JPS62218727A - Gas turbine combustor - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の技術分野]
本発II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
窄素酸化物(以下、NOxと称す)の発生量が少なく、
且つ、良好な燃焼効率を有する触媒燃焼方式のガスター
ビン燃焼器に関する。Detailed Description of the Invention [Technical Field of the Invention] The present invention II relates to a gas turbine combustor used in a gas turbine power generation system, and more specifically, to a method for reducing nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx) during combustion. The amount generated is small,
The present invention also relates to a catalytic combustion type gas turbine combustor that has good combustion efficiency.
[発明の技術的背景とその問題点]
近年、石油資源等の枯渇化に伴い、種々の桟付エネルギ
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。これらの要求に応えるものの
中には、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。[Technical background of the invention and its problems] In recent years, with the depletion of petroleum resources and the like, various types of energy are required, but at the same time, efficient use of energy resources is also required. Examples of systems that meet these demands include gas turbine/steam turbine combined cycle power generation systems that use natural gas as fuel or coal gasification gas turbine/steam turbine combined cycle power generation systems, which are currently being studied.
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、発電動((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。These gas turbine/steam turbine combined cycle power generation systems are expected to increase their production in the future due to their high power generation (() compared to conventional steam turbine power generation systems that use fossil fuels. It is expected to be a power generation system that can effectively convert fuels such as natural gas and coal gasified gas into electricity.
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、従来より、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。このような燃焼器の一例を第5図に示す、第5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
着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。BACKGROUND ART Conventionally, in a gas turbine combustor used in a gas turbine power generation system, a mixture of fuel and air is ignited using a spark plug or the like to perform homogeneous combustion. An example of such a combustor is shown in FIG. 5. In the combustor shown in FIG. 5, fuel injected from a fuel nozzle 1 is mixed with combustion air 3, ignited by a spark plug 2, and combusted. It is something. Cooling air 4 and dilution air 5 are added to the burned gas, that is, the combustion gas, and after cooling and diluting it to a predetermined turbine inlet temperature, it is injected into the gas turbine from the turbine nozzle 6. 8 is a swirler.
このような従来の燃焼器における重大な問題点の一つは
、燃料の燃焼時に多量のNO!ガスが生成して環境汚染
等を引き起こすことである。One of the serious problems with such conventional combustors is that a large amount of NO! is produced when the fuel is combusted. Gas is generated and causes environmental pollution.
」:記したNOxが生成する理由は、燃料の燃焼時にお
いて、燃焼器内に高温部が存在することにある。 NO
Xは1通常、燃料中に窒素成分が存在していない場合に
は、燃焼用空気中の窒素と酸素力(以下に示す式により
反応して生成する。”: The reason why the NOx described above is generated is that a high temperature section exists in the combustor during combustion of fuel. NO
X is 1. Normally, when there is no nitrogen component in the fuel, it is produced by reacting with nitrogen in the combustion air and oxygen (according to the formula shown below).
)12+ 02:! 2NO
上記反応は、高温になる程、右側に移行して一酩化窒素
(MO)の生成量:が増加する。そしてこのNOの一部
は更に酸化されて二酩化窒素(NO2)を生成する。)12+02:! 2NO In the above reaction, the higher the temperature, the more the reaction shifts to the right side and the amount of nitrogen monofluoride (MO) produced increases. A portion of this NO is further oxidized to produce nitrogen dioxide (NO2).
第6図は、第5図に例示した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0
図に示した如く、燃焼器内の温度分布は極大値を持って
おり、最高温度に達した後は、冷却及び外水空気により
所定のタービン入口温度まで冷却されている。燃焼器内
の最高温度は、2000℃にも達する場合があるために
、この近辺においては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では、部分的
に高温部が存在するために、 NOXの生成量が多いと
いう問題点がある。従って、燃焼器の下流番こは排煙脱
硝装置等を設けねばならず、装置が複雑にならざるを得
ない。FIG. 6 shows the temperature distribution in the fluid flow direction in the conventional gas turbine combustor illustrated in FIG.
As shown in the figure, the temperature distribution within the combustor has a maximum value, and after reaching the maximum temperature, the combustor is cooled to a predetermined turbine inlet temperature by cooling and external water air. Since the maximum temperature inside the combustor can reach as high as 2000° C., the amount of NOx produced rapidly increases around this temperature. As described above, the conventional gas turbine combustor has a problem in that a large amount of NOx is produced due to the presence of a partially high-temperature section. Therefore, a flue gas denitrification device or the like must be installed downstream of the combustor, which inevitably makes the device complicated.
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。In order to solve these problems with gas turbine combustors, various combustion systems are being studied.
生成するNow 14を低減することができれば、排煙
脱硝装置を省略或いは簡略化することができるが、かか
る低NOx化を目的とした燃焼方式としては5次のもの
が挙げられる。即ち、
(1)水J気或いは水噴射を行なう方式。If the generated Now 14 can be reduced, the flue gas denitrification device can be omitted or simplified, and the fifth-order combustion method can be cited as a combustion method aimed at such a reduction in NOx. That is, (1) A method of performing water jetting or water injection.
(2)燃焼用空気を二段に分けて導入して燃焼を二段階
に燃焼させる二段燃焼方式、及び(3) +JIガス再
f+還方式
しかしながら、これらの方式には以下のような問題があ
る。すなわち、(りの方式は、水蒸気或いは水を噴射す
るために燃焼器の熱効率が悪くなり、(2)の方式は、
二段階で空気を導入するために、それぞれ導入する空気
量の調節を充分注意しなければならず、又、燃焼器内の
最高温度が未だ充分低くはないために、 NOx 51
の低減効果も充分ではなく、更に、(3)の方式は、大
気圧下での燃焼には通用可能であるが、ガスタービン燃
焼器の様に、高圧中で燃焼させる場合には不適当である
。という問題である。(2) Two-stage combustion method in which combustion air is introduced in two stages and combustion is carried out in two stages, and (3) +JI gas ref + recirculation method.However, these methods have the following problems. be. In other words, in method (2), the thermal efficiency of the combustor deteriorates because steam or water is injected, and in method (2),
Since air is introduced in two stages, the amount of air introduced must be carefully adjusted, and the maximum temperature inside the combustor is still not low enough, resulting in NOx 51
Furthermore, although method (3) can be used for combustion under atmospheric pressure, it is not suitable for combustion under high pressure, such as in gas turbine combustors. be. This is the problem.
以上の(1)、(2)、(3)の方式はいずれも気相の
みにおける均一系反応に基づく方式であるが、最近、こ
れに代るものとして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1,1て燃料と空気との混合
物を燃焼せしめるものである。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、冷却用空気を必
要とせず、燃焼用空気が増加するために、最高温度が低
くなりNOxが急激に発生する高温部の形成を回避でき
、従って、発生するNOX lを極めて少なくすること
が可能である。又、タービン入口温度も従来のものと変
わりなく、燃料を完全燃焼させることができる。The above methods (1), (2), and (3) are all based on homogeneous reactions only in the gas phase, but recently, as an alternative to this, heterogeneous combustion using a solid phase catalyst has been proposed. A method (hereinafter referred to as a catalytic combustion method) has been proposed. This catalytic combustion method uses a catalyst to combust a mixture of fuel and air. According to this method, combustion can be started at a relatively low temperature, no cooling air is required, and the amount of combustion air increases, resulting in the formation of a high temperature zone where the maximum temperature is low and NOx is rapidly generated. Therefore, it is possible to extremely reduce the amount of NOX l generated. Furthermore, the turbine inlet temperature remains unchanged from conventional turbines, allowing complete combustion of the fuel.
第7図は、触媒燃焼方式に用いる燃焼器の1例を示した
概念図である0図中の数字はそれぞれ第5図と同じ要素
を表わす、この燃焼器は触媒充填域7を備えることが構
造上の特徴である。触媒充填域7には、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
混合気体が燃焼させられる。この方式においては、触媒
充填域7の下流において燃焼用空気を供給することは必
ずしも必要としない。FIG. 7 is a conceptual diagram showing an example of a combustor used in a catalytic combustion system. The numbers in FIG. 7 represent the same elements as in FIG. It is a structural feature. The catalyst filling area 7 is normally filled with a combustion catalyst having a honeycomb structure, in which a mixture of fuel and air is combusted. In this system, it is not necessarily necessary to supply combustion air downstream of the catalyst filling area 7.
しかしながら、この方式の燃焼器の場合も次のような問
題がある。すなわち、第1の問題は、現在検ailされ
ている燃焼器におけるタービンへの供給燃料ガスの温度
が1100〜1200℃であり、これにだいし燃焼触媒
の耐熱温度が高々1200℃程度であるということであ
る。つまり、触媒充填域7内で燃料を完全燃焼させた場
合には、触媒の温度が1200℃以上に上昇することが
あり、その結果、触媒の熱劣化、熱破損が生じてその機
能が減退若しくは喪失するという問題である。However, this type of combustor also has the following problems. That is, the first problem is that the temperature of the fuel gas supplied to the turbine in the combustor currently being tested is 1100 to 1200°C, and the heat resistance temperature of the combustion catalyst is about 1200°C at most. It is. In other words, when the fuel is completely combusted in the catalyst filling area 7, the temperature of the catalyst may rise to over 1200 degrees Celsius, and as a result, the catalyst may undergo thermal deterioration or thermal damage, resulting in a reduction in its function or It is a matter of loss.
第2の問題は、触媒充填域7内が高温になればなるほど
該充填域7内を通流する燃焼ガスの流速は大きくなるこ
とに起因して触媒充填域7におけるガスの圧力損失が大
きくなってガスタービンの効率を低下させるという問題
である。The second problem is that the higher the temperature inside the catalyst-filled area 7, the higher the flow rate of the combustion gas flowing through the catalyst-filled area 7, which causes the gas pressure loss in the catalyst-filled area 7 to increase. This is a problem that reduces the efficiency of the gas turbine.
この問題への対策として1本発明者らは、触媒充填域7
の上流と下流の領域それぞれで燃料を分割して供給し、
上流領域における燃料ガスと空気とのhl、比(以下F
/Aという)を所定値に規定して触媒充填域での温度上
昇を規定したF/Aにおける気相着火温度以下に設定し
、しかし、タービン人口においては所望の温度を得る方
法を開発し、それをすでに特願昭58−229887号
として出願した。As a countermeasure to this problem, the present inventors have proposed
The fuel is divided and supplied to the upstream and downstream regions of the
hl, ratio of fuel gas and air in the upstream region (hereinafter referred to as F
/A) is defined to a predetermined value, and the temperature rise in the catalyst filling area is set below the gas phase ignition temperature in the defined F/A, but a method is developed to obtain the desired temperature in the turbine population, This has already been filed as Japanese Patent Application No. 58-229887.
しかしながら、ガスタービン燃焼器のように大量のガス
流体を処理する場合には、上記F/Aを所定値に保持し
続けることは非常に困難でありその値は通常設定値近傍
で変動する。 F/Aの変動は。However, when processing a large amount of gas fluid as in a gas turbine combustor, it is very difficult to maintain the F/A at a predetermined value, and the value usually fluctuates around the set value. What is the change in F/A?
たとえそれが微少であっても、燃焼触媒への影響は極め
て大である。すなわち、燃焼触媒の種類によって異なっ
てくるが、F/Aの値がその許容限界よりわずかでも小
さくなると充填域内での触媒燃焼は生起せず、逆にわず
かでも大きくなると触媒燃焼が急激に進行して触媒温度
はその耐熱温度以上に上昇して触媒の熱劣化若しくは熱
破損が生起してしまう、また、供給する燃料の成分が変
動する場合、例えば、突然に燃焼し易い燃料が供給され
た場合なども上記のような事態が発生する。Even if it is minute, the effect on the combustion catalyst is extremely large. In other words, although it differs depending on the type of combustion catalyst, if the F/A value is even slightly smaller than the allowable limit, catalytic combustion will not occur within the charging region, and conversely, if it becomes even slightly larger, catalytic combustion will proceed rapidly. If the catalyst temperature rises above its heat-resistant temperature, causing thermal deterioration or damage to the catalyst, or if the components of the supplied fuel change, for example, if a fuel that is easily combustible is suddenly supplied. Situations like the above also occur.
[発明の目的]
本発明は上記した特願昭58−2299[17号舖に開
示された燃焼器の改良に関し、触媒充填域の温度と上流
領域におけるF/Aとを相互に制御することにより、触
媒の異常高温化を抑制してその長寿命化を可能とし、ま
た触媒充填域内の圧力損失を小たらしめ、燃焼効率を高
めることに成功した触媒燃焼方式のガスタービン燃焼器
の提供を目的とする。[Object of the Invention] The present invention relates to the improvement of the combustor disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application No. 58-2299 [17], by mutually controlling the temperature of the catalyst filling area and the F/A in the upstream area The purpose of the present invention is to provide a gas turbine combustor using a catalytic combustion method that successfully suppresses the abnormally high temperature of the catalyst and extends its life, and also reduces the pressure loss in the catalyst filling area and increases combustion efficiency. shall be.
[発明のm要]
本発明のガスタービン燃焼器は、燃料と空気を混合して
第1混合物を形成する領域:該第1混合物の一部を触媒
燃焼せしめる触媒充填域;及び。[Summary of the Invention] The gas turbine combustor of the present invention includes: a region where fuel and air are mixed to form a first mixture; a catalyst-filled region where a portion of the first mixture is catalytically combusted;
該触媒充填域からの流出ガスに更に燃料を混合して第2
混合物としそれを気相燃焼せしめる領域;とから成るガ
スタービン燃焼器であって、該触媒充填域に配設された
触媒温度検知手段と;該第1混合物形成領域に配設され
、該触媒温度検知手段からの信号によって該第1混合物
の燃料及び空気の混合比率(F/A)を制御する混合比
率2g1節手段;とを具備していることを特徴とする。Further, fuel is mixed with the gas flowing out from the catalyst filling area to produce a second
A gas turbine combustor comprising: a region for producing a mixture and combusting the mixture in a gas phase; a catalyst temperature detecting means disposed in the catalyst filling region; and a catalyst temperature detecting means disposed in the first mixture forming region; A mixture ratio 2g1 node means for controlling the fuel/air mixture ratio (F/A) of the first mixture based on a signal from the detection means.
本発明の燃焼器の1つの構造例を第1図に示す0図にお
いて、11は燃料ノズル、12は空気噴出口である。こ
れら燃料ノズル!■及び空気噴出口からは、ガスタービ
ンノズル8における燃焼ガスの設定条件に対応させて、
必要量の燃料及び空気が図の点線領域A内に噴出され、
所定の混合比率(F/A)の第1混合物が形成される。In FIG. 1 which shows one structural example of the combustor of the present invention, 11 is a fuel nozzle, and 12 is an air jet port. These fuel nozzles! ■ From the air jet port, in accordance with the setting conditions of combustion gas in the gas turbine nozzle 8,
The required amount of fuel and air is injected into the dotted line area A in the figure,
A first mixture having a predetermined mixing ratio (F/A) is formed.
このとき、空気の供給が少ない場合は、一般に触媒燃焼
反応における燃焼速度が燃料濃度の増大に比例して大き
くなることに起因して2後述の触媒充11域では燃料の
大部分が燃焼されることにより触媒温度は高温となって
その熱劣化、熱破損が進行すると同時に、圧力損失も増
大する。At this time, if the air supply is small, most of the fuel will be combusted in the catalyst filling area 11, which will be described later, because the combustion speed in the catalytic combustion reaction generally increases in proportion to the increase in fuel concentration. As a result, the catalyst temperature becomes high and thermal deterioration and thermal damage progress, and at the same time, pressure loss also increases.
そのため、本発明の燃焼器にあっては、後述の触媒充填
域には、燃料でけではなくこの“燃料を空気で所定の比
率に希釈した混合物(第1混合物)を供給し、該触媒充
填域における燃料の高濃度を抑制して触媒の高温化を防
ぎかつ圧力損失を防止するのである。Therefore, in the combustor of the present invention, not only fuel but a mixture (first mixture) obtained by diluting this "fuel to a predetermined ratio with air" is supplied to the catalyst filling area to be described later. This suppresses the high concentration of fuel in the catalytic converter region, thereby preventing the catalyst from increasing in temperature and preventing pressure loss.
なお、燃料ノズル11及び空気噴出口・12は、領域A
内でできるだけ上流側に配置することが好ましい、これ
は、第1混合物の濃度分布をできるだけ均一にするため
に混合空間を大きくするためである。Note that the fuel nozzle 11 and air jet port 12 are located in area A.
It is preferable to arrange the mixing space as far upstream as possible within the first mixture, in order to enlarge the mixing space in order to make the concentration distribution of the first mixture as uniform as possible.
以上の第1混合物形成領域Aの後段には例えばハニカム
状の燃焼触媒13が充填された触媒充填域B(点線で図
示)が配設され、ここに第1混合物が供給されてその一
部が触媒燃焼に付される。A catalyst filling area B (indicated by a dotted line) filled with, for example, a honeycomb-shaped combustion catalyst 13 is disposed after the first mixture forming area A, and the first mixture is supplied here so that a part of it is Subjected to catalytic combustion.
この触媒充填域Bの後段には、該充填域Bから流出し未
燃物を含む流出ガスに、更に燃料ノズル+1aから所定
量の燃料を供給して該流出ガスと混合し、かつ得られた
第2混合物を気相燃焼せしめる領域C(点線で図示)が
配設される。After this catalyst filling area B, a predetermined amount of fuel is further supplied from the fuel nozzle +1a to the effluent gas containing unburned substances flowing out from the filling area B and mixed with the effluent gas, and the obtained A region C (indicated by dotted lines) is provided in which the second mixture is combusted in a gas phase.
本構造例では、触媒充填域Bに触媒温度の検出手段14
と、混合比率調節手段として、この検出手段14に連動
して作動する空気量調節手段15とが付設されている。In this structure example, catalyst temperature detection means 14 is provided in the catalyst filling area B.
and an air amount adjusting means 15 which operates in conjunction with the detecting means 14 as a mixing ratio adjusting means.
触媒温度の検知手段14としては1例えば熱電対方式、
赤外線方式など高温検知手段であればどのような方式で
あってもよい。また、この検知手段14は、触媒充填域
Bのいかなる位こに配設されてもよいが、最も温度が上
昇する最下流域近傍に配設することが好適である。更に
は、検知手段は1個でもよいし、必要とする個所に複数
配設してもよい。As the catalyst temperature detection means 14, for example, a thermocouple type,
Any high temperature detection method such as an infrared method may be used. The detection means 14 may be placed anywhere in the catalyst filling area B, but is preferably placed near the lowermost region where the temperature rises the most. Furthermore, the number of detection means may be one, or a plurality of detection means may be provided at required locations.
この検知手段14で得られた温度情報(例えば電気信号
)を空気量調節手段15に伝送し、その作動yE様を決
定し、領域A内に噴出する空気量が調節される0例えば
、このような手段15としては電磁バルブをあげること
ができる。The temperature information (for example, an electric signal) obtained by this detection means 14 is transmitted to the air amount adjustment means 15, and its operation mode is determined, and the amount of air ejected into the area A is adjusted. An example of the means 15 is an electromagnetic valve.
燃焼器の稼動においては、まずガスタービンノズル6に
おける燃焼ガスの条件設定に応じて、領域Aで形成され
るべき第1混合物のF/Aが決定される。In operation of the combustor, first, the F/A of the first mixture to be formed in region A is determined according to the condition setting of the combustion gas in the gas turbine nozzle 6.
燃焼器の稼動中、このF/Aが何らかの理由で低下する
と、燃料の触媒燃焼が減少して触媒充填域Bの温度が低
下し、結局はここからの流出ガスにとって領域Cで均一
系燃焼を起すに必要な温度がず(Nられなくなる場合を
生ずるが、そのときには。During operation of the combustor, if this F/A decreases for some reason, the catalytic combustion of the fuel will decrease and the temperature of the catalyst-filled area B will decrease, eventually causing homogeneous combustion in area C for the gas flowing out from here. There may be cases where the temperature necessary to raise the temperature is no longer possible.
検知手段14で燃焼触媒13の温度を検知し、その情報
信号を空気ff1yJ節手段15に伝送して空気噴出口
12からの噴出空気量を減少せしめてF/Aを高める。The detection means 14 detects the temperature of the combustion catalyst 13, and transmits the information signal to the air ff1yJ node means 15 to reduce the amount of air ejected from the air outlet 12 and increase the F/A.
逆に領域A内のF/Aが設定値よりも大きくなると、検
知手段!4で検知される触媒温度は高くなりすぎるので
、そのときにはその温度情報により空気量調節手段15
を作動せしめて供給空気量を増大させてF/Aを低くす
ればよい。Conversely, if F/A in area A becomes larger than the set value, the detection means! Since the catalyst temperature detected in step 4 becomes too high, in that case, the air amount adjusting means 15 is adjusted based on the temperature information.
The F/A can be lowered by increasing the amount of air supplied by activating the air conditioner.
このF/Aの制御、つまりは供給空気量の制御と触媒温
度との関係は、触媒の種類、燃料の種類などによって異
なった関係になるので、予めそれらの関係を実験によっ
て検定しておけば、上記した制御操作は容易に可濠であ
る。The relationship between this F/A control, that is, the control of the amount of supplied air, and the catalyst temperature differs depending on the type of catalyst, the type of fuel, etc., so it is recommended to test these relationships in advance by experiment. , the above control operations are easily possible.
なお、第1図において、llbは燃料ノズル、2はスパ
ークプラグであるが、これらは第1混合物をそれが触媒
燃焼を起すに必要な温度に高めるための予燃焼用の付帯
要素であって、燃焼触媒13の活性が高く低温でも触媒
燃焼が可能である場合には、必ずしも必要とするもので
はない。In FIG. 1, llb is a fuel nozzle and 2 is a spark plug, which are incidental elements for pre-combustion to raise the first mixture to the temperature necessary to cause catalytic combustion. This is not necessarily necessary if the combustion catalyst 13 has high activity and catalytic combustion is possible even at low temperatures.
[発明の実施例]
模式図として第2図に示した燃焼器を製作した。すなわ
ち、燃焼管21の中に、長さ90麹■直径100麿麿の
責金屈系ハニカム触媒22を充填した。触媒域22の下
流出口から51腸の位置に、白金−白金ロジウムの熱電
対23をセットした。24は熱電対23からの信号で弁
開閉する電磁バルブである。まず、導管P1からメタン
を、導管P2がら空気を供給して両者を混合し、この第
1混合物を450℃に電気加熱して領域Aへの供給量を
F/A= 0.040゜触媒域22へ入11流速約30
1/secとした。なお、領域Cには、領域Aへの燃料
供給量の局をP□°を介して供給するようにした。[Example of the Invention] A combustor shown schematically in FIG. 2 was manufactured. That is, the combustion tube 21 was filled with a refractory honeycomb catalyst 22 having a length of 90 mm and a diameter of 100 mm. A platinum-platinum-rhodium thermocouple 23 was set at a position 51 points from the downstream outlet of the catalyst zone 22. 24 is an electromagnetic valve that opens and closes in response to a signal from the thermocouple 23. First, methane is supplied from conduit P1 and air is supplied from conduit P2 to mix them, and this first mixture is electrically heated to 450°C to adjust the amount of supply to area A to F/A = 0.040° catalyst area. Enter 22 11 flow rate approx. 30
It was set to 1/sec. Note that the area C is supplied with the amount of fuel supplied to the area A via P□°.
用いたハニカム触媒の耐熱温度は約1100℃であるた
め、熱電対温度が1000℃を超えた時点で、電磁バル
ブ24が開になって領域Aへの第1混合物のF/Aが0
.035になるように設定した。なお、触媒温度が10
00℃未満のときは常時バルブ24は閉の状fEにある
。Since the honeycomb catalyst used has a heat resistance temperature of about 1100°C, when the thermocouple temperature exceeds 1000°C, the electromagnetic valve 24 is opened and the F/A of the first mixture to area A is 0.
.. I set it to be 035. Note that the catalyst temperature is 10
When the temperature is below 00° C., the valve 24 is always in the closed state fE.
この状態で燃焼器を稼動して触媒温度の経時変化を測定
してその結果を第3図の実線(a)として示した。比較
のため、熱電対23.電磁バルブ24を配設しない場合
の結果を第3図の点線(b)として示した。The combustor was operated in this state and the change in catalyst temperature over time was measured, and the results are shown as the solid line (a) in FIG. For comparison, thermocouple 23. The result when the electromagnetic valve 24 is not provided is shown as a dotted line (b) in FIG.
図から明らかなように、本発明の燃焼器の場合は触媒温
度が約1000℃で安定しているのに反し、比較例の燃
焼器では触媒温度の変動が激しくしかも高温時には優に
触媒温度がその耐熱温度を超えていて熱劣化、熱破損の
危険性が大きくなっている。As is clear from the figure, in the case of the combustor of the present invention, the catalyst temperature is stable at about 1000°C, whereas in the combustor of the comparative example, the catalyst temperature fluctuates rapidly and even at high temperatures. If the heat resistance temperature is exceeded, there is a high risk of thermal deterioration and thermal damage.
なお、燃焼時1ullが200時間以内の場合には、い
ずれの場合もその燃焼効率は98%以上で排ガス中のN
Oxは3ppgz以下であったが、しかし300時間を
超えたときは、本発明燃焼器はほとんど変化なしであっ
たのに対して、比較例のものは触媒温度が900″Cに
低下しその燃焼効率も86%に低下した。In addition, if 1ul is burned for less than 200 hours, the combustion efficiency is 98% or more in any case, and the N in the exhaust gas is reduced.
Ox was below 3 ppgz, but after 300 hours, there was almost no change in the combustor of the present invention, whereas in the comparative example, the catalyst temperature decreased to 900''C and its combustion The efficiency also dropped to 86%.
実施例2
実施例1の装置を用い、燃料としてメタンの中にプロパ
ンを20分毎に20秒間かけて容植率が4%になるよう
に混入したことを除いては実施例1と同様にし触媒温度
の経時変化を測定した。その結果を第4図に示した0図
中、実線(ao)は本発明の場合、点線(b゛)は比較
例の場合である0図かられかるように本発明の場合では
触媒温度はプロパンの混入にもかかわらず安定していた
のに対し、比較例の場合では混入のたびに触媒温度が急
激に上昇しその結果触媒の破損、劣化が認められた。Example 2 The same procedure as in Example 1 was carried out using the apparatus of Example 1, except that propane was mixed into methane as a fuel for 20 seconds every 20 minutes so that the planting rate was 4%. Changes in catalyst temperature over time were measured. The results are shown in Figure 4. In Figure 4, the solid line (ao) is for the present invention, and the dotted line (b) is for the comparative example. Although the catalyst remained stable despite the mixing of propane, in the case of the comparative example, the catalyst temperature rose rapidly each time propane was mixed, resulting in damage and deterioration of the catalyst.
[発明の効果]
以上の説明で明らかなように、本発明の燃焼器は、■N
Ox発生是が少ない、■触媒温度とF/Aを相互に制御
するので触媒の異常高温化を抑制できる。■したがって
、触媒の熱劣化、熱破損が防止でき触媒寿命を長期に保
持できる。■しかも、触媒温度の変動が少ないので高く
安定した燃焼効率を維持できる、などの効果を奏しその
工業的価値は大である。[Effect of the invention] As is clear from the above explanation, the combustor of the present invention has ■N
Less Ox generation; (1) Since the catalyst temperature and F/A are controlled mutually, it is possible to suppress abnormally high temperatures of the catalyst. ■Therefore, thermal deterioration and thermal damage of the catalyst can be prevented and the catalyst life can be maintained for a long period of time. (2) Moreover, since there is little fluctuation in catalyst temperature, high and stable combustion efficiency can be maintained, which is of great industrial value.
第1図は本発明燃焼器の1つの構造例、第2図は実施例
で用いた装置の模式図である。第3図。
第4図はいずれも実施例における触媒温度の経時変化を
表わす図である。第5図は通常のガスタービン燃焼器の
概念図、第6図は第5図の燃焼器における流体流れ方向
と温度との関係図、第7図は触媒燃焼方式のガスタービ
ン燃焼器の1例の概念図である。
1、II、lla、1lb−燃料ノズル、2・・・スパ
ークプラグ、 3・・・燃焼用空気、4・・・冷却用
空気、 5・・・希釈用空気、6・・・タービン
ノズル、 ?、13・・・燃焼触媒、8・・・スワ
ラ−112・・・空気噴出口、]4・・・触媒温度検知
手段、+5・・・空気量3Jf′n手段第1F!1
第2図
第3図
に−九竹間(hr) −
第4図
メζ式荷閲 (hr) ’
第5図FIG. 1 is a structural example of the combustor of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram of the device used in the example. Figure 3. FIG. 4 is a diagram showing the change in catalyst temperature over time in each example. Figure 5 is a conceptual diagram of a normal gas turbine combustor, Figure 6 is a diagram of the relationship between fluid flow direction and temperature in the combustor of Figure 5, and Figure 7 is an example of a catalytic combustion type gas turbine combustor. It is a conceptual diagram. 1, II, lla, 1lb-Fuel nozzle, 2... Spark plug, 3... Combustion air, 4... Cooling air, 5... Dilution air, 6... Turbine nozzle, ? , 13... Combustion catalyst, 8... Swirler 112... Air jet port, ]4... Catalyst temperature detection means, +5... Air amount 3Jf'n means 1st F! 1 Fig. 2 - Fig. 3 - Kuchiku (hr) - Fig. 4 Meze-style loading (hr) ' Fig. 5
Claims (1)
て第2混合物としそれを気相燃焼せしめる領域; とから成るガスタービン燃焼器であって、 該触媒充填域に配設された触媒温度検知手段と; 該第1混合物形成領域に配設され、該触媒温度検知手段
からの信号によって該第1混合物の燃料及び空気の混合
比率を制御する混合比率調節手段; とを具備していることを特徴とするガスタービン燃焼器
。[Claims] A region where fuel and air are mixed to form a first mixture; A catalyst-filled region where a portion of the first mixture is catalytically combusted; and a region where fuel is further added to the gas flowing out from the catalyst-filled region. A gas turbine combustor comprising: a region for mixing to form a second mixture and combust it in a gas phase; a catalyst temperature detection means disposed in the catalyst filling region; and a catalyst temperature detecting means disposed in the first mixture forming region. A gas turbine combustor comprising: a mixture ratio adjusting means for controlling a mixture ratio of fuel and air in the first mixture based on a signal from the catalyst temperature sensing means.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61059594A JPH0826992B2 (en) | 1986-03-19 | 1986-03-19 | Gas turbine combustor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61059594A JPH0826992B2 (en) | 1986-03-19 | 1986-03-19 | Gas turbine combustor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62218727A true JPS62218727A (en) | 1987-09-26 |
JPH0826992B2 JPH0826992B2 (en) | 1996-03-21 |
Family
ID=13117721
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP61059594A Expired - Lifetime JPH0826992B2 (en) | 1986-03-19 | 1986-03-19 | Gas turbine combustor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0826992B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH0282019A (en) * | 1988-09-16 | 1990-03-22 | Toshiba Corp | Combustion method in gas turbine combustion unit |
JPH0350416A (en) * | 1989-07-19 | 1991-03-05 | Toshiba Corp | Gas turbine combustion device of catalyst combustion type |
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1986
- 1986-03-19 JP JP61059594A patent/JPH0826992B2/en not_active Expired - Lifetime
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JPH0826992B2 (en) | 1996-03-21 |
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