JPS59170622A - ガスタ−ビン用燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 のである。

おさえることが要求されるため、触媒燃焼方式が考えら
れている。その代表的なものとしてたとえば、特開昭５
２−３１２１０に提案されている。

（２） 一 −上記従来の燃焼装置は、燃焼器の燃焼室内に触媒層を
配し、そこで予混合気を燃焼さ亡るものである。ととろ
で、この方式によれば、高温の燃焼ガスが燃焼器とター
ビンを連結するトランジションピース内を流れるため、
トランジションピースが高温にさらされ、熱損失が増加
１〜、効率低下を引きおこす、−また、全負荷範囲にわ
たって触媒燃焼を行なわするものであるため、触媒の劣
化が問題となる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、触媒燃焼方式において、トラ〔発明の
概装〕 上記目的を達成するために、本発明は燃焼器でもって有
炎希薄気相燃焼を行ない、低ＮＯｘ化を達成し、この燃
・、暁器とタービンを連結するトランジションピース内
に酸化触媒を配置したものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を第１図ない１〜第６図にもとづ
いて説明する。

第１図において、Ｃはコン、ノ“レツザ、Ｇけガスター
ビン、Ｂは燃焼器である。コンプレッサケーシングＣ１
と燃焼器Ｂは、コンプレッサＣの吐出ガスが燃焼器内に
導かれるように接続されている。

Ｔ　Ｉ（はトランジションピースで燃焼器Ｂとガスター
ビンケーシングＧＴに接続されている。なお、図示のも
のにおいては、燃焼器Ｂ並びにトランジションピース’
Ｐ　Ｒから成る燃焼装置は１台しか示していないが、実
際には第２図の如くコンプレッサケーシングＣＩとガス
タービンケーシングＧＴの周囲にリング状に複数台取り
付けられている。

燃焼器Ｂは副燃焼室１と主燃焼室２から成り、副燃焼室
２で希薄気相燃ｍを行なう。副燃焼室２はＮ　Ｏｘ発生
を左右するホットスポットをなくすために空気と燃料を
十分に混合するための手段が取り入れられている。副燃
焼室の径が主燃焼室の径より小さくなっているのもその
ためである。４は燃・焼ノズル、３は燃・暁ノズル４の
周囲に設けた軸方向旋回器で、副燃・焼室１の保炎効果
を−）二げるだめのものであって、コンプレッサＣから
吐出される３００Ｃ〜３５０Ｃの高温・高圧の空気を導
入するために設けられている。そして、更に多量の上記
空気を供給する目的で半径方向旋回器５　Ａ　Ｈ３Ｐを
副燃焼器１の外周部に設けている。このように構成する
ことにより副燃焼室１内に形成される渦巻燃焼火炎６は
、希薄な混合気においても安定となりＮＯＸの低減が可
能となる。８は、副燃焼室１の着火プラグである。

主燃焼室２は燃料を徐々に増加した際に火炎を保持する
目的で設けられているものであって、希釈空気導入孔７
Ａ、７Ｂが設けられている。

１０はトランジションピースＴＲ内配置された酸化触媒
（たとえば、白金あるいはパラジウム）であって、酸化
触媒８の外壁とトランジションピースの内壁との間にタ
ービンＧの入口に連通ずる通路を形成するように配置さ
れている。この実施例は、トランジションピースＴＲの
外壁面にその内部へ連通する多数の細孔９Ａ、・・・・
・・９Ａを設け、コンプレッサＣからの吐出空気を酸化
触媒の外周とトランジションピース内壁との間に形成し
た空間を流れるように構成（〜でいる。そしてこの流れ
は触媒出口で主流ガスと一体になりタービン駆動ガスと
（〜て作動する。なお、図中の矢印イはコンプレッサＣ
の吐出空気である。

以上が基本的な実施例の構成であって次にその作用につ
いて説明する。

燃ｖ８器の運転開始１６号が発せられると、燃料ノズル
４から供給される燃料に着火プラグ８によって着火され
、火炎を形成する。この場合、火炎の形状は短く、副燃
焼室１内だけに形成される。燃料を徐々に増加すると火
炎も徐々に長くなりついには主燃焼室２まで延びる。ガ
スタービンの燃焼器は作動ｍｌ囲が非常に広く、最大負
荷から部分負荷、無負荷まで同じガス量でなければガら
ず、負荷に対してはガス温度で制御するようになってい
る。すなわち、負荷に合わせて燃焼量を変化する。

このため、従来から良く知られた第３図の関係図から明
らかなように、負荷が小さくなるほど希薄燃焼となり、
ＣＯなどの未燃焼成分が増加する傾向になる。したがっ
て、定格負荷時のＮＯｘを減らすためにより希薄気相燃
焼化すると増々ＣＯが排出される。

希薄燃焼化するために、軸方向旋回器３、半径方向旋回
器５、希釈孔７Ａ、７Ｂ等の調整を行ない、空気過剰率
が高くなるようにする。

燃焼器を出たガス中には一酸化炭素ＣＯ１炭化水素ＨＣ
が増加している。この状態のガスは希釈孔から注入され
た希釈空気によってやや低い温度のガスとなり、トラン
ジションピースＴＲ，に配された酸化触媒内でＣＯ，ｉ
（Ｃ等が酸化され供給された燃料のほとんどすべてが高
温ガスとなってタービンＴ内に供給される。

この理由については触媒反応の原理から明らかである。

即ち温度の低い煩慮では表面反応律則となっている酸化
触媒を、温度の高い領域で使用することによって拡散律
則による反応割合を増加して、Ｃｏ、ＨＣ等を完全１浚
化させるためである。

上記の説明で明らかなように本発明は燃焼器で有炎希薄
気相燃焼を行ない、低ＮＯＸ化を達成し、酸化触媒にて
未然のＣＯと■■Ｃを酸化させ、高温ガスをトランジシ
ョンピース′Ｉ″Ｒ内、いいかえれば、タービンＴの入
口直前で得るように構成している。従って、従来の燃焼
装置のように、トランジションピースＴＲ，の壁が直接
燃焼ガスにさらされることがなくなったため、トランジ
ションピース′ＰＲの壁面温度も下がり熱損失も少なく
なった。

なお、触媒を設けるトランジションピースは上記基本的
な実施例に示した如く冷却孔を設けたものに限定される
必要はなく、たとえば、第４図の様に、触媒外周を断熱
効果が出るように触媒１４の外周をセラミックスの断熱
材１１としたもの等が考えられる。むろん、このセラミ
ックスもこれに限定されることなく、適当な断熱材を使
用することも可能である。

また、触媒を設けると燃焼ガスの圧力損失が増大する。

この対策のためにたとえば、第５図、第６図に示したよ
うな触媒支持構造とした方が良い。

いずれの場合も、全周で均一抵抗となるよう構成されて
おり燃焼ガスの流れを軸方向だけにする構造となってい
る。

第５図のものは、セラミックスの薄板１２を同心円状に
複数層間隙をつけて重ね、放射状に間隙を保つ支え１５
を付けたものである。触媒は薄板１２間に配置される。

外周１３．１４は触媒を配置しないところである。すな
わち、断熱材として機能させる部分である。

第６図のものは、上記積層形式のものに代わりハニカム
形式としたものである。図中、都合上一部しかハニカム
形状の触媒支持体が明示されていないが、全体に配置さ
れるべきものであることは明らかなことである。

第５．第６図に例示したものは、いずれの場合も、酸化
触媒を全周で均一抵抗となる様に構成したもので、燃焼
ガスの流れが軸方向だけになり圧焼器を全負荷から無負
荷の全域にわたって有炎の希薄気相燃焼を行なわせだ後
トランジションピース内に配置した酸化触媒によって未
然の一酸化炭（９） 素、炭化水素を燃焼させるように構成したので、トラン
ジションピースからの熱放射も少なくすることなり、も
って、燃焼ガスの持つエネルギーす△ べてをタービン駆動に有効に利用できる効果を有する。

尚、実施例によれば、上記効果に加え下記した効果も得
られる。

モ発豐θ嚇乗手 （１）触媒の劣化がそのまま燃焼反応の停止にならず、
したがって万一触媒が劣化した場合でも発電システムが
停止することはなく、極めて信頼性の高いシステムと々
る。

（２）燃焼排ガス中の有害物質を低く出来ると同時に、
排ガス中の未然物質も完全に燃焼させることが出来、し
かもそれらが全て有効に仕事に使えるため、非常に効率
の良いシステムとなる。

（３）従来、燃焼後、希釈空気を導入していたため燃焼
ガスの温度分布が不均一であったが、本実施例では、希
釈空気導入後に触媒を配したことによって、燃焼ガスの
整流が完全になり、しが（１０） も温度分布も均一になる。

（４）　　燃焼ｉを複数個持ったガスタービンシステム
においては、１固々の燃焼器の燃焼効率バラツキが全体
の効率を大きく左右する。本実施例では、トランジショ
ンピース内の触媒によって全燃焼器がほぼ同一の燃・焼
効率になり、システムの効率も高くなる。

（５）従来は触媒を活性化させるためだけの予熱バーナ
を必要としたが、本実施例では、予熱バーナを必要とせ
ず、低価格、旨信頼性のシステムが出来る。

（６）希釈空気導入後に触媒反応を行わ伊るため、触媒
直前で２次空気（・燃焼用空気）を導入する必要がなく
、触媒面に均一濃度、均一流速のガスを供給することが
出来るっ （８）未然のＣＯ，ｆ（Ｃを酸化触媒で反応させるため
に、反応割合が大きくなり、触媒体積も少くてすむ。そ
のため触媒層の圧損も少くなる。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明を説明するものであり、第１図は（１１） 具えたガスタービン系の部分断面図、第２図はガスター
ビン系の全体正面図、第３図は燃・焼器における空気過
剰率とＮ　Ｏｘ　、　ＣＯ、ＨＣの排出量との関係を示
す図、第４図はこの発明にもちいられるトランジション
ピースの他の実施クリ、第５図。 第６図はこの発明にもちいられる触媒の支持体の構成図
を示す実施例である。 １・・・副燃焼室、２・・・主燃焼室、３・・・軸方向
旋回器、４・・・燃料ノズル、５・・・半径方向旋回器
、６・・・渦巻燃焼火炎、８・・・着火プラグ、１ｏ・
・・酸化触媒、Ｃ・・・コンプレッサ、置・・・）・ラ
ンジションピース、ＧＴ・・・タービンケーシング、Ｔ
・・・ガスタービン。 （１２） 罰　２　図 第　３　　図 手を勺　空　矩　ｒ〔ヨ 第　　４　　霞 １ 昭　　５　　図 ３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃焼器を有し、該燃焼器により得られた燃焼ガスを
   酸化触媒を用い高温のガスを得て、該高温ガスをタービ
   ンに導入するガスタービン燃焼装置において前記燃焼器
   を低ＮＯＸ化をはかった有炎希薄気相燃焼を行なうもの
   とし、前記燃焼器と前記タービン間を連結するトランジ
   ションピース内に前記触媒を配置したことを特徴とする
   ガスタービン用燃焼装置。 ２、前記トランジションピースの外壁面に極めて小さい
   空気取入孔を形成し、前記トランジションピースの内壁
   と前記触媒の外壁間に間隙を設けて前記触媒を配置し、
   前記空気取入孔から導入された空気を前記間隙を介して
   前記タービンに導入するように構成した特許請求の範囲
   第１項記載のガスタービン用燃焼装置。 ３、前記燃焼器を主燃焼室と副燃焼室とで構成し、前記
   副燃焼室に軸方向燃焼ガス旋回器と半（１） １１７ 径方向燃焼ガス旋回器を設けたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のガスタービン用燃焼装置。 ４、前記触媒の外壁面にセラミックスを張りつけ、該触
   媒を前記トランジションピース内に設けて成る特許請求
   の範囲第１項記載のガスタービン用燃焼装置。 ５、前記触媒は全周抵抗がほぼ同一であると共にガス流
   を軸方向流になるよう構成したものであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のガスタービン用燃焼装
   置。