JP2543986B2 - 触媒燃焼方式のガスタ―ビン燃焼器 - Google Patents
触媒燃焼方式のガスタ―ビン燃焼器Info
- Publication number
- JP2543986B2 JP2543986B2 JP1184540A JP18454089A JP2543986B2 JP 2543986 B2 JP2543986 B2 JP 2543986B2 JP 1184540 A JP1184540 A JP 1184540A JP 18454089 A JP18454089 A JP 18454089A JP 2543986 B2 JP2543986 B2 JP 2543986B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- catalyst
- air
- amount
- gas
- supply port
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000007084 catalytic combustion reaction Methods 0.000 title claims description 19
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 104
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 51
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 50
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 29
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 17
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 80
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 15
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 7
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 2
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000003034 coal gas Substances 0.000 description 1
- 238000009841 combustion method Methods 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、ガスタービン燃焼器に係り、特に、窒素酸
化物（以下、NOXという）の発生量が少ない触媒燃焼方
式のガスタービン燃焼器の改良に関する。
化物（以下、NOXという）の発生量が少ない触媒燃焼方
式のガスタービン燃焼器の改良に関する。
（従来の技術） 近年、石油資源等の枯渇化に伴い、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
果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、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，あ
る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る。これらのガスタービン発
電システムは、化石燃料を使用した従来のスチームター
ビンにより発電システムに比較してその発電効率が高い
ので、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。
ギーが要求されているが、同時に、エネルギー資源の効
果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、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，あ
る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る。これらのガスタービン発
電システムは、化石燃料を使用した従来のスチームター
ビンにより発電システムに比較してその発電効率が高い
ので、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。
この種の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には、複数の空気供給用開口を周側
面に配設される燃焼管（内筒またはライナ）が外筒内部
に具備されており、この燃焼管内で燃料と酸化性気体
（一般には空気、以下空気という）との混合ガスをスパ
ークプラグ等を用いて着火し、燃焼を行っている。
ガスタービン燃焼器には、複数の空気供給用開口を周側
面に配設される燃焼管（内筒またはライナ）が外筒内部
に具備されており、この燃焼管内で燃料と酸化性気体
（一般には空気、以下空気という）との混合ガスをスパ
ークプラグ等を用いて着火し、燃焼を行っている。
この種のガスタービン燃焼器における重大な問題点の
一つは、燃料の燃焼時に2000℃を越えるような高温部が
存在することにより、環境汚染等の原因となるNOXが多
量に生成されることにあった。このNOX発生量を極めて
少なくする方法として、固相触媒を用いた不均一燃焼方
式である触媒燃焼方式をガスタービン燃焼器に適用する
提案がなされている。
一つは、燃料の燃焼時に2000℃を越えるような高温部が
存在することにより、環境汚染等の原因となるNOXが多
量に生成されることにあった。このNOX発生量を極めて
少なくする方法として、固相触媒を用いた不均一燃焼方
式である触媒燃焼方式をガスタービン燃焼器に適用する
提案がなされている。
この提案にかかるガスタービン燃焼器においては、第
３図に示すように、燃料供給口１からの燃料と、エアダ
クト２から空気供給口３を介して圧送されてくる空気A2
と、燃焼ガス（空気供給口４からの空気A1＋燃料供給口
５からの燃料）との希薄混合ガスを、ハニカム構造の燃
焼用触媒が装填されている触媒６で触媒燃焼させてい
る。なお、この触媒６においては、高温となる気相燃焼
を生起させず、比較的低温で行われる触媒燃焼のみ生起
させることで、触媒６の熱劣化ないし熱破壊を防止して
いる。
３図に示すように、燃料供給口１からの燃料と、エアダ
クト２から空気供給口３を介して圧送されてくる空気A2
と、燃焼ガス（空気供給口４からの空気A1＋燃料供給口
５からの燃料）との希薄混合ガスを、ハニカム構造の燃
焼用触媒が装填されている触媒６で触媒燃焼させてい
る。なお、この触媒６においては、高温となる気相燃焼
を生起させず、比較的低温で行われる触媒燃焼のみ生起
させることで、触媒６の熱劣化ないし熱破壊を防止して
いる。
また、この触媒６の下流においては、触媒６から排出
された燃焼ガスに対し、触媒６の下流に設けられた燃料
供給口７により新たに燃料を加え、そのガス中における
燃料濃度を高めて触媒６の下流で気相燃焼を生起させて
いる。そして、この燃焼による燃焼ガスに対し、触媒６
の下流に設けられた空気供給口20により希釈用の空気を
加えた後、タービンノズル８からタービン内に噴射させ
ている。なお、９は前記外筒、10は前記燃焼管、11はス
ワラーである。
された燃焼ガスに対し、触媒６の下流に設けられた燃料
供給口７により新たに燃料を加え、そのガス中における
燃料濃度を高めて触媒６の下流で気相燃焼を生起させて
いる。そして、この燃焼による燃焼ガスに対し、触媒６
の下流に設けられた空気供給口20により希釈用の空気を
加えた後、タービンノズル８からタービン内に噴射させ
ている。なお、９は前記外筒、10は前記燃焼管、11はス
ワラーである。
この触媒６の下流においては、希薄混合比例で気相燃
焼を完全燃焼で生起させることにより、燃焼温度を低く
することからNOXの発生が抑制される。しかし、燃焼は
できるだけ濃い側の燃料濃度で燃焼させた方が安定性が
良いため、これらの兼合いから具体的には、通常NOXの
生成が少ない1500℃程度の温度の気相燃焼を生起させる
ことが望ましい。そして、この1500℃程度の気相燃焼を
触媒６下流で生起させる際には、タービンの負荷に応じ
た温度のガスをタービンノズル８へ供給できるように、
前記空気供給口20から適切量の空気が希釈用として燃焼
管10内に供給されることが望ましい。
焼を完全燃焼で生起させることにより、燃焼温度を低く
することからNOXの発生が抑制される。しかし、燃焼は
できるだけ濃い側の燃料濃度で燃焼させた方が安定性が
良いため、これらの兼合いから具体的には、通常NOXの
生成が少ない1500℃程度の温度の気相燃焼を生起させる
ことが望ましい。そして、この1500℃程度の気相燃焼を
触媒６下流で生起させる際には、タービンの負荷に応じ
た温度のガスをタービンノズル８へ供給できるように、
前記空気供給口20から適切量の空気が希釈用として燃焼
管10内に供給されることが望ましい。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、この空気供給口20をはじめ空気供給口
3,4から燃焼管10内各部に供給される空気量を制御する
手段は、ガスタービン燃焼器に従来より何ら具備されて
おらず、前記空気量は空気の圧力，温度およびこれらの
他の諸条件の変動で変化し易い。
3,4から燃焼管10内各部に供給される空気量を制御する
手段は、ガスタービン燃焼器に従来より何ら具備されて
おらず、前記空気量は空気の圧力，温度およびこれらの
他の諸条件の変動で変化し易い。
すなわち、この空気量は、空気供給口3,4の開口面積
および燃焼管10内外の圧力差によって決定されるが、こ
のうち燃焼管10内部圧力は、触媒６での圧力損失の存在
およびその変化により触媒６の上流側と下流側とで反比
例的に変動し易い。そして以下説明するように、この変
動が起きるとガスタービン燃焼器における適切な作動を
妨げてしまう。
および燃焼管10内外の圧力差によって決定されるが、こ
のうち燃焼管10内部圧力は、触媒６での圧力損失の存在
およびその変化により触媒６の上流側と下流側とで反比
例的に変動し易い。そして以下説明するように、この変
動が起きるとガスタービン燃焼器における適切な作動を
妨げてしまう。
例えば、触媒６上流側の燃焼管10内へ供給される空気
量が減少変動する、つまり触媒６へ流入される混合ガス
中の燃料と空気との比（以下、F/Aを略記する）が増加
すると、触媒温度が設定値以上に上昇する。そしてこの
触媒温度の上昇に付随して触媒６を通過するガス温度が
上昇してその流速が増大し、この増大に応じて触媒６で
の圧力損失が増大し、ガスタービンの効率が低下してし
まう。また、この触媒６での圧力損失の増大により触媒
６上流へ供給される空気量がさらに減少するとともに、
逆に触媒６下流側燃焼管10内へ供給される空気量が増大
し、この増大に伴い前記F/Aが増大するというサイクル
が進行され、最終的には触媒６が熱破壊されてしまう。
量が減少変動する、つまり触媒６へ流入される混合ガス
中の燃料と空気との比（以下、F/Aを略記する）が増加
すると、触媒温度が設定値以上に上昇する。そしてこの
触媒温度の上昇に付随して触媒６を通過するガス温度が
上昇してその流速が増大し、この増大に応じて触媒６で
の圧力損失が増大し、ガスタービンの効率が低下してし
まう。また、この触媒６での圧力損失の増大により触媒
６上流へ供給される空気量がさらに減少するとともに、
逆に触媒６下流側燃焼管10内へ供給される空気量が増大
し、この増大に伴い前記F/Aが増大するというサイクル
が進行され、最終的には触媒６が熱破壊されてしまう。
このサイクルと逆に、触媒６上流へ供給される空気量
が増加した場合には、F/Aが減少し、触媒６の反応速度
が小さくなって触媒燃焼が不十分となり、前記気相燃焼
を起こす部分において燃料が完全燃焼せず、ガスタービ
ン入口へ適性な流出速度および温度の燃焼ガスを供給で
きないばかりか、多量の未燃燃料を大気中に放出するこ
とになる。
が増加した場合には、F/Aが減少し、触媒６の反応速度
が小さくなって触媒燃焼が不十分となり、前記気相燃焼
を起こす部分において燃料が完全燃焼せず、ガスタービ
ン入口へ適性な流出速度および温度の燃焼ガスを供給で
きないばかりか、多量の未燃燃料を大気中に放出するこ
とになる。
以上、いずれかのサイクルにおいても、最初に生起さ
れる諸条件の変動は、特にガスタービンへの負荷を変え
る運動の際に生じやすい。
れる諸条件の変動は、特にガスタービンへの負荷を変え
る運動の際に生じやすい。
本発明は、従来のかかる問題を解消し、安定に好適燃
焼状態を持続させることができる触媒燃焼方式のガスタ
ービン燃焼器を供給することを目的とする。
焼状態を持続させることができる触媒燃焼方式のガスタ
ービン燃焼器を供給することを目的とする。
（課題を解決するための手段および作用） 本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ね
る中で、触媒入口側の上流側より触媒へ送られるガス温
度を検出し、この検出したガス温度に応じて空気供給口
を介して前記燃焼器内へ供給される空気量を制御するこ
とにより、触媒温度の異常上昇や触媒での圧力損失の過
大な増大を抑制し得ることを見出し、その効果を確認し
て本発明を完成するに到った。
る中で、触媒入口側の上流側より触媒へ送られるガス温
度を検出し、この検出したガス温度に応じて空気供給口
を介して前記燃焼器内へ供給される空気量を制御するこ
とにより、触媒温度の異常上昇や触媒での圧力損失の過
大な増大を抑制し得ることを見出し、その効果を確認し
て本発明を完成するに到った。
すなわち、本発明にかかる触媒燃焼方式のガスタービ
ン燃焼器は、内部に触媒が配設され且つこの触媒の上流
側および下流側それぞれに燃料供給口と空気供給口とが
形成された構造を有する燃焼管と、前記上流側より前記
触媒へ送られるガス温度を検出する温度検出手段と、当
該温度検出手段によって検出されたガス温度に応じて前
記下流側の空気供給口の開閉を制御して各空気供給口の
空気量を制御する空気量制御手段とを備え、前記上流側
の空気供給口の空気量を増加したときには下流側の空気
供給口の空気量が減少し、前記上流側の空気供給口の空
気量を減少したときには下流側の空気供給口の空気量が
増加する構成としてなるものである。
ン燃焼器は、内部に触媒が配設され且つこの触媒の上流
側および下流側それぞれに燃料供給口と空気供給口とが
形成された構造を有する燃焼管と、前記上流側より前記
触媒へ送られるガス温度を検出する温度検出手段と、当
該温度検出手段によって検出されたガス温度に応じて前
記下流側の空気供給口の開閉を制御して各空気供給口の
空気量を制御する空気量制御手段とを備え、前記上流側
の空気供給口の空気量を増加したときには下流側の空気
供給口の空気量が減少し、前記上流側の空気供給口の空
気量を減少したときには下流側の空気供給口の空気量が
増加する構成としてなるものである。
以下、本発明にかかる触媒燃焼方式のガスタービン燃
焼器について第１図に基づいて説明する。
焼器について第１図に基づいて説明する。
この第１図は、触媒燃焼方式のガスタービン燃焼器の
基本構成の一例を示す図であり、図中、第３図と同一ま
たは同等の構成要素には同一の符号を付した。
基本構成の一例を示す図であり、図中、第３図と同一ま
たは同等の構成要素には同一の符号を付した。
このガスタービン燃焼器において、触媒６の上流側に
は、燃料供給口1,5およびスパークプラグ16が配設され
るとともに、燃焼管17に空気供給口3,4が形成され、ま
た触媒６の下流側には、燃料供給口７およびスパークプ
ラグ19が配設されるとともに、燃焼管17に空気供給口20
が形成されている。
は、燃料供給口1,5およびスパークプラグ16が配設され
るとともに、燃焼管17に空気供給口3,4が形成され、ま
た触媒６の下流側には、燃料供給口７およびスパークプ
ラグ19が配設されるとともに、燃焼管17に空気供給口20
が形成されている。
前記空気供給口3,4,20それぞれには、１つのエアダク
ト２から空気が供給される。そして空気供給口3,4を介
して燃焼管17内に供給される空気量は、これら空気供給
口3,4の開口面積および燃焼管17内外の圧力差によって
決定される。
ト２から空気が供給される。そして空気供給口3,4を介
して燃焼管17内に供給される空気量は、これら空気供給
口3,4の開口面積および燃焼管17内外の圧力差によって
決定される。
また、前記スパークプラグ16は、燃料供給口５からの
燃料を着火させるときに使用し、スパークプラグ19は、
触媒６下流の気相燃焼の生起用として触媒６下流のガス
を着火させるときに使用される。なお、このスパークプ
ラグ19は、使用する燃料等によっては配設しなくともよ
い。
燃料を着火させるときに使用し、スパークプラグ19は、
触媒６下流の気相燃焼の生起用として触媒６下流のガス
を着火させるときに使用される。なお、このスパークプ
ラグ19は、使用する燃料等によっては配設しなくともよ
い。
また、このガスタービン燃焼器には、触媒６入口に、
前記上流側より触媒６へ送られるガス温度を検出する手
段、例えば熱電対等の温度検出器22が配設されていると
ともに、検出された前記ガス温度に応じて例えば前記空
気供給口20を介して燃焼管17内へ供給される空気量を制
御する手段、例えば、電磁弁23とこの電磁弁23の開度を
制御する空気量制御器24とが具備されている。すなわ
ち、空気供給口20に電磁弁23が配設されるとともに、こ
の電磁弁23および前記温度検出器22それぞれに空気量制
御器24が接続されており、温度検出器22から送られてく
るガス温度に応じた検出信号に応じて空気量制御器24が
電磁弁23に信号を送出し、電磁弁23の弁の開閉量、すな
わち燃焼管17内へ供給される空気量を制御する。
前記上流側より触媒６へ送られるガス温度を検出する手
段、例えば熱電対等の温度検出器22が配設されていると
ともに、検出された前記ガス温度に応じて例えば前記空
気供給口20を介して燃焼管17内へ供給される空気量を制
御する手段、例えば、電磁弁23とこの電磁弁23の開度を
制御する空気量制御器24とが具備されている。すなわ
ち、空気供給口20に電磁弁23が配設されるとともに、こ
の電磁弁23および前記温度検出器22それぞれに空気量制
御器24が接続されており、温度検出器22から送られてく
るガス温度に応じた検出信号に応じて空気量制御器24が
電磁弁23に信号を送出し、電磁弁23の弁の開閉量、すな
わち燃焼管17内へ供給される空気量を制御する。
この空気量制御器24においては、予め、安定した触媒
燃焼が行われていることを示す触媒６入口ガス温度範囲
（以下、好適温度範囲という）を設定しておき、触媒６
入口温度がこの好適温度範囲から逸脱したことを温度検
出器22からの信号で検知したときに、電磁弁23の開度を
減増する信号を出力するように調節しておくことが望ま
しい。この場合、電磁弁23の弁の開度，触媒６に流入す
るガス温度の設定レベルは、使用する触媒６の種類，燃
料の種類およびガスタービン燃焼器の構造等によって異
なるため、実験により決定されることが望ましい。
燃焼が行われていることを示す触媒６入口ガス温度範囲
（以下、好適温度範囲という）を設定しておき、触媒６
入口温度がこの好適温度範囲から逸脱したことを温度検
出器22からの信号で検知したときに、電磁弁23の開度を
減増する信号を出力するように調節しておくことが望ま
しい。この場合、電磁弁23の弁の開度，触媒６に流入す
るガス温度の設定レベルは、使用する触媒６の種類，燃
料の種類およびガスタービン燃焼器の構造等によって異
なるため、実験により決定されることが望ましい。
また、触媒６下流側に配設された燃料供給口７は、触
媒６を通過したガスにさらに燃料を供給して触媒６下流
側の気相燃焼をより安定に生起させるためのもので、触
媒６上流側のF/Aに応じてその燃料供給量が調節される
ように設定されるものである。
媒６を通過したガスにさらに燃料を供給して触媒６下流
側の気相燃焼をより安定に生起させるためのもので、触
媒６上流側のF/Aに応じてその燃料供給量が調節される
ように設定されるものである。
このような構成を有するガスタービン燃焼器におい
て、始動時には、燃料供給口５および空気供給口４それ
ぞれから、燃料および空気A1が供給される。そして、こ
の燃料と空気A1との混合による燃料ガスがスパークプラ
グ16により着火され、スワラー11で保炎され安定化が図
られながらある程度まで昇温される。なお、この燃焼に
よる昇温は、ガスの温度を触媒６の作用温度まで高めて
触媒燃焼を円滑に進行させるために行うものである。こ
の昇温されたガスに、燃料供給ノズル１からの燃料およ
び空気供給口３からの空気A2が供給混合され、この混合
による混合ガスが触媒６へ供給され、触媒燃焼が生起さ
れるものである。
て、始動時には、燃料供給口５および空気供給口４それ
ぞれから、燃料および空気A1が供給される。そして、こ
の燃料と空気A1との混合による燃料ガスがスパークプラ
グ16により着火され、スワラー11で保炎され安定化が図
られながらある程度まで昇温される。なお、この燃焼に
よる昇温は、ガスの温度を触媒６の作用温度まで高めて
触媒燃焼を円滑に進行させるために行うものである。こ
の昇温されたガスに、燃料供給ノズル１からの燃料およ
び空気供給口３からの空気A2が供給混合され、この混合
による混合ガスが触媒６へ供給され、触媒燃焼が生起さ
れるものである。
この触媒燃焼の際、触媒６上流に供給される空気量が
安定な触媒燃焼に必要とされる量（以下、好適空気量範
囲という）より減少する、つまりF/Aが増加すると、触
媒６入口近傍のガス温度が上昇し、このガス温度上昇に
より触媒燃焼はさらに促進されて触媒６温度が上昇し、
触媒６の熱劣化が生じるおそれがある。また、触媒６を
通過するガスの温度上昇により、触媒６内のガス流量が
増大して触媒６での圧力損失が増大し、ガスタービンの
効率を低下させることになる。そして、この圧力損失の
増大は触媒６上流へ供給される空気量を減少させるた
め、このサイクルは増長され、触媒６の熱劣化さらに熱
破壊を招く傾向にある。
安定な触媒燃焼に必要とされる量（以下、好適空気量範
囲という）より減少する、つまりF/Aが増加すると、触
媒６入口近傍のガス温度が上昇し、このガス温度上昇に
より触媒燃焼はさらに促進されて触媒６温度が上昇し、
触媒６の熱劣化が生じるおそれがある。また、触媒６を
通過するガスの温度上昇により、触媒６内のガス流量が
増大して触媒６での圧力損失が増大し、ガスタービンの
効率を低下させることになる。そして、この圧力損失の
増大は触媒６上流へ供給される空気量を減少させるた
め、このサイクルは増長され、触媒６の熱劣化さらに熱
破壊を招く傾向にある。
しかるに、前記空気量制御器24では、温度検出器22か
らの信号で触媒６入口ガス温度をモニタしており、触媒
６入口ガス温度が前記好適温度範囲以上となる。すなわ
ち触媒６上流に供給される空気量が前記好適空気量範囲
以下になると、電磁弁23に信号を送出し、この弁の開度
を低下させることにより、触媒６下流側での空気量を低
減させる。この動作により、触媒６上流側へ供給される
空気量が増加して触媒６入口のF/Aが減少し、触媒６の
温度が低下する。したがって、触媒６の熱劣化を防止で
きるとともに、触媒６における圧力損失を好適な範囲に
調整することができる。
らの信号で触媒６入口ガス温度をモニタしており、触媒
６入口ガス温度が前記好適温度範囲以上となる。すなわ
ち触媒６上流に供給される空気量が前記好適空気量範囲
以下になると、電磁弁23に信号を送出し、この弁の開度
を低下させることにより、触媒６下流側での空気量を低
減させる。この動作により、触媒６上流側へ供給される
空気量が増加して触媒６入口のF/Aが減少し、触媒６の
温度が低下する。したがって、触媒６の熱劣化を防止で
きるとともに、触媒６における圧力損失を好適な範囲に
調整することができる。
また、上記触媒６の熱破壊を招くサイクルと逆に、触
媒６上流に供給される空気量が好適空気量範囲以上とな
りF/Aが減少する際には、触媒６入口ガス温度が低下す
ることから、触媒燃焼が生起しにくくなり、気相燃焼も
不安定になる。このサイクルにおいて、空気量制御手段
24では、触媒６入口ガス温度が好適温度範囲以下とな
る、すなわち触媒６上流に供給される空気量が前記好適
空気量範囲以上になると、電磁弁23に信号を送出してそ
の弁の開度を増加させて触媒６下流側での空気量を増加
させる。これにより、触媒６上流側へ供給される空気量
が減少してF/Aが増加するため、安定した触媒燃焼が生
起されることになる。
媒６上流に供給される空気量が好適空気量範囲以上とな
りF/Aが減少する際には、触媒６入口ガス温度が低下す
ることから、触媒燃焼が生起しにくくなり、気相燃焼も
不安定になる。このサイクルにおいて、空気量制御手段
24では、触媒６入口ガス温度が好適温度範囲以下とな
る、すなわち触媒６上流に供給される空気量が前記好適
空気量範囲以上になると、電磁弁23に信号を送出してそ
の弁の開度を増加させて触媒６下流側での空気量を増加
させる。これにより、触媒６上流側へ供給される空気量
が減少してF/Aが増加するため、安定した触媒燃焼が生
起されることになる。
なお、気相燃焼温度が1500℃〜1600℃を越えると急激
にNOXが発生するが、気相燃焼の安定面からは燃焼温度
が高いことが望まれる。このため、燃料供給口７からの
燃料供給量は、気相燃焼温度が1500℃程度となるよう
に、かつ触媒６上流側のF/Aに応じて、設定されること
が望ましい。しかしながら、燃料，触媒６の種類によっ
ては、燃料供給ノズル１から気相燃焼用の燃料を供給す
ることも可能であり、燃料供給ノズル７は、必ずしも必
要でない。
にNOXが発生するが、気相燃焼の安定面からは燃焼温度
が高いことが望まれる。このため、燃料供給口７からの
燃料供給量は、気相燃焼温度が1500℃程度となるよう
に、かつ触媒６上流側のF/Aに応じて、設定されること
が望ましい。しかしながら、燃料，触媒６の種類によっ
ては、燃料供給ノズル１から気相燃焼用の燃料を供給す
ることも可能であり、燃料供給ノズル７は、必ずしも必
要でない。
また、触媒６入口ガス温度の設定は、燃料，触媒等の
種類によって異なるが、現状技術では最高でも500℃程
度である。このため、温度検出器22としては特殊な検出
器を使用する必要がなく、熱電対で十分使用に耐え得
る。そして、触媒６入口ガス温度をより正確に検出する
ためには、触媒６入口の断面平均値を知ることが好まし
いことから、温度検出器22の数は多い方が望ましい。
種類によって異なるが、現状技術では最高でも500℃程
度である。このため、温度検出器22としては特殊な検出
器を使用する必要がなく、熱電対で十分使用に耐え得
る。そして、触媒６入口ガス温度をより正確に検出する
ためには、触媒６入口の断面平均値を知ることが好まし
いことから、温度検出器22の数は多い方が望ましい。
（実施例） 第２図に模式図として示したガスタービン燃焼器を試
作した。この図において、第１図と同一または同等の構
成要素には同一の符号を付して示した。なお、このガス
タービン燃焼器にあっては、本発明の効果を空気配分と
して確認できるように、前出の第１図に示したガスター
ビン燃焼器の構成と別に、触媒６下流に空気供給口26、
およびバルブ27を設けた。
作した。この図において、第１図と同一または同等の構
成要素には同一の符号を付して示した。なお、このガス
タービン燃焼器にあっては、本発明の効果を空気配分と
して確認できるように、前出の第１図に示したガスター
ビン燃焼器の構成と別に、触媒６下流に空気供給口26、
およびバルブ27を設けた。
かかる構成のガスタービン燃焼器において、触媒とし
ては、長さ90mm,直径100mmのセラミックス製担体に、貴
金属を担持せしめてなるハニカム構造のものを使用し
た。また、温度検出器22としては、直径3.2mmのＫタイ
プシース熱電対を触媒６入口断面に７本配置し、これら
の熱電対それぞれから得られる検出温度の平均値を触媒
６入口ガス温度とした。さらに、触媒６の温度を計測す
るために、Ｒタイプの熱電対を触媒６に埋め込んだ。試
験圧力、つまりエアダクト２からの空気圧は大気圧と
し、燃料はメタン、触媒６入口ガス流速は15〜30m/sと
した。
ては、長さ90mm,直径100mmのセラミックス製担体に、貴
金属を担持せしめてなるハニカム構造のものを使用し
た。また、温度検出器22としては、直径3.2mmのＫタイ
プシース熱電対を触媒６入口断面に７本配置し、これら
の熱電対それぞれから得られる検出温度の平均値を触媒
６入口ガス温度とした。さらに、触媒６の温度を計測す
るために、Ｒタイプの熱電対を触媒６に埋め込んだ。試
験圧力、つまりエアダクト２からの空気圧は大気圧と
し、燃料はメタン、触媒６入口ガス流速は15〜30m/sと
した。
また、安定した触媒燃焼が得られる際の前記好適温度
範囲は、試験により400℃〜450℃であると確認した。こ
の確認により、前記好適温度範囲のときの触媒６入口の
F/Aが電磁弁23の弁開閉で0.025〜0.03となるように、空
気制御器24を調節した。また、触媒燃焼後に生起される
気相燃焼温度は1500℃になるように燃料供給口７から燃
料を供給した。
範囲は、試験により400℃〜450℃であると確認した。こ
の確認により、前記好適温度範囲のときの触媒６入口の
F/Aが電磁弁23の弁開閉で0.025〜0.03となるように、空
気制御器24を調節した。また、触媒燃焼後に生起される
気相燃焼温度は1500℃になるように燃料供給口７から燃
料を供給した。
そして、以下のような試験を行った。すなわち、ガス
タービン燃焼器において上述のような設定範囲内の条件
で燃焼を生起させた後、バルブ27の開閉度を操作し、触
媒６入口ガス温度が350℃〜650℃の範囲で変化するよう
にした。そして、この際の触媒温度、ガスタービン燃焼
器から排出されるNOX量および未燃燃料量を測定して、
空気供給量の制御が適性に行われるか否かを評価した。
その結果、触媒６入口ガス温度は430℃〜460℃の範囲内
に保持され、安定な燃焼状態が持続され、NOX量は7ppm
以下、未燃燃料は50ppm以下と良好であり、空気供給量
の制御が極めて良好になされていることが確認された。
タービン燃焼器において上述のような設定範囲内の条件
で燃焼を生起させた後、バルブ27の開閉度を操作し、触
媒６入口ガス温度が350℃〜650℃の範囲で変化するよう
にした。そして、この際の触媒温度、ガスタービン燃焼
器から排出されるNOX量および未燃燃料量を測定して、
空気供給量の制御が適性に行われるか否かを評価した。
その結果、触媒６入口ガス温度は430℃〜460℃の範囲内
に保持され、安定な燃焼状態が持続され、NOX量は7ppm
以下、未燃燃料は50ppm以下と良好であり、空気供給量
の制御が極めて良好になされていることが確認された。
そして、本発明の空気量制御を行わなわなかった場合
には、以下のような結果となった。すなわち、触媒６入
口ガス温度が650℃となるようにバルブ27を開閉度操作
した場合には、触媒６の温度が1200℃以上となって触媒
６の劣化が認められ、触媒６入口ガス温度が350℃とな
るようにバルブ27を開閉度操作した場合には、ガスター
ビン燃焼器からの排出未燃燃料が1000ppm以上となり、
不完全燃焼が確認された。
には、以下のような結果となった。すなわち、触媒６入
口ガス温度が650℃となるようにバルブ27を開閉度操作
した場合には、触媒６の温度が1200℃以上となって触媒
６の劣化が認められ、触媒６入口ガス温度が350℃とな
るようにバルブ27を開閉度操作した場合には、ガスター
ビン燃焼器からの排出未燃燃料が1000ppm以上となり、
不完全燃焼が確認された。
以上のごとき実施例の説明より理解されるように、本
発明においては、触媒燃焼方式のガスタービン燃焼器に
おいて、触媒を内装した燃焼管の触媒の上流側及び下流
側の各空気供給口の空気量は関連制御される構成であ
る。
発明においては、触媒燃焼方式のガスタービン燃焼器に
おいて、触媒を内装した燃焼管の触媒の上流側及び下流
側の各空気供給口の空気量は関連制御される構成であ
る。
すなわち、上流側の燃料と空気との比（F/A）が増加
して触媒温度が上昇する傾向にあるときには、上流側の
空気供給口の空気量を増加してF/Aを小さくして触媒の
温度上昇を抑制するものである。
して触媒温度が上昇する傾向にあるときには、上流側の
空気供給口の空気量を増加してF/Aを小さくして触媒の
温度上昇を抑制するものである。
この際、下流側の空気供給口の空気量は減少するの
で、下流側で気相燃焼を行うとき、下流側の燃料濃度は
濃い側に移行し、燃焼の安定性が良く、1500℃程度での
気相燃焼が容易であり、NOXの生成を少なくできるもの
である。
で、下流側で気相燃焼を行うとき、下流側の燃料濃度は
濃い側に移行し、燃焼の安定性が良く、1500℃程度での
気相燃焼が容易であり、NOXの生成を少なくできるもの
である。
また、上流側のF/Aが減少し、触媒の反応速度が小さ
くなって触媒燃焼が不十分となる傾向にあるときには、
上流側の空気供給口の空気量を減少してF/Aを増加せし
めるものである。この際、上流側の空気供給口の空気量
を減少せしめるのに伴って下流側の空気供給口の空気量
は増加するものである。
くなって触媒燃焼が不十分となる傾向にあるときには、
上流側の空気供給口の空気量を減少してF/Aを増加せし
めるものである。この際、上流側の空気供給口の空気量
を減少せしめるのに伴って下流側の空気供給口の空気量
は増加するものである。
したがって、下流側の空気供給口の空気量の増加に伴
って下流側への燃料の供給をも増加でき、触媒から下流
側へ流れた未燃燃料部分をも含めて完全燃焼せしめるこ
とが可能となり、未燃燃料が大気中に放出されることを
抑制することができるものである。
って下流側への燃料の供給をも増加でき、触媒から下流
側へ流れた未燃燃料部分をも含めて完全燃焼せしめるこ
とが可能となり、未燃燃料が大気中に放出されることを
抑制することができるものである。
第１図は本発明にかかるガスタービン燃焼器の基本構成
説明図、第２図は本発明にかかるガスタービン燃焼器の
一実施例の概略構成を示す模式説明図、第３図は従来の
ガスタービンの一例を示す側断面説明図である。 1,5,7……燃料供給ノズル、２……エアダクト 3,4,20……空気供給口、６……触媒 ９……外筒、11……スワラー 16,19……スパークプラグ 17……燃焼管、22……温度検出器 23……電磁弁、24……空気量制御器
説明図、第２図は本発明にかかるガスタービン燃焼器の
一実施例の概略構成を示す模式説明図、第３図は従来の
ガスタービンの一例を示す側断面説明図である。 1,5,7……燃料供給ノズル、２……エアダクト 3,4,20……空気供給口、６……触媒 ９……外筒、11……スワラー 16,19……スパークプラグ 17……燃焼管、22……温度検出器 23……電磁弁、24……空気量制御器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 早田 輝信 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝総合研究所内 (72)発明者 古瀬 裕 東京都調布市西つつじケ丘２―４―１ 東京電力株式会社技術研究所内 (72)発明者 土屋 利明 東京都調布市西つつじケ丘２―４―１ 東京電力株式会社技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−218727（ＪＰ，Ａ) 実願 昭58−185719号（実開 昭60− 95458号）の願書に添付した明細書及び 図面の内容を撮影したマイクロフィルム （ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】内部に触媒が配設され且つこの触媒の上流
側および下流側それぞれに燃料供給口と空気供給口とが
形成された構造を有する燃焼管と、前記上流側より前記
触媒へ送られるガス温度を検出する温度検出手段と、当
該温度検出手段によって検出されたガス温度に応じて前
記下流側の空気供給口の開閉を制御して各空気供給口の
空気量を制御する空気量制御手段とを備え、前記上流側
の空気供給口の空気量を増加したときには下流側の空気
供給口の空気量が減少し、前記上流側の空気供給口の空
気量を減少したときには下流側の空気供給口の空気量が
増加する構成としてなることを特徴とする触媒燃焼式の
ガスタービン燃焼器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1184540A JP2543986B2 (ja) | 1989-07-19 | 1989-07-19 | 触媒燃焼方式のガスタ―ビン燃焼器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1184540A JP2543986B2 (ja) | 1989-07-19 | 1989-07-19 | 触媒燃焼方式のガスタ―ビン燃焼器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0350416A JPH0350416A (ja) | 1991-03-05 |
| JP2543986B2 true JP2543986B2 (ja) | 1996-10-16 |
Family
ID=16154993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1184540A Expired - Lifetime JP2543986B2 (ja) | 1989-07-19 | 1989-07-19 | 触媒燃焼方式のガスタ―ビン燃焼器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2543986B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5221369A (en) * | 1991-07-08 | 1993-06-22 | Air Products And Chemicals, Inc. | In-situ generation of heat treating atmospheres using non-cryogenically produced nitrogen |
| JP2808404B2 (ja) * | 1993-12-27 | 1998-10-08 | 本田技研工業株式会社 | ガスタービンエンジン用触媒燃焼器の始動方法 |
| GB9611235D0 (en) * | 1996-05-30 | 1996-07-31 | Rolls Royce Plc | A gas turbine engine combustion chamber and a method of operation thereof |
| JP2006308120A (ja) * | 2005-04-26 | 2006-11-09 | Noritz Corp | 触媒燃焼装置 |
| US9279369B2 (en) * | 2013-03-13 | 2016-03-08 | General Electric Company | Turbomachine with transition piece having dilution holes and fuel injection system coupled to transition piece |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6095458U (ja) * | 1983-12-02 | 1985-06-29 | 株式会社東芝 | 触媒燃焼器 |
| JPH0826992B2 (ja) * | 1986-03-19 | 1996-03-21 | 東京電力株式会社 | ガスタービン燃焼器 |
-
1989
- 1989-07-19 JP JP1184540A patent/JP2543986B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0350416A (ja) | 1991-03-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4534165A (en) | Catalytic combustion system | |
| US4926645A (en) | Combustor for gas turbine | |
| JP2543986B2 (ja) | 触媒燃焼方式のガスタ―ビン燃焼器 | |
| JPH0544537B2 (ja) | ||
| JPS59107119A (ja) | ガスタ−ビンの燃焼法 | |
| JP2585798B2 (ja) | 低ＮＯｘ燃焼装置 | |
| JPS5892729A (ja) | ガスタ−ビン燃焼器 | |
| JPS59183202A (ja) | 低ＮＯ↓ｘ燃焼器 | |
| JPH0472984B2 (ja) | ||
| JPH0245772B2 (ja) | ||
| JPH0128843B2 (ja) | ||
| JPH076631B2 (ja) | 触媒燃焼方式のガスタービン燃焼器 | |
| JPS62218727A (ja) | ガスタ−ビン燃焼器 | |
| JPS62141425A (ja) | ガスタ−ビン燃焼器 | |
| Siminski et al. | Development of a hybrid catalytic combustor | |
| JPH06229554A (ja) | ガスタービン燃焼器 | |
| Cowell et al. | Development of a catalytic combustor for industrial gas turbines | |
| JPS60186622A (ja) | 触媒燃焼器 | |
| JPH0252931A (ja) | 触媒燃焼器 | |
| JPH07233912A (ja) | コジェネレーションシステムの運転方法 | |
| JP2665486B2 (ja) | ガスタービン | |
| JPS60205127A (ja) | ガスタ−ビン燃焼器 | |
| JPH0463964B2 (ja) | ||
| JP2001500603A (ja) | 燃焼設備における化石燃料の触媒燃焼方法及びこの方法を実施するための装置 | |
| JPS6250723B2 (ja) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080725 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090725 Year of fee payment: 13 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |