JPS5924331B2 - 定置型燃焼タ−ビンの触媒燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃焼タービンに関し、特に、発電及びその他の
工業プロセス用に使用する定置型燃焼タービンの触媒燃
焼装置に関するものである。

タービン運転中における有害窒素酸化物（ＮＯＸ）の発
生を実質的に減じるために、タービンの製造会社及び発
電会社は触媒燃焼技術を燃焼タービンに効率的に実施す
ることに関心を持っていた。

通常のタービン燃焼は約２５９３℃（４５００”Ｆ）で
起こり、これは空中窒素の反応により生成される相当の
ＮＯｘを伴う。

触媒燃焼は約１３７１’ｃ（２５００下）で起こるが、
この温度は空中窒素からのＮＯＸの生成を促進するには
低温過ぎる。

触媒燃焼の潜在的な公害防止利点を十分に現実のものに
するためには、新しく製造する燃焼タービンにおいても
効率的に作動できるだけでなく、現存するタービンにも
遡及修復、即ち後から使用できるように触媒燃焼装置を
構成するのが望ましい。

後から使用する場合、燃焼装置全体は触媒燃焼装置との
交換のため取り外す、即ち通常の燃焼器バスケットと中
間ダクトとを取り外すことが一般に必要である。

従って、現存するタービンのケーシング構造を通して容
易に据付けできるように、そして優れた性能を出しなが
ら作動するように触媒燃焼装置を配列する必要がある。

既存先行技術の倒れもこのような性能を出すことに向け
られてぃないようである。

本発明の目的は先行技術の欠点の克服を狙って定置型燃
焼タービンの触媒燃焼装置を改良することにある。

この目的から、本発明の触媒燃焼装置は、ケーシングを
有する定置型燃焼タービンの触媒燃焼装置であって、予
熱ガスをつくるため１次燃料を燃焼させる装置を有して
配設された燃焼器バスケットと、２次燃料及び空気を予
熱ガスと混合する装置と、前記燃焼器バスケットの下流
に配設された中間ダクトと、タービンケーシングに対し
て前記中間ダクトを支持する装置と、複数の分解式部分
からなる外殻ハウジングを有する触媒ユニットと、前記
触媒ユニットからのスラスト荷重を前記中間ダクトの支
持装置にかけるように、前記中間ダクトの上流部分に関
して前記触媒ユニットを支持する装置と、前記燃焼器バ
スケットの出口部分を前記触媒ユニットの入口部分に接
続する装置とを備え、前記外殻ハウジングの下流端にあ
る張出しリングと前記中間ダクトの上流部分との間には
環状のばね式クリップ装置が設けられている。

本発明は添付図面に例示した好適な実施例に関する以下
の説明から一層容易に明らかとなろう。

第１図には本発明に従って配設された触媒燃焼装置１０
が示されており、この燃焼装置１０が発生した燃焼生成
物は固定子羽根１６を通過し、通常のタービン回転子羽
根（図示しない）を駆動する。

このような複数の（１個のみを図示）燃焼装置１０がタ
ービンケーシング１１内で回転子軸の周りに配置されて
いて、タービンを駆動するのに必要な高温ガスの全流量
を供給する。

触媒燃焼装置１０は燃焼器バスケット１２と、触媒ユニ
ット１３と、中間ダクト１４とを含み、この中間ダクト
１４によって案内された高温ガスは環状スペースを通っ
てタービン回転子羽根に向かって進む。

燃焼器バスケット１２はケーシング１１に装着されてお
り、そして好ましくは１次燃料ノズル１Ｂ及び複数（６
個）の２次燃料ノズル２０を備えている。

１次燃料ノズル１８から供給された燃料は１次空気と混
合され、１次燃焼領域で燃焼して、タービンを駆動する
ための或は下流側の燃料と空気の混合物を触媒反応に必
要なレベルまで予熱するための高温ガスを発生する。

燃焼装置１０において１次バーナーを補完的に使用する
ことによって、運転時間の経過に伴う触媒作用の衰えに
対して補償するように１次燃料の供給を増加することが
できる。

触媒燃焼に対する通常の燃焼の割合は、全ての運転条件
の下で、許容されないＮＯｘペナルティ−を生ずること
なく燃焼に要求される助成を行なうのに十分になってい
る。

ガスは燃焼器バスケット１２内を１次燃焼領域から２次
領域の入口へと下流に流れ、この２次領域において、２
次燃料ノズル２０が１次ガス流との混合のため、燃料を
、好ましくはそれを囲む各微粒子化空気噴流と共に側壁
の開口２１から噴射する。

その結果、バスケット１２の端部を形成する外側に朝顔
形に開いたディフューザ２４を通過する時に、混合物が
膨張する。

次に、混合物は触媒ユニット１３にある触媒反応要素２
６に入る。

燃焼器バスケットにおける満足すべき混合のためには、
触媒燃焼に必要な通路直径に比較してより小さい通路直
径が要求されるので、ディフューザ２４が採用されてい
る。

従って、より小径のバスケットへの２次燃料の噴射によ
って、触媒面を横断する燃料と空気の混合が改良され、
均一性が良好になる。

他方、大径バスケットの使用によって大径触媒反応要素
の使用が可能になり、その結果、触媒反応要素の入口速
度が低下し、圧力降下が減じると共に燃焼効率が改善さ
れる。

この実施例のバスケット１２はドーム接続部テ２８ｃｍ
（ｌｌｉｎ）、触媒反応要素２６へのディフューザ出口
で４１ｃｍ（１６ｉｎ）の直径を有する。

触媒反応要素及び燃焼器バスケットを保護するため、燃
焼装置は、２次領域即ち２次燃料調整領域におけるガス
状混合物（この場合４２７℃＝８００下まで予熱される
）の滞留時間が１次燃焼領域がらの点火遅延時間より短
いように作動する。

このようにして、火炎は触媒反応要素から離れた１次燃
焼領域に閉じ込められる。

触媒反応要素２６の直径は、受入れ可能な圧力損失での
放出物の完全バーンアウトに対する最大許容基準ガス速
度によって主に決定できる。

ガス速度が大きくなればなる程、触媒層を長（する必要
があり、放出物が多くなる。

放出物の完全バーンアウトに必要な物質移動単位は層流
における規準速度の平方根に逆比例するが、物質移動速
度に対する規準速度の影響はチャンネルにおけるレイノ
ズル数の増大に連れて減少する。

従って、乱流においては、最大許容規準速度は圧力損失
の制限によって限界が定められる。

しかし、作動可能領域についての規準速度の低限界を規
定する境界は燃料調整領域における逆火の問題を考慮す
ることによって決定しうる。

触媒ユニット１３は容器３０を有し、その中に触媒ハニ
カム構造が触媒反応要素２６として支持されている。

触媒の特性は次の通りである。触媒ＤＸＥ−４４２のデ
ータ ■基体 寸法 長さく２“＋２“） （二つの区分間に気〃。

間隙）材 料 ジルコン合成物 嵩密度 ４０−４２ｔｂ／ｆ ｔ、３セル形状
波形正弦曲線 数 ２５６チヤンネル／ｉｎ２ 水力直径 ０．０３８４” ウェブ厚さ １０±２ｍ１ｌｓ 開口面積 ６５．５係 熱容量 ０．１７Ｂ’ｒｕ、／ｚｂ 、上熱膨張
率 ２．５ｘｌＯ’ｉｎ／ｉｎ、下熱伝導率
１０ ＢＴＵ、 ｉｎ／ｈｒ 、 ｆｘ２．下溶融温度
３０５０下 破砕強さ 軸方向 ８００ ＰＳＩ ９０° ２５ＰＳＩ ■触媒 活性成分 パラジウム 薄め塗膜 スタビライズドアルミナ 容器３０は堅固な外殻ハウジング３４内に装着されてお
り、この容器３０内では、外部の振動源から（る振動を
吸収するため柔軟な層３２が一体的な触媒反応要素２６
を囲んでいる。

中間ダクト１４及び燃焼器バスケット１２は触媒ユニッ
ト１３の外殻ハウジング３４を介して接続されている。

その結果、高温ガスはディフューザ２４かも大体封止さ
れた通路に沿って流れて触媒反応要素２６を通り、高温
ガスが燃料と空気の混合物を含んでいる時にこの触媒反
応要素で触媒反応が起こり、最後に高温ガスは中間ダク
ト１４を通ってタービン回転子羽根へ流れる。

触媒ユニット１３の装着及び大体の位置はタービンケー
シングにある開口１５を通しての据付ケ及び取替えに便
利なようになっている。

更に、構造的に支持する装置はタービン運転中のスラス
ト荷重及び熱膨張に備えている。

中間ダクト１４は、比較的に大径の触媒ユニット１３に
接続するため幾分拡大した上流端を有する慣用のもので
ある。

リング３８（第９図及び第１０図も参照のこと）が中間
ダクト１４の上流端を覆って取り付けられているので、
中間ダクト１４かも外方へ延び且つ中間ダクト１４０周
りに等間隔で設けられた４つのピン４１はリング３８に
ある、軸方向に延び半径方向の内方に向く溝４３に入る
ことができる。

溝４３は、リング３８の内面から半径方向の内側に突き
出し且つ軸方向に延びるリブ４５，４７によって形成す
る。

リング３８の下流側内面は、中間ダクト１４に溶接され
た基部５０を持つ環状のばね式クリップ装置４８の指状
ばね部材に乗っている。

リング３８が中間ダクト１４に適切に配置されている場
合、リング３８にある装着パッド４９をボルトその他の
手段によりタービンケーシングのパッド５１にしつかり
固定配置することができる。

リング３８は、触媒ユニットの外殻ハウジング３４に設
けた半径方向内向きの環状溝５７に係合しうる半径方向
外向きの環状リム部５５を有する環状フランジ５３を備
えている。

また、フランジ５３は半径方向内側に延びる環状部５９
を備え、環状部５９の内端には軸方向に延びる舌状部６
０が設けられている。

かくして、舌状部６０は中間ダクト１４かも半径方向の
内側に離れ、そして中間ダクト内で終わるように下流へ
延びている。

その結果できた環状通路６２は、ばね式クリップ装置４
８が冷却材流の入口となるように構成されている場合、
中間ダクト外部からダクト１４内へ冷却材流を中間ダク
ト内壁面に沿う薄膜として供給することができる。

外殻ハウジング３４はフランジ付きの水平接続部８１（
第３図）に沿って符号８３で示すようにボルト締めされ
た同様の分解式上半部及び下半部から形成されており、
取外し及び保守が容易である。

組立てた外殻ハウジング３４は半径方向の外側へ延びる
環状フランジ６４を備え、このフランジ６４にはリング
を支持するため内側に向いた環状溝５γが設けられてい
る。

フランジ６４と一体の突端又は環状部５９は、触媒ユニ
ットの容器３０を支持するため内側に向いて円周方向に
隔置された溝６６をつくっている。

外殻ハウジング３４の上流端は、ディフューザ２４周辺
の肩部に溶接された基部７０を有する環状のばね式クリ
ップ装置６８により支持する。

クリップ装置６８は、内側のばねリング７３（第１３図
）にしつかり嵌合する外側のばねリングγ１（第１１図
及び第１２図）から形成されている。

外側のばねリング７１０周りに隔置された溝７２は上流
側の縁から軸方向に延び基部ＴＯに至っている。

同様の溝７４が内側のばねリング７３に設げられている
が、この溝は、ばね式クリップ装置が全体として外殻ハ
ウジング３４のばね支持を行なうと共に外部空気の侵入
を防止するべく燃焼器バスケットと触媒ユニットの外殻
ハウジングの接続部を実質的に封止するよう、溝γ２と
は円周方向に偏位している。

ディフューザ２４へのばね式クリップ装置６８の固定（
第１４図及び第１５図）は、符号７５で代表的に示す内
側ばねリングのスポット溶接により行われる。

別の同様のばね式クリップ装置８０（第２図）はその基
部８２が外殻ハウジング３４の内面に溶接されている。

触媒ユニット容器３０の上流側自由端を円周方向から支
持するため、指状ばね部材が下流方向に沿って内向きに
延びる。

容器３０の下流側端部は半径方向外側に延びるリム部６
３を有し、このリム部は外殻ハウジングの溝６６に嵌合
する。

外殻ハウジングは上半部と下半部の２部分からできてい
るので、クリップ装置８０も対応する２部分からなって
いる。

中間ダクトのクリップ装置４８もこのクリップ装置８０
もクリップ装置６８に対して採用した一般的な構造のも
のでよい。

組み立てた構造においては、触媒反応要素２６で生じた
圧力降下によるスラスト荷重はリング３８に伝えられ、
装着パッド４９ 、５１に移される。

燃焼器バスケット１２と触媒ユニット１３との間のばね
支持の関係及び触媒ユニット１３と中間ダクト１４との
間のばね支持の関係は、運転温度の増大に伴う軸方向の
膨張を吸収するのに必要な燃焼器バスケット、触媒ユニ
ット及び中間ダクト間の相対的な軸方向の滑動を何らの
漏洩なしに可能にする。

燃焼器ユニット又はバスケット及び触媒ユニットは別体
であるので、これ等のユニットはタービンケーシングに
ある開口１５を通して個別に容易に据え付けと取り外し
ができる。

従って、最初に中間ダクト１４と燃焼器バスケット１２
を据え付けることができ、次にリング３８を中間ダクト
１４にかぶせ、パッド５１に装着する。

外殻バウシング３４の下半部は環状リム部５５に嵌合さ
せてから、触媒ユニットの入部スペースへ回転させる。

次に、触媒反応要素２６を有する容器３０がそのリム部
６３を外殻ハウジングの下半部にある溝６６に入れて挿
入される。

しかる後、外殻ハウジングの上半部が、その溝６６を容
器のリム部６３に係合させ且つばね式クリップ装置８０
の半分を容器３０の上流端に乗せて、外殻ハウジングの
下半部上に載置される。

上半部及び下半部をボルトで締め付ければ組立ては完了
する。

分解は逆の順序で行なう。

一体になった燃焼器ユニット及び触媒ユニットの場合、
そのために生じる大きな重量と大きさのためにタービン
ケーシングの開口に入れることが困難乃至不可能になる
。

しかし、本発明によって開示した別々の組立て構造は新
しいタービンだけでなく遡及修復するタービンに適用す
る場合に有用である。

同様に、時間の経過に伴う触媒作用の低下による触媒反
応要素の周期的取替は本発明が開示した構造によって容
易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は定置型燃焼タービンの触媒燃焼装置を示す立面
図、第２図は第１図に含まれている燃焼器バスケット及
び触媒ユニットを一部断面で示す拡大立面図、第３図は
触媒ユニット及びその支持構造の更なる拡大立面図、第
４図及び第５図は触媒ユニットの支持構造に含まれる外
殻・・ウジングの平面図及び上流側端面図、第６図は外
殻ハウジングの一部の（第５図の線ＶＩ−Ｖｌにおける
９立面断面図、第７図及び第８図は外殻ハウジング内に
支持される触媒反応要素支持用容器の端面図及び（第７
図の線■−■における）立面断面図、第９図及び第１０
図は触媒ユニットと中間ダクトを支持するリングの端面
図及び（第９図のＸ−Ｘ線における）立面断面図、第１
１図及び第１２図は触媒ユニットを支持するためのばね
リングの端面図及び一部断面で示す立面図、第１３図は
触媒ユニット支持のため用いた別のばねリングの端面図
、第１４図及び第１５図は触媒ユニットを燃焼器バスケ
シト上に支持するために用いた第１１図及び第１３図の
ばねリングの組体を示す端面図及び立面図、第１６図は
触媒ユニットを中間ダクト上に支持するのに用いた別の
ばねリングを示す立面図である。 図中、１０は触媒燃焼装置、１１はタービンケーシング
、１２は燃焼器バスケット、１３は触媒ユニット、１４
は中間ダクト、３８はリング、４８゜６８及び８０はば
ね式クリップ装置、４９及び５１は装着パッドである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ケーシングを有する定置型燃焼タービンの触媒燃焼
   装置であって、予熱ガスをつくるため１次燃料を燃焼さ
   せる装置を有して配置された燃焼器バスケットと５２次
   燃料及び空気を予熱ガスと混合する装置と、前記燃焼器
   バスケットの下流に配接された中間ダクトと、タービン
   ケーシングに対して前記中間ダクトを支持する装置と、
   複数の分解式部分からなる外殻ハウジングを有する触媒
   ユニットと、前記触媒ユニットからのスラスト荷重を前
   記中間ダクトの支持装置にかげるように、前記中間ダク
   トの上流部分に対して前記触媒ユニットを支持する装置
   と、前記燃焼器バスケットの出口部分を前記触媒ユニッ
   トの入口部分に接続する装置とを備え、前記外殻ハウジ
   ングの下流端にある張出しリングと前記中間ダクトの上
   流部分との間には環状のばね式クリップ装置が設けられ
   ている定置型燃焼タービンの触媒燃焼装置。