JPS6228369B2 - - Google Patents
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- JPS6228369B2 JPS6228369B2 JP55087885A JP8788580A JPS6228369B2 JP S6228369 B2 JPS6228369 B2 JP S6228369B2 JP 55087885 A JP55087885 A JP 55087885A JP 8788580 A JP8788580 A JP 8788580A JP S6228369 B2 JPS6228369 B2 JP S6228369B2
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- Japan
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- combustion chamber
- air
- swirling
- air supply
- fuel
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はガスタービン燃焼器の窒素酸化物及び
一酸化炭素の低減に関するものである。
一酸化炭素の低減に関するものである。
ガスタービンからの排気ガス中に含まれる窒素
酸化物（以下NOxと称す）や一酸化炭素（以下
COと称す）は大気汚染物質でありこれらの排出
を抑えることは性能、信頼性の向上を行なうと同
等以上に重要なことであり、とくに最近ではNOx
の排出規制が厳しくなり、その現状排出量を1/10
以下にすることが言われている。大気汚染物質で
あるこれらNOxやCOの発生源は燃焼器であり、
これを除去するための策としては発生源である燃
焼器内での生成を抑えるかあるいは排気ガス中の
NOx，COを除去する脱硝装置などいわゆる後処
理装置を取付けることなどが考えられる。しかし
後処理装置の設置は運転コストの向上やガスター
ビン性能の低下に影響をおよぼすなどの悪作用が
生ずるためNOx，COの低減は燃焼器において行
なうことが最良な方法である。
酸化物（以下NOxと称す）や一酸化炭素（以下
COと称す）は大気汚染物質でありこれらの排出
を抑えることは性能、信頼性の向上を行なうと同
等以上に重要なことであり、とくに最近ではNOx
の排出規制が厳しくなり、その現状排出量を1/10
以下にすることが言われている。大気汚染物質で
あるこれらNOxやCOの発生源は燃焼器であり、
これを除去するための策としては発生源である燃
焼器内での生成を抑えるかあるいは排気ガス中の
NOx，COを除去する脱硝装置などいわゆる後処
理装置を取付けることなどが考えられる。しかし
後処理装置の設置は運転コストの向上やガスター
ビン性能の低下に影響をおよぼすなどの悪作用が
生ずるためNOx，COの低減は燃焼器において行
なうことが最良な方法である。
ところでNOxの生成速度は下式で示すことが出
来る。
来る。
ｄ（NOx）／dt
＝Ｋexp（―Ｅ／Ｔ）・〔Ｎ〕〔Ｏ〕1/2
ｔ：時間，Ｋ：比例定数，Ｅ：活性化エネル
ギ，Ｔ：温度，〔Ｎ〕〔Ｏ〕：Ｎ，Ｏの分圧 NOx生成は温度が高いほど大きく、また〔Ｏ〕
分圧が高いほど大きくなるが、とくに温度に対す
る依存性が大きい。ガスタービン燃焼器において
は温度を下げ、NOx生成を抑えるための過剰の空
気を燃焼部に供給するいわゆる希薄低温度燃焼法
が良好であり、先きに本出願人は低温度燃焼法に
基づく低NOx燃焼器を提案している。
ギ，Ｔ：温度，〔Ｎ〕〔Ｏ〕：Ｎ，Ｏの分圧 NOx生成は温度が高いほど大きく、また〔Ｏ〕
分圧が高いほど大きくなるが、とくに温度に対す
る依存性が大きい。ガスタービン燃焼器において
は温度を下げ、NOx生成を抑えるための過剰の空
気を燃焼部に供給するいわゆる希薄低温度燃焼法
が良好であり、先きに本出願人は低温度燃焼法に
基づく低NOx燃焼器を提案している。
第１図に希薄低温度燃焼法に基づく低NOx熱焼
器の従来例を示す。図示していないが、ガスター
ビンは圧縮機とタービンおよび燃焼器１により構
成される。
器の従来例を示す。図示していないが、ガスター
ビンは圧縮機とタービンおよび燃焼器１により構
成される。
燃焼器１は内筒３および尾筒４を覆つた外筒２
から構成され、外筒２の側閉端部にカバー５が取
付けられ、このカバー５には燃料ノズル６が取付
けられ、上記ノズル６の先端部は内筒３の側端部
に装着されている。内筒３は頭部燃焼室７と後部
燃焼室８とで形成され、頭部燃焼室７の直径より
後部燃焼室８の直径が大きく構成されている。燃
料ノズル６から頭部燃焼室７内に噴出された燃料
９は頭部燃焼室７内に導入される空気と混合し燃
焼する。さらに後部燃焼室８内で燃焼し、かつ冷
却されて規定の燃焼ガス１０となつて尾筒４内を
通りタービン翼へと導かれる。
から構成され、外筒２の側閉端部にカバー５が取
付けられ、このカバー５には燃料ノズル６が取付
けられ、上記ノズル６の先端部は内筒３の側端部
に装着されている。内筒３は頭部燃焼室７と後部
燃焼室８とで形成され、頭部燃焼室７の直径より
後部燃焼室８の直径が大きく構成されている。燃
料ノズル６から頭部燃焼室７内に噴出された燃料
９は頭部燃焼室７内に導入される空気と混合し燃
焼する。さらに後部燃焼室８内で燃焼し、かつ冷
却されて規定の燃焼ガス１０となつて尾筒４内を
通りタービン翼へと導かれる。
NOxは主に頭部燃焼室７内で生成するものであ
り、この頭部燃焼室７内に燃料９を完全燃焼する
に必要最少限の空気量（理論空気量）よりも多
い。いわゆる空気を過剰に供給し、低温度燃焼を
行なわせNOxの低減化を行なうものである。頭部
燃焼室７内に供給する空気量は後部燃焼室８内に
供給する空気量をも含めた全空気量の約50％であ
り、これはガスタービン定格負荷時の燃料に対す
る理論空気量の約1.7倍に相当する。このような
頭部燃焼室７付の低NOx燃焼器においては頭部燃
焼室を持たない同一径によりなる燃焼器に比し約
70％のNOx低減を得ることが可能である。
り、この頭部燃焼室７内に燃料９を完全燃焼する
に必要最少限の空気量（理論空気量）よりも多
い。いわゆる空気を過剰に供給し、低温度燃焼を
行なわせNOxの低減化を行なうものである。頭部
燃焼室７内に供給する空気量は後部燃焼室８内に
供給する空気量をも含めた全空気量の約50％であ
り、これはガスタービン定格負荷時の燃料に対す
る理論空気量の約1.7倍に相当する。このような
頭部燃焼室７付の低NOx燃焼器においては頭部燃
焼室を持たない同一径によりなる燃焼器に比し約
70％のNOx低減を得ることが可能である。
しかしながら厳しいNOx規制に対応し、大気汚
染を抑え、きれいな燃焼を行うためにはさらに大
巾なNOx低減が必要となつている。
染を抑え、きれいな燃焼を行うためにはさらに大
巾なNOx低減が必要となつている。
NOxは頭部燃焼室７内における燃焼過程で主に
生成されるが、とくに燃料９と空気流１１ａ，１
１ｂ，１１ｃとの均一混合がNOx低減化を大きく
左右するものである。
生成されるが、とくに燃料９と空気流１１ａ，１
１ｂ，１１ｃとの均一混合がNOx低減化を大きく
左右するものである。
第２図に燃焼室７，８内におけるNOx濃度分布
図を示す。高NOx濃度部は頭部燃焼室７内におけ
る軸心部１２の近傍および後部燃焼室８との接続
部１３部に存在するが、とくに頭部燃焼室７内の
燃料ノズル６に近接する軸心部１２におけるNOx
濃度が高く、この軸心部１２がNOx発生を大きく
支配している。これは燃料ノズル６の外側に取付
けたタービユレータ（旋回空気供給孔）１５から
の旋回流１９および頭部燃焼室側壁１６に設けた
旋回空気供給孔１７から内壁面に添う旋回流１８
が供給される。さらに頭部燃焼室７壁面に設けた
空気孔２０からの空気流２１が頭部燃焼室７内に
供給される。これらの空気が燃料ノズル６から噴
出された燃料９と混合するが軸心部近傍２２にお
ける燃料９と旋回流１８，１９及び空気流２１と
の均一混合がなされず効果的な低温燃焼が出来ず
軸心部近傍２２が高温度になつているためにNOx
の発生が多くなつている。
図を示す。高NOx濃度部は頭部燃焼室７内におけ
る軸心部１２の近傍および後部燃焼室８との接続
部１３部に存在するが、とくに頭部燃焼室７内の
燃料ノズル６に近接する軸心部１２におけるNOx
濃度が高く、この軸心部１２がNOx発生を大きく
支配している。これは燃料ノズル６の外側に取付
けたタービユレータ（旋回空気供給孔）１５から
の旋回流１９および頭部燃焼室側壁１６に設けた
旋回空気供給孔１７から内壁面に添う旋回流１８
が供給される。さらに頭部燃焼室７壁面に設けた
空気孔２０からの空気流２１が頭部燃焼室７内に
供給される。これらの空気が燃料ノズル６から噴
出された燃料９と混合するが軸心部近傍２２にお
ける燃料９と旋回流１８，１９及び空気流２１と
の均一混合がなされず効果的な低温燃焼が出来ず
軸心部近傍２２が高温度になつているためにNOx
の発生が多くなつている。
本発明は上記欠点を改善しようとしてなされた
もので、その目的とするところは、頭部燃焼室内
軸心近傍の高温度部に効果的に空気を供給し、低
温度とすることによつて大巾なNOx低減化を図ろ
うとするものである。
もので、その目的とするところは、頭部燃焼室内
軸心近傍の高温度部に効果的に空気を供給し、低
温度とすることによつて大巾なNOx低減化を図ろ
うとするものである。
本発明の特徴は、燃焼器の燃料噴出口群の内外
周に旋回空気を供給する空気供給口群を設け、こ
れら内外の空気供給口群は旋回空気が同一旋回方
向となるよう構成したことにある。
周に旋回空気を供給する空気供給口群を設け、こ
れら内外の空気供給口群は旋回空気が同一旋回方
向となるよう構成したことにある。
以下本発明を図面によつて説明する。第３，４
図は本発明の一実施例を示す。
図は本発明の一実施例を示す。
頭部燃焼室７の側端部中央近傍にはこの頭部燃
焼室７内への旋回空気を供給する空気供給孔２６
群が設けられている。また空気供給孔２６群の外
周には燃料９Ａを燃料ノズル６の燃料供給通路２
４を介してタービユレータ１５内に噴出させ、タ
ービユレータ１５を通つて頭部燃焼室７内へ供給
する。さらにタービユレータ１５には燃料噴出口
の外周側に空気流２３が形成され、燃料９Ａはタ
ービユレータ１５内で空気流２３と混合し頭部燃
焼室７へ供給するよう構成されている。空気供給
孔２６群には、圧縮機３３から外筒２内に導入さ
れる圧縮空気の一部を分岐して、流量調整弁３
２，インタークーラ３１，空気通路２５などを含
む分岐ラインを介して冷却空気３０が供給される
ようになつている。空気供給孔２６群より内筒３
内に供給される空気によつて頭部燃焼室７の軸心
部近傍２２が冷却される。前記タービユレータ１
５からの旋回空気流２３と空気供給孔２６群から
の旋回空気は同一方向に旋回する。タービユレー
タ４５や旋回空気供給孔１７からの旋回流１８，
１９により軸心部近傍２２に再循環流２７を生ず
るが、これは温度の高い燃焼ガスを巻き込んでく
るため軸心部近傍２２の温度が高くなり、とくに
タービユレータ１５からの旋回流１８に内接する
部分が高温度部２９となる。しかし空気供給孔２
６からの旋回空気流２８をこの再循環流２７とタ
ービユレータ１５からの燃料，空気の混合旋回流
１８との間に供給することにより再循環流２７を
さらに助長させ、かつ高温度部２９を効果的に冷
却することが出来、NOxの発生を抑えることが出
来るものである。
焼室７内への旋回空気を供給する空気供給孔２６
群が設けられている。また空気供給孔２６群の外
周には燃料９Ａを燃料ノズル６の燃料供給通路２
４を介してタービユレータ１５内に噴出させ、タ
ービユレータ１５を通つて頭部燃焼室７内へ供給
する。さらにタービユレータ１５には燃料噴出口
の外周側に空気流２３が形成され、燃料９Ａはタ
ービユレータ１５内で空気流２３と混合し頭部燃
焼室７へ供給するよう構成されている。空気供給
孔２６群には、圧縮機３３から外筒２内に導入さ
れる圧縮空気の一部を分岐して、流量調整弁３
２，インタークーラ３１，空気通路２５などを含
む分岐ラインを介して冷却空気３０が供給される
ようになつている。空気供給孔２６群より内筒３
内に供給される空気によつて頭部燃焼室７の軸心
部近傍２２が冷却される。前記タービユレータ１
５からの旋回空気流２３と空気供給孔２６群から
の旋回空気は同一方向に旋回する。タービユレー
タ４５や旋回空気供給孔１７からの旋回流１８，
１９により軸心部近傍２２に再循環流２７を生ず
るが、これは温度の高い燃焼ガスを巻き込んでく
るため軸心部近傍２２の温度が高くなり、とくに
タービユレータ１５からの旋回流１８に内接する
部分が高温度部２９となる。しかし空気供給孔２
６からの旋回空気流２８をこの再循環流２７とタ
ービユレータ１５からの燃料，空気の混合旋回流
１８との間に供給することにより再循環流２７を
さらに助長させ、かつ高温度部２９を効果的に冷
却することが出来、NOxの発生を抑えることが出
来るものである。
タービユレータ１５と同方向の旋回空気流２８
を供給することが再循環流２７を助長し、燃焼の
安定性を良好にするために必要である。もし、旋
回流とせずストレートに軸方向に供給すればター
ビユレータ１５や旋回流１９による再循環流２７
方向に逆らう流れとなるため再循環流が無くな
り、安定した火炎の保持を行うことが不可能とな
る。このため軸心部近傍２２への冷却用空気３０
は旋回することが好ましく、望ましくはタービユ
レータ１５と同一旋回角となることが望ましい。
を供給することが再循環流２７を助長し、燃焼の
安定性を良好にするために必要である。もし、旋
回流とせずストレートに軸方向に供給すればター
ビユレータ１５や旋回流１９による再循環流２７
方向に逆らう流れとなるため再循環流が無くな
り、安定した火炎の保持を行うことが不可能とな
る。このため軸心部近傍２２への冷却用空気３０
は旋回することが好ましく、望ましくはタービユ
レータ１５と同一旋回角となることが望ましい。
次に冷却用空気３０を供給した場合としない場
合のNOx低減効果を試験した結果を第５図に示
す。図中縦軸にはNOx濃度とCO濃度の発生を、
また横軸には燃料流量を空気流量との比及びター
ビン負荷を夫々示し、燃焼用空気温度180℃、燃
焼器内圧力4ataの試験である。そして鎖線はNOx
濃度の変化を、実線はCO濃度の変化を示し、〓
印は旋回空気流のない従来例の場合、〓印は旋回
空気流２８を有する本発明の場合を比較して示し
たものである。
合のNOx低減効果を試験した結果を第５図に示
す。図中縦軸にはNOx濃度とCO濃度の発生を、
また横軸には燃料流量を空気流量との比及びター
ビン負荷を夫々示し、燃焼用空気温度180℃、燃
焼器内圧力4ataの試験である。そして鎖線はNOx
濃度の変化を、実線はCO濃度の変化を示し、〓
印は旋回空気流のない従来例の場合、〓印は旋回
空気流２８を有する本発明の場合を比較して示し
たものである。
図より明らかなごとく冷却用空気３０を供給す
ると前記したように空気供給孔２６からの旋回空
気流２８によつて頭部燃焼室８のおよびNOx発生
部が効果的に冷却されるためNOx濃度は低下す
る。しかしCO濃度はタービン負荷が低下するに
つれて増大する傾向を示す。この理由について説
明を加えるとタービン負荷の低下は燃料を減少さ
せるものであり（この時空気量は負荷に関係なく
ほぼ一定）したがつて負荷の低下とともに単位燃
料に対する空気の量が増加するための空気過剰と
なり過冷却によるCOの発生が多くなるが、さら
にNOx低減を行なうため冷却用の旋回空気を供給
すろことは過冷却をさらに進め、CO濃度が上昇
するものである。このため負荷の減少に伴ない空
気流量調節弁３２により冷却用空気流量を減少す
ることがタービン負荷の全域にわたつて低NOx化
を図り、かつCOの発生を抑えることが出来る効
果を発生する。
ると前記したように空気供給孔２６からの旋回空
気流２８によつて頭部燃焼室８のおよびNOx発生
部が効果的に冷却されるためNOx濃度は低下す
る。しかしCO濃度はタービン負荷が低下するに
つれて増大する傾向を示す。この理由について説
明を加えるとタービン負荷の低下は燃料を減少さ
せるものであり（この時空気量は負荷に関係なく
ほぼ一定）したがつて負荷の低下とともに単位燃
料に対する空気の量が増加するための空気過剰と
なり過冷却によるCOの発生が多くなるが、さら
にNOx低減を行なうため冷却用の旋回空気を供給
すろことは過冷却をさらに進め、CO濃度が上昇
するものである。このため負荷の減少に伴ない空
気流量調節弁３２により冷却用空気流量を減少す
ることがタービン負荷の全域にわたつて低NOx化
を図り、かつCOの発生を抑えることが出来る効
果を発生する。
また、NOxの低減は先きにも説明したが温度を
低下することによつて大巾に達成できるものであ
り、冷却空気流量を増加させるかあるいは冷却空
気の温度を更に低下することが有効であり、温度
を低下するため圧縮機３３より抽出した空気を冷
却する手段としインタクーラ３１を設けることが
望ましく、例えば冷却用空気温度を100℃程度低
下することによりNOx濃度は約１／３に低下するよう な効果を発揮する。
低下することによつて大巾に達成できるものであ
り、冷却空気流量を増加させるかあるいは冷却空
気の温度を更に低下することが有効であり、温度
を低下するため圧縮機３３より抽出した空気を冷
却する手段としインタクーラ３１を設けることが
望ましく、例えば冷却用空気温度を100℃程度低
下することによりNOx濃度は約１／３に低下するよう な効果を発揮する。
このように本発明によればNOxの大巾な低減を
得ることが出来かつ火炎の安定性を向上する効果
を得ることが出来る。
得ることが出来かつ火炎の安定性を向上する効果
を得ることが出来る。
第１図は従来の低NOx化型ガスタービン燃焼器
の要部断面図、第２図は第１図ガスタービン燃焼
器のNOx発生位置説明図、第３図は本発明ガスタ
ービン燃焼器の一実施例を示す要部断面図、第４
図は第３図の要部拡大図、第５図はNOx，COの
濃度特性図である。 １……燃焼器、２……外筒、３……内筒、６…
…燃焼ノズル、７……頭部燃焼室、８……後部燃
焼室、１５……タービユレータ、２６……空気供
給孔、３１……インタクーラ、３２……流量調節
弁、３３……圧縮機。
の要部断面図、第２図は第１図ガスタービン燃焼
器のNOx発生位置説明図、第３図は本発明ガスタ
ービン燃焼器の一実施例を示す要部断面図、第４
図は第３図の要部拡大図、第５図はNOx，COの
濃度特性図である。 １……燃焼器、２……外筒、３……内筒、６…
…燃焼ノズル、７……頭部燃焼室、８……後部燃
焼室、１５……タービユレータ、２６……空気供
給孔、３１……インタクーラ、３２……流量調節
弁、３３……圧縮機。
Claims (1)
- １ 側端部に燃料ノズルを設けた頭部燃焼室及び
この頭部燃焼室よりも大径の後部燃焼室とから構
成する内筒と、この内筒を覆つた外筒と外筒に圧
縮空気を供給する圧縮機とからなる燃焼器におい
て、前記頭部燃焼室の側端部中央近傍には頭部燃
焼室への旋回空気を供給する第１の旋回空気供給
孔群を設け、この空気供給孔群の外周に前記第１
の旋回空気供給孔群から供給される空気をとりか
こむように燃料を噴出する燃料噴出口群を設け、
前記燃料噴出口群の外周部には頭部燃焼室内へ旋
回空気を供給する第２の旋回空気供給孔群を設け
ると共に燃料噴出口群の内外に設けた第１，第２
の旋回空気供給孔群は旋回空気が同一旋回方向と
なるように構成したことを特徴とするガスタービ
ン燃焼器。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8788580A JPS5714125A (en) | 1980-06-30 | 1980-06-30 | Gas turbine burner |
| DE8181300903T DE3164647D1 (en) | 1980-03-05 | 1981-03-04 | A gas turbine combustor |
| EP81300903A EP0035869B1 (en) | 1980-03-05 | 1981-03-04 | A gas turbine combustor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8788580A JPS5714125A (en) | 1980-06-30 | 1980-06-30 | Gas turbine burner |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5714125A JPS5714125A (en) | 1982-01-25 |
| JPS6228369B2 true JPS6228369B2 (ja) | 1987-06-19 |
Family
ID=13927320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8788580A Granted JPS5714125A (en) | 1980-03-05 | 1980-06-30 | Gas turbine burner |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5714125A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS547009A (en) * | 1977-06-10 | 1979-01-19 | Rolls Royce | Fuel burner for gas turbine engine |
| JPS54134207A (en) * | 1978-03-28 | 1979-10-18 | Rolls Royce | Combustion chamber for gas turbine engine |
-
1980
- 1980-06-30 JP JP8788580A patent/JPS5714125A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS547009A (en) * | 1977-06-10 | 1979-01-19 | Rolls Royce | Fuel burner for gas turbine engine |
| JPS54134207A (en) * | 1978-03-28 | 1979-10-18 | Rolls Royce | Combustion chamber for gas turbine engine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5714125A (en) | 1982-01-25 |
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