JPH0257822A - 低ＮＯｘ燃焼法及び低ＮＯｘ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】 （産業上の利用分野〕 本発明は気体燃料の燃焼方法及び燃焼装置に係り、特に
燃焼時に発生する窒素酸化物（以下ＮＯｘと称する）を
低減するのに好適な燃焼方法及び燃焼装置に関する。

〔従来の技術〕

燃焼時に発生するＮＯｘには、燃焼空気中の窒素が酸化
されて生成するサーマルＮＯｘと、燃料中の窒素が酸化
されて生成するフューエルＮＯｘとがある。一般に産業
界で使用される気体燃料は石炭ガス化によって製造され
る燃料等の特殊な燃料を除いて、天然ガスのように、窒
素含有量の少ない燃料が多い。窒素含有量の少ない燃料
の燃焼において発生するＮＯｘは、空気中の窒素が酸化
されて生成するサーマルＮＯｘである。サーマルＮＯｘ
の生成は温度依存性が高く、その発生量は火炎温度に比
例して増加する。従来の低ＮＯｘ燃焼技術は火炎温度の
低減を原理とするものが主流であり、燃焼空気中に酸素
濃度の低い燃焼排ガスを混合する排ガス再循環法や、火
炎温度の最も高くなる空気比が１付近、即ち、完全燃焼
に必要な理論空気量付近で燃焼することを避け、低空気
比で燃焼した後に完全燃焼に必要な燃焼空気を投入する
２段燃焼法等がある。また火炎温度の゛低減ではなく、
燃料を２分割して投入し、燃料の一部を発生したＮＯｘ
の還元剤として使用する、所謂、炉内脱硝技術がある。

これらの燃焼法がＮＯｘの排出抑制に有効であることは
既に実際のボイラ等で実証されている。しかしながら、
これらの燃焼法は燃焼火炎が長くなり、燃焼器が大型化
する即ち装置の値段が高くなる欠点を有し、更に経済性
に優れる燃焼技術が要求される。

燃焼装置を小型化する、即ち小さな装置で多量の燃料を
燃焼し、燃焼装置の負荷を大きくするには火炎を短くす
る必要がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

通常の燃焼装置では、燃料と燃焼用空気とを、それぞれ
異なるノズルより噴出し、燃焼装置内で両者を混合する
、所謂、拡散火炎が良く利用される。これは、燃料と空
気のノズルとが異なるため。

燃料供給管あるいは空気供給管内に火炎が戻る、所謂、
逆火を防ぐことができ、安全に燃焼装置を運転できるた
めであり、又、燃料と空気の混合部に流速の遅くなる領
域を形成すれば、安定な火炎が得られる等の利点がある
ためである。しかしながら、拡散火炎は、燃料、空気と
が混合するのに要する時間だけ、燃焼時間が長くなり、
長炎化する。そこで、短炎化のためには、燃料と空気と
を予め混合した状態で、燃焼装置内へ噴出する、予混合
火炎が利用される。しかしながら、予混合火炎は、安定
に火炎が形成されるための条件が狭く。

噴出速度等に大きな制限がある。特に火炎が安定に形成
されるのは、投入空気量と、燃料を完全に燃焼するのに
必要な理論空気量との比である空気比が、１付近である
。即ち、火炎温度が最も高くなる条件であり、サーマル
・ＮＯｘが発生し易い。

そこで、空気比が１以下の低空気比火炎と、空気比が１
以上の高空気比火炎とを同時に形成し、それぞれ火炎温
度が高くなる空気比を避けて燃焼する手法が採られる。

例えば、特公昭６２−６２２４５号では、燃焼室内に液
体燃料の燃焼に必要な理論空気量以上の量の燃焼用空気
を噴出する予混合炎型ノズル、液体燃料の燃焼に必要な
理論空気量以下の量の燃焼用空気を噴出する拡散炎型ノ
ズル、前記両ノズルから噴出される空気流内に液体燃料
を噴霧する燃料噴霧器とからなる予混合燃焼バーナにお
いて、前記予混合炎型ノズルと前記拡散炎型ノズルとの
間に再循環ガスを前記拡散炎型ノズルから噴出させる空
気と平行するように噴出する再循環排カズ噴出ノズルを
配置し、予混合炎型が拡散炎型から遠ざかるように前記
予混合炎型ノズルの噴出方向を傾斜させたことを特徴と
する予混合燃焼バーナが示されている。

この場合にも、火炎温度の高くなる領域が避けられ、Ｎ
　Ｏｘの大幅な低減は期待できるが、低空気比火炎が拡
散火炎であるため、燃料と空気との混合領域に一部、空
気比が１付近の領域が形成され、ＮＯｘの発生量の多い
領域が形成される。又。

低空気比火炎と高空気比火炎とをそれぞれ離して形成さ
せるために、両者の混合時間分だけ、全体の火炎は長く
なるという問題がある。

又、不安定な予混合火炎を保炎するためのパイロット火
炎を設けるバーナは、例えば特開昭６２−２１０３１３
号にある。しかし、このバーナでは主火炎とパイロット
火炎の空気比が同じであり、安定に予混合火炎を形成さ
せる操作範囲が狭い。

又、特開昭６１−４１８１０号公報には、低空気比火炎
と高空気比火炎とを混合させることによってＮＯｘを低
減する燃焼法が開示されている。

本発明の目的は、燃焼時に発生するＮＯｘを効果的に低
減させる燃焼法、特に従来より短い火炎内でＮＯｘを効
果的に低減できる燃焼法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、燃料を完全に燃焼するのに必要な理論空気比
より少ない空気量で燃焼する低空気比火炎を形成し、該
低空気比火炎から放出される可燃分を前記低空気比火炎
後流において空気を供給して燃焼させる燃焼法において
、前記低空気比火炎を前記燃料と空気とを予め混合して
燃焼させる予混合火炎とし、該予混合火炎近傍に該火炎
の燃焼を維持する手段を設けたことを特徴とする低ＮＯ
ｘ燃焼法にある。

前記低空気比火炎の燃焼を維持する手段は前記低空気比
火炎の外周で燃焼する火炎であり、該火炎はほぼ完全燃
焼に必要な理論空気量に近似した空気量で燃料と空気と
を予め混合して燃焼させる予混合火炎であるか、前記燃
料と空気とを予め混合し、触媒を通して燃焼させるもの
であるか、前記低空気比火炎の手前で燃焼させる火炎で
あり、該火炎はほぼ完全燃焼に必要な理論空気量に近似
した空気量でかつ燃料と空気とを予め混合して燃焼させ
る予混合火炎によって達成することができる。

更に１本発明は、燃料を完全に燃焼させるのに必要な理
論空気量より少ない空気量で燃焼する低空気比火炎に同
心円上に前記理論空気量より多い空気量で燃焼する高空
気比火炎を形成する燃焼法において、前記低空気比火炎
の燃焼をほぼ完結させ実質的に酸素を含まない可燃分を
有する火炎を形成する手段を有し、前記可燃分を前記高
空気比火炎によって燃焼させることを特徴とする低ＮＯ
ｘ燃焼法にある。

前記低空気比火炎及び高空気比火炎はいずれも燃料と空
気とを予め混合して燃焼させる予混合火炎とすること、
低空気比火炎の外周で高空気比火炎の内周にほぼ完全燃
焼に必要な理論空気量に近似した空気量で燃料と空気と
を予め混合して燃焼させる予混合火炎とすること、更に
前記高空気比火炎の外周に同心円上に理論空気量に近似
した空気量で燃料と空気とを予め混合して燃焼させる予
混合火炎とすることである。

本発明は、理論空気量より少ない空気量で予め燃料と空
気とを混合して触媒層を通して燃焼させる低空気比火炎
に同心円上に理論空気比より多い空気量で予め燃料と空
気とを混合して燃焼させる高空気比火炎を形成し、該高
空気比火炎に同心円上に理論空気比に近似した空気量で
予め燃料と空気とを混合して燃焼させる予混合火炎を形
成させること、更に、理論空気量に近似した空気量で燃
料と空気とを予め混合して燃焼させる予混合火炎後流に
、該火炎と同心円上に前記理論空気量より少ない空気量
で予め燃料と空気とを混合して燃焼する低空気比火炎を
形成し、該低空気比火炎後流に同心円上にほぼ完全燃焼
に必要な空気を供給し燃焼させることを特徴とする低Ｎ
Ｏｘ燃焼法にある。

本発明において、前記低空気比火炎と該火炎の燃焼を維
持する手段が同数で、かつ複数有すること、前記高空気
比火炎及び理論空気比に近似した空気量で燃焼させる予
混合火炎はいずれも同数で、複数有することができる。

前記理論空気比に近似した空気量で燃焼させる予混合火
炎は低空気比火炎又は／及び高空気比火炎の火炎を補助
するパイロット火炎である。

本発明は、燃料を完全に燃焼させるに必要な理論空気比
より少ない空気量で燃焼する低空気比火炎を形成するノ
ズルと、該低空気火炎から放出される可燃分をその後流
において空気を供給して燃焼させる前記ノズルに同心円
上に配置した空気供給ノズルとを備えた燃焼器において
、前記低空気比火炎を燃料と空気とを予め混合して燃焼
させる手段と、該低空気比火炎近傍に該火炎の燃焼を保
持する手段とを備えたこと、また、本発明は、燃焼を完
全に燃焼させるに必要な理論空気比より少ない空気量で
燃焼する低空気比火炎を形成するノズルと、該火炎に同
心円上に設けられた前記理論空気比より多い空気量で燃
焼する高空気比火炎を形成するノイズを備えた燃焼器に
おいて、前記低空気比火炎を形成するノズルの外周で前
記高空気比火炎を形成するノズルとの間に前記ノズルに
同心円上に前記理論空気比に近似した空気量で燃焼させ
るパイロット火炎を形成させるノズルを設けたことを特
徴とする低ＮＯｘ燃焼器にある。

更に、本発明は燃料を完全に燃焼させるに必要な理論空
気比より少ない空気量で燃焼する低空気比火炎を形成す
るノズルと、該火炎に同心円上に設けられた前記理論空
気比より多い空気量で燃焼する高空気比火炎を形成する
ノズルを備えた燃焼器において、前記低空気比火炎を形
成するノズル内先端部に燃焼触媒を設けたこと、燃料を
完全燃焼に必要な理論空気比に近似した空気量で燃焼さ
せるノズルと、該ノズルの火炎後流に同心円上に設けら
れた前記理論空気比より少ない空気量で燃焼させる低空
気比火炎を形成するノズルと、該低空気比火炎後流側に
設けられた前記低空気比火炎に形成される可燃分を燃焼
させ、理論空気比に近似した空気を供給するノズルとを
備えたことを特徴とする。

本発明は、燃料を完全に燃焼させるに必要な理論空気比
より少ない空気量で燃焼する低空気比火炎を形成するノ
ズルと、該ノズルに同心円上に設けられた前記理論空気
比に近似した空気量で燃焼するノズルとを各々複数個有
し、該低空気比火炎を形成するノズル近傍に前記理論空
気比より多い空気量で燃焼する高空気比火炎を形成する
ノズルと、該ノズルに同心円上に設けられた前記理論空
気比に近似した空気量で燃焼するノズルとを各々複数個
配置したことを特徴とする低ＮＯｘ燃焼器にある。

本発明は燃焼器の長さ方向に燃料を二段に二分割して投
入する燃焼器において、各々の燃料流量を調整する機構
を設け、一次燃料を燃焼する一次燃焼領域の空気比を１
付近、即ち、燃料を完全燃焼するのに必要な空気量に近
い空気を投入し、これより後流で二次燃料を投入し、こ
れを燃焼する二次燃焼領域の空気比を１以下、即ち、燃
料の完全燃焼に必要な空気量以下の空気で燃焼し、その
後流に二次燃焼領域で燃焼されずに残存する可燃性気体
を完全燃焼するのに充分な量の空気を投入し、且つ、一
次燃焼領域を形成するためのバーナを複数個設置し、そ
のバーナの一部を空気と燃料とを予め混合した予混合気
を投入するバーナとし、且つ、バーナの一部を燃料だけ
投入するか、或いは燃料と空気とがそれぞれ異なるノズ
ルより噴出し拡散火炎を形成するバーナとすることを特
徴とする。

また、一次燃焼領域の後流に投入される二次燃料中に、
ガスタービンの負荷に応じて燃焼用空気の一部を混合し
、二次燃料を燃焼器内に投入することを特徴とする。

更には、一段目の燃焼領域を形成するための複数化のバ
ーナにおいて、燃焼筒中心部に拡散火炎を形成するバー
ナを設置し、その外周に複数個の予混合火炎を形成する
バーナを、ある旋回仮想円の接線方向に予混合気を噴出
させるように設置することを特徴とする。

前述した本発明に係る燃焼器はガスタービン用。

ボイラ用として好適であり、これらの燃焼器を用い、該
燃焼器より排出された高温排ガスによってガスタービン
を回転し、該ガスタービンより排出した高温排ガスを内
部に伝熱管を有するボイラに送り、前記伝熱管によって
得られた水蒸気によって蒸気タービンを回転し、前記ガ
スタービン及び蒸気タービンによって発電機を回転し１
発電するコンバインド発電プラントとしてきわめて好適
である。その結果、燃焼器におけるＮＯｘ量を６０ｐｐ
園以下及びボイラ内に脱硝装置を設けることにより最終
的に１５ｐｐｍ以下にできる。

〔作用〕

ＮＯｘを効果的に低減するためには、高空気比火炎で発
生する燃焼ガスと低空気比火炎で発生する燃焼ガスが混
合する所では、高空気比、低空気比の燃焼がそれぞれ完
了している必要がある。そこで本発明では、高空気比及
び低空気比の予混合火炎の根元に、保炎及び燃焼を促進
させる目的で層流の予混合火炎を形成させる手段を用い
ることにより、効果的な低ＮＯｘ燃焼法を実現させた。

又、低空気比の燃焼を限られた空間で完結させる手段と
して、燃焼触媒を用いることにより、効果的な低ＮＯｘ
燃焼法を実現させた。

燃料と空気とを予め混合して燃焼する予混合燃焼法は、
最もＮＯｘが発生する化学量論数＝１．０から離れた条
件で燃焼させることにより、低ＮＯｘを実現することが
でき、かつ短炎化にも有効である。しかし安定に形成で
きる空気比、噴出速度の範囲が狭く、非常に不安定であ
るという欠点がある。そこで本発明では低空気比の乱流
予混合火炎及び高空気比の乱流予混合火炎の外周に層流
の予混合火炎を形成させることにより、乱流予混合火炎
の安定性を向上させるようにした。更に以上の技術的手
段により、低空気比の予混合火炎の周囲に高空気比の予
混合火炎を安定に形成させることにより、低空気比の予
混器火炎から発生する還元化学種により、高空気比の予
混合火炎から発生するサーマルＮＯｘを還元して低減で
き、顕著なＮＯｘ低減が実現できる。

本発明における燃焼器においては、一次、二次の燃焼領
域を構成するための燃料流量がそれぞれ独立して制御さ
れるため、還元性雰囲気の形成が容易になる。また、予
混合火炎は、拡散火炎と異なり、燃料と空気との燃焼室
内での混合過程が不要なため、拡散火炎に比べて火炎が
短い。従って、−火燃焼領域内の火炎を予混合火炎とす
ることにより、−火燃焼領域を小さくできる。また、火
炎の一部を比較的安定な火炎形成の容易な拡散火炎とし
、これを予混合火炎の着火用に使用することにより、予
混合火炎に伴う火炎の不安定性を取り除くことができる
。更に、−火燃焼領域の予混合火炎を旋回流として噴出
させることにより、−火燃焼領域の長さ方向の滞留時間
を短縮することができ、旋回流の中心軸上に形成する火
炎を拡散火炎とすることにより、これを予混合気の着火
に使用することができ、予混合火炎を安定に形成するこ
とができる。

また、二次燃料を燃焼器の中心部に向って複数個のノズ
ルより噴出させることにより、−火燃焼領域からの燃焼
気体との混合を促進させ、ここに残留する酸素の消費及
び還元雰囲気形成を促進することができ、二次燃焼領域
の滞留時間を短縮できる。更に、二次燃焼領域を縮小す
る方法として、二次燃料中にその着火に最低限必要な量
の空気を予混合にして投入することにより、二次燃料の
着火を促進し、二次燃焼領域での還元性雰囲気の形成を
促進できる。

〔実施例〕

〔実施例１〕 第１図は本発明の一実施例であるバーナの断面図である
。本バーナの中心には、円筒１が設置され、この円筒１
は低空気比の予混合火炎を形成するためのノズル２とし
て使用される。ノズル２の外周には円筒３を配置し円筒
１と円筒３によって構成される円環状の流路４は１層流
の予混合火炎用ノズル４として使用される。ノズル４の
外周に円筒５を配置し、円筒３と円筒５によって構成さ
れる円環状の流路は、高空気比の予混合火炎用ノズル６
として使用される。ノズル６の外周に円筒７を配置し、
円筒５と円筒７によって構成される円環状の流路は、層
流の予混合火炎用ノズル８を形成する。ノズル４の上流
には燃料供給管９と空気供給管１０が設置された予混合
室１１がある。

ノズル６の上流には燃料供給管１２と空気供給管１３が
設置されている。ノズル８の上流には燃料供給管１４と
空気供給管１５が設置された予混合室１６がある。

円筒１に供給された気体燃料と空気は筒内を流れる際に
混合され均一な予混合気となり、ノズル２に低空気比の
予混合火炎を形成する。供給管９゜１０から供給された
燃料と空気は予混合室１１で混合され均一な予混合気と
なり、ノズル４に層流の予混合火炎を形成する。ノズル
４に安定した層流の予混合火炎を形成するためには、予
混合気体の空気比を最も燃焼が進行する１、０　近辺に
設定する必要があり、通常、予混合気体の空気比は０．
８くλく１．２の範囲に設定される。又１層流の予混合
火炎の吹き飛び、及び逆火を止するために予混合気体の
噴出速度：ｖＰを１．０ｍ／ｓ〜２．０ｍ／ｓの範囲に
なるようにした。円筒３と円筒５の間に供給管１２．１
３から燃料と空気が供給され、簡閲を流れる際に混合さ
れ均一な予混合気となり、ノズル６に高空気比の予混合
火炎を形成する。供給管１４．１５から供給された燃料
と空気は予混合室１６で混合され均一な予混合気となり
、ノズル８に層流の予混合火炎を形成する。

安定した層流の予混合火炎を形成するためには、予混合
気体の空気比は０．８〈λ〈１．２、噴出速度は１．Ｏ
ｍ／ｓ＜ｖｐ＜２．０ｍ／ｓの範囲になるようにした。

本発明の低ＮＯｘ燃焼法の原理を第２図において説明す
る。既に述べたように、低空気比の予混合気と高空気比
の予混合気を噴出するだけでは、ＮＯｘの還元効果は期
待できない。ＮＯｘの還元を効果的に行なわせるのには
、高空気比火炎で発生する燃焼ガスと、低空気比火炎で
発生する燃焼ガスが混合する所では、高空気比、低空気
比の燃焼がそれぞれ完了している必要がある。燃焼が完
了せずに混合すると、混合した空気比で燃焼が進むだけ
である。例えば、空気比：０．５の燃料−空気予混合気
体と、空気比＝１．５　の予混合気体が燃焼が完了しな
い状態で、それぞれ等量の気体が混合して燃焼が進む場
合には、空気比：１．０の予混合火炎が形成されるだけ
であり、火炎内でのＮＯｘの還元は期待できない。本発
明の要点は、低空気比火炎と高空気比火炎が混合する所
では、両者の燃焼がそれぞれ完了していることにある。

即ち、空気比１．５の火炎からは、約７％の酸素を含ん
だ高温の燃焼ガスが、空気比０．５　の火炎からは、酸
素のほとんど消費された高温の燃焼ガスが放出され、両
者が混合することにより、高空気比火炎で生成されたＮ
Ｏｘが還元される。第１図のバーナは、この様な思想で
製作されたものである。即ち、ノズル４に形成される層
流の予混合火炎１０１によって、ノズル２より噴出され
る低空気比の予混合気噴流が着火される。着火はノズル
４に形成される火炎１０１で行なわれるため、低空気比
の予混合気噴流の中心部は、噴出時には未燃の予混合気
体の状態であり、後流になるにつれて中心部まで火炎が
伝播する。

ノズル６より噴出される高空気比の予混合気体のノズル
４．ノズル８に形成される層流の予混合火炎１０１，１
０２により着火され、高空気比の火炎１０４が形成され
る。このようにして形成された火炎は、後流で混合され
るが、本実施例のように、低空気比と高空気比の予混合
気体が、それぞれ外周より着火される場合には、後流に
形成される混合領域１０７では、それぞれの燃焼がほぼ
完了している。又、混合領域１０７において、高空気比
火炎から排出される高温の酸素は消費され、高空気比火
炎からの燃焼生成物は、低空気比火炎１０３中心部へ拡
散する。低空気比火炎中心部には、酸素濃度の低い燃料
過剰領域１０５が形成され、ここで、高空気比火炎で生
成されるＮＯｘは還元される。

本発明では完全予混合燃焼を実施しているが、予混合燃
焼火炎は安定に形成できる空気比、噴出速度等の範囲が
狭く不安定であるという問題点がある。本発明ではこの
ような問題点を解決するために、乱流予混合火炎の根元
に層流予混合火炎を形成することにより、乱流予混合火
炎を数十ｍ／Ｓに及ぶ噴出速度でも安定して燃焼できる
ことを達成した。第４図においては層流の予混合火炎に
より保炎された乱流予混合火炎の燃焼状態を調べた。第
３図は、予混合ノズルから下流方向に５ｗｗｎの地点を
、ノズル中心から半径方向にサンプリング・プローブを
移動し、燃焼ガスを採取・分析し。

乱流予混合火炎内部、及び層流予混合火炎近辺の燃焼状
態を調べたものである０図かられかるように、乱流予混
合火炎内部はほとんど燃料であるＣ　Ｈ４は燃焼してい
ないが、層流予混合火炎に近づくにつれてＣＨ４は燃焼
していき１層流予混合火炎ノズルの上方では、ＣＨ４は
ほぼ完全に燃焼している。つまり、層流予混合火炎から
乱流予混合火炎ノズルの予混合気への火移りが確実に行
われていることが判る。

〔実施例２〕 第４図は第１図を改良したバーナの断面図である。低空
気比の予混合火炎用の予混合気を流通させる円筒１９の
先端が低空気比の予混合火炎用ノズル２ｏである。ノズ
ル２０の外周に円筒２１を配置し層流の予混合火炎用ノ
ズル２２を形成する。

ノズル２２の外周に、かつノズル２０．２２面より流れ
方向に下流側の地点に円筒２３を配置し、更に円筒２３
の外周にある間隔をもたせて円筒２４を配置することに
より、高空気比の予混合火炎ノズル２５を形成する。ノ
ズル２５の外周に円筒２６を配置し、層流の予混合火炎
用ノズル２７を形成する。ノズル２２の上流には燃料供
給管２８と空気供給管２９が設置された予混合室３０が
ある。ノズル２５の上流には燃料供給管３１と空気供給
管３２が設置されている。ノズル２７の上流には燃料供
給管３３と空気供給管３４が設置された予混合室３５が
ある。

円筒１９に供給した気体燃料と空気は筒内を流れる際に
混合され均一な予混合気となり、ノズル２０に低空気比
の予混合火炎を形成する。供給管２８．２９から供給さ
れた気体燃料と空気は、予混合室３０で混合され均一な
予混合気となり、ノズル２２に層流の予混合火炎を形成
する。ノズル２２に安定した層流の予混合火炎を形成す
るために、燃焼条件を０．８〈λ＜１．２．１．０ｍ／
ｓ＜ｖｐ＜２．０ｍ１５！の範囲に設定した。円筒２３
と円筒２４の間に供給管３１．３２から燃料と空気を供
給し、簡閲を流れる際に混合して均一な予混合気とし、
ノズル２５に高空気比の予混合火炎を形成する。供給管
３３．３４から供給された燃料と空気は予混合室３５で
混合され均一な予混合気となり、ノズル２７に層流の予
混合火炎を形成する。安定した層流の予混合火炎を形成
するために。

燃焼条件を０．８〈λ＜１．２．１．０ｍ／ｓ＜ｖｐ＜
　２　、０　ｍ　／　ｓの範囲に設定した。

第４図のバーナにおいて、低空気比の予混合火炎用ノズ
ル２０を高空気比の予混合火炎用ノズル２５の流れ方向
の上流地点に位置させているのは、低空気比火炎を形成
するための酸素が充分に消費され、高温の可燃ガスを多
量に含んだ気体を発生させた後、高空気比火炎からのガ
スと混合させるためである。このようにすると、低空気
比の予混合火炎から充分に、Ｈ２、Ｃ○などの還元剤を
発生させた後に、これらと高空気比の予混合火炎から発
生するＮＯｘとを混合させて、還元反応を進行させＮＯ
ｘを低減できるという効果がある。更に第４図の改良型
として、高空気比火炎から発生するＮＯｘと低空気比火
炎から発生する還元剤との混合を促進するために、高空
気比火炎用の予混合気を旋回流として投入する方法もあ
る。又、第１図のノズル６に燃焼用空気だけを投入して
、ノズル２に形成される低空気比火炎から発生する未燃
分を完全燃焼させる、所謂、２段燃焼方式を実施するこ
とができる。更に、この２段燃焼方式において、より小
さな空間において完全燃焼を達成するために、ノズル４
からの燃焼用空気を旋回流として投入する方法もある。

〔実施例３〕 第５図は本発明の他の実施例であるバーナの断面図であ
る。低空気比の予混合火炎用の予混合気を流通させる円
筒３６の先端が、低空気比の予混合火炎用ノズル３７で
ある。ノズル３７の上流位置に燃焼触媒３８を充填した
。燃焼触媒は、多孔質の担体であるＬａ・β・ＡＱ２０
ｓ焼結体上に１．０　　ｗｔ％の担持量でＰｄ金属を担
持したものである。触媒層の上流側と下流側は、燃焼触
媒を保持するために耐熱性のセラミック性・多孔板３９
を設置した１円筒３６の外周にはある間隔をもたせて円
筒４０を配置することにより、高空気比の予混合火炎ノ
ズル４１を形成する。ノズル４１の外周に円筒４２を配
置し、層流の予混合火炎用ノズル４３を形成する。ノズ
ル４１の上流には燃料供給管４４と空気供給管４５が配
置されている。ノズル４３の上流には燃料供給管４６と
空気供給管４７が設置された予混合室４８がある。

円筒３６に供給した気体燃料と空気は筒内を流れる際に
混合され均一な予混合気となり、燃焼触媒３８上で触媒
反応が起こり、その結果ノズル３７に低空気比の予混合
火炎を形成する。円筒３６と円筒４０の間に供給管４４
．４５から燃料と空気を供給し、簡閲を流れる際に混合
して均一な予混合気とし、゛ノズル４１に高空気比の予
混合火炎を形成する。供給管４６．４７から供給された
燃料と空気は予混合室４８で混合され均一な予混合気と
なり、ノズル４３に層流の予混合火炎を形成する。安定
した層流の予混合火炎を形成するために、燃焼条件を０
．８くλ〈１．２．１．０ｍ／ｓ　＜　ｖ　ｐ　＜　２
　、０　ｍ　／　ｓの範囲に設定した。

第５図のバーナにおいては、低空気比の予混合火炎を形
成するのに１層流の予混合火炎による保炎手段を必要と
しない。又、ノズル３７より上流位置にある触媒層出口
において、充分な還元化学種が発生してくるために、高
空気比の予混合火炎から発生するＮＯｘを効果的に還元
し低減するのに、第４図のバーナのように低空気比の予
混合火炎用ノズル面を高空気比の予混合火炎用ノズル面
より、流れ方向上流位置に設置する必要がなくなる。

第６図に第５図のバーナで実施した試験結果を示す。縦
軸は触媒層出口でサンプリングした還元性物質：　Ｃｏ
、Ｎ２．ＣＨａの発生量、触媒層温度（Ｔｃ）　、転化
率（η）、Ｃｏｗの発生量であり。

横軸はノズル３７に形成される低空気比の予混合火炎の
空気比である。還元性物質：ＣＯ，Ｎ２は、λ＝０．４
２　　において最大値を示している。残存ＣＨａはλ＜
０．４２の範囲ではかなり多いが、λ≧０．４２の範囲
では少量である。生成ＣＯｚはλが０．４２　より大き
くなると増大する。以上のようにλく１．０の低空気比
領域において還元性物質：ＣＯ，Ｎ２の量に最大値が存
在するのは、λが小さくなると過剰の燃料を供給するこ
とにより燃焼性が悪くなり、残存ＣＨａの量が増大し、
Ｎ２．Ｃｏの発生量は減少し出すが、λが大きくなると
燃焼用空気が多く供給されることにより、燃焼性が向上
して完全燃焼物質：Ｃ０，２の生成量は増大し、未燃分
：Ｎ２．Ｃｏの量が減少し出すためと考えられる。触媒
層温度（Ｔｃ）は、λが０．３　より大きくなると１０
ｏｏ℃より高温になるため、本実施例では燃焼触媒とし
て耐熱性触媒を使用することが望ましい。

第１表に第５図に示すバーナにおいて低ＮＯｘ燃焼法の
試験を行った結果を示す。試験方法について説明する。

５ＴＥＰ、１　　としては、第５図に示すバーナのノズ
ル４３に層流の予混合火炎を形成した状態で、円筒３６
内に５．ＯＮｍ８／ｈ、供給管４５に２３．６Ｎｍ３／
ｈの予混合燃焼用空気を流す。次に供給管４４に１．１
ＯＮｍ３／ｈの気体燃料を流し、ノズル４１に高空気比
の予混合火炎を形成する。この時の排ガス中のＮＯｘ濃
度は５ｐｐｍと非常に小さいので、更に供給管４４に１
０％−Ｎｏガ′ス（ＮＺバランス）を０．８１Ｑ／ｗｉ
ｎ流すことにより、排ガス中のＮＯｘ濃度を１１３ｐｐ
ｍに設定し、排ガスを採取し排ガス組成を分析する。

５ＴＥＰ、２　では５ＴＥＰ、１　　の操作において１
０％−Ｎｏガスを止め、供給管３６に気体燃料を１．１
０ｍ”／ｈ流し、ノズル３７に低空気比の予混合火炎、
ノズル４１に高空気比の予混合火炎を形成した時の排ガ
ス中のＮＯｘ濃度及び排ガス組成を分析する。

５ＴＥＰ、３　では５ＴＥＰ、２　の操作において、１
０％−Ｎｏガスを０．８１　Ｎ　Ｑ　／ｍｉｎ流した時
の排ガス中のＮ　Ｏｘ濃度及び排ガス組成を分析する。

。 ５ＴＥＰ、１　　から５ＴＥＰ、３　がら得られた排ガ
ス分析結果を用いて、Ｎ　Ｏｘ減少量：ηを以下の式よ
り求めた。

Ｎ　Ｏｘ　（ＳＴＥＰ、　１〜３）：各段階における排
気ガス中のＮＯｘ濃度（ｐｐｍ） Ｎ２（ＳＴＥＰ、１〜３）：各段階における排気ガス中
のＮ２濃度（％） 第７図に第５図に示すバーナにおいて低ＮＯｘ燃焼試験
結果を示す。縦軸は式（１）、（２）より計算したＮＯ
ｘ減少率（η）、横軸はノズル３７に形成される低空気
比の予混合火炎の空気比である。

燃焼条件は排ガスの全空気比が０．９８≦λ≦１．０７
、（１）式で計算した基準ＮＯｘが１２０〜２１０ｐｐ
ｍである。図かられかるように、０．３０≦λ≦０．５
５　の範囲では空気比が高くなるにつれてＮＯｘ減少率
は増大しており、λ＝０．５２の時のＮＯｘ減少率は４
５％までに達している。

このことより第５１図のノズル４１から発生するＮＯｘ
は、ノズル３７から発生する還元化学種により効果的に
還元され減少している。

第２表では５ＴＥＰ、１　　として第５図のノズル４１
に形成した高空気比火炎の負荷を７２％〜７９％の範囲
に上昇させ、高空気比火炎から発生するＮＯｘ濃度を７
０　ｐｐｍ〜９０　ｐｐｍまでに高め、この時に５ＴＥ
Ｐ、２　　としてノズル３７に低空気比火炎を形成する
とどの程度ＮＯｘが減少するかを試験したものである。

５ＴＥＰ、１，５ＴＥＰ。

２から得られた排ガス分析結果を用いて、ＮＯｘ減少率
：ηを以下の式より求めた。

Ｎ０ｘ（ＳＴＥＰ、１．２）　：各段階における排気ガ
ス中のＮＯｘ濃度（ｐｐｍ） Ｎ２（ＳＴＥＰ山２）：各段階における排気ガス中のＮ
２濃度（％） ＲＵＮ、ｌでは低空気比火炎の空気比：０．６３の時、
ＮＯｘ減少率は５２．５％、ＲＵＮ、２では低空気比火
炎の空気比：０．７２　の時、ＮＯｘ減少率は４１．９
％に達している。このことより第５図のノズル４１に形
成される高空気比火炎から発生するＮＯｘは、ノズル３
７から発生する還元化学種により効果的に還元され減少
している。

〔実施例４〕 第８図は、本発明の低ＮＯｘ燃焼法を適用したガスター
ビン燃焼器の断面図である。円筒状の外筒４９内に、同
芯状に内筒５０が配置され、外筒４９と内筒５０の間に
形成された環状の空間は図示しない圧縮機からの吐出空
気を内筒の頭部に導く空気通路５１を構成している。内
筒５０の頭部に、二重の端壁５２，５３が設けられ、内
側の端壁５２には、第１０図に示す如く、そのほぼ全面
に高空気比火炎、及び低空気比火炎を形成させる主ノズ
ル５４とその周囲をとりかこむように層流の予混合火炎
を形成させる補助ノズル５５とが開口している。主ノズ
ル５４は、外側の端壁５３側に端壁５３を貫通して延び
た筒状の予混合筒５６の右端に形成され、予混合筒５６
の左端は、端壁５３の左側に形成した空気室５７がら空
気を取り入れる。各予混合筒５６には、燃料供給管５８
が挿入され、燃料供給管５８の端部から噴出した燃料は
、筒５６内を流れる際、空気と混合して予混合気を生成
する。補助ノズル５５は、端壁５２゜５３の間に形成さ
れた補助予混合室５９に連通しており、この室５９には
、補助燃料調整弁６０を介して、補助燃料が供給され、
内筒の周壁面にあけられた空気孔６１からの空気と混合
して予混合気を生成する。燃料供給管５８は、それぞれ
の管に設けた止弁６２を介して、主燃料調整弁６３に連
通される。弁６２，６３は、制御器６４からの指令によ
り制御される。制御器６４にはガスタービンの負荷９回
転速度信号が取り込まれる。

止弁６２は、制御器６４から開信号が与えられると、全
開し、それ以外では全開を保っている。

第１０図では、止弁は４個しか示されていないが、すべ
ての燃料供給管５８に設けられており、この実施例では
１９個の止弁があり、タービンの負荷が増大するにつれ
て、止弁の開く個数が増大する。

一方、調整弁６３の開度は、タービン負荷にほぼ比例的
に増大する。調整弁６０はタービン負荷にかかわらず、
はぼ一定の開度（約１０％）を保っている。補助予混合
室５９には、調整弁６０を介して、常にほぼ一定量の燃
料が供給されて空気孔６１からの空気との混合割合は、
空気比で０．８〜１８２の範囲にあるように設定され、
かつ、補助ノズル５５からの噴出速度が、燃焼速度（０
，５ｍ　／　ｓ　）よりも大きい１　、０〜２　、０　
ｍ　／　ｓの範囲になるように調整する。

ガスタービンの運転に際しては、まず、調整弁６０を開
いて、補助予混合室５９で、補助予混合気を生成する。

次に、図示しない点火栓により、補助ノズル５５から噴
出する予混合気に点火する。

補助予混合気の空気比は１近傍、好ましくは、０．８〜
１．２に設定されており、噴出速度も１．０〜２．Ｏｍ
／ｓとなっているために着火は確実であり１着火後も安
定して燃焼する。

このとき、はとんどの止弁６２は閉じているため主ノズ
ル５４からは、空気のみが噴出している。

タービンの負荷信号により調整弁６３の開度が除徐に大
きくなり、止弁６２も予め定められた順序で開弁する。

すると予混合筒５６内で所定の空気比の予混合気が生成
し、主ノズル５４より、予混合気が高速で噴出する。主
ノズル５４から噴出する予混合気は、その周囲に形成し
た補助火炎により着火され、保炎されて主火炎を形成す
る。止弁６２が順次開くにつれて、主ノズル５４に形成
れる火炎の数も順次増大して、定格負荷では、すべての
主ノズル５４に高空気比火炎と低空気比火炎が同時に形
成される。この時高空気比火炎から発生するＮＯｘを効
果的に還元し、低減するために、低空気比火炎の負荷量
：２５％、空気比が０．５〜０．８　　の範囲になるよ
うにする。一般に発電用のガスタービンでは、負荷Ｏ％
から１００％まで、タービンの回転速度は一定であるた
め、燃焼器に供給される空気はほぼ一定である。したが
って空気室５７より、予混合筒５６に流入する空気量は
ほぼ一定である。

一方、調整弁６３を通る燃料量はタービン負荷にほぼ比
例して変るが、タービン負荷が２５％より小さい範囲で
は、予混合筒５６で生成される予混合気の空気比が０．
５〜０．８の範囲になるように、調整弁６３と止弁６２
を調整する。タービン負荷が２５％〜１００％の範囲で
は、タービン負荷２５％に相等する低空気比火炎を０．
５くλく０．８　の範囲で形成させると同時に、他の予
混合筒５６に燃料を注入して高空気比火炎を形成し、負
荷を増大させていた。

本実施例では、補助ノズル５５の予混合気は空気比が１
近傍の保炎性の良い範囲に設定されているため、主ノズ
ル５４から予混合気が高速で噴出しても、吹き消えの恐
れがなく、更に、主ノズル５４に形成される高空気比火
炎及び低空気比火炎は補助火炎の保炎により安定に燃焼
できる。

〔実施例５〕 第９図は第１図又は第４図、第５図に示す、高空気比火
炎と低空気比火炎を同−火炎内で形成させるバーナを複
数個備えたボイラの実施例である。

低空気比火炎から発生する還元剤により５発生したＮＯ
ｘの還元が充分に進行するように、供給する気体燃料の
配分を、高空気比の予混合火炎形成用が約６０％、低空
気比の予混合火炎形成用が３５％、高空気比火炎及び低
空気比火炎を保炎するための層流の予混合火炎形成用が
５％となるようにした。第７図、第２表の低ＮＯｘ燃焼
法の基礎試験結果から判断できるように、低空気比火炎
の空気比は、ＮＯｘ低減率が向上するように、０．５５
〜０．７０の範囲になるようにした。又。

燃焼効率を高めるために全空気比が１．０〜１．１にな
るように供給燃料、空気を調整した。本実施例では、排
気ガス中のＮＯｘ濃度を５０ｐｐｏ＋以下に低減するこ
とができる。

〔実施例６〕 第１０図は、低空気比の予混合火炎の後流側に高空気比
の予混合火炎を形成して、発生するＮＯｘを還元し低減
させるボイラの実施例である。

第１１図は、第１．０図のボイラに設置されたバーナの
断面図である。円筒６５は高空気比又は低空気比の予混
合火炎を形成するためのノズル６６として使用される。

ノズル６６の外周には円筒６５と円筒６７によって構成
される円環状の流路６８°は１層流の予混合火炎用ノズ
ル６９として使用される。ノズル６９の上流には燃料供
給管７０と空気供給管７１が設置された予混合室７２が
ある。

円筒６５に供給された気体燃料と空気は筒内を流れる際
に混合され均一な予混合気となり、ノズル６６に高空気
比又は低空気比の予混合火炎を形成する。供給管７０．
７１から供給された燃料と空気は、予混合室７２で混合
され均一な予混合気となり、ノズル６９に層流の予混合
火炎を形成する。

第１０図では、第９図のバーナを用いて、１段目で低空
気比火炎を形成し、これと一定の距離をおいた後流地点
で高空気比火炎を形成するボイラの実施例である。当燃
焼法では、１段目の低空気比火炎の燃焼を完結させ、還
元剤を充分に発生させた後に高空気比火炎を形成し、こ
こから発生するＮＯｘと低空気比火炎からの還元剤を混
合し、効果的にＮＯｘを減少させ、かつ、低空気比火炎
からの未燃分を完全燃焼させる。燃料の配分は、高空気
比火炎用が約６０％、低空気比火炎用が約３５％、保炎
用の層流の予混合火炎用が約５％になるようにした。Ｎ
Ｏｘの低減率が向上するように、低空気比火炎の空気比
を０．５５〜０．７０の範囲内に、燃焼効率を向上する
ように、全空気比を１．０〜１．１の範囲内に設定する
ように、供給燃料量、空気量を調整した。

〔実施例７〕 第１２図は、本発明の実施例の一つである。本燃焼器は
燃焼器外筒１１１と内筒１１２より構成される。外筒１
１１と内筒１１２との間に形成される空間は、空気圧縮
機より供給される燃焼用空気１１３の流路として使用さ
れる。燃焼器内筒１１２内は燃焼室であり、ここで燃料
が空気によって燃焼される。燃焼室内に供給される燃料
は二分割されて供給され、一次燃料１１４は、燃焼器内
筒１１２の先端より投入され、二次燃料は燃焼器内筒１
１２の中途から燃焼室内に供給される。

燃焼室は、一次、二次燃焼領域１１６，１１７と完全燃
焼領域１１８より構成され、−火燃焼領域１°１６には
、一次燃料１１４と空気が投入される。

また、燃焼器内筒１１２には、二箇所絞り部が設置され
る。二次燃料１１４及び燃焼空気は一段目の絞り部より
二次燃料噴出ノズル１２３を通して投入され、完全燃焼
用空気１２５は、二段目の絞り部より、完全燃焼用空気
ノズル１２６を通して投入される。−火燃焼領域１１６
で燃焼する燃料は複数箇のバーナより投入され、燃料の
一部は、燃焼室の中心軸上に配置されたバーナより噴出
される。このバーナは燃料と空気とがそれぞれ異なる拡
散火炎用燃料ノズル１１９と拡散火炎用空気ノズル１２
０より噴出し、燃焼室内で各々が混合する拡散火炎を形
成する。また、このバーナでは、火炎の安定化を図るた
め、燃焼用空気を旋回流として投入するための旋回流発
生器１２１が、拡散火炎用空気ノズル１２０に設置され
る。このバーナの外周には複数箇の予混合バーナ１２２
が設置され、このバーナより噴出される燃料と空気とは
。

バーナ内で混合された後に燃焼室内に噴出される。

二次燃料１１５は、一段目の絞り部より、負荷に応じて
、燃焼用空気と混合されて投入される。

二次燃料１１５は燃焼用空気と二次燃料噴出ノズル１２
３内で混合し燃焼室内に投入される。ここで投入される
空気の量は、空気入口に設けた、流量調整器１２５によ
り、流量が調整される。噴出された燃料は、−火燃焼領
域に於いて残存する酸素、もしくは、同時に投入される
空気によって燃焼する。

この燃焼器では、一次燃料１１４が主燃料であり、二次
燃料１１５は還元雰囲気の形成に使用される。従って、
ガスタービンの起動、及び、低負荷法の燃焼には一次燃
料１１４だけが使用され、負荷が高くなるにつれて、二
次燃料１１５が供給される。負荷が比較的低いときに二
次燃料１１５を投入する場合、一次燃焼領域１１６の空
気比が高いため、ここで残存する酸素が多く、この場合
には、二次燃料１１５は、空気と混合されずに投入され
る。負荷が高くなると、一次燃焼領域１１６の空気比が
低くなるため、二次燃料１１５（よ、空気と予混合され
て、投入される。

二段目の絞り部によって、二次燃焼領域１１７と区別さ
れる一次燃焼領域１１６では、大半の火炎が予混合火炎
であるため火炎が短く、また、本燃焼器の場合、中心部
に火炎の安定な火炎を形成することが容易な拡散火炎を
配置するため、この火炎によって、予混合火炎が着火さ
れ、安定に燃焼させることが出来る。また、二次燃料１
１５は、一次燃焼領域１１６で生成されるＮＯｘを還元
するために使用される。ＮＯｘが還元されるためには、
二次燃焼領域１１７は酸素濃度が低く、可燃性気体の多
い状態となる必要があり、このため、一次燃焼領域１１
６の空気比は、０．８−１．４程度にとられ、二次燃焼
領域１１７の空気比は、０．５−１．０程度にとられる
。

第１３図は、本発明の他の実施例であり、一次燃焼領域
１１６を形成するためのバーナ構造を示す。このバーナ
構成では、中心部に拡散火炎を形成するための拡散火炎
形成用バーナ１２８が設置され、その外周に予混合火炎
形成用のバーナ１２２が設置される予混合火炎形成用バ
ーナ１２２から噴出される燃料と空気の予混合気は、あ
る直径の円周上の接線方向に噴出される。この様な構成
のバーナでは、中心部の拡散火炎は予混合気の着火用に
使用されるため、その外周から噴出される予混合気の着
火安定性が改善される。また、予混合気を旋回流として
噴出させるため、中心部が負圧領域となり、外周からの
予混合気が中心部に流れ込むため、拡散火炎も短炎化し
、火炎の安定性が向上する。

中心部から噴出させるのは、燃料だけでもよく。

この場合には、その外周から噴出させる予混合気の空気
比は１以上とし、予混合火炎中に残存する酸素により、
この燃料を燃焼させる。燃料だけを中心部から噴出させ
ると、予混合気の着火が不安定であっても、予混合気中
の酸素は中心部より噴出する燃料の燃焼に使用されるた
め、中心部に火炎が形成され、次にこの火炎により、予
混合気も着火することが出来る。

第１４図は第１２図の本実施例に係る燃焼器の火炎の状
態を示す断面図である。図に示すように低空気比火炎１
４１は理論空気比に近似した空気量で燃焼する予混合火
炎１４２によって保炎され、実質的に酸素がない可燃成
分を有する還元炎が形成される。この還元炎は後流側か
ら更に空気が供給され完全燃焼火炎１４３となる。

〔実施例８〕 第１５図は第１図に示す燃焼器をガスタービンに用いて
コンバインド発電プラントに適用した例を示す。

空気は圧縮機１３０にて加圧され、その空気は燃焼器１
３１に送られる。燃焼器より出た高温ガスはガスタービ
ン１３２を回転し、それに結合した発電機１３３を回転
し、発電される。ガスタービン１３２を出た高温排ガス
はボイラ１３４に入り、ボイラ１３４内に設けられた伝
熱管１３５によって蒸気が発生される。得られた水蒸気
は蒸気タービン１３６を回転するとともに発電機１３３
を回転し１発電に寄与する。本発明の燃焼器によるＮＯ
ｘは約６０ｐｐｍ以下、更に脱硝袋＠１３７によって約
１５ｐｐｍ以下になる。この排ガスは煙突１３８より排
出される。

〔発明の効果〕

本発明では、主火炎となる高空気比、及び低空気比予混
合火炎の根元に層流の予混合火炎を形成することで、高
空気比火炎と低空気比火炎の燃焼を充分に完結させた後
に、高空気比火炎から発生するＮＯｘと低空気比火炎か
ら発生する還元剤とを混合できる。よって、低空気比火
炎から充分に発生した還元剤により、高空気比火炎から
発生するＮＯｘを効果的に還元し、低減できる。本発明
ではＮＯｘ減少率は最高４５％までに達している。

又、予混合燃焼法は火炎の短炎化に有効であるので、本
発明により完全予混合燃焼を実現することにより、ガス
タービンボイラなどの燃焼装置を小型化できるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る燃焼器の断面図（ａ）及び正面図
（ｂ）、第２図は本発明に係る燃焼方法における火炎の
断面構成図、第３図は同じくノズル位置でのＮ　Ｏｘ　
＋　ＣＨ４＋　０２ｔ　Ｃｏ、Ｈ２量との関係を示す線
図、第４図及び第５図は本発明に係る他の燃焼器の断面
図（ａ）及び正面図（ｂ）、第６図は本発明に係る燃焼
器の空気比とＣＯ２゜０２１　ＣＨａ、Ｃｏ、Ｈｚｔ　
７７１　Ｔｃとの関係を示す線図、第７図は空気比とＮ
Ｏｘ減少率との関係を示す線図、第８図、第１１図〜第
１３図は本発明に係る他の燃焼器の断面図、第９図及び
第１０図は本発明に係る燃焼器を用いたボイラの斜視図
、第１４図は第１２図に係る燃焼器の火炎の状態を示す
模式図、第１５図は本発明の燃焼器をガスタービン燃焼
器に用いたコンバインド発電プラントの構成図である。 ２．２０，３７，６６・・・低空気比ノズル、４，８゜
２２．２７，４３，５５，６９・・・空気比約１の層流
予混合ノズル、６，２５，４１・・・高空気比ノズル、
１０１，１０２，１４２・・・空気比約１の予混合火炎
、１０３，１４１・・・低空気比火炎、１０４・・・高
空気比火炎、１３１・・・燃焼器、１３２・・・ガスタ
ービン、１３３・・・発電機、１３４・・・ボイラ、１
３５・・・伝熱管、１３６・・・蒸気タービン、１３７
・・・脱硝装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料を完全に燃焼するのに必要な理論空気比より少
   ない空気量で燃焼する低空気比火炎を形成し、該低空気
   比火炎から放出される可燃分を前記低空気比火炎後流に
   おいて空気を供給して燃焼させる燃焼法において、前記
   低空気比火炎を前記燃料と空気とを予め混合して燃焼さ
   せる予混合火炎とし、該予混合火炎近傍に該火炎の燃焼
   を維持する手段を設けたことを特徴とする低ＮＯ＿ｘ燃
   焼法。 ２、前記低空気比火炎の燃焼を維持する手段は前記低空
   気比火炎の外周で燃焼する火炎であり、該火炎はほぼ完
   全燃焼に必要な理論空気量に近似した空気量で燃料と空
   気とを予め混合して燃焼させる予混合火炎である請求項
   １に記載の低ＮＯ＿ｘ燃焼法。 ３、前記低空気比火炎の燃焼を維持する手段は、前記燃
   料と空気とを予め混合し、触媒を通して燃焼させるもの
   である請求項１に記載の低ＮＯ＿ｘ燃焼法。 ４、前記低空気比火炎の燃焼を維持する手段は、前記低
   空気比火炎の手前で燃焼させる火炎であり、該火炎はほ
   ぼ完全燃焼に必要な理論空気量に近似した空気量でかつ
   燃料と空気とを予め混合して燃焼させる予混合火炎であ
   る請求項１に記載の低ＮＯ＿ｘ燃焼法。 ５、燃料を完全に燃焼させるのに必要な理論空気量より
   少ない空気量で燃焼する低空気比火炎に同心円上に前記
   理論空気量より多い空気量で燃焼する高空気比火炎を形
   成する燃焼法において、前記低空気比火炎の燃焼をほぼ
   完結させ実質的に酸素を含まない可燃分を有する火炎を
   形成する手段を有し、前記可燃分を前記高空気比火炎に
   よつて燃焼させることを特徴とする低ＮＯ＿ｘ燃焼法。 ６、前記低空気比火炎及び高空気比火炎はいずれも燃料
   と空気とを予め混合して燃焼させる予混合火炎である請
   求項５の低ＮＯ＿ｘ燃焼法。 ７、前記低空気比火炎の外周で高空気化火炎の内周にほ
   ぼ完全燃焼に必要な理論空気量に近似した空気量で燃料
   と空気とを予め混合して燃焼させる予混合火炎を有する
   請求項５又は６の低ＮＯ＿ｘ燃焼法。 ８、前記高空気化火炎の外周に同心円上に理論空気量に
   近似した空気量で燃料と空気とを予め混合して燃焼させ
   る予混合火炎を有する請求項５〜７のいずれかに記載の
   低ＮＯ＿ｘ燃焼法。 ９、理論空気量に近似した空気量で燃料と空気とを予め
   混合して燃焼させる予混合火炎後流に、該火炎と同心円
   上に前記理論空気量より少ない空気量で予め燃料と空気
   とを混合して燃焼する低空気比火炎を形成し、該低空気
   比火炎後流に同心円上にほぼ完全燃焼に必要な空気を供
   給し燃焼させることを特徴とする低ＮＯ＿ｘ燃焼法。 １０、理論空気量より少ない空気量で予め燃料と空気と
   を混合して触媒層を通して燃焼させる低空気比火炎に同
   心円上に理論空気比より多い空気量で予め燃料と空気と
   を混合して燃焼させる高空気化火炎を形成し、該高空気
   化火炎に同心円上に理論空気比に近似した空気量で予め
   燃料と空気とを混合して燃焼させる予混合火炎を形成さ
   せることを特徴とする低ＮＯ＿ｘ燃焼法。 １１、前記低空気比火炎と該火炎の燃焼を維持する手段
   が同数で、かつ複数有する請求項１〜１０のいずれかに
   記載の低ＮＯ＿ｘ燃焼法。 １２、前記高空気化火炎及び理論空気比に近似した空気
   量で燃焼させる予混合火炎はいずれも同数で、複数有す
   る請求項７、８又は１０に記載の低ＮＯ＿ｘ燃焼法。 １３、前記理論空気比に近似した空気量で燃焼させる予
   混合火炎は低空気比火炎又は／及び高空気化火炎の火炎
   を補助するパイロット火炎である請求項１〜１２のいず
   れかに記載の低ＮＯ＿ｘ燃焼法。 １４、燃料を完全に燃焼させるに必要な理論空気比より
   少ない空気量で燃焼する低空気比火炎を形成するノズル
   と、該低空気火炎から放出される可燃分をその後流にお
   いて空気を供給して燃焼させる前記ノズルに同心円上に
   配置した空気供給ノズルとを備えた燃焼器において、前
   記低空気比火炎を燃料と空気とを予め混合して燃焼させ
   る手段と、該低空気比火炎近傍に該火炎の燃焼を保持す
   る手段とを備えたことを特徴とする低ＮＯ＿ｘ燃焼器。 １５、燃焼を完全に燃焼させるに必要な理論空気比より
   少ない空気量で燃焼する低空気比火炎を形成するノズル
   と、該火炎に同心円上に設けられた前記理論空気比より
   多い空気量で燃焼する高空気化火炎を形成するノズルを
   備えた燃焼器において、前記低空気比火炎を形成するノ
   ズルの外周で前記高空気化火炎を形成するノズルとの間
   に前記ノズルに同心円上に前記理論空気比に近似した空
   気量で燃焼させるパイロット火炎を形成させるノズルを
   設けたことを特徴とする低ＮＯ＿ｘ燃焼器。 １６、燃料を完全に燃焼させるに必要な理論空気比より
   少ない空気量で燃焼する低空気比火炎を形成するノズル
   と、該火炎に同心円上に設けられた前記理論空気比より
   多い空気量で燃焼する高空気化火炎を形成するノズルを
   備えた燃焼器において、前記低空気比火炎を形成するノ
   ズル内先端部に燃焼触媒を設けたことを特徴とする低Ｎ
   Ｏ＿ｘ燃焼器。 １７、燃料を完全燃焼に必要な理論空気比に近似した空
   気量で燃焼させるノズルと、該ノズルの火炎後流に同心
   円上に設けられた前記理論空気比より少ない空気量で燃
   焼させる低空気比火炎を形成するノズルと、該低空気比
   火炎後流側に設けられた前記低空気比火炎に形成される
   可燃分を燃焼させ、理論空気比に近似した空気を供給す
   るノズルとを備えたことを特徴とする低ＮＯ＿ｘ燃焼器
   。 １８、前記低空気比火炎、高空気化火炎及び理論空気比
   に近似した空気量で燃焼させるノズルはいずれも燃料と
   空気とを予め混合して燃焼させる手段を有する請求項１
   ４〜１７のいずれかに記載の低ＮＯ＿ｘ燃焼器。 １９、前記低空気比火炎、高空気比火炎及び理論空気比
   に近似した空気量で燃焼させるノズルはいずれも複数有
   し、互いに同数有する請求項１４〜１８のいずれかに記
   載の低ＮＯ＿ｘ燃焼器。 ２０、燃料を完全に燃焼させるに必要な理論空気比より
   少ない空気量で燃焼する低空気比火炎を形成するノズル
   と、該ノズルに同心円上に設けられた前記理論空気比に
   近似した空気量で燃焼するノズルとを各々複数個有し、
   該低空気比火炎を形成するノズル近傍に前記理論空気比
   より多い空気量で燃焼する高空気比火炎を形成するノズ
   ルと、該ノズルに同心円上に設けられた前記理論空気比
   に近似した空気量で燃焼するノズルとを各々複数個配置
   したことを特徴とする低ＮＯ＿ｘ燃焼器。 ２１、燃焼器の長さ方向に燃料を一次及び二次に分割し
   て投入する燃焼器において、 各々の燃料の流量を調整する機構を設け、一次燃料を燃
   焼する一次燃焼領域の空気比を完全燃焼するのに必要な
   理論空気比に近似した空気量を投入し、これより後流で
   二次燃料を投入し、これを燃焼する二次燃焼領域の空気
   比を完全燃焼に必要な理論空気比より少ない空気量で燃
   焼し、その後流に二次燃焼領域で燃焼されずに残存する
   可燃性気体を完全燃焼するのに充分な量の空気を投入し
   、且つ、一次燃焼領域を形成するためのバーナを複数個
   設置し、前記のバーナの一部を空気と燃料とを予め混合
   した予混合気を投入するバーナとし、且つ、前記バーナ
   の一部を燃料だけを投入するか或いは、燃料と空気とが
   それぞれ異なるノズルより噴出し、拡散火炎を形成する
   バーナとすることを特徴とする低ＮＯ＿ｘ燃焼器。 ２２、前記一次燃焼領域の後流に投入する前記二次燃料
   中に、ガスタービンの負荷に応じて燃焼用空気の一部を
   混合し、前記燃焼器の中心部に向けて前記二次燃料を燃
   焼器内に投入することを特徴とする請求項２に記載の低
   ＮＯ＿ｘ燃焼器。 ２３、一段目の燃焼領域を形成するための複数個のバー
   ナにおいて、燃焼筒の中心部に拡散火炎を形成するバー
   ナを設置し、その外周に複数個の予混合火炎を形成する
   バーナを、ある旋回仮想円の接線方向に予混合気を噴出
   させるように設置することを特徴とする請求項２１に記
   載の低ＮＯ＿ｘ燃焼器。 ２４、前記燃料として気体燃料を用い、請求項１４〜２
   ３のいずれかに記載の燃焼器を有するガスタービン。 ２５、請求項１４〜２３のいずれかに記載の燃焼器を備
   えたボイラ。 ２６、請求項１４〜２３のいずれかに記載の燃焼器を有
   し、該燃焼器より排出された高温排ガスによつてガスタ
   ービンを回転し、該ガスタービンより排出した高温排ガ
   スを内部に伝熱管を有するボイラに送り、前記伝熱管に
   よつて得られた水蒸気によつて蒸気タービンを回転し、
   前記ガスタービン及び蒸気タービンによつて発電機を回
   転し、発電するコンバインド発電プラント。