JPH04136603A - 燃焼器および燃焼設備 - 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】 ３．１［産業上の利用分野］ 本発明は、液体燃料を予蒸発させ燃焼用空気と予混合さ
せて燃焼させる燃焼器、これを備えている燃焼設備、お
よび燃焼方法に関する。

３．２［従来の技術］ ３．２．１　　液体燃料の予混合燃焼 ガスタービン燃焼器の負荷を高めるために、最近は、液
体燃料を気化させ（予蒸発）空気と予め混合（予混合）
し、同一のノズルから噴出する予蒸発予混合燃焼が用い
られつつある。予混合燃焼を用いることによる利点は、
主として次の２点である。１つは、予混合燃焼を用いる
と燃焼の反応領域をノ」〜さくすることができる。つま
り、火炎を短くすることができ、高負荷燃焼が可能であ
る。

もう１つは、燃料希薄予混合燃焼法を採用することによ
り、Ｎ　Ｏｘ排出量が低減されることである。

一方、予混合燃焼と異なる燃焼方式として、空気と燃料
とを異なるノズルから噴出する拡散燃焼がある。この燃
焼方法では、たとえ燃料が希薄の条件で燃焼させても燃
焼室内での燃料と空気との混合過程において、燃料と空
気の混合気に対する理論空気量の割合（以下、空気比と
称する）が１付近になる領域が必ず存在する。空気比１
付近の火炎温度は高く、このため、ＮＯｘの低減が一般
に困難であるとされる。

これに対して、空気比が高い予混合燃焼、即ち過剰の空
気と燃料とを予め混合して燃焼する予混合燃焼法では、
全ての燃焼領域で燃料が希薄な燃焼条件のもとで燃焼す
るためＮＯｘの低減が容易である。このような希薄予混
合燃焼法は、ガスタービンの燃焼器などで採用されつつ
ある（例えば特公昭６２−３５０１６）。

一般的に、液体燃料で予混合燃焼を実現するために、液
体燃料を噴震化するアトマイザと噴霧化した液体燃料を
蒸発させるための蒸発室とを有する予混合燃焼バーナを
設けている（ガスタービン学会誌、第１６巻第６４号４
７〜５５ページ）。

この予混合燃焼バーナには、燃料の蒸発を速めるための
微細な噴霧粒子の形成と、噴霧粒子と空気を混合し均質
な予蒸発予混合気の形成が要求される。

要求される条件のうち、少なくとも微細な噴霧粒子の形
成が可能な予混合燃焼バーナとしては、例えば、第１０
図に示すようなものがある（プログレッシブエネルギコ
ンパッションサイエンス；Ｐｒｏｇ、Ｅｎｅｒｇｙ　Ｃ
ｏｍｂｕｓｔ。

Ｓｃｉ、第６巻２３３〜２６１ページ）。

これは、空気流路１中に、内周面に液体燃料が供給され
る内筒２を設け、さらに内筒２内に下流に向かうにつれ
て拡径となるビントール５を設けたものである。内筒２
の下流側の内周は、下流に向かって次第に拡径となるブ
レフィルミングサーフエース３が形成されている。

内筒２内を直進してきた空気は、液体燃料を膜状化して
、アトマイシングリップ４へ導く。アトマイシングリッ
プ４に至った膜状の液体燃料は、内筒２内を通ってきた
空気により、アトマイシングリップ４から外周側へ噴出
すると同時に、内筒２の外側を直進してきた空気によっ
て剪断され、微細化される。

微粒化性能並びに噴霧の分散特性はビントール５形状に
依存している。これは、内筒２の外側を直進してきた空
気に対する、液体燃料が噴出する角度が、ビントール５
の形状で決定するためである。

３．２．２　　液体燃料の予熱 空気は圧縮機で断熱圧縮され約２７０から３５０度に昇
温される。蒸発室では、微細化された噴霧粒子が燃焼用
空気で加熱され蒸発する。このとき、燃焼器の安定運転
のために、噴霧粒子の自発火を防ぐ必要がある。そのた
め、蒸発室内における噴霧粒子の滞留時間は、自発火時
間以下である必要があり、実用条件の蒸発室内滞留時間
は、一般的に、約４　ｍ５ｅｃ以下であることが望まし
いとされている。

一方、単に、噴霧粒子の滞留時間を自発火時間以内にす
ると、噴霧粒子が蒸発せずに燃焼室に供給されるために
、ＮＯｘの低減を図ることができない。

そこで、自発火時間以内の滞留時間で、噴霧粒子を蒸発
させるためには、噴霧粒子径を小さくすることが重要で
ある。しかし、噴震粒子径の低減には限界が有る。この
限界は、一般に、噴震体積の総和を噴霧表面積の総和で
除した値、いわゆる、ザウタ平均粒径で約４０μｍであ
る。したがって、噴震の蒸発を速めるためには、噴震粒
子の微粒化に加えて、さらに他の方法で噴震粒子の蒸発
を促進させる必要がある。

この方法としては、液体燃料を予熱する方法が考えられ
る。

液体燃料の予熱は、重油焚きボイラで一般に用いられて
いる。しかし、これは、常温゛で固化した低品位の重質
油を約８０℃まで昇温しで流動化させて、配管輸送を可
能にならしめるためのものである。つまり、重油焚きボ
イラーでの液体燃料の予熱は、噴霧粒子の蒸発を促進さ
せるものではない。

噴震粒子の蒸発を促進させるための予熱に関しては、例
えば、特公昭５５−１４３２５号公報に記載されている
ものがある。この方法は、液体燃料を噴出雰囲気におけ
る沸点以上まで予熱した後に、細孔より蒸発室内に噴出
させるものである。

細孔より噴出した燃料は、噴出雰囲気で、いわゆる減圧
沸騰現象を生じ、このときの体積膨張により微粒化する
と共に、蒸発する。

３．２．３燃焼中間生成物質の処理 ガスタービンの燃焼排出物の中で、現在はＮＯｘ、Ｃｏ
が環境汚染物質として規制の対象となっており、その排
出基準を満足させるために適切な燃焼器および脱硝装置
を設置している。しかし、例えば、アルデヒドなどの燃
焼中間生成物質は、規制の対象となっておらず、はとん
ど処理されていないのが現状である。

３．３［本発明が解決しようとする問題点］３．３．１
　　液体燃料の予混合燃焼 前述したようなアトマイザは、少ない圧力損失で液体を
微細化するため、ガスタービンのような大量の空気で燃
焼させる燃焼器のアトマイザとして利用されている。

しかし、蒸発室のような狭い空間に噴霧粒子を供給する
には、小さな噴霧角で微細な噴震を空気と混合させて供
給する必要がある。小さな噴霧角を得るためには、ビン
トールの広がり角を小さくする必要があるが、広がり角
度の小さなビントールでは、内周側と外周側の空気の接
触による剪断力が弱まり、良好な微細噴霧を供給しえな
くなる。

微細な噴霧が供給できなければ、蒸発室での噴霧粒子の
蒸発時間は、噴霧粒子径の二乗に比例するため、蒸発に
要する時間は増大し、液体燃料は予蒸発予混合状態を達
成することなく燃焼空間へ供給されてしまう。予蒸発予
混合燃焼が達成できなければ、必然的に低ＮＯｘ燃焼も
達成できなくなる。

また、噴霧角を大きくすると、噴霧粒子は蒸発室の内壁
に付着する。蒸発室の内壁に付着したものは、気化しづ
らく、液体燃料の蒸発は阻害される。このため、低ＮＯ
ｘ燃焼に好適な予蒸発予混合燃焼を達成し得なくなる。

さらに、噴霧角を大きくすると、噴霧粒子の微細化は図
れるが、膜状化して平面的に広がった液体燃料を３次元
空間内に均一に拡散させることは、非常に難しい。

このように、従来の技術では、液体燃料を微細化し、さ
らにこれを蒸発室内に均一に拡散することは難しく、十
分にＮ　Ｏｘの低減を図ることができないという問題点
がある。

３゜３．２　　液体燃料の予熱 一般的に、液体燃料の配管内での沸騰は、燃料の安定供
給のために避けなければならない。

しかし、従来の燃料の予熱方法では、液体燃料を噴出雰
囲気における沸点以上まで予熱するために、液体燃料の
配管内で燃料が沸騰し、安定した予混合燃焼を実現でき
ないという問題点がある。

特に１発電用ガスタービンの燃焼器のように、電力需要
に対応させて負荷変動させる必要があるものでは、負荷
変動、つまり、燃料の供給量を変化させるごとに、液体
燃料の配管内圧力が変化して、配管内で燃料が沸騰する
可能性が高い。

また、単一組成の液体燃料では沸点が明確に定義できる
が、一般に使用される液体燃料は複数組成の物質の混合
体であるため沸点を明確に定義できない。そのため、例
えば、各組成物質の平均値を液体燃料の沸点とした場合
には、この平均値よりも沸点温度の低い組成物質が配管
内で沸騰してしまう可能性が高い。

一方、液体燃料の温度をある程度上げなければ、噴霧粒
子の粒子径が大きくなる上に、沸点までの温度差が大き
いために、燃焼室内には燃料が蒸発していない状態で供
給されることになる。

また、燃焼器に供給される燃料は、しばしばその種類を
変えることがある。一般に燃料はタンクから供給する。

種類のことなる燃料をタンクへ加えると、燃料は数時間
から数日経て始めて新しい燃料に置き変わる。この間、
燃料性状、特に沸点は変化するため、一定温度で運転す
ると配管内部で沸騰する危険性を有する。

前述したように、蒸発室内に噴霧した液体燃料を自発火
時間以内の滞留時間で蒸発させるために、液体燃料を適
切な温度に管理することが望ましい。

一方、燃焼器は、コストや運用上の理由から、多種多様
の燃料を燃焼できることが望ましい。

しかしながら、従来の燃焼設備では、予め定められてい
る温度にしか燃料を加熱することができないために、多
種多様の燃料を燃焼させることができないという問題点
がある。

３．３．３燃焼中間生成物質の処理 前述したように、燃焼排出物の中でもＮＯｘ、Ｃ○は、
環境規制の対象となっており、これに対する種々の対策
が取られているが、ＮＯｘ、Ｃ○以外で燃料の酸化過程
で生成する未反応中間物質は、微量生成物として規制の
対象になっていないために、これまでは何等対策が施さ
れなし）のが現状である。

しかしながら、微量生成物といえども環境へ及ぼす影響
を過小評価できない。燃焼中間生成物質は、メタノール
等のアルコール系燃料の燃焼時に特に問題になる。アル
コール系燃料の燃焼、即ち、酸化反応は、アルデヒド等
のカルボキシル基を有する中間生成物を経由し、炭素酸
化物と水に変化する。しかし、アルデヒド等の中間生成
物はそれ自体が安定に存在できることとも相まって、燃
焼反応が不十分に行われると燃焼器系外へ排出される。

このような中間生成物は、燃焼器の後流に設置されてい
る脱硝装置等の既存の環境装置では十分に処理すること
ができないとうい問題点がある。

３．３．４　　発明の目的 本発明は、以上のような従来の問題点について着目して
なされたものである。

本発明の第１の目的は、液体燃料においても、安定した
予混合燃焼を確保しつつ、ＮＯｘを低減することができ
る燃焼器、ガスタービン設備、燃焼設備、燃焼方法、お
よび液体燃料の予熱方法を提供することにある。

本発明の第２の目的は、各種液体燃料に応じた温度に該
液体燃料を加熱することができ、各種の液体燃料を燃焼
させることができる燃焼設備および予熱方法を提供する
ことにある。

また、本発明の第３の目的は、アルコール系燃料の燃焼
過程で生成され易いアルデヒド等のような環境を汚染す
る燃焼中間生成物質の排出の少ない燃焼設備および燃焼
中間生成物質の処理方法を提供することにある。

３．４［問題を解決するための手段］ ３．４．１第一の目的の解決手段 第１の目的を解決するための燃焼器は、液体燃料を燃焼
用空気と共に噴出し、該液体燃料を噴震化するアトマイ
ザを有して構成される予混合燃焼バーナを備えている燃
焼器において、前記アトマイザは、内周面に前記液体燃
料が供給される内筒と、下流側へほぼ直進する前記燃焼
用空気の流路を該内筒の外周面との間に形成する外筒と
、該内筒内に送り込まれた前記燃焼用空気を下流側へ向
かわせつつ旋回させる旋回流案内板とを有して構成され
、前記旋回流の中心のほぼ下流側で前記予混合燃焼バー
ナの出口近傍に、下流側の断面積が急激に小さくなり、
該予混合燃焼バーナから噴出する予混合気体の抵抗とな
る抵抗体を備えていることを特徴とするものである。

ここで、前記アトマイザの内筒の内周側は、下流側へ向
かうにつれて拡径されていることが好ましい。さらに、
前記燃焼器は、前記アトマイザの内筒の内周面と外周面
とが、該内筒の下流端において、鋭角を成して接触して
いること、前記内筒の開口面積と、前記内筒と前記外筒
との間の開口面積とがほぼ等しいこと、前記外筒の下流
端は、前記内筒の下流端よりも下流側に位置しているこ
とが好ましい。

また、前記第１の目的を達成するための他の燃焼器は、 液体燃料と燃焼用空気とを混合させる空間を有する予混
合燃焼バーナを備えている燃焼器において、前記空間内
に燃焼用空気の旋回流を形成する旋回流形成手段と、前
記旋回流の周囲に、下流側へ向かって流れる燃焼用空気
の直進流を形成する直進流形成手段と、前記旋回流と前
記直進流との境界に、前記液体燃料を供給する液体燃料
供給手段と、前記旋回流の中心のほぼ下流側で前記予混
合燃焼バーナの出口近傍に、該予混合燃焼バーナから噴
出された予混合気体の燃焼により生成される燃焼気体の
循環流を形成する循環流形成手段とを備えていることを
特徴とするものである。

ここで、前記旋回流形成手段は、具体的には、前記燃焼
用空気が旋回可能に配設された羽根やノズルなどにより
構成される。また、前記循環流形成手段は、下流側の断
面積が急激に小さくなる抵抗体により構成できる。

また、前記第１の目的を達成するための燃焼設備は、 燃焼用空気と噴霧された液体燃料とを予混合燃焼バーナ
内で予混合させ、これを燃焼室内で燃焼させる燃焼器を
備えている燃焼設備において、前記液体燃料の組成物質
のうち、沸点温度が最も低い組成物質の噴霧雰囲気にお
ける沸点温度をＴ℃としたとき、該液体燃料が前記予混
合燃焼バーナに供給される前に、該液体燃料を、 Ｔ　’Ｃを超えない範囲内に加熱する加熱手段を備えて
いることを特徴とするものである。

ここで、前記加熱手段は、前記液体燃料をＴＸｏ、８℃
以上に加熱することが好ましい。

また、前記第２の目的を達成するための燃焼設備は、 液体燃料の種類を判別する判別手段と、種類が判別され
た前記液体燃料の組成物質のうち、沸点温度が最も低い
組成物質の沸点温度を算出する沸点算出手段と、算出さ
れた沸点温度に基づいて前記液体燃料の加熱温度を決定
する加熱温度決定手段と、前記液体燃料を決定した加熱
温度に加熱する加熱手段とを備えていることを特徴とす
るものである。

ここで、前記判別手段は、前記液体燃料が加熱される前
と後とにおける物性値に基づいて、該液体燃料の種類を
判別するように構成してもよい。

また、前記第３の目的を達成するための燃焼設備は、 燃焼可能な燃焼中間生成物質を排出する燃焼器を備えて
いる燃焼設備において、前記燃焼中間生成物質を吸収す
る吸収液と該燃焼中間生成物質とを反応させる吸収装置
と、前記燃焼器中間生成物質を吸収した前記吸収液を前
記燃焼器の燃焼室内に噴射する吸収液噴比装置とを備え
ていることを特徴とするものである。

なお、前記燃焼器には、液体燃料を燃焼用空気と予混合
させてから燃焼させるものであれば、例えば、ガスター
ビン用燃焼器、ボイラー、化学プラントなどにおける反
応器、焼却炉などあらゆるものを含んでいる。

（以下余白） ３．５［作用コ ３．５．１液体燃料の予混合燃焼 内円筒内に流れ込む燃焼用空気は、旋回流案内羽根によ
り、内円筒内に旋回流を形成する。旋回する燃焼用空気
は、内円筒の内周面に供給された液体燃料を内周面上に
押し付けて膜状にする。このとき、内円筒の内周面が下
流側へ向かうに連れて拡径されていると、膜状になった
液体燃料は、下流に流れて行くにつれ、膜厚が薄くなり
、液体燃料の微細化が図れる。

内円筒の下流端に至った液体燃料は、内円筒内に形成さ
れた旋回流と、内円筒と外円筒と間に形成される直進流
との境界に噴出され、そこで、向きの異なる旋回流と直
進流との作用により、剪断力を受けて微細化される。燃
料の微細化には、液体燃料の予熱が非常に有効で、燃料
の沸点近くまで加熱することにより、その表面張力を著
しく小さくすることができ、噴霧粒子の径を微細化のほ
ぼ限界である、約４０μ閣程度にすることができる。

直進流は、内筒から噴出する液体燃料の蒸発室内壁への
付着を防いでいる。また、旋回流も噴霧粒子を旋回の中
心に引き寄せて蒸発室内壁への付着を防いでいる。液体
燃料が蒸発室内壁に付着すると、付着した液体燃料は蒸
発しずらくなり、気化しない状態の液体燃料が燃焼室内
に送られて、希薄予混合燃焼を行えなくなる。蒸発室内
壁への付着を防ぐのは、このためである。

噴霧粒子の蒸発室内壁への付着をより効果的に防ぐため
に、外筒の下流端を内筒の下流端よりも下流側に位置さ
せることがよい。このように構成すると、蒸発室内壁近
傍で確実に直進流を確保することができるからである。

このように、向きの異なる旋回流と直進流との境界に膜
状の液体燃料を噴霧することにより、液体燃料をより効
果的に微細化することができると共に、蒸発室内壁への
燃料の付着を防ぐことができる。

液体燃料の噴霧粒子は、前述したように、旋回流の影響
で旋回の中心に引き寄せられる。ところで、直進流の流
路面積、つまり内筒の開口面積と、旋回流の流路面積、
つまり内筒と外筒との間の開口面積とが等しいと、蒸発
室内の下流方向への空気速度分布はほぼ均等になる。一
方、単位体積当たりの燃料量は旋回流の中心が多いので
、単位空気量光たりの燃料量も多くなる。これを空気比
の観点で見ると、空気比は、旋回の中心部が低く、旋回
の外側、つまり蒸発室近傍に近づくに連れて高くなる。

液体燃料の予混合火炎でＮＯｘを低減するには、従来、
過剰空気で燃焼するのが主流の技術であるが、発明者ら
は、鋭意検討の結果、燃料噴霧蒸気と燃焼用空気との予
混合気体噴流の中心に高温の燃焼気体を循環させ、前記
混合気体が燃焼する前に燃焼用空気もしくは燃焼気体を
外周側の予混合気体に混合すれば、火炎を安定化し、か
つＮＯｘを低減できることを明らかにしている。予混合
気体噴流の中心部に導入された燃焼気体は、ここからの
熱の移動により予混合気体を着火し、火炎を安定化する
。この火炎は、噴流中心部から噴流の外側に向かって伝
播する。噴流の外周側では、予混合気体と燃焼気体もし
くは燃焼用空気との混合気体が形成されているため、こ
この燃料密度は低く、サーマルＮＯｘの発生が抑制され
る。

さらに、この燃焼法を効果的にならしめるには、少なく
とも最初に着火する予混合気体には燃料液滴を有さない
こと、予混合気体の予混合バーナ出口での変動速度は主
流平均速度の少なくとも１０％以下であることが重要で
ある。最初に着火する予混合気体には燃料液滴を有さな
い場合には、予混合気体に内在した未蒸発の燃料液滴は
火炎からの輻射よる燃料混合気温度の上昇に伴って蒸発
し、希薄予混合燃焼を実現できるので、低ＮＯｘ燃焼を
達成できる。また、燃料予混合気の噴出速度の変動が小
さいと、予混合気体が逆火しにくくなり、安定燃焼を実
現できる。

このような燃焼法を実現するための一つの手段として、
保炎器がある。保炎器として最も構造が簡単であるもの
の一つは、下流側の断面積が急激に小さくなる抵抗体で
ある。この抵抗体に噴流が衝突すると、抵抗体の下流側
に循環流が形成され、そこに高温の燃焼気体が流入し、
前述したような効果を得ることができる。

予混合気体噴流の周囲から燃焼気体もしくは燃焼用空気
を混合するのを促進する一つの手段としては、予混合気
体を直進流として噴出し予混合気体噴流の周囲に燃焼気
体が循環できる燃焼器構造、もしくは、予混合気体噴流
を直進流として噴出し予混合気体噴流の周囲に燃焼用空
気を噴出する燃焼器構造とする手法がある。

さらに、予混合気体噴流と燃焼気体もしくは燃焼用空気
との混合を促進するには、予混合気体噴流と燃焼気体も
しくは燃焼用空気との速度差を設けて噴出するとよい。

具体的には、予混合燃焼バーナに近接した燃焼用空気の
流路もしくは燃焼空気ノズルを設け、燃焼空気もしくは
燃焼用空気の噴出速度を予混合気体の噴出速度よりも小
さくするのが良い。

と、：ろで、本発明では、蒸発室内に形成される旋回流
のほぼ下流側に、前述した抵抗体が設けられているので
、抵抗体近傍の混合気体の空気比は低く、抵抗体から遠
ざかるに連れてい混合気体の空気比は高くなる。このよ
うな場合、旋回流の中心、つまり抵抗体近傍の空気比が
、高温の燃焼気体で着火可能な空気比であればよく、予
混合燃焼バーナから噴出する予混合気体の平均空気比は
、高くても安定した火炎を形成することができる。

したがって、安定した火炎を形成することができると共
に、予混合気体の平均空気比を高くすることができるの
で、ＮＯｘを低減することができる。

３．５．２液体燃料の予熱 蒸発室の滞留時間は、燃料蒸発の観点から一定であるこ
とが望ましが、ガスタービンの運転特性から、燃焼用空
気量が増加し蒸発室の滞留時間が短くなることもある。

このとき、噴霧粒子の蒸発が完了せずに燃焼室へ流入す
るため、希薄予混合燃焼を達成できなりＮＯｘの低減を
図ることができない。

また、逆に、燃焼用空気量が減少し噴霧粒子の滞留時間
が長くなることもある。この滞留時間が長すぎると、蒸
発室内で発火してしまい燃焼器を安全に運転することが
できない。

そこで、自発火する前に噴霧粒子を完全に蒸発させるた
めには、液体燃料を噴霧する前に、予熱することがよい
。

加熱温度範囲は、液体燃料の組成物質のうち、沸点温度
が最も低い組成物質の噴霧雰囲気における沸点温度をＸ
℃としたときに、 Ｘ℃≧前記液体燃料の温度℃≧ＸＸ０．８℃とする。

加熱温度の上限をＸ’Ｃにすることにより、液体燃料配
管中の圧力が、液体燃料の供給量を変えるために変動し
ても、沸点温度の最も低い組成物質も、配管内で沸点す
ることがほんどないく、燃焼器を安定に運転することが
できる。

噴霧粒子は、アトマイザから蒸発室内に噴出されてから
蒸発するまでに、沸点温度まで加熱される加熱時間と、
沸点温度に達してから蒸発するまでの蒸発時間とを合わ
せた時間を要する。

加熱温度の下限をｘｘｏ、ｓ℃とすることにより、加熱
時間をほとんど必要としない。また、液体の表面張力を
非常に小さくすることができるので、噴霧粒子径をほと
んど限界近くまで小さくすることができる。粒子径の２
乗は蒸発時間に比例するため、蒸発時間も非常に短くす
ることができる。したがって、このように予熱すると、
非常に短時間で噴霧粒子が蒸発するため、蒸発室内にお
ける噴霧粒子の滞留時間を自発火時間以下に設定するこ
とができると共に、滞留時間以内に、噴霧粒子を蒸発さ
せることができる。噴震粒子を蒸発室内で確実に蒸発さ
せることができると、燃料が噴霧液滴状態で燃焼するこ
とはないので、ＮＯｘの低減を図ることができる。

ガスタービン用燃焼器、ボイラー、焼却炉などの燃焼器
は、前述したように、コストや運用上の理由から、多種
多様の燃料を燃焼できることが望ましいが、燃料はその
種類ごとに流動特性等が変わるために、運転管理が難し
く実現できないでいる。

そこで、本発明では、液体燃料の種類を判別する手段を
設け、判別された種類に応じて燃料を加熱する加熱手段
を設けている。

液体燃料の種類に応じて加熱することにより、液体燃料
の種類が異なっても、流動特性等をほぼ一定に保つこと
ができ、常に、安定した運転を行うことができる。

液体燃料の種類を判別するためには、各種の液体燃料ご
とに、予め、密度、蒸気分圧、表面張力、光の屈折率な
どと、温度などとの関係を検定しておき、判別しようと
している燃料のこれらの値を実際に測定して、検定した
ものと比較することにより、判別することができる。

判別をより正確に行うためには、予熱器の上流側と下流
側との２カ所で測定したものを参考にして判別するとよ
い。また、密度と表面張力というように、異なる物性を
２カ所で測定してもよい。

液体燃料は、一般的に、複数の物質で組成されていので
、明確に沸点を定めることができない。

そこで、組成物質のうち、沸点温度の最も低い組酸物質
の沸点温度を基準にして加熱温度を定めるとよい。これ
は、配管内など、沸騰することが好ましくない箇所での
沸騰を防止することができるからである。

３．５．３燃焼中間生成物質の処理 例えば、アルコール系の燃料を燃焼した場合には、アル
デヒドなどの燃焼中間生成物質が生成される。この物質
は、大気を汚染するものであるが、規制の対象となって
いないため、現在のところほとんど処理されていない。

そこで、排気ガスライン中に、この物質を吸収する吸収
液を噴震する吸収装置を設けることにより、排気ガスか
ら燃焼中間生成物質を除去することができる。

燃焼中間生成物質は、吸収液噴比装置により、吸収液と
共に、燃焼室内に噴出させる。燃焼中間生成物質は、燃
焼室内の高温の燃焼気体と接触して、例えば、Ｈ２Ｏや
ＣＯ２などに熱分解する。

方、火炎は吸収液により冷されて、サーマルＮＯｘが低
減される。

このように、燃焼中間生成物質を吸収液で吸収し、これ
を燃焼器内に噴霧することにより、サーマルＮＯｘを低
減することができると共に、燃焼中間生成物質を処理す
ることができる。

ここで、燃焼中間生成物質を生成する燃焼器がガスター
ビン用のものである場合には、吸収液の噴霧粒子径がで
きるかぎり小さく、かつこの吸収液を燃焼器内で全て蒸
発可能な流量に制限することが好ましい。これは、燃焼
室内で蒸発が全て完了しないと、蒸発による燃焼器室内
の温度低下を十分に期待することができないのみならず
、未蒸発液滴がタービン翼に衝突し二ローションを発生
させるからである。

（以下余白） ３．６［実施例コ ３．６．１第一の実施例 以下、本発明の第一の実施例について、第１図〜第７図
を用いて説明する。

本実施例の燃焼器は、ガスタービン用燃焼器で、第１図
および第２図に示すように、燃焼筒１０と、燃焼筒１０
の上流側で燃焼筒１０の中心部に設置されたパイロット
バーナ２ｏと、パイロットバーナ２０を中心とし放射状
に配置された複数の予混合燃焼バーナ３０，３０．・・
・と、液体燃料の予熱器７０と、これらを収めるケーシ
ング１５とを有して構成される。

燃焼筒１０の筒内部が燃焼室１１であり、燃焼筒１０と
ケーシング１５との間に形成された環状の流路がウィン
ドボックス１６である。

予混合燃焼バーナ３０は、液体燃料を噴霧化するアトマ
イザ４０と、噴霧された液体燃料を蒸発させて燃焼用空
気と予混合させる蒸発室３１とで構成されている。

アトマイザ４０は、蒸発室３１の上流側に設けられてお
り、外円筒４１と、外円筒４１に同心円状に取付けられ
ている内円筒４５と、内円筒４５内に燃焼用空気の旋回
流を形成させるべく設けられているスワラ５０とを有し
て構成されている。

内円筒４５の下流側の内周面は、第３図に示すように、
下流側へ向かうにつれて拡径されており、内円筒４５の
外周面と接触する下流端４９は、断面がナーフエツジ状
を成し、内円筒４５の内周面と外周面とが鋭角的に接触
している。内円筒４５の上流側の内周には、燃料溜り４
６が形成されている。燃料溜り４６には、燃料分配器７
６と接続されている燃料供給配管４７が接続されている
。

さらに、内円筒４５の上流側には、ウィンドボックス１
６の燃焼用空気を内筒４５内に導くための空気流入孔４
８が設けられている。

内円筒４５内に設けられているスワラ５０は、内円筒４
５の中心部に設けられ円柱状を成しているサポート５１
と、これに放射状に複数設けられている旋回流案内羽根
５２とで構成されている。

外円筒４１の上流側には、ウィンドボックス１６の燃焼
用空気を内円筒４５と外円筒４１との間に形成される空
気流路中に導くための空気流入孔４２が設けられている
。空気流入孔４２は、空気が流入する際の抵抗を軽減す
べくベルマウス状を成している。外円筒４１の下流端４
３は、内円筒４５の下流端４９よりも下流側に位置して
いる。

内円筒４５内の空気流路面積と、内円筒４５と外円筒４
１との間の空気流路面積とは、それぞれの空気流路を流
れる燃焼用空気の流量が等しくなるように、はぼ等しい
。

蒸発室３１の下流端、つまり予混合燃焼バーナ３０の出
口近傍の略中心には、頂点が上流側を向く円錐状の抵抗
体３５が設けられている。この抵抗体３５は、蒸発室３
１の内周面に設けられている抵抗体サポート３６により
支持されている。

予混合燃焼バーナ３０の周囲には、燃焼用空気を噴出す
る空気ノズル６０が設けられている。空気ノズル６０は
ウィンドボックス１６と連通しており、この連通箇所に
、燃焼用空気の流量を調節する空気流量調節弁６１が設
けられている。

パイロットバーナ２０には、第２図に示すように、その
中心部にパイロット燃料２６を円錐型の膜状に噴出する
パイロット燃料ノズル２１を有している。パイロット燃
料ノズル２１の周囲には、膜状のパイロット燃料２６を
微細な燃料液滴に微粒化するための空気２７を噴出する
微粒化用空気ノズル２２が設けられている。さらに、そ
の周囲には、パイロット燃料の燃焼用の空気を噴出する
空気ノズル２３が設けられている。空気ノズル２３内に
は、噴出する燃焼用空気を旋回させるためにスワラ２４
が設けられている。

予熱器７０は、加熱された燃焼用空気の熱を利用して液
体燃料を加熱するために、ウィンドボックス内に設けら
れている。

予熱器７０は、その上流側が図示されていない燃料タン
クに接続されており、その間に液体燃料の密度と温度を
測定する測定器７１と予熱器７０に供給する液体燃料の
流量を調節する燃料流量調節弁７２とが設けられている
。一方、予熱器７０の下流側は、それぞれの予混合燃焼
バーナ３０゜３０、・・・に対して液体燃料を等量供給
するための燃料分配器７６に接続されている。燃料分配
器７６と予熱器７０との間には、液体燃料の密度と温度
を測定する測定器７３が設けられている、燃料分配器７
６には、燃料を再び燃料タンクに戻すための燃料戻し弁
７５が設けられている。

燃料流量調節弁７２および戻し弁７５には、測定器７１
．７３からの信号に基づいてこれらの弁７２．７５を制
御する制御装置７４が接続されている。この制御装置７
４には、測定器７１．７３の測定結果に基づいて液体燃
料の種類を判別する機能と、判別された液体燃料の組成
物質のうち沸点の最も低い組成物質の燃料噴出雰囲気に
おける沸点温度を算出する機能と、算出された沸点温度
に基づいて燃料の加熱温度を決定し各弁７２゜７５の弁
開度を制御する機能とを有している。

次に、本実施例の作用について説明する。

まず、パイロットバーナ２０の作用について説明する。

パイロット燃料２６は、パイロット燃料ノズル２１から
燃焼室１１へ円錐型の膜状に噴出される。

微細化用空気２７は、微粒化用空気ノズル２２から円錐
型の膜状に噴出されたパイロット燃料２６に向かって約
１００〜２００ｍ／ｓの速度で噴出される。微粒化用空
気２７により、液膜に対して強い剪断力が作用して、パ
イロット燃料２６は、微細化する。

微細化したパイロット燃料２６は、空気ノズル２３から
噴出する燃焼用空気により燃焼する。この際、燃焼用空
気は、空気ノズル２３内に設けられているスワラ２４に
より旋回流を形成するため、旋回の中心となるパイロッ
ト燃料ノズル２１の下流側には、上流側へ向かう流れが
形成される。このため、そこに高温の燃焼気体が流入し
、微細化されたパイロット燃料２６が加熱されて着火す
る。

パイロットバーナ２０による火炎は、別個のノズル２１
．２３から噴出される燃焼用空気とパイロット燃料２６
とにより形成される、いわゆる拡散火炎である。このた
めに、パイロット火炎は燃料の供給量を変化させても安
定に形成される。しかし、拡散火炎は、必ず理論空気比
で燃焼する温度の高い領域が形成されため、大量のＮＯ
ｘが発生する。これを防ぐために、燃焼器の起動時など
、負荷が少ないときは、主にパイロットバーナ２０を利
用し、負荷が多くなると予混合燃焼バーナ３ｏを主に利
用する。

次に、予混合バーナ３０における燃焼と、予混合バーナ
３ｏに供給される液体燃料の予熱について説明する。

図示されていない燃料タンクから予混合燃焼バーナ３０
，３０．・・・に供給される液体燃料は、予熱器７０に
よって予熱される。

この予熱手法について詳細に説明する。

液体燃料は、測定器７１．７３により、その密度と温度
とが測定される。各種液体燃料における密度と温度と関
係は予め検定されており、この関係と測定された結果と
から制御装置７４は、液体燃料の種類を判別し、液体燃
料の組成物質のうち沸点の最も低い組成物質の燃料噴出
雰囲気における沸点温度を算出する。そして、この算出
された沸点温度に基づいて、液体燃料の加熱温度を決定
する。

このように、液体燃料の種類を判別して加熱温度を決定
しているので、液体燃料の種類が変わっても、その燃料
に対応した加熱温度を決定することができる。測定器７
１．７３は、予熱器７０の上流側と下流側とに設けられ
ているが、これは、液体燃料の物性を的確に把握し、正
確に液体燃料の種類を判別するためである。なお、液体
燃料の種類を判別するために、本実施例では、液体燃料
の密度で判別したが、表面張力、蒸気分圧、光の屈折率
など各種の物性値から判別するようにしてもよい。

加熱温度は、算出された沸点温度をＸ℃としたとき、加
熱温度は、 Ｘ℃≧加熱温度℃≧ＸＸ０．８℃ の温度範囲内に設定される。

加熱温度の上限をＸ’Ｃにすることにより、液体燃料配
管中の圧力が、液体燃料の供給量を変えるために変動し
ても、沸点温度の最も低い組成物質も、配管内で沸点す
ることがほんどない。

加熱温度の下限は、液体燃料を効率よく微細化できる値
として、試験によって定めたものである。

液体燃料の微細化と温度との関係については後述する。

予熱された液体燃料は、予混合燃焼ノズル３０に供給さ
れる。そこでは、液体燃料が、アトマイザ４０により噴
霧され、燃焼室３１で蒸発予混合され、バーナ出口で燃
焼する。

以下、噴霧化過程、蒸発予混合過程、燃焼過程の順に説
明する。

予熱された液体燃料は、燃料分配器７６、燃料供給配管
４７、燃料溜り４６を通って、内円筒の上流側内周面に
供給される。

内円筒４５内に流れ込む燃焼用空気は、スワラ５０によ
り、内円筒４５内に旋回流を形成する。

旋回する燃焼用空気は、内円筒４５の内周面に供給され
た液体燃料を内周面上に押し付けて膜状にする。内円筒
４５の内周面が下流側へ向かうに連れて拡径されている
ので、膜状になった液体燃料は、下流に流れて行くにつ
れ、膜厚が薄くなる。

内円筒４５の下流端に至った液体燃料は、内円筒４５内
に形成された旋回流と、内円筒４５と外円筒４１と間に
形成される直進流との境界面に噴出され、そこで、旋回
流と直進流との作用により、剪断力を受けて微細化され
る。液体燃料の予熱は、燃料の微細化に非常に有効で、
前述したように、燃料の沸点近くまで加熱することによ
り、その表面張力が著しく小さくなり、微細化のほぼ限
界である、径が約４０μｍの粒子を形成する。

旋回流と直進流を形成するそれぞれの空気の流量は、そ
れぞれの空気流路面積が等しいので、はぼ等しくなる。

そのため、それぞれの下流方向への流速も等しくなるの
で、流れの乱れが少なく、比較的下流側まで直進流と旋
回流とを維持することができる。

直進流は、アトマイザ４０から噴出する液体燃料の蒸発
室３１内壁への付着を抑制している。液体燃料が、蒸発
室３１内壁に付着すると、付着した液体燃料は蒸発しず
らくなり、気化しない状態の液体燃料が燃焼室１１内に
送られる。気化していない液体燃料が燃焼すると、拡散
燃焼と同様に大量のＮＯｘを発生する。これを防ぐため
にも蒸発室３１の内壁に沿った箇所に直進流が形成され
る意義は大きい。

一方、旋回流は、液体燃料の噴震粒子を旋回の中心に引
き寄せる。そのため、蒸発室３１内での噴霧粒子濃度は
、アトマイザ４０中心軸の近傍が高く、蒸発室３１内壁
に向かって低くなる。ところで、前述したように、蒸発
室３１内の空気速度分布はほぼ均等であるため、単位空
気流量における噴霧粒子流量の割合はアトマイザの中心
軸から外周方向に低くなる。空気比の観点で、前記噴霧
粒子濃度を考えると、空気比は蒸発室３１の中心部から
蒸発室内周壁方向に向けて高くなる。

なお、旋回流は、噴霧粒子を旋回の中心側に弓き寄せる
ことにより、蒸発室３１への噴霧粒子の付着防止にも寄
与している。

噴震粒子は、蒸発室３１の下流側へ流れて行く過程で、
約３５０℃に昇温されるている燃焼用空気により加熱さ
れて蒸発し、燃焼用空気と混合して予混合気体を形成す
る。

噴霧粒子は、アトマイザ４ｏから噴出されてから蒸発す
るまでに、沸点まで加熱される時間（加熱時間）と、沸
点に達してから蒸発するまでの時間（蒸発時間）とを合
わせた時間を要する。ところで、加熱時間は、液体燃料
が予熱器７ｏにより沸点温度近くまで加熱されているの
で、はとんど要しない。また、蒸発時間は粒子径の２乗
に比例するため、粒子径の限界近くまで小さくされた噴
霧粒子の蒸発時間は、非常に短い。

したがって、非常に短時間で噴震粒子が蒸発するため、
蒸発室内における噴震粒子の滞留時間を自発火時間以下
に設定することができると共に、滞留時間以内に、噴霧
粒子を蒸発させることができる。

蒸発室出口の空気比分布に関する試験を行ったので、こ
の試験について説明する。

試験条件は、蒸発室の内周径８０　ｍ　ｍ、蒸発室の風
塔速度７０　ｍ　／　ｓ、蒸発室長さ０．３ｍ、アトマ
イザ出口における下流方向への旋回流と直進流の空気噴
出速度１４０　ｍ　／　ｓ、旋回流案内羽根の中心軸に
対する角度３０″′である。

この条件での試験結果を第５図に示す。なお、同図中、
縦軸は空気比を示しており、横軸は蒸発室中心から空気
比測定位置までの距離を蒸発室半径で除した値を示して
いる。

この試験では、蒸発室中心近傍での空気比は１゜２、蒸
発室内壁近傍での空気比は１．６、平均空気比は１．４
となり、蒸発室内壁近傍での空気比が、蒸発室中心近傍
の空気比に対して、約約３０％高くなった。

このような空気比分布を成す予混合気体が、予混合燃焼
バーナ３０から噴出されて燃焼する。

予混合燃焼過程について第４図に基づき説明する。

予混合燃焼バーナ３０から噴出された予混合気体９０は
、抵抗体３５に衝突して、その下流側に循環流領域９１
を形成する。循環流領域９１では、抵抗体３５の中心側
は上流側へ向かって流れ、抵抗体３５の周囲側は下流側
へ向かって流れる。

また、予混合燃焼バーナ３０と空気ノズル６０との境界
には、予混合気体９０と燃焼用空気９２との希薄予混合
領域９３が形成される。

循環流領域９１には、予混合気体９０が燃焼して生成さ
れた燃焼気体９４が流入し、循環流領域９１は高温にな
る。

循環流領域９１の高温な燃焼気体９４により、予混合気
体９０は着火温度に達して、着火し、抵抗体３５周囲の
下流側に燃焼領域９５を形成する。

ここで、燃焼室１１内の空気比分布に着目すると、抵抗
体３１から遠ざかるに連れて空気比は高くなっている。

これは、抵抗体３１近傍に空気比が低い予混合気体９０
が予混合燃焼バーナ３０から噴出されることと、予混合
燃焼バーナ３０の周囲に設けられている空気ノズル６０
から燃焼用空気９２が噴出されていることによる。

予混合気体９ｏは、前述したように、まず、抵抗体３５
の下流側の高温な燃焼気体９４に接して着火し、安定し
た予混合火炎を形成する。そして。

火炎は、空気比の高く安定燃焼が困難な外周側へと伝播
して行き、希薄予混合気体の燃焼を安定化させる。とこ
ろで、生成ＮＯｘは空気比の増加とともに低減するので
、高空気比の外周部の予混合気体の燃焼により生成され
るＮＯｘの濃度は非常に低くなる。

一般的に、ＮＯｘの低減を図るために、予混合気体の空
気比分布の均一化が図られるが、本実施例では、故意に
予混合燃焼バーナ３０の中心部の空気比を低くし、空気
比の低い予混合気体９０を抵抗体３５近傍に導き、燃焼
の安定化を図っている。

なお、燃焼の安定化には予混合燃焼バーナ３０出口の予
混合気体９０の速度変動を小さくする必要もある。これ
は、速度変動が大きく、瞬間的に速度が低くなったとき
、火炎が蒸発室３１の内部へ逆流するためである６種々
の実験結果によれば、変動速度を平均速度で除算した値
が約１０％以下であれば安定な燃焼を達成できる。例え
ば、蒸発室３１の途中から燃焼空気を供給して乱流強度
高め、主混合気体の均質度を高めた場合には、予混合燃
焼バーナ３０出口の速度変動が大きくなるので、燃焼が
不安定になり、蒸発室３１への逆火が生じ易くなる。

また、本実施例では、予混合燃焼バーナ３０の中心部の
予混合気体のみが、抵抗体３５の下流側に形成される高
温な循環流によって着火可能な空気比を確保していれば
、火炎の安定化を図ることができるので、予混合燃焼バ
ーナ３０から噴出する予混合気体９０の全体を着火可能
な空気比にする必要がない。したがって、予混合気体９
０全体の平均空気比を高めることができ、ＮＯｘの低減
を図ることができる。

予混合燃焼バーナ３０の周囲に設けた空気ノズル６０の
効果について、試験を行ったので、これについて説明す
る。

この試験に用いた燃焼器は、第６図に示すように、内径
２００　ｍ　ｍの燃焼室８０の上流側中心に内径５０　
ｍ　ｍの予混合燃焼バーナ８１を設け、このバーナ８１
の下流側に外径３６ｍｒｎの円盤状の抵抗体８２を設け
て、バーナ８１の周囲に円環状を成し内径６８ｍｍ外径
７８ｍｍの空気ノズル８３を設けたものである。

この試験は、予混合燃焼バーナ８１から予混合気体を噴
出すると共に空気ノズル８３から燃焼用空気を噴出する
ケースと、予混合燃焼バーナ８１のみから予混合気体を
噴出し空気ノズル８３からは燃焼用空気を噴出しないケ
ースとにおける、燃焼器出口のＮＯｘ濃度を計測して行
った。

計測結果は、第７図に示す。同図中、縦軸は燃焼器出口
の酸素濃度が０％なるように補正した燃焼器出口のＮＯ
ｘ濃度を示し、横軸は予混合燃焼バーナ８１の空気比を
示している。また、黒丸は予混合燃焼バーナ８１から予
混合気体を噴出すると共に空気ノズル８３から燃焼用空
気を噴出するケース、白丸は予混合燃焼バーナ８１のみ
から予混合気体を噴出し空気ノズル８３からは燃焼用空
気を噴出しないケースを示している。

本試験で、予混合燃焼バーナ８１の外周側から燃焼用空
気を別途供給することにより、燃焼用空気を別途供給し
ない場合に対して、同一空気比でもＮＯｘを低減できる
ことが確認した。

したがって、本実施例もこの試験と同様に、予混合気体
の周囲に空気ノズル６０から燃焼用空気を供給して、希
薄予混合気体を形成することにより、ＮＯｘを低減する
ことができる。

３．６．２第二の実施例 以下、本発明の第二の実施例を第８図および第９図に基
づき説明する。

本実施例のガスタービン複合発電設備は、燃焼器１００
と、燃焼器１００に接続されているガスタービン１１１
と、ガスタービン１００の後流側に順次設置されている
、図示されて脱硝装置、排熱回収ボイラ１１２、吸収塔
１１３、煙突１１５とを有して構成される。

吸収塔１１３内上部には、水を下方へ噴霧するスプレー
ノズル１１４が設けられている。吸収塔１１３の下部に
は、塔内下部に溜った水を、再びスプレーノズル１１４
に供給するための循環配管１１６と、燃焼器１００内に
供給するための供給配管１１７とが接続されている。供
給配管１１７中には、供給ポンプ１１８が設けられてい
る。

燃焼器１００は、第９図に示すように、燃焼室１０１を
形成する燃焼筒１０２と、その上流側に設けられている
パイロットバーナ１０３および予混合燃焼バーナ１０４
，１０４．・・・と、内筒１０２の下流側に設けられて
いるトランスデユーサ１０５とを有して構成されている
。

燃焼筒１０２の上流側から下流側に向かって２／３の位
置に、燃焼室１０１内方向に開口を有するオリフィス１
０６，１０６，１０６が設けられている。このオリフィ
ス１０６には、吸収塔１１３からの供給配管１１７が接
続されている。

オリフィス１０６は、水の供給圧力を利用して、水を噴
霧できるように設計されている。また、オリフィス１０
６の開口径は、オリフィス１０６から噴出する水が燃焼
筒１０２の中心部に到達する前に蒸発する流量に制限で
きるよう設定されている。オリフィス１０６で噴霧流量
を制限するのは、水が蒸発しない状態で、ガスタービン
１１１に供給されるのを防ぐためである。

次に、本実施例の作用について説明する。

本実施例では、燃焼器１００の燃料としてアルコールを
用いる。

アルコールを燃焼させると、燃焼中間生成物質であるア
ルデヒドが生成され、他の排気ガスと共にガスタービン
１１１に供給される。アルデヒドを含む排気ガスは、ガ
スタービン１１１を記動した後、図示されて脱硝装置、
排熱回収ボイラ１１２を通って、吸収塔１１３内下部に
送られる。

吸収塔１１３内では、スプレーノズル１１４から水が下
方へ噴霧され、上方へ昇ってくる排気ガスと接触し、排
気ガス中のアルデヒドが水に吸収される。アルデヒドを
吸収した水は、塔１１３下部に溜り、その一部は循環配
管１１６を通って再びスプレーノズル１１４に供給され
る６また、他の一部は、供給配管１１７を通り供給ポン
プ１１８により加圧されて、オリフィス１０６゜１０６
から燃焼室１０１内に噴霧される。

噴霧された水は、燃焼室１０１内の１４００℃以上の高
温ガスと接触する。噴霧された水は、気化透熱にて高温
ガスの温度を低下させる。温度の低下によって、空気中
の窒素は酸化しにくくなり、ＮＯｘの生成量は減少する
。さらに、水に吸収されたアルデヒドは、高温ガスで、
Ｈ，ＯやＣＯ２などに熱分解して、排気ガスと共に燃焼
器１００から排出される。

このように、燃焼中間生成物質であるアルデヒドを水に
吸収させ、燃焼器１００内に噴霧することにより、環境
汚染物質であるアルデヒドを処理することができると共
に、ＮＯｘの低減も図ることができる。

なお、本実施例では、オリフィス１０６を内筒１０２の
上流側から下流側に向かって２／３の位置に設けたが、
これは、アルデヒドを含む水を火炎の先端近傍に噴霧す
るためで、燃焼器の構造上、火炎の先端位置が異なれば
、それに対応させてオリフィスの位置を変えることが好
ましい。

また、本実施例では、燃焼中間生成物質としてアルデヒ
ドを生成するアルコール系燃料を用いたが、水に吸収さ
れる燃焼中間生成物質を生成する燃料であれば、いかな
るものでもよい。

３．７［発明の効果］ 本発明によれば、旋回流の周囲に直進流を形成し、その
境界に膜状の液体燃料を噴霧するので、燃焼室内壁に液
体燃料が付着することなく、液体燃料の微細化が図れ、
ＮＯｘの低減を図ることができる。さらに、旋回流の中
心のほぼ下流側に抵抗体を設けたことにより、安定した
火炎を形成することができると共に、予混合気体の平均
空気比をより高くすることができるので、ＮＯｘを低減
することができる。

また、液体燃料をこの組成物資のうち沸点温度の最も低
いものの沸点温度近くまで加熱することにより、蒸発室
内における噴震粒子の滞留時間を自発火時間以下に設定
することができると共に、滞留時間以内に、噴霧粒子を
蒸発させることができる。このため、自発火を防ぎ安定
燃焼を行うことができると共に、希薄予混合燃焼を確実
に実現することができ、ＮＯｘの低減を図ることができ
る。

また、液体燃料の種類に応じて加熱温度を変えて加熱す
ることにより、液体燃料の種類に依存することなく、常
に、安定運転を実現することができる。

また、燃焼中間生成物質を吸収液で吸収し、これを燃焼
器内に噴震することにより、サーマルＮＯｘを低減する
ことができると共に、燃焼中間生成物質を処理すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は第１の実施例を示しており、第１図は
燃焼器の要部断面図、第２図は第１図における■−■線
断面図、第３図は予混合燃焼バーナの全体断面図、第４
図は燃焼状態を説明するための説明図、第５図は蒸発室
内の空気比分布を示すグラフ、第６図は試験用燃焼器の
断面図、第７図は空気比とＮＯｘ濃度との関係を示すグ
ラフ。 第８図および第９図は第２の実施例を示しており、第８
図はガスタービン複合発電設備の系統図、第９図は燃焼
器の断面図、第１０図は従来のアトマイザの断面図であ
る。 １０・・燃焼筒、２０・・・パイロットバーナ、３０・
・・予混合燃焼バーナ、３１・・蒸発室、３５・・抵抗
体、４０・・・アトマイザ、４１・・・外円筒、４５・
・・内円筒、５０・・・スワラ、５２・・・旋回流案内
羽根、６０・・・空気ノズル、７０・・・予熱器、７１
．７３・・・測定器、７２・・燃料流量調節弁、７４・
・・制御装置、７５・・・燃料戻し弁、１００・・・燃
焼器、１０１・・・燃焼室、１０６・・・オリフィス、
１１３・吸収塔。 １１７・・・供給配管、１１８・・・供給ポンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液体燃料を燃焼用空気と共に噴出し、該液体燃料を
   霧化するアトマイザを有して構成される予混合燃焼バー
   ナを備えている燃焼器において、前記アトマイザは、内
   周面に前記液体燃料が供給される内筒と、該内筒の外周
   面との間に下流側へほぼ直進する前記燃焼用空気の流路
   を形成する外筒と、該内筒内に送り込まれた前記燃焼用
   空気を下流側へ向かわせつつ旋回させる旋回流案内板と
   を有して構成され、 前記旋回流の中心のほぼ下流側で前記予混合燃焼バーナ
   の出口近傍に、下流側の断面積が急激に小さくなり、該
   予混合燃焼バーナから噴出する予混合気体の抵抗となる
   抵抗体を備えていることを特徴とする燃焼器。 ２、液体燃料と燃焼用空気とを混合させる空間を有する
   予混合燃焼バーナを備えている燃焼器において、 前記空間内に燃焼用空気の旋回流を形成する旋回流形成
   手段と、 前記旋回流の周囲に、下流側へ向かって流れる燃焼用空
   気の直進流を形成する直進流形成手段と、 前記旋回流と前記直進流との境界に、前記液体燃料を供
   給する液体燃料供給手段と、 前記旋回流の中心のほぼ下流側で前記予混合燃焼バーナ
   の出口近傍に、該予混合燃焼バーナから噴出された予混
   合気体の燃焼により生成される燃焼気体の循環流を形成
   する循環流形成手段とを備えていることを特徴とする燃
   焼器。 ３、液体燃料と燃焼用空気とを混合させる空間を有する
   予混合燃焼バーナを備えている燃焼器において、 前記空間内の空気比分布を特定箇所のみ低くする空気比
   分布偏在化手段と、 前記特定箇所のほぼ下流側で前記予混合燃焼バーナの出
   口近傍に、前記液体燃料と前記燃焼用空気との燃焼によ
   り生成される燃焼気体の循環流を形成する循環流形成手
   段とを備えていることを特徴とする燃焼器。 ４、前記アトマイザの内筒の内周側は、下流側へ向かう
   につれて拡径されていることを特徴とする請求項１記載
   の燃焼器。 ５、前記アトマイザの内筒の内周面と外周面とが、該内
   筒の下流端において、鋭角を成して接触していることを
   特徴とする請求項１または４記載の燃焼器。 ６、前記内筒の開口面積と、前記内筒と前記外筒との間
   の開口面積とがほぼ等しいことを特徴とする請求項１、
   ４または５記載の燃焼器。 ７、前記外筒の下流端は、前記内筒の下流端よりも下流
   側に位置していることを特徴とする請求項１、４、５ま
   たは６記載の燃焼器。 ８、出口近傍に前記抵抗体が設けられている１以上の前
   記予混合燃焼バーナと、拡散燃焼バーナとを備えている
   ことを特徴とする請求項１、４、５、６または７記載の
   燃焼器。 ９、出口近傍に前記抵抗体が設けられている前記予混合
   燃焼バーナが、同一円周上に複数設けられ、該円周のほ
   ぼ中心に拡散燃焼バーナが設けられていることを特徴と
   する請求項１、４、５、６または７記載の燃焼器。 １０、前記予混合燃焼バーナの出口の周囲から燃焼用空
   気を噴出する燃焼用空気ノズルを備えていることを特徴
   とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９
   記載の燃焼器。 １１、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９また
   は１０記載の燃焼器と、 前記燃焼器から排出される排気ガスにより駆動するガス
   タービンとを備えていることを特徴とするガスタービン
   設備。 １２、液体燃料と燃焼用空気とを予め混合させてから燃
   焼させる燃焼方法において、 下流側へ向かいつつ旋回して行く前記燃焼用空気の旋回
   流を形成し、 前記旋回流の周囲に、下流側へ向かって流れる前記燃焼
   用空気の直進流を形成し、 前記旋回流と前記直進流との境界に前記液体燃料を膜状
   にして供給して、該液体燃料と前記燃焼用空気とを予混
   合し、 予混合した前記液体燃料と前記燃焼用空気とをバーナ出
   口から噴出して燃焼させ、燃焼で生成した燃焼気体を、
   前記旋回流の旋回中心のほぼ下流側で前記バーナの出口
   近傍に一時的に循環させることを特徴とする燃焼方法。 １３、前記液体燃料の組成物質のうち、沸点温度が最も
   低い組成物質の噴霧雰囲気における沸点温度を超えない
   範囲内に加熱することを特徴とする請求項１２記載の燃
   焼方法。 １４、前記液体燃料の組成物質のうち、沸点温度が最も
   低い組成物質の噴霧雰囲気における沸点温度をＴ℃とし
   たとき、該液体燃料が前記予混合燃焼バーナに供給され
   る前に、該液体燃料を。 Ｔ℃≧前記液体燃料の温度℃≧Ｔ×０．８℃の温度範囲
   内に加熱することを特徴とする請求項１２記載の燃焼方
   法。 １５、燃焼用空気と噴霧された液体燃料とを予混合燃焼
   バーナ内で予混合させ、これを燃焼室内で燃焼させる燃
   焼器を備えている燃焼設備において、 前記液体燃料の組成物質のうち、沸点温度が最も低い組
   成物質の噴霧雰囲気における沸点温度を超えない範囲内
   に加熱する加熱手段を備えていることを特徴とする燃焼
   設備。 １６、燃焼用空気と噴霧された液体燃料とを予混合燃焼
   バーナ内で予混合させ、これを燃焼室内で燃焼させる燃
   焼器を備えている燃焼設備において、 前記液体燃料の組成物質のうち、沸点温度が最も低い組
   成物質の噴霧雰囲気における沸点温度をＴ℃としたとき
   、該液体燃料が前記予混合燃焼バーナに供給される前に
   、該液体燃料を、Ｔ℃≧前記液体燃料の温度℃≧Ｔ×０
   ．８℃の温度範囲内に加熱する加熱手段を備えているこ
   とを特徴とする燃焼設備。 １７、前記加熱手段における熱源は、燃焼用空気である
   ことを特徴とする請求項１５または１６記載の燃焼器。 １８、前記液体燃料の種類を判別する判別手段と、種類
   が判別された前記液体燃料の組成物質のうち、沸点温度
   が最も低い組成物質の沸点温度を算出する沸点算出手段
   とを備え、前記加熱手段は、算出された沸点温度に基づ
   いて前記液体燃料を加熱することを特徴とする請求項１
   ５、１６または１７記載の燃焼設備。 １９、液体燃料を燃焼する燃焼器を備えている燃焼設備
   において、 液体燃料の種類を判別する判別手段と、 判別された液体燃料の種類に応じて、該液体燃料を加熱
   する加熱手段を備えていることを特徴とする燃焼設備。 ２０、種類が判別された前記液体燃料の組成物質のうち
   、沸点温度が最も低い組成物質の沸点温度を算出する沸
   点算出手段と、 算出された沸点温度に基づいて前記液体燃料の加熱温度
   を決定する加熱温度決定手段とを備え、 前記加熱手段は、決定された加熱温度に加熱することを
   特徴とする請求項１９記載の燃焼設備。 ２１、前記判別手段は、前記液体燃料が加熱される前と
   後とにおける物性値に基づいて、該液体燃料の種類を判
   別することを特徴とする請求項１８、１９または２０記
   載の燃焼設備。 ２２、予混合燃焼バーナ内に噴霧する液体燃料の予熱方
   法において、 前記液体燃料の組成物質のうち、沸点温度が最も低い組
   成物質の噴霧雰囲気における沸点温度をＴ℃としたとき
   、該液体燃料が前記予混合燃焼バーナに供給される前に
   、該液体燃料を、Ｔ℃≧前記液体燃料の温度℃≧Ｔ×０
   ．８℃の温度範囲内に加熱することを特徴とする液体燃
   料の予熱方法。 ２３、燃焼可能な燃焼中間生成物質を排出する燃焼器を
   備えている燃焼設備において、 前記燃焼中間生成物質を吸収する吸収液と該燃焼中間生
   成物質とを反応させる吸収装置と、前記燃焼器中間生成
   物質を吸収した前記吸収液を前記燃焼器の燃焼室内に噴
   射する吸収液噴出装置とを備えていることを特徴とする
   燃焼設備。 ２４、前記吸収液噴出装置は、噴出する前記吸収液を前
   記燃焼室内で全て蒸発可能な流量に制限する吸収液量制
   限手段を備えていることを特徴とする請求項２３記載の
   燃焼設備。２５、前記吸収液噴比装置は、前記燃焼室内
   に形成される火炎の先端近傍に前記吸収液を噴出する噴
   出口を備えていることを特徴とする請求項２３または２
   ４記載の燃焼設備。 ２６、燃焼器の燃焼室から排出される燃焼可能な燃焼中
   間生成物質の処理方法であって、前記燃焼中間生成物質
   を吸収する吸収液で該燃焼中間生成物質を吸収し、 前記燃焼中間生成物質を吸収した前記吸収液を、前記燃
   焼室内に噴霧することを特徴とする燃焼中間生成物質の
   処理方法。