流量ｍa2を減少す
ること及び／又は二次空気の温度Ｔa2を上昇させるこ
と、などにより有効に行うことができる。
【００２７】本発明において前記温度Ｋは一定でなく使
用する燃料の種類及び燃焼器の種類によって変化する。
１次燃料及び２次燃料がメタンを主成分とする燃料であ
る場合には、温度Ｋを９００℃としてあらかじめ設定し
ておくことも可能である。本発明はまた、燃焼器の負荷
変動に対して、低負荷時には二次予混合気中に燃料を供
給せず、一次予混合気中の燃料流量を増加させることに
より負荷の上昇に対応し、温度Ｋ≦温度Ｔmix となった
時点から二次予混合気中に燃料を供給し、その流量を増
加させることで負荷の上昇に対応することを特徴とする
請求項１記載の不完全燃焼防止方法を用いた多段希薄予
混合燃焼器の燃焼制御方法をも開示している。
用する燃料の種類及び燃焼器の種類によって変化する。
１次燃料及び２次燃料がメタンを主成分とする燃料であ
る場合には、温度Ｋを９００℃としてあらかじめ設定し
ておくことも可能である。本発明はまた、燃焼器の負荷
変動に対して、低負荷時には二次予混合気中に燃料を供
給せず、一次予混合気中の燃料流量を増加させることに
より負荷の上昇に対応し、温度Ｋ≦温度Ｔmix となった
時点から二次予混合気中に燃料を供給し、その流量を増
加させることで負荷の上昇に対応することを特徴とする
請求項１記載の不完全燃焼防止方法を用いた多段希薄予
混合燃焼器の燃焼制御方法をも開示している。
【００２８】上記の不完全燃焼防止方法を実施するに際
して、Ｔmix の算出は図９にそのフローチャートを示す
ように、先ずある値のＴmix を仮定値としてCmixTmixを
求め、そのCmixTmixを用いてＴmix を算出し仮定値と比
べるという繰り返し計算が必要とされる。その煩雑さを
避け制御装置の簡易化と処理時間の短縮を可能とするも
のとして、本発明は発熱量を基準値とした次の方法をも
開示する。
して、Ｔmix の算出は図９にそのフローチャートを示す
ように、先ずある値のＴmix を仮定値としてCmixTmixを
求め、そのCmixTmixを用いてＴmix を算出し仮定値と比
べるという繰り返し計算が必要とされる。その煩雑さを
避け制御装置の簡易化と処理時間の短縮を可能とするも
のとして、本発明は発熱量を基準値とした次の方法をも
開示する。
【００２９】すなわち、その方法は、前記の多段希薄予
混合燃焼における不完全燃焼防止方法において、実際の
運転において、その運転条件での、一次空気の供給量、
一次燃料の供給量、一次空気の予熱温度、及び、二次空
気の供給量、二次燃料の供給量、二次空気の予熱温度を
測定し、そこから、その条件における、一次予混合気及
び二次予混合気によって燃焼器へ供給される熱量Ｈin
と、一次燃焼ガスと二次予混合気とが混合し反応してで
きた混合気の温度Ｋにおける保有熱量Ｈmix を式
（Ｂ）、（Ｃ）によって算出し、熱量Ｈmix と熱量Ｈin
を比較し、熱量Ｈmix ＞熱量Ｈinであってかつ二次予混
合気中に燃料が供給されている場合には、熱量Ｈmix ≦
熱量Ｈinとなるように運転条件を変更することを特徴と
する。
混合燃焼における不完全燃焼防止方法において、実際の
運転において、その運転条件での、一次空気の供給量、
一次燃料の供給量、一次空気の予熱温度、及び、二次空
気の供給量、二次燃料の供給量、二次空気の予熱温度を
測定し、そこから、その条件における、一次予混合気及
び二次予混合気によって燃焼器へ供給される熱量Ｈin
と、一次燃焼ガスと二次予混合気とが混合し反応してで
きた混合気の温度Ｋにおける保有熱量Ｈmix を式
（Ｂ）、（Ｃ）によって算出し、熱量Ｈmix と熱量Ｈin
を比較し、熱量Ｈmix ＞熱量Ｈinであってかつ二次予混
合気中に燃料が供給されている場合には、熱量Ｈmix ≦
熱量Ｈinとなるように運転条件を変更することを特徴と
する。
【００３０】式（Ｂ）Ｈin＝H1×mg1＋H2×mg2＋CaT1×
(Ta1-25)×ma1＋CaT2×(Ta2-25)×ma2 式（Ｃ）Ｈmix＝CmixK×(K-25)×(ma1＋mg1＋ma2＋mg2) 但し、Ｈ1 (J/kg)：一次燃料の単位質量当たりの発熱量
（２５℃基準） Ｈ2 (J/kg)：二次燃料の単位質量当たりの発熱量（２５
℃基準） ｍg1(kg/h)：一次燃料の質量流量 ｍa1(kg/h)：一次空気の質量流量 ｍg2(kg/h)：二次燃料の質量流量 ｍa2(kg/h)：二次空気の質量流量 Ｔa1（℃) ：一次空気の予熱温度 Ｔa2（℃) ：二次空気の予熱温度 CaT1(J/kg℃)：空気の温度Ｔa1における平均比熱（２５
℃基準） CaT2(J/kg℃)：空気の温度Ｔa2における平均比熱（２５
℃基準） CmixK(J/kg℃)：一次燃焼ガスと二次予混合気とが混合
し反応してできた混合気の温度Ｋにおける平均比熱（２
５℃基準）
(Ta1-25)×ma1＋CaT2×(Ta2-25)×ma2 式（Ｃ）Ｈmix＝CmixK×(K-25)×(ma1＋mg1＋ma2＋mg2) 但し、Ｈ1 (J/kg)：一次燃料の単位質量当たりの発熱量
（２５℃基準） Ｈ2 (J/kg)：二次燃料の単位質量当たりの発熱量（２５
℃基準） ｍg1(kg/h)：一次燃料の質量流量 ｍa1(kg/h)：一次空気の質量流量 ｍg2(kg/h)：二次燃料の質量流量 ｍa2(kg/h)：二次空気の質量流量 Ｔa1（℃) ：一次空気の予熱温度 Ｔa2（℃) ：二次空気の予熱温度 CaT1(J/kg℃)：空気の温度Ｔa1における平均比熱（２５
℃基準） CaT2(J/kg℃)：空気の温度Ｔa2における平均比熱（２５
℃基準） CmixK(J/kg℃)：一次燃焼ガスと二次予混合気とが混合
し反応してできた混合気の温度Ｋにおける平均比熱（２
５℃基準）
【００３１】この方法においても、熱量Ｈmix ＞熱量Ｈ
inで二次予混合気中に燃料が供給されている場合での運
転条件の変更の具体的手段は、温度Ｋと温度Ｔmix を比
較する先の不完全燃焼防止方法の場合と同様な手段を用
いることができる。さらに、１次燃料及び２次燃料がメ
タンを主成分とする燃料である場合には、温度Ｋを９０
０℃としてあらかじめ設定しておくこと、燃焼器の負荷
変動に対して、低負荷時には二次予混合気中に燃料を供
給せず、一次予混合気中の燃料流量を増加させることに
より負荷の上昇に対応し、熱量Ｈmix ≦熱量Ｈinとなっ
た時点から二次予混合気中に燃料を供給し、その流量を
増加させることで負荷の上昇に対応するようにするこ
と、なども発明の一態様である。
inで二次予混合気中に燃料が供給されている場合での運
転条件の変更の具体的手段は、温度Ｋと温度Ｔmix を比
較する先の不完全燃焼防止方法の場合と同様な手段を用
いることができる。さらに、１次燃料及び２次燃料がメ
タンを主成分とする燃料である場合には、温度Ｋを９０
０℃としてあらかじめ設定しておくこと、燃焼器の負荷
変動に対して、低負荷時には二次予混合気中に燃料を供
給せず、一次予混合気中の燃料流量を増加させることに
より負荷の上昇に対応し、熱量Ｈmix ≦熱量Ｈinとなっ
た時点から二次予混合気中に燃料を供給し、その流量を
増加させることで負荷の上昇に対応するようにするこ
と、なども発明の一態様である。
【００３２】
【実施例】以下、実施例に基づき本発明をより詳細に説
明する。図８は本発明による多段希薄予混合燃焼におけ
る不完全燃焼防止方法を実施するための制御システムを
示す概略説明図であり、図９は温度Ｋと温度Ｔmix を比
較する態様におけるそのフローチャートである。
明する。図８は本発明による多段希薄予混合燃焼におけ
る不完全燃焼防止方法を実施するための制御システムを
示す概略説明図であり、図９は温度Ｋと温度Ｔmix を比
較する態様におけるそのフローチャートである。
【００３３】図８において、１００は二段希薄予混合燃
焼器であり図１に示したものと同様の燃焼器が用いら
れ、その燃焼態様も図１に示した燃焼器の場合と同様で
ある。すなわち、一次予混合気Ｑ1 は一次予混合気供給
口１０ａから供給され、そこで安定した予混合火炎を形
成して完全燃焼する。一方、可燃限界外にある低温の二
次予混合気Ｑ2 は二次予混合気供給口３０から供給さ
れ、一次予混合気Ｑ1 の一次燃焼ガスと混合し、反応す
る。
焼器であり図１に示したものと同様の燃焼器が用いら
れ、その燃焼態様も図１に示した燃焼器の場合と同様で
ある。すなわち、一次予混合気Ｑ1 は一次予混合気供給
口１０ａから供給され、そこで安定した予混合火炎を形
成して完全燃焼する。一方、可燃限界外にある低温の二
次予混合気Ｑ2 は二次予混合気供給口３０から供給さ
れ、一次予混合気Ｑ1 の一次燃焼ガスと混合し、反応す
る。
【００３４】本発明において、二段希薄予混合燃焼器１
００には不完全燃焼を防止するための制御システムが燃
料及び空気供給ラインに設けられる。すなわち、一次空
気Ａ1 の供給路５０には、流量調節弁５１の下流側に流
量計５２、空気予熱器５３、温度センサ５４が順次配置
され、また、一次燃料Ｇ1 の供給路６０には、流量調節
弁６１の下流に流量計６２が配置されている。そして、
供給路５０を通る一次空気Ａ1 と供給路６０を通る一次
燃料Ｇ1 とは一体となって一次予混合気Ｑ1 とされる。
００には不完全燃焼を防止するための制御システムが燃
料及び空気供給ラインに設けられる。すなわち、一次空
気Ａ1 の供給路５０には、流量調節弁５１の下流側に流
量計５２、空気予熱器５３、温度センサ５４が順次配置
され、また、一次燃料Ｇ1 の供給路６０には、流量調節
弁６１の下流に流量計６２が配置されている。そして、
供給路５０を通る一次空気Ａ1 と供給路６０を通る一次
燃料Ｇ1 とは一体となって一次予混合気Ｑ1 とされる。
【００３５】同様に、二次空気Ａ2 の供給路７０には、
流量調節弁７１の下流側に流量計７２、空気予熱器７
３、温度センサ７４が順次配置され、また、二次燃料Ｇ
2 の供給路８０には、流量調節弁８１の下流に流量計８
２が配置されている。そして、供給路７０を通る二次空
気Ａ2 と供給路８０を通る二次燃料Ｇ2 とは一体となっ
て二次予混合気Ｑ2 とされる。
流量調節弁７１の下流側に流量計７２、空気予熱器７
３、温度センサ７４が順次配置され、また、二次燃料Ｇ
2 の供給路８０には、流量調節弁８１の下流に流量計８
２が配置されている。そして、供給路７０を通る二次空
気Ａ2 と供給路８０を通る二次燃料Ｇ2 とは一体となっ
て二次予混合気Ｑ2 とされる。
【００３６】９０は制御装置であり、各流量計、温度セ
ンサからのデータが入力されると共に、後記するよう
に、温度Ｔmix の算出を行い、かつ、各流量調整弁、空
気予熱器に制御信号を出力する。すなわち、一次空気Ａ
1 の供給量は質量流量ｍa1(kg/h)として流量計５２によ
り計測され、また空気予熱器５３通過後の予熱温度Ｔa1
( ℃) が温度センサ５４により計測される。一次燃料Ｇ
1 の供給量も質量流量ｍg1(kg/h)として流量計６２によ
り計測される。同様に、二次空気Ａ2 の供給量は質量流
量ｍa2(kg/h)として流量計７２により計測され、空気予
熱器５３通過後の予熱温度Ｔa2( ℃) が温度センサ７４
により計測される。二次燃料Ｇ2 の供給量も質量流量ｍ
g2(kg/h)として流量計８２により計測される。
ンサからのデータが入力されると共に、後記するよう
に、温度Ｔmix の算出を行い、かつ、各流量調整弁、空
気予熱器に制御信号を出力する。すなわち、一次空気Ａ
1 の供給量は質量流量ｍa1(kg/h)として流量計５２によ
り計測され、また空気予熱器５３通過後の予熱温度Ｔa1
( ℃) が温度センサ５４により計測される。一次燃料Ｇ
1 の供給量も質量流量ｍg1(kg/h)として流量計６２によ
り計測される。同様に、二次空気Ａ2 の供給量は質量流
量ｍa2(kg/h)として流量計７２により計測され、空気予
熱器５３通過後の予熱温度Ｔa2( ℃) が温度センサ７４
により計測される。二次燃料Ｇ2 の供給量も質量流量ｍ
g2(kg/h)として流量計８２により計測される。
【００３７】それらの計測データを基に制御装置９０は
次式（Ａ）により燃焼器１００内の次燃焼ガスと二次予
混合気とが混合し反応した後の温度Ｔmix を算出する。
算出に際しては、先ずある値のＴmix を仮定値として立
ててCmixTmixを求め、そのCmixTmixを用いてＴmix を算
出し仮定値と比べるという繰り返し計算を行い、最終的
にＴmix を算出する。
次式（Ａ）により燃焼器１００内の次燃焼ガスと二次予
混合気とが混合し反応した後の温度Ｔmix を算出する。
算出に際しては、先ずある値のＴmix を仮定値として立
ててCmixTmixを求め、そのCmixTmixを用いてＴmix を算
出し仮定値と比べるという繰り返し計算を行い、最終的
にＴmix を算出する。
【００３８】但し、Ｈ1 は一次燃料の単位質量当たりの
発熱量(J/kg)(２５℃基準）、Ｈ2は二次燃料の単位質量
当たりの発熱量(J/kg)(２５℃基準）であり、ＣaT1 は
空気の温度Ｔa1における平均比熱(J/kg ℃)(２５℃基
準）、ＣaT2 は空気の温度Ｔa2における平均比熱(J/kg
℃)(２５℃基準）、CmixTmixは一次燃焼ガスと二次予混
合気とが混合し反応してできた混合気の温度Ｔmix にお
ける平均比熱(J/kg ℃)(２５℃基準）を表している。
発熱量(J/kg)(２５℃基準）、Ｈ2は二次燃料の単位質量
当たりの発熱量(J/kg)(２５℃基準）であり、ＣaT1 は
空気の温度Ｔa1における平均比熱(J/kg ℃)(２５℃基
準）、ＣaT2 は空気の温度Ｔa2における平均比熱(J/kg
℃)(２５℃基準）、CmixTmixは一次燃焼ガスと二次予混
合気とが混合し反応してできた混合気の温度Ｔmix にお
ける平均比熱(J/kg ℃)(２５℃基準）を表している。
【００３９】実際の燃焼器について燃焼実験を行い、あ
らかじめ、当該燃焼器について燃焼器出口からの未燃焼
成分排出開始前後における、燃焼器内での前記一次燃焼
ガスと二次予混合気とが混合し反応した後の温度Ｋを、
前記流量計及び温度センサからの計測信号に基づき、そ
の時の一次空気の供給量、一次燃料の供給量、一次空気
の予熱温度、及び、二次空気の供給量、二次燃料の供給
量、二次空気の予熱温度を測定し、前記式（Ａ）から求
めておく（この温度Ｋが燃焼器の運転条件にかかわらず
ほぼ一定であることは前述した通りであり、より詳細に
は先に示した本出願人の出願にかかる特願平６−１１２
４８５号に開示される）。なお、１次燃料及び２次燃料
がメタンを主成分とする燃料である場合には、温度Ｋは
ほぼ９００℃となる。特に図示しないが、この温度Ｋの
測定は燃焼器１００の出口に設けた熱電対などの温度セ
ンサーによってもよい。
らかじめ、当該燃焼器について燃焼器出口からの未燃焼
成分排出開始前後における、燃焼器内での前記一次燃焼
ガスと二次予混合気とが混合し反応した後の温度Ｋを、
前記流量計及び温度センサからの計測信号に基づき、そ
の時の一次空気の供給量、一次燃料の供給量、一次空気
の予熱温度、及び、二次空気の供給量、二次燃料の供給
量、二次空気の予熱温度を測定し、前記式（Ａ）から求
めておく（この温度Ｋが燃焼器の運転条件にかかわらず
ほぼ一定であることは前述した通りであり、より詳細に
は先に示した本出願人の出願にかかる特願平６−１１２
４８５号に開示される）。なお、１次燃料及び２次燃料
がメタンを主成分とする燃料である場合には、温度Ｋは
ほぼ９００℃となる。特に図示しないが、この温度Ｋの
測定は燃焼器１００の出口に設けた熱電対などの温度セ
ンサーによってもよい。
【００４０】次に、当該燃焼器の実際の継続運転を行
う。その運転中に、常時リアルタイムであるいは一定時
間毎に、前記流量計及び温度センサからの計測信号に基
づき、式Ａにより温度Ｔmix を算出し、制御装置は温度
Ｋと温度Ｔmix を比較する。すでに説明したように温度
Ｋはその燃焼器において二次予混合気中の二次燃料Ｇ2
が不完全燃焼を起こして未燃焼成分が排出される前後の
温度であり、温度Ｋ＞温度Ｔmix である場合にはその運
転条件では不完全燃焼が生じていることを示している。
なお、特に図示しないが、温度Ｔmix を燃焼器１００の
出口に設けた熱電対などの温度センサーからの読み取り
値によってもよく、この場合には、前記流量や温度の測
定や式（Ａ）による処理などを必要としいなどの利点が
ある。
う。その運転中に、常時リアルタイムであるいは一定時
間毎に、前記流量計及び温度センサからの計測信号に基
づき、式Ａにより温度Ｔmix を算出し、制御装置は温度
Ｋと温度Ｔmix を比較する。すでに説明したように温度
Ｋはその燃焼器において二次予混合気中の二次燃料Ｇ2
が不完全燃焼を起こして未燃焼成分が排出される前後の
温度であり、温度Ｋ＞温度Ｔmix である場合にはその運
転条件では不完全燃焼が生じていることを示している。
なお、特に図示しないが、温度Ｔmix を燃焼器１００の
出口に設けた熱電対などの温度センサーからの読み取り
値によってもよく、この場合には、前記流量や温度の測
定や式（Ａ）による処理などを必要としいなどの利点が
ある。
【００４１】温度Ｋ＞温度Ｔmix となったときに、温度
Ｋ≦温度Ｔmix となるように運転条件を変更するような
回復措置を講じる。それにより、未燃焼成分の排出は回
避され二次予混合気中の二次燃料Ｇ2 の完全燃焼状態が
回復する。温度Ｋ＞温度Ｔmix の運転状態となったとき
に制御装置は何らかの警告信号、例えば、光あるいは音
による信号を発して運転者に注意を促し、運転者が必要
な回復措置を取るようにしてもよく、あるいは制御装置
からの制御信号により、自動的に回復措置が図られるよ
うにしてもよい。
Ｋ≦温度Ｔmix となるように運転条件を変更するような
回復措置を講じる。それにより、未燃焼成分の排出は回
避され二次予混合気中の二次燃料Ｇ2 の完全燃焼状態が
回復する。温度Ｋ＞温度Ｔmix の運転状態となったとき
に制御装置は何らかの警告信号、例えば、光あるいは音
による信号を発して運転者に注意を促し、運転者が必要
な回復措置を取るようにしてもよく、あるいは制御装置
からの制御信号により、自動的に回復措置が図られるよ
うにしてもよい。
【００４２】回復措置の具体的方法は式（Ａ）におい
て、その右辺の値が増大する方法が適宜選択して用いら
れる。式（Ａ）から明らかなように、これには、一次燃
料Ｇ1の質量流量ｍg1を増加する方法（この場合には、
制御装置９０は一次燃料Ｇ1 の供給路６０の流量調整弁
６１に対して開度を大きくする信号を発するようにす
る）、二次燃料Ｇ2 の質量流量ｍg2を増加する方法（こ
の場合には、制御装置９０は二次燃料Ｇ2 の供給路８０
の流量調整弁８１に対して開度を大きくする信号を発す
るようにする）、一次空気Ａ1 の質量流量ｍa1を減少す
ること及び／又は一次空気Ａ1 の温度Ｔa1を上昇させる
ことにより行う方法（この場合には、制御装置９０は一
次空気Ａ1 の供給路５０の流量調整弁５１に対して開度
を小さくする信号を発するか、空気予熱器５３の容量を
増大する信号を発するか、双方の信号を同時に発するよ
うにする）、さらには、二次空気Ａ2 の質量流量ｍa2を
減少すること及び／又は二次空気Ａ2 の温度Ｔa2を上昇
させることにより行う方法（この場合には、制御装置９
０は二次空気Ａ2 の供給路７０の流量調整弁７１に対し
て開度を小さくする信号を発するか、空気予熱器７３の
容量を増大する信号を発するか、双方の信号を同時に発
するようにする）、などが選択的にあるいは同時に実行
される。図９はその一例を示すフローチャートである。
て、その右辺の値が増大する方法が適宜選択して用いら
れる。式（Ａ）から明らかなように、これには、一次燃
料Ｇ1の質量流量ｍg1を増加する方法（この場合には、
制御装置９０は一次燃料Ｇ1 の供給路６０の流量調整弁
６１に対して開度を大きくする信号を発するようにす
る）、二次燃料Ｇ2 の質量流量ｍg2を増加する方法（こ
の場合には、制御装置９０は二次燃料Ｇ2 の供給路８０
の流量調整弁８１に対して開度を大きくする信号を発す
るようにする）、一次空気Ａ1 の質量流量ｍa1を減少す
ること及び／又は一次空気Ａ1 の温度Ｔa1を上昇させる
ことにより行う方法（この場合には、制御装置９０は一
次空気Ａ1 の供給路５０の流量調整弁５１に対して開度
を小さくする信号を発するか、空気予熱器５３の容量を
増大する信号を発するか、双方の信号を同時に発するよ
うにする）、さらには、二次空気Ａ2 の質量流量ｍa2を
減少すること及び／又は二次空気Ａ2 の温度Ｔa2を上昇
させることにより行う方法（この場合には、制御装置９
０は二次空気Ａ2 の供給路７０の流量調整弁７１に対し
て開度を小さくする信号を発するか、空気予熱器７３の
容量を増大する信号を発するか、双方の信号を同時に発
するようにする）、などが選択的にあるいは同時に実行
される。図９はその一例を示すフローチャートである。
【００４３】そのような回復措置の結果、温度Ｔmix は
上昇し、温度Ｋ≦温度Ｔmix の状態となり、不完全燃焼
は防止される。次に、図１０〜図１６を参照しつつ、各
回復措置を採用する場合の具体例について説明する。図
１０はメタンを主成分とする燃料を用いた場合におけ
る、一次燃料Ｇ1 の質量流量ｍg1を変化させた場合の例
であり、一次空気Ａ1 の質量流量ｍa1と二次空気Ａ2 の
質量流量ｍa2を４２(kg/h)とし、二次燃料Ｇ2 の質量流
量ｍg2を0.２５(kg/h)として、一次燃料Ｇ1 の質量流量
ｍg1を変化させた場合での、温度センサーによる測定に
よる温度Ｔmix と二次予混合気の燃焼効率C.E.との関係
を示している。温度Ｔmix が低温の場合には二次予混合
気の燃焼効率C.E.は悪い、すなわち、二次燃料の一部は
未燃焼成分として排出されているが、一次燃料の質量流
量ｍg1が増加して温度Ｔmix を上昇させるに従い燃焼効
率C.E.は向上し、温度Ｔmix がほぼ９００℃の時点でほ
ぼ９５％となり、不完全燃焼が実質的に回避されたこと
を示している。
上昇し、温度Ｋ≦温度Ｔmix の状態となり、不完全燃焼
は防止される。次に、図１０〜図１６を参照しつつ、各
回復措置を採用する場合の具体例について説明する。図
１０はメタンを主成分とする燃料を用いた場合におけ
る、一次燃料Ｇ1 の質量流量ｍg1を変化させた場合の例
であり、一次空気Ａ1 の質量流量ｍa1と二次空気Ａ2 の
質量流量ｍa2を４２(kg/h)とし、二次燃料Ｇ2 の質量流
量ｍg2を0.２５(kg/h)として、一次燃料Ｇ1 の質量流量
ｍg1を変化させた場合での、温度センサーによる測定に
よる温度Ｔmix と二次予混合気の燃焼効率C.E.との関係
を示している。温度Ｔmix が低温の場合には二次予混合
気の燃焼効率C.E.は悪い、すなわち、二次燃料の一部は
未燃焼成分として排出されているが、一次燃料の質量流
量ｍg1が増加して温度Ｔmix を上昇させるに従い燃焼効
率C.E.は向上し、温度Ｔmix がほぼ９００℃の時点でほ
ぼ９５％となり、不完全燃焼が実質的に回避されたこと
を示している。
【００４４】図１１はメタンを主成分とする燃料を用い
た場合における、二次燃料Ｇ2 の質量流量ｍg2を変化さ
せた場合の例であり、一次空気Ａ1 の質量流量ｍa1と二
次空気Ａ2 の質量流量ｍa2を４２(kg/h)とし、一次燃料
Ｇ1 の質量流量ｍg1を1.８(kg/h)として、二次燃料Ｇ2
の質量流量ｍg2を変化させた場合での、温度センサーに
よる測定による温度Ｔmix と二次予混合気の燃焼効率C.
E.との関係を示している。この場合でも温度Ｔmix が低
温の場合には二次予混合気の燃焼効率C.E.は低く、二次
燃料の一部は未燃焼成分として排出されているが、二次
燃料の質量流量ｍg2が増加して温度Ｔmix を上昇させる
に従い燃焼効率C.E.は向上し、温度Ｔmix がほぼ９００
℃の時点でほぼ１００％となり、不完全燃焼が実質的に
回避されたことを示している。
た場合における、二次燃料Ｇ2 の質量流量ｍg2を変化さ
せた場合の例であり、一次空気Ａ1 の質量流量ｍa1と二
次空気Ａ2 の質量流量ｍa2を４２(kg/h)とし、一次燃料
Ｇ1 の質量流量ｍg1を1.８(kg/h)として、二次燃料Ｇ2
の質量流量ｍg2を変化させた場合での、温度センサーに
よる測定による温度Ｔmix と二次予混合気の燃焼効率C.
E.との関係を示している。この場合でも温度Ｔmix が低
温の場合には二次予混合気の燃焼効率C.E.は低く、二次
燃料の一部は未燃焼成分として排出されているが、二次
燃料の質量流量ｍg2が増加して温度Ｔmix を上昇させる
に従い燃焼効率C.E.は向上し、温度Ｔmix がほぼ９００
℃の時点でほぼ１００％となり、不完全燃焼が実質的に
回避されたことを示している。
【００４５】図１２はメタンを主成分とする燃料を用い
た場合における、二次燃料Ｇ2 の質量流量ｍg2を変化さ
せた場合の例であり、一次空気Ａ1 の質量流量ｍa1と二
次空気Ａ2 の質量流量ｍa2を４２(kg/h)とし、一次燃料
Ｇ1 の質量流量ｍg1を1.５７(kg/h)として、二次燃料Ｇ
2 の質量流量ｍg2を変化させた場合の例である。この場
合にも、温度Ｔmix が低温の場合には二次予混合気の燃
焼効率C.E.は低く、二次燃料の一部は未燃焼成分として
排出されているが、二次燃料の質量流量ｍg2が増加して
温度Ｔmix を上昇させるに従い燃焼効率C.E.は向上し、
温度Ｔmix がほぼ９００℃の時点でほぼ９５％となり、
不完全燃焼が実質的に回避されたことを示している。
た場合における、二次燃料Ｇ2 の質量流量ｍg2を変化さ
せた場合の例であり、一次空気Ａ1 の質量流量ｍa1と二
次空気Ａ2 の質量流量ｍa2を４２(kg/h)とし、一次燃料
Ｇ1 の質量流量ｍg1を1.５７(kg/h)として、二次燃料Ｇ
2 の質量流量ｍg2を変化させた場合の例である。この場
合にも、温度Ｔmix が低温の場合には二次予混合気の燃
焼効率C.E.は低く、二次燃料の一部は未燃焼成分として
排出されているが、二次燃料の質量流量ｍg2が増加して
温度Ｔmix を上昇させるに従い燃焼効率C.E.は向上し、
温度Ｔmix がほぼ９００℃の時点でほぼ９５％となり、
不完全燃焼が実質的に回避されたことを示している。
【００４６】図１３はメタンを主成分とする燃料を用い
た場合における、二次空気Ａ2 の質量流量ｍa2を変化さ
せた場合の例である。ここでは、一次空気Ａ1 の質量流
量ｍa1を４２(kg/h)とし、一次燃料Ｇ1 の質量流量ｍg1
を1.８(kg/h)、二次燃料Ｇ2の質量流量ｍg2を0.２５(kg
/h)として、二次空気Ａ2 の質量流量ｍa2を変化させた
場合である。二次空気の質量流量ｍa2が少ない場合には
温度Ｔmix も高い温度を維持することができ、高い燃焼
効率を保持しているが、二次空気の質量流量ｍa2が増大
して温度Ｔmix が９００℃よりも低い温度になるにつれ
て二次予混合気の燃焼効率C.E.は大きく低下していくこ
とが分かる。
た場合における、二次空気Ａ2 の質量流量ｍa2を変化さ
せた場合の例である。ここでは、一次空気Ａ1 の質量流
量ｍa1を４２(kg/h)とし、一次燃料Ｇ1 の質量流量ｍg1
を1.８(kg/h)、二次燃料Ｇ2の質量流量ｍg2を0.２５(kg
/h)として、二次空気Ａ2 の質量流量ｍa2を変化させた
場合である。二次空気の質量流量ｍa2が少ない場合には
温度Ｔmix も高い温度を維持することができ、高い燃焼
効率を保持しているが、二次空気の質量流量ｍa2が増大
して温度Ｔmix が９００℃よりも低い温度になるにつれ
て二次予混合気の燃焼効率C.E.は大きく低下していくこ
とが分かる。
【００４７】図１４〜図１６は上記した多段希薄予混合
燃焼における不完全燃焼防止方法を実際の二段希薄燃焼
器に用いて運転する場合の他の例を示しており、図１４
は温度Ｔmix の変化、図１５は二次予混合気の燃焼効率
C.E.の変化、図１６はＮＯxの変化をそれぞれ示してい
る。各図において、Ａ〜Ｆの各点での燃焼条件は以下の
通りである。
燃焼における不完全燃焼防止方法を実際の二段希薄燃焼
器に用いて運転する場合の他の例を示しており、図１４
は温度Ｔmix の変化、図１５は二次予混合気の燃焼効率
C.E.の変化、図１６はＮＯxの変化をそれぞれ示してい
る。各図において、Ａ〜Ｆの各点での燃焼条件は以下の
通りである。
【００４８】 ma1(kg/h) mg1(kg/h) ma2(kg/h) mg2(kg/h) 条件Ａ 42 1.57(λ＝1.6) 42 0 条件Ｂ 42 1.57(λ＝1.6) 42 0.23(λ＝11) 条件Ｃ 42 1.80(λ＝1.4) 42 0 条件Ｄ 42 2.10(λ＝1.2) 42 0 条件Ｅ 42 1.80(λ＝1.4) 42 0.30(λ＝8.4) 条件Ｆ 42 1.80(λ＝1.4) 42 1.26(λ＝2.0)
【００４９】すなわち、この例では低負荷の状態では燃
焼器は条件Ａで運転される。その時の温度Ｔmix はＴmi
x ＜９００℃となっている。負荷の上昇のために、二次
予混合気中の燃料流量ｍg2を増加させても、その質量流
量は微量であるためにそれによる温度Ｔmix の上昇には
限りがあり図１４のＢに示すように９００℃には達しな
い。そのために、未燃焼成分（ＣＯや未燃炭化水素）が
排出され図１５Ｂ点のように燃焼効率C.E.は低下する。
そこで、このような低負荷条件では二次予混合気中に燃
料を供給しないで運転を行う。
焼器は条件Ａで運転される。その時の温度Ｔmix はＴmi
x ＜９００℃となっている。負荷の上昇のために、二次
予混合気中の燃料流量ｍg2を増加させても、その質量流
量は微量であるためにそれによる温度Ｔmix の上昇には
限りがあり図１４のＢに示すように９００℃には達しな
い。そのために、未燃焼成分（ＣＯや未燃炭化水素）が
排出され図１５Ｂ点のように燃焼効率C.E.は低下する。
そこで、このような低負荷条件では二次予混合気中に燃
料を供給しないで運転を行う。
【００５０】そこで、まず、一次予混合気中の燃料流量
ｍg1を増加させ条件Ｃ（Ｔmix ＝８００℃程度）とす
る。その状態でさらに燃焼器の負荷を上昇させるために
一次予混合気中の燃料流量ｍg1をさらに増加させ条件Ｄ
にしようとすると、一次燃焼ガスの温度が上昇し図１６
の点Ｄに示すようにＮＯX 排出量が増加してしまう。そ
こで、この時点で、二次予混合気中に燃料を供給して反
応を生じさせてＴmix を９００℃程度まで上昇させる。
それにより、図１５に示すようにわずかに燃焼効率は低
下するものの、ＮＯx の発生を抑えた状態で、温度Ｔ
mix ＝９００℃とすることが可能となる。
ｍg1を増加させ条件Ｃ（Ｔmix ＝８００℃程度）とす
る。その状態でさらに燃焼器の負荷を上昇させるために
一次予混合気中の燃料流量ｍg1をさらに増加させ条件Ｄ
にしようとすると、一次燃焼ガスの温度が上昇し図１６
の点Ｄに示すようにＮＯX 排出量が増加してしまう。そ
こで、この時点で、二次予混合気中に燃料を供給して反
応を生じさせてＴmix を９００℃程度まで上昇させる。
それにより、図１５に示すようにわずかに燃焼効率は低
下するものの、ＮＯx の発生を抑えた状態で、温度Ｔ
mix ＝９００℃とすることが可能となる。
【００５１】以降の負荷の上昇には二次予混合気中の燃
料流量ｍg2を増加させ条件Ｅとすることで対応する。さ
らに二次予混合気中の燃料流量ｍg2を増加させ条件Ｆを
この燃焼器の最大負荷とする。このように、低負荷時に
は二次予混合気中に燃料を供給せず、一次混合気中の燃
料流量を増加させることで負荷の上昇に対応し、温度Ｔ
mix が９００℃近傍となった時点から二次予混合気中の
燃料流量を増加させて負荷の上昇に対応することで、Ｎ
ＯX 排出量の低減とＣＯや未燃焼成分の排出抑制を同時
に満足したまま、条件Ａから条件Ｆまで約５０％のター
ンダウンレシオを得ることができる。
料流量ｍg2を増加させ条件Ｅとすることで対応する。さ
らに二次予混合気中の燃料流量ｍg2を増加させ条件Ｆを
この燃焼器の最大負荷とする。このように、低負荷時に
は二次予混合気中に燃料を供給せず、一次混合気中の燃
料流量を増加させることで負荷の上昇に対応し、温度Ｔ
mix が９００℃近傍となった時点から二次予混合気中の
燃料流量を増加させて負荷の上昇に対応することで、Ｎ
ＯX 排出量の低減とＣＯや未燃焼成分の排出抑制を同時
に満足したまま、条件Ａから条件Ｆまで約５０％のター
ンダウンレシオを得ることができる。
【００５２】また、この制御法によれば、負荷の変動に
対して燃焼器に供給する燃料流量を制御することで対応
することができ、複雑な空気比制御を必要としない利点
がある。図１７は本発明による多段希薄予混合燃焼にお
ける不完全燃焼防止方法の他の態様、すなわち、温度Ｔ
mix とＴinとの比較ではなくも、熱量Ｈmix とＨinとを
比較する場合におけるフローチャートを示している。こ
の例においても、燃焼器および制御システムは、前記し
た温度Ｔmix とＴinとを比較する場合と同じものが用い
られる。この態様においては、前記した式（Ｂ）、
（Ｃ）から分かるようにＨmix の算出に際して仮定値を
立てる必要がないので、制御装置の簡易化と処理時間の
短縮が可能となる。熱量Ｈmix ＞熱量Ｈinの場合におい
て、二次予混合気中に燃料が供給されている場合に、運
転条件を変更する具体的手法などについては先に詳しく
説明した温度Ｔmix とＴinとを比較する場合と同様であ
ることは容易に理解されよう。
対して燃焼器に供給する燃料流量を制御することで対応
することができ、複雑な空気比制御を必要としない利点
がある。図１７は本発明による多段希薄予混合燃焼にお
ける不完全燃焼防止方法の他の態様、すなわち、温度Ｔ
mix とＴinとの比較ではなくも、熱量Ｈmix とＨinとを
比較する場合におけるフローチャートを示している。こ
の例においても、燃焼器および制御システムは、前記し
た温度Ｔmix とＴinとを比較する場合と同じものが用い
られる。この態様においては、前記した式（Ｂ）、
（Ｃ）から分かるようにＨmix の算出に際して仮定値を
立てる必要がないので、制御装置の簡易化と処理時間の
短縮が可能となる。熱量Ｈmix ＞熱量Ｈinの場合におい
て、二次予混合気中に燃料が供給されている場合に、運
転条件を変更する具体的手法などについては先に詳しく
説明した温度Ｔmix とＴinとを比較する場合と同様であ
ることは容易に理解されよう。
【００５３】
【発明の効果】本発明によれば、従来燃焼不可能と考え
られてきた予混合気、つまり理論的にそれ自信のみでは
燃焼し得ないきわめて希薄な予混合気（例えばメタンの
場合に予熱温度が２５℃では空気比２以上の予混合気）
を多段燃焼器を用いてかつその運転負荷の変動にもかか
わらず常に完全燃焼させることが可能となる。それによ
り、多段燃焼器を用いてトータルで非常に高空気比の低
ＮＯx 燃焼器を実現することが可能となる。
られてきた予混合気、つまり理論的にそれ自信のみでは
燃焼し得ないきわめて希薄な予混合気（例えばメタンの
場合に予熱温度が２５℃では空気比２以上の予混合気）
を多段燃焼器を用いてかつその運転負荷の変動にもかか
わらず常に完全燃焼させることが可能となる。それによ
り、多段燃焼器を用いてトータルで非常に高空気比の低
ＮＯx 燃焼器を実現することが可能となる。
【図１】本発明に用いる多段希薄燃焼装置の一例を示す
説明図。
説明図。
【図２】実験結果を示すグラフ。
【図３】実験結果を示すグラフ。
【図４】実験結果を示すグラフ。
【図５】実験結果を示すグラフ。
【図６】実験結果を示すグラフ。
【図７】実験結果を示すグラフ。
【図８】本発明による多段希薄予混合燃焼における不完
全燃焼防止方法を実施するための制御システムを示す概
略説明図。
全燃焼防止方法を実施するための制御システムを示す概
略説明図。
【図９】フローチャートを示す説明図。
【図１０】本発明による不完全燃焼防止方法による運転
条件の変更例を示すグラフ。
条件の変更例を示すグラフ。
【図１１】本発明による不完全燃焼防止方法による運転
条件の他の変更例を示すグラフ。
条件の他の変更例を示すグラフ。
【図１２】本発明による不完全燃焼防止方法による運転
条件のさらに他の変更例を示すグラフ。
条件のさらに他の変更例を示すグラフ。
【図１３】本発明による不完全燃焼防止方法による運転
条件のさらに他の変更例を示すグラフ。
条件のさらに他の変更例を示すグラフ。
【図１４】本発明による不完全燃焼防止方法による運転
条件のさらに他の変更例を示すグラフ。
条件のさらに他の変更例を示すグラフ。
【図１５】本発明による不完全燃焼防止方法による運転
条件のさらに他の変更例を示すグラフ。
条件のさらに他の変更例を示すグラフ。
【図１６】本発明による不完全燃焼防止方法による運転
条件のさらに他の変更例を示すグラフ。
条件のさらに他の変更例を示すグラフ。
【図１７】本発明の他のフローチャートを示す図。
１００…多段希薄予混合燃焼器、Ａ1 …一次空気、Ｇ1
…一次燃料、Ｑ1 …一次予混合気、Ａ2 …二次空気、Ｇ
2 …二次燃料、Ｑ2 …二次予混合気、５１、６１、７
１、８１…流量制御弁、５２、６２、７２、８２…流量
計、５３、７３…空気予熱器、５４、７４…温度セン
サ、９０…制御装置
…一次燃料、Ｑ1 …一次予混合気、Ａ2 …二次空気、Ｇ
2 …二次燃料、Ｑ2 …二次予混合気、５１、６１、７
１、８１…流量制御弁、５２、６２、７２、８２…流量
計、５３、７３…空気予熱器、５４、７４…温度セン
サ、９０…制御装置
Claims (16)
- 【請求項１】 前段での燃焼により生じた一次燃焼ガス
に次段において可燃限界外の希薄な二次予混合気を混合
して反応させる多段希薄予混合燃焼法における不完全燃
焼防止方法であって、 あらかじめ、当該燃焼器について燃焼器出口からの未燃
焼成分排出開始前後における燃焼器内での前記一次燃焼
ガスと二次予混合気とが混合し反応した後の温度Ｋを求
めておき、 実際の運転において、その運転条件における一次燃焼ガ
スと二次予混合気とが混合し反応した後の温度Ｔmix を
求め、温度Ｋと温度Ｔmix を比較し、温度Ｋ＞温度Ｔmi
x であってかつ二次予混合気中に燃料が供給されている
場合には、温度Ｋ≦温度Ｔmix となるように運転条件を
変更することを特徴とする不完全燃焼防止方法。 - 【請求項２】 前記温度Ｔmix を燃焼器内に設けた温度
センサーによる測定値とすることを特徴とする請求項１
記載の不完全燃焼防止方法。 - 【請求項３】 その運転条件での、一次空気の供給量、
一次燃料の供給量、一次空気の予熱温度、及び、二次空
気の供給量、二次燃料の供給量、二次空気の予熱温度を
測定し、前記温度Ｔmix を次式（Ａ）で算出した値とす
ることを特徴とする請求項１記載の不完全燃焼防止方
法。 但し、Ｈ1 (J/kg)：一次燃料の単位質量当たりの発熱量
（２５℃基準） Ｈ2 (J/kg)：二次燃料の単位質量当たりの発熱量（２５
℃基準） ｍg1(kg/h)：一次燃料の質量流量 ｍa1(kg/h)：一次空気の質量流量 ｍg2(kg/h)：二次燃料の質量流量 ｍa2(kg/h)：二次空気の質量流量 Ｔa1（℃) ：一次空気の予熱温度 Ｔa2（℃) ：二次空気の予熱温度 ＣaT1(J/kg℃) ：空気の温度Ｔa1における平均比熱（２
５℃基準） ＣaT2(J/kg℃) ：空気の温度Ｔa2における平均比熱（２
５℃基準） CmixTmix(J/kg℃) ：一次燃焼ガスと二次予混合気とが
混合し反応してできた混合気の温度Ｔmix における平均
比熱（２５℃基準） - 【請求項４】 温度Ｋ＞温度Ｔmix で二次予混合気中に
燃料が供給されている場合に、運転条件の変更を一次燃
料の質量流量ｍg1を増加することにより行うことを特徴
とする請求項１ないし３いずれか記載の不完全燃焼防止
方法。 - 【請求項５】 温度Ｋ＞温度Ｔmix で二次予混合気中に
燃料が供給されている場合に、運転条件の変更を二次燃
料の質量流量ｍg2を増加することにより行うことを特徴
とする請求項１ないし３いずれか記載の不完全燃焼防止
方法。 - 【請求項６】 温度Ｋ＞温度Ｔmix で二次予混合気中に
燃料が供給されている場合に、運転条件の変更を一次空
気の質量流量ｍa1を減少すること及び／又は一次空気の
温度Ｔa1を上昇させることにより行うことを特徴とする
請求項１ないし３いずれか記載の不完全燃焼防止方法。 - 【請求項７】 温度Ｋ＞温度Ｔmix で二次予混合気中に
燃料が供給されている場合に、運転条件の変更を二次空
気の質量流量ｍa2を減少すること及び／又は二次空気の
温度Ｔa2を上昇させることにより行うことを特徴とする
請求項１ないし３いずれか記載の不完全燃焼防止方法。 - 【請求項８】 １次燃料及び２次燃料がメタンを主成分
とする燃料であり、前記温度Ｋを９００℃として実施す
ることを特徴とする請求項１ないし７いずれか記載の不
完全燃焼防止方法。 - 【請求項９】 燃焼器の負荷変動に対して、低負荷時に
は二次予混合気中に燃料を供給せず、一次予混合気中の
燃料流量を増加させることにより負荷の上昇に対応し、
温度Ｔmix が温度Ｋ近傍の温度となった時点から二次予
混合気中に燃料を供給し、その流量を増加させることで
負荷の上昇に対応することを特徴とする請求項１ないし
７いずれか記載の不完全燃焼防止方法を用いた多段希薄
予混合燃焼器の燃焼制御方法。 - 【請求項１０】 前段での燃焼により生じた一次燃焼ガ
スに次段において可燃限界外の希薄な二次予混合気を混
合して反応させる多段希薄予混合燃焼法における不完全
燃焼防止方法であって、あらかじめ、当該燃焼器につい
て燃焼器出口からの未燃焼成分排出開始前後における燃
焼器内での前記一次燃焼ガスと二次予混合気とが混合し
反応した後の温度Ｋを求めておき、実際の運転におい
て、その運転条件での、一次空気の供給量、一次燃料の
供給量、一次空気の予熱温度、及び、二次空気の供給
量、二次燃料の供給量、二次空気の予熱温度を測定し、
そこから、その条件における、一次予混合気及び二次予
混合気によって燃焼器へ供給される熱量Ｈinと、一次燃
焼ガスと二次予混合気とが混合し反応してできた混合気
の温度Ｋにおける保有熱量Ｈmix を式（Ｂ）、（Ｃ）に
よって算出し、熱量Ｈmix と熱量Ｈinを比較し、熱量Ｈ
mix ＞熱量Ｈinであってかつ二次予混合気中に燃料が供
給されている場合には、熱量Ｈmix ≦熱量Ｈinとなるよ
うに運転条件を変更することを特徴とする不完全燃焼防
止方法。 式（Ｂ）Ｈin＝H1×mg1＋H2×mg2＋CaT1×(Ta1-25)×ma
1＋CaT2×(Ta2-25)×ma2 式（Ｃ）Ｈmix＝CmixK×(K-25)×(ma1＋mg1＋ma2＋mg2) 但し、Ｈ1 (J/kg)：一次燃料の単位質量当たりの発熱量
（２５℃基準） Ｈ2 (J/kg)：二次燃料の単位質量当たりの発熱量（２５
℃基準） ｍg1(kg/h)：一次燃料の質量流量 ｍa1(kg/h)：一次空気の質量流量 ｍg2(kg/h)：二次燃料の質量流量 ｍa2(kg/h)：二次空気の質量流量 Ｔa1（℃) ：一次空気の予熱温度 Ｔa2（℃) ：二次空気の予熱温度 CaT1(J/kg℃)：空気の温度Ｔa1における平均比熱（２５
℃基準） CaT2(J/kg℃)：空気の温度Ｔa2における平均比熱（２５
℃基準） CmixK(J/kg℃)：一次燃焼ガスと二次予混合気とが混合
し反応してできた混合気の温度Ｋにおける平均比熱（２
５℃基準） - 【請求項１１】 熱量Ｈmix ＞熱量Ｈinで二次予混合気
中に燃料が供給されている場合に、運転条件の変更を一
次燃料の質量流量ｍg1を増加することにより行うことを
特徴とする請求項１０記載の不完全燃焼防止方法。 - 【請求項１２】 熱量Ｈmix ＞熱量Ｈinで二次予混合気
中に燃料が供給されている場合に、運転条件の変更を二
次燃料の質量流量ｍg2を増加することにより行うことを
特徴とする請求項１０記載の不完全燃焼防止方法。 - 【請求項１３】 熱量Ｈmix ＞熱量Ｈinで二次予混合気
中に燃料が供給されている場合に、運転条件の変更を一
次空気の質量流量ｍa1を減少すること及び／又は一次空
気の温度Ｔa1を上昇させることにより行うことを特徴と
する請求項１０記載の不完全燃焼防止方法。 - 【請求項１４】 熱量Ｈmix ＞熱量Ｈinで二次予混合気
中に燃料が供給されている場合に、運転条件の変更を二
次空気の質量流量ｍa2を減少すること及び／又は二次空
気の温度Ｔa2を上昇させることにより行うことを特徴と
する請求項１０記載の不完全燃焼防止方法。 - 【請求項１５】 １次燃料及び２次燃料がメタンを主成
分とする燃料であり、前記熱量Ｈmix を９００℃として
実施することを特徴とする請求項１０ないし１４いずれ
か記載の不完全燃焼防止方法。 - 【請求項１６】 燃焼器の負荷変動に対して、低負荷時
には二次予混合気中に燃料を供給せず、一次予混合気中
の燃料流量を増加させることにより負荷の上昇に対応
し、熱量Ｈinが熱量Ｈmix 近傍の温度となった時点から
二次予混合気中に燃料を供給し、その流量を増加させる
ことで負荷の上昇に対応することを特徴とする請求項１
０ないし１４いずれか記載の不完全燃焼防止方法を用い
た多段希薄予混合燃焼器の燃焼制御方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22830894A JP3253810B2 (ja) | 1994-09-22 | 1994-09-22 | 多段希薄予混合燃焼における不完全燃焼防止方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22830894A JP3253810B2 (ja) | 1994-09-22 | 1994-09-22 | 多段希薄予混合燃焼における不完全燃焼防止方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0894019A true JPH0894019A (ja) | 1996-04-12 |
| JP3253810B2 JP3253810B2 (ja) | 2002-02-04 |
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ID=16874411
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22830894A Expired - Fee Related JP3253810B2 (ja) | 1994-09-22 | 1994-09-22 | 多段希薄予混合燃焼における不完全燃焼防止方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3253810B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2966418A1 (en) * | 2014-07-11 | 2016-01-13 | Alstom Technology Ltd | Method for measuring the mass flow of a stream of a gaseous medium and fuel supply system for conducting the method |
-
1994
- 1994-09-22 JP JP22830894A patent/JP3253810B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2966418A1 (en) * | 2014-07-11 | 2016-01-13 | Alstom Technology Ltd | Method for measuring the mass flow of a stream of a gaseous medium and fuel supply system for conducting the method |
| CN105318922A (zh) * | 2014-07-11 | 2016-02-10 | 阿尔斯通技术有限公司 | 用于测量气态介质流的质量流的方法和燃料供给系统 |
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|---|---|
| JP3253810B2 (ja) | 2002-02-04 |
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