JPS60205127A - ガスタ−ビン燃焼器 - Google Patents

ガスタ−ビン燃焼器

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Publication number
JPS60205127A
JPS60205127A JP5942984A JP5942984A JPS60205127A JP S60205127 A JPS60205127 A JP S60205127A JP 5942984 A JP5942984 A JP 5942984A JP 5942984 A JP5942984 A JP 5942984A JP S60205127 A JPS60205127 A JP S60205127A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
combustion
gas turbine
catalyst
combustor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP5942984A
Other languages
English (en)
Inventor
Tomiaki Furuya
富明 古屋
Chikau Yamanaka
矢 山中
Terunobu Hayata
早田 輝信
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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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP5942984A priority Critical patent/JPS60205127A/ja
Publication of JPS60205127A publication Critical patent/JPS60205127A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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

(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、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、燃焼時における窒
素酸化物(以下、NO工と称す)の発生量が少なく、且
つ、良好な燃焼効率を有する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〕
近年1万油資源等の枯渇化に伴ない、種々の代替エネル
ギーが要求されているが、同時に、エネルギー資源の効
率的使用も要求されている。これらの要求に答えるもの
の中には9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サ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があり、現在検討されつつある。
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に比較して、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。
ガスタービン発電システムに使用されているガスタービ
ン燃焼器では、従来よシ、燃料と空気の混合物を、スパ
ークプラグ等を用いて着火して均−系の燃焼を行なって
いる。このような燃暁器の−例を第1図の概念断面図に
示す。第1図の燃焼器においては、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、スパークプ
ラグ2によりm火されて燃焼するものである。そして。
燃焼した気体すなわち燃焼ガスには、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。8はスワラ−である。このような従来
の燃焼器における重大な問題点の−°つは、燃料の燃焼
時に多量のNOxガスが生成して環境汚染等を引き起こ
すことである。
上記したNO工が生成する理由は、燃料の燃焼時におい
て、燃焼器内には部分的に1500℃を超える高温部が
存在するということにある。
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、種々の燃焼方式が検討されている。
最近、固相触媒を用いた不均一系燃焼方式(以下、触媒
燃焼方式と称す)が提案されている。
この触媒燃焼方式は、触媒を用いることにょシ通常の燃
焼器では燃焼しない希薄な燃料を燃焼させることかでき
、そのため燃焼温度はNO工が発生する程には高温に至
らずNOxもほとんど発生しない、また、燃焼ガスの流
入するタービン入口温度も従来のものと変わりなくする
ことが可能である。
第2図は、触媒燃焼方式に用いる燃焼器の1例り 表概念断面図である。図中の数字はそれぞれ第1図と同
じ要素を表わす。この燃焼器は触媒充填部7を備えるこ
とが構造上の特徴である。触媒充填部7には1通常、ハ
ニカム構造の燃焼触媒が充填されていて、ここで燃料と
空気の混合物が燃焼させられる。
しかしながらこの方式の場合も次のような欠点が存在す
る。すなわち、第1VC,広い範囲のガスタービンの負
荷に対応することが容易でない。例えば、第2図に示し
たような触媒燃焼方式のガスタービン燃焼器を考えると
、無負荷から最大負荷に対応するためにはタービンノズ
ル6での燃焼ガスの温[を約600℃から約12000
の範囲で変化させる必要があるにもかかわらず、この方
式では触媒の種類あるいは燃料の種類にもよるが、触媒
充填部7の下流の温度がおよそ900C以下になると不
完全燃焼を起し、実際上運転が不可能となる。
すなわち、第3図の斜線の部分に示した範囲内でしかガ
スタービンの負荷に対応できず、低負荷時に用いること
ができないという欠点がある。
〔発明の目的〕
本発明は、ガスタービンの負荷変動に対応することがで
き、かつ高効率の燃焼が可能な触媒を用いたガスタービ
ン燃焼器の提供を目的とする。
〔発明の概要〕
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を檄ねた
結果、触媒充填部に充填された触媒による燃焼域を並列
に設置し、それぞれを独立に供給する燃料の量等によっ
て制御すれば、ガスタービンの負荷変動に対応可能であ
るという着想を得て本発明に至った。
すなわち、ガスタービン燃焼器の内部に触媒充填部を複
数並列に設置し、さらにそれぞれの触媒充填部に流入す
る燃料と空気とからなる混合物の燃料濃度を独立に制御
する手段を備えたことを特徴としている。よって、ター
ビンの負荷の変動に対して前記混合物をその複数ある触
媒の1部あるいは全部を使用して燃焼させることを可能
にし、燃料の供給されない触媒充填部より流出した流出
物と、供給された燃料の燃焼による燃焼ガスとを混合さ
せることにより低温度のmtb−i、’、を得る。
これよりガスタービンへの充分に温度の低い排出ガスの
供給が可能であり、低負荷のタービンに対応が可能にな
る。
ここで、前記燃料濃閾を制御する手段としては。
タービン負荷に対応して補給する燃料の量あるいは燃料
及び補燃料の量を制御して、燃料濃度を調整するが、さ
らに触媒温度や流出する燃焼ガスの温度等も検知して前
記制御全行なえば、NOxが多量に発生するような高温
の燃焼を妨げるのにもさらに効果的であり好ましい。
以下1発明の実施例により本発明をさらに詳しく説明す
る。
〔発明の実施例〕
本発明に係るガスタービン燃焼器の実施例を第4図に示
す。本例では、燃料ノズル9及び10よシ予燃料が供給
され、この予燃料をスパークプラグ2により着火し予燃
焼させて加熱源とし、さらに燃料ノズル11及び12よ
り燃料を供給して、触媒充填部13及び14に充填され
た触媒が作用する温度まで流入する混合物の温度を上昇
させている。そして、濃度制御装置19により補燃料及
び燃料の供給を制御している。本例では、第5図のA−
、L断面図に示したように触媒充填部を3器備えており
混合物を燃焼する燃焼域が3ケ所に分割している。
第6図に本実施例におけるタービン入口温度及び各燃焼
域出口温度とガスタービン負荷との関係を示した。この
時、触媒充填部13 、14及び15に充填された触媒
の最高出力比を触媒充填部13,14゜15の順で2:
1:1とした。第6図において曲線Aは、触媒充填部1
3における燃焼だけKよってとるのが可能な燃焼域温度
の範囲、′f1域Bは、触媒充填部13と、触媒充填部
14あるいは15のどちらか一方との2器右組み合わせ
た場合にとるのが可能な燃焼域温度の領域、領域Cは3
器すべての組み合わせた場合にとるのが可能な燃焼域温
度の領域を表わしている。たとえば、第6図におけるa
点は第4図の触媒充填部13tl−有する燃焼域出口の
ある設定条件における温度であり、b点は同様KM媒充
填部14 、15を有する燃焼域出口の温度である。こ
こで、b点では触媒充填部14 、15への燃料は供給
されておらず、各々、予燃焼のみが起っている場合であ
る。すなわち、各々の燃焼域出口温度をa点、b点、b
点とすれば、その時のそれぞれの燃焼域より流出する燃
焼ガスが混合して流入するタービン入口@度はi点とな
り、ガスタービン負荷14%に相当する。オた同様に各
々の燃焼域温度ic点、d点、e点とすれば、ガスター
ビン入口温度はj点となり42%負荷となる。この時e
点の燃焼域では触媒充填部には予燃焼した燃焼ガスだけ
が供給されており、3器の燃焼域のうちの2器(c、d
点に相当)だけが燃料の供給をうけて触媒燃焼している
。また同様に、各々の燃燐域出ロ温度ff点2g点、h
点とすれば、ガスター −ビン入口温度はg点となり、
80%負荷に相当する。この時、3つの燃焼域はすべて
燃料の供給をうけて触媒燃焼している。この様に本発明
によれば、ガスタービンの負荷変動に充分対応可能であ
ると言える。第6図で示した範囲N、領領域、Cの形や
大きさは、触媒の種類、形状、冊数、燃料の種類、流速
等によりいろいろと定めることが可能である。
ここで、さらに触媒充填部の下流に各々燃料を追加すれ
ば、各燃焼域出口の温度がより広範囲に変えられるとと
もに、触媒充填部下流での燃焼をより安定にすることが
可能である。第7図に1例を示した。第7図において1
6 、17は燃料ノズルである。第7図におけるB−B
断面を示したのが第8図である。たとえばこの図のよう
に十字型に燃料ノズルを組んでさらに燃料を適宜追加す
る。
また9石炭ガスのように低温でも触媒によって燃焼が開
始するものに対しては、第9図に示したように、触媒充
填部上流の予燃焼を省略した型も可能である。
〔発明の効果〕
本発明に係るガスタービン燃焼器は、複数の燃焼域を設
けることにより、ガスタービンの負荷変動、特に低負荷
に対して充分に対応できる。また。
その負荷に対して何通りかの燃焼域の組み合わせをとる
ことが可能なため、最も良好な条件で効率よく触媒燃焼
を選択することが可能である。
【図面の簡単な説明】
H器1図は1通常のガスタービン燃焼器の概念断面図、
第2図は従来の触媒燃焼方式のガスタービン燃焼器の概
念断面図、第3図は従来の触媒燃焼方式のガスタービン
燃焼器のガスタービン負荷とガスタービン入口温度の関
係を表わす特性図、第4図は本発明によるガスタービン
燃焼器の一例を示す概念断面図、第5図は第4図のN−
入断面図、第6図は本発明によるガスタービン燃焼器の
対応可能な負荷範囲を示した特性図、fg7図、第9図
は本発明の応用例を示した概念断面図、第8図は第+7
図で示したガスタービン燃焼器のB−B断面図である。 1.1′・・・燃料ノズル、2・・・スパークプラグ、
3・・・燃 。 焼用空気、4・・・冷却突気、5・・・希釈空気、6・
・・ターヒンノズル、7・・触媒充填部、8・・・スワ
ラ−19,10,11,12,16,17,18・・・
燃料ノズル、13,14.15・・・触媒充填部、19
・・・濃度制御装置。 代理人弁理士 則近憲佑 (はか1名)第 1 図 ) 第 2 図 臘#−〉、 第 3 図 カスターヒン負イ折 (−/、> 第 4 図 第 5 図 第 6 図 第 7 図 第 9 図 /Q

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)触媒を用いたガスタービン燃焼器において。 IS記ガスタービン燃焼器の内部に触媒充填部を複数並
    列に設置し、さらにそれぞれの触媒充填部に流入する燃
    料と空気とからなる混合物の燃料濃度を独立に制御でき
    る手段を備えたことを特徴とするガスタービン燃焼器。
  2. (2)前記触媒充填部下流に、さらに補燃料を流入する
    手段を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載のガスタービン燃焼器。
JP5942984A 1984-03-29 1984-03-29 ガスタ−ビン燃焼器 Pending JPS60205127A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5942984A JPS60205127A (ja) 1984-03-29 1984-03-29 ガスタ−ビン燃焼器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5942984A JPS60205127A (ja) 1984-03-29 1984-03-29 ガスタ−ビン燃焼器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS60205127A true JPS60205127A (ja) 1985-10-16

Family

ID=13113011

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5942984A Pending JPS60205127A (ja) 1984-03-29 1984-03-29 ガスタ−ビン燃焼器

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JP (1) JPS60205127A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62218727A (ja) * 1986-03-19 1987-09-26 Tokyo Electric Power Co Inc:The ガスタ−ビン燃焼器
US6981865B2 (en) * 2000-02-18 2006-01-03 Nissan Motor Co., Ltd. Catalyst combustion system, fuel reforming system, and fuel cell system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62218727A (ja) * 1986-03-19 1987-09-26 Tokyo Electric Power Co Inc:The ガスタ−ビン燃焼器
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