JPS581322B2

JPS581322B2 - ネンリヨウノネンシヨウホウホウ

Info

Publication number: JPS581322B2
Application number: JP48125512A
Authority: JP
Inventors: 川口勝之
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1973-11-09
Filing date: 1973-11-09
Publication date: 1983-01-11
Also published as: JPS5074830A

Description

【発明の詳細な説明】従来、燃焼器排ガス中のスモークおよびＮＯｘの共通の
低減法はその発生のメカニズムから考えて単一の方法で
は困難であると云われていたが、本発明はその不備を解
決した二重オリフイス蒸気または水噴射低公害燃焼法に
関するものである。

従来のＮＯｘ低減法に関連してガスタービン燃焼器の例
を示す。

第１図において、図示しない圧縮機から供給される空気
が、内筒０１と外筒０２との間の環状断面流路０３に、
図の右方から導かれる。

液体燃料は燃料噴射弁０４から内筒０１の先端部内に微
粒化して噴射される。

環状断面流路０３から内筒先端の旋回通路０５を経て一
次燃焼用空気が内筒内に導かれ、燃料粒と混合して燃焼
が開始する。

これに内筒０１の側壁の穴０６から二次燃焼用空気が流
入して燃焼を完結させる。

さらに、内筒後方の穴０７から希釈用の空気が流入し、
適当な温度の燃焼ガスをつくる。

内筒０１の外側を流れる空気は内筒を冷却する作用も果
す。

このようなガスタービン燃焼器のＮＯｘ減少対策の一例
を示すと、空気圧縮機出口におけるマニホルド０８から
蒸気または水を圧縮空気中に噴射混合させ、第２図の如
くＮＯｘ排出量を減少させると同時に、出力を増大させ
ることが可能である。

しかし、この方法によると第３図のスモーク測定結果が
示すように、（１）中間燃焼領域および希釈領域内に蒸気または水が
多量に流入し、その位置の燃焼温度を低下させるので、
その結果スモークレベルが増加すること、（２）極めて多量の蒸気量（燃料流量の１〜２倍）を必
要とし、圧縮機のサージ限界およびタービン翼の腐食共
に悪影響を及ぼすことなどの問題があり、ＮＯｘとスモーク共通の低減対策は
極めて難しいことを示している。

本発明の目的は上記のような従来方式の欠陥を改良し、
ＮＯｘおよびスモークレベルを共に減少させる燃料の燃
焼方法を提供することである。

本発明の特徴とするところは次の通りである。

（１）燃料液滴コーン角度を拡大させ、燃料液滴と水滴
および空気の混合を強化するようにしたこと。

そのために、水の比重および表面張力が燃料面に比較し
て大きいことを利用し、燃料液滴コーンの内部から水を
旋回噴射させるようにしたこと。

（２）着火から全負荷燃焼時に至る広範囲な燃焼領域に
於て、安定した燃焼をうるために、燃料噴射孔を二重オ
リフイスの複合式噴射弁とし、着火時は燃料噴射円錐角
を小さく設計された中心の噴射孔から燃料を噴射して着
火を容易にし、負荷運転時には燃料噴射円錐角を大きく
設計された同心リング状間隙から燃料を旋回噴射せしめ
微粒化をよくすること。

（３）高負荷燃焼時に於ては、中心の円状噴射孔からの
燃料噴射を水に切換えて、外側の同心円状ノズルからの
旋回燃料噴流と同一旋回方向に噴射し、燃料液滴と水滴
の混合を強化する。

（４）燃焼用空気を燃料噴射弁付近の一次燃焼領域に集
中させ、その空気の燃料噴射弁を含む軸中心線上への貫
通度を大きくして、空燃混合をよくすることである。

本発明の混合燃焼方式は、液体燃料、ガスを問わず効果
を発揮し、しかも燃焼室をコンパクトに設計でき、ボイ
ラ、ガスタービンその他の炉等の連続燃焼装置に応用で
きる。

以下図面を参照して本発明による実施例につき説明する
。

第４図は本発明による１実施例の燃焼方法を示す説明図
である。

図において、１１は水噴射孔であり、バーナ軸線に沿っ
て設けられている。

スワラ１１ａをそなえ、初期噴射角５０°〜６０°とな
るように設計されている。

１２は燃料噴射孔であり、上記水噴射孔１１の外方に同
心環状に設けられている。

スワラ１２ａをそなえ、初期噴射角９０°〜１１０°と
なるように設計されている。

１３は煤吹き空気噴孔であり、上記燃料噴射孔１２の外
方に同心環状に設けられている。

５は旋回空気通路であり、上記煤吹き空気噴孔１３の外
方、内筒１の内面との間に環状に形成されている。

軸方向に対し３０°〜３５°の旋回角のスワラ５ａをそ
なえている。

貫通孔１３ａによって上記煤吹き空気孔１３に連通して
いる。

６は側壁孔であり、上記旋回空気通路５に近接して内筒
１の側壁を貫通して設けられている。

内筒１内へ燃焼用空気を供給する流路は上記旋回空気通
路５と、それに近接して設けられた側壁孔６だけであっ
て、従来のものにおける二次燃焼域の側壁孔（第１図の
０６′で示す）は設けられていない。

内筒１内外を連通する空気通路の総面積のうち、旋回空
気通路５とをれに近接する側壁孔６とで合せて３０〜４
５％、希釈用空気流入孔（第１図の０７で示す）が約２
０％、残り３５〜５０％が側壁冷却用空気孔（第１図の
０１′で示す）である。

上記構成の場合の作用について述べる。

（１）起動着火時旋回空気通路５および側壁孔６から燃焼用空気を送給す
ると共に、水噴射孔１１から液体燃料を噴射して着火さ
せる。

（２）負荷運転時旋回空気通路５および側壁孔６からの燃焼用空気送給を
続けると共に、燃料噴射孔１２から燃料を噴射して空気
との混合をよくする。

同時に中央の水噴射孔１１からは、その外方の燃料噴霧
１４の旋回方向と同一方向に水を旋回噴射し、水と燃料
および空気の混合を強化する。

即ち、水と燃料との表面張力および比重の差により、中
心部から旋回噴射された水滴粒径は、外周部から同旋回
方向に旋回噴射された燃料液滴粒径よりも大きく、従っ
て水滴１５は大きな遠心力によって外周の燃料液滴群に
混入して、燃料噴射角を拡げるように働く。

一方旋回空気通路５からの旋回空気流１６はこの作用を
増幅させ、側壁孔６からの循環空気流の作用と相まって
、最も制御が困難な燃料噴射弁近傍の燃料液滴、水滴お
よび空気の混合が容易となる。

即ち、旋回空気通路５からの旋回流１６によって生じる
軸中心付近の圧力降下作用により、側壁孔６からの貫通
空気流が上流側へ逆流して、安定した循環流１７を形成
する。

なお煤吹き空気噴孔１３から噴出する空気は、燃料噴射
孔１２の付近に付着したカーボンを吹き払う。

一般に炭化水素燃料の燃焼において、燃料噴射コーンを
乱すことなく、水を高温燃焼領域へ供給し、燃料、水の
液滴と空気の混合比を制御することが出来れば、スモー
クおよびＮＯｘを次のような理由によってともに低減す
ることができる。

１、炭化水素燃料は水との混合燃焼によって、ＣＯ，Ｃ
Ｏ２およびＨ２に分解し、Ｈ２を燃焼して熱をうること
ができること。

２、水は高温燃焼領域内で分解して、活性化中間体ＯＨ
を発生せしめ、これがカーボンの再熱に支配的に作用し
てスモーク発生を少なくすること。

３、水は１，５００℃で分解し、１１９Ｋｃａｌ／ｍｏ
ｌの熱を吸収するから、燃焼温度を低下せしめ、従って
ＮＯｘの発生を少なくすること。

炭化水素のＣＯ２およびＨ２への分解反応およびＨ２０
のＯＨへの分解反応はいずれも吸熱反応であり、従って
酸素を供給して炭化水素燃料を燃焼させ、その反応熱を
利用する必要がある。

このためには、出来るだけ燃料を微粒化して、水滴粒子
および空気との混合をよくし、かつそれらの混合割合を
制御する必要がある。

これらに関連して本発明においては、次のような効果が
ある。

（ア）燃焼用空気を燃料噴射弁付近に集中させ、バーナ
軸心への貫通度を大きくしたので、空気と燃料がよく混
合する。

（イ）環状断面噴射孔から燃料を旋回噴射するとともに
、中央の噴射孔から同一旋回方向で水を旋回噴射させる
から、燃料の噴射角が拡がり、燃料の微粒化がよくなっ
て、燃料液滴と水および空気とがよく混合する。

（ウ）燃料液滴、水滴および空気の混合は中央の水噴射
量によって制御することができ、水量や増すほど燃料噴
射コーンの噴射角が拡がって、三者の混合がよくなる。

（エ）上記（ア），（イ）、（ウ）の各項によって、燃
料噴射弁近傍におけるカーボンおよびＮＯｘの発生を効
果的に減少させることができる。

（オ）起動時には噴射円錐角の小さい中心の噴射孔から
燃料を噴射することにより、着火を容易にすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のガスタービン燃焼器を示す説明図、第２
図は蒸気噴射量とＮＯｘ発生量との関係を示す線図、第
３図は蒸気噴射量とスモークレベルとの関係を示す線図
、第４図は本発明による１実施例の要部を示す説明図で
ある。１・・・内筒、５・・・旋回空気通路、６・・・側壁孔
、１１・・・水噴射孔、１２・・・燃料噴射孔、１３・
・・煤吹き空気噴孔、１４・・・燃料噴霧、１５・・・
水滴、１６・・・空気旋回流、１７・・・空気循環流。

Claims

【特許請求の範囲】１バーナ軸線に沿って設けられた第１ノズルから水分
を旋回させつつ噴出させ、同時に上記第１ノズルの外側
の環状断面第２ノズルから液体燃料を旋回させつつ噴出
させ、かつ上記各ノズルの外側の環状断面流路から燃焼
用空気を旋回表せつつ噴出すると共に、燃料噴射弁近傍
に設けられた複数個の側壁空気孔より集中的に燃焼用空
気を供給し、上記燃料を燃焼せしめるようにしたことを
特徴とする燃料の燃焼方法。２バーナ軸線に沿って設けられた第１ノズルから液体
燃料を旋回させつつ噴出させ、これに着火した後上記第
１ノズルの外側の環状断面第２ノズルから液体燃料を旋
回させつつ噴出させてこれを上記第１ノズルの火災によ
って着火させ、これと共に上記第１ノズルへの燃料供給
を停止して代りに水を供給し同第１ノズルから水分を旋
回させつつ噴出させ、かつ上記各ノズルの外側の環状断
面流路から燃焼用空気を旋回させつつ噴出すると共に、
燃料噴射弁近傍に設けられた複数個の側壁空気孔より集
中的に燃焼用空気を供給し、上記燃料を燃焼せしめるよ
うにしたことを特徴とする燃料の燃焼方法。