JPS62155422A - 多段燃焼器とその運転方法 - Google Patents

多段燃焼器とその運転方法

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JPS62155422A
JPS62155422A JP61302728A JP30272886A JPS62155422A JP S62155422 A JPS62155422 A JP S62155422A JP 61302728 A JP61302728 A JP 61302728A JP 30272886 A JP30272886 A JP 30272886A JP S62155422 A JPS62155422 A JP S62155422A
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combustor
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air
nitrogen
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    • F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/30—Adding water, steam or other fluids for influencing combustion, e.g. to obtain cleaner exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
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    • F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
    • F23C6/045—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F23M5/08—Cooling thereof; Tube walls
    • F23M5/085—Cooling thereof; Tube walls using air or other gas as the cooling medium

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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、少ないＮＯｘ発生量で窒素含有ガスを予備燃
焼するための多段燃焼器とその運転方法に関する。
〔従来の技術〕
例えば石炭を酸素でガス化する場合、ＮＨ３およびＨＣ
Ｎの形で燃料化合窒素を含んでいる平均発熱量のガスが
発生する。またしばしば別の燃料物質は化合物の形で窒
素を含んでいる。かかる燃料物質を通常の燃焼器で燃焼
する場合、燃焼で原子分解された窒素が酸化するために
、多量のＮＯＸが生ずる。更に拡散炎における最高温度
は、多量のサーマルＮＯ×が生ずるほどの高さになる。
この問題を解決するために種々の方式が知られている。
即ち例えばＮＨ３およびＨＣＮは、燃焼が行われる前に
、まずガス洗浄器によって除去される。
次の文献には、定置形ガスタービンにおける従来の技術
の展望が記載されている。
最終レポート［定置形ガスタービンエンジンの改良形燃
焼システム（ＡＤＶＡＮＣＥＤ　ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ
　ＳＹＳＴＥＭＳ　　ＦＯＲ５ＴＡＴＩＯＮＡＲＹ　　
ＧＡＳ　　ＴＵＲＢＩＮＥ　　ＥＮＧＩＮＲＳ）　　Ｊ
　　第１、　　Ｉｌ、　ＩＩＩ、　Ｉ’／巻、ピアース
（Ｒ，Ｍ、Ｐｉｅｒｃｅ）等著、米国技術協会（Ｐｒａ
ｔｔ　＆　Ｗｈｉｔｎｅｙ　Ａｉｒｃｒａｆｔ　Ｇｒｏ
ｕｐＧｏｖｅｒｎｍｅｎｔ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　Ｄｉｖ
ｉｓｉｏｎ、住所Ｗｅｓｔ　Ｐａ１ｍＢｅａｃｈ＋Ｆｌ
ｏｒｉｄａ　　３３４０２；約定Ｎｏ、６８−０２−２
１３６　、米国環境保護庁研究開発部門Ｗａｓｈｉｎｇ
ｔｏｎ、ＤＣ２０４６０に対して１９８０年３月３１日
付でＮｒ、ＰＲ−１１４０５として作成された。） この文献の第■巻における第２頁以降に、化合窒素を持
つ燃料物質を燃焼するための構想が記載されている。そ
の場合まず一次燃焼段において燃料豊富混合物の燃焼が
行われ、次に二次燃焼段において過剰空気で再燃焼が行
われる。更にここに記載された構想の場合、予備混合室
が設けられている。
米国機械エンジニア協会（ＡＭＥＲＩＣＡＮ　５ＯＩｊ
ＥＴＹ　ＯＦＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ　　ＥＮＧＩＮ肛Ｒ
１’ｉ　　（ＡＳＭＥ）　　Ｎｒ、８２−ＧＴ−２９）
　　題名［選択的燃料−ザイロ燃焼器におけるバーナ設
計および噴射特性（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ　Ｆｕｅｌ
ｓ：　Ｒｕｒｎｅｒ　Ｃｏｎｃｅｐｔｓ　ａｎｄ　Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ
　ａ　５ｔ１ｏ　Ｃｏｍｂｕｓｔｏｒ）著者クロカラ（
Ｗ、Ｋｒｏｃｋｏｗ）およびシャプハード（Ｈ，５ｃｈ
ａｂｂｅｈａｒｄ）の文献において、化合窒素を持つ燃
料を燃焼する際のＮＯｘの発生に関する種々の制御方式
が記載されている。ここで多量の不活性物質例えば原子
窒素がＮＯｘの発生を減少することが知られている。か
かる混合物の低い発熱量により、すべての反応が低温レ
ベルで進行し、従って非常にゆっくりと進行する。これ
によって冷却上の問題を生ずる大きな表面積の大形燃焼
器が必要とされるか、原子窒素の窒素Ｎ２への再結合率
が小さ過ぎる。
上述した２段階における燃焼は、はじめの燃料豊富な一
次燃焼室においてλ−０．６〜０．９の空気数で燃料が
崩壊する利点があり、その場合酸素不足のためにＮｏは
僅かしか生じないので、Ｎは主にＮ２に再結合する。も
っとも一次燃焼室における高温は、流入する空気が反応
し、壁温に近い高温を生じるので、冷却上の大きな問題
を生じる。
更にλ＃１の空気数の範囲において再燃焼するために空
気を混合する場合、非常に多量のサーマルＮＯｘが生じ
、これは空気との急速な混合によっても完全に防止でき
ない。
上述した最初の文献の第ｎ巻における例えば第１０〜ｌ
ＩＷ、に、一次燃焼器に対する冷却装置が記載されてい
るが、ここに記載の方式は経費がかかり、例えば冷却媒
体として水を利用する場合、種々の問題を伴っている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、小さな構造容積で、ＮＯｘの発生量が
少なく、上述した従来の欠点が除去されるような窒素含
有ガスを燃焼する燃焼器を作ること、およびその燃焼器
を運転する方法を提供することにある。
〔問題点の解決手段〕
本発明によればこの目的は、特許請求の範囲第１項の特
徴部分に記載した手段によって達成される。有利な実施
態様は特許請求の範囲第２項ないし第７項に記載されて
いる。これらの本発明に基づく燃焼器を運転する方法は
特許請求の範囲第８項ないし第１３項に記載されている
。
〔作用効果〕
図面を参照して後述するように本発明は、ＮＯｘの発生
量を減少するために主に２つの方式を育効に結合してい
る。まず燃料豊富な一次燃焼段を持った多段燃焼の原理
的な方式をとっている。一次燃焼段の構造容積を高い燃
焼温度において小さく保ち、壁の過熱を防止するために
、一次燃焼段は不活性物質供給装置によって取り囲まれ
、その壁は、不活性物質好適には窒素を供給する多数の
開口を有している。その場合開口は、不活性物質が壁に
沿って燃焼ガスと平行に流れるように形成されている。
このようにして燃焼領域は、酸素が存在しないので壁か
ら押しのけられ、同時に壁は流入する不活性物質によっ
て冷却される。両方の相乗効果により、一次燃焼段の内
部が高い燃焼温度にも拘わらず、壁温を非常に低下させ
ることができる。原理的にはその場合再燃焼は公知の方
式と同じように行われる。
一次燃焼段の終端において、再燃焼が行われる前に、不
活性物質の追加量を供給すると、特に有利である。一次
燃焼段の終端において更に不活性物質を供給することに
よって、λ＃１の空気数で燃料・空気混合物が得られる
前に、温度が低下する。即ちサーマルＮＯｘの減少が達
成される。その場合原理的には供給される不活性物質の
選択は使用される燃料に左右され、その場合窒素含有石
炭ガスに対しては、空気分解装置からもともと得られる
窒素が使用される。
多くの用途に対して、一次燃焼段の後方において不活性
物質および空気を必ずしも別々に供給する必要はない。
これら両方の物質を同時に供給する場合も大きな利点を
生ずる。
〔実施例〕
以下図面に示した本発明に基づ〈実施例について説明す
る。本発明の理解にとって不必要なガスタービン部分は
省略されている・ 図面は燃焼器を示しており、これは基本的には燃料豊富
混合物を予備燃焼するための一次燃焼段７と再燃焼する
ための二次燃焼段１１との２つの燃焼段を有している。
ガス入口１および良好な混合を得るための旋回装置３を
備えた空気入口２によって、−火燃焼段７の中で燃料豊
富混合物が発生される。−火燃焼段７の壁８は窒素供給
装置４によって取り囲まれ、多数の開口５を有しており
、これらの開口５を通して窒素が一次燃焼室７に流入す
る。その場合開口５は、窒素が好適には壁８に沿って燃
焼ガスの流れ方向に流れ、そのようにして璧８の近くに
防護ブランケットを形成する。
この防護ブランケットは燃焼領域を壁８から押しのけ、
更に窒素の流入により壁８を補助的に冷却する。この相
乗効果により、壁８の熱負荷は著しく軽減され、−火燃
焼段７はその内部が高い燃焼温度になるにも拘わらず、
非常にコンパクトに構成できる。供給される窒素は一次
燃焼段７における燃焼過程を阻害せず、また再燃焼の際
にサーマルＮＯｘの形成を阻止する補助的な不活性物質
として積極的に作用する。この効果を一層助成するため
に、および燃焼ガスを一次燃焼段７の後方で冷却するた
めに、この−火燃焼段７はその終端範囲に、多量の窒素
を供給するための別の入口開口６を有している。この補
助的な窒素は燃焼ガスに混合されて、この燃焼ガスが冷
却した後ではじめて、空気入口９を介して別の空気が混
合され、過剰空気において再燃焼が行われる。この処直
によって二次燃焼段１１において同様にほんの僅かしか
ＮＯｘは生じない。必要な場合燃焼器の出口１２の前に
おいて別の入口１０を通して廃ガスに更に混合空気が供
給される。
上述した実施例は単に本発明の一実施例に過ぎない。壁
範囲において不活性物質を供給して燃料豊富混合物を予
備燃焼するための一次燃焼段の冷却は、別の装置におい
ても実施できる。即ち一次燃焼段には原理的には予備燃
焼領域を前置接続することもできるが、これは本発明が
正に避けようとしていることである。場合によっては更
に、例えば構造長さのような周辺条件によって必要であ
る場合、−火燃焼段と二次燃焼段との間における中間範
囲において、不活性物質および空気が供給される。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明に基づくガスタービンの燃焼器の概略断面
図である。 １：ガス入口、２：空気入口、４：不活性物質供給装置
、５：入口開口、６：入口開口、７：−火燃焼室、８：
壁、９，１０：空気入口、１１：二次燃焼室、１２：出
口。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）空気数が約λ＝０．６〜０．９の燃料豊富混合物質
    を予備燃焼するために少なくとも１つの一次燃焼段（７
    ）と、約λ＝１．３〜２の大きな過剰空気で再燃焼する
    ための少なくとも１つの二次燃焼段（１１）とから成り
    、その場合ガスがガス入口（１）を介して、空気が空気
    入口（２）を介して、場合によってはガスおよび空気の
    両方が予備混合領域を通過した後で一緒に一次燃焼段（
    ７）に導かれるような少ないＮＯ＿ｘ発生量で窒素含有
    ガスを燃焼するための多段燃焼器において、一次燃焼段
    （７）がその壁（８）にわたって分布された多数の入口
    開口（５）を有し、これらの入口開口（５）が不活性物
    質供給装置（４）に接続されていることを特徴とする多
    段燃焼器。 ２）不活性物質が壁（８）に沿って好適にはガス流れ方
    向に流入するように入口開口（５）が、形成されている
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃焼器。 ３）一次燃焼段（７）の終端範囲に多量の不活性物質用
    の入口開口（６）が設けられていることを特徴とする特
    許請求の範囲第１項または第２項記載の燃焼器。 ４）不活性物質供給装置（４）が窒素を供給することを
    特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
    か１つに記載の燃焼器。 ５）不活性物質供給装置（４）が選択的に窒素あるいは
    別の不活性物質例えば蒸気を供給することを特徴とする
    特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１つに記
    載の燃焼器。 ６）二次燃焼段（１１）が空気数を例えばλ＝１．３〜
    ２に高めるための空気入口（９）と、場合によっては混
    合空気を供給する空気入口（１０）とを有していること
    を特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項のいず
    れか１つに記載の燃焼器。 ７）一次燃焼段（７）の終端範囲に不活性物質・空気混
    合物を供給するための入口開口（６）が設けられている
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項、第４
    項および第５項のいずれか１つに記載の燃焼器。 ８）まず一次燃焼段（７）において空気数が約λ＝０．
    ６〜０．９で予備燃焼し、次に二次燃焼段において空気
    数が約λ＝１．３〜２で再燃焼するようにして少ないＮ
    Ｏ＿ｘ発生量で窒素含有ガスを２段燃焼する方法におい
    て、一次燃焼段（７）においてその壁（８）における多
    数の入口開口（５）を介して不活性物質が供給され、こ
    の不活性物質が壁（８）を冷却し、燃焼領域を壁（８）
    から遠ざけることを特徴とする多段燃焼器の運転方法。 ９）不活性物質として窒素が用いられることを特徴とす
    る特許請求の範囲第８項記載の方法。 １０）窒素を含まない燃料物質を使用する場合別の不活
    性物質例えば蒸気が用いられることを特徴とする特許請
    求の範囲第８項記載の方法。 １１）一次燃焼段（７）の終端範囲に二次燃焼段（１１
    ）における再燃焼が行われる前に、追加的に不活性物質
    量が供給されることを特徴とする特許請求の範囲第８項
    または第９項記載の方法。 １２）一次燃焼段（７）の終端範囲に二次燃焼段（１１
    ）における再燃焼のために不活性物質・空気混合物が供
    給されることを特徴とする特許請求の範囲第８項または
    第９項記載の方法。 １３）不活性物質として窒素が用いられ、その二次燃焼
    段（１１）へ流入する際の量が約１０〜７０重量％であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１１項または第１
    ２項記載の方法。
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