JPH1151312A - 液体燃料用低NOx燃焼装置 - Google Patents

液体燃料用低NOx燃焼装置

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JPH1151312A
JPH1151312A JP20876997A JP20876997A JPH1151312A JP H1151312 A JPH1151312 A JP H1151312A JP 20876997 A JP20876997 A JP 20876997A JP 20876997 A JP20876997 A JP 20876997A JP H1151312 A JPH1151312 A JP H1151312A
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JP
Japan
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liquid fuel
fuel
steam
gas
combustor
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JP20876997A
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English (en)
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Jun Hosoi
潤 細井
Yasuhiro Ishikawa
康弘 石川
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 設計上の制約が少なくシンプルな構造で低N
Ox化が可能であり、かつ燃焼効率が高い液体燃料用低
NOx燃焼装置を提供する。 【解決手段】 液体燃料Fを蒸発させ水蒸気Sと混合し
て低NOx化に適した可燃ガスGとする蒸発混合器10
と、可燃ガスGを燃焼する燃焼器20とを備える。蒸発
混合器10は、可燃ガスを発生させる蒸発混合管12
と、蒸発混合管に水蒸気を供給する水蒸気ライン13
と、蒸発混合管に液体燃料を噴射する燃料噴射弁16
と、水蒸気と液体燃料の流量を制御する流量制御装置1
7とを有し、この流量制御装置により、混合ガスが低N
Ox化に適した可燃ガスとなるように、水蒸気Sと液体
燃料Fの流量比率が制御される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液体燃料用低NO
x燃焼装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、ガスタービンと蒸気タービンを組
み合わせて発電効率の向上を図るコージェネレーション
システムが脚光を浴びている。図3は、特公平8−26
780号公報に開示された二流体サイクルの構成図であ
り、ガスタービン設備1の排熱Eで発生した水蒸気2を
混合器3で圧縮空気4と混合し、この混合ガスを排熱E
で加熱してガスタービンの燃焼器5に噴射することによ
り、余剰水蒸気2aをユーティリィティとして供給しな
がら、電力需要に応じて発電出力が増大できるようにな
っている。なおこの図で6は排熱回収ボイラ、Aは空
気、Fは燃料、Wは給水である。
【0003】一方、環境保護のために、ガスタービンの
燃焼排ガス中のNOx(窒素酸化物)を低減することが
義務付けられており、我国では、全国基準でも例えば7
0ppm以下、大都市(例えば東京)では例えば25〜
30ppm以下にする必要がある。NOxの発生要因
は、燃焼時の高温火炎により空気中の窒素が酸化する、
いわゆるサーマルNOxが主であり、このサーマルNO
xを低減するには、火炎中のホットスポットを減少さ
せ、高温火炎の発生をなくすことが効果的である。この
ため、上述した二流体サイクルでは、水蒸気の噴射によ
り火炎温度を低下させる手段が用いられ、燃焼器には水
蒸気を噴射しても安定燃焼ができる拡散燃焼器が使用さ
れていた。
【0004】また、低NOx化が可能な燃焼器として、
上述した蒸気噴射拡散燃焼器の他に希薄予混合燃焼器が
知られている。この希薄予混合燃焼器は、燃料を十分な
空気量と予混合して均質化し、これを希薄燃焼させるも
のであり、大量の空気と共に燃焼させるため、ホットス
ポットがなく、高温火炎の発生をなくし低NOx化を実
現することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、燃料として液
体燃料を用いる場合、上述した蒸気噴射拡散燃焼器及び
希薄予混合燃焼器のいずれの場合でも、液体燃料を微粒
化し、燃焼室内に分散させるために、燃料ノズルを用い
る必要がある。この燃料ノズルには、図4に例示するよ
うに、(a)デュアル燃料噴射弁や(b)気流微粒化形
燃料ノズルが用いられるが、いずれも構造が複雑であ
り、かつこれを燃焼器内に設置する必要があるため、特
に低NOx燃焼器では、設計上の制約が大きくなる問題
点があった。また、かかる従来の燃料ノズルでは、噴霧
用の燃料や空気の圧力や流量が不足すると噴霧が不完全
となり、液滴が微粒化せずに壁面等に付着して燃焼効率
が低下する等の問題点があった。
【0006】本発明は、かかる問題点を解決するために
創案されたものである。すなわち本発明の目的は、設計
上の制約が少なくシンプルな構造で低NOx化が可能で
あり、かつ燃焼効率が高い液体燃料用低NOx燃焼装置
を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、液体燃
料を蒸発させ水蒸気と混合して低NOx用可燃ガスを発
生させる蒸発混合器と、該可燃ガスを燃焼する燃焼器と
を備えた、ことを特徴とする液体燃料用低NOx燃焼装
置が提供される。
【0008】この構成により、液体燃料を水蒸気により
微粒化した後、蒸発させることにより、液体燃料をガス
燃料として扱うことが可能となる。従って、燃焼器設計
時には、ガス焚燃焼器と同様に、非常に簡単な燃料噴射
機構とすることができ、燃料噴射部がシンプルになり、
設計の自由度が高くなる。また、従来の希薄予混合燃焼
器のように空気と混合させた場合には、逆火、自己着火
のおそれがあるが、本発明のように、水蒸気と混合して
可燃ガスとすることにより、逆火、自己着火のおそれな
しに、液体燃料をガス燃料と同等に扱えるようになる。
更に、水蒸気との混合により、低NOx化に適した可燃
ガスとすることにより、NOx低減効果も期待できる。
【0009】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
蒸発混合器は、可燃ガスを発生させる蒸発混合管と、該
蒸発混合管に水蒸気を供給する水蒸気ラインと、蒸発混
合管内に液体燃料を噴射する燃料噴射弁と、水蒸気と液
体燃料の流量を制御する流量制御装置とを有し、該流量
制御装置により、混合ガスが低NOx化に適した可燃ガ
スとなるように、水蒸気と液体燃料の流量比率が制御さ
れる。
【0010】この構成により、燃料噴射弁で液体燃料を
微細な液滴とし、これを水蒸気と混合することにより、
容易に液体燃料を蒸発させて混合ガスとすることができ
る。また、流量制御装置により水蒸気と液体燃料の流量
比率を制御して、混合ガスを低NOx化に適した可燃ガ
スとするので、燃焼火炎中のホットスポットを減少さ
せ、高温火炎の発生をなくして従来の水蒸気噴射拡散燃
焼器と同様の低NOx化が可能となる。
【0011】また、前記蒸発混合器は、更に混合ガスを
加熱する加熱器を備えることが好ましい。この構成によ
り、混合ガスの温度低下を防止し、混合ガス中の液体燃
料の凝縮を防ぎ、低NOx化に適した可燃ガスとして燃
焼器に供給することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい実施態様
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略す
る。図1は、本発明による低NOx燃焼装置の全体構成
図である。この図において、本発明の液体燃料用低NO
x燃焼装置は、液体燃料Fを蒸発させ水蒸気Sと混合し
て低NOx化に適した可燃ガスGとする蒸発混合器10
と、この蒸発混合器12から供給される可燃ガスGを燃
焼する燃焼器20とを備えている。
【0013】蒸発混合器10は、可燃ガスを発生させる
蒸発混合管12と、蒸発混合管12に水蒸気Sを供給す
る水蒸気ライン13と、蒸発混合管12内に液体燃料F
を供給する燃料ライン14と、蒸発混合管12で発生し
た可燃ガスGを燃焼器20に供給する可燃ガスライン1
5とを有する。蒸発混合管12は、図1では、可燃ガス
ライン15と別の中空円筒管として示しているが、これ
を一体に形成してもよい。
【0014】蒸発混合管12の内部には、燃料ライン1
4の先端部に液体燃料を噴射する燃料噴射弁16が設け
られている。この燃料噴射弁16は、従来の液体燃料用
噴射弁、例えば図4に例示した燃料ノズルを用いること
ができる。また本発明の蒸発混合器10は、水蒸気Sと
液体燃料Fの流量を制御する流量制御装置17を備え、
水蒸気ライン13と燃料ライン14にはそれぞれ流量調
節弁13a,14aが設けられている。この流量制御装
置17により、混合ガスが低NOx化に適した可燃ガス
Gとなるように、水蒸気Sと液体燃料Fの流量比率を制
御するようになっている。なお、低NOx化のための水
蒸気と燃料の重量比は、通常約1:1である。
【0015】この構成により、燃料噴射弁16で液体燃
料Fを微細な液滴とし、これを水蒸気Sと混合すること
により、容易に液体燃料Fを蒸発混合管12内で蒸発さ
せて混合ガスとすることができる。また、流量制御装置
17により水蒸気Sと液体燃料Fの流量比率を制御し
て、混合ガスを低NOx化に適した可燃ガスGとするの
で、燃焼火炎中のホットスポットを減少させ、高温火炎
の発生をなくして従来の水蒸気噴射拡散燃焼器と同様の
低NOx化が可能となる。
【0016】また、図1に示すように、蒸発混合器10
は、更に混合ガスを加熱する加熱器18を備えるのがよ
い。この構成により、混合ガスの温度低下を防止し、混
合ガス中の液体燃料の凝縮を防ぎ、低NOx化に適した
可燃ガスとして燃焼器に供給することができる。
【0017】図2は、図1の燃焼器20の部分構成図で
あり、(A)は側面断面図、(B)はA−A矢視図を示
している。この図において、21はライナ(内筒)、2
2は旋回器、23、24は燃料ノズル、25は外筒であ
る。燃料ノズル23は先端部に複数の噴射孔を有する単
管燃料管であり、燃料ノズル24は、周方向に複数の噴
射孔を有するリング状燃料管である。この燃焼器20の
燃料ノズル23,24に、前述の燃料供給ライン15が
連通しており、低NOx化に適した可燃ガスGが燃焼器
20内で燃焼する。また、図中の破線矢印は、空気の流
れを示しており、コンプレッサ(図示せず)からライナ
21と外筒25の間を上流側に流れた空気は、燃料ノズ
ル23,24の周囲を通ってライナ21内に流入し、可
燃ガスGの燃焼に寄与し、発生した燃焼ガスは、ライナ
21内を通ってタービン(図示せず)に供給される。
【0018】上述した本発明の構成により、液体燃料F
を水蒸気Sにより微粒化した後、蒸発させることによ
り、液体燃料Fをガス燃料Gとして扱うことが可能とな
る。従って、燃焼器20をガス焚燃焼器と同様に、非常
に簡単な燃料噴射機構(例えば、チューブに穴を開けた
だけのもの)とすることができ、燃料噴射部がシンプル
になり、設計の自由度が高くなる。また、従来の希薄予
混合燃焼器のように、空気と混合させた場合には、逆
火、自己着火のおそれがあるが、本発明のように、水蒸
気と混合して可燃ガスとすることにより、逆火、自己着
火のおそれなしに、液体燃料をガス燃料と同等に扱える
ようになる。更に、水蒸気との混合により、低NOx化
に適した可燃ガスとすることにより、NOx低減効果も
期待できる。
【0019】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。
【0020】
【発明の効果】上述したように、本発明の液体燃料用低
NOx燃焼装置は、設計上の制約が少なくシンプルな構
造で低NOx化が可能であり、かつ燃焼効率が高い等の
優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による低NOx燃焼器の全体構成図であ
る。
【図2】図1の燃焼器の部分構成図である。
【図3】従来の二流体サイクルの一例を示す構成図であ
る。
【図4】従来の液体燃料用燃料ノズルの構成図である。
【符号の説明】
1 ガスタービン設備 2 水蒸気 3 混合器 4 圧縮空気 5 燃焼器 6 排熱回収ボイラ 10 蒸発混合器 12 燃料供給ライン 13 水蒸気ライン 14 燃料噴射弁 15 流量制御装置 16 加熱器 20 燃焼器 21 ライナ 22 旋回器 23、24 燃料ノズル A 空気 E 排熱 F 燃料 W 給水 S 水蒸気
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F23N 5/00 F23N 5/00 Y F23R 3/00 F23R 3/00 A

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液体燃料を蒸発させ水蒸気と混合して低
    NOx用可燃ガスを発生させる蒸発混合器と、該可燃ガ
    スを燃焼する燃焼器とを備えた、ことを特徴とする液体
    燃料用低NOx燃焼装置。
  2. 【請求項2】 前記蒸発混合器は、可燃ガスを発生させ
    る蒸発混合管と、該蒸発混合管に水蒸気を供給する水蒸
    気ラインと、蒸発混合管内に液体燃料を噴射する燃料噴
    射弁と、水蒸気と液体燃料の流量を制御する流量制御装
    置とを有し、該流量制御装置により、混合ガスが低NO
    x化に適した可燃ガスとなるように、水蒸気と液体燃料
    の流量比率が制御される、ことを特徴とする請求項1に
    記載の液体燃料用低NOx燃焼装置。
  3. 【請求項3】 前記蒸発混合器は、更に混合ガスを加熱
    する加熱器を備える、ことを特徴とする請求項1又は2
    に記載の液体燃料用低NOx燃焼装置。
JP20876997A 1997-08-04 1997-08-04 液体燃料用低NOx燃焼装置 Pending JPH1151312A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001182553A (ja) * 1999-10-05 2001-07-06 Kawasaki Steel Corp ガスタービン発電設備及びその制御方法
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