(57)【要約】【課題】  予蒸発予混合管内のカーボンの発生と堆積を有効に防止し、燃焼ガス中のＮＯｘおよびＣＯの量を低減することができる希薄予蒸発予混合燃焼器を提供する。【解決手段】  本発明の希薄予蒸発予混合燃焼器１０は、液体燃料１を空気流中に噴射する燃料噴射弁１２と、液体燃料１を蒸発させ空気２と均一な希薄燃焼濃度に混合する予蒸発予混合管１４と、予蒸発予混合管１４に接続され混合された希薄混合気を燃焼させる燃焼室１８を内部に形成する燃焼器ライナー１６とを備えており、予蒸発予混合管１４は、燃焼器ライナー１６内に突出して設けられている。【選択図】  図１
2005351570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料を空気流中に噴射する燃料噴射弁と、前記液体燃料を蒸発させ空気と均一な希薄燃焼濃度に混合する予蒸発予混合管と、該予蒸発予混合管に接続され混合された希薄混合気を燃焼させる燃焼室を内部に形成する燃焼器ライナーとを備え、
前記予蒸発予混合管は、前記燃焼器ライナー内に突出して設けられている、ことを特徴とする希薄予蒸発予混合燃焼器。
【請求項２】
前記予蒸発予混合管は、その外壁部の大部分が前記燃焼器ライナー内の燃焼ガスに曝されるように、燃焼器ライナー内に突出している、ことを特徴とする請求項１に記載の希薄予蒸発予混合燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン用の低ＮＯｘ燃焼器に係わり、さらに詳しくは、液体燃料をカーボンの発生と堆積を抑制して燃焼可能な希薄予蒸発予混合燃焼器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の低ＮＯｘ燃焼器は、例えば、単一又は複数のパイロットバーナーと単一又は複数のメインバーナーとを備え、メインバーナーは、例えば、互いに同軸に配置された主噴射弁と予混合管とからなる。
【０００３】
主噴射弁には、ケーシングを通して外部から燃料が供給される。この燃料には、例えばガス燃料又は液体燃料を用いる。予混合管は、例えば一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、メインバーナーは、主噴射弁と予混合管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、主噴射弁により予混合管内に燃料を噴射し、予混合管内で燃料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。
【０００４】
この予混合型燃焼器では、液体燃料が予混合管の壁面に衝突して付着する。この壁面は、通常、燃焼室内の燃焼炎から離れているので高温とはならず、壁面の温度がカーボンの付着する温度範囲内であるときは、付着した液体燃料が炭化して壁面にカーボンが堆積する。このため、混合気の流路が狭まり、燃焼条件が変化してＮＯｘおよびＣＯが増加する。また、壁面に付着しているカーボンが剥がれると、燃焼ガスとともにタービン内に流入してブレードを傷つけるため、定期的にカーボン除去作業を行う必要がある。
【０００５】
このような問題を解消するため、カーボンの発生と堆積を抑制するガスタービン用燃焼器として、特許文献１、２等が開示されている。また、その他に関連する文献として、特許文献３〜６が開示されている。
【０００６】
特許文献１の「ガスタービンの燃焼器」は、図２に示すように、圧縮機から供給される圧縮空気に燃料を混合して予混合気を作る予混合室５１と、予混合室からの予混合気を燃焼させる燃焼室５２とを備え、前記予混合室を形成する予混合管５３が、加熱コイルを絶縁部材で覆った加熱体により形成されているものである。この構成により、予混合管を加熱体で形成し、予混合管を加熱することによりカーボンの堆積を防止する。
【０００７】
特許文献２の「予混合型燃焼器を備えたガスタービン」は、図３に示すように、圧縮機から供給される圧縮空気に燃料を供給して燃焼させるパイロットノズル６１と、このパイロットノズルの外周に配置された環状の予混合室６２と、この予混合室に予混合用の燃料を供給するメインノズル６３とを備え、前記パイロットノズル６１による拡散燃焼領域の外周の少なくとも一部を前記予混合室６２の内周壁で覆うことにより、前記内周壁の外周面をカーボン付着温度以上に保持させるものである。この構成により、予混合室の内周壁面をパイロットバーナーの燃焼ガスで加熱し、予混合室にカーボンが堆積するのを防止する。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２１３７４８号公報
【特許文献２】特開平１０−３０００９０号公報
【特許文献３】特開平１０−１６０１６２号公報
【特許文献４】特開平１０−１７６８３１号公報
【特許文献５】特開平１０−３３９４３８号公報
【特許文献６】特開２００２−２５０５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、石油化学プラント等で余剰となった原料燃料をガスタービン燃料として用いることが検討されている。このような余剰液体燃料のうちいわゆる高炭素比燃料（例えばライトサイクルオイル：ＬＣＯ）は、密度及び粘度が大きく、Ｃ／Ｈ比が高い。また、芳香族成分が多く、そのためセタン価とスモーク点が低く、この燃料を拡散燃焼器に用いた場合、スモーク発生量が多く、ライナーが過熱されるおそれがある。また完全燃焼が困難であり、フラッシュバックやカーボン堆積が発生しやすい。
【００１０】
しかしながら、カーボンの堆積を防止する有効手段は確立されておらず、カーボン堆積が生じた場合は、燃料を水素含有率の高い燃料に変更することにより防止できるが、一般に水素含有率の高い液体燃料は高価であり、沸点も低いという特徴があり、使用することが困難である。
また燃焼負荷を下げ、予蒸発予混合管内の燃料濃度を低くし、カーボン堆積の防止を図ることができるが、ガスタービンの出力を低下させることとなり、性能低下が避けられず実用化は困難である。
【００１１】
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、予蒸発予混合管内のカーボンの発生と堆積を有効に防止し、燃焼ガス中のＮＯｘおよびＣＯの量を低減することができる希薄予蒸発予混合燃焼器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の希薄予蒸発予混合燃焼器は、液体燃料を空気流中に噴射する燃料噴射弁と、前記液体燃料を蒸発させ空気と均一な希薄燃焼濃度に混合する予蒸発予混合管と、該予蒸発予混合管に接続され混合された希薄混合気を燃焼させる燃焼室を内部に形成する燃焼器ライナーとを備え、前記予蒸発予混合管は、前記燃焼器ライナー内に突出して設けられている、ことを特徴としている（請求項１）。
【００１３】
また、上記本発明の希薄予蒸発予混合燃焼器において、好ましくは、前記予蒸発予混合管は、その外壁部の大部分が前記燃焼器ライナー内の燃焼ガスに曝されるように、燃焼器ライナー内に突出している（請求項２）。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の希薄予蒸発予混合燃焼器によれば、予蒸発予混合管は、燃焼器ライナー内に突出して設けられているので、その外壁部が１０００℃以上の燃焼ガスに曝され、予蒸発予混合管の内壁面の温度を高温に加熱することができる。これにより、予蒸発予混合管の内壁面に付着した燃料は蒸発するため、内壁面にカーボンが付着するのを有効に防止することができる。また、予蒸発予混合管の内壁面にカーボンが堆積したとしても、堆積したカーボンは酸化反応が促進されてガス化するため、予蒸発予混合内の内壁面のカーボンは除去される。したがって、燃焼ガス中のＮＯｘおよびＣＯの量を低減することができる。また、予蒸発予混合管の大部分が燃焼器ライナー内の燃焼ガスに曝されるので、予混合管のどの部分においても、カーボン付着を有効に防止でき、あるいは堆積したカーボンを除去することができる。
【００１５】
さらに、予蒸発予混合管の内壁面への燃料付着量が減少する結果、燃料液滴が生じにくくなるため、燃焼器ライナー内に燃料液滴が流入することによる未燃分の増大やライナー内へのカーボン付着を防止することができる。加えて、予蒸発予混合管の加熱に必要な付帯設備を設ける必要がなく、エネルギー効率を向上させ、コスト削減と燃焼機構の簡素化を図ることができる。
【００１６】
つまり、本発明の希薄予蒸発予混合燃焼器によれば、予蒸発予混合管内のカーボンの発生と堆積を有効に防止し、燃焼ガス中のＮＯｘおよびＣＯの量を低減することができる、等の優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態による希薄予蒸発予混合燃焼器の概略構成図である。この図に示すように、希薄予蒸発予混合燃焼器１０は、燃料噴射弁１２と、予蒸発予混合管１４と、燃焼器ライナー１６と、パイロットバーナー１７とを備える。
【００１９】
希薄予蒸発予混合燃焼器１０（以下、単に「燃焼器」と呼ぶ。）は、例えば、高炭素比液体燃料が使用される。なお、高炭素比液体燃料（Ｈｉｇｈ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｒａｔｉｏ  Ｆｕｅｌ：ＨＣＲＦ）とは、ライトサイクルオイル、重質油、等であり、水素に比べて炭素の比率が一般の液体燃料（軽油、ガソリン、灯油等）に比べて多い液体燃料をいう。
【００２０】
燃料噴射弁１２は、供給された燃料1を予蒸発予混合管１４の内壁面に向かって空気流中に噴射する機能を有する。燃料噴射弁１２の周囲には、旋回器１３が配置されており、この旋回器１３は周方向に配置された複数の旋回翼を有し、この旋回翼の間から予蒸発予混合管１４内に空気２を導入して強い旋回流３を形成する。この旋回流３による強い流れの乱れにより、燃料噴射弁１２で噴射された燃料１を微粒化すると共に、予蒸発予混合管１４内で燃料１と空気２を急速に混合する。
【００２１】
予蒸発予混合管１４は、燃料１を燃焼前に蒸発させ空気２と混合するための予混合室１５を内部に形成し、この領域で強い乱れを生じさせることで燃料１を急速に混合し、空気２と均一な希薄燃焼濃度に混合する機能を有する。燃焼器ライナー１６は、予蒸発予混合管１４に接続されており、内部に予蒸発予混合管１４で混合された希薄混合気を燃焼させる燃焼室１８を形成する。なお、燃焼器ライナー１６内には、パイロットバーナー１７が設けられ、そのパイロット火炎により、燃焼を安定化するようになっている。発生した燃焼ガスは図示しないスクロール部を通ってガスタービンに導かれ、このガスタービンおよび圧縮機を駆動するようになっている。
【００２２】
この例において、予蒸発予混合管１４は、中空円筒形である。予蒸発予混合管１４で生成された可燃混合気は、均一な希薄燃焼濃度に混合されるため、どの領域においても安定に燃焼するために必要な酸素を含んでいる。そのため熱分解した炭素成分が酸素不足のため凝集しスモークが生成することがない。
【００２３】
また、図１に示すように、予蒸発予混合管１４は、燃焼器ライナー１６内に突出して設けられている。燃焼室１８内の燃焼ガスは、通常１０００℃以上（例えば、１３００℃）の高温であり、そのため、予蒸発予混合管１４の外壁部は、この高温の燃焼ガスに曝されることになり、これにより予蒸発予混合管１４の内壁面の温度を高温（例えば、６００℃以上）に加熱することができる。
【００２４】
この結果、予蒸発予混合管１４の内壁面に付着した燃料１は蒸発するため、その内壁面にカーボンが付着するのを有効に防止することができる。また、予蒸発予混合管１４の内壁面にカーボンが堆積したとしても、堆積したカーボンは酸化反応が促進されてガス化するため、予蒸発予混合管１４内の内壁面のカーボンは除去される。これにより、混合気の流路が狭まって燃焼条件が変化することがないため、ＮＯｘおよびＣＯの増加を抑制することができる。
【００２５】
また、図１に示すように、予蒸発予混合管１４は、その外壁部の大部分が燃焼器ライナー１６内の燃焼ガスに曝されるように、燃焼器ライナー内に突出させると良い。これにより、予蒸発予混合管１４のどの部分においても、カーボン付着を有効に防止でき、あるいは堆積したカーボンを除去することができる。
【００２６】
このように、本発明の希薄予蒸発予混合燃焼器によれば、予蒸発予混合管１４が燃焼器ライナー１６内に突出して設けられているので、その外壁部が１０００℃以上の燃焼ガスに曝され、予蒸発予混合管１４の内壁面の温度を高温に加熱することができ、これにより、予蒸発予混合管１４の内壁面に付着した燃料は蒸発し、あるいは堆積したカーボンは酸化反応が促進されてガス化し除去されるので、内壁面にカーボンが付着するのを有効に防止することができ、かつ、燃焼ガス中のＮＯｘおよびＣＯの量を低減することができる。さらに、予蒸発予混合管１４の内壁面への燃料付着量が減少する結果、燃料液滴が生じにくくなるため、燃焼器ライナー１６内に燃料液滴が流入することによる未燃分の増大やライナー内へのカーボン付着を防止することができる。加えて、予蒸発予混合管１４の加熱に必要な付帯設備を設ける必要がないため、エネルギー効率を向上させ、コスト削減と燃焼機構の簡素化を図ることができる。つまり、本発明の希薄予蒸発予混合燃焼器によれば、予蒸発予混合管内のカーボンの発生と堆積を有効に抑制し、燃焼ガス中のＮＯｘおよびＣＯの量を低減することができる、等の優れた効果が得られる。
【００２７】
その他本発明は上述し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】
【００２８】
【図１】本発明の希薄予蒸発予混合燃焼器の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】特許文献１の「ガスタービンの燃焼器」の模式図である。
【図３】特許文献２の「予混合型燃焼器を備えたガスタービン」の模式図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  燃料
２  空気
３  旋回流
１０  希薄予蒸発予混合燃焼器
１２  燃料噴射弁
１３  旋回器
１４  予蒸発予混合管
１５  予混合室
１６  燃焼器ライナー
１７  パイロットバーナー
１８  燃焼室
【図１】
2005351570.tif 000003
【図２】
2005351570.tif 000004
【図３】
2005351570.tif 000005