JPS6179914A - 予混合燃焼器 - Google Patents
予混合燃焼器Info
- Publication number
- JPS6179914A JPS6179914A JP20147484A JP20147484A JPS6179914A JP S6179914 A JPS6179914 A JP S6179914A JP 20147484 A JP20147484 A JP 20147484A JP 20147484 A JP20147484 A JP 20147484A JP S6179914 A JPS6179914 A JP S6179914A
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- JP
- Japan
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- fuel
- primary
- combustion
- air
- supplied
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- Pending
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は天然ガス等の高発熱量燃料から石炭ガス等の低
発熱量燃料までを対象とするガスタービン燃焼器に係り
、特にアンモニア等の窒素化合物を含む低発熱量燃料使
用に好適なように改良したガスタービン燃焼器に関する
ものである。
発熱量燃料までを対象とするガスタービン燃焼器に係り
、特にアンモニア等の窒素化合物を含む低発熱量燃料使
用に好適なように改良したガスタービン燃焼器に関する
ものである。
ガスタービンは、その実用運転範囲が広く、特に圧縮機
と出力タービンとが同軸の発電用ガスタービンでは空気
流量が一定のため、無負荷から全負荷の定格条件までの
間において燃空比が３倍以上変化する。したがって理論
燃焼温度が高く、燃焼速度の大きい高発熱量燃料を使用
する場合でも燃料供給口が１系統の場合は低負荷状態で
燃焼反応域が空気過剰となシ、火炎温度が低下するため
に燃焼反応が中断され、未燃成分が多くなる傾向がある
。これに対して低発熱量燃料、特に低位発熱量が１２０
０日／ Ｎ ｍ Ｍ以下の燃料を燃料供給口１系統の燃
焼器で低負荷相当条件で燃焼すると、理論燃焼温度が低
く、燃焼速度の遅い火炎を更に冷却することになるため
、未燃成分が多い。
と出力タービンとが同軸の発電用ガスタービンでは空気
流量が一定のため、無負荷から全負荷の定格条件までの
間において燃空比が３倍以上変化する。したがって理論
燃焼温度が高く、燃焼速度の大きい高発熱量燃料を使用
する場合でも燃料供給口が１系統の場合は低負荷状態で
燃焼反応域が空気過剰となシ、火炎温度が低下するため
に燃焼反応が中断され、未燃成分が多くなる傾向がある
。これに対して低発熱量燃料、特に低位発熱量が１２０
０日／ Ｎ ｍ Ｍ以下の燃料を燃料供給口１系統の燃
焼器で低負荷相当条件で燃焼すると、理論燃焼温度が低
く、燃焼速度の遅い火炎を更に冷却することになるため
、未燃成分が多い。
また、燃料ガス中に窒素化合物を含んでいると燃焼によ
って公害成分である窒素酸化物に転換されることが良く
知られておシ、高発熱量燃料ではまず、燃料リッチ条件
で燃焼することによって窒素化合物の窒素を窒素ガスに
還元し、残った燃料を次段で完全燃焼することによシ燃
料中Ｎ分の窒素酸化物への転換を抑制している。しかし
、低発熱量燃料では火炎温度が低いために窒素化合物の
還元速度が遅く、また、空気に対する燃料の流量が多い
ため恍燃料が均一濃度に達するまでの所要時間が長くな
ること、及び燃料リッチ条件では可燃範囲が狭いことか
ら従来燃焼方式では窒素酸化物の抑制効果が少ない。
って公害成分である窒素酸化物に転換されることが良く
知られておシ、高発熱量燃料ではまず、燃料リッチ条件
で燃焼することによって窒素化合物の窒素を窒素ガスに
還元し、残った燃料を次段で完全燃焼することによシ燃
料中Ｎ分の窒素酸化物への転換を抑制している。しかし
、低発熱量燃料では火炎温度が低いために窒素化合物の
還元速度が遅く、また、空気に対する燃料の流量が多い
ため恍燃料が均一濃度に達するまでの所要時間が長くな
ること、及び燃料リッチ条件では可燃範囲が狭いことか
ら従来燃焼方式では窒素酸化物の抑制効果が少ない。
本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので、ガスター
ビンの全作動範囲内において窒素化合物含有燃料を高効
率で燃焼させることができ、かつ窒素化合物が窒素酸化
物に転換される率を低減し得る燃焼器を提供しようとす
るものである。
ビンの全作動範囲内において窒素化合物含有燃料を高効
率で燃焼させることができ、かつ窒素化合物が窒素酸化
物に転換される率を低減し得る燃焼器を提供しようとす
るものである。
〔発明の概要〕
上記の目的を達成する為に創作した本発明装置の基本的
原理について次に略述する。
原理について次に略述する。
窒素化合物の窒素酸化物への転換を抑制するために燃料
過濃条件で燃焼すると有効であるということは公知でお
るが、この抑制効果を高めるためには少なくとも燃料の
一部分を予混合燃焼することが必要である。また、全作
動範囲で高効率燃焼せしめるため、燃料噴口を２系統に
分け、第１系統が燃料過濃の定格燃焼状態に達した後に
第２系統を空気と予混合して第１系統の燃焼領域後流に
供給する構造とし、各系統の空燃比変化幅を小さくする
と同時に、第２系統燃料供給開始時においても第１系統
燃焼ガスと混合して燃焼が進行するようにすることが有
効である。
過濃条件で燃焼すると有効であるということは公知でお
るが、この抑制効果を高めるためには少なくとも燃料の
一部分を予混合燃焼することが必要である。また、全作
動範囲で高効率燃焼せしめるため、燃料噴口を２系統に
分け、第１系統が燃料過濃の定格燃焼状態に達した後に
第２系統を空気と予混合して第１系統の燃焼領域後流に
供給する構造とし、各系統の空燃比変化幅を小さくする
と同時に、第２系統燃料供給開始時においても第１系統
燃焼ガスと混合して燃焼が進行するようにすることが有
効である。
上述の原理に基づいて前記の目的（高効率燃焼と窒素酸
化物生成の抑制）を達成するため、本発明のガスタービ
ン用予混合式の燃焼器は、１端を閉とし、他端を開とし
た筒状のガスタービン燃焼器において、１次燃料を燃焼
せしめる第１燃焼室の後流側に２次燃料を燃焼せしめる
第２燃焼室を設け、更にその後流側に第３燃焼室を設け
、かつ、１次燃料に対する第１．第２燃焼室供給空気量
（合計）の割合を燃料の可燃範囲内とするとともに、第
１燃焼室、第２燃焼室に供給する燃料の量（合計）と空
気の量（合計）との割合を燃料過濃とし、少なくとも第
２燃焼室に供給する燃料を空気と予混合するように構成
したことを特徴とする。
化物生成の抑制）を達成するため、本発明のガスタービ
ン用予混合式の燃焼器は、１端を閉とし、他端を開とし
た筒状のガスタービン燃焼器において、１次燃料を燃焼
せしめる第１燃焼室の後流側に２次燃料を燃焼せしめる
第２燃焼室を設け、更にその後流側に第３燃焼室を設け
、かつ、１次燃料に対する第１．第２燃焼室供給空気量
（合計）の割合を燃料の可燃範囲内とするとともに、第
１燃焼室、第２燃焼室に供給する燃料の量（合計）と空
気の量（合計）との割合を燃料過濃とし、少なくとも第
２燃焼室に供給する燃料を空気と予混合するように構成
したことを特徴とする。
次に、本発明の１実施例について、第１図乃至第４図を
頭次に参照しつつ説明する。この実施例天然ガス等の高
発熱量燃料から石炭ガス化ガス等の低発熱量燃料まで使
用可能であって、特に、従来技術においては使用が困難
な低発熱量燃料を主として使用できるように構成した例
である。上記の低発熱量燃料は、従来の燃焼器に用いる
場合、低負荷時の運転範囲が限定されていたが本例の燃
焼器は低負荷においても広い範囲で運転できるように構
成したものである。この実施例の燃焼器は図示しない圧
縮機からの空気を燃焼反応域に供給するだめの圧力容、
器に相当する外筒２と、燃焼反応域を区画するライナ１
と、燃料供給用の燃料ノズル４．同７を備えている。
頭次に参照しつつ説明する。この実施例天然ガス等の高
発熱量燃料から石炭ガス化ガス等の低発熱量燃料まで使
用可能であって、特に、従来技術においては使用が困難
な低発熱量燃料を主として使用できるように構成した例
である。上記の低発熱量燃料は、従来の燃焼器に用いる
場合、低負荷時の運転範囲が限定されていたが本例の燃
焼器は低負荷においても広い範囲で運転できるように構
成したものである。この実施例の燃焼器は図示しない圧
縮機からの空気を燃焼反応域に供給するだめの圧力容、
器に相当する外筒２と、燃焼反応域を区画するライナ１
と、燃料供給用の燃料ノズル４．同７を備えている。
図示のＡ部は後に詳述するごとく１次燃焼が行われる部
分（１次燃料反応域）であって第１燃焼室に相当する部
分である０図示のＢ部は後に詳述するごとく２次燃焼が
行われる部分（２次燃料反応域１６）であって第２燃焼
室に相当する。図示のＣは最終的に完全燃焼を行わせる
ための第３燃焼室として作用する部分である。
分（１次燃料反応域）であって第１燃焼室に相当する部
分である０図示のＢ部は後に詳述するごとく２次燃焼が
行われる部分（２次燃料反応域１６）であって第２燃焼
室に相当する。図示のＣは最終的に完全燃焼を行わせる
ための第３燃焼室として作用する部分である。
本発明を実施する場合、第１燃焼室、第２燃焼室および
第３燃焼室は必ずしも隔壁によって区分する必要は無く
、本例の如く互いに連通した空間であっても良い。
第３燃焼室は必ずしも隔壁によって区分する必要は無く
、本例の如く互いに連通した空間であっても良い。
ガスタービン起動時には起動用燃料供給配管２２から流
量制御弁２３を経て、第１燃料ノズル４に設けられた起
動用燃料ノズル６がら起動用燃料をライナ１内に供給す
ると共に、圧縮機から１次燃料用の空気孔８．−次子混
合通路１２を経て供給された空気と混合して、図示しな
い点火装置で着火して燃焼を始める。
量制御弁２３を経て、第１燃料ノズル４に設けられた起
動用燃料ノズル６がら起動用燃料をライナ１内に供給す
ると共に、圧縮機から１次燃料用の空気孔８．−次子混
合通路１２を経て供給された空気と混合して、図示しな
い点火装置で着火して燃焼を始める。
次に燃料供給管１９がら一次燃料流量制御弁２０を経て
第１燃料ノズル４内の一次燃料噴口５から一次燃料を供
給し、−次燃料用空気孔８がら供給された空気といっし
ょに−次子混合通路１２を流すことによって予混合気を
形成し、既に起動用燃料が燃焼している一次燃料反応域
１５において燃焼を始める。そして起動用燃料無しで一
次燃料が連続して燃焼可能な条件まで一次燃料流量を増
した後、起動用燃料を停止する。その後、−次燃料反応
域１５が定格の燃料過剰条件に達するまで一次燃料を増
す。この状態では一次燃焼反応域１５内だけでは燃焼が
完了しないため、二次燃料用空気孔９からも空気を加え
、二次燃料反応域１６内において燃焼を行わせて完全燃
焼に近い燃焼を行わせる。
第１燃料ノズル４内の一次燃料噴口５から一次燃料を供
給し、−次燃料用空気孔８がら供給された空気といっし
ょに−次子混合通路１２を流すことによって予混合気を
形成し、既に起動用燃料が燃焼している一次燃料反応域
１５において燃焼を始める。そして起動用燃料無しで一
次燃料が連続して燃焼可能な条件まで一次燃料流量を増
した後、起動用燃料を停止する。その後、−次燃料反応
域１５が定格の燃料過剰条件に達するまで一次燃料を増
す。この状態では一次燃焼反応域１５内だけでは燃焼が
完了しないため、二次燃料用空気孔９からも空気を加え
、二次燃料反応域１６内において燃焼を行わせて完全燃
焼に近い燃焼を行わせる。
次に燃料供給管１９から二次燃料流量制御弁２１を経て
第２燃料ノズル７から二次予混合通路１３内に二次燃料
を噴射し、二次燃料用空気孔９からの空気と予混合した
後にライナ１内に供給し、−次燃料反応域１５からの未
燃分を含む高温燃焼ガスと混合しつつ、二次燃料反応域
１６で完全燃焼し、二次燃料が増すと二次予混合通路１
３内は空気過剰であっても二次燃料反応域１６平均では
燃料過剰となシ、更に定格条件近傍では二次予混合通路
１３内も燃料過剰となるために二次燃料反応域１６では
完全燃焼できなくなる。とのため二次空気孔１０から二
次空気を供給して、二次燃焼域１７で完全燃焼させる。
第２燃料ノズル７から二次予混合通路１３内に二次燃料
を噴射し、二次燃料用空気孔９からの空気と予混合した
後にライナ１内に供給し、−次燃料反応域１５からの未
燃分を含む高温燃焼ガスと混合しつつ、二次燃料反応域
１６で完全燃焼し、二次燃料が増すと二次予混合通路１
３内は空気過剰であっても二次燃料反応域１６平均では
燃料過剰となシ、更に定格条件近傍では二次予混合通路
１３内も燃料過剰となるために二次燃料反応域１６では
完全燃焼できなくなる。とのため二次空気孔１０から二
次空気を供給して、二次燃焼域１７で完全燃焼させる。
希釈空気孔１１からはガス温度制御用空気を供給し、希
釈混合域１８で空気と燃焼ガスとを混合する。
釈混合域１８で空気と燃焼ガスとを混合する。
前述の一次、二次燃料配分の一例として両者を５０慢ず
つとした場合の燃料供給パターンを第２図に示す。
つとした場合の燃料供給パターンを第２図に示す。
第２図の燃料供給パターンに起動用燃料を加えた場合の
各反応域当量比（理論燃空比に対する割合）を第３図に
示す。本図表に示す如く、−次燃料反応領域の当量比が
１．０以上の燃料過剰となって一次燃料の一部を二次燃
料反応領域で燃焼しなければならない場合には二次燃料
反応領域の平均当量比が可燃範囲にはいるように空気量
を配分しておる。
各反応域当量比（理論燃空比に対する割合）を第３図に
示す。本図表に示す如く、−次燃料反応領域の当量比が
１．０以上の燃料過剰となって一次燃料の一部を二次燃
料反応領域で燃焼しなければならない場合には二次燃料
反応領域の平均当量比が可燃範囲にはいるように空気量
を配分しておる。
この結果、ガスタービンの無負荷に相当する燃料流量３
０％近傍では全体が理論燃焼状態に近いために燃料中室
素化合物による窒素酸化物（フューエルＮ０ｘ）への転
換率は高いが、ガスタービンの２５％負荷に相当する燃
料流量５０慢では全体が燃料過剰燃焼となってフューエ
ルＮ０ｗ転換率が最小となシ、燃料流量が５０％以上に
達するとその値から５ｏｉｌ差し引いた燃料が二次燃料
として供給され、二次燃料反応域で空気過剰燃焼をする
ために全体のフューエルＮ Ｏｘ転換率は一時的に上昇
する。しかし、燃料流量が１００％に近ずくと二次燃料
反応域も燃料過剰燃焼となるために７ユーエルＮＯｘ転
換率は低下する。したがってフューエルＮ Ｏｘ転換率
としては全作動範囲で低い値が得られる。
０％近傍では全体が理論燃焼状態に近いために燃料中室
素化合物による窒素酸化物（フューエルＮ０ｘ）への転
換率は高いが、ガスタービンの２５％負荷に相当する燃
料流量５０慢では全体が燃料過剰燃焼となってフューエ
ルＮ０ｗ転換率が最小となシ、燃料流量が５０％以上に
達するとその値から５ｏｉｌ差し引いた燃料が二次燃料
として供給され、二次燃料反応域で空気過剰燃焼をする
ために全体のフューエルＮ Ｏｘ転換率は一時的に上昇
する。しかし、燃料流量が１００％に近ずくと二次燃料
反応域も燃料過剰燃焼となるために７ユーエルＮＯｘ転
換率は低下する。したがってフューエルＮ Ｏｘ転換率
としては全作動範囲で低い値が得られる。
第４図に前記と異なる実施例の断面図を示す。
前記実施例（第１図）に比して異なる点は、−次燃料を
予混合燃焼せず、スワーラ２４．空気孔２５からの空気
によって一次燃料を拡散燃焼していることでめる。この
ように構成しても、前例と同様の燃料配分、空気配分を
行うことによって前例と同様の効果が得られる。
予混合燃焼せず、スワーラ２４．空気孔２５からの空気
によって一次燃料を拡散燃焼していることでめる。この
ように構成しても、前例と同様の燃料配分、空気配分を
行うことによって前例と同様の効果が得られる。
以上詳述したように、本発明を適用すると、ガスタービ
ンの全作動範囲内において窒素化合物含有燃料を高効率
で燃焼させることかで鳶、かつ窒素化合物が窒素酸化物
に転換される率を低減し得るという優れた実用的効果を
奏し、エネルギーの節減、並びに公害の防止に貢献する
ところ多大でおる。
ンの全作動範囲内において窒素化合物含有燃料を高効率
で燃焼させることかで鳶、かつ窒素化合物が窒素酸化物
に転換される率を低減し得るという優れた実用的効果を
奏し、エネルギーの節減、並びに公害の防止に貢献する
ところ多大でおる。
第１図は本発明の予混合燃焼器の１実施例の断面図、第
２図は上記実施例における一次燃料および二次燃料の供
給量を示す図表、第３図は同じく燃焼状態の時間的変化
を示す図表である。第４図は前記と異なる実施例の断面
図である。 １・・・ライナ、２・・・外筒、３・・・−次ライナ、
４・・・第１燃料ノズル、５・・・−次燃料噴口、６・
・・起動用燃料ノズル、７・・・第２燃料ノズル、８・
・・−次燃料空気孔、９・・・二次燃料空気孔、１２・
・・−次子混合通路、１３・・・二次予混合通路、１５
・・・−次燃料反応域、１６・・・二次燃料反応域、１
７・・・二次燃焼域、１９・・・燃料供給管、２ｏ・・
・起動用燃料供給管。
２図は上記実施例における一次燃料および二次燃料の供
給量を示す図表、第３図は同じく燃焼状態の時間的変化
を示す図表である。第４図は前記と異なる実施例の断面
図である。 １・・・ライナ、２・・・外筒、３・・・−次ライナ、
４・・・第１燃料ノズル、５・・・−次燃料噴口、６・
・・起動用燃料ノズル、７・・・第２燃料ノズル、８・
・・−次燃料空気孔、９・・・二次燃料空気孔、１２・
・・−次子混合通路、１３・・・二次予混合通路、１５
・・・−次燃料反応域、１６・・・二次燃料反応域、１
７・・・二次燃焼域、１９・・・燃料供給管、２ｏ・・
・起動用燃料供給管。
Claims (1)
- １、１端を閉とし、他端を開とした筒状のガスタービン
燃焼器において、１次燃料を燃焼せしめる第１燃焼室の
後流側に２次燃料を燃焼せしめる第２燃焼室を設け、更
にその後流側に第３燃焼室を設け、かつ、１次燃料に対
する第１、第２燃焼室供給空気量（合計）の割合を燃料
の可燃範囲内とするとともに、第１燃焼室、第２燃焼室
に供給する燃料の量（合計）と空気の量（合計）との割
合を燃料過濃とし、少なくとも第２燃焼室に供給する燃
料を空気と予混合するように構成したことを特徴とする
予混合式の燃焼器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20147484A JPS6179914A (ja) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | 予混合燃焼器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20147484A JPS6179914A (ja) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | 予混合燃焼器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6179914A true JPS6179914A (ja) | 1986-04-23 |
Family
ID=16441677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20147484A Pending JPS6179914A (ja) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | 予混合燃焼器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6179914A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6224274U (ja) * | 1985-07-23 | 1987-02-14 | ||
| JPS6270265U (ja) * | 1985-10-21 | 1987-05-02 | ||
| JPH01139919A (ja) * | 1987-11-27 | 1989-06-01 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービン燃焼方法及びその燃焼装置 |
| JPH0275820A (ja) * | 1988-09-08 | 1990-03-15 | Toshiba Corp | ガスタービン燃焼器 |
| JPH05149149A (ja) * | 1991-11-29 | 1993-06-15 | Toshiba Corp | ガスタービン燃焼器 |
| WO2002063214A1 (en) * | 2001-02-06 | 2002-08-15 | Volvo Aero Corporation | A method and a device for supplying fuel to a combustion chamber |
| JP2002538345A (ja) * | 1998-03-13 | 2002-11-12 | ジンター−バスト−コーポレイション | 高効率低公害のハイブリッド型ブレイトンサイクル燃焼装置 |
| USRE43252E1 (en) | 1992-10-27 | 2012-03-20 | Vast Power Portfolio, Llc | High efficiency low pollution hybrid Brayton cycle combustor |
| US8286594B2 (en) | 2008-10-16 | 2012-10-16 | Lochinvar, Llc | Gas fired modulating water heating appliance with dual combustion air premix blowers |
| US9097436B1 (en) | 2010-12-27 | 2015-08-04 | Lochinvar, Llc | Integrated dual chamber burner with remote communicating flame strip |
| US9464805B2 (en) | 2013-01-16 | 2016-10-11 | Lochinvar, Llc | Modulating burner |
-
1984
- 1984-09-28 JP JP20147484A patent/JPS6179914A/ja active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0443726Y2 (ja) * | 1985-07-23 | 1992-10-15 | ||
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| JP2758301B2 (ja) * | 1991-11-29 | 1998-05-28 | 株式会社東芝 | ガスタービン燃焼器 |
| USRE43252E1 (en) | 1992-10-27 | 2012-03-20 | Vast Power Portfolio, Llc | High efficiency low pollution hybrid Brayton cycle combustor |
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| US9464805B2 (en) | 2013-01-16 | 2016-10-11 | Lochinvar, Llc | Modulating burner |
| US10208953B2 (en) | 2013-01-16 | 2019-02-19 | A. O. Smith Corporation | Modulating burner |
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