(57)【要約】【課題】装置の規模およびコストの増大を抑制しつつ、ＮＯｘ発生量の低減効果を向上できる燃焼器を提供することを目的とする。【解決手段】筒状に形成され、内部にて燃焼が行われる燃焼筒１１と、燃焼筒１１内に燃料を供給する燃料供給経路１２と、燃焼筒１１と燃料供給経路１２との間に接続され、燃焼により発生した排ガス２２を燃料供給経路１２に循環させる排ガス循環経路１３と、排ガス循環経路１３中に設けられ、排ガス２２を冷却する冷却部１７とを備える燃焼器１を採用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状に形成され、内部にて燃焼が行われる燃焼筒と、
該燃焼筒内に燃料を供給する燃料供給経路と、
前記燃焼筒と前記燃料供給経路との間に接続され、燃焼により発生した排ガスを前記燃料供給経路に循環させる排ガス循環経路と、
該排ガス循環経路中に設けられ、前記排ガスを冷却する冷却部とを備える燃焼器。
【請求項２】
前記排ガス循環経路は、前記燃料供給経路の燃料が噴射される部分の上流側近傍に接続される請求項１に記載の燃焼器。
【請求項３】
前記冷却部は、前記燃焼筒内の前記燃料の濃度を希釈する希釈空気との熱交換により、前記排ガスを冷却する請求項１または請求項２に記載の燃焼器。
【請求項４】
前記燃焼筒の外表面に複数の管を配列し、該管内に前記排ガスを流通させるとともに、該管の外部に前記希釈空気を流通させることにより、前記排ガスと前記希釈空気との熱交換を行う請求項３に記載の燃焼器。
【請求項５】
前記冷却部は、前記燃焼筒内の前記燃料の供給部付近に供給される燃焼用空気との熱交換により、前記排ガスを冷却する請求項１または請求項２に記載の燃焼器。
【請求項６】
前記燃焼筒の外表面に複数の管を配列し、該管内に前記排ガスを流通させるとともに、該管の外部に前記燃焼用空気を流通させることにより、前記排ガスと前記燃焼用空気との熱交換を行う請求項５に記載の燃焼器。
【請求項７】
前記燃焼筒は、蒸気冷却が行われる壁部を備え、
前記冷却部は、前記燃焼筒の前記壁部に設けられた複数の孔を通過させることにより、前記排ガスを冷却する請求項１から請求項６のいずれかに記載の燃焼器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にガスタービンの上流に設けられ、燃料と空気とを別々に供給する燃焼器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料と空気を別々に供給して燃焼筒内で燃焼させる、いわゆる拡散燃焼方式の燃焼器が知られている。拡散燃焼方式の燃焼器は、予混合方式の燃焼器と比較して製作コストが低く、かつ、燃焼の安定性が高いという長所を有している。一方で、拡散燃焼方式の燃焼器は、燃焼の拡散により高温領域が局所的に発生し、この高温領域ではＮＯｘが発生するため、排ガスのＮＯｘ濃度が高くなるという短所を有している。
【０００３】
上記の短所に対して、従来、排ガスをガスタービンから冷却器により冷却し、外気と混合して燃焼器に供給することで、ＮＯｘ発生量の低減を図る技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、ガスコンプレッサーにより圧縮した排ガスと燃料とを混合することによって低カロリー燃料を生成し、この低カロリー燃料を燃焼器に供給することで、ＮＯｘ発生量の低減を図る技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。また、空気流中に燃料を直交噴射してリフト火炎を形成し、燃料および空気の流れに排ガス循環流を巻き込ませることで、酸素濃度を低下させ、ＮＯｘ発生量の低減を図る技術が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開平１０−２５９７３６号公報
【特許文献２】特開平１１−３０４１５１号公報
【特許文献３】特許第３４５４４４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されている技術によれば、ガスタービンと冷却器との間に循環ファンを必要とするため、装置が大掛かりなものとなり、そのコストも高くなるという課題があった。また、特許文献２に開示されている技術によれば、排ガスを大気圧から２０気圧程度まで圧縮するガスコンプレッサーを必要とするため、装置が大掛かりなものとなり、そのコストも高くなるという課題があった。また、特許文献３に開示されている技術によれば、排ガスの冷却が行われないので、ＮＯｘ発生量の低減効果が低いという課題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、装置の規模およびコストの増大を抑制しつつ、ＮＯｘ発生量の低減効果を向上できる燃焼器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、筒状に形成され、内部にて燃焼が行われる燃焼筒と、該燃焼筒内に燃料を供給する燃料供給経路と、前記燃焼筒と前記燃料供給経路との間に接続され、燃焼により発生した排ガスを前記燃料供給経路に循環させる排ガス循環経路と、該排ガス循環経路中に設けられ、前記排ガスを冷却する冷却部とを備える燃焼器を採用する。
【０００７】
本発明によれば、燃料供給経路により燃料が燃焼筒内に供給され、燃焼により発生した排ガスが、冷却部により冷却されるとともに、排ガス循環経路により燃料供給経路に循環して燃料に添加される。これにより、燃料の温度を低下させるとともに、燃料を低カロリーに改質することができ、ＮＯｘ発生量を低減することが可能となる。また、燃焼筒と燃料供給経路との差圧が小さいため、排ガスを燃料供給経路に循環させるためのファンやコンプレッサーを必要とせず、装置構成をシンプルにするとともに、装置コストを抑制することができる。
【０００８】
上記発明において、前記排ガス循環経路は、前記燃料供給経路の燃料が噴射される部分の上流側近傍に接続されることとしてもよい。
燃料が噴射される部分の上流側近傍に接続することにより、燃料が噴射される際の巻き込み同伴力を利用することができる。これにより、単純な構成により、排ガスを燃料供給経路内の燃料に添加することができる。
【０００９】
上記発明において、前記冷却部は、前記燃焼筒内の前記燃料の濃度を希釈する希釈空気との熱交換により、前記排ガスを冷却することとしてもよい。
一般に、燃料の濃度を希釈するために希釈空気が燃焼筒内に供給される。この希釈空気を冷却用として用いることにより、特別に装置を設けることなく排ガスの冷却を行うことができ、効果的にＮＯｘ発生量を低減させることが可能となる。
【００１０】
上記発明において、前記燃焼筒の外表面に複数の管を配列し、該管内に前記排ガスを流通させるとともに、該管の外部に前記希釈空気を流通させることにより、前記排ガスと前記希釈空気との熱交換を行うこととしてもよい。
このようにすることで、排ガスと希釈空気との接触面積を増加させ、排ガスと希釈空気との熱交換効率、すなわち、排ガスの冷却効率を向上させることができるので、ＮＯｘ低減効果を向上させることが可能となる。
【００１１】
上記発明において、前記冷却部は、前記燃焼筒内の前記燃料の供給部付近に供給される燃焼用空気との熱交換により、前記排ガスを冷却することとしてもよい。
一般に、燃料を燃焼させるために燃焼用空気が燃焼筒内に供給される。この燃焼用空気を冷却用として用いることにより、特別に装置を設けることなく排ガスの冷却を行うことができ、効果的にＮＯｘ発生量を低減させることが可能となる。
【００１２】
上記発明において、前記燃焼筒の外表面に複数の管を配列し、該管内に前記排ガスを流通させるとともに、該管の外部に前記燃焼用空気を流通させることにより、前記排ガスと前記燃焼用空気との熱交換を行うこととしてもよい。
このようにすることで、排ガスと燃焼用空気との接触面積を増加させ、排ガスと燃焼用空気との熱交換効率、すなわち、排ガスの冷却効率を向上させることができるので、ＮＯｘ低減効果を向上させることが可能となる。
【００１３】
上記発明において、前記燃焼筒は、蒸気冷却が行われる壁部を備え、前記冷却部は、前記燃焼筒の前記壁部に設けられた複数の孔を通過させることにより、前記排ガスを冷却することとしてもよい。
蒸気冷却により燃焼筒の壁部の温度を低下させ、該壁部に設けられた複数の孔を通過させることにより排ガスを冷却することができ、効果的にＮＯｘ発生量を低減させることが可能となる。また、蒸気冷却が行われた燃焼筒の壁部は冷却容量が大きいため、排ガスの冷却効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、装置の規模およびコストの増大を抑制しつつ、ＮＯｘ発生量の低減効果を向上できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［第１の実施形態］
以下に、本発明に係る燃焼器の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、本実施形態に係る燃焼器の概略構成が示されている。
図１に示すように、燃焼器１は、筒状に形成された燃焼筒１１と、燃焼筒１１の底面に接続された燃料供給経路１２と、燃焼筒１１の側面と燃料供給経路１２との間に接続された排ガス循環経路１３と、燃焼筒１１の側面に接続された希釈空気供給経路１４と、燃焼筒１１の底面に接続された燃焼用空気供給経路１５とを備えている。
【００１６】
燃焼筒１１は、燃料２１および燃焼用空気２４が供給されることにより、内部で燃焼が行われるようになっている。
燃料供給経路１２は、燃料２１を流通させる経路であり、燃焼筒１１に接続された端部が燃焼筒１１内部に開口することにより、燃焼筒１１内に燃料２１を供給するようになっている。また、燃料供給経路１２は、途中位置に管路縮小部３１を有しており、管路縮小部３１において燃料２１の流速を大きくするようになっている。これにより、燃料２１が噴射される際に、管路縮小部３１付近の流体に対して、巻き込み同伴力が働くようになっている。
【００１７】
排ガス循環経路１３は、燃焼筒１１内で発生した排ガス２２を流通させる経路であり、燃料供給経路１２の途中位置に設けられた管路縮小部３１と接続されている。これにより、燃料２１が噴射される際に生じる巻き込み同伴力により、排ガス２２を燃料供給経路１２内に取り込ませるようになっている。また、排ガス循環経路１３は、燃焼筒１１に接続された端部が燃焼筒１１内部に開口することにより、排ガス２２を燃焼筒１１から取り込むようになっている。
【００１８】
希釈空気供給経路１４は、燃焼筒１１内の燃料２１の濃度を希釈する希釈空気２３を供給する経路であり、燃焼筒１１に接続された端部が燃焼筒１１内部に開口することにより、希釈空気２３を燃焼筒１１内に供給するようになっている。また、希釈空気供給経路１４は、排ガス循環経路１３の一部を内部に取り込むように構成されている。このようにすることで、希釈空気供給経路１４内を流通する希釈空気２３と排ガス循環経路１３内を流通する排ガス２２とを熱交換して、排ガス２２を冷却する冷却部１７を形成している。
【００１９】
燃焼用空気供給経路１５は、燃焼用空気２４を供給する経路であり、燃焼筒１１に接続された端部が燃料供給経路１２の開口部近傍に開口することにより、燃料２１の供給部付近に燃焼用空気２４を供給するようになっている。
【００２０】
上記構成を有する燃焼器１の作用について以下に説明する。
燃料供給経路１２により燃料２１が燃焼筒１１内に供給され、燃焼用空気供給経路１５により燃焼用空気２４が燃焼筒１１内に供給されると、燃料２１と燃焼用空気２４とが混合される。このようにして生成された燃料２１と燃焼用空気２４との混合気体は、図示しない種火により着火されて燃焼し、燃焼ガスとなって燃焼筒１１内に噴出する。また、この際、燃焼を安定化させるために、希釈空気供給経路１４により希釈空気２３が供給され、燃焼筒１１内の燃料２１の濃度が希釈される。
そして、燃焼ガスの一部が燃焼筒１１内に火炎３２を伴って周囲に拡散するように噴出することで、燃料供給経路１２から燃焼筒１１に流れ込んだ燃料２１に着火されて燃焼する。
このようにして燃焼筒１１内で生成された高温・高圧の燃焼ガスが、図示しないタービンに送られ、該タービンを駆動することにより発電が行われる。
【００２１】
一方、燃焼により発生した排ガス２２は、排ガス循環経路１３を流通し、排ガス循環経路１３の途中位置に形成された冷却部１７により冷却される。冷却された排ガス２２は、管路縮小部３１における燃料２１の巻き込み同伴力により、燃料供給経路１２内に取り込まれて燃料２１に添加される。これにより、燃料２１は、温度が低下するとともに、低カロリーに改質され、燃焼により発生するＮＯｘの量が低減される。
【００２２】
以上説明してきたように、本実施形態に係る燃焼器１によれば、燃料供給経路１２により燃料２１が燃焼筒１１内に供給され、燃焼により発生した排ガス２２が、冷却部１７により冷却されるとともに、排ガス循環経路１３により燃料供給経路１２に循環して燃料２１に添加される。これにより、燃料２１の温度を低下させるとともに、燃料２１を低カロリーに改質することができ、燃焼筒１１から発生するＮＯｘの量を低減することができる。また、燃焼筒１１と燃料供給経路１２との差圧が小さいため、排ガス２２を燃料供給経路１２に循環させるためのファンやコンプレッサーを必要とせず、装置構成をシンプルにするとともに、装置コストを抑制することができる。特に、排ガス循環経路１３を、燃料供給経路１２の燃料２１が噴射される部分の上流側近傍に接続することにより、燃料２１が噴射される際の巻き込み同伴力を利用することができる。これにより、単純な構成により、排ガス２２を燃料供給経路１２内の燃料２１に添加することができる。
【００２３】
また、一般に、燃料２１の濃度を希釈するために希釈空気２３が燃焼筒内１１に供給されるが、この希釈空気２３と排ガス２２とを熱交換可能なように冷却部１７を形成することで、特別に装置を設けることなく排ガス２２の冷却を行うことができ、効果的にＮＯｘ発生量を低減させることが可能となる。
【００２４】
また、本実施形態の変形例として、図２に示すように、燃焼筒１１の外表面に複数の管４１を配列し、管４１内に排ガス２２を流通させるとともに、管４１の外部に希釈空気２３を流通させるように希釈空気供給経路４４を構成してもよい。このように排ガス２２と希釈空気２３との熱交換を行う冷却部４２を形成することで、排ガス２２と希釈空気２３との接触面積が増加し、排ガス２２と希釈空気２３との熱交換効率を向上させることができる。これにより、排ガス２２の冷却効率を向上させて、ＮＯｘ発生量をさらに低減することが可能となる。
【００２５】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について、図３を用いて説明する。
本実施形態の燃焼器が第１の実施形態と異なる点は、排ガスの冷却を希釈空気ではなく、燃焼用空気を用いて行う点である。以下、本実施形態の燃焼器３について、第１の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００２６】
図３に示すように、燃焼器３は、燃焼筒１１の外表面に配列され、内部に排ガス２２を流通させる複数の管５１と、管５１を内部に取り込み、管５１の外部に燃焼用空気２４を流通させるように構成された燃焼用空気供給経路５５とを備えている。このように構成することで、排ガス２２と燃焼用空気２４との熱交換を行う冷却部５２が形成されている。
【００２７】
上記構成を有する燃焼器３の作用について以下に説明する。
燃焼筒１１内に、燃料供給経路１２からの燃料２１と燃焼用空気供給経路５５からの燃焼用空気２４とが供給されると、図示しない種火により着火されて燃焼する。
一方、燃焼により発生した排ガス２２は、燃焼用空気供給経路５５内部に設けられた管５１内を通って排ガス循環経路１３に流通する。この際、管５１の外部には燃焼用空気２４が流通しているため、管４１を介して排ガス２２と燃焼用空気２４との熱交換が行われ、排ガス２２の冷却が行われる。
【００２８】
一般に、燃料２１を燃焼させるために燃焼用空気２４が燃焼筒１１内に供給される。この燃焼用空気２４を冷却用として用いることにより、特別に装置を設けることなく排ガス２２の冷却を行うことができ、効果的にＮＯｘ発生量を低減させることが可能となる。
また、冷却部５２の構成として、燃焼用空気供給経路５５内部に排ガス２２を流通させる複数の管５１を設けることで、排ガス２２と燃焼用空気２４との接触面積が増加し、排ガス２２と燃焼用空気２４との熱交換効率を向上させることができる。これにより、排ガス２２の冷却効率を向上させて、ＮＯｘ発生量をさらに低減することが可能となる。
【００２９】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について、図４を用いて説明する。
本実施形態の燃焼器が前述の各実施形態と異なる点は、排ガスの冷却を燃焼筒の壁面を用いて行う点である。以下、本実施形態の燃焼器４について、前述の各実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
【００３０】
図４に示すように、燃焼器４は、壁部に蒸気冷却が行われる燃焼筒６１を備えており、燃焼筒６１の壁部に設けられた複数の孔を通過させることにより、排ガス２２を冷却するように冷却部６２が形成されている。
【００３１】
上記構成を有する燃焼器４の作用について以下に説明する。
燃焼筒６１内に、燃料供給経路１２からの燃料２１と燃焼用空気供給経路５５からの燃焼用空気２４とが供給されると、図示しない種火により着火されて燃焼し、排ガス２２が発生する。
ここで、燃焼筒６１の壁部は蒸気冷却が行われているため、燃焼筒６１の壁部付近の排ガス２２´は、燃焼筒６１の壁部に熱量が奪われ、その温度が低下する。
また、燃焼筒６１の壁部に設けられた複数の孔から燃焼筒６１内の排ガス２２，２２´の抽気が行われる。そして、燃焼筒６１の壁部に設けられた複数の孔を通過する際に、排ガス２２，２２´は、燃焼筒６１の壁部に熱量が奪われ、その温度がさらに低下することとなる。
【００３２】
以上のように、本実施形態に係る燃焼器４によれば、蒸気冷却により燃焼筒６１の壁部の温度を低下させ、該壁部に設けられた複数の孔を通過させることにより排ガス２２を冷却することができ、効果的にＮＯｘ発生量を低減させることが可能となる。また、燃焼筒６１の壁部は冷却容量が大きいため、排ガス２２の冷却効率を向上させることができる。
【００３３】
以上、本発明の各実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述した各実施形態においては、排ガスを循環させるためにエジェクターを構成することとして説明したが、燃焼筒と燃料供給経路との差圧が小さいため、例えば、簡易なファン等を設けることとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃焼器の概略構成図である。
【図２】図１の変形例に係る燃焼器の概略構成図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る燃焼器の概略構成図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る燃焼器の概略構成図である。
【符号の説明】
【００３５】
１，２，３，４  燃焼器
１１，６１  燃焼筒
１２  燃料供給経路
１３  排ガス循環経路
１４，４４  希釈空気供給経路
１５，５５  燃焼用空気供給経路
１７，４２，５２，６２  冷却部
２１  燃料
２２，２２´  排ガス
２３  希釈空気
２４  燃焼用空気
３１  管路縮小部
４１，５１  管
【図１】
2009198148.tif 000003
【図２】
2009198148.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009198148.tif 000006