JPS62288420A - 触媒燃焼器 - Google Patents

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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明はガスタービン用燃焼器に係り、特に、アンモニ
ア等の窒素化合物を燃焼させた場合に排出される窒素酸
化物を低減させるのに好適な燃焼器構成に関する。

〔従来の技術〕

従来、主燃焼を空気不足状態で行わせ、後流で未燃分除
去のための再燃焼用空気を吹き込む、いわゆる、二段燃
焼はガス燃焼等の燃焼からのサーマルＮ　Ｏｘおよびフ
ューエルＮＯｘの低減に有効であることが知られている
。また、空気を二段目に吹き込んだ場合には、吹き込み
位置がバーナ先端から遠ざかるに従って、吹き込み後の
最終ＮＯも低下することも一般に知られている。（日本
機械学会出版燃焼に伴う環境汚染物質の生成機構と抑制
法８５５．１２．２０）即ち、燃料希薄で燃焼させると
フューエルＮのＮｏへの変換率が高くなるので、それを
さけるために燃料過濃側で一次燃焼させ、フューエルＮ
からＮＯへの変換をおさ・え、−火燃焼で残留する未燃
成分を二次空気を混入することによって燃焼させる二段
燃焼である。

有炎燃焼の燃焼器では可燃限界とは別に安定燃焼範囲を
もち、これ以外の範囲では不完全燃焼するか、全く火炎
を形成しなくなる。この不安定領域は燃料過濃側と燃料
希薄側にそれぞれ存在する。

従ってフューエルＮからのＮＯｘをおさえるために燃料
過濃で燃焼するとしても、おのずから限界がある。

有炎燃焼での限界値が空気過剰率に換算して０．８程度
であり、この時のフューエルＮのＮｏχ変換率は５０％
〜６０％程度になる。この変換率を２０％〜３０％にす
るためには有炎燃焼に代る燃焼により高い燃料過濃条件
を作らなければならない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は従来の燃焼器が有炎燃焼であるために燃料過濃
状態で燃焼できる範囲が限られており、フューエルＮの
Ｎ　Ｏｘ変換率をなかなか下げることができないという
問題があった。

本発明の目的はより高い燃料過濃状態を作り出し、しか
も、安定して燃焼するような燃焼器構造を提供すること
にある。

従来の触媒燃焼は燃料希薄状態で使用されることが多く
燃焼上からは特に問題はない。即ち、燃料のまわりには
十分な酸素が存在し、しかも触媒上で酸化反応が進むた
めにその部分は高温になり、火炎の安定性もよくなる。

一方、本発明では燃料過濃状態で触媒を使用するため、
触媒だけでは燃料と酸素の十分な混合は期待できず、従
って、反応温度も上昇しない。

本発明はこの状態でも反応が進み、ｉ終的には低ＮＯｘ
、高効率の燃焼システムを作ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために１次のような燃焼経過をと
る。燃料過濃状態の予混合気を部分酸化するために設け
られた触媒中で燃焼させ、そこでのフューエルＮからＮ
　Ｏｘへの変換をおさえる。

一方、この触媒反応から生成されるガスはＣ０２ＨＣな
どの未燃分を多く含むために、この触媒下流に別に設け
られた触媒によって完全燃焼する。

部分酸化用触媒反応では燃焼反応を持続するための熱が
期待できないために、別に触媒上流に熱源を設け１部分
反応をたすける。

〔作用〕

燃焼器頭部に設けられたパイロットバーナは第一段の触
媒を加熱し、さらに、予混合燃料の部分酸化に必要な熱
を供給する。

第一段の触媒は燃料過濃な予混合気を部分酸化し、主に
ＵＨＣに変換する。また、燃料中に含まれる窒素分をシ
アン、あるいは、アンモニアに変換する。

第二段の触媒は、第一段の触媒反応で生成されるＵＣＨ
ｌあるいは、ｃｏを完全燃焼する。

〔実施例〕

第１図は燃焼器の基本原理を示す。燃焼器頭部のプリバ
ーナで予混合気と触媒Ａを加熱し触媒Ａでの部分燃焼を
補助する。供給される予混合気は空気過剰率に換算して
λ＝０．５以下となる。燃料中に含まれるアンモニア等
の窒素成分は、触媒Ａを通過する過程で、シアンとアン
モニアに分解し、他の可燃成分、たとえば、Ｈｚｔ　Ｃ
Ｈ４，Ｃ０などは一酸化炭素、未燃のハイドロカーボン
に分解排出される。一般に、アンモニア等を含むフュー
エルＮがＮ　Ｏｘに変換する過程は反応帯で分解し、Ｎ
原子を含む中間生成物を生じ、中間生成物は０Ｍ子を含
む化学種と反応してＮＯとなるが、又は、中間生成物は
ＮＯと反応してＮｏを分解し。

Ｎ２になる経路をとる。ここで、○原子を含む化学種は
ＯＨラジカル等である。又、中間生成物はＮ　Ｈｚ　、
　Ｎ　Ｈｌ又は、Ｎが考えられる。一般には、フューエ
ルＮがＮＨｚ　、ＮＨ，Ｎなどの中間生成物に分解が進
んだ後のＯ原子を含む化学種との反応がフューエルＮｏ
生成を支配することになる。

このことは火炎の性質が主な支配要因となることをあら
れしている。一般に、燃焼温度が下るほど排出されるＮ
ｏ濃度は減少することがわかっている。そこで火炎の温
度を均一にし、なお火炎温度の低い状態を作る必要があ
る。触媒燃焼はこの二つの事項を満足する。

触媒下流は段階的に導入される空気と触媒で部分酸化さ
れて生成された未燃のガスが混合し、ここでは希薄混合
気となって段階的に完全燃焼に移行するにの完全燃焼室
は有炎燃焼で行う場合と、ここに触媒を用いる場合等が
考えられる。いづれの場合も作用としては同一である。

第２図に燃焼器の一実施例を示す。パイロットバーナ１
は燃焼器ライナ４の頭部に設けられる。

ここに使われる燃料は油、又は天然ガス等が考えられ、
主燃料とは異なる。予混合気ノズル２はフューエルＮを
含む燃料と空気過剰率換算で０．５以下となるような予
混合気はライナ内に供給する。

供給された予混合気はパイロットバーナで予熱され、下
流の触媒３に導かれる。触媒３では予熱された燃料が部
分酸化し、下流の燃焼室５に導かれる。触媒下流のライ
ナからは、途中、段階的に空気が導入され、空気過剰率
が増加しながら完全燃焼する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、フューエルＮを含む燃料を燃料過濃な
状態で安定して燃焼できるので、フューエルＮからＮ　
Ｏｘへの変換率を小さくすることができ、しかも、触媒
後流で希薄燃焼による完全燃焼ができるので、低ＮＯｘ
、高効率の燃焼器となる。

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、窒素化合物を含む燃料ガスの燃焼器を備えたガスタ
   ービン発電装置で、前記燃焼器は燃料及び空気の供給口
   と燃焼ガスを排出する出口をもつ燃焼室を備え、前記燃
   焼室は流路を構成し、前記流路内に触媒反応層と、触媒
   層、あるいは、前記燃料と空気の予混合気を加熱するた
   めの燃焼器を収容し、前記流路は前記触媒層によつて複
   数の空間に区別され、前記触媒層の上流のガスは全て前
   記触媒層を経て前記触媒層下流の空間に達し、前記触媒
   層上流の空間はアンモニア等の前記窒素化合物を含む燃
   料と空気を混合するための空間となり、前記触媒層の下
   流の空間は前記触媒層における触媒作用によつて生成さ
   れるガスを完全燃焼させるための空間となり、この空間
   には完全燃焼のために必要な空気が供給され、前記触媒
   層では前記窒素化合物を含む燃料と空気の混合ガスを触
   媒作用で活性化し、前記触媒層に供給される混合気濃度
   を空気過剰率換算で０．５以下とし、さらに、前記触媒
   層での活性化温度がアンモニアから前記窒素酸化物に変
   換しない１０００℃以下の温度に制限し、前記触媒層よ
   り下流の空間では前記触媒層で生成されたシアン等の窒
   素化合物を窒素と水に分解できるような温度となるよう
   に空気量制御を行うことを特徴とする触媒燃焼器。