JPS59183202A - 低ＮＯ↓ｘ燃焼器 - Google Patents
低ＮＯ↓ｘ燃焼器Info
- Publication number
- JPS59183202A JPS59183202A JP5788283A JP5788283A JPS59183202A JP S59183202 A JPS59183202 A JP S59183202A JP 5788283 A JP5788283 A JP 5788283A JP 5788283 A JP5788283 A JP 5788283A JP S59183202 A JPS59183202 A JP S59183202A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nozzle
- backfire
- chamber
- fuel
- combustor
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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〕
本発明はガスタービン用の低ＮＯ，形燃焼器に係シ、特
に、予混合を行わせる方式の低ＮＯ，燃焼器に於いて、
充分な予混合を行わせるめに問題となるバツクファイヤ
を防止する低ＮＯ，燃焼器に関するものである。
に、予混合を行わせる方式の低ＮＯ，燃焼器に於いて、
充分な予混合を行わせるめに問題となるバツクファイヤ
を防止する低ＮＯ，燃焼器に関するものである。
各種の燃焼設備から発生するＮＯ，は、大気汚染公害の
問題となっているが、とくにガスタービン用の燃焼器に
ついては燃焼性の改善に基づく乾式法と、水、水蒸気を
用いる湿式法とによってＮＯｘ低減技術が進められてい
る。しかし、燃焼に於けるＮＯ，生成機構が極めて複雑
なために技術的にかなシ難かしく、決定的な低減技術の
確立までには至っていない。特に乾式法は、他の媒体を
必要としない利点がある反面、その燃焼形態は希薄低温
度−焼の厳しい条件下に０１低ＮＯ。
問題となっているが、とくにガスタービン用の燃焼器に
ついては燃焼性の改善に基づく乾式法と、水、水蒸気を
用いる湿式法とによってＮＯｘ低減技術が進められてい
る。しかし、燃焼に於けるＮＯ，生成機構が極めて複雑
なために技術的にかなシ難かしく、決定的な低減技術の
確立までには至っていない。特に乾式法は、他の媒体を
必要としない利点がある反面、その燃焼形態は希薄低温
度−焼の厳しい条件下に０１低ＮＯ。
化はある程門は可能であるがＣＯの排出量が増大する傾
向を示す。一般に燃焼時のＮＯ，生成は、燃焼領域の局
所的な高温部の燃焼ガスに支配され、主に燃料の未燃焼
排出物の窒素分と燃焼空気中の窒素の酸化等によって発
生する。これらはツユエルＮ０８とサーマルＮＯｘと呼
ばれ、特にサーマルＮＯ，ａ酸素濃度、反応時間の依存
度が大きく、ガス温度にかなシ影響される。したがって
燃焼過程において、局所的な高温領域が形成されない低
温燃焼を実現すればかなシ効果的な低ＮＯ，化の燃焼が
可能となる。
向を示す。一般に燃焼時のＮＯ，生成は、燃焼領域の局
所的な高温部の燃焼ガスに支配され、主に燃料の未燃焼
排出物の窒素分と燃焼空気中の窒素の酸化等によって発
生する。これらはツユエルＮ０８とサーマルＮＯｘと呼
ばれ、特にサーマルＮＯ，ａ酸素濃度、反応時間の依存
度が大きく、ガス温度にかなシ影響される。したがって
燃焼過程において、局所的な高温領域が形成されない低
温燃焼を実現すればかなシ効果的な低ＮＯ，化の燃焼が
可能となる。
従来、ガスタービン用燃焼器の低ＮＯ，化の燃焼方式と
しては、前述のように水や水蒸気を射出して火炎の温度
を下げる方法（いわゆる湿式法）があるがこの方式では
、ガスタービンの効率が下がる欠点があるため昨今では
、希薄低温度燃焼を実現せしめようとして開発研究が進
められている。
しては、前述のように水や水蒸気を射出して火炎の温度
を下げる方法（いわゆる湿式法）があるがこの方式では
、ガスタービンの効率が下がる欠点があるため昨今では
、希薄低温度燃焼を実現せしめようとして開発研究が進
められている。
上記の目的を達成するには、単に燃料の噴霧の近傍に空
気を多量に流通させても、燃焼速度が高いため燃料と空
気とが充分混合しないうちに燃焼してしまい、燃料濃度
が均一でないため局部的な高温を生じ、このため大幅な
ＮＯｘ低減はできない。また過剰空気の導入は、火炎面
を過冷却してＣＯ等の未燃焼排出物の増加、不安定燃焼
の原因となるが、これは主に拡散燃焼で発生しやすい。
気を多量に流通させても、燃焼速度が高いため燃料と空
気とが充分混合しないうちに燃焼してしまい、燃料濃度
が均一でないため局部的な高温を生じ、このため大幅な
ＮＯｘ低減はできない。また過剰空気の導入は、火炎面
を過冷却してＣＯ等の未燃焼排出物の増加、不安定燃焼
の原因となるが、これは主に拡散燃焼で発生しやすい。
したがって燃焼形態のみによって理想的にＮＯ工及びＣ
Ｏの低減を行うには、燃焼の前に燃料と空気とを完全に
混合して火炎温度を均一化し、局部的な高温の発生を抑
制しなければならない。
Ｏの低減を行うには、燃焼の前に燃料と空気とを完全に
混合して火炎温度を均一化し、局部的な高温の発生を抑
制しなければならない。
上記のように燃料と空気とを完全に混合させて火炎温度
を均一化させる燃焼方式は一般に予混合わせることに）
よ？）、Ｎｏ！及びＣＯ低減に有効なものである。この
燃焼方式の公知例として、第１図及び第２図に示したが
、第１図に示す燃焼器の場合の運転方法は、起動時はノ
ズルＦ２よシ噴射した燃料に点火し、負荷瀘大きくなっ
た時点でノズルＦｔ よシ噴射する燃料に火を移した後
Ｆ２の火を消し、燃料をノズルＦ１からのみ噴射するこ
とによシ、予混合室４１で空気と混合した後主室４３で
燃焼させるものである。一方第２図に示す例では、ノズ
ルＦｌを用いて起動し、負荷が大きくなった時点で、ノ
ズルＦ２よシ燃焼噴射し、予混合室５１で空気と混合後
主室５３で燃焼させる。
を均一化させる燃焼方式は一般に予混合わせることに）
よ？）、Ｎｏ！及びＣＯ低減に有効なものである。この
燃焼方式の公知例として、第１図及び第２図に示したが
、第１図に示す燃焼器の場合の運転方法は、起動時はノ
ズルＦ２よシ噴射した燃料に点火し、負荷瀘大きくなっ
た時点でノズルＦｔ よシ噴射する燃料に火を移した後
Ｆ２の火を消し、燃料をノズルＦ１からのみ噴射するこ
とによシ、予混合室４１で空気と混合した後主室４３で
燃焼させるものである。一方第２図に示す例では、ノズ
ルＦｌを用いて起動し、負荷が大きくなった時点で、ノ
ズルＦ２よシ燃焼噴射し、予混合室５１で空気と混合後
主室５３で燃焼させる。
以上二つの公知例とも、それぞれ絞シ部４２゜５２を設
けてバツクファイヤの防止を図っているが、バック７ア
イヤ条件は変動するものであり、上記双方の公知例のよ
うな固定絞シでは安定性。
けてバツクファイヤの防止を図っているが、バック７ア
イヤ条件は変動するものであり、上記双方の公知例のよ
うな固定絞シでは安定性。
信頼性が充分でない。
本発明の目的は、ＮＯ！低減に障害となるバツクファイ
ヤを防止し、且つ安定した燃焼特性を有すると共に信頼
性に優れた低ＮＯ！燃焼器を提供することである。バツ
クファイヤの防止によシ予混合方式のＮ０８低減がその
効果を発揮し得るようになる。
ヤを防止し、且つ安定した燃焼特性を有すると共に信頼
性に優れた低ＮＯ！燃焼器を提供することである。バツ
クファイヤの防止によシ予混合方式のＮ０８低減がその
効果を発揮し得るようになる。
上記の目的を達成するため、本発明は、ガスタービン用
の燃焼器において、燃焼器ライナの上流側の端をオープ
ンにし、燃焼器ライナの中央付近にコーン状の燃料ノズ
ルを設け、上記のコーン形状は上流側を太く下流側を細
く形成して前記の燃焼器ライナと燃料ノズルとの間隙を
、ノズル上流側で小さく下流側で大きくして、この間隙
を通過する流体の速度が上流側で速く下流側で遅くなる
ように構成したことを特徴とする。
の燃焼器において、燃焼器ライナの上流側の端をオープ
ンにし、燃焼器ライナの中央付近にコーン状の燃料ノズ
ルを設け、上記のコーン形状は上流側を太く下流側を細
く形成して前記の燃焼器ライナと燃料ノズルとの間隙を
、ノズル上流側で小さく下流側で大きくして、この間隙
を通過する流体の速度が上流側で速く下流側で遅くなる
ように構成したことを特徴とする。
第３図は本発明の低ＮＯ工燃焼器の１実施例の断面図に
、ガスタービン用の空気圧縮機１．タービン３．負荷４
を付記した図である。その概要は、圧縮機１から吐出さ
れた圧縮空気５が燃焼器ライナ６内に導入され、１段ノ
ズル１３からシされる燃料を燃焼させて高温高圧の作動
流体を生成し、タービン３を回転させる。２は燃焼器外
筒である。
、ガスタービン用の空気圧縮機１．タービン３．負荷４
を付記した図である。その概要は、圧縮機１から吐出さ
れた圧縮空気５が燃焼器ライナ６内に導入され、１段ノ
ズル１３からシされる燃料を燃焼させて高温高圧の作動
流体を生成し、タービン３を回転させる。２は燃焼器外
筒である。
詳しくは、上記の圧縮空気５は燃焼器ライナ６に設けら
れた希釈空気孔７．後部燃焼室に設けられたスワラ８．
及び、燃焼器ライナ６の上流端から燃焼器内に導入され
るように構成しである。また、前記圧縮空気５の１部は
冷却空気９としても燃焼器ライナ６内に導入するように
構成しである。
れた希釈空気孔７．後部燃焼室に設けられたスワラ８．
及び、燃焼器ライナ６の上流端から燃焼器内に導入され
るように構成しである。また、前記圧縮空気５の１部は
冷却空気９としても燃焼器ライナ６内に導入するように
構成しである。
また、燃料１０は、燃料の所要量を制御する制御弁１１
を通じて燃料導入管１２から１段ノズル１３に入シさら
にノズル内室工４に入シ、１段ノズル１３のコーン部に
添って、予混合室１５にて予混合燃料１９となって起動
着火部１６に集シ予混合燃焼を行う。一方燃料を制御弁
１７を介して燃焼器ライナ６の後部燃焼室１８に設けら
れた２段目スワラ８に供給し、空気流と共に噴出して後
部燃焼室１８で希薄低温度燃焼を行う。更に燃焼作動時
は燃焼器ライナ６に設けられた冷却空気孔を通じて冷却
空気９を流入させて燃焼器ライチ６の壁面冷却および燃
焼ガス温度の均一性を向上させる。また、希釈空気孔（
図示なし）から空気流を導入して燃焼ガスの設定温度を
定めている。
を通じて燃料導入管１２から１段ノズル１３に入シさら
にノズル内室工４に入シ、１段ノズル１３のコーン部に
添って、予混合室１５にて予混合燃料１９となって起動
着火部１６に集シ予混合燃焼を行う。一方燃料を制御弁
１７を介して燃焼器ライナ６の後部燃焼室１８に設けら
れた２段目スワラ８に供給し、空気流と共に噴出して後
部燃焼室１８で希薄低温度燃焼を行う。更に燃焼作動時
は燃焼器ライナ６に設けられた冷却空気孔を通じて冷却
空気９を流入させて燃焼器ライチ６の壁面冷却および燃
焼ガス温度の均一性を向上させる。また、希釈空気孔（
図示なし）から空気流を導入して燃焼ガスの設定温度を
定めている。
第４図は、上記のように構成した燃焼器に送入する燃料
の流量を示す図表である。図の横軸はガスタービン負荷
率を示し、図示しだカーブはガスタービンの負荷率がＯ
から１００％まで変化する場合の燃料流量の増加状態を
描いである。本図に示す如くガスタービンの部分負荷（
タービン負荷５０％近傍）まで１段ノズル１３（即ち予
混合用ノズル）を主体とした低温度燃焼を行い、その後
、第２段ノズル（第５図について後述）からも燃料噴霧
を行ない、後部燃焼室１８に設けたスワラ８からも空気
を噴流して定格負荷（１００％）で安定した希薄低温燃
焼をさせる。即ち、１段ノズル１３で、着火から部分負
荷１／２の作動範囲で常時安定且つ良好な予混合燃焼を
行えることが重要な課題となる。
の流量を示す図表である。図の横軸はガスタービン負荷
率を示し、図示しだカーブはガスタービンの負荷率がＯ
から１００％まで変化する場合の燃料流量の増加状態を
描いである。本図に示す如くガスタービンの部分負荷（
タービン負荷５０％近傍）まで１段ノズル１３（即ち予
混合用ノズル）を主体とした低温度燃焼を行い、その後
、第２段ノズル（第５図について後述）からも燃料噴霧
を行ない、後部燃焼室１８に設けたスワラ８からも空気
を噴流して定格負荷（１００％）で安定した希薄低温燃
焼をさせる。即ち、１段ノズル１３で、着火から部分負
荷１／２の作動範囲で常時安定且つ良好な予混合燃焼を
行えることが重要な課題となる。
更に、第５図、第６図によシ本発明の構成１機能につい
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
第５図に示す如く、外筒２１に内設した７０スリーブ２
３に対してストツノく−２５で連結された燃焼器内筒６
、燃焼器中央に設けた１段ノズル１３．１段ノズル１３
を取付けるカッ（−２２、スワラ８に燃料を射出する２
段ノズル２７．１段ノズル内室１４に流入する空気に旋
回流を加えるスワラ−２０、及び起動時に着火する点火
プラグ２８によって燃焼器を構成する。
３に対してストツノく−２５で連結された燃焼器内筒６
、燃焼器中央に設けた１段ノズル１３．１段ノズル１３
を取付けるカッ（−２２、スワラ８に燃料を射出する２
段ノズル２７．１段ノズル内室１４に流入する空気に旋
回流を加えるスワラ−２０、及び起動時に着火する点火
プラグ２８によって燃焼器を構成する。
上記の１段ノズル１３は、当該燃焼器の上流側（図にお
いて左方）を太く、下流側を細く、コーン状に形成し、
内部にノズル内室１４を設け、その室壁に燃料噴出用の
ノズル孔２６を多数設ける。
いて左方）を太く、下流側を細く、コーン状に形成し、
内部にノズル内室１４を設け、その室壁に燃料噴出用の
ノズル孔２６を多数設ける。
第６図は、上記の実施例における流速分布を示し、横軸
はノズル先端のコーン状部分の長さ方向の位置を表わし
、大径側（上流側）端を０位置、小径側（下流側）端を
１００位置として示しである。縦軸は、上記のコーン状
部の外周に形成される予混合室１５内における流速を表
わしている。
はノズル先端のコーン状部分の長さ方向の位置を表わし
、大径側（上流側）端を０位置、小径側（下流側）端を
１００位置として示しである。縦軸は、上記のコーン状
部の外周に形成される予混合室１５内における流速を表
わしている。
本発明を実施する際、必ずしも本例と同じ流速分布にし
なくても良いが、少なくとも、予混合室流速を上流側が
高く力るよう（本図において左上がシのカーブとするよ
う）燃焼器ライナと燃料ノズルのコーン状部との関係寸
法を設定し、予混容室流速の最大値を、バツクファイヤ
限界よシも高く設定する。
なくても良いが、少なくとも、予混合室流速を上流側が
高く力るよう（本図において左上がシのカーブとするよ
う）燃焼器ライナと燃料ノズルのコーン状部との関係寸
法を設定し、予混容室流速の最大値を、バツクファイヤ
限界よシも高く設定する。
即ち、予混合室の最大流速を、最悪条件におけるバツク
ファイヤの火炎伝播速度（例えば４０ｍ／Ｓ）よシも速
くする。これによシ、バツクファイヤの火炎が予混合流
に押し流されて逆火しなくなるので、安定した低Ｎｏ工
燃焼を行うことができる。
ファイヤの火炎伝播速度（例えば４０ｍ／Ｓ）よシも速
くする。これによシ、バツクファイヤの火炎が予混合流
に押し流されて逆火しなくなるので、安定した低Ｎｏ工
燃焼を行うことができる。
次に、本発明の応用例について述べる。本発明の構成は
、上述のように予混合室にてほぼ一様な減速流を形成す
ることが直接の目的であるので、燃料ノズルを直管にし
て、燃焼器ライナのオープン端を少径にして奥行ヘテー
パをつける拡大管に構成しても同様の効果が得られる。
、上述のように予混合室にてほぼ一様な減速流を形成す
ることが直接の目的であるので、燃料ノズルを直管にし
て、燃焼器ライナのオープン端を少径にして奥行ヘテー
パをつける拡大管に構成しても同様の効果が得られる。
但し、燃焼器ライナのオープン端は流量によって決るの
で、後部燃焼室が大径となシコスト的には不利である。
で、後部燃焼室が大径となシコスト的には不利である。
第３図及び第５図に示した実施例は、（１）第６図に示
すように予混合室の流速を通常バツクファイヤ限界速よ
シ充分大きな速度とすることが出来るため、バツクファ
イヤを起すことなくＮｏ、低減が出来、（１０起動時に
於いてもノズル先端のよどみ部で着火するため安定した
燃焼が得られ、Ｑトくツクファイヤ条件が変動しても、
燃焼範囲が若干上流側へ広がるのみで、安定性を保ち得
る。
すように予混合室の流速を通常バツクファイヤ限界速よ
シ充分大きな速度とすることが出来るため、バツクファ
イヤを起すことなくＮｏ、低減が出来、（１０起動時に
於いてもノズル先端のよどみ部で着火するため安定した
燃焼が得られ、Ｑトくツクファイヤ条件が変動しても、
燃焼範囲が若干上流側へ広がるのみで、安定性を保ち得
る。
以上詳述したように、本発明はガスタービン用の燃焼器
において、燃焼器ライナの上流側の端をオープンにし、
燃焼器ライナの中央付近にコーン状の燃料ノズルを設け
、上記のコーン形状は上流側を太く下流側を細く形成し
て前記の燃焼器ライナと燃料ノズルとの間隙を、ノズル
上流側で小さく下流側で大きくして、この間隙を通過す
る流体の速度が上流側で速く下流側で遅くなるように構
成することによシ、予混合室にほぼ一様な減速流を形成
せしめてバツクファイヤを防止しかつ安定した燃料特性
が得られ、低ＮＯ，燃焼器の信頼性向上に貢献するとこ
ろ多大である。
において、燃焼器ライナの上流側の端をオープンにし、
燃焼器ライナの中央付近にコーン状の燃料ノズルを設け
、上記のコーン形状は上流側を太く下流側を細く形成し
て前記の燃焼器ライナと燃料ノズルとの間隙を、ノズル
上流側で小さく下流側で大きくして、この間隙を通過す
る流体の速度が上流側で速く下流側で遅くなるように構
成することによシ、予混合室にほぼ一様な減速流を形成
せしめてバツクファイヤを防止しかつ安定した燃料特性
が得られ、低ＮＯ，燃焼器の信頼性向上に貢献するとこ
ろ多大である。
第１図及び第２図は、それぞれ低ＮＯｘ燃焼器の公知例
を説明するための断面図、第３図は本発明の低ＮＯｘ燃
焼器を備えたガスタービンの断面図、第４図は上記のガ
スタービンの燃料流量制御を表わす図表、第５図は第３
図に示した低ＮＯ。 燃焼器の拡大断面図、第６図は同じく速度分布を表わし
た図表である。 ５・・・圧縮空気、燃焼器ライナ、７・・・希釈空気、
８・・・スワラ、９・・・冷却空気、１０・・・燃料、
１１・・・制御弁、１２・・・燃料導入管、１３・・・
１段ノズル、１４・・・ノズル内室、１５・・・予混合
室、１６・・・起動着火部、１７・・・制御弁、１８・
・・後部燃焼室、１９・・・予混合燃料、２０・・・ス
ワラ、２１・・・外筒、２２・・・カバー、２３・・・
フロースリーブ、２５・・・ストッパ、２６・・・ノズ
ル孔、２７・・・２段ノズル、２８・・・点火プラグ、
２９・・・ノズルコーン部の上流側の端、毛／図 箔４図
を説明するための断面図、第３図は本発明の低ＮＯｘ燃
焼器を備えたガスタービンの断面図、第４図は上記のガ
スタービンの燃料流量制御を表わす図表、第５図は第３
図に示した低ＮＯ。 燃焼器の拡大断面図、第６図は同じく速度分布を表わし
た図表である。 ５・・・圧縮空気、燃焼器ライナ、７・・・希釈空気、
８・・・スワラ、９・・・冷却空気、１０・・・燃料、
１１・・・制御弁、１２・・・燃料導入管、１３・・・
１段ノズル、１４・・・ノズル内室、１５・・・予混合
室、１６・・・起動着火部、１７・・・制御弁、１８・
・・後部燃焼室、１９・・・予混合燃料、２０・・・ス
ワラ、２１・・・外筒、２２・・・カバー、２３・・・
フロースリーブ、２５・・・ストッパ、２６・・・ノズ
ル孔、２７・・・２段ノズル、２８・・・点火プラグ、
２９・・・ノズルコーン部の上流側の端、毛／図 箔４図
Claims (1)
- １、ガスタービン用の燃焼器において、燃焼器ライナの
上流側の端をオープンにし、該燃焼器ライナの中央付近
にコーン状の燃料ノズルを設け、上記のコーン形状は上
流側を太く下流側を細を形成して前記の燃焼器ライナと
燃料ノズルとの１１４１隙を、ノズル上流側で小さく下
流側で大きくして、この間隙を通過する流体の速度が上
流側で速く下流ｆｌｌで遅くなるように構成したことを
特徴とする低ＮＯ工燃焼器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5788283A JPS59183202A (ja) | 1983-04-04 | 1983-04-04 | 低ＮＯ↓ｘ燃焼器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5788283A JPS59183202A (ja) | 1983-04-04 | 1983-04-04 | 低ＮＯ↓ｘ燃焼器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59183202A true JPS59183202A (ja) | 1984-10-18 |
Family
ID=13068355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5788283A Pending JPS59183202A (ja) | 1983-04-04 | 1983-04-04 | 低ＮＯ↓ｘ燃焼器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59183202A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63311025A (ja) * | 1987-06-10 | 1988-12-19 | Hitachi Ltd | 多段燃焼器の燃焼制御方法及びその装置 |
| EP0711957A3 (en) * | 1994-10-14 | 1997-07-30 | Ulstein Turbine As | Fuel-air mixing device |
| JP2007044481A (ja) * | 2005-07-15 | 2007-02-22 | Srj Corp | 医療用カプセルの回収・搬送方法及びそれに用いる内視鏡装置 |
| US10265461B2 (en) | 2013-08-29 | 2019-04-23 | Motus Gi Medical Technologies Ltd. | Colon cleaning system with automatic self-purging features |
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-
1983
- 1983-04-04 JP JP5788283A patent/JPS59183202A/ja active Pending
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