JPH0914604A - 段階式燃焼系を備えた装置を運転する方法 - Google Patents
段階式燃焼系を備えた装置を運転する方法Info
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- JPH0914604A JPH0914604A JP8146005A JP14600596A JPH0914604A JP H0914604 A JPH0914604 A JP H0914604A JP 8146005 A JP8146005 A JP 8146005A JP 14600596 A JP14600596 A JP 14600596A JP H0914604 A JPH0914604 A JP H0914604A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
- F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
- F23C6/042—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with fuel supply in stages
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- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 有害物質、特にＮＯｘの放出を最小限に抑制
する、段階式燃焼系を備えた装置の運転方法を提供す
る。 【解決手段】 一次燃焼段１，１ａを、空気過剰率が燃
焼装置の全体の空気過剰率よりも大きい燃料／空気混合
気３によって運転し、一次燃焼段１，１ａからの高温の
燃焼ガス５を、空気過剰率が燃焼装置の全体の空気過剰
率よりも小さい燃料／空気混合気４と混合させる。
する、段階式燃焼系を備えた装置の運転方法を提供す
る。 【解決手段】 一次燃焼段１，１ａを、空気過剰率が燃
焼装置の全体の空気過剰率よりも大きい燃料／空気混合
気３によって運転し、一次燃焼段１，１ａからの高温の
燃焼ガス５を、空気過剰率が燃焼装置の全体の空気過剰
率よりも小さい燃料／空気混合気４と混合させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に一次燃焼段
と、下流側の少なくとも１つの二次燃焼段とを有する段
階式燃焼系を備えた装置を運転する方法に関する。
と、下流側の少なくとも１つの二次燃焼段とを有する段
階式燃焼系を備えた装置を運転する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃焼分野の当業者は、多くの出版物から
予混合燃焼が極めて少量の有害物質排出しかもたらさな
いという事実に精通するようになった。この場合、ＮＯ
ｘおよびＣＯの排出が問題となっている。この排出を抑
制するためにあらゆる側面で多大な努力がなされてい
る。予混合燃焼は、特に、使用される燃料が、燃料と結
合する窒素および硫黄成分または硫黄化合物を全く含有
していない、いわゆる“クリーンな燃料”の中に分類さ
れる場合に、固有の特性および利点を示す。有害物質排
出のなお一層の抑制は、燃焼全体が分割されると達成さ
れる。つまり、例えば使用される全ての燃焼空気が、部
分流に分割され、これらの部分流が、その量に従って様
々な燃料成分と混合されることによって達成される。さ
らに、このような燃焼技術においては、最も少量の部分
流が保炎に利用されることが重要である。また、保炎の
ためには、予混合燃焼は、流入する燃料／空気混合気
を、高温のガス状媒体例えば排ガスをさらに混合するこ
とによって点火させるための戻し流および混合域を必要
とする。膨大な反応メカニズムの数値計算によれば、こ
の混合から生じる集中的な混合域が、ＮＯｘの生成にか
なり寄与していることが判った。混合域におけるＮＯｘ
の生成傾向を低減する１つの可能性は、燃料／空気混合
気を一層希薄にすることである。しかしながら、このよ
うな手段は、慣用のバーナの構造または燃料装置におい
て規則的に火炎の消滅をもたらす。
予混合燃焼が極めて少量の有害物質排出しかもたらさな
いという事実に精通するようになった。この場合、ＮＯ
ｘおよびＣＯの排出が問題となっている。この排出を抑
制するためにあらゆる側面で多大な努力がなされてい
る。予混合燃焼は、特に、使用される燃料が、燃料と結
合する窒素および硫黄成分または硫黄化合物を全く含有
していない、いわゆる“クリーンな燃料”の中に分類さ
れる場合に、固有の特性および利点を示す。有害物質排
出のなお一層の抑制は、燃焼全体が分割されると達成さ
れる。つまり、例えば使用される全ての燃焼空気が、部
分流に分割され、これらの部分流が、その量に従って様
々な燃料成分と混合されることによって達成される。さ
らに、このような燃焼技術においては、最も少量の部分
流が保炎に利用されることが重要である。また、保炎の
ためには、予混合燃焼は、流入する燃料／空気混合気
を、高温のガス状媒体例えば排ガスをさらに混合するこ
とによって点火させるための戻し流および混合域を必要
とする。膨大な反応メカニズムの数値計算によれば、こ
の混合から生じる集中的な混合域が、ＮＯｘの生成にか
なり寄与していることが判った。混合域におけるＮＯｘ
の生成傾向を低減する１つの可能性は、燃料／空気混合
気を一層希薄にすることである。しかしながら、このよ
うな手段は、慣用のバーナの構造または燃料装置におい
て規則的に火炎の消滅をもたらす。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
課題は、冒頭に述べたような方法で有害物質、特にＮＯ
ｘの排出を最小限に抑制することである。
課題は、冒頭に述べたような方法で有害物質、特にＮＯ
ｘの排出を最小限に抑制することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の方法では、一次燃焼段を、空気過剰率が燃焼
装置の全体の空気過剰率よりも大きい燃料／空気混合気
によって運転し、一次燃焼段からの高温のガスを、空気
過剰率が燃焼装置の全体の空気過剰率よりも小さい燃料
／空気混合気を混合させるようにした。
に本発明の方法では、一次燃焼段を、空気過剰率が燃焼
装置の全体の空気過剰率よりも大きい燃料／空気混合気
によって運転し、一次燃焼段からの高温のガスを、空気
過剰率が燃焼装置の全体の空気過剰率よりも小さい燃料
／空気混合気を混合させるようにした。
【０００５】
【発明の効果】本発明によれば、以下で保炎域とも呼ば
れている一次燃焼段において、燃料／空気混合気が比較
的希薄である場合、この領域で混合を増大および集中さ
せることによって火炎の消滅が回避されるようになって
いる。
れている一次燃焼段において、燃料／空気混合気が比較
的希薄である場合、この領域で混合を増大および集中さ
せることによって火炎の消滅が回避されるようになって
いる。
【０００６】さらに、燃料／空気混合気全体が、二次燃
焼段内で燃焼システム全体の一定した空気過剰率を維持
するように、比較的多量の燃料成分を含有する燃焼空気
の一部が、保炎域を通過して高温の燃焼ガス内へガイド
される。高温のガスの戻し混合は、保炎のためにはもは
や必要ではないので、混合気はそれ以上の重大なＮＯｘ
の生成をすることなく燃焼する。
焼段内で燃焼システム全体の一定した空気過剰率を維持
するように、比較的多量の燃料成分を含有する燃焼空気
の一部が、保炎域を通過して高温の燃焼ガス内へガイド
される。高温のガスの戻し混合は、保炎のためにはもは
や必要ではないので、混合気はそれ以上の重大なＮＯｘ
の生成をすることなく燃焼する。
【０００７】文献ではしばしばギリシャ文字“ラムダ”
で表される空気過剰率に関して、この空気過剰率は、化
学量論的な空気／燃料比に対する実際の空気／燃料比か
ら導き出される係数を表している。
で表される空気過剰率に関して、この空気過剰率は、化
学量論的な空気／燃料比に対する実際の空気／燃料比か
ら導き出される係数を表している。
【０００８】したがって、本発明の重要な利点は、良好
な保炎は別として、ＮＯｘ排出を著しく減少させること
ができるということである。希薄な混合気によって運転
される保炎域を有する本発明の構成では、先行技術に属
する燃焼技術と比較して５０％少ないＮＯｘしか生じな
い。
な保炎は別として、ＮＯｘ排出を著しく減少させること
ができるということである。希薄な混合気によって運転
される保炎域を有する本発明の構成では、先行技術に属
する燃焼技術と比較して５０％少ないＮＯｘしか生じな
い。
【０００９】本発明は、段階的な燃焼を、まず、希薄な
燃料／空気混合気を有する比較的大きな保炎域で開始す
ることにより、簡単に実施することができる。この第１
の段階では、まだ完全燃焼していない高温のガスが、保
炎域を出た後、引き続き二次燃焼段で燃焼させるため
に、残りのやや濃厚な燃料／空気混合気と混合される。
保炎域からの燃焼ガスはまだ高温であるので、付加的に
案内された燃料／空気混合気は、特別な保炎手段がなく
とも自然点火し、完全燃焼する。
燃料／空気混合気を有する比較的大きな保炎域で開始す
ることにより、簡単に実施することができる。この第１
の段階では、まだ完全燃焼していない高温のガスが、保
炎域を出た後、引き続き二次燃焼段で燃焼させるため
に、残りのやや濃厚な燃料／空気混合気と混合される。
保炎域からの燃焼ガスはまだ高温であるので、付加的に
案内された燃料／空気混合気は、特別な保炎手段がなく
とも自然点火し、完全燃焼する。
【００１０】本発明の課題を達成するための別の有利な
方法が請求項２に記載されている。
方法が請求項２に記載されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
につき詳しく説明する。
につき詳しく説明する。
【００１２】図１は、段階的な燃料／空気ガイドに関す
る、希薄混合気によって安定化される保炎に関する概略
図を示している。この段階的な燃料／空気ガイドの最終
的な目的は、所定レベルで相応に分割することによる種
々異なる燃焼段階を介して、燃焼装置の全体の空気過剰
率を得ることである。このために、一次燃焼段１は保炎
域として働く。ここで使用される燃料／空気混合気３
は、燃焼装置の全体の空気過剰率よりも大きな空気過剰
率を有しており、必然的に、ここで使用される燃焼空気
は、利用可能な空気流全体の量の一部でしかない。した
がって、燃焼装置はこの領域内では希薄な燃料／空気混
合気３によって運転される。その他の部分の燃焼空気
は、ここで生じた燃料／空気混合気４が、燃料装置の全
体の空気過剰率よりも小さい空気過剰率を有することに
よって比較的多量の燃料成分を得る。したがって、燃焼
装置は、ここでは比較的濃厚な燃料／空気混合気によっ
て運転される。燃焼装置の全体の空気過剰率に関して
は、ガスタービンの燃焼室のために２であると有利であ
り、これは、パラメータに応じて増減可能である。燃焼
装置の全体の空気過剰率２は、保炎域としての一次燃焼
段１のための燃料／空気混合気に関する空気過剰率が
２．４まで高められ、二次燃焼段のための空気過剰率が
１．４のままで、一次燃焼段１内における滞留時間が
２．４ミリ秒であれば、得ることができる。前記の、燃
焼装置の基準となる全体の空気過剰率よりも小さい空気
過剰率を有する燃料／空気混合気４は、保炎域としての
一次燃焼段１から、この一次燃焼段１を通過して高温の
燃焼ガス５へ送られる。保炎のためにはもはや高温ガス
の戻し混合は必要ないので、混合気は、ＮＯｘのそれ以
上の重大な生成をすることなく下流の二次燃焼段で燃焼
せしめられる。これにより、完全に予混合された燃料／
空気混合気がこの二次燃焼段２に行き渡り、この燃料／
空気混合気の空気過剰率は、燃焼装置の基準となる全体
の空気過剰率に相当する。このような回路においては、
希薄な混合気で運転される保炎域により、ＮＯｘの放出
量は、慣用の多段式の燃焼装置で得られる量の５０％に
しか達しない。したがって、二次燃焼段２からの高温の
ガス６は、例えば下流のタービンに供給するための作業
ガスである。
る、希薄混合気によって安定化される保炎に関する概略
図を示している。この段階的な燃料／空気ガイドの最終
的な目的は、所定レベルで相応に分割することによる種
々異なる燃焼段階を介して、燃焼装置の全体の空気過剰
率を得ることである。このために、一次燃焼段１は保炎
域として働く。ここで使用される燃料／空気混合気３
は、燃焼装置の全体の空気過剰率よりも大きな空気過剰
率を有しており、必然的に、ここで使用される燃焼空気
は、利用可能な空気流全体の量の一部でしかない。した
がって、燃焼装置はこの領域内では希薄な燃料／空気混
合気３によって運転される。その他の部分の燃焼空気
は、ここで生じた燃料／空気混合気４が、燃料装置の全
体の空気過剰率よりも小さい空気過剰率を有することに
よって比較的多量の燃料成分を得る。したがって、燃焼
装置は、ここでは比較的濃厚な燃料／空気混合気によっ
て運転される。燃焼装置の全体の空気過剰率に関して
は、ガスタービンの燃焼室のために２であると有利であ
り、これは、パラメータに応じて増減可能である。燃焼
装置の全体の空気過剰率２は、保炎域としての一次燃焼
段１のための燃料／空気混合気に関する空気過剰率が
２．４まで高められ、二次燃焼段のための空気過剰率が
１．４のままで、一次燃焼段１内における滞留時間が
２．４ミリ秒であれば、得ることができる。前記の、燃
焼装置の基準となる全体の空気過剰率よりも小さい空気
過剰率を有する燃料／空気混合気４は、保炎域としての
一次燃焼段１から、この一次燃焼段１を通過して高温の
燃焼ガス５へ送られる。保炎のためにはもはや高温ガス
の戻し混合は必要ないので、混合気は、ＮＯｘのそれ以
上の重大な生成をすることなく下流の二次燃焼段で燃焼
せしめられる。これにより、完全に予混合された燃料／
空気混合気がこの二次燃焼段２に行き渡り、この燃料／
空気混合気の空気過剰率は、燃焼装置の基準となる全体
の空気過剰率に相当する。このような回路においては、
希薄な混合気で運転される保炎域により、ＮＯｘの放出
量は、慣用の多段式の燃焼装置で得られる量の５０％に
しか達しない。したがって、二次燃焼段２からの高温の
ガス６は、例えば下流のタービンに供給するための作業
ガスである。
【００１３】広い保炎域１ａを有する多段式の燃焼装置
の別の実施例が、図２に示されている。前記保炎域１ａ
は、比較的広い範囲を有しており、前述のように希薄な
混合気で運転される。保炎域１ａで、強い乱流を生ぜし
め、これによって理想的な撹拌反応装置の働きを得るた
めに、希薄な燃料／空気混合気３が、図２で種々異なる
矢印によって示されているように、高速の噴流３ａで保
炎域１ａへ噴入される。強い乱流を得るために、つまり
完全に混合された保炎域１ａを得るために、強い旋回流
を有する流れを提供するか、あるいは旋回または混合部
材を設けてもよい。この保炎域１ａを出た後、高温だが
まだ完全燃焼していない燃焼ガス５は、下流の二次燃焼
段２ａにおいて残りの燃焼空気と混合される。この空気
はやや濃厚な燃料／空気混合気、つまり、燃焼装置の全
体の空気過剰率よりも小さい空気過剰率を有する燃料／
空気混合気が使用される。前述のように、保炎域１ａか
らの燃焼ガス５は十分に高温であるので、二次燃焼段に
送られる燃料／空気混合気４は、特別な保炎手段がなく
とも自然に点火する。
の別の実施例が、図２に示されている。前記保炎域１ａ
は、比較的広い範囲を有しており、前述のように希薄な
混合気で運転される。保炎域１ａで、強い乱流を生ぜし
め、これによって理想的な撹拌反応装置の働きを得るた
めに、希薄な燃料／空気混合気３が、図２で種々異なる
矢印によって示されているように、高速の噴流３ａで保
炎域１ａへ噴入される。強い乱流を得るために、つまり
完全に混合された保炎域１ａを得るために、強い旋回流
を有する流れを提供するか、あるいは旋回または混合部
材を設けてもよい。この保炎域１ａを出た後、高温だが
まだ完全燃焼していない燃焼ガス５は、下流の二次燃焼
段２ａにおいて残りの燃焼空気と混合される。この空気
はやや濃厚な燃料／空気混合気、つまり、燃焼装置の全
体の空気過剰率よりも小さい空気過剰率を有する燃料／
空気混合気が使用される。前述のように、保炎域１ａか
らの燃焼ガス５は十分に高温であるので、二次燃焼段に
送られる燃料／空気混合気４は、特別な保炎手段がなく
とも自然に点火する。
【図１】段階的な燃料／空気ガイドを有する希薄な保炎
に関する概略図である。
に関する概略図である。
【図２】広い保炎域を有する段階燃焼の別の実施例を示
す図である。
す図である。
１ 一次燃焼段、 １ａ 保炎域、 ２，２ａ 二次燃
焼段、 ３ 燃料／空気混合気、 ３ａ 噴流、 ４
燃料／空気混合気、 ５ 燃焼ガス、 ６ 高温のガス
焼段、 ３ 燃料／空気混合気、 ３ａ 噴流、 ４
燃料／空気混合気、 ５ 燃焼ガス、 ６ 高温のガス
フロントページの続き (72)発明者 ヴォルフガング ポーリフケ スイス国 ヴィンディシュ ラントシュト ラーセ ４ (72)発明者 トーマス ザッテルマイアー スイス国 マンダッハ ハウプトシュトラ ーセ 108
Claims (2)
- 【請求項１】 主に一次燃焼段と、下流側の少なくとも
１つの二次燃焼段とを有する段階式燃焼系を備えた装置
を運転する方法において、 一次燃焼段（１，１ａ）を、空気過剰率が燃焼装置の全
体の空気過剰率よりも大きい燃料／空気混合気（３）に
よって運転し、一次燃焼段（１，１ａ）からの高温の燃
焼ガス（５）を、空気過剰率が燃焼装置の全体の空気過
剰率よりも小さい燃料／空気混合気（４）と混合させる
ことを特徴とする、段階式燃焼系を備えた装置を運転す
る方法。 - 【請求項２】 一次燃焼段（１，１ａ）のための燃料／
空気混合気（３）に、一次燃焼段において２．４ミリ秒
±２５％の滞留時間を与え、空気過剰率２．４±２５％
で燃焼させ、高温の燃焼ガス（５）へ送られる燃料／空
気混合気（４）を、空気過剰率１．４±２５％で運転さ
せる、請求項１記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19523093.0 | 1995-06-26 | ||
| DE19523093A DE19523093A1 (de) | 1995-06-26 | 1995-06-26 | Verfahren zum Betrieb einer Anlage mit einem gestuften Verbrennungssystem |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0914604A true JPH0914604A (ja) | 1997-01-17 |
Family
ID=7765230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8146005A Abandoned JPH0914604A (ja) | 1995-06-26 | 1996-06-07 | 段階式燃焼系を備えた装置を運転する方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5918457A (ja) |
| EP (1) | EP0751342B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0914604A (ja) |
| DE (2) | DE19523093A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014109433A (ja) * | 2012-11-30 | 2014-06-12 | General Electric Co <Ge> | ガス・タービン・エンジン・システム及び関連する方法 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10100730C2 (de) * | 2001-01-10 | 2002-11-07 | Bosch Gmbh Robert | Gasbrenner für einen Wassererhitzer |
| DE10112864A1 (de) * | 2001-03-16 | 2002-09-19 | Alstom Switzerland Ltd | Verfahren zum Zünden einer thermischen Turbomaschine |
| US6868676B1 (en) | 2002-12-20 | 2005-03-22 | General Electric Company | Turbine containing system and an injector therefor |
| US7886545B2 (en) * | 2007-04-27 | 2011-02-15 | General Electric Company | Methods and systems to facilitate reducing NOx emissions in combustion systems |
| US20100095649A1 (en) * | 2008-10-20 | 2010-04-22 | General Electric Company | Staged combustion systems and methods |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0816531B2 (ja) * | 1987-04-03 | 1996-02-21 | 株式会社日立製作所 | ガスタ−ビン燃焼器 |
| US4910957A (en) * | 1988-07-13 | 1990-03-27 | Prutech Ii | Staged lean premix low nox hot wall gas turbine combustor with improved turndown capability |
| US5013236A (en) * | 1989-05-22 | 1991-05-07 | Institute Of Gas Technology | Ultra-low pollutant emission combustion process and apparatus |
| CA2107241A1 (en) * | 1991-03-15 | 1992-09-16 | Ronald D. Bell | Apparatus and method for combustion within porous matrix elements |
| US5271729A (en) * | 1991-11-21 | 1993-12-21 | Selas Corporation Of America | Inspirated staged combustion burner |
-
1995
- 1995-06-26 DE DE19523093A patent/DE19523093A1/de not_active Withdrawn
-
1996
- 1996-05-28 US US08/654,119 patent/US5918457A/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-05-31 DE DE59608478T patent/DE59608478D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1996-05-31 EP EP96810354A patent/EP0751342B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1996-06-07 JP JP8146005A patent/JPH0914604A/ja not_active Abandoned
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014109433A (ja) * | 2012-11-30 | 2014-06-12 | General Electric Co <Ge> | ガス・タービン・エンジン・システム及び関連する方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE59608478D1 (de) | 2002-01-31 |
| DE19523093A1 (de) | 1997-01-02 |
| EP0751342A2 (de) | 1997-01-02 |
| EP0751342A3 (de) | 1998-05-20 |
| US5918457A (en) | 1999-07-06 |
| EP0751342B1 (de) | 2001-12-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A762 | Written abandonment of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762 Effective date: 20040701 |