JPS5924122A - Combustor for gas turbine - Google Patents

Combustor for gas turbine

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JPS5924122A
JPS5924122A JP57132031A JP13203182A JPS5924122A JP S5924122 A JPS5924122 A JP S5924122A JP 57132031 A JP57132031 A JP 57132031A JP 13203182 A JP13203182 A JP 13203182A JP S5924122 A JPS5924122 A JP S5924122A
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honeycomb structure
temperature
honeycomb
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Tomiaki Furuya
富明 古屋
Terunobu Hayata
早田 輝信
Chikau Yamanaka
矢 山中
Junji Hizuka
肥塚 淳次
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Toshiba Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/40Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the use of catalytic means

Abstract

PURPOSE:To improve ignition property and reduce pressure loss by a method wherein a catalyst bearing part is constituted by three-stage structure consisting of first stage, a ceramic honeycomb structure bearing a precious meral series catalyst, second structure, a refractory honeycomb structure bearing the same catalyst and third structure, a honeycomb structure catalyst body of composite oxide. CONSTITUTION:The ceramic, constituting the first stage of ceramic honeycomb structure, is alpha-alumina, zirconia or the like while the refractory alloy, constituting the second stage of the refractory alloy honeycomb structure, is the alloy of hastelloy, inconel or the like. The precious metal series catalyst, born by the structures of the first and second stages, begins combustion reaction from a comparatively low temperature. The composite oxide honeycomb structural catalyst body, constituting the third stage, has the effect of the catalyst by itself at a high temperature and is made of titanic acid, zirconate or the like of Ba, Mn, Ni, Co, Cu, Fe, Ca or the like added with alumina of high purity or the like, and it is prepared by mixing and forming into the honeycomb shape, thereafter, calcining under a pressure.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、ガスタービン発電システムに使用するガスタ
ービン燃焼器に関し、更に詳しくは、起動時の着火特性
が優れ、圧力損失が小′2号<、且つ、長寿命を有する
触〃M燃焼方式のガスタービン燃焼器に関する。
Detailed Description of the Invention [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a gas turbine combustor used in a gas turbine power generation system, and more specifically, the present invention relates to a gas turbine combustor used in a gas turbine power generation system, and more specifically, it has excellent ignition characteristics at startup and a small pressure loss. The present invention also relates to a gas turbine combustor of a catalytic combustion type having a long life.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

近年、石油資源等の枯渇化に伴ない、種々の代替エネル
ギーが希求されてお勺、一方では、エネルギー資源の効
率的使用が要求されている。これらの要求に答えるもの
の中には、例えば、燃料として天然ガスを使用するガス
タービン・スチームタービン複合ザイクル発電システム
或いは石炭ガス化ガスタービン・スチームタービン複合
サイクル発電システム等が挙げられ、検討されつつある
In recent years, with the depletion of petroleum resources and the like, various alternative energies have been sought, and on the other hand, efficient use of energy resources has been required. Examples of systems that can meet these demands include a gas turbine/steam turbine combined cycle power generation system that uses natural gas as fuel, or a coal gasification gas turbine/steam turbine combined cycle power generation system, which are currently being considered. .

これらのガスタービン・スチームタービン複合サイクル
発電システムは、化石燃料を使用した従来のスチームタ
ービンによる発電システムと比較して、発電効率が高い
ために、将来、その生産量の増加が予想される天然ガス
や石炭ガス化ガス等の燃料を、有効に電力に変換できる
発電システムとして期待されている。
These gas turbine/steam turbine combined cycle power generation systems have higher power generation efficiency than conventional steam turbine power generation systems that use fossil fuels, so natural gas production is expected to increase in the future. It is expected to be a power generation system that can effectively convert fuels such as coal and gasified gas into electricity.

ガスタービン発電システムにおいて使用されているソj
スタービン燃焼器は、従来より、燃料と空気の混合物を
、スフ4−クプラグ等を用いて着火して均一系の燃焼を
行なっている。このような燃焼器の一例を第1図に示す
。第1図の燃焼器は、燃料ノズル1から噴射された燃料
が、燃焼用空気3と混合され、ス・9−クプラグ2によ
り着火されて燃焼するものである。そして、麩焼した気
体は、冷却空気4及び希釈空気5を加えられて、所定の
タービン入口温度まで冷却・希釈された後、タービンノ
ズル6からガスタービン内に噴射される。
Soils used in gas turbine power generation systems
BACKGROUND ART A turbine combustor conventionally performs homogeneous combustion by igniting a mixture of fuel and air using a fuel plug or the like. An example of such a combustor is shown in FIG. In the combustor shown in FIG. 1, fuel injected from a fuel nozzle 1 is mixed with combustion air 3, ignited by a spark plug 2, and combusted. The roasted wheat gas is cooled and diluted to a predetermined turbine inlet temperature by adding cooling air 4 and dilution air 5, and then injected into the gas turbine from a turbine nozzle 6.

このような従来の燃焼器における重大な間(541点の
一つは、燃料の燃焼時において、NOxガスの生成量が
多いことである。
One of the important points in such a conventional combustor is that a large amount of NOx gas is produced during fuel combustion.

上記1.シたNOxが生成する理由は、燃料の燃焼時に
おいて、高温部が存在することによるものである。NO
xは、通常、燃料中に窒素成分が存在していない場合に
は、燃焼用空気中の窒素と酸素が以下に示す式により反
応して生成する。
Above 1. The reason why NOx is generated is due to the presence of a high temperature area during combustion of fuel. NO
Normally, when no nitrogen component is present in the fuel, x is generated by the reaction between nitrogen and oxygen in the combustion air according to the formula shown below.

N2 +02 d 2NO 上記反応は、高温になる程、右側に移行して一酸化窒素
(NO)の生成量が増加する。NOの一部は更に酸化さ
れて二酸化窒素(NO2)を生成する。
N2 +02 d 2NO The above reaction shifts to the right as the temperature increases, and the amount of nitrogen monoxide (NO) produced increases. Some of the NO is further oxidized to produce nitrogen dioxide (NO2).

第2図は、従来のガスタービン燃焼器における流体の流
れ方向の温度分布を示すものである。図に示した如く、
燃焼器内の温度分布は極大値を有しておシ、最高温度に
達した後は、冷却及び希釈空気によシ所定のタービン入
口温度まで冷却される。燃焼器内の最高温度は、200
0℃にも達する場合があるために、この近辺においては
NOxの生成1在が急激に増加する。このように、従来
のガスタービン燃焼器には、部分的に高温部が存在する
ために、NOxの生成量が多いという問題点がある。従
って、排煙脱硝装置等を設けねばならず、装置が複雑に
なる等の問題点をも有している。
FIG. 2 shows the temperature distribution in the fluid flow direction in a conventional gas turbine combustor. As shown in the figure,
The temperature distribution within the combustor has a maximum value, and after reaching the maximum temperature, it is cooled down to a predetermined turbine inlet temperature by cooling and dilution air. The maximum temperature inside the combustor is 200
Since the temperature can reach as high as 0°C, the production of NOx rapidly increases in this vicinity. As described above, the conventional gas turbine combustor has a problem in that a large amount of NOx is produced due to the presence of a partially high-temperature section. Therefore, a flue gas denitrification device or the like must be provided, which poses problems such as the device becoming complicated.

このようなガスタービン燃焼器の問題点を解決するため
に、種々の燃9:’、’、’;方式が検討されている。
In order to solve these problems with gas turbine combustors, various combustion systems have been studied.

その中の一つとして、最近・、気相における均一系反応
に対し、固相触媒を用いた不゛均−系燃焼方式(以下、
触媒燃焼方式と称す)が提案されている。触媒燃焼方式
は、触媒を用いて燃料と空気の混合気体を燃焼せしめる
ものである。この方式によれば、比較的低温で燃焼を開
始させることができ、冷却用空気を必要とせず、燃焼用
空気が増加するために、最高温度が低くなり、i7+“
つて、発生ずるN0x(uを極めて少なくすることが可
能である。
As one of these, recently, a heterogeneous combustion method (hereinafter referred to as
catalytic combustion method) has been proposed. The catalytic combustion method uses a catalyst to combust a mixture of fuel and air. According to this method, combustion can be started at a relatively low temperature, no cooling air is required, and the amount of combustion air is increased, resulting in a lower maximum temperature.
Therefore, it is possible to extremely reduce the generated N0x(u).

又、タービン入口温度も従来のものと変わシなく、燃料
を先金燃焼させることができる。第3図は、このような
触媒燃焼方式の燃ヅ;Φ1器の概念図であり、触媒光)
11(部7にはハニカム溝端の触媒体が充填されたもの
である。尚、第1図と同じ装置又は物質である」場合に
は、同じ符号を伺しである。第4図に+1、上記したガ
スタービン燃)光器の中で、A;従来の燃焼方式、B;
二段燃焼力式、C;触媒燃焼方式における、それぞれの
燃焼器内の温度分布を示すものである。触媒燃焼方式で
は、他の方式と比較して最高温度が低く、低温から徐々
に不均一系の燃焼反応が起とり、途中から均一系の燃焼
反応を伴って燃焼が進行していることがわかる。
Furthermore, the turbine inlet temperature remains the same as in the conventional case, and the fuel can be pre-combusted. Figure 3 is a conceptual diagram of such a catalytic combustion type fuel;
11 (Part 7 is filled with a catalyst body at the end of the honeycomb groove. In addition, if it is the same device or material as in Fig. 1, the same reference numeral is used. +1 in Fig. 4, Among the above-mentioned gas turbine combustion devices, A: conventional combustion method; B;
Two-stage combustion power type, C: shows the temperature distribution within each combustor in the catalytic combustion type. In the catalytic combustion method, the maximum temperature is lower than in other methods, and it can be seen that a heterogeneous combustion reaction gradually starts from a low temperature, and combustion progresses with a homogeneous combustion reaction halfway through. .

かかる触媒燃焼方式の燃焼器に使用が検討されている触
媒としてtjl、例えば、セラミックス或いは金属を担
体とし、これらに1λ金rべ系の触媒を担持せしめたも
の等があるが、それらの特性を充分利用した燃焼器につ
いては未だ倹削されていない。
Catalysts that are being considered for use in such catalytic combustion type combustors include those in which a 1λ gold-based catalyst is supported on a ceramic or metal carrier. The fully utilized combustor has not yet been pared down.

ここで、貴金属系触媒分担持せしめたセラミックス担体
を充填した燃焼器及び冴金属系触媒を担持せしめた■熱
合金担体を充填した燃焼器のそ1′l。
Here, a combustor filled with a ceramic carrier carrying a noble metal catalyst and a combustor filled with a thermal alloy carrier carrying a noble metal catalyst are shown.

ぞれについて、それらの機能を検訓すると以下のように
なる。
The functions of each are examined as follows.

先ず、タービン起動時における触媒光;14部の着火特
性、即ち不均一系酸化反応の開始時の特性につい、て検
討する。lB 5図は、触媒充填部の入口部分における
表面温度の時間的変化を示す図であり、aはセラミック
ス担体、bは耐熱合金担体をそれぞれ1す3用したもの
である。触媒充填部に供イ(1する燃料と空気の混合ガ
スの温度を上昇させていくと、温度が低い時は両者とも
殆んど燃焼反応が:錨こっていないため、表面温度はt
見合ガス温度に比例するが、成る温度以上になると両者
共燃焼反応を開始し、発熱する。耐熱合金担体を用いた
場合(b)には、セラミックス担体を用いた場合(a)
と比較して、担体の熱伝導度が良好であるために、反応
熱は触媒充填部の下流側に移動し易く、入口部分の表面
温度はなかなか上昇しない。そのため、削熱合金担体を
・使用すると、セラミックス担体を使用した場合に比べ
て、着火(不均一系酸化反応)に要する混合ガスの予熱
温度が高くなり、着火特性は劣ることになる。
First, the ignition characteristics of the catalyst light at the time of starting the turbine, ie, the characteristics at the start of the heterogeneous oxidation reaction, will be discussed. Figure 1B5 is a diagram showing the temporal change in surface temperature at the inlet portion of the catalyst-packed portion, in which a ceramic carrier is used, and a heat-resistant alloy carrier is used in b, respectively. When the temperature of the mixed gas of fuel and air supplied to the catalyst filling section (1) is increased, when the temperature is low, there is almost no combustion reaction for both.Since there is no anchor, the surface temperature is t
The temperature is proportional to the gas temperature, but when the temperature exceeds that temperature, both start a co-combustion reaction and generate heat. When using a heat-resistant alloy carrier (b), when using a ceramic carrier (a)
Compared to this, because the carrier has good thermal conductivity, the reaction heat easily moves to the downstream side of the catalyst-packed part, and the surface temperature of the inlet part does not rise easily. Therefore, when a heat-reducing alloy carrier is used, the preheating temperature of the mixed gas required for ignition (heterogeneous oxidation reaction) is higher than when a ceramic carrier is used, and the ignition characteristics are inferior.

次いで、定常状態に達した場合を考えると、耐熱合金担
体を使用した方がセラミックス担体を使用した場合に比
較して熱伝導度が良好であることから、触媒充填部の下
流側での燃焼熱が入口部分まで伝導し易く、触媒充填部
入口部分の温度が高くなる。従って、定常状態において
は、耐熱合金担体を使用した場合の方が混合ガスの予熱
温度が低くて良い仁とになる。又、この場合に圧力損失
について考えると、セラミックス担体の方がノ1ニカム
構造触媒体の凹壁が厚いだめに開孔比が小さく、従って
、圧力損失が大きくなる。
Next, considering the case where a steady state is reached, the heat conductivity of the heat-resistant alloy carrier is better than that of the ceramic carrier, so the combustion heat on the downstream side of the catalyst filling part is reduced. is easily conducted to the inlet portion, and the temperature at the inlet portion of the catalyst filling portion becomes high. Therefore, in a steady state, when a heat-resistant alloy carrier is used, the preheating temperature of the mixed gas is lower and the temperature is better. Also, considering the pressure loss in this case, the ceramic carrier has a thicker recessed wall of the catalyst having a single comb structure, so the opening ratio is smaller, and therefore the pressure loss is larger.

本発明者らは上記したそれぞれの担体の特性を考慮して
、先に、前段に貴金属系触媒を担持させたハニカム構造
セラミックス担体を充填し、後段に貴金属系触媒を担持
させたハニカム構造耐熱合金担体を充JfI% L、た
ガスタービン燃焼器を提案した。
Considering the characteristics of each carrier described above, the present inventors first filled a honeycomb structure ceramic carrier on which a noble metal catalyst was supported in the first stage, and a honeycomb structure heat-resistant alloy in which a noble metal catalyst was supported in the second stage. A gas turbine combustor filled with a carrier was proposed.

しかし、触媒充填部の出口付近では、その温度が100
0℃以上にもなるために、耐熱合金担体を使用した場合
にはスケーリングのためにハニカム構造触媒体の凹壁が
徐々に薄くなシ、破損する可能性があυ、耐久性の点で
問題点を有している。
However, near the outlet of the catalyst filling section, the temperature is 100
If a heat-resistant alloy carrier is used, the concave walls of the honeycomb structure catalyst will gradually become thinner due to scaling, and there is a possibility of breakage, which is a problem in terms of durability. It has points.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、上記した問題点を解消し、起動時の着
火特性が優れ、圧力損失が小さく、且つ、長寿命を有す
るガスタービン燃焼器を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a gas turbine combustor which solves the above-mentioned problems, has excellent ignition characteristics at startup, has low pressure loss, and has a long life.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、触媒充填部の出口
付近に、複合酸化物をハニカム構造に成形したものを使
用することによシ、上記目的が達成できることを見出し
、本発明を完成するに到った。
As a result of extensive studies, the present inventors discovered that the above object could be achieved by using a composite oxide formed into a honeycomb structure near the outlet of the catalyst filling section, and completed the present invention. I came to the conclusion.

即ち、本発明のガスタービン燃焼器ハ、燃料と空気の混
合物を触媒を用いて燃焼させる触媒燃焼方式ガスタービ
ン燃焼器において、触媒充填部が、第一段目に貴金属系
触媒な担持させたセラミックス製ハニカム第1へ゛遺体
、第二段目に日金属系p111B媒を担持さぜた1へ0
熱合金製ハニカム構造体及び第三段目に複合酸化物から
成るハニカムS造触媒体をそれぞれ充填した三段41η
造のものから成ることを特徴とするものである。
That is, in the gas turbine combustor of the present invention, in the catalytic combustion type gas turbine combustor in which a mixture of fuel and air is combusted using a catalyst, the catalyst filling section is made of ceramics supporting a noble metal catalyst in the first stage. The first layer of the honeycomb was made of dead bodies, and the second layer was loaded with Nippon Metals p111B medium.
Three-stage 41η filled with a honeycomb structure made of a thermal alloy and a honeycomb S catalyst made of a composite oxide in the third stage.
It is characterized by being made of artificial material.

以下において、本発明を更に詳しく説明する。In the following, the invention will be explained in more detail.

本発明において使用される第一段目のセラミックス製ハ
ニカム構造体を構成するセラミックスは、耐熱性及び機
械的強度が良好なものであればいかなるものでも使用可
能である。かかるセラミックスとしては、例えば、α−
アルミナ、ジルコニアスピネル、ムライト、コージライ
ト、チタニア等が挙げられる。
Any ceramic can be used as long as it has good heat resistance and mechanical strength as the ceramic constituting the first stage ceramic honeycomb structure used in the present invention. Such ceramics include, for example, α-
Examples include alumina, zirconia spinel, mullite, cordierite, and titania.

本発明において欧州される第二段目の耐熱合金製ノ・ニ
カム構造体を構成する側熱合金は、耐熱性が良好なもの
であれば特に制限はなく、例えば、ハステロイやインコ
ネル等の合金が使用される。
In the present invention, there is no particular restriction on the side heating alloy constituting the second-stage heat-resistant alloy structure, as long as it has good heat resistance; for example, alloys such as Hastelloy and Inconel are used. used.

上記第一段目及び第二段目のハニカム構造体に担持され
る貴金属系触媒は、比較的低温から燃焼反応を開始させ
ることが可能なものであればいかなるものでもよい。か
かる貴金属系触媒としては、例えば、白金(Pt)、ノ
臂ラジウム(Pd)、ロジウム輻)、ルテニウム(Ru
)及びイリジウム(Ir)等が挙げられ、これらから成
る群よシ選ばれた1種もしくは2種以上のものが使用さ
れる。具体的には、例えば、Pt、 Pd5Pt、−P
d、PL−N10.Pt−AP、Pt−Coos 、 
Pd−Ni0 、 Pt−Pd −NiO等が誉げられ
る。
The noble metal catalyst supported on the first and second stage honeycomb structures may be any catalyst as long as it is capable of starting a combustion reaction at a relatively low temperature. Examples of such noble metal catalysts include platinum (Pt), radium (Pd), rhodium (R), and ruthenium (Ru).
) and iridium (Ir), and one or more selected from the group consisting of these may be used. Specifically, for example, Pt, Pd5Pt, -P
d, PL-N10. Pt-AP, Pt-Coos,
Pd-Ni0, Pt-Pd-NiO, etc. are praised.

上記ハニカム構造体に貴金属系触媒を担持せしめるには
通常の方法で担持せしめればよい。
The noble metal catalyst may be supported on the honeycomb structure by a conventional method.

本発明において、触媒充填部の第三段目を構成する複合
酸化物から成るハニカム構造触媒体は、複合酸化物が高
温においては、それ自体、触媒として大きな作用を有し
ており、又、耐熱合金のようにスケーリングの心配がな
いものである。このような複合酸化物としては、例えば
、チタン酸バリウム(BaTiQg)、チタン酸マンガ
ン(MnTiOs)、チタン酸ニッケル(NiTiOs
) 、チタン酸コバルト(COTD3)、チタン酸@ 
(CuTiOs)、チタン酸鉄(FeTiOa)、チタ
ン酸カルシウム(CaTi03) 、チタン酸マグネシ
ウム(MgTiOs)、ジルコニウム酸コバルト(Co
ZrOs)、ジルコニウム酸ニッケル(NiZrO3)
又はジルコニウム酸カルシウム(CaZrO3)にそれ
ぞれ高純度アルミナを添加したもの等が挙げられ、これ
らから成る群より選ばれた1種もしくは2種以上のもの
が匝用される。
In the present invention, the honeycomb-structured catalyst body made of a composite oxide constituting the third stage of the catalyst filling section is such that the composite oxide itself has a large effect as a catalyst at high temperatures, and is heat resistant. Unlike alloys, there is no need to worry about scaling. Examples of such composite oxides include barium titanate (BaTiQg), manganese titanate (MnTiOs), and nickel titanate (NiTiOs).
), cobalt titanate (COTD3), titanate@
(CuTiOs), iron titanate (FeTiOa), calcium titanate (CaTi03), magnesium titanate (MgTiOs), cobalt zirconate (Co
ZrOs), nickel zirconate (NiZrO3)
Alternatively, calcium zirconate (CaZrO3) to which high-purity alumina is added may be mentioned, and one or more selected from the group consisting of these may be used.

上記した複合酸化物をハニカム構造触媒体とするには、
例えば、複合酸化物を混錬し、通常の方法でハニカム状
に成形した後、加圧焼成することによシ、容易に調製す
ることが可能である。又、通常のハニカム触媒の調整の
ように、セラミックス担体の上にこれらの複合酸化物を
担持してもよい。
In order to make the above-mentioned composite oxide into a honeycomb structured catalyst body,
For example, it can be easily prepared by kneading a composite oxide, forming it into a honeycomb shape using a conventional method, and then firing it under pressure. Alternatively, these composite oxides may be supported on a ceramic carrier as in the preparation of a normal honeycomb catalyst.

本発明のガスタービン燃焼器の触媒充填部を構成する。It constitutes the catalyst filling part of the gas turbine combustor of the present invention.

それぞれのハニカム構造体は、熱伝導性を高めるために
第一段目から第三段目までのハニカム構造体が連続して
充填されていることが好ましい。しかし、それぞれのハ
ニカム構造体の間に空隙を設けても本発明においては何
ら差し支えない。
It is preferable that each honeycomb structure is filled with honeycomb structures from the first stage to the third stage in succession in order to improve thermal conductivity. However, in the present invention, there is no problem in the present invention even if a gap is provided between each honeycomb structure.

空隙を設けlた場合には燃料と空気の混合ガスが空隙部
で乱流を生じ拡散するだめに燃焼効率が向上する。
When a gap is provided, the combustion efficiency is improved because the mixed gas of fuel and air creates turbulent flow in the gap and diffuses.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明のガスタービン燃焼器は、触媒売方・1部に−お
いて最も高温となる出口付近に、複合酸化物から成るハ
ニカム構造触媒体を使用したことによシ、スケーリング
等の心配がなく、耐久性が優れたものである。又、この
触媒体はそれ自体が触媒活性を有するので、通常の、触
媒を担持させたセラミックス担体のように、予め、担体
上に活性アルミナを担持させた後に更に貴金属触媒を担
持せしめる必要がない。そのため、高温時において、セ
ラミックス担体に担持せしめた貴金属触媒のように、活
性アルミナ層が剥落することによる触媒活性の1氏下等
の問題が生じないものである。
The gas turbine combustor of the present invention eliminates the risk of scaling due to the use of a honeycomb structured catalyst body made of a composite oxide near the outlet where the highest temperature occurs in the first part of the catalyst. , has excellent durability. In addition, since this catalyst body itself has catalytic activity, there is no need to first support activated alumina on the support and then further support the noble metal catalyst, unlike a normal ceramic support on which a catalyst is supported. . Therefore, at high temperatures, unlike noble metal catalysts supported on ceramic carriers, problems such as a drop in catalytic activity due to peeling off of the activated alumina layer do not occur.

更に、触媒充填部において、第一段目にセラミックス担
体を使用し、2部二段目に耐熱合金相体を使用している
ことから、本発明のガスタービン燃焼器は着火特性が優
れ、圧力損失が小さいものである。
Furthermore, in the catalyst filling section, since a ceramic carrier is used in the first stage and a heat-resistant alloy phase is used in the second stage, the gas turbine combustor of the present invention has excellent ignition characteristics and low pressure. The loss is small.

以下において実施例を掲げ、本発明を更に詳しく説明す
る。
The present invention will be explained in more detail below with reference to Examples.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

実倫列1 触媒活性がほぼ同等のセラミックス担体に貴金属触媒を
担持ぜしめたハニカム5(1“η遺体(ト)及び耐熱合
金担体に責金J+Ci触媒を担持せしめたノー二カム構
造体をそれぞれ調製した。貴金属触媒としては白金を使
用し、(5)のセラミックス担体にはコージライトを、
又、Q3)の耐熱合金担体にはインコネル601をそれ
ぞれ使用した。更に、複合酸化物から成るハニカム+t
q造触媒体(Qとして、チタン酸バリウム粉末に高純度
アルミナを10λ%J−,%添加し、混錬してハニカム
li’f造に成形した後、加圧焼成してハニカム構造触
媒体を得た。肖、それぞれの)・ニカム構造体は、単位
断面積尚たυのセル数が31セル/ Gntで、外径が
25間となるように調製した。
Practical series 1 Honeycomb structure 5 (1"η) in which a precious metal catalyst is supported on a ceramic carrier with almost the same catalytic activity, and a honeycomb structure in which a metal J+Ci catalyst is supported on a heat-resistant alloy carrier, respectively. Platinum was used as the noble metal catalyst, and cordierite was used as the ceramic support in (5).
Inconel 601 was used as the heat-resistant alloy carrier in Q3). Furthermore, honeycomb +t made of composite oxide
Q-formed catalyst body (as Q, 10λ%J-,% of high purity alumina is added to barium titanate powder, kneaded and formed into a honeycomb structure, and then pressure-fired to form a honeycomb structure catalyst body. Each of the )-Nicum structures was prepared so that the unit cross-sectional area, υ, cell number was 31 cells/Gnt, and the outer diameter was 25 cells/Gnt.

上記したハニカム構造体を使用l−て、内扛25nφの
反応管に、 a:上記ハニカム構造体(A)15c1rL。
Using the above honeycomb structure, place the above honeycomb structure (A) 15c1rL in a reaction tube with an internal diameter of 25nφ.

b二上記ハニカムオフ+g遺体(B) 15 cx−、
及びc層第一段目に上記ハニカム構造体(4)を3(1
m、第二段目に上記ハニカム構造体(B)を第一段に接
続して8CrIL1第三段目に上記ハニカム構造触媒体
(Qを4cTL 充填した31重類のものをそれぞれ調製した。
b 2 above honeycomb off + g corpse (B) 15 cx-,
And 3 (1
In the second stage, the honeycomb structure (B) was connected to the first stage, and in the third stage, the honeycomb structure catalyst (a 31-layer catalyst filled with 4 cTL of Q) was prepared.

次いで、それぞれの反応管の触媒充填部に、一定濃度の
空気とメタンの混合ガスを、一定速度で昇温させながら
流通させ、その際の触媒充填部の入口部分の表面温度を
測定した。その結果を第6図に示す。
Next, a mixed gas of air and methane at a constant concentration was passed through the catalyst-filled portion of each reaction tube while being heated at a constant rate, and the surface temperature of the inlet portion of the catalyst-filled portion at that time was measured. The results are shown in FIG.

第6図から明らかなように、本発明に係るガスタービン
燃焼器の触々IL充填部と同様の構成であるCは、セラ
ミックス」置体を使用したaとほぼ同じ温度で着火する
ことが確認された。又、定常状態においては、本発明に
1糸るCはa、l:、j)も高温になっているととが確
認された。
As is clear from FIG. 6, it has been confirmed that C, which has the same configuration as the IL filling part of the gas turbine combustor according to the present invention, ignites at approximately the same temperature as A, which uses a ceramic holder. It was done. In addition, it was confirmed that in the steady state, C, which is one thread in the present invention, has a, l:, and j) at a high temperature.

実施例2 実施例1と同一の装置を使用して、触媒充填部出口での
燃焼ガスの断熱火炎温度(11゛算値)が一定になるよ
うに空気とメタンの混合比を調整すると同時に、混合ガ
スの温度を一定速度で昇温させながら触媒充填部に流通
させた。その際の触媒充填部の出口部分の燃焼ガス温度
を、a −eのそれぞれのものについて測定した。その
結果を第7図に示す。
Example 2 Using the same equipment as in Example 1, the mixing ratio of air and methane was adjusted so that the adiabatic flame temperature (calculated value of 11°) of the combustion gas at the outlet of the catalyst filling part was constant. The temperature of the mixed gas was raised at a constant rate while flowing through the catalyst filling section. At that time, the combustion gas temperature at the outlet of the catalyst filling section was measured for each of a to e. The results are shown in FIG.

第71凶から明らかなように、本発明に係る41夕成の
Cが最も速く定常状態に達することが確認された。
As is clear from the 71st case, it was confirmed that C according to the present invention reached the steady state fastest.

実施例3 実施例1で使用したa −eの3種類の7・二カム溝端
体について、電気炉において1300°Cで24時間加
熱した後、2時間冷却するサイクルを5回縁シ返した。
Example 3 The three types of 7-two cam groove ends a to e used in Example 1 were heated in an electric furnace at 1300°C for 24 hours and then cooled for 2 hours, which was repeated five times.

これらのノ・二カム構造体を実施例1で使用した反応管
内に充11jαし、これにメタン/空気=0.03(モ
ル1モル)の混合ガスを500°Cに予熱したものを流
通させ、触媒充填部の出口部分の燃焼ガス温度を測定し
た。a ”’−cのそれぞれのハニカム第14造体につ
いて、上記操作を繰シ返して、130時間毎に前記触媒
光ノ1へ部の出口部分の燃焼ガス温度の測定を行なった
0その結果を第8図に示す。
These No. 2 cam structures were filled in the reaction tube used in Example 1, and a mixed gas of methane/air = 0.03 (1 mole) preheated to 500 °C was passed through it. The temperature of the combustion gas at the outlet of the catalyst filling section was measured. The above operation was repeated for each of the fourteenth honeycomb structures a"'-c, and the temperature of the combustion gas at the outlet of the catalyst light no. 1 was measured every 130 hours. It is shown in FIG.

第8図から明らかなように、本発明に係る構成のCが最
も出口部分の燃焼ガス温度の低下が少なく、耐久性が浸
れていることが確認された。
As is clear from FIG. 8, it was confirmed that configuration C according to the present invention caused the least decrease in the combustion gas temperature at the outlet portion, and had excellent durability.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は通常のガスタービン燃焼器の概念図、第2図は
通常のガスタービン燃焼器の温度分布を示す図、第3図
は触媒燃焼方式のガスタービン燃焼器の概念図、第4図
は通常のガスタービン燃焼器衣5、二段燃焼方式ガスタ
ービン燃焼器B及び触媒燃焼方式ガスタービン燃焼器、
C・のそれぞれの温度分布を示す図、第5図は空気と燃
料の混合ガスを昇温しながら触媒充填部に流通した際の
触媒充填部の入口部分の表面温度を示す図、第6図は実
施例1における第5図と同様の関係を示す図、第7図は
空気と燃料の混合ガスを昇温しながら触媒−充填部に流
通した際の触媒充填部出口部分の燃焼ガス温度を示す図
、第8図はハニカム構造体について加熱・冷却サイクル
を繰シ返した後の触媒充填部出口部分の燃焼ガス温度の
変化を示す図である。 1・・・燃料ノズル、2・・・スパークプラグ、3・・
・燃焼用空気、4・・・冷却用空気、5・・・希釈用空
気、6・・・タービンノズル、7・・・ノ・ニカム4f
# 造触媒体、 a・・・ul金属触媒を担持せしめた
セラミックス担体から成るハニカム構造体、b・・・貴
金属触媒を担持せしめた1制熱汁金担体から成るノ・ニ
カム構造体、C・・・本発明に係る三段構造ノ・ニカム
イ了、7造触媒体。 第3図 刈坏のl尤収ス匍 第5図 埼閤 (min) 第6図 吋7J1(min)
Fig. 1 is a conceptual diagram of a normal gas turbine combustor, Fig. 2 is a diagram showing the temperature distribution of a normal gas turbine combustor, Fig. 3 is a conceptual diagram of a catalytic combustion type gas turbine combustor, and Fig. 4 are a normal gas turbine combustor 5, a two-stage combustion type gas turbine combustor B, and a catalytic combustion type gas turbine combustor,
Figure 5 is a diagram showing the temperature distribution of each of C., Figure 5 is a diagram showing the surface temperature of the inlet part of the catalyst filling part when the mixed gas of air and fuel is heated and flowing through the catalyst filling part, and Figure 6 is is a diagram showing the same relationship as FIG. 5 in Example 1, and FIG. 7 shows the combustion gas temperature at the outlet of the catalyst filling section when the mixed gas of air and fuel is heated and flows through the catalyst-packing section. The figure shown in FIG. 8 is a diagram showing a change in combustion gas temperature at the outlet portion of the catalyst filling part after the heating/cooling cycle is repeated for the honeycomb structure. 1...Fuel nozzle, 2...Spark plug, 3...
・Combustion air, 4... Cooling air, 5... Dilution air, 6... Turbine nozzle, 7... No. 4f
# Catalyst-forming body, a... A honeycomb structure made of a ceramic carrier supporting a ul metal catalyst, b... A honeycomb structure made of a heat-suppressing liquid carrier supporting a precious metal catalyst, C. ...A three-stage structure catalyst body according to the present invention. Fig. 3 Collection of 100 yen Fig. 5 Saitama (min) Fig. 6 7J1 (min)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 燃料と空気の混合物を触媒を用いて燃焼させる触媒燃焼
方式ガスタービン燃焼器において、触媒充填部が、第一
段目に貴金属系触媒を担持させたセラミックス製ノ・ニ
カム構造体、第二段目に貴金属系触媒を担持させた耐熱
合金製ノ・ニカム構造体及び第三段目に複合醇化物から
成る・・ニカム構造触媒体をそれぞれ充填した三段、構
造のものから成ることを特徴とするガスタービン燃焼器
In a catalytic combustion type gas turbine combustor that burns a mixture of fuel and air using a catalyst, the catalyst filling part is a ceramic structure with a noble metal catalyst supported on the first stage, and the second stage is a ceramic structure that supports a precious metal catalyst. It is characterized by having a three-stage structure, each filled with a heat-resistant alloy-made nicum structure on which a noble metal catalyst is supported, and a nicum-structured catalyst made of a composite moltenide in the third stage. Gas turbine combustor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994019647A1 (en) * 1993-02-25 1994-09-01 Engelhard Corporation Improved catalyst configuration for catalytic combustion systems

Cited By (2)

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US5474441A (en) * 1989-08-22 1995-12-12 Engelhard Corporation Catalyst configuration for catalytic combustion systems
WO1994019647A1 (en) * 1993-02-25 1994-09-01 Engelhard Corporation Improved catalyst configuration for catalytic combustion systems

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