JPS63153322A - ガスタ−ビン用触媒燃焼器 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明はガスタービン用触媒燃焼器の改良に関し、燃焼
器の所要部を構成する触媒部の断面方向の温度分布を均
一化できる装置を提供するものである。

〔従来技術〕

第５図に示すように、通常のガスタービンの燃焼器１は
、内筒２と外筒３との間に圧縮機より排出された空気ａ
の通路４として空気ａを燃焼器ｌの頂部にまで導き、内
筒２の頂部に設けた燃料噴射ノズル５の周囲に設けた空
気供給口６より燃焼用空気すとして供給している。一方
、内筒２の側部に空気供給ロアが設けられており、これ
より燃焼用空気Ｃを供給して燃焼状態を制御している。

燃料噴射ノズル５より噴射される燃料ｆは内筒２の前部
において燃焼用空気と混合状態において着火および燃焼
され、後部において所定の温度分布になるように燃焼用
と希釈用の空気の量が制御される。

第６図に内筒２の後部における温度分布を示しているが
、通常の燃焼器１においては燃焼器１の出口部の燃焼ガ
ス、即ち、タービンに供給される燃焼ガスの温度分布が
一般的には一定しておらず、中央部の温度が側部の温度
より高くなっており、温度分布は山形となっている。

第７図は燃焼室である内筒２内に触媒部８を設けた触媒
燃焼器の概略を示すものである。

この図に示すように燃料噴射ノズル５より噴射された燃
料ｒは、内筒２の側壁に設けた空気供給ロアより供給さ
れた空気Ｃと混合して触媒部８内に供給され、これの内
部で触媒を介して空気と燃料の混合体が反応して燃焼す
る。

前記触媒部８中における燃焼は第５図に示した通常の燃
焼器に比較して比較的穏やかであって、第８図に示すよ
うに排気ガスの中央部の温度はほぼ一定となり、必要以
上に温度を上昇させないと云う傾向がある。従って近時
、触媒燃焼器の開発が進められているのである。

第９図は第５図の通常の燃焼器における火炎温度を（イ
）で示し、第７図の触媒燃焼器における火炎温度を（ロ
）でそれぞれ示している。

この図より理解されるように、第５図の通常の燃焼器の
曲線（イ）は極端に温度が上昇する部分があり、その部
分においてＮＯｘを発生すると云う問題があり、この最
高温度を低下させるために燃焼用空気すおよびＣの量を
調節する必要があるのである。

一方、第７図の触媒燃焼器の燃焼温度、すなわち反応温
度は曲線（ロ）で示すように、曲線（イ）に比較して極
端に上昇する部分がないと云う特徴があることは前述の
通りである。

ところで、前記のように、ガスタービン用燃焼器内にお
いて燃料を効率的に燃焼させるためには、燃焼用空気す
、　　ｃの量を制御する必要があるが、これらの燃焼用
空気すおよびＣの流量を制御するには機械的な制御弁が
一般的には使用されている。

しかしながら、圧縮機で高圧に加圧された燃焼用の空気
は高温であるために、これを制御する弁には有効なもの
がなく、流量に誤差を生じたり、焼き付く等の問題があ
るのが現状である。

〔発明の目的〕

本発明は、従来のガスタービンの燃焼器の有する問題点
である、機械式の制御弁においては燃焼用空気の流量の
制御が困難である点を解消することを第１の目的とする
ものである。

更に別の目的は、燃焼用空気の流量を正確に制御するこ
と°によって高効率の燃焼を行ない、低ＮＯｘの燃焼を
行なうことを可能とし、更に安価な低質油においてもＮ
Ｏｘを発生することなく、高効率で燃焼することを可能
とする燃焼器を提供するものである。

ガスタービジ用触媒燃焼器においては、触媒部に供給さ
れる空気と燃料が円周方向、半径方向に均一であること
が触媒部の耐久性、燃焼効率の向上の点において重要で
ある。

本発明は特に触媒燃焼器の触媒部の前部に供給される燃
焼用空気の流量を正確に制御することが可能な、可動部
分がない燃焼器を提供することを目的とするものである
。

〔発明の概要〕

前記目的を達成するために本発明は、触媒部に流入する
空気の供給経路に渦流型制御弁を設けてなるガスタービ
ン用触媒燃焼器である。

本発明は燃料が燃焼する温度を制御するための空気、す
なわち燃焼用空気の供給量を制御する弁として、特に渦
型流量制御弁を使用したことに特徴がある。

この渦型流量制御弁１４は、第２図に示すように円筒状
の弁本体１５の接線方向に制御口１６を、この制御口１
６より噴出する流体が衝突する制御口１６の前方に流入
口１７を、前記弁本体１５の流入口１７と直角に位置し
ている円筒の底面中央部に流出口１８をそれぞれ設けた
ものである。

前記渦型流量制御弁１４の動作について説明すると、第
２図に示すように制御口１６より制御流体が供給されな
い場合には、被制御流体である空気（燃焼用空気）は流
入口１７より供給され、弁本体１５を経由し、ストレー
トに流出口１８より吐出される。

一方、制御口１６より制御流体Ｍ（例えば高圧蒸気等）
が供給されると、この制御流体Ｍは流入口１７の前面に
噴出され、燃焼用空気の針路を妨げながら、この燃焼用
空気を同伴して弁本体１５の壁面に沿って渦流Ｖを形成
する。この渦流Ｖは弁本体１５内を旋回しながら中央部
に集まり、この中央部に設けられている流出口１８より
排出されるのである。

制御流体Ｍの圧力が小さく、即ち流量が少な（、弁本体
１５内に形成される渦流が弱い場合には燃焼用空気を旋
回させる力が小さいので、その流量の変化は小さい。し
かし、制御流体Ｍの圧力および流量が増大するにつれて
渦流Ｖの力が増大し、それに伴って被流量制御流体であ
る燃焼用空気の流量が絞られることになる。

この渦流型制御弁１４の特徴は、通常の弁に設けられて
いる可動部分が全くないことである。

通常の弁における弁体の代わりに制御口１６より供給さ
れる制御流体Ｍの圧力および供給量を変化させることに
よって流出口１８より流出する被制御流体の流量を正確
に、しかも大幅に変化させることができるのである。

なお、本発明で云う燃焼用空気とは、触媒燃焼器出口部
の燃焼ガスの温度を、触媒部の横断方向に均一化させる
に必要な空気を全て含むものである。

〔実施例〕

次に、第１図を参照して本発明の詳細な説明する。

図において２０は圧縮機、２１は触媒燃焼器、２２はタ
ービン、２３は排気ダクトをそれぞれ示している。また
、第１図の上部の矢印りに示す触媒燃焼器２１の部分の
一部を下部に拡大して示している。

圧縮器２０の吐出口の周囲には内筒と外筒等から構成さ
れる燃焼器室２４が形成され、この燃焼器室２４内には
触媒燃焼器２１が設けられ、この触媒燃焼器２１の頂部
には１次燃料供給用の燃料噴射ノズル２５と点火栓２６
が設けられている。

触媒燃焼器２１の中程には２次燃料供給部２７が設けら
れ、後部には触媒部２８が設けられている。

前記２次燃料供給部２７と触媒部２８との間の中間部２
９は燃焼用空気と燃料ｆとが混合されると共に、触媒の
反応温度を制御する部分でもある。

中間部２９には複数個の渦流型制御弁３０が設けられて
おり、この制御弁３０の制御口１６にはガスタービンＴ
の排気ダクト３１内に配設された熱交換器３２に供給さ
れた水Ｗで得られた高圧水蒸気Ｓが供給される。

前記制御弁３０は燃焼室２４内に導入された空気ａの一
部である燃焼用空気Ｃを流入口１７より吸太し、制御弁
３５によって制御された高圧水蒸気Ｓの流量によって流
出口１８より燃焼器２１の内筒内に供給される燃焼用空
気Ｃの流量を制御する。

制御弁３０は第４図に示すように、触媒燃焼器２１を構
成する内筒の中間部２９の周囲に複数個設けられており
、流出口１８より内筒内に供給される空気Ｃの位置より
も後方であって、触媒部２８の前部に、この触媒部２８
を横断するように複数個の熱電対３６が設けられている
。この熱電対３６の出力は制御装置を経由して制御弁３
５を制御して空気Ｃの流量を制御する。

前記のように触媒部２８の前面部における温度を測定し
、その信号により渦流型流量制御弁３０の制御口１６よ
り供給される制御流体、すなわち高圧水蒸気Ｓの圧力お
よび流量を制御することによって燃焼用空気Ｃの流量が
制御されることになり、触媒部２８に供給する燃料およ
び予熱空気の混合気の温度を均一化することができる。

特に、触媒部２８に流入する燃料および予熱空気の混合
気の温度を触媒部２８の入口部に、円周方向に数箇所配
置した熱電対（測温手段）により、半径方向及び円周方
向にわたって計測し、設定温度の比較により渦流型流量
制御弁３０を制御することにより燃焼用空気の流量を自
動制御することが可能である。

〔発明の効果〕

本発明にかかるガスタービン用触媒燃焼器は、触媒部に
供給される燃料および予熱空気の混合気中に混入して触
媒部の反応温度を制御する空気の供給経路に渦流型制御
弁を設けているので、次の効果を奏することができる。

渦流型流量制御弁は、制御流体、例えば高圧蒸気の圧力
および流量により被制御流体、即ち燃焼用空気の流量を
制御することができるものであり、可動部分がないため
に故障が実質的になく、正確な流量制御を行うことがで
きる。

渦流型流量制御弁は制御流体の圧力と流量を連続的に変
化させることによって連続的に被制御流体である燃焼用
空気の流量を制御することができるので、ガスタービン
を高効率で連続的に運転することができる。

触媒部に供給される燃料および予熱空気の混合気の温度
を制御することにより、この触媒部における反応温度を
正確に制御することが可能となり、触媒燃焼器の特性を
一層向上させることができ、触媒部より排出される燃焼
ガスの温度を一定にすることが可能である。

燃焼ガスの温度が正確に制御することができる結果、燃
焼は安定し、低ＮＯｘ燃焼を行うことができ、排気ガス
を清浄なものとすることができる。

更に、触媒部における温度を均一に制御することができ
るために、この触媒部の寿命を延長させることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例にかかるガスタービンの要部を
示す概略図、第２図及び第３図は渦流型流量制御弁の作
用説明図、第４図は第１図におけるＹ−Ｙ矢視図である
。 第５図は従来のガスタービン用燃焼器の説明図、第６図
は第５図の燃焼器よりタービンに供給される燃焼ガスの
温度の分布図、第７図は触媒燃焼器の説明図、第８図は
第７図の燃焼器よりタービンに供給される燃焼ガスの温
度の分布図、第９図は第５図と第６図の燃焼器の燃焼温
度の比較図である。 １・・・燃焼器、２・・・内筒、３・・・外筒、５・・
・燃料噴射ノズル、６．７・・・空気供給口、８・・・
触媒部、１４・・・流量制御弁、１５・・・弁本体、１
６・・・制御口、１７・・・流入口、１８・・・流出口
、２０・・・圧縮機、２１・・・触媒燃焼器、２２・・
・タービン、２３・・・排気ダクト、２４・・・燃焼室
、２５・・・燃料噴射ノズル、２６・・・点火栓、２７
・・・２次燃料供給部、２８・・・触媒部、２９・・・
中間部、３０・・・渦流型流量制御弁、３１・・・排気
ダクト、３２・・・熱交換器、３５・・・制御弁、３６
・・・熱電対、Ｔ・・・ガスタービン、Ｍ・・・制御流
体、■・・・渦流。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 触媒部に供給される燃料に混入して触媒部の反応温度を
   制御する空気の供給経路に渦流型制御弁を設けてなるガ
   スカービン用触媒燃焼器。