JPH10196909A - 多段予混合ガス燃焼装置及び燃焼方法 - Google Patents
多段予混合ガス燃焼装置及び燃焼方法Info
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- JPH10196909A JPH10196909A JP35096496A JP35096496A JPH10196909A JP H10196909 A JPH10196909 A JP H10196909A JP 35096496 A JP35096496 A JP 35096496A JP 35096496 A JP35096496 A JP 35096496A JP H10196909 A JPH10196909 A JP H10196909A
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/34—Feeding into different combustion zones
- F23R3/346—Feeding into different combustion zones for staged combustion
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
- F23R2900/03343—Pilot burners operating in premixed mode
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Gas Burners (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯx ）濃度を低
減させ、かつ未燃焼生成物濃度も低減させたガス燃焼装
置、特に、ガスタービン用燃焼器として有効な低ＮＯx
ガス燃焼装置を得る。 【解決手段】 一次燃焼用予混合ガスの噴出口２を備え
た燃焼ガス噴出ブロック１０ａと、該燃焼ガス噴出ブロ
ック１０ａからの予混合ガス噴出方向側に備えられた燃
焼室筒体２０，２００と、該燃焼室筒体の周壁に備えら
れた二次予混合ガスの噴出口３ａ，３ｃとを有するガス
燃焼装置において、二次予混合ガスの噴出口３ａ，３ｃ
の位置を、一次燃焼用予混合ガス噴出口２から供給され
た一次予混合ガスが燃焼室筒体２０，２００内で完全燃
焼した後に、二次予混合ガス噴出口３ａ，３ｃから供給
される予混合ガスと混合するような位置（距離ｔの位
置）に配置するようにする。
減させ、かつ未燃焼生成物濃度も低減させたガス燃焼装
置、特に、ガスタービン用燃焼器として有効な低ＮＯx
ガス燃焼装置を得る。 【解決手段】 一次燃焼用予混合ガスの噴出口２を備え
た燃焼ガス噴出ブロック１０ａと、該燃焼ガス噴出ブロ
ック１０ａからの予混合ガス噴出方向側に備えられた燃
焼室筒体２０，２００と、該燃焼室筒体の周壁に備えら
れた二次予混合ガスの噴出口３ａ，３ｃとを有するガス
燃焼装置において、二次予混合ガスの噴出口３ａ，３ｃ
の位置を、一次燃焼用予混合ガス噴出口２から供給され
た一次予混合ガスが燃焼室筒体２０，２００内で完全燃
焼した後に、二次予混合ガス噴出口３ａ，３ｃから供給
される予混合ガスと混合するような位置（距離ｔの位
置）に配置するようにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、排気ガス中の窒素
酸化物（ＮＯx ）濃度を低減させ、かつ未燃焼生成物濃
度も低減させたガス燃焼装置、特に、ガスタービン用燃
焼器として有効な低ＮＯx ガス燃焼装置に関する。
酸化物（ＮＯx ）濃度を低減させ、かつ未燃焼生成物濃
度も低減させたガス燃焼装置、特に、ガスタービン用燃
焼器として有効な低ＮＯx ガス燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービン用のガス燃焼装置等におい
て、火炎の温度を下げてＮＯx の生成を低減するため
に、燃料と燃料に対する過剰な燃焼用空気を燃焼前に混
合し、希薄な予混合ガスとして燃焼させる予混合燃焼法
が行われている。予混合燃焼法を用いた有効なガス燃焼
装置として、本発明者は、図１０に示すような予混合ガ
ス燃焼装置（ダブルスワラー多段型ガス燃焼装置）を開
発してすでに提案している（特開平５−３４０５０８号
公報参照）。
て、火炎の温度を下げてＮＯx の生成を低減するため
に、燃料と燃料に対する過剰な燃焼用空気を燃焼前に混
合し、希薄な予混合ガスとして燃焼させる予混合燃焼法
が行われている。予混合燃焼法を用いた有効なガス燃焼
装置として、本発明者は、図１０に示すような予混合ガ
ス燃焼装置（ダブルスワラー多段型ガス燃焼装置）を開
発してすでに提案している（特開平５−３４０５０８号
公報参照）。
【０００３】この予混合ガス燃焼装置は、フランジ付き
筒体１００の内部の軸方向ほぼ中央より上流側（図にお
いて左側）に燃焼ガス噴出ブロック１０が支持され、こ
の燃焼ガス噴出ブロック１０に結合して断面積がほぼ一
定の燃焼筒２０が配置され、該燃焼筒２０の内部に燃焼
室２０ａが形成される。該燃焼ガス噴出ブロック１０
は、中心部に着火用燃料ガス噴出孔１を有し、該着火用
燃料ガス噴出孔１の周囲には、空気と燃料ガスとの混合
比が一定である一次燃焼用予混合ガスの噴出口２が形成
され、該一次燃焼用予混合ガスの噴出口２の周囲には、
円筒状のつばＴを挟んで、燃料ガス量を可変とすること
により空気と燃料ガスとの混合比が可変とされる二次燃
焼用予混合ガスの噴出口３が形成される。さらに、前記
燃焼筒２０の部分には、同様に燃料ガス量を可変とする
ことにより空気と燃料ガスとの混合比が可変とされる三
次燃焼用予混合ガスの噴出口５ａを有する三次予混合管
５が設けられる。
筒体１００の内部の軸方向ほぼ中央より上流側（図にお
いて左側）に燃焼ガス噴出ブロック１０が支持され、こ
の燃焼ガス噴出ブロック１０に結合して断面積がほぼ一
定の燃焼筒２０が配置され、該燃焼筒２０の内部に燃焼
室２０ａが形成される。該燃焼ガス噴出ブロック１０
は、中心部に着火用燃料ガス噴出孔１を有し、該着火用
燃料ガス噴出孔１の周囲には、空気と燃料ガスとの混合
比が一定である一次燃焼用予混合ガスの噴出口２が形成
され、該一次燃焼用予混合ガスの噴出口２の周囲には、
円筒状のつばＴを挟んで、燃料ガス量を可変とすること
により空気と燃料ガスとの混合比が可変とされる二次燃
焼用予混合ガスの噴出口３が形成される。さらに、前記
燃焼筒２０の部分には、同様に燃料ガス量を可変とする
ことにより空気と燃料ガスとの混合比が可変とされる三
次燃焼用予混合ガスの噴出口５ａを有する三次予混合管
５が設けられる。
【０００４】着火用燃料ガス噴出孔１には導管１１を介
して着火用燃料ガスＧが供給され、一次燃焼用予混合ガ
ス噴出口２には導管１２を介して一次燃料ガスＧ1 が供
給され、また、二次燃焼用予混合ガス噴出口３には導管
１３から二次燃料ガスＧ2 が供給され、それぞれガスノ
ズル１２ａ、１３ａから噴出される。さらに、前記三次
予混合管５には導管１６が貫通しており、この導管１６
から三次燃料ガスＧ3が供給される。
して着火用燃料ガスＧが供給され、一次燃焼用予混合ガ
ス噴出口２には導管１２を介して一次燃料ガスＧ1 が供
給され、また、二次燃焼用予混合ガス噴出口３には導管
１３から二次燃料ガスＧ2 が供給され、それぞれガスノ
ズル１２ａ、１３ａから噴出される。さらに、前記三次
予混合管５には導管１６が貫通しており、この導管１６
から三次燃料ガスＧ3が供給される。
【０００５】筒体１００の下流側（図において右側）に
は空気導入口１００ａが形成され、ここから燃焼用空気
Ａが供給される。該燃焼用空気Ａは、一次及び二次の燃
焼用予混合ガス噴出口２及び３の噴出端とは反対側の端
部に配置したスワラー１４及び１５を通り、ガスノズル
１２ａ、１３ａから供給される一次及び二次の燃料ガス
Ｇ1 及びＧ2 と混合して予混合ガスとなり、一次及び二
次の燃焼用予混合ガス噴出口２及び３から燃焼室２０ａ
内に噴出する。また、燃焼用空気Ａの一部は三次予混合
管５において導管１６から供給される三次燃料ガスＧ3
と混合し、三次燃焼用予混合ガス噴出口５ａから燃焼室
２０ａ内に噴出する。なお、６は、燃焼排ガスを希釈し
てその温度を次段に接続されるタービン（図示せず）に
適した温度まで低下させるための冷却空気を吹き込むた
めの空気孔である。
は空気導入口１００ａが形成され、ここから燃焼用空気
Ａが供給される。該燃焼用空気Ａは、一次及び二次の燃
焼用予混合ガス噴出口２及び３の噴出端とは反対側の端
部に配置したスワラー１４及び１５を通り、ガスノズル
１２ａ、１３ａから供給される一次及び二次の燃料ガス
Ｇ1 及びＧ2 と混合して予混合ガスとなり、一次及び二
次の燃焼用予混合ガス噴出口２及び３から燃焼室２０ａ
内に噴出する。また、燃焼用空気Ａの一部は三次予混合
管５において導管１６から供給される三次燃料ガスＧ3
と混合し、三次燃焼用予混合ガス噴出口５ａから燃焼室
２０ａ内に噴出する。なお、６は、燃焼排ガスを希釈し
てその温度を次段に接続されるタービン（図示せず）に
適した温度まで低下させるための冷却空気を吹き込むた
めの空気孔である。
【０００６】上記の予混合ガス燃焼装置においては、起
動時には着火用燃料ガス噴出口１から着火用燃料ガスＧ
を噴出させて拡散燃焼させると共に、一次燃焼用予混合
ガス噴出口２からは空気と一次燃料ガスＧ1 との予混合
ガスを噴出させて燃焼させ、起動後は、前記一次予混合
ガスＧ1 を噴出しながら着火用燃料ガスＧを絞り込むと
共に、二次燃焼用予混合ガス噴出口３から負荷に対応し
た混合比の空気と二次燃料ガスＧ2 との予混合ガスを噴
出させて燃焼させ、負荷が増すにつれて二次燃料ガスＧ
2 の供給量を増やし、ＮＯx の排出量の著しい増加が始
まると予想される負荷からは、二次燃料ガスＧ2 の供給
量を一定として、三次燃焼用混合ガス噴出口５ａから空
気と負荷に対応した燃料ガスＧ3 との混合ガスを噴出さ
せて燃焼を継続するようにされる。
動時には着火用燃料ガス噴出口１から着火用燃料ガスＧ
を噴出させて拡散燃焼させると共に、一次燃焼用予混合
ガス噴出口２からは空気と一次燃料ガスＧ1 との予混合
ガスを噴出させて燃焼させ、起動後は、前記一次予混合
ガスＧ1 を噴出しながら着火用燃料ガスＧを絞り込むと
共に、二次燃焼用予混合ガス噴出口３から負荷に対応し
た混合比の空気と二次燃料ガスＧ2 との予混合ガスを噴
出させて燃焼させ、負荷が増すにつれて二次燃料ガスＧ
2 の供給量を増やし、ＮＯx の排出量の著しい増加が始
まると予想される負荷からは、二次燃料ガスＧ2 の供給
量を一定として、三次燃焼用混合ガス噴出口５ａから空
気と負荷に対応した燃料ガスＧ3 との混合ガスを噴出さ
せて燃焼を継続するようにされる。
【０００７】この燃焼装置によれば、排ガス中にＮＯx
成分の多い拡散燃焼は起動時のみとなり、その後は広い
空気比において未燃分の排出を低い値に抑えたままでＮ
Ｏxの排出を抑えることができ、また、二次燃焼用予混
合ガスでの二次燃料ガスＧ2の増加に伴いＮＯx 排出量
が著しく増加することが予想される燃焼範囲において
も、三次燃焼用混合ガス噴出口５ａから予混合ガスを供
給することによって、ＮＯx の排出を大幅に低く抑える
ことができることから、従来の予混合ガス燃焼装置に比
べてＮＯx と未燃焼生成物の排出が共に低い値を示す燃
焼範囲を広げることができる。
成分の多い拡散燃焼は起動時のみとなり、その後は広い
空気比において未燃分の排出を低い値に抑えたままでＮ
Ｏxの排出を抑えることができ、また、二次燃焼用予混
合ガスでの二次燃料ガスＧ2の増加に伴いＮＯx 排出量
が著しく増加することが予想される燃焼範囲において
も、三次燃焼用混合ガス噴出口５ａから予混合ガスを供
給することによって、ＮＯx の排出を大幅に低く抑える
ことができることから、従来の予混合ガス燃焼装置に比
べてＮＯx と未燃焼生成物の排出が共に低い値を示す燃
焼範囲を広げることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記のガス燃焼装置に
限らず、従来知られた多段予混合ガス燃焼装置では、燃
焼室筒体２０とは別に作られる燃焼ガス噴出ブロック１
０を用い、その中心部に着火用燃料ガス噴出孔１を設
け、該着火用燃料ガス噴出孔１の周囲に一次燃焼用予混
合ガスの噴出口２を形成し、さらにその周囲に二次燃焼
用予混合ガスの噴出口３を形成するようにしている。そ
のために、どうしても一次燃焼用予混合ガスの噴出口２
と二次燃焼用予混合ガスの噴出口３とは比較的近接した
位置とならざるを得ず、一次燃焼用予混合ガスの噴出口
２と二次燃焼用予混合ガスの噴出口３とに形成される火
炎がその根元部分で影響し合わないようにするために、
つばＴを設けるようにしている。
限らず、従来知られた多段予混合ガス燃焼装置では、燃
焼室筒体２０とは別に作られる燃焼ガス噴出ブロック１
０を用い、その中心部に着火用燃料ガス噴出孔１を設
け、該着火用燃料ガス噴出孔１の周囲に一次燃焼用予混
合ガスの噴出口２を形成し、さらにその周囲に二次燃焼
用予混合ガスの噴出口３を形成するようにしている。そ
のために、どうしても一次燃焼用予混合ガスの噴出口２
と二次燃焼用予混合ガスの噴出口３とは比較的近接した
位置とならざるを得ず、一次燃焼用予混合ガスの噴出口
２と二次燃焼用予混合ガスの噴出口３とに形成される火
炎がその根元部分で影響し合わないようにするために、
つばＴを設けるようにしている。
【０００９】本発明者らは、上記構成の多段予混合ガス
燃焼装置を用いて多くの燃焼実験を行ってきたが、その
過程において、比較的広い負荷範囲でＮＯx と未燃焼生
成物の少ない燃焼が得られるものの、負荷が低いとき、
すなわち、三次燃焼用混合ガス噴出口５ａに燃料ガスが
供給されず、二次燃焼用予混合ガス噴出口３に供給され
る予混合ガスの燃料濃度が低いときに、未燃焼生成物が
生成され易いことを経験した。その理由は、一次燃焼用
予混合ガスの火炎が前記つばＴを出た時点で燃料成分が
希薄な二次燃焼用予混合ガスに包囲されて冷却し、継続
燃焼が阻害されることにあると考えた。それで、燃焼ガ
ス噴出ブロック１０の長さを長くし、つばＴを延長し
て、一次燃焼用予混合ガスの噴出口２と二次燃焼用予混
合ガスの噴出口３との距離を大きくして実験を行った。
実験の結果、一次燃焼用予混合ガスの噴出口２と二次燃
焼用予混合ガスの噴出口３との距離が離れる程、高い空
気比での燃焼においては、燃焼効率が向上することを知
った。しかし、つばＴが火炎に接する面積が大きくなる
ことによりつばＴの焼損が急速に進行し燃焼ガス噴出ブ
ロックの寿命が短くなった。さらに、燃焼中に振動も大
きくなり、燃焼状態が不安定となった。
燃焼装置を用いて多くの燃焼実験を行ってきたが、その
過程において、比較的広い負荷範囲でＮＯx と未燃焼生
成物の少ない燃焼が得られるものの、負荷が低いとき、
すなわち、三次燃焼用混合ガス噴出口５ａに燃料ガスが
供給されず、二次燃焼用予混合ガス噴出口３に供給され
る予混合ガスの燃料濃度が低いときに、未燃焼生成物が
生成され易いことを経験した。その理由は、一次燃焼用
予混合ガスの火炎が前記つばＴを出た時点で燃料成分が
希薄な二次燃焼用予混合ガスに包囲されて冷却し、継続
燃焼が阻害されることにあると考えた。それで、燃焼ガ
ス噴出ブロック１０の長さを長くし、つばＴを延長し
て、一次燃焼用予混合ガスの噴出口２と二次燃焼用予混
合ガスの噴出口３との距離を大きくして実験を行った。
実験の結果、一次燃焼用予混合ガスの噴出口２と二次燃
焼用予混合ガスの噴出口３との距離が離れる程、高い空
気比での燃焼においては、燃焼効率が向上することを知
った。しかし、つばＴが火炎に接する面積が大きくなる
ことによりつばＴの焼損が急速に進行し燃焼ガス噴出ブ
ロックの寿命が短くなった。さらに、燃焼中に振動も大
きくなり、燃焼状態が不安定となった。
【００１０】従って、低負荷時での燃焼効率を向上させ
る（未燃焼生成物濃度を低くする）手段として、燃焼ガ
ス噴出ブロック１０の長さを長くしてつばＴを延長する
ことは、実機に採用し得る解決策とはならないことを経
験した。
る（未燃焼生成物濃度を低くする）手段として、燃焼ガ
ス噴出ブロック１０の長さを長くしてつばＴを延長する
ことは、実機に採用し得る解決策とはならないことを経
験した。
【００１１】本発明の目的は、前記した形式の多段予混
合ガス燃焼装置における低負荷時での燃焼効率を実機に
適用し得る手段で解決した多段予混合ガス燃焼装置を提
供することにある。また、本発明の他の目的は、そのよ
うな多段予混合ガス燃焼装置を用いて未燃焼生成物とＮ
Ｏx の少ない燃焼を行うための燃焼方法を提供すること
にある。
合ガス燃焼装置における低負荷時での燃焼効率を実機に
適用し得る手段で解決した多段予混合ガス燃焼装置を提
供することにある。また、本発明の他の目的は、そのよ
うな多段予混合ガス燃焼装置を用いて未燃焼生成物とＮ
Ｏx の少ない燃焼を行うための燃焼方法を提供すること
にある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明による多段予混合ガス燃焼装置は、少なくとも
一次燃焼用予混合ガスの噴出口を備えた燃焼ガス噴出ブ
ロックと、該燃焼ガス噴出ブロックからの予混合ガス噴
出方向側に備えられた燃焼室筒体と、該燃焼室筒体の周
壁に備えられた少なくとも一段の予混合ガスの噴出口と
を有しており、前記一次燃焼用予混合ガスの噴出口を含
む各段の燃焼用予混合ガスの噴出口の位置関係が、前段
の噴出口で供給された予混合ガスが燃焼室筒体内で完全
燃焼した後に次段の予混合ガス噴出口から供給される予
混合ガスと混合するように配置されていることを特徴と
する。
の本発明による多段予混合ガス燃焼装置は、少なくとも
一次燃焼用予混合ガスの噴出口を備えた燃焼ガス噴出ブ
ロックと、該燃焼ガス噴出ブロックからの予混合ガス噴
出方向側に備えられた燃焼室筒体と、該燃焼室筒体の周
壁に備えられた少なくとも一段の予混合ガスの噴出口と
を有しており、前記一次燃焼用予混合ガスの噴出口を含
む各段の燃焼用予混合ガスの噴出口の位置関係が、前段
の噴出口で供給された予混合ガスが燃焼室筒体内で完全
燃焼した後に次段の予混合ガス噴出口から供給される予
混合ガスと混合するように配置されていることを特徴と
する。
【００１３】また、上記の課題を解決するための本発明
による多段予混合ガス燃焼装置を用いた燃焼方法は、前
段の噴出口から供給した予混合ガスが完全燃焼した後
に、次段の噴出口から、約１５００℃以下の断熱火炎温
度を持つ予混合ガスを、前段で完全燃焼した燃焼ガスと
次段で供給した燃焼前の予混合ガスが混合したと仮定し
たときの温度が約１０００℃〜１１００℃となるような
割合で供給することを特徴とする。
による多段予混合ガス燃焼装置を用いた燃焼方法は、前
段の噴出口から供給した予混合ガスが完全燃焼した後
に、次段の噴出口から、約１５００℃以下の断熱火炎温
度を持つ予混合ガスを、前段で完全燃焼した燃焼ガスと
次段で供給した燃焼前の予混合ガスが混合したと仮定し
たときの温度が約１０００℃〜１１００℃となるような
割合で供給することを特徴とする。
【００１４】本発明による多段予混合ガス燃焼装置で
は、予混合燃焼ガスの供給が多段であることから、従来
の多段予混合ガス燃焼装置の同様の低ＮＯx 燃焼が可能
であることに加え、燃焼ガス噴出ブロックには一段目の
予混合ガスの噴出口のみを備えるように、二段目以降の
予混合ガスの噴出口は燃焼室筒体に配置するようにした
ので、少なくとも一段目と二段目との予混合ガス噴出口
間の距離を、燃焼ガス噴出ブロックの大型化やつば部の
焼損を招くことなく、大きく設定することが可能とな
る。図９は、図３に記載の燃焼器を用いて試験した結果
であり、一次燃焼用予混合ガスの噴出口２と二次燃焼用
予混合ガスの噴出口３との距離（ｔ）が大きい程、二次
予混合ガスが希薄な高い空気比における、燃焼効率の低
下を防ぐことが可能となることを示している。
は、予混合燃焼ガスの供給が多段であることから、従来
の多段予混合ガス燃焼装置の同様の低ＮＯx 燃焼が可能
であることに加え、燃焼ガス噴出ブロックには一段目の
予混合ガスの噴出口のみを備えるように、二段目以降の
予混合ガスの噴出口は燃焼室筒体に配置するようにした
ので、少なくとも一段目と二段目との予混合ガス噴出口
間の距離を、燃焼ガス噴出ブロックの大型化やつば部の
焼損を招くことなく、大きく設定することが可能とな
る。図９は、図３に記載の燃焼器を用いて試験した結果
であり、一次燃焼用予混合ガスの噴出口２と二次燃焼用
予混合ガスの噴出口３との距離（ｔ）が大きい程、二次
予混合ガスが希薄な高い空気比における、燃焼効率の低
下を防ぐことが可能となることを示している。
【００１５】そして、二次燃焼用予混合ガスの噴出口
を、一次燃焼用予混合ガスの噴出口で発生させた燃焼ガ
スが完全燃焼した後の位置である燃焼室筒体に配置する
ことにより、低負荷運転時に、高い空気比すなわち燃料
成分が希薄な二次燃焼用予混合ガスを二次燃焼用予混合
ガスの噴出口から供給しても、それによって一次燃焼用
予混合ガスの火炎が影響を受けることがなくなる。その
ために、一次燃焼用予混合ガスの燃料ガス濃度を高くす
る等の手段を講じなくても、一次燃焼用予混合ガスの完
全燃焼が達成される。
を、一次燃焼用予混合ガスの噴出口で発生させた燃焼ガ
スが完全燃焼した後の位置である燃焼室筒体に配置する
ことにより、低負荷運転時に、高い空気比すなわち燃料
成分が希薄な二次燃焼用予混合ガスを二次燃焼用予混合
ガスの噴出口から供給しても、それによって一次燃焼用
予混合ガスの火炎が影響を受けることがなくなる。その
ために、一次燃焼用予混合ガスの燃料ガス濃度を高くす
る等の手段を講じなくても、一次燃焼用予混合ガスの完
全燃焼が達成される。
【００１６】それにより、低負荷時での燃焼効率の低下
（未燃焼生成物の増加）は著しく減少され、従来の多段
予混合ガス燃焼装置に比べて広い負荷範囲で、ＮＯx と
未燃分の生成の少ない燃焼が達成できる。三段目以降の
予混合ガスの噴出口も同様な条件で配置することによ
り、広い負荷条件での燃焼効率を常に高いレベルに維持
することが可能となる。なお、本発明において、次段の
噴出口の配置位置である「前段の噴出口で発生させた燃
焼ガスが完全燃焼した後の位置」は、対象となる多段予
混合ガス燃焼装置の大きさや求められる燃焼条件に応じ
て変化するものであり、実機においては、計算によりあ
るいは実験をとおして最適の位置が求められる。
（未燃焼生成物の増加）は著しく減少され、従来の多段
予混合ガス燃焼装置に比べて広い負荷範囲で、ＮＯx と
未燃分の生成の少ない燃焼が達成できる。三段目以降の
予混合ガスの噴出口も同様な条件で配置することによ
り、広い負荷条件での燃焼効率を常に高いレベルに維持
することが可能となる。なお、本発明において、次段の
噴出口の配置位置である「前段の噴出口で発生させた燃
焼ガスが完全燃焼した後の位置」は、対象となる多段予
混合ガス燃焼装置の大きさや求められる燃焼条件に応じ
て変化するものであり、実機においては、計算によりあ
るいは実験をとおして最適の位置が求められる。
【００１７】運転に際しては、例えば一段目の噴出口で
発生させた燃焼ガスすなわち一次燃焼用予混合ガスが完
全燃焼した後に、二段目の噴出口から、ＮＯx 発生を抑
制できる温度であるおよそ１５００℃以下の断熱火炎温
度を持つ二次燃焼用予混合ガスを、混合後の温度がメタ
ンがＣＯを経てＣＯ2 となり得る温度である温度である
約１０００℃〜１１００℃となるような割合で吹き出す
ようにすることが推奨される。それにより、低ＮＯx で
かつ未燃焼生成物が著しく低減した状態での燃焼を確実
に行うことができる。
発生させた燃焼ガスすなわち一次燃焼用予混合ガスが完
全燃焼した後に、二段目の噴出口から、ＮＯx 発生を抑
制できる温度であるおよそ１５００℃以下の断熱火炎温
度を持つ二次燃焼用予混合ガスを、混合後の温度がメタ
ンがＣＯを経てＣＯ2 となり得る温度である温度である
約１０００℃〜１１００℃となるような割合で吹き出す
ようにすることが推奨される。それにより、低ＮＯx で
かつ未燃焼生成物が著しく低減した状態での燃焼を確実
に行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の好ましい実施の形態を説明する。図１は第１の実施
形態による多段予混合ガス燃焼装置を説明する断面図で
あり、二次燃焼用予混合ガス噴出口の配置位置に関する
構成を除き、前記図１０に基づき説明した従来の多段予
混合ガス燃焼装置と同じ構成である。従って、同じ機能
を奏する部材には同じ符号を付すことにより詳細な説明
は省略する。
明の好ましい実施の形態を説明する。図１は第１の実施
形態による多段予混合ガス燃焼装置を説明する断面図で
あり、二次燃焼用予混合ガス噴出口の配置位置に関する
構成を除き、前記図１０に基づき説明した従来の多段予
混合ガス燃焼装置と同じ構成である。従って、同じ機能
を奏する部材には同じ符号を付すことにより詳細な説明
は省略する。
【００１９】この予混合ガス燃焼装置において、燃焼ガ
ス噴出ブロック１０ａは、中心部に着火用燃料ガス噴出
孔１を有し、該着火用燃料ガス噴出孔１の周囲には、空
気と燃料ガスとの混合比が一定である（燃焼条件によっ
ては可変であってもよい）一次燃焼用予混合ガスのため
の環状をなす噴出口２が形成されている。燃焼ガス噴出
ブロック１０ａの一次燃焼用予混合ガス噴出方向側に
は、前記環状をなす二次燃焼用予混合ガス噴出口２の直
径よりも大きな直径である燃焼室筒体２０が配置されて
おり、その周壁部であって、計算によりあるいは実験を
とおして求められた、前記一次燃焼用予混合ガス噴出口
２で発生させた燃焼ガスが完全燃焼した後の位置（距離
ｔの位置）には、燃料ガス量を可変とすることにより空
気と燃料ガスとの混合比が可変とされる二次燃焼用予混
合ガスの噴出口３ａを有する二次予混合管３が設けられ
る。二次予混合管３は、この実施例では周方向に等しい
間隔で複数本設けられるが、必ずしもそのように配置す
る必要はない。該二次予混合管３の他端側は空気導入口
１００ａに向けて延出していると共に、各二次予混合管
３には二次燃料ガスＧ2 を供給する導管１３が開放して
いる。
ス噴出ブロック１０ａは、中心部に着火用燃料ガス噴出
孔１を有し、該着火用燃料ガス噴出孔１の周囲には、空
気と燃料ガスとの混合比が一定である（燃焼条件によっ
ては可変であってもよい）一次燃焼用予混合ガスのため
の環状をなす噴出口２が形成されている。燃焼ガス噴出
ブロック１０ａの一次燃焼用予混合ガス噴出方向側に
は、前記環状をなす二次燃焼用予混合ガス噴出口２の直
径よりも大きな直径である燃焼室筒体２０が配置されて
おり、その周壁部であって、計算によりあるいは実験を
とおして求められた、前記一次燃焼用予混合ガス噴出口
２で発生させた燃焼ガスが完全燃焼した後の位置（距離
ｔの位置）には、燃料ガス量を可変とすることにより空
気と燃料ガスとの混合比が可変とされる二次燃焼用予混
合ガスの噴出口３ａを有する二次予混合管３が設けられ
る。二次予混合管３は、この実施例では周方向に等しい
間隔で複数本設けられるが、必ずしもそのように配置す
る必要はない。該二次予混合管３の他端側は空気導入口
１００ａに向けて延出していると共に、各二次予混合管
３には二次燃料ガスＧ2 を供給する導管１３が開放して
いる。
【００２０】この実施の形態の予混合ガス燃焼装置にお
いては、起動時には着火用燃料ガス噴出口１から着火用
燃料ガスＧを噴出させて拡散燃焼させると共に、一次燃
焼用予混合ガス噴出口２からは空気と一次燃料ガスＧ1
との予混合ガスを噴出させて燃焼させ、起動後は、前記
一次予混合ガスＧ1 を噴出しながら着火用燃料ガスＧを
絞り込むと共に、二次燃焼用予混合ガス噴出口３ａから
負荷に対応した混合比の空気と二次燃料ガスＧ2 との予
混合ガスを噴出させて燃焼させる。この燃焼法により、
排ガス中にＮＯx 成分の多い拡散燃焼は起動時のみとな
り、その後の負荷燃焼時でのＮＯx の排出は抑制するこ
とができる。
いては、起動時には着火用燃料ガス噴出口１から着火用
燃料ガスＧを噴出させて拡散燃焼させると共に、一次燃
焼用予混合ガス噴出口２からは空気と一次燃料ガスＧ1
との予混合ガスを噴出させて燃焼させ、起動後は、前記
一次予混合ガスＧ1 を噴出しながら着火用燃料ガスＧを
絞り込むと共に、二次燃焼用予混合ガス噴出口３ａから
負荷に対応した混合比の空気と二次燃料ガスＧ2 との予
混合ガスを噴出させて燃焼させる。この燃焼法により、
排ガス中にＮＯx 成分の多い拡散燃焼は起動時のみとな
り、その後の負荷燃焼時でのＮＯx の排出は抑制するこ
とができる。
【００２１】一方、二次燃焼用予混合ガスの噴出口３ａ
は一次燃焼用予混合ガス噴出口２から十分離れた位置に
配置されており、その位置では一次燃焼用予混合ガスは
完全燃焼を終えているので、一次燃焼用予混合ガスの燃
焼が二次燃焼用予混合ガスにより影響を受けることはな
い。そのために、一次燃焼用予混合ガスから未燃焼成分
が生じることはない。また、一次燃焼用予混合ガスが完
全燃焼していることから、排ガス温度は十分に高温とな
っており、二次燃焼用予混合ガスが高い空気比の場合で
あっても、その燃焼は良好となる。
は一次燃焼用予混合ガス噴出口２から十分離れた位置に
配置されており、その位置では一次燃焼用予混合ガスは
完全燃焼を終えているので、一次燃焼用予混合ガスの燃
焼が二次燃焼用予混合ガスにより影響を受けることはな
い。そのために、一次燃焼用予混合ガスから未燃焼成分
が生じることはない。また、一次燃焼用予混合ガスが完
全燃焼していることから、排ガス温度は十分に高温とな
っており、二次燃焼用予混合ガスが高い空気比の場合で
あっても、その燃焼は良好となる。
【００２２】図２は本発明による多段予混合ガス燃焼装
置の他の実施形態を示している。この形態は、燃焼ガス
噴出ブロック１０ａの中心部に設けられる着火用燃料ガ
ス噴出孔の形態が、図１に示したものと相違している。
すなわち、図２において、５０は燃焼ガス噴出ブロック
１０ａの中心部に設けられるパイロットガスノズルであ
り、該パイロットガスノズル５０は、中央部のパイロッ
トガス流路５１とその周囲の空気流路５２とを有し、該
空気流路５２は開孔５３を介して筒体１００の内部に連
通している。そして、該パイロットガスノズル５０の周
囲に一次燃焼用予混合ガス噴出孔２が配置されている。
置の他の実施形態を示している。この形態は、燃焼ガス
噴出ブロック１０ａの中心部に設けられる着火用燃料ガ
ス噴出孔の形態が、図１に示したものと相違している。
すなわち、図２において、５０は燃焼ガス噴出ブロック
１０ａの中心部に設けられるパイロットガスノズルであ
り、該パイロットガスノズル５０は、中央部のパイロッ
トガス流路５１とその周囲の空気流路５２とを有し、該
空気流路５２は開孔５３を介して筒体１００の内部に連
通している。そして、該パイロットガスノズル５０の周
囲に一次燃焼用予混合ガス噴出孔２が配置されている。
【００２３】この実施形態において、前記パイロットガ
ス流路５１の先端側は閉塞しており、その閉塞端近傍か
ら放射方向に複数本（例えば６本）のノズル管５５が前
記空気流路５２にまで延出している。各ノズル管５５の
先端も同様に閉塞している。そして、該ノズル管５５が
空気流路５２内に位置する部分には、複数個のガス噴出
孔５６が穿設されている。また、前記ノズル管５５の位
置よりも上流側の空気流路５２にはスワーラ５７が取り
付けられている。なお、該スワラー５７の旋回方向は、
一次燃焼用予混合ガス流路に配置したスワラー１４と同
じ旋回方向とされる。
ス流路５１の先端側は閉塞しており、その閉塞端近傍か
ら放射方向に複数本（例えば６本）のノズル管５５が前
記空気流路５２にまで延出している。各ノズル管５５の
先端も同様に閉塞している。そして、該ノズル管５５が
空気流路５２内に位置する部分には、複数個のガス噴出
孔５６が穿設されている。また、前記ノズル管５５の位
置よりも上流側の空気流路５２にはスワーラ５７が取り
付けられている。なお、該スワラー５７の旋回方向は、
一次燃焼用予混合ガス流路に配置したスワラー１４と同
じ旋回方向とされる。
【００２４】この多段予混合ガス燃焼装置において、パ
イロット燃焼ガスＧは図示しない管路を介してパイロッ
トガス流路５１に送給され、ノズル管５５に形成したガ
ス噴出孔５６から、パイロットガス流路５１の周囲に位
置する空気流路５２内に噴出する。空気流路５２には開
孔５３を介して空気が導入されており、導入される空気
はスワーラ５７を通過することにより旋回流とされる。
パイロット燃料ガスＧは、旋回流となった導入空気と急
速に混合しながら燃焼する拡散燃焼と予混合燃焼の中間
の燃焼をする。
イロット燃焼ガスＧは図示しない管路を介してパイロッ
トガス流路５１に送給され、ノズル管５５に形成したガ
ス噴出孔５６から、パイロットガス流路５１の周囲に位
置する空気流路５２内に噴出する。空気流路５２には開
孔５３を介して空気が導入されており、導入される空気
はスワーラ５７を通過することにより旋回流とされる。
パイロット燃料ガスＧは、旋回流となった導入空気と急
速に混合しながら燃焼する拡散燃焼と予混合燃焼の中間
の燃焼をする。
【００２５】パイロット燃料ガスの燃焼用空気は主に空
気流路５２から導入される空気であり、一次燃焼用予混
合ガス噴出孔２から噴出する一次燃焼用予混合ガスの影
響を大きくは受けることなく燃焼可能である。それによ
り、図１に示した多段予混合ガス燃焼装置における着火
用燃料ガスよりも安定した状態でその燃焼を維持するこ
とができ、一次燃焼用予混合ガスの低い燃焼割合まで安
定燃焼を維持することが可能となる。また、パイロット
混合ガスは安定かつ希薄な予混合燃焼に近い燃焼状態と
なるので低ＮＯx 燃焼も維持される（なお、この形態の
燃焼ガス噴出ブロック１０ａそのものは本出願人の出願
に係る特開平８−１２８６３６号公報に詳細に記載され
ている）。
気流路５２から導入される空気であり、一次燃焼用予混
合ガス噴出孔２から噴出する一次燃焼用予混合ガスの影
響を大きくは受けることなく燃焼可能である。それによ
り、図１に示した多段予混合ガス燃焼装置における着火
用燃料ガスよりも安定した状態でその燃焼を維持するこ
とができ、一次燃焼用予混合ガスの低い燃焼割合まで安
定燃焼を維持することが可能となる。また、パイロット
混合ガスは安定かつ希薄な予混合燃焼に近い燃焼状態と
なるので低ＮＯx 燃焼も維持される（なお、この形態の
燃焼ガス噴出ブロック１０ａそのものは本出願人の出願
に係る特開平８−１２８６３６号公報に詳細に記載され
ている）。
【００２６】図３、図４は、本発明による多段予混合ガ
ス燃焼装置の他の実施形態を示している。この実施形態
では、燃焼ガス噴出ブロック１０ａは、図２に示したも
のと実質的に同じ構成であり、パイロットガスノズル５
０とその周囲の空気流路５２とを有しているが、パイロ
ットガス流路５１の閉塞先端部が、一次燃焼用予混合ガ
ス噴出口２の軸方向位置よりも上流側に所定距離だけ偏
位した位置とされている点で相違している。このように
することにより、パイロット混合ガスは一次燃焼用予混
合ガスの影響を受けることが少なく、パイロット混合ガ
スの燃焼は一層安定する。そのために、安定した燃焼を
継続することが可能となる。
ス燃焼装置の他の実施形態を示している。この実施形態
では、燃焼ガス噴出ブロック１０ａは、図２に示したも
のと実質的に同じ構成であり、パイロットガスノズル５
０とその周囲の空気流路５２とを有しているが、パイロ
ットガス流路５１の閉塞先端部が、一次燃焼用予混合ガ
ス噴出口２の軸方向位置よりも上流側に所定距離だけ偏
位した位置とされている点で相違している。このように
することにより、パイロット混合ガスは一次燃焼用予混
合ガスの影響を受けることが少なく、パイロット混合ガ
スの燃焼は一層安定する。そのために、安定した燃焼を
継続することが可能となる。
【００２７】さらに、この実施形態においては、二次燃
焼用予混合ガス噴出口に加えて、その下流位置に三次燃
焼用予混合ガス噴出口を有するようにすると共に、燃焼
室筒体２００の形状は同じ直径の円筒体ではなく、下流
に向けてより断面積が広くされた形状となっている。す
なわち、燃焼筒２００は、上流側に位置する断面積の小
さい第１の部分２０１と、その下流側である断面積がよ
り大きい第２の部分２０２と、さらにその下流側である
断面積がさらに大きい第３の部分２０３とを有し、第１
の部分２０１と第２の部分２０２とは下流側に向けて拡
径した第１の傾斜部分２０４により接続されており、第
２の部分２０２と第３の部分２０３とは同様に下流側に
向けて拡径した第２の傾斜部分２０５により接続されて
いる。
焼用予混合ガス噴出口に加えて、その下流位置に三次燃
焼用予混合ガス噴出口を有するようにすると共に、燃焼
室筒体２００の形状は同じ直径の円筒体ではなく、下流
に向けてより断面積が広くされた形状となっている。す
なわち、燃焼筒２００は、上流側に位置する断面積の小
さい第１の部分２０１と、その下流側である断面積がよ
り大きい第２の部分２０２と、さらにその下流側である
断面積がさらに大きい第３の部分２０３とを有し、第１
の部分２０１と第２の部分２０２とは下流側に向けて拡
径した第１の傾斜部分２０４により接続されており、第
２の部分２０２と第３の部分２０３とは同様に下流側に
向けて拡径した第２の傾斜部分２０５により接続されて
いる。
【００２８】そして、第１の傾斜部分２０４には、一端
３ｃを燃焼室２０ａに開放する複数本（図示のものでは
１２本）の二次予混合管３ｂが配置され、該各二次予混
合管３ｂの他端側は上流側に向けて延出している。そし
て、各二次予混合管３ｂには導管１３の先端が挿入され
て、該導管１３から二次燃料ガスＧ2 が供給される。ま
た、第２の傾斜部分２０５には一端５ｃを燃焼室２０ａ
に開放する複数本（図示のものでは１２本）の三次予混
合管５ｂが配置され、該各三次予混合管５ｂの他端側も
上流側に向けて延出しており、該三次予混合管５ｂには
導管１６の先端が挿入されていて、該導管１６から二次
燃料ガスＧ3 が供給される。
３ｃを燃焼室２０ａに開放する複数本（図示のものでは
１２本）の二次予混合管３ｂが配置され、該各二次予混
合管３ｂの他端側は上流側に向けて延出している。そし
て、各二次予混合管３ｂには導管１３の先端が挿入され
て、該導管１３から二次燃料ガスＧ2 が供給される。ま
た、第２の傾斜部分２０５には一端５ｃを燃焼室２０ａ
に開放する複数本（図示のものでは１２本）の三次予混
合管５ｂが配置され、該各三次予混合管５ｂの他端側も
上流側に向けて延出しており、該三次予混合管５ｂには
導管１６の先端が挿入されていて、該導管１６から二次
燃料ガスＧ3 が供給される。
【００２９】二次予混合管３ｂ及び三次予混合管５ｂの
先端側は、予混合ガスの噴出方向が燃焼室２０ａの下流
側に向くように傾斜して設けてあり、かつ、容積を小さ
くするために図４に示すように相互に千鳥状に配置され
ている。また、二次予混合管３ｂの先端開放部３ｃの位
置は一次燃焼用予混合ガスの噴出口で発生させた予混合
燃焼ガスが完全燃焼した後の位置（距離ｔの位置）とさ
れ、三次予混合管５ｂの先端開放部５ｃの位置は二次燃
焼用予混合ガスの噴出口５ｃで発生させた予混合燃焼ガ
スが完全燃焼した後の位置とされている。
先端側は、予混合ガスの噴出方向が燃焼室２０ａの下流
側に向くように傾斜して設けてあり、かつ、容積を小さ
くするために図４に示すように相互に千鳥状に配置され
ている。また、二次予混合管３ｂの先端開放部３ｃの位
置は一次燃焼用予混合ガスの噴出口で発生させた予混合
燃焼ガスが完全燃焼した後の位置（距離ｔの位置）とさ
れ、三次予混合管５ｂの先端開放部５ｃの位置は二次燃
焼用予混合ガスの噴出口５ｃで発生させた予混合燃焼ガ
スが完全燃焼した後の位置とされている。
【００３０】上記の構成であり、この実施形態では、前
段（例えば二段目）の噴出口３ｃで発生させた予混合燃
焼ガスが燃焼する燃焼室２０２の断面積よりも、次段
（例えば三段目）の噴出口５ｃで発生させた予混合燃焼
ガスが燃焼する燃焼室２０３の断面積が大とされてお
り、このようにすることにより、燃焼室筒体２００の長
さを短縮することが可能となり、燃焼器をコンパクト化
することができる利点がある。
段（例えば二段目）の噴出口３ｃで発生させた予混合燃
焼ガスが燃焼する燃焼室２０２の断面積よりも、次段
（例えば三段目）の噴出口５ｃで発生させた予混合燃焼
ガスが燃焼する燃焼室２０３の断面積が大とされてお
り、このようにすることにより、燃焼室筒体２００の長
さを短縮することが可能となり、燃焼器をコンパクト化
することができる利点がある。
【００３１】さらに、燃焼室筒体２００の上流から噴射
されるパイロット混合ガス及び一次燃焼用予混合ガス
は、スワラー５７、１４により旋回が与えられているた
めに遠心力で外側に押し付けられ燃焼室筒体２００の中
心軸付近の流速は低下しており、下流側から上流側への
流れが生じ易い傾向にある。そのために、負荷が低いと
き二次予混合管３ｂから供給された二次燃焼用予混合ガ
スはこの逆流に沿って上流へ逆戻りし、一次燃焼用予混
合ガスの燃焼性を悪化させる場合がある。この実施形態
のように、燃焼室２０１の断面積を燃焼室２０２の断面
積よりも小さくすることにより、その部分での軸方向の
平均流速が高くなり、二次予混合管３ｂから流入する予
混合ガスが上流部の燃焼に与える悪影響を低減すること
も可能となる。さらに、二次予混合管３ｂ及び三次予混
合管５ｂの先端を図示のように傾斜させたことによっ
て、流入する予混合ガスが上流部の燃焼に与える悪影響
を低減することが可能となり、燃焼室筒体２００の長さ
を短くすることが可能となる。
されるパイロット混合ガス及び一次燃焼用予混合ガス
は、スワラー５７、１４により旋回が与えられているた
めに遠心力で外側に押し付けられ燃焼室筒体２００の中
心軸付近の流速は低下しており、下流側から上流側への
流れが生じ易い傾向にある。そのために、負荷が低いと
き二次予混合管３ｂから供給された二次燃焼用予混合ガ
スはこの逆流に沿って上流へ逆戻りし、一次燃焼用予混
合ガスの燃焼性を悪化させる場合がある。この実施形態
のように、燃焼室２０１の断面積を燃焼室２０２の断面
積よりも小さくすることにより、その部分での軸方向の
平均流速が高くなり、二次予混合管３ｂから流入する予
混合ガスが上流部の燃焼に与える悪影響を低減すること
も可能となる。さらに、二次予混合管３ｂ及び三次予混
合管５ｂの先端を図示のように傾斜させたことによっ
て、流入する予混合ガスが上流部の燃焼に与える悪影響
を低減することが可能となり、燃焼室筒体２００の長さ
を短くすることが可能となる。
【００３２】好ましくは、二次予混合管３ｂの合計断面
積よりも三次予混合管５ｂの合計断面積が大きくされ
る。そのようにすることにより、一次燃焼用予混合ガス
が燃焼した後の一次燃焼ガスと燃焼する前の二次燃焼用
予混合ガスが混合したと仮定したときの温度と、その一
次燃焼ガスと二次燃焼用予混合ガスが混合した後燃焼し
た既燃焼ガスと燃焼する前の三次燃焼用予混合ガスが混
合した温度とを等しい温度に維持することが可能とな
り、低ＮＯx 燃焼、低未燃焼生成物燃焼が一層確実に遂
行される。
積よりも三次予混合管５ｂの合計断面積が大きくされ
る。そのようにすることにより、一次燃焼用予混合ガス
が燃焼した後の一次燃焼ガスと燃焼する前の二次燃焼用
予混合ガスが混合したと仮定したときの温度と、その一
次燃焼ガスと二次燃焼用予混合ガスが混合した後燃焼し
た既燃焼ガスと燃焼する前の三次燃焼用予混合ガスが混
合した温度とを等しい温度に維持することが可能とな
り、低ＮＯx 燃焼、低未燃焼生成物燃焼が一層確実に遂
行される。
【００３３】図５、図６は本発明による多段予混合ガス
燃焼装置と従来例によるものとの燃焼性能を比較した図
である。本発明による多段予混合ガス燃焼装置としては
図３に示した構造のものを用い、従来例の多段予混合ガ
ス燃焼装置としては図１０に示した構造のものにおい
て、その燃焼ガス噴出ブロック１０の中心部に形成した
着火用燃料ガス噴出孔１を、前記図２に示したパイロッ
トガスノズル５０に置き換えたものを用いた。図５、図
６に示すように両者ともＮＯx の発生量はほぼ同じであ
るが、図６に示す従来の燃焼装置では、低負荷状態（全
空気比６〜７程度）の場合に燃焼効率が９５％程度に低
下しているが、図５に示す本発明の燃焼装置ではほぼ１
００％の燃焼効率を維持しており、本発明による燃焼装
置の優位性が立証された。
燃焼装置と従来例によるものとの燃焼性能を比較した図
である。本発明による多段予混合ガス燃焼装置としては
図３に示した構造のものを用い、従来例の多段予混合ガ
ス燃焼装置としては図１０に示した構造のものにおい
て、その燃焼ガス噴出ブロック１０の中心部に形成した
着火用燃料ガス噴出孔１を、前記図２に示したパイロッ
トガスノズル５０に置き換えたものを用いた。図５、図
６に示すように両者ともＮＯx の発生量はほぼ同じであ
るが、図６に示す従来の燃焼装置では、低負荷状態（全
空気比６〜７程度）の場合に燃焼効率が９５％程度に低
下しているが、図５に示す本発明の燃焼装置ではほぼ１
００％の燃焼効率を維持しており、本発明による燃焼装
置の優位性が立証された。
【００３４】次に、燃焼温度について考察した。図７に
は二次燃焼用予混合ガスの空気比を６、１０、２０とし
て、その予混合気中のメタンが９０％酸化する時間と混
合後の温度を示しており、図８は同じ条件での予混合気
中のＣＯが５００ｐｐｍまで酸化される時間と混合後の
温度を示している。メタンの酸化は混合後の温度が９０
０℃程度より高ければ、短い時間で酸化が終了するが、
ＣＯについては、混合後の温度が１０００℃〜１１００
℃程度でないと短時間での酸化が困難であることを示し
てしている。本発明の燃焼装置は二次燃焼用予混合ガス
が高い空気比のときに燃焼効率を上げようとするもので
あり、従って、本発明の燃焼装置の運転条件としては、
前段（例えば１段目）の噴出口で発生させた予混合燃焼
ガス（一次燃焼用予混合ガス）が完全燃焼した後に、次
段（例えば２段目）の噴出口から、１５００℃以下の断
熱火炎温度を持つ予混合ガス（二次燃焼用予混合ガス）
（低ＮＯx の目的で）を、混合後の温度が１０００℃〜
１１００℃となるような割合で吹き出すようにすること
が有効であることがわかる。なお、この条件を二段目以
降においても維持することにより、燃焼装置全体として
の燃焼効率を一層向上することが可能となる。
は二次燃焼用予混合ガスの空気比を６、１０、２０とし
て、その予混合気中のメタンが９０％酸化する時間と混
合後の温度を示しており、図８は同じ条件での予混合気
中のＣＯが５００ｐｐｍまで酸化される時間と混合後の
温度を示している。メタンの酸化は混合後の温度が９０
０℃程度より高ければ、短い時間で酸化が終了するが、
ＣＯについては、混合後の温度が１０００℃〜１１００
℃程度でないと短時間での酸化が困難であることを示し
てしている。本発明の燃焼装置は二次燃焼用予混合ガス
が高い空気比のときに燃焼効率を上げようとするもので
あり、従って、本発明の燃焼装置の運転条件としては、
前段（例えば１段目）の噴出口で発生させた予混合燃焼
ガス（一次燃焼用予混合ガス）が完全燃焼した後に、次
段（例えば２段目）の噴出口から、１５００℃以下の断
熱火炎温度を持つ予混合ガス（二次燃焼用予混合ガス）
（低ＮＯx の目的で）を、混合後の温度が１０００℃〜
１１００℃となるような割合で吹き出すようにすること
が有効であることがわかる。なお、この条件を二段目以
降においても維持することにより、燃焼装置全体として
の燃焼効率を一層向上することが可能となる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、二次以降の燃焼用予混合ガスの噴出口を燃焼室筒体
の周壁を設けるようにしたので、前段の燃焼用予混合ガ
スの噴出口と次段の燃焼用予混合ガスの噴出口との距離
を大きく設定することが容易となり、次段の燃焼用予混
合ガスに影響受けることなく、前段の燃焼用予混合ガス
を確実に完全燃焼させることができる。そのために、特
に、低負荷燃焼時のように、空気比の高い二次燃焼用予
混合ガスを供給する場合であっても、それにより一次燃
焼用予混合ガスの燃焼が影響を受けることなく完全燃焼
することから、低負荷時での燃焼効率が大きく改善され
る。また、本発明の燃焼装置においても、従来知られた
多段予混合ガス燃焼装置と同様の低ＮＯx 燃焼は達成さ
れる。
は、二次以降の燃焼用予混合ガスの噴出口を燃焼室筒体
の周壁を設けるようにしたので、前段の燃焼用予混合ガ
スの噴出口と次段の燃焼用予混合ガスの噴出口との距離
を大きく設定することが容易となり、次段の燃焼用予混
合ガスに影響受けることなく、前段の燃焼用予混合ガス
を確実に完全燃焼させることができる。そのために、特
に、低負荷燃焼時のように、空気比の高い二次燃焼用予
混合ガスを供給する場合であっても、それにより一次燃
焼用予混合ガスの燃焼が影響を受けることなく完全燃焼
することから、低負荷時での燃焼効率が大きく改善され
る。また、本発明の燃焼装置においても、従来知られた
多段予混合ガス燃焼装置と同様の低ＮＯx 燃焼は達成さ
れる。
【図１】本発明による多段予混合ガス燃焼装置の一例を
示す軸方向断面図。
示す軸方向断面図。
【図２】本発明による多段予混合ガス燃焼装置の他の例
を示す軸方向断面図。
を示す軸方向断面図。
【図３】本発明による多段予混合ガス燃焼装置のさらに
他の例を示す軸方向断面図。
他の例を示す軸方向断面図。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線による断面図。
【図５】本発明による多段予混合ガス燃焼装置の燃焼性
能をグラフとして示す図。
能をグラフとして示す図。
【図６】従来例による多段予混合ガス燃焼装置の燃焼性
能をグラフとして示す図。
能をグラフとして示す図。
【図７】予混合気中のメタンの酸化時間と温度との関係
を示す図。
を示す図。
【図８】予混合気中のＣＯの酸化時間と温度との関係を
示す図。
示す図。
【図９】多段予混合ガス燃焼装置における一次燃焼用予
混合ガス噴出口と二次燃焼用予混合ガス噴出口との距離
と燃焼効率との関係を示す図。
混合ガス噴出口と二次燃焼用予混合ガス噴出口との距離
と燃焼効率との関係を示す図。
【図１０】従来の多段予混合ガス燃焼装置の一例を示す
軸方向断面図。
軸方向断面図。
１…着火用燃料ガス噴出孔、２…一次燃焼用予混合ガス
の噴出口、３，３ｂ…二次予混合管、３ａ，３ｃ…二次
予混合ガスの噴出口、５ｂ…三次予混合管、１０ａ…燃
焼ガス噴出ブロック、５０…パイロットガスノズル、２
０，２００…燃焼室筒体、ｔ…一次燃焼用予混合ガスの
噴出口と二次燃焼用予混合ガスの噴出口との距離
の噴出口、３，３ｂ…二次予混合管、３ａ，３ｃ…二次
予混合ガスの噴出口、５ｂ…三次予混合管、１０ａ…燃
焼ガス噴出ブロック、５０…パイロットガスノズル、２
０，２００…燃焼室筒体、ｔ…一次燃焼用予混合ガスの
噴出口と二次燃焼用予混合ガスの噴出口との距離
Claims (9)
- 【請求項１】 少なくとも一次燃焼用予混合ガスの噴出
口を備えた燃焼ガス噴出ブロックと、該燃焼ガス噴出ブ
ロックからの予混合ガス噴出方向側に備えられた燃焼室
筒体と、該燃焼室筒体の周壁に備えられた少なくとも一
段の予混合ガスの噴出口とを有しており、前記一次燃焼
用予混合ガスの噴出口を含む各段の燃焼用予混合ガスの
噴出口の位置関係が、前段の噴出口で供給された予混合
ガスが燃焼室筒体内で完全燃焼した後に次段の予混合ガ
ス噴出口から供給される予混合ガスと混合するように配
置されていることを特徴とする多段予混合ガス燃焼装
置。 - 【請求項２】 請求項１記載の多段予混合ガス燃焼装置
の燃焼方法であって、前段の噴出口から供給した予混合
ガスが完全燃焼した後に、次段の噴出口から、約１５０
０℃以下の断熱火炎温度を持つ予混合ガスを、前段で完
全燃焼した燃焼ガスと次段で供給した燃焼前の予混合ガ
スが混合したと仮定したときの温度が約１０００℃〜１
１００℃となるような割合で供給することを特徴とする
多段予混合ガス燃焼装置の燃焼方法。 - 【請求項３】 燃焼室を構成する燃焼室筒体と、 該燃焼室筒体の一端側に備えられた燃焼ガス噴出ブロッ
クとを有し、 該燃焼ガス噴出ブロックには、中央部のパイロットガス
流路とその周囲の空気流路とからなるパイロットガスノ
ズルと、該パイロットガスノズルの周囲の、空気と燃料
ガスとの混合比が一定もしくは必要に応じて可変である
一次燃焼用予混合ガスの噴出口とが備えられ、 該燃焼室筒体の周壁には、燃料ガス量を可変とすること
により空気と燃料ガスとの混合比が可変とされる少なく
とも一段の燃焼用予混合ガスの噴出口が備えられてお
り、 前記一次燃焼用予混合ガスの噴出口を含む各段の燃焼用
予混合ガスの噴出口の位置関係が、前段の噴出口で供給
された予混合ガスが燃焼室筒体内で完全燃焼した後に次
段の予混合ガス噴出口から供給される予混合ガスと混合
するようにされていることを特徴とする多段予混合ガス
燃焼装置。 - 【請求項４】 請求項３記載の多段予混合ガス燃焼装置
の燃焼方法であって、前段の噴出口から供給した予混合
ガスが完全燃焼した後に、次段の噴出口から、約１５０
０℃以下の断熱火炎温度を持つ予混合ガスを、前段で完
全燃焼した燃焼ガスと次段で供給した燃焼前の予混合ガ
スが混合したと仮定したときの温度が約１０００℃〜１
１００℃となるような割合で供給することを特徴とする
多段予混合ガス燃焼装置の燃焼方法。 - 【請求項５】 前記パイロットガスノズルの空気流路に
スワラーを配置したことを特徴とする請求項３記載の多
段予混合ガス燃焼装置。 - 【請求項６】 一次燃焼用予混合ガス流路にもスワラー
が設けられており、そのスワラーと前記パイロットガス
ノズルの空気流路に配置したスワラーとは、同じ旋回方
向を持つようにされていることを特徴とする請求項５記
載のガス燃焼装置。 - 【請求項７】 前記パイロットガス流路のガス噴出孔は
前記一次燃焼用予混合ガスの噴出口の軸方向位置よりも
上流側に偏位して位置していることを特徴とする請求項
３、５、６記載の多段予混合ガス燃焼装置。 - 【請求項８】 前段の噴出口で発生させた燃焼ガスが燃
焼する燃焼室の断面積よりも、次段の噴出口で発生させ
た燃焼ガスが燃焼する燃焼室の断面積が大とされている
ことを特徴とする請求項３、５、６、７記載の多段予混
合ガス燃焼装置。 - 【請求項９】 二次燃焼用予混合ガス噴出口以降の段の
噴出口は、予混合ガスの噴出方向が燃焼室の下流側に向
けて傾斜した方向となるように燃焼室筒体に取り付けら
れていることを特徴とする請求項３、５、６、７、８記
載の多段予混合ガス燃焼装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35096496A JPH10196909A (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 多段予混合ガス燃焼装置及び燃焼方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35096496A JPH10196909A (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 多段予混合ガス燃焼装置及び燃焼方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10196909A true JPH10196909A (ja) | 1998-07-31 |
Family
ID=18414118
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35096496A Pending JPH10196909A (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | 多段予混合ガス燃焼装置及び燃焼方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10196909A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010216668A (ja) * | 2009-03-13 | 2010-09-30 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | ガスタービン燃焼器 |
| CN110160048A (zh) * | 2019-05-08 | 2019-08-23 | 山东辰跃节能科技有限公司 | 一种适合风道空气加热燃气装置 |
| CN110836383A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-02-25 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种高温烟气发生器及其控制方法 |
| CN112815310A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-05-18 | 北京环科环保技术有限公司 | 一种低污染燃烧头结构 |
-
1996
- 1996-12-27 JP JP35096496A patent/JPH10196909A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010216668A (ja) * | 2009-03-13 | 2010-09-30 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | ガスタービン燃焼器 |
| EP2236938A2 (en) | 2009-03-13 | 2010-10-06 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Gas turbine combustor |
| US8656721B2 (en) | 2009-03-13 | 2014-02-25 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Gas turbine combustor including separate fuel injectors for plural zones |
| CN110160048A (zh) * | 2019-05-08 | 2019-08-23 | 山东辰跃节能科技有限公司 | 一种适合风道空气加热燃气装置 |
| CN110836383A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-02-25 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种高温烟气发生器及其控制方法 |
| CN110836383B (zh) * | 2019-11-15 | 2021-10-26 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种高温烟气发生器及其控制方法 |
| CN112815310A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-05-18 | 北京环科环保技术有限公司 | 一种低污染燃烧头结构 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041210 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041221 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050419 |