JPS60147243A - ガスタ−ビン燃焼器 - Google Patents

ガスタ−ビン燃焼器

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JPS60147243A
JPS60147243A JP59000866A JP86684A JPS60147243A JP S60147243 A JPS60147243 A JP S60147243A JP 59000866 A JP59000866 A JP 59000866A JP 86684 A JP86684 A JP 86684A JP S60147243 A JPS60147243 A JP S60147243A
Authority
JP
Japan
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catalyst
combustion
fuel
gas
gas turbine
Prior art date
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Pending
Application number
JP59000866A
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English (en)
Inventor
Terunobu Hayata
早田 輝信
Tomiaki Furuya
富明 古屋
Chikau Yamanaka
矢 山中
Junji Hizuka
肥塚 淳次
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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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】 〔発明の技術分野〕 ゛ 本発明は、触媒燃焼方式によるガスタービン燃焼器に関
し、更に許しくけ、そめ触媒を改良したガスタービン燃
焼器に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
現在のガスタービン燃焼器においては、燃焼は燃料と酸
化性気体との混合ガスをスパークプラグ等を用いて着火
して行なわれている。ここでいう酸化性気体とは、燃料
と酸化反応をおこす酸素等の気体を示し、酸化性気体を
含む気体とは、たとえば空気を示す。このような燃焼器
の−し11を第1図に示す。第11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tlを合さ
れ、スパークプラグ2より着火されて燃焼するものであ
る。
そして、炉焼した気体は、冷却空気4及び希釈空気5が
加えられて所定のタービン入口流度まで、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。酸化性気体を含む気体として空気を用いた場合に従
来の炉焼器における重大な問題点の1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。
第2図は、酸化性気体を含む気体として空気を用いた場
合の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。第2図に示した如く、燃
焼器内の温度分布は極大値をもっておシ、最高温度に達
した後は、冷却及び希釈空気により所定のタービン入口
温度まで冷却されている。この燃焼器内の最高温度は2
000℃にも達する場0合があるために、第2図斜線の
部分においてはNOxの生成量が急激に増加する。この
ように、従来のガスタービン燃焼器は、燃焼器内におい
て部分的に高温部が存在するために、NOxの生成量が
多いという問題点を有している。
従って排煙脱硝装置等を設けねばならず、装置が複雑に
々る等の問題点があった。
最近、上述した燃焼方式に対して、触媒を用いた燃焼方
式が傍案されている。この方式は、触媒を用いて混合ガ
スを燃焼させるものであ多、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、燃焼温度はゆるや
かに上昇して極大値をもたず、最高温度も低くなる。こ
れは燃焼器自体の耐熱性の面からみCも効果的であり、
特に酸化性気体を含む気体として窒素を含む空気等を用
いた場合には、NOxの発生を極めて少くすることが可
能である。
しかしながらここで、触媒の劣化という開路が生じる。
たとえば、流入された混合ガスに対する高活性を有する
触媒として知られるプラチナ、パラジウム等の貴金属が
、第3図に示すように微粒子状に耐熱性耐体(11に担
持された貴金属触媒だけを用いた場合、燃焼がすすむに
つれておよそ800℃程度で劣化をおこし始める。
この劣化の原因は、耐熱性担体OQに相持された微粒子
状の責“金属fll+が熱による振動から凝集して、混
合ガスと反応するのに必賛な表面積が減少するためと考
えられる。よって、80(1℃程度の範囲までなら貴金
属触媒の使用は可能であるが、触媒燃焼方式のガスター
ビン燃焼器に用いる触媒として、貴金属触媒だけを甲い
た場合は、効率向上の点からガスタービンに要求される
ような窩温における耐久性を有しない。
ガスタービン炉焼器における触媒は、流入する混合ガス
程度での高活性を有することはもとよりガスタービン内
に噴射するのに必要な高温部までの広範囲にわたる高活
性、耐久性を備えていなくてはならないからである。
〔発明の目的〕
本発明の目的は上記の問題を解決し、混合ガスの流入温
度程度の低い温度から、タービン入口へ供給する燃焼ガ
ス温度程度の茜い温囲までの広い温度範囲にわたって高
活性・耐久性をそなえ、酸化性気体に空気等佃素を含ん
だ揚台には、NOxの発生を従来の燃焼器よりも大巾に
減少させることも可能な触媒燃焼方式のガスタービン燃
焼器を提供することにある。
〔発明の朽訃〕
本発明は、触媒燃焼方式のガスタービン燃焼器において
、1を金わgが13−j熱性担体に担持された前段側触
媒と、 一般式 P、j e xP e204 (1<x<2J
P、(e:2価の金属元素のうちの少 くとも1種類 で表わでれるフェライトが、耐熱性担体に相持されてな
る1交段fllil触Tl111.とを具備したことを
特徴としている。
以下、本発明に係るガスタービン燃焼器の枯成例を示す
第5図を用いて本発明の詳細な説明する。
活性を有する触媒を混合ガスが最初に接する+1iJr
 Dνとして燃焼器の前段側に設置して前段側触媒(8
)とし、燃焼がある程度逝んだ一τ胤」攻に丸・いてけ
閲、LAでの耐久性を有しながら活性を保持することに
有効な触媒を前段側よシ後方に位11″tする後段側に
設置して、後段側触謀(9)とした。
具体的には、流入される混合ガスの温度程囲から充分な
高活性を示す貴金属(パラジウム、プラチナ、ロジウム
、イリジウム等)をその特性を生かして前段側触媒(8
)として、耐熱性担体に相持せしめ、劣化を起こさない
温度範罪内で用いる。この相持方法としては、第3図に
示すように貴金属を微粒子状に担持させる方法や、第4
図に示すように貴金属を薄膜状に担持させる方法等があ
る。
また、耐熱性耐体a1としては耐熱性及び機械的強度を
有していればいかなるものでもよく、さらに混合ガスと
の接触面積を増すため、r−アルミナ等が表面にコーテ
ィングされていてもよい。
燃料としてメタンやブiパン等を用いる場合、使用する
貴金編としては特にパラジウムやプラチナが好ましい。
さらには、第6図に示すように二種類の貴金属(11,
11”)が耐熱性担体に独立に分散して存在するのが好
ましい。あるいは、前段側触媒(8)を第7図のように
さらに前部触媒(8)′と後部触媒(81”とにわけ、
たとえば前部触媒(8)′にパラジウム、後部触媒(8
1”にプラチナを担持させてもよい。そしてこれら前部
触媒(8)′及び後部触媒+81”の間に、空隙部が設
けられていても差しつかえはない。
また、後段側触媒(9)においては、混合ガスはすでに
着火し、燃焼温度もある程度冒〈なっているため、ここ
では燃焼を促進させながらも周囲の高温に耐えうる特性
が侠求される。これにかなう触媒として、本発明者は前
述した一般式λ4exFe、04(1(x<2)で表わ
されるフェライトを、耐熱性担体に担持してなる触媒(
以下フェライト触婢1という)を用いることを見い出し
た。このフェライト触媒は、800℃以上の高温におい
て燃料を安定に効率よく燃焼させる性能を有しているこ
とが確認された。
この高温における高活性を示す理由は明らかでないが、
Me/Feの比を0.5より大きくしたことすなわち、
1〈XとしたことKより遊離の八+eO。
(4価のイオン)が生成するために、酸素の活性化能が
高まり、ひいては高温において燃料を安定に効率よく燃
焼させるためと考えられる。また、特開昭50−398
7において開示されているようなMeli’elO,型
フェライトを用いた触媒すなわちX=1の場合では、お
よそ250℃〜600℃という低温域における高活性を
利用した発明であり、本発明の目的である800℃以上
の高温での使用とはあいいれない。さらに2≦・では触
媒としての効果が r失われるので、Xの値としては1
(x(:2の範囲が望ましい。
これらを第5図にそって説明すれば、まず燃料ノズル1
から噴射される燃料と燃焼用空気3との混合ガスが、ス
パークプラグ2によって点火される。この8!!5図に
おいては、そこへさらに燃量ノズル1′より燃料が噴射
されている。そして燃料と空気との混合比に応じて部分
燃焼を起こしながら、数100℃の温度に上昇した混合
ガスは前段側触媒f81と接し、流れていく過程で触媒
と反応して着火、燃焼し、更に昇温しなから後段側触媒
(9)へと進んでいく。後段側触媒(9)でより燃焼が
すすみ、ついにはガスタービンの動力として盛装な程度
の高温を有するガスとなって、タービンノズル6かうp
a出される。
なお、第5図では前段側触媒(8)と後段側触媒(9)
は連続して設問されているが、これらの間に空隙部が設
けられていても何ら差しつかえない。
〔発明の実施例〕
以下に実施例を記して、本発明をさらに詳細に説明する
〈実施例】〉 次に示す組成により、前段側触媒(8)を製造した。
すなわち、 アルミナゾル(固形分80%) 125y硝酸ランタン
 21#I 塩化パラジウム 10j1 塩化白金酸 5ノ を1.ボールミルを用いて常温で2時間混合し、アルミ
ナコーティング組成物を得た。次いでコージライト製ハ
ニカム状担体(1平センチ当シ31セル、担体容積:1
1I)に前記アルミナコーティング組成物を水に分散し
た液体を流しかけながら、アルミナコーティング組成物
をすべて塗布した後常潟で約1日乾燥した。このハニカ
ム状担体を、650℃で3時間焼成した後、さらに水素
雰囲気中において、550℃で3時間焼成して本発明に
係る前段側触媒(8)になる触媒偽)を得た。
次に、高純度の八=In及びP’eの硝minをM n
 /i’ eの比が0.6になるように(すなわちx=
1.2)秤量し、11の水に溶かしノー?いでNaOH
を滴下しリノ伐覆を望気甲15(JO℃において1()
時間焼成しマンガンフェライトを得た。このフェライト
を粉砕し、0.3μに(ヒ粒した後秤妙して85fを得
、それを下記に示すようなブタノール溶液に分散させた
ブタノール IUOcc フタール酸ジクチオル 5y ポリビニルブチラード 10ダ このフェライトの分散したプタール溶液を、コージライ
ト製ハニカム″4犬J11体に流しかけてマンガンフェ
ライトを塗布した後、120℃で1ト時間乾燥させ、つ
いで240℃で3時1ift Mしてフタール酸ジクチ
オルを飛散させた。そして1時間に100℃の割合で8
00 ’Cまで昇温した後、800℃で3時間の焼成を
行なってフェライトを411持爆せて、本発明に係る後
段側触傳(9)になる触媒a)を得た。
また、比較例として金属元素としてMnを用いで八4 
n / F eが0,5(化孝−碇論1ij )になる
様な触媒0を上N[Fと同様の手法により製造した。
これらにより得られた触媒と、パラジウムを耐熱性41
体に相持はせた触媒0、及びプラチナを耐熱性相体に担
持させた触媒0を第1表のように絹み合わせ、ガスター
ビン燃焼器の模擬装置を使って燃焼特性を評価した。
第1表 ここで、に)の組み合わせが本発明による組み合わせで
ある。試験条件はガス流量501/min、混合ガス濃
度メタン(Oトj4) 598、触媒量10cc、及び
空間速i 3 U X 1 (l I−J である。な
お、この試験で用いた装置aでは、混合ガス法度メタン
45%は断熱火炎温度1400℃に相当する。
第8図は上記4通りの組み合わせによる触媒の 2燃焼
効率を表わした図であり、例えばU)の触媒の紹み合わ
せでは、点31点す1点d1点fを通る曲線がその特性
を表わしている。
(イ)の組み合わせ :a−b−d−f(ロ)の組み合
わせ : e f ghflの組み合わせ : a−b
−d−g −hに)の組み合わせ : a b c これかられかるように、本発明による触媒の絹み合わせ
がタービン燃焼器においてめられるより低温域からの活
性を持ち、高温における触媒活性も格段にすぐれている
ことがわかる。
〈実施例2〉 実施例1の触媒a)と同+=の手法により、本発明に係
る後段側触媒(9)として、第2表に示したような触*
 (U)〜(ロ)を製造した。
さらに、比較例として金属元素としてコバルト(00)
を用いて、Oo /]!’ eが0.5 Kなるように
、実施例1の触媒(1−1)と同様な手法で触媒■を製
造した。
これらの後段側触媒、すなわち触媒(1)〜触媒(至)
及び触媒(fa 、触4ν■を用いて、それぞれに前段
側几・I!媒として触媒量)を遅JIみ合わせて、実施
例1と同様の拭い条件で1000時間の流通試駆を行な
い、1 (100時間経過時点での触媒活性をしj・、
1べ、触jIJのTh+l久性を評価した。第2表に表
ゎさJlている。1′うに、]〈xく2の組成であると
ころのフェライト触媒を佐段111+1触媒に用い、前
段1tlll触媒には物金属を用いることにより優れた
耐久性を治する一LHがわかる。
よって本発明にょる品活性、陵内命をそ寿オ、た触媒燃
焼方式のガスタービン炉焼器を用いることにより燃焼時
の% I(’t+温度も下がって、燃焼器1゛1体の+
1ilkA イイノ:の而からみても効果的であり、傷
に耐化性気体を含む気体として9宏を含む空気等を用い
た鼠)合には、N(、’)xの発生を大rlJに少なく
すると2が可l)プである。
第 2 表 〔発明の効果〕 本発明のガスタービン燃焼器は、前段側触媒及び後段0
Ill触II4’:としてそれぞれ!′4カっだ前記の
ごとき触媒を用いることにより触媒の長寿命化がなされ
、また燃焼の最高温度をひき下げることにより、タービ
ン燃焼器の寿命をのばし、また酸化性気体を含む気体に
窒素が含まれている場合でも、NOxの生成を大巾に沖
少でせることか可能であり、NOxの後処理装置等の股
部′の必委もない。また、ガスタービン燃か6器の入口
及び出口の渦層条件等は従来とかわりなく、今までのガ
スタービン燃焼器を用いたシステムをそのまま使用でき
、システムを4i効率で稼動させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来のガスタービン燃焼器の概念図、第2図
は、従来のガスタービンの温度分布を表わす特性1?(
、第3図は、It11i′熱性担体に微粒子状に拐持式
れた貴金属の状態を表わす断面図、第4図は耐熱性il
1体に薄膜状に担持された貴金属の状態を表わす町1面
トン1、第5図、第7図は本発明に係るガスタービン燃
焼器の概念図、第6図は、1iiJ熱性411体に微粒
子状に独立して担持をれた二神類の貴金属の状態を表わ
す断m1図、第8図は、本発明に係るガスタービン燃焼
器のi制久件を示す特性図である。 8・・、前段11i11触媒、8′・・・前部縁g、H
” 中復部触媒、9・、・後段側触媒、1o・・・耐熱
性担体、II、11’・・・微粒子状の貴金属、12・
・・薄膜状の貴金属。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)P料と酸化性気体を含む気体との混合ガスを触媒
    により燃焼させる触媒燃焼方式のガスタービン燃焼器に
    おいて、前記触媒が耐熱性担体に担持された少くともl
    al類の賃金域からなる前段側触媒と、 一般式 MeXli’e、 04(1<x<2 )Me
    :2価の金属元素のうちの少 くとも1和ば11 にて表されるフェライトが、耐熱性担体に担持されてな
    る後段側触媒とf=備し“たことを特徴とするガスター
    ビン燃焼器。
JP59000866A 1984-01-09 1984-01-09 ガスタ−ビン燃焼器 Pending JPS60147243A (ja)

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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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