JP2774557B2 - 触媒燃焼式ガスタービン用燃焼器 - Google Patents
触媒燃焼式ガスタービン用燃焼器Info
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- JP2774557B2 JP2774557B2 JP1076431A JP7643189A JP2774557B2 JP 2774557 B2 JP2774557 B2 JP 2774557B2 JP 1076431 A JP1076431 A JP 1076431A JP 7643189 A JP7643189 A JP 7643189A JP 2774557 B2 JP2774557 B2 JP 2774557B2
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- Japan
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- catalyst
- segment
- premixer
- combustor
- gas turbine
- 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.)
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
Landscapes
- Gas Burners (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ガスタービン燃焼器に関する。更に詳述す
ると、本発明は触媒燃焼と予混合燃焼とを併用したガス
タービン燃焼器に関する。
ると、本発明は触媒燃焼と予混合燃焼とを併用したガス
タービン燃焼器に関する。
（従来の技術） ガスタービン用燃焼器にあっては、発電システムにお
ける熱効率と環境汚染を考慮し、NOxを低減しつつ燃焼
器出口の燃焼ガス温度を高くすることが要望される。一
方、低NOx燃焼の有力な手法の１つとして、触媒燃焼が
従来から提案されているが、触媒の耐熱温度との関係で
高温例えば1300℃程度の燃焼ガスを低NOx性を維持しつ
つ得ることは難しい。そこで、触媒燃焼と気相燃焼とを
組合せて、触媒温度を触媒の耐熱温度以下に保って触媒
の劣化を防ぎつつ、燃焼器出口の燃焼ガス温度を高くす
ることが考えられている。
ける熱効率と環境汚染を考慮し、NOxを低減しつつ燃焼
器出口の燃焼ガス温度を高くすることが要望される。一
方、低NOx燃焼の有力な手法の１つとして、触媒燃焼が
従来から提案されているが、触媒の耐熱温度との関係で
高温例えば1300℃程度の燃焼ガスを低NOx性を維持しつ
つ得ることは難しい。そこで、触媒燃焼と気相燃焼とを
組合せて、触媒温度を触媒の耐熱温度以下に保って触媒
の劣化を防ぎつつ、燃焼器出口の燃焼ガス温度を高くす
ることが考えられている。
このような燃焼器としては、触媒層の下流に気相燃焼
域を設け、触媒燃焼による高温ガス中に燃料を添加して
拡散燃焼させる方式が特開昭60−175925号に提案されて
いる。この燃焼方式は、第７図に示すように、ノズル10
3から噴射される燃料を予燃焼させて触媒燃焼に必要な
温度まで予熱した燃焼ガスを生成し、それを触媒101で
触媒燃焼させる一方、触媒101の中を貫通するパイプ102
を通して触媒101の出口部分に補助燃料を噴射させて燃
料濃度を上げ難燃性の燃料を拡散燃焼させ、燃焼ガスの
温度を高めるものである。
域を設け、触媒燃焼による高温ガス中に燃料を添加して
拡散燃焼させる方式が特開昭60−175925号に提案されて
いる。この燃焼方式は、第７図に示すように、ノズル10
3から噴射される燃料を予燃焼させて触媒燃焼に必要な
温度まで予熱した燃焼ガスを生成し、それを触媒101で
触媒燃焼させる一方、触媒101の中を貫通するパイプ102
を通して触媒101の出口部分に補助燃料を噴射させて燃
料濃度を上げ難燃性の燃料を拡散燃焼させ、燃焼ガスの
温度を高めるものである。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、燃焼室内の全面を単一の触媒101で塞
いでいるため、大型の燃焼器を製作する場合には大型の
触媒を必要とする。ところが、大型の触媒は製作が大変
であると共に熱応力等に対し信頼性が著しく損われる不
利があり、現在工業的に実用化が困難であるとされてい
る。しかも経済的に相当高価なものとなる。
いでいるため、大型の燃焼器を製作する場合には大型の
触媒を必要とする。ところが、大型の触媒は製作が大変
であると共に熱応力等に対し信頼性が著しく損われる不
利があり、現在工業的に実用化が困難であるとされてい
る。しかも経済的に相当高価なものとなる。
また、第７図の燃焼器は、触媒出口の下流において拡
散燃焼させるため、この拡散燃焼によるNOxの増大の影
響を抑えることができず、触媒燃焼温度を低く抑えつつ
燃焼器出口のガス温度を高めようとする場合NOx低減効
果が低くなる問題を含んでいる。
散燃焼させるため、この拡散燃焼によるNOxの増大の影
響を抑えることができず、触媒燃焼温度を低く抑えつつ
燃焼器出口のガス温度を高めようとする場合NOx低減効
果が低くなる問題を含んでいる。
本発明は、既に工業的に実用化された小型触媒を利用
して信頼性が高く低NOxのガスタービン用大型燃焼器を
提供することを目的とする。
して信頼性が高く低NOxのガスタービン用大型燃焼器を
提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段） かかる目的を達成するため、本発明の触媒燃焼式ガス
タービン用燃焼器は、予混合器を内蔵する予混合器セグ
メントと、触媒を充填しかつその上流側に予混合器を内
蔵した触媒セグメントとを並列に配置して集合させ、そ
の集合体によって予混合器セグメントからの予混合気を
触媒セグメントからの燃焼ガスにより燃焼させる大型燃
焼器を形成するようにしている。
タービン用燃焼器は、予混合器を内蔵する予混合器セグ
メントと、触媒を充填しかつその上流側に予混合器を内
蔵した触媒セグメントとを並列に配置して集合させ、そ
の集合体によって予混合器セグメントからの予混合気を
触媒セグメントからの燃焼ガスにより燃焼させる大型燃
焼器を形成するようにしている。
（作用） したがって、触媒温度、触媒入口流速等を触媒に最適
な条件に保ちながら触媒燃焼させる一方、触媒から噴射
される高温燃焼ガスの周りあるいは内側に通常の予混合
気より希薄な予混合気を噴射し、高温ガスを火種として
燃焼が不安定な予混合気を安定に燃焼させ、触媒燃焼と
希薄予混合燃焼の効果によりNOxの発生を抑制する。ま
た、予混合器セグメントから噴射される予混合気の濃度
を調整することにより、燃焼ガスの燃焼器出口温度を触
媒耐熱温度以上の高温に上昇できる。また、触媒は燃焼
器の大きさに関係なく、触媒セグメントの数と大きさに
よって決定され、最適な寸法に小型化できる。
な条件に保ちながら触媒燃焼させる一方、触媒から噴射
される高温燃焼ガスの周りあるいは内側に通常の予混合
気より希薄な予混合気を噴射し、高温ガスを火種として
燃焼が不安定な予混合気を安定に燃焼させ、触媒燃焼と
希薄予混合燃焼の効果によりNOxの発生を抑制する。ま
た、予混合器セグメントから噴射される予混合気の濃度
を調整することにより、燃焼ガスの燃焼器出口温度を触
媒耐熱温度以上の高温に上昇できる。また、触媒は燃焼
器の大きさに関係なく、触媒セグメントの数と大きさに
よって決定され、最適な寸法に小型化できる。
また、セグメントの集合体によってバーナが構成され
ているため、セグメントの交換によって触媒及びその他
の部品の交換を行ない、更にセグメント数の増減によっ
て大小各種サイズのガスタービンを構成する。
ているため、セグメントの交換によって触媒及びその他
の部品の交換を行ない、更にセグメント数の増減によっ
て大小各種サイズのガスタービンを構成する。
（実施例） 以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳
細に説明する。
細に説明する。
第１図に本発明の触媒燃焼式ガスタービン用燃焼器の
概略構造を中央縦断面図で示す。この触媒燃焼式ガスタ
ービン用燃焼器は、予混合器７を内蔵した予混合器セグ
メント４と、小型の触媒５を充填しかつその上流側に予
混合器６を内蔵した触媒セグメント３とを並列に配置
し、その集合体によって大型のバーナ１を構成するよう
にしている。燃焼器は、通常ケーシング11とライナ12と
の２重筒構造が採られ、ライナ12とケーシング11との間
に空気の流路13が形成されて、ガスタービン側から供給
される圧縮空気Ａをライナ12の内側の燃焼室２に予混合
器セグメント４と、触媒セグメント３及びライナ冷却空
気孔14から夫々噴射するように設けられている。また、
ライナ12に二次空気孔が設けられる場合にはそこからも
空気Ａが噴射される。
概略構造を中央縦断面図で示す。この触媒燃焼式ガスタ
ービン用燃焼器は、予混合器７を内蔵した予混合器セグ
メント４と、小型の触媒５を充填しかつその上流側に予
混合器６を内蔵した触媒セグメント３とを並列に配置
し、その集合体によって大型のバーナ１を構成するよう
にしている。燃焼器は、通常ケーシング11とライナ12と
の２重筒構造が採られ、ライナ12とケーシング11との間
に空気の流路13が形成されて、ガスタービン側から供給
される圧縮空気Ａをライナ12の内側の燃焼室２に予混合
器セグメント４と、触媒セグメント３及びライナ冷却空
気孔14から夫々噴射するように設けられている。また、
ライナ12に二次空気孔が設けられる場合にはそこからも
空気Ａが噴射される。
前記予混合器セグメント４は内部に予混合器７を設
け、定格運転時に所定の空気比例えば触媒セグメント３
内に供給される予混合気よりも若干濃いが、通常の予混
合燃焼器における予混合気濃度よりは薄い予混合気を燃
焼室内に供給するようにしている。予混合器７は、例え
ば第３図（Ａ）に示すようにベンチュリー管15と燃料噴
射ノズル10とによって構成されており、エゼクタ効果に
よってノズル10周辺の燃焼用空気Ａを吸引し、所定濃度
の予混合気を得るように設けられている。また、予混合
器セグメント４は、第３図（Ｂ）に示すように、出口に
スワラ16を設けて予混合気を燃焼室２内に旋回噴射させ
るように設け、燃焼室２内において触媒セグメント３か
ら噴射される燃焼ガスとの拡散混合性を高めることも可
能である。また、第３図（Ｃ）に示すようにセグメント
４の出口に点火器17を設けてガスタービン起動時に予混
合バーナとして作動させるようにしても良い。この場
合、燃焼噴射ノズル10から噴射される燃料Ｆは、調整弁
（図示省略）等によって、空気圧の低い起動時および部
分負荷時例えば20％負荷時まではエゼクタ効果によって
燃焼用空気Ａが吸引されて火着きが良く安定して燃焼す
る適当な空気比の予混合気を得るように制御されている
ものの、定格運転時には空気圧が上昇するためにエゼク
タ効果が消失し燃料濃度が低下する。したがって、起動
時には予混合バーナとして機能するが、定格運転に移行
すると自動的に失火してしまい、薄い予混合気を噴出す
る。また、予混合バーナは噴射燃料を調節することによ
って燃料濃度を下げ、強制的に失火させることもある。
更に、第３図（Ｄ）に示すように、スロート18と旋回器
19と点火器17を有する燃料噴射ノズル10とによって、チ
ューブ４の上流側に予混合バーナ兼混合器20を構成する
ようにしても良い。チューブ４内の下流側には予燃焼室
21が形成され、ガスタービン起動時に予燃焼室21内で予
混合気を燃焼させ、ガスタービン負荷の上昇と共に増大
する燃焼用空気の供給圧力によって空気比を大きくして
自動的にまたは強制的に失火させ、セグメント下流の燃
焼室２に薄い予混合気を供給するように設けられてい
る。更に、第３図（Ｅ）に示すように、第３図（Ｄ）の
実施例のものの出口にスワラー16を設け、予混合気を旋
回させて燃焼室２内に供給し、触媒セグメント３から噴
射される燃焼ガスの拡散混合性を高めるようにしても良
い。
け、定格運転時に所定の空気比例えば触媒セグメント３
内に供給される予混合気よりも若干濃いが、通常の予混
合燃焼器における予混合気濃度よりは薄い予混合気を燃
焼室内に供給するようにしている。予混合器７は、例え
ば第３図（Ａ）に示すようにベンチュリー管15と燃料噴
射ノズル10とによって構成されており、エゼクタ効果に
よってノズル10周辺の燃焼用空気Ａを吸引し、所定濃度
の予混合気を得るように設けられている。また、予混合
器セグメント４は、第３図（Ｂ）に示すように、出口に
スワラ16を設けて予混合気を燃焼室２内に旋回噴射させ
るように設け、燃焼室２内において触媒セグメント３か
ら噴射される燃焼ガスとの拡散混合性を高めることも可
能である。また、第３図（Ｃ）に示すようにセグメント
４の出口に点火器17を設けてガスタービン起動時に予混
合バーナとして作動させるようにしても良い。この場
合、燃焼噴射ノズル10から噴射される燃料Ｆは、調整弁
（図示省略）等によって、空気圧の低い起動時および部
分負荷時例えば20％負荷時まではエゼクタ効果によって
燃焼用空気Ａが吸引されて火着きが良く安定して燃焼す
る適当な空気比の予混合気を得るように制御されている
ものの、定格運転時には空気圧が上昇するためにエゼク
タ効果が消失し燃料濃度が低下する。したがって、起動
時には予混合バーナとして機能するが、定格運転に移行
すると自動的に失火してしまい、薄い予混合気を噴出す
る。また、予混合バーナは噴射燃料を調節することによ
って燃料濃度を下げ、強制的に失火させることもある。
更に、第３図（Ｄ）に示すように、スロート18と旋回器
19と点火器17を有する燃料噴射ノズル10とによって、チ
ューブ４の上流側に予混合バーナ兼混合器20を構成する
ようにしても良い。チューブ４内の下流側には予燃焼室
21が形成され、ガスタービン起動時に予燃焼室21内で予
混合気を燃焼させ、ガスタービン負荷の上昇と共に増大
する燃焼用空気の供給圧力によって空気比を大きくして
自動的にまたは強制的に失火させ、セグメント下流の燃
焼室２に薄い予混合気を供給するように設けられてい
る。更に、第３図（Ｅ）に示すように、第３図（Ｄ）の
実施例のものの出口にスワラー16を設け、予混合気を旋
回させて燃焼室２内に供給し、触媒セグメント３から噴
射される燃焼ガスの拡散混合性を高めるようにしても良
い。
また、触媒セグメント３は、触媒５を充填しかつその
上流側に予混合器６を備えるようにしている。例えば、
触媒セグメント３は、第２図（Ａ）に示すように、ベン
チューリ管22の最小径部に燃料噴射ノズル９の出口を開
口し、燃焼用空気によって燃料を吸引予混合する予混合
器６をチューブ３の上流側に構成し、出口に触媒５を充
填して成る。また、第２図（Ｂ）に示すように、触媒５
を加工して触媒５自体の出口側にスワラー23を形成した
り、第２図（Ｃ）に示すように触媒５とは別に触媒５の
下流にスワラー24を独立して設けることにより、燃焼ガ
スを旋回噴射させるようにしても良い。更に、第２図
（Ｄ）に示すように、触媒５の上流に予混合器６を、更
にその予混合器６の上流に点火器32を有する拡散バーナ
25を設け、予混合器６と拡散バーナ25との間に予燃焼室
26を形成することもある。この場合、予燃焼室26には燃
料Ｆと平行に一次空気Ａを、また径方向の二次空気孔27
から二次空気Ａを供給し、燃料Ｆと空気Ａとを混合しな
がら燃焼させるようにしている。また、第２図（Ｅ）に
示すように、拡散バーナ25の周囲に拡散バーナ25の噴射
軸と斜交するように予混合器28を設置するようにしても
良い。また、第２図（Ｆ）及び（Ｇ）に示すように、第
２図（Ｄ），（Ｅ）の拡散バーナ部25をスロート30とス
ワラー31と点火器32を有する燃料噴射ノズル９とから成
る予混合バーナ兼予混合器29に置き換えても良い。更
に、第２図（Ｈ）に示すように、触媒５と予混合器６と
の間にスワラー33を設け、混合性を向上させるようにし
ても良い。また、予混合器としてはベンチューリー管以
外の構造のものでも良く、例えばエゼクタを利用したも
のでも可能である。
上流側に予混合器６を備えるようにしている。例えば、
触媒セグメント３は、第２図（Ａ）に示すように、ベン
チューリ管22の最小径部に燃料噴射ノズル９の出口を開
口し、燃焼用空気によって燃料を吸引予混合する予混合
器６をチューブ３の上流側に構成し、出口に触媒５を充
填して成る。また、第２図（Ｂ）に示すように、触媒５
を加工して触媒５自体の出口側にスワラー23を形成した
り、第２図（Ｃ）に示すように触媒５とは別に触媒５の
下流にスワラー24を独立して設けることにより、燃焼ガ
スを旋回噴射させるようにしても良い。更に、第２図
（Ｄ）に示すように、触媒５の上流に予混合器６を、更
にその予混合器６の上流に点火器32を有する拡散バーナ
25を設け、予混合器６と拡散バーナ25との間に予燃焼室
26を形成することもある。この場合、予燃焼室26には燃
料Ｆと平行に一次空気Ａを、また径方向の二次空気孔27
から二次空気Ａを供給し、燃料Ｆと空気Ａとを混合しな
がら燃焼させるようにしている。また、第２図（Ｅ）に
示すように、拡散バーナ25の周囲に拡散バーナ25の噴射
軸と斜交するように予混合器28を設置するようにしても
良い。また、第２図（Ｆ）及び（Ｇ）に示すように、第
２図（Ｄ），（Ｅ）の拡散バーナ部25をスロート30とス
ワラー31と点火器32を有する燃料噴射ノズル９とから成
る予混合バーナ兼予混合器29に置き換えても良い。更
に、第２図（Ｈ）に示すように、触媒５と予混合器６と
の間にスワラー33を設け、混合性を向上させるようにし
ても良い。また、予混合器としてはベンチューリー管以
外の構造のものでも良く、例えばエゼクタを利用したも
のでも可能である。
前記予混合器セグメント４及び触媒セグメント３の構
成材料といては、耐熱性材料例えば耐熱合金やセラミッ
クス等の使用が好ましく、最も好ましくはセラミックス
の使用である。例えば、各セグメント3,4は全体がセラ
ミックスによって、あるいはセラミックスの内張を耐熱
合金等に施すことによってチューブ状に成形されてい
る。ここで、セラミックスとしては、例えば炭化ケイ素
系セラミックス、窒化ケイ素系セラミックス、サイアロ
ン（Sialon）等の使用が好ましい。
成材料といては、耐熱性材料例えば耐熱合金やセラミッ
クス等の使用が好ましく、最も好ましくはセラミックス
の使用である。例えば、各セグメント3,4は全体がセラ
ミックスによって、あるいはセラミックスの内張を耐熱
合金等に施すことによってチューブ状に成形されてい
る。ここで、セラミックスとしては、例えば炭化ケイ素
系セラミックス、窒化ケイ素系セラミックス、サイアロ
ン（Sialon）等の使用が好ましい。
また、触媒５としては、多数の貫通孔を有する一体型
の触媒が使用可能であり、ハニカム型、海綿型若しくは
繊維型の一体型母材の表面に活性成分を担持したものが
好ましく、最も好ましくはハニカム型母材の使用であ
る。さらに、触媒５の構成材料としては、耐熱合金ある
いはセラミックス等の母材および貴金属あるいは卑金属
酸化物等の活性成分の使用が好ましい。ここで、耐熱合
金としてはインコネル、ハステロイ、セラミックスとし
てはコーディエライト、窒化ケイ素、貴金属としては白
金、パラジウム、卑金属酸化物としてはクロム酸化物、
コバルト酸化物等の使用が好ましい。この触媒５は熱応
力や信頼性等を考慮してその大きさが決定されるが、小
径であることが好ましく、例えば直径15cm以下のものの
使用が好ましい。
の触媒が使用可能であり、ハニカム型、海綿型若しくは
繊維型の一体型母材の表面に活性成分を担持したものが
好ましく、最も好ましくはハニカム型母材の使用であ
る。さらに、触媒５の構成材料としては、耐熱合金ある
いはセラミックス等の母材および貴金属あるいは卑金属
酸化物等の活性成分の使用が好ましい。ここで、耐熱合
金としてはインコネル、ハステロイ、セラミックスとし
てはコーディエライト、窒化ケイ素、貴金属としては白
金、パラジウム、卑金属酸化物としてはクロム酸化物、
コバルト酸化物等の使用が好ましい。この触媒５は熱応
力や信頼性等を考慮してその大きさが決定されるが、小
径であることが好ましく、例えば直径15cm以下のものの
使用が好ましい。
この触媒５は、第６図に示すように、セラミックスで
形成されたスナップリング34を使用してセグメント３に
固定されている。スナップリング34は、例えばＣ形リン
グの一側端に触媒５を固定する爪35を形成して成り、肉
厚を薄く成形することによって着脱時の変形が可能な程
度の弾力性を得る。このスナップリング34をチューブ３
内の触媒５の前後の環状溝36に嵌め込んで触媒５を固定
する。また、スナップリング34の所々にある程度の肉厚
部を形成し、その肉厚部分で触媒５を係止するよう設け
ることも可能である。また、各セグメント3,4は、安定
燃焼が得られるように、自由に配置することが可能であ
る。例えば、第４図に例示する如く、予混合器セグメン
ト４の周囲に触媒セグメント３を環状に配置したり
［（Ａ）図］、１個の触媒セグメント３の周囲に予混合
器セグメント４を環状に配置したり［（Ｂ）図］、複数
個の触媒セグメント３の間に複数個を１組とする複数組
の予混合器セグメント４を配置したり［（Ｃ）図］、中
央に予混合器セグメント４を配置し、その周囲に触媒セ
グメント３を円周状に配置すると共に更にその外側を予
混合器セグメント４で包囲する［（Ｄ）図］ことが可能
である。また、各セグメント3,4の断面形状は第４図
（Ｅ）に示すように円形及び非円形のいずれでも良く、
また三次元的に配置することも可能である。例えば、第
５図（Ａ）に示すように、触媒セグメント３に対し予混
合器セグメント４が下流側に開口するように異なる平面
上に配置したり、第５図（Ｂ）に示すように、触媒セグ
メント３の噴射軸に対し予混合器セグメント４のそれを
交差させて配置させることも可能である。
形成されたスナップリング34を使用してセグメント３に
固定されている。スナップリング34は、例えばＣ形リン
グの一側端に触媒５を固定する爪35を形成して成り、肉
厚を薄く成形することによって着脱時の変形が可能な程
度の弾力性を得る。このスナップリング34をチューブ３
内の触媒５の前後の環状溝36に嵌め込んで触媒５を固定
する。また、スナップリング34の所々にある程度の肉厚
部を形成し、その肉厚部分で触媒５を係止するよう設け
ることも可能である。また、各セグメント3,4は、安定
燃焼が得られるように、自由に配置することが可能であ
る。例えば、第４図に例示する如く、予混合器セグメン
ト４の周囲に触媒セグメント３を環状に配置したり
［（Ａ）図］、１個の触媒セグメント３の周囲に予混合
器セグメント４を環状に配置したり［（Ｂ）図］、複数
個の触媒セグメント３の間に複数個を１組とする複数組
の予混合器セグメント４を配置したり［（Ｃ）図］、中
央に予混合器セグメント４を配置し、その周囲に触媒セ
グメント３を円周状に配置すると共に更にその外側を予
混合器セグメント４で包囲する［（Ｄ）図］ことが可能
である。また、各セグメント3,4の断面形状は第４図
（Ｅ）に示すように円形及び非円形のいずれでも良く、
また三次元的に配置することも可能である。例えば、第
５図（Ａ）に示すように、触媒セグメント３に対し予混
合器セグメント４が下流側に開口するように異なる平面
上に配置したり、第５図（Ｂ）に示すように、触媒セグ
メント３の噴射軸に対し予混合器セグメント４のそれを
交差させて配置させることも可能である。
以上のように構成した本発明のガスタービン用燃焼器
によると、LNG、LPG、石炭ガス化ガス等の低カロリーガ
スその他のガス燃料及びジーゼル油、メタノール等の液
体燃料を、触媒耐熱温度以下即ち断熱火炎温度800℃〜1
300℃相当分だけ触媒セグメント３に注入して触媒燃焼
させる一方、予混合器セグメント４に残りの燃料を注入
して予混合気を生成し、それを触媒セグメント３から噴
射される高温ガスの周囲に噴射し、高温ガスを火種とし
て予混合燃焼させることによって、ガスタービン用燃焼
器として必要な燃焼器出口温度例えば1300℃の燃焼ガス
を得る。
によると、LNG、LPG、石炭ガス化ガス等の低カロリーガ
スその他のガス燃料及びジーゼル油、メタノール等の液
体燃料を、触媒耐熱温度以下即ち断熱火炎温度800℃〜1
300℃相当分だけ触媒セグメント３に注入して触媒燃焼
させる一方、予混合器セグメント４に残りの燃料を注入
して予混合気を生成し、それを触媒セグメント３から噴
射される高温ガスの周囲に噴射し、高温ガスを火種とし
て予混合燃焼させることによって、ガスタービン用燃焼
器として必要な燃焼器出口温度例えば1300℃の燃焼ガス
を得る。
（発明の効果） 以上の説明より明らかなように、本発明は、予混合器
セグメントと触媒セグメントとの集合体によって予混合
器セグメントからの予混合気を触媒セグメントからの燃
焼ガスにより燃焼させる大型燃焼器を構成するようにし
ているので、燃焼器の大きさに関係なく触媒を小型化で
き、触媒内に生じる応力及び熱応力が軽減され触媒の構
造体としての信頼性を確保できる。また、触媒温度を低
く抑えられるために触媒寿命を延ばして触媒交換頻度を
少なくでき、メンテナンス費用を低減できる。特にセグ
メントチューブをセラミックスで構成する場合、セグメ
ントの寿命が延びるため交換頻度を少なくできる。更
に、予混合器セグメントから噴射される予混合気の濃度
を調整することにより燃焼器出口温度を触媒耐熱温度以
上の任意温度にまで上昇させ得るため、ガスタービンの
発電効率を向上できる。
セグメントと触媒セグメントとの集合体によって予混合
器セグメントからの予混合気を触媒セグメントからの燃
焼ガスにより燃焼させる大型燃焼器を構成するようにし
ているので、燃焼器の大きさに関係なく触媒を小型化で
き、触媒内に生じる応力及び熱応力が軽減され触媒の構
造体としての信頼性を確保できる。また、触媒温度を低
く抑えられるために触媒寿命を延ばして触媒交換頻度を
少なくでき、メンテナンス費用を低減できる。特にセグ
メントチューブをセラミックスで構成する場合、セグメ
ントの寿命が延びるため交換頻度を少なくできる。更
に、予混合器セグメントから噴射される予混合気の濃度
を調整することにより燃焼器出口温度を触媒耐熱温度以
上の任意温度にまで上昇させ得るため、ガスタービンの
発電効率を向上できる。
一方、セグメント化によって部品交換が容易になると
共にセグメントの増減によって大小各種サイズのガスタ
ービンに容易に対応できる。
共にセグメントの増減によって大小各種サイズのガスタ
ービンに容易に対応できる。
更に、触媒燃焼とその燃焼ガスを火種とする安定な予
混合燃焼によってNOxの生成を微量に抑えることができ
るので、発電設備の触媒装置が不要または簡素化でき、
NOx対策費が大幅に削減できる。
混合燃焼によってNOxの生成を微量に抑えることができ
るので、発電設備の触媒装置が不要または簡素化でき、
NOx対策費が大幅に削減できる。
第１図は本発明の原理図、第２図（Ａ）〜（Ｈ）は各々
触媒セグメントの実施例を示す中央縦断面図、第３図
（Ａ）〜（Ｅ）は各々予混合器セグメントの実施例を示
す中央縦断面図、第４図（Ａ）〜（Ｅ）は各々セグメン
トの配置例を示す正面図、第５図（Ａ）及び（Ｂ）はセ
グメントの配置を三次元的にした実施例のバーナ部分の
概略構造を示す中央縦断面図、第６図（Ａ）は触媒のセ
グメントチューブへの取付け構造の一例を示す中央縦断
面図、第６図（Ｂ）はスナップリングの一例を示す斜視
図である。第７図は従来の触媒燃焼式ガスタービン用燃
焼器の一例を示す概略構造図である。 １……バーナ部、２……燃焼室、３……触媒セグメン
ト、４……予混合器セグメント、５……触媒、６……予
混合器、７……予混合器、20……予混合バーナ、17,32
……点火器、25……拡散バーナ、29……予混合バーナ兼
予混合器、34……スナップリング、36……溝。
触媒セグメントの実施例を示す中央縦断面図、第３図
（Ａ）〜（Ｅ）は各々予混合器セグメントの実施例を示
す中央縦断面図、第４図（Ａ）〜（Ｅ）は各々セグメン
トの配置例を示す正面図、第５図（Ａ）及び（Ｂ）はセ
グメントの配置を三次元的にした実施例のバーナ部分の
概略構造を示す中央縦断面図、第６図（Ａ）は触媒のセ
グメントチューブへの取付け構造の一例を示す中央縦断
面図、第６図（Ｂ）はスナップリングの一例を示す斜視
図である。第７図は従来の触媒燃焼式ガスタービン用燃
焼器の一例を示す概略構造図である。 １……バーナ部、２……燃焼室、３……触媒セグメン
ト、４……予混合器セグメント、５……触媒、６……予
混合器、７……予混合器、20……予混合バーナ、17,32
……点火器、25……拡散バーナ、29……予混合バーナ兼
予混合器、34……スナップリング、36……溝。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−108332（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F23R 3/40
Claims (6)
- 【請求項１】予混合器を内蔵する予混合器セグメント
と、触媒を充填しかつその上流側に予混合器を内蔵した
触媒セグメントとを並列に配置して集合させ、その集合
体によって前記予混合器セグメントからの予混合気を前
記触媒セグメントからの燃焼ガスにより燃焼させる大型
燃焼器を形成することを特徴とする触媒燃焼式ガスター
ビン用燃焼器。 - 【請求項２】前記予混合器セグメント若しくは前記触媒
セグメントをセラミックスで構成することを特徴とする
請求項１記載の触媒燃焼式ガスタービン用燃焼器。 - 【請求項３】前記触媒セグメントの予混合器の上流に、
点火器を有する予熱バーナを設けたことを特徴とする請
求項１記載または請求項２の触媒燃焼式ガスタービン用
燃焼器。 - 【請求項４】前記予混合器セグメントの予混合器は点火
器を有し、ガスタービン起動時から部分負荷までの間に
予混合バーナとしての機能を有することを特徴とする請
求項１から請求項３までのいずれかに記載の触媒燃焼式
ガスタービン用燃焼器。 - 【請求項５】前記予混合器セグメントの内部に点火器を
設け、ガスタービン起動時から部分負荷時までの間に当
該セグメントの内部で予混合気を燃焼させ、ガスタービ
ン負荷の上昇と共に失火させてセグメント下流に予混合
気を供給する機能を有することを特徴とする請求項１か
ら請求項３までのいずれかに記載の触媒燃焼式ガスター
ビン用燃焼器。 - 【請求項６】前記触媒は、その前後のセラミックスチュ
ーブの内周面に円周方向の環状の溝を設け、該溝にセラ
ミックス製のスナップリングを嵌め込むことによって固
定することを特徴とする請求項２から請求項５までのい
ずれかに記載の触媒燃焼式ガスタービン用燃焼器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1076431A JP2774557B2 (ja) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | 触媒燃焼式ガスタービン用燃焼器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1076431A JP2774557B2 (ja) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | 触媒燃焼式ガスタービン用燃焼器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02259331A JPH02259331A (ja) | 1990-10-22 |
| JP2774557B2 true JP2774557B2 (ja) | 1998-07-09 |
Family
ID=13604970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1076431A Expired - Lifetime JP2774557B2 (ja) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | 触媒燃焼式ガスタービン用燃焼器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2774557B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220141637A (ko) * | 2021-04-13 | 2022-10-20 | 두산에너빌리티 주식회사 | 마이크로 믹서 및 이를 포함하는 연소기 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5318436A (en) * | 1991-11-14 | 1994-06-07 | United Technologies Corporation | Low NOx combustion piloted by low NOx pilots |
| DE19610930A1 (de) * | 1996-03-20 | 1997-09-25 | Abb Research Ltd | Brenner für einen Wärmeerzeuger |
| DE10061527A1 (de) | 2000-12-11 | 2002-06-13 | Alstom Switzerland Ltd | Vormischbrenneranordnung mit katalytischer Verbrennung sowie Verfahren zum Betrieb hierzu |
| DE50212351D1 (de) | 2001-04-30 | 2008-07-24 | Alstom Technology Ltd | Vorrichtung zum Verbrennen eines gasförmigen Brennstoff-Oxidator-Gemischs |
| EP1255080B1 (de) | 2001-04-30 | 2008-09-03 | ALSTOM Technology Ltd | Katalytischer Brenner |
| US7093438B2 (en) * | 2005-01-17 | 2006-08-22 | General Electric Company | Multiple venture tube gas fuel injector for a combustor |
| US20090139235A1 (en) * | 2007-12-03 | 2009-06-04 | General Electric Company | Catalytically Stabilized Gas Turbine Combustor |
| JP5462449B2 (ja) * | 2008-05-23 | 2014-04-02 | 川崎重工業株式会社 | 燃焼装置のバーナおよびこれを備えた燃焼装置 |
| JP5084847B2 (ja) * | 2010-01-13 | 2012-11-28 | 株式会社日立製作所 | ガスタービン燃焼器 |
| US8931283B2 (en) * | 2011-01-21 | 2015-01-13 | General Electric Company | Reformed multi-fuel premixed low emission combustor and related method |
| JP5732135B2 (ja) * | 2011-08-17 | 2015-06-10 | 大陽日酸株式会社 | Ｈ２用バーナの燃焼方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58108332A (ja) * | 1981-12-21 | 1983-06-28 | Toshiba Corp | ガスタ−ビン用燃焼器 |
| JPS61116221A (ja) * | 1984-11-13 | 1986-06-03 | Toshiba Corp | ガスタ−ビン燃焼器 |
-
1989
- 1989-03-30 JP JP1076431A patent/JP2774557B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220141637A (ko) * | 2021-04-13 | 2022-10-20 | 두산에너빌리티 주식회사 | 마이크로 믹서 및 이를 포함하는 연소기 |
| KR20220145313A (ko) * | 2021-04-13 | 2022-10-28 | 두산에너빌리티 주식회사 | 마이크로 믹서 및 이를 포함하는 연소기 |
| KR102483183B1 (ko) * | 2021-04-13 | 2022-12-29 | 두산에너빌리티 주식회사 | 마이크로 믹서 및 이를 포함하는 연소기 |
| KR102503518B1 (ko) | 2021-04-13 | 2023-02-23 | 두산에너빌리티 주식회사 | 마이크로 믹서 및 이를 포함하는 연소기 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02259331A (ja) | 1990-10-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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