(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部に配置されたパイロットバーナー（１２）と、そのまわりに配置された複数のメインバーナー（１４）とを備え、パイロットバーナーは、燃料を燃焼室（１１）内で拡散燃焼させる拡散バーナーであり、メインバーナーは、燃料と空気を予混合して燃焼室内で燃焼させる予混合バーナーであり、予混合バーナーは、燃料と空気を予混合する予混合管（１５）と、該予混合管と燃焼室の間に設けられた旋回器（１６）とを有し、
前記予混合管（１５）は中空円筒管であり、前記旋回器（１６）は予混合管よりも大径の中空円筒管の内側に配置された複数の旋回用ベーン（１６ａ）からなり、予混合管と旋回器の流路面積が同一に設定されている、ことを特徴とするガスタービン用低ＮＯｘ燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低カロリーガスを安定燃焼できかつＮＯｘを低減しうるガスタービン用低ＮＯｘ燃焼器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境保護のために、ガスタービンによる燃焼排ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を低減することが義務付けられており、従来のガスタービン用の低ＮＯｘ燃焼器には、予混合燃焼方式によって希薄燃焼を行なわせる複数のメインバーナーと、拡散燃焼方式によって保炎を行うパイロットバーナーとの組み合わせが主に用いられていた。
【０００３】
図３は、従来のガスタービン用低ＮＯｘ燃焼器の全体構成図である。この図に示すように、従来の低ＮＯｘ燃焼器は、中央部に配置されたパイロットバーナー８と、そのまわりに配置された複数（図には１つのみを示す）のメインバーナー９とを備える。なお、この図において、１はスクロール部、２は燃焼器ライナ、３はケーシング、４は点火栓（イグナイタ）であり、空気６がケーシング３とライナ２の間を流れてバーナー８、９に達し、このバーナーとその他の部分を通ってライナ２内に流入して火炎７を形成し、発生した燃焼ガスがスクロール部１を通って図示しないガスタービンに導かれ、これを駆動するようになっている。
【０００４】
図３において、メインバーナー９は、互いに同軸に配置された主噴射弁９ａと予混合管９ｂとからなる。主噴射弁９ａには、ケーシング３を通して外部から燃料Ｆが供給される。この燃料には、例えばガス燃料を用いる。予混合管９ｂは、この図で下端部が開口した円筒形の筒であり、内部で燃料と空気が互いに混合しやすくなっている。すなわち、メインバーナー９は、主噴射弁９ａと予混合管９ｂで構成された予混合希薄バーナーである。この構成により、主噴射弁９ａにより予混合管９ｂ内に燃料Ｆを噴射し、予混合管９ｂ内で燃料Ｆを十分な空気量と予混合しこれを希薄燃焼させることができる。
かかる予混合燃焼方式の燃焼器では、燃料を十分な空気量と予混合しこれを希薄燃焼させるものであり、このためホットスポットがなく、高温火炎の発生をなくし低ＮＯｘ化を実現することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
下水処理場などから発生する汚泥消化ガスをガスタービンの燃料として使用する場合、上述した低ＮＯｘ燃焼器をそのまま使用すると種々の問題が発生する。すなわち、汚泥消化ガスは、発熱量が低く（例えば約６０００Ｋｃａｌ／ＮＭ3）、かつＣＯ2などの不活性ガスを大量に含有するため、予混合希薄バーナーでの安定燃焼が困難であり、安定燃料範囲が狭い問題点がある。また、そのため安定燃焼のために拡散燃焼であるパイロットバーナー８の燃焼比率が多くなり、ＮＯｘの発生量が多くなる問題点があった。
【０００６】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、発熱量が低くかつ不活性ガスの含有量の多い汚泥消化ガスを安定して燃焼させることができ、かつＮＯｘの発生量を低減することができるガスタービン用低ＮＯｘ燃焼器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、中心部に配置されたパイロットバーナー（１２）と、そのまわりに配置された複数のメインバーナー（１４）とを備え、パイロットバーナーは、燃料を燃焼室（１１）内で拡散燃焼させる拡散バーナーであり、メインバーナーは、燃料と空気を予混合して燃焼室内で燃焼させる予混合バーナーであり、予混合バーナーは、燃料と空気を予混合する予混合管（１５）と、該予混合管と燃焼室の間に設けられた旋回器（１６）とを有し、
前記予混合管（１５）は中空円筒管であり、前記旋回器（１６）は予混合管よりも大径の中空円筒管の内側に配置された複数の旋回用ベーン（１６ａ）からなり、予混合管と旋回器の流路面積が同一に設定されている、ことを特徴とするガスタービン用低ＮＯｘ燃焼器が提供される。
【０００８】
この構成により、パイロットバーナー（１２）により拡散燃焼を行いメインバーナー（１４）の保炎源を形成できる。また、メインバーナー（１４）の予混合管（１５）における予混合燃焼によりＮＯｘの発生を抑制することができる。
さらに、予混合管と燃焼室の間に設けられた旋回器（１６）で予混合燃料（混合気）を旋回させることにより、メインバーナからの混合気を遠心力で広げてパイロットバーナーでの混合気との混合を促進すると共に、旋回によりメインバーナの燃焼火炎のリサキュレーションを促進し保炎作用を高めることができる。
【０００９】
特に、メインバーナとパイロットバーナの混合気が混合されることで、パイロット側の火炎温度がメイン側のガスの混合で低下し、ＮＯｘが低減すると共に、メインバーナ側がパイロットバーナの混合気の混入により燃えやすくなるため、相対的にＮＯｘの多いパイロットバーナの燃焼量を減らし、ＮＯｘを一層少なくすることができる。
従って、パイロット火炎と予混合管出口の旋回器の相互の保炎効果により、汚泥消化ガスなどの低カロリーガスを燃料とした場合でも、安定燃焼範囲を確保でき、低ＮＯｘ燃焼範囲を一般的な燃料の燃焼に近づけることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１２】
図１は本発明のガスタービン用低ＮＯｘ燃焼器の全体構成図である。この図において、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。
【００１３】
図１（Ａ）に示す低ＮＯｘ燃焼器１０は、中央部に配置されたパイロットバーナー１２と、そのまわりに配置された複数（例えば６つ）のメインバーナー１４とを備える。なお、この図において、２は燃焼器ライナ、３はケーシング、４は点火栓（イグナイタ）であり、空気６がケーシング３とライナ２の間を流れてバーナー１２、１４に達し、このバーナーとその他の部分を通ってライナ２内に流入して火炎７ａ，７ｂを形成し、発生した燃焼ガスがスクロール部（図示せず）を通って図示しないガスタービンに導かれ、これを駆動するようになっている。
【００１４】
図１（Ａ）において、パイロットバーナー１２は、燃料（例えば汚泥消化ガス）を燃焼室１１内で拡散燃焼させる拡散バーナーである。また、メインバーナー１４は、燃料を空気を予混合して燃焼室内で燃焼させる予混合バーナーである。
【００１５】
予混合バーナー１４は、燃料と空気を予混合する予混合管１５と、予混合管１５と燃焼室１１の間に設けられた旋回器１６とを有する。また、この例で、予混合管１５は中空円筒管であり、その燃焼室１１側端部にテーパ部１７ａを介して予混合管よりも大径の中空円筒管１７ｂが接続され、この中空円筒管１７ｂの端部が燃焼室１１に接続している。
【００１６】
図１（Ｂ）に示すように、旋回器１６は、中空円筒管１７ｂの内側に配置された複数の旋回用ベーン１６ａからなる。また、予混合管１５と旋回器１６の流路面積は、予混合管１５から旋回器１６までの流速をほぼ一定に保って圧損の増大を防ぐために、ほぼ同一に設定されている。
【００１７】
旋回器１６は、いわゆるスワーラであり、複数の旋回用ベーン１６ａにより旋回器１６から出る混合気に旋回を与えるようになっている。
【００１８】
上述した本発明の構成により、パイロットバーナー１２により拡散燃焼を行いメインバーナー１４の保炎源を形成できる。また、メインバーナー１４の予混合管１５における予混合燃焼によりＮＯｘの発生を抑制することができる。
さらに、予混合管と燃焼室の間に設けられた旋回器１６で予混合燃料（混合気）を旋回させることにより、メインバーナからの混合気を遠心力で広げてパイロットバーナーでの混合気との混合を促進すると共に、旋回によりメインバーナの燃焼火炎７ｂのリサキュレーションを促進し保炎作用を高めることができる。
【００１９】
特に、メインバーナ１４とパイロットバーナ１２の混合気が混合されることで、パイロット側の火炎温度がメイン側のガスの混合で低下し、ＮＯｘが低減する。また、同時にメインバーナ側がパイロットバーナの混合気の混入により燃えやすくなるため、相対的にＮＯｘの多いパイロットバーナ１２の燃焼量を減らし、ＮＯｘを一層少なくすることができる。
従って、パイロット火炎７ａと予混合管出口の旋回器の相互の保炎効果により、汚泥消化ガスなどの低カロリーガスを燃料とした場合でも、安定燃焼範囲を確保でき、低ＮＯｘ燃焼範囲を一般的な燃料の燃焼に近づけることができる。
【００２０】
図２は、本発明のガスタービン用低ＮＯｘ燃焼器の実施例を示す特性図である。この図において、（Ａ）は燃焼効率、（Ｂ）はＮＯｘ濃度を示している。なお、各図において、○は本発明、●は従来例であり、いずれも１００％負荷の場合である。また、汚泥消化ガス中のＣＯ2濃度は、約３０〜３５％である。
【００２１】
図２（Ａ）から、ＣＯ2濃度の広い領域において、本発明の燃焼効率は従来例よりも高いことがわかる。また、図２（Ｂ）から、同様にＣＯ2濃度の広い領域において、本発明のＮＯｘ濃度は従来例よりも大幅に低いことがわかる。
【００２２】
この理由は、上述したように、旋回器１６で予混合燃料（混合気）を旋回させることにより、メインバーナからの混合気が遠心力で広がりパイロットバーナでの混合気との混合が促進されたと共に、リサキュレーションも促進され保炎効果が高まって燃焼効率が上昇し、同時にメインバーナ１４とパイロットバーナ１２の混合気が混合されることで、パイロット側の火炎温度がメイン側のガスの混合で低下しＮＯｘが低減し、更に、メインバーナ側がパイロットバーナの混合気の混入により燃えやすくなるため、相対的にＮＯｘの多いパイロットバーナ１２の燃焼量が減りＮＯｘが一層低下したと考えられる。
【００２３】
【発明の効果】
上述したように、本発明のガスタービン用低ＮＯｘ燃焼器は、発熱量が低くかつ不活性ガスの含有量の多い汚泥消化ガスを安定して燃焼させることができ、かつＮＯｘの発生量を低減することができる、等の優れた効果を有する。
【００２４】
なお本発明は以上に述べた実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガスタービン用低ＮＯｘ燃焼器の全体構成図である。
【図２】本発明のガスタービン用低ＮＯｘ燃焼器の実施例を示す特性図である。
【図３】従来の低ＮＯｘ燃焼器の構成図である。
【符号の説明】
１  スクロール部
２  燃焼器ライナ
３  ケーシング
４  点火栓（イグナイタ）
６  空気
７  火炎、７ａ  （パイロット火炎）、７ｂ  （メイン火炎）
８  パイロットバーナー
９  メインバーナー、９ａ  主噴射弁、９ｂ  予混合管
１０  低ＮＯｘ燃焼器
１１  燃焼室
１２  パイロットバーナー（拡散バーナー）
１４  メインバーナー（予混合バーナー）
１５  予混合室
１６  旋回器（スワーラ）、１６ａ  旋回用ベーン
１７ａ  テーパ部、１７ｂ  中空円筒管
【図１】
0004605685.tif 000002
【図２】
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【図３】
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