JPS6066022A - ガスタ−ビンの燃焼法 - Google Patents
ガスタ−ビンの燃焼法Info
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- JPS6066022A JPS6066022A JP58173101A JP17310183A JPS6066022A JP S6066022 A JPS6066022 A JP S6066022A JP 58173101 A JP58173101 A JP 58173101A JP 17310183 A JP17310183 A JP 17310183A JP S6066022 A JPS6066022 A JP S6066022A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/40—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the use of catalytic means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Catalysts (AREA)
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。
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、ガスタービン発電システムに使用するガスタ
ービン燃焼法に関し、更に詳しくは、燃焼時に発生する
窒素酸化物、（以下、ＮＯｘと称す）の量が少なく、且
つ、良好な燃焼効率を有する触媒燃焼方式のガスタービ
ン燃焼法に関する。
ービン燃焼法に関し、更に詳しくは、燃焼時に発生する
窒素酸化物、（以下、ＮＯｘと称す）の量が少なく、且
つ、良好な燃焼効率を有する触媒燃焼方式のガスタービ
ン燃焼法に関する。
近年、石油資源等の枯渇化に伴ない、種々の代替エネル
ギーが希求されておシ、一方では、エネルギー資源の効
率的使用が要求されている。これらの要求に答えるもの
の中には、例えば、燃料として天然ガスを使用するガス
タービン、スチームタービン複合サイクル発電システム
或いは石炭ガス化ガスタービン、スチームタービン複合
サイクル発電システムが挙げられ、検討されつつある。
ギーが希求されておシ、一方では、エネルギー資源の効
率的使用が要求されている。これらの要求に答えるもの
の中には、例えば、燃料として天然ガスを使用するガス
タービン、スチームタービン複合サイクル発電システム
或いは石炭ガス化ガスタービン、スチームタービン複合
サイクル発電システムが挙げられ、検討されつつある。
これらのガスタービン、スチームタービン複合サイクル
発電システムは、化石燃料を使用した従来のスチームタ
ービンによる発電システムに比較して、発電効率が高い
ために、将来、その生産量の増加が予想される天然ガス
や石炭ガス化ガス等の燃料を、有効に電力に変換できる
発電システムとして期待されている。
発電システムは、化石燃料を使用した従来のスチームタ
ービンによる発電システムに比較して、発電効率が高い
ために、将来、その生産量の増加が予想される天然ガス
や石炭ガス化ガス等の燃料を、有効に電力に変換できる
発電システムとして期待されている。
しかし従来のガスタービン燃焼器には、部分的に高温部
が存在するために、ＮＯｘの生成量が多いという問題点
がある。従って、排煙脱硝装置等を設けねばならず、装
置が複雑になる等の問題点をも有している。
が存在するために、ＮＯｘの生成量が多いという問題点
がある。従って、排煙脱硝装置等を設けねばならず、装
置が複雑になる等の問題点をも有している。
均一系燃焼方式（以下、触媒燃焼方式と称す）が提案さ
れている。触媒燃焼方式は、触媒を用いて燃料と空気の
混合気体を燃焼せしめるものでちる。
れている。触媒燃焼方式は、触媒を用いて燃料と空気の
混合気体を燃焼せしめるものでちる。
この方式によれば、比較的低温で燃焼を開始させること
ができ、冷却用空気を必要とせず、燃焼用空気が増加す
るために、最高温度が低くなシ、従って、発生するＮＯ
ｘ量を極めて少なくすることが可能である。
ができ、冷却用空気を必要とせず、燃焼用空気が増加す
るために、最高温度が低くなシ、従って、発生するＮＯ
ｘ量を極めて少なくすることが可能である。
第１図は、このような触媒燃焼方式の燃焼器の概念図で
あシ、触媒充填部７にはハニカム構造の触媒体が充填さ
れたものである。
あシ、触媒充填部７にはハニカム構造の触媒体が充填さ
れたものである。
この上りに優れた方式である触媒燃焼方式にも欠点があ
る。すなわち、従来検討されている貴金属系触媒だけで
は長期運転した時の耐久性に問題がおる。通常貴金属系
触媒はコープライトなどの耐熱性担体の上にｒ−アルミ
ナからなる活性被覆層をコーテングし、そこにＰｄ、Ｐ
Ｌ などの触媒金属を担持している。このような触媒は
活性は高いが、１１００℃以上の高温では活性被覆層の
劣化及び貴金属の表面積の減少あるいは飛散などが起り
長期間の耐久性に問題がある。また貴金属系以外の触媒
ではこのような問題は少ないが、温度が低い時には活性
が低くそのままで使用することは困難である。
る。すなわち、従来検討されている貴金属系触媒だけで
は長期運転した時の耐久性に問題がおる。通常貴金属系
触媒はコープライトなどの耐熱性担体の上にｒ−アルミ
ナからなる活性被覆層をコーテングし、そこにＰｄ、Ｐ
Ｌ などの触媒金属を担持している。このような触媒は
活性は高いが、１１００℃以上の高温では活性被覆層の
劣化及び貴金属の表面積の減少あるいは飛散などが起り
長期間の耐久性に問題がある。また貴金属系以外の触媒
ではこのような問題は少ないが、温度が低い時には活性
が低くそのままで使用することは困難である。
本発明の目的は、触媒燃焼法において、長期間の耐久性
がある触媒法を提供することにある。
がある触媒法を提供することにある。
〔発明の概要」
本発明者らは、触媒燃焼用の触媒あるいは現象について
鋭意研究した結果、本発明に達した。すなわち、本発明
者らは、貴金属系触媒について研究した結果、低温での
燃焼効率はＰｄを主体とした触媒が優れていること、ｐ
ｔｌ主成分とする触媒は６００〜１１００℃程度の時に
活性が優れていることを明らかとした。またこれらの触
媒で高濃度の燃料を燃焼させた時には、触媒の温度が高
くなりすぎて、劣化が早まり、触媒の温度は１１００℃
を越えることは好しくないことを得た。その結果タービ
ン入口温度が１１００℃を越える場合は、活性被覆層に
貴金属を担持したようなものでは長期間安定な燃焼をさ
せる事は困難であると考えた。そこで１１００℃以上の
高温で安定な燃焼をさせる触媒について検討した結果、
貴金属触媒のような、活性被覆層が無いベースメタルを
生成分とした触媒が好しいことが明らかとなった。これ
らの触媒としては、Ｃａ−？ＭｇやＹなどで安定化した
ジルコニアにＣｏやＮｉ、Ｃｒなどをドープしたもの、
Ｃ。
鋭意研究した結果、本発明に達した。すなわち、本発明
者らは、貴金属系触媒について研究した結果、低温での
燃焼効率はＰｄを主体とした触媒が優れていること、ｐ
ｔｌ主成分とする触媒は６００〜１１００℃程度の時に
活性が優れていることを明らかとした。またこれらの触
媒で高濃度の燃料を燃焼させた時には、触媒の温度が高
くなりすぎて、劣化が早まり、触媒の温度は１１００℃
を越えることは好しくないことを得た。その結果タービ
ン入口温度が１１００℃を越える場合は、活性被覆層に
貴金属を担持したようなものでは長期間安定な燃焼をさ
せる事は困難であると考えた。そこで１１００℃以上の
高温で安定な燃焼をさせる触媒について検討した結果、
貴金属触媒のような、活性被覆層が無いベースメタルを
生成分とした触媒が好しいことが明らかとなった。これ
らの触媒としては、Ｃａ−？ＭｇやＹなどで安定化した
ジルコニアにＣｏやＮｉ、Ｃｒなどをドープしたもの、
Ｃ。
やＮｉ あるいはＣｒとアルミナのスピネルから成る触
媒、ランタンクロマイトあるいはそれにＮｉ。
媒、ランタンクロマイトあるいはそれにＮｉ。
Ｃｏをドープしたものなどが好しいことが明らかとなっ
た。これらの触媒は１１００〜１６００℃での安定性に
は問題がないが、燃料濃度あるいは温度が低いと燃焼効
率が高くならないという欠点がある。
た。これらの触媒は１１００〜１６００℃での安定性に
は問題がないが、燃料濃度あるいは温度が低いと燃焼効
率が高くならないという欠点がある。
そこで、本発明者らは、これらのことを総合的に検討し
た結果、本発明に達した。ここで、本発明の概念図を第
２図に示したので、これによシ本発明を説明する。燃焼
器には大きく分けて２つの触媒充填部がある。第一段目
の触媒充填部には前半［Ｐｄを主成分とした触媒が、後
半にはＰｉを主成分とした触媒が使用される。この部分
に供給される燃料と空気との混合気の断熱火炎温度は８
００〜１２００℃であるため、燃焼が起っても１２００
℃以下であるため、貴金属系触媒の劣化は少ない。
た結果、本発明に達した。ここで、本発明の概念図を第
２図に示したので、これによシ本発明を説明する。燃焼
器には大きく分けて２つの触媒充填部がある。第一段目
の触媒充填部には前半［Ｐｄを主成分とした触媒が、後
半にはＰｉを主成分とした触媒が使用される。この部分
に供給される燃料と空気との混合気の断熱火炎温度は８
００〜１２００℃であるため、燃焼が起っても１２００
℃以下であるため、貴金属系触媒の劣化は少ない。
また、第１段目の触媒充填部に燃料パイプが通過してい
るため、燃料と熱交換され触媒が過熱しないと同時に第
１段の触媒出口において燃料が噴出された時の温度低下
も少ないというメリットがある。第１段目の触媒の出口
では燃焼ガスと燃料が混合−した結果、第２段の触媒充
填部が有効に作用する温度及び燃料濃度となっておシ、
良好な燃焼が起る。この部分では高温になるが触媒が前
記したベースメタルをドープした安定化ジルコニアなど
であるため、安定性が高く、長期間高い燃焼効率を維持
することができる。
るため、燃料と熱交換され触媒が過熱しないと同時に第
１段の触媒出口において燃料が噴出された時の温度低下
も少ないというメリットがある。第１段目の触媒の出口
では燃焼ガスと燃料が混合−した結果、第２段の触媒充
填部が有効に作用する温度及び燃料濃度となっておシ、
良好な燃焼が起る。この部分では高温になるが触媒が前
記したベースメタルをドープした安定化ジルコニアなど
であるため、安定性が高く、長期間高い燃焼効率を維持
することができる。
以下に本発明を実施例によって詳細に説明する。
〔実施例１〕
実験に用いた装置を第３，４図に示した。第３図におい
て燃焼管１２に貴金属ノ・ニカム触媒を充填し、上流か
ら加熱した燃料と空気の混合気体１４を供給した。ハニ
カム触媒は２５咽の径で長さが１５Ｌ：ｒｎのものを用
いた。第４図は、第３図と同じ装置を用いパイプ１７を
触媒充填部に通じて、燃料１６を供給できるようにした
ものである。パイプの内径は８簡とした。すなわち、第
３図の場合が従来の触媒燃焼法を想定したものであるに
対して、第４図は本発明の概念に基づく方法でおる。
て燃焼管１２に貴金属ノ・ニカム触媒を充填し、上流か
ら加熱した燃料と空気の混合気体１４を供給した。ハニ
カム触媒は２５咽の径で長さが１５Ｌ：ｒｎのものを用
いた。第４図は、第３図と同じ装置を用いパイプ１７を
触媒充填部に通じて、燃料１６を供給できるようにした
ものである。パイプの内径は８簡とした。すなわち、第
３図の場合が従来の触媒燃焼法を想定したものであるに
対して、第４図は本発明の概念に基づく方法でおる。
第４図において、第一段目の触媒充填部には、前半に活
性被覆層が希土類を含むアルミナで、Ｐｄを主体とした
触媒を充填して、後半に同様にＰｔを主体とした触媒を
充填した。第２段目の触媒充填部１６にはＮｉ をドー
プした安定化ジルコニアの触媒を５ｃｎ１充填した。
性被覆層が希土類を含むアルミナで、Ｐｄを主体とした
触媒を充填して、後半に同様にＰｔを主体とした触媒を
充填した。第２段目の触媒充填部１６にはＮｉ をドー
プした安定化ジルコニアの触媒を５ｃｎ１充填した。
実験は第３図、第４図の場合も、触媒に供給される燃料
と空気との混合気１４の温度は４５０℃とした。燃料は
天然ガスを用い、燃焼ガス１５の温度が１１００〜１５
００℃になるように混合気１４中の燃料濃度と燃料パイ
プ１７に供給する燃料１６を調整した。この時第３図の
場合は燃料濃度の調整は混合気１４中の燃料濃度を変え
るのみであるが、第４図の場合は第１段目の触媒充填部
１３に供給する混合気１４の断熱火炎温度（計算値）は
１１００℃となるようにして、燃焼ガス１５の温度は燃
料パイプ１７から供給する燃料１６で調整した。このよ
うにした実験においてそれぞれの燃焼効率の経時変化を
第５図に示した。第５図において、曲線ａ、ｂ、ｃは第
３靭に示した実験の結果であシ、曲線ａ、ｅ、ｆは第４
図に示した実験の結果である。またａ、ｄは燃焼ガス１
５の温度が１１００℃となるように燃料を設定した場合
、ｂ。
と空気との混合気１４の温度は４５０℃とした。燃料は
天然ガスを用い、燃焼ガス１５の温度が１１００〜１５
００℃になるように混合気１４中の燃料濃度と燃料パイ
プ１７に供給する燃料１６を調整した。この時第３図の
場合は燃料濃度の調整は混合気１４中の燃料濃度を変え
るのみであるが、第４図の場合は第１段目の触媒充填部
１３に供給する混合気１４の断熱火炎温度（計算値）は
１１００℃となるようにして、燃焼ガス１５の温度は燃
料パイプ１７から供給する燃料１６で調整した。このよ
うにした実験においてそれぞれの燃焼効率の経時変化を
第５図に示した。第５図において、曲線ａ、ｂ、ｃは第
３靭に示した実験の結果であシ、曲線ａ、ｅ、ｆは第４
図に示した実験の結果である。またａ、ｄは燃焼ガス１
５の温度が１１００℃となるように燃料を設定した場合
、ｂ。
ｅは同様に１３００℃となるように設定した場合、ｃ、
ｆは同様に１５００℃となるように設定した場合である
。なお、空気流量は２４０１７ｍ１ｎ とした。
ｆは同様に１５００℃となるように設定した場合である
。なお、空気流量は２４０１７ｍ１ｎ とした。
第５図に示したように従来例である第３図のような場合
は、高温の燃焼ガスを得ようとする程、早く劣化し耐久
性が少ないことが明らかであるが、本発明による第４図
のような場合はそのような劣化が少なく耐久性が有るこ
とがわかる。
は、高温の燃焼ガスを得ようとする程、早く劣化し耐久
性が少ないことが明らかであるが、本発明による第４図
のような場合はそのような劣化が少なく耐久性が有るこ
とがわかる。
〔実施例２〕
実施例１０本発明の場合の実験と同じ装置を用いて一第
２段目の触媒充填部にはＮｉ をドープしたランタンク
ロマイトを充填した。そして、第１段目の触媒充填部に
供給する混合気の断熱火炎温度を変え、かつ燃料パイプ
１７がら供給する燃料１６を変えて第２段目の触媒充填
部に入る混合気の断熱火炎温度を変えて燃焼効率を測定
した。測定値は運転開始後１００ｈｒ後のものを比較し
た。
２段目の触媒充填部にはＮｉ をドープしたランタンク
ロマイトを充填した。そして、第１段目の触媒充填部に
供給する混合気の断熱火炎温度を変え、かつ燃料パイプ
１７がら供給する燃料１６を変えて第２段目の触媒充填
部に入る混合気の断熱火炎温度を変えて燃焼効率を測定
した。測定値は運転開始後１００ｈｒ後のものを比較し
た。
第６図にその結果を示した。第６図において横軸は第１
段目の触媒充填部に供給する混合気の断熱火炎温度を示
し縦軸は第２段目の触媒充填部に入る第１段目の触鉱充
填部出口の燃焼ガスと燃料１６との混合気の断熱火炎温
度である。第６図のように横軸は８００〜１２００℃、
縦軸は１２００〜１６００℃の範囲Ａで良好な燃焼効率
が得られておシ、この範囲で燃焼させることが重要であ
ることを示している。
段目の触媒充填部に供給する混合気の断熱火炎温度を示
し縦軸は第２段目の触媒充填部に入る第１段目の触鉱充
填部出口の燃焼ガスと燃料１６との混合気の断熱火炎温
度である。第６図のように横軸は８００〜１２００℃、
縦軸は１２００〜１６００℃の範囲Ａで良好な燃焼効率
が得られておシ、この範囲で燃焼させることが重要であ
ることを示している。
第１図は従来の触媒燃焼方式のガスタービン燃焼器の概
念図、第２図（ａ）は本発明の概念を用いたガスタービ
ンの部分断面、（ｂ）はＸ−Ｙに沿う断面図、第３図は
従来検討されている触媒燃焼を想定したモデル実験装置
のフロー図、第４図は本発明の触媒燃焼を想定したモデ
ル実験装置の７０一−第５図は燃焼効率の経時変化を示
す特性曲線図であり％（ａ）、φ） 、 （、Ｃ）は従
来のものの場合、（ｄ） 、 （Ｃン。 （ｆ）は発明のものの場合を示す説明図、第６図は本発
明の場合において良好な洋焼効率の範囲を示す図である
。 １・・・１次燃料ノズル、２・・・点火器、３・・・壁
気、４・・・スワラ−１５・・・２次燃料ノズル、６・
・・クーヒンノズル・、７・・・貴金属系触媒充填部（
餓１段目の触媒充填部）８・・・第２段目の触媒充填部
、９・・・炉料の供給パイプ、ｌＯ・・・内筒、１１・
・・外筒。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑（ほか１名）第１図 第２図 第３図 第 ４ 図 第 ５ 図 Ｕ寺開ｔ（ｈｚ）
念図、第２図（ａ）は本発明の概念を用いたガスタービ
ンの部分断面、（ｂ）はＸ−Ｙに沿う断面図、第３図は
従来検討されている触媒燃焼を想定したモデル実験装置
のフロー図、第４図は本発明の触媒燃焼を想定したモデ
ル実験装置の７０一−第５図は燃焼効率の経時変化を示
す特性曲線図であり％（ａ）、φ） 、 （、Ｃ）は従
来のものの場合、（ｄ） 、 （Ｃン。 （ｆ）は発明のものの場合を示す説明図、第６図は本発
明の場合において良好な洋焼効率の範囲を示す図である
。 １・・・１次燃料ノズル、２・・・点火器、３・・・壁
気、４・・・スワラ−１５・・・２次燃料ノズル、６・
・・クーヒンノズル・、７・・・貴金属系触媒充填部（
餓１段目の触媒充填部）８・・・第２段目の触媒充填部
、９・・・炉料の供給パイプ、ｌＯ・・・内筒、１１・
・・外筒。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑（ほか１名）第１図 第２図 第３図 第 ４ 図 第 ５ 図 Ｕ寺開ｔ（ｈｚ）
Claims (1)
- （１）触媒燃焼方式によシ、燃料を燃焼させるカスター
ビンの燃焼法において、第１段の触媒充填部に燃料とを
気の混合気を供給するとともに１本以上のパイプを通過
させ、パイ、プの入口から別に燃料を供給し、パイプの
出口端から噴出させ、第１段の触媒充填部からの燃焼ガ
スと混合した後、第２段の触媒充填部を通過させて燃焼
させることを部の触媒がさらに複数種の触媒から成って
おり、前半がＰｄを主成分とする触媒であり、後半がＰ
ｔを主成分とする触媒であることを特徴とするガスタ触
媒がＧｏ、Ｎｉ、Ｃｒのうち少なくとも１種類以上をド
ープした安定化ジルコニアあるいはＣｏ、Ｎｉ。 Ｃｒのアルミナスピネル、あるいはランタンクロマイト
あるいはＮｉ、Ｃｏのうち少なくとも１種類以上をドー
プしたランタンクロマイトなどの触媒で触媒充填部への
燃料と空気との混合気体の断熱火炎温度が８００〜１２
００℃となるようにすると同時に第２段の触媒充填部へ
供給される混合気の断熱火炎温度が１２００〜１６００
℃となるように第１段の触媒充填部を通過している燃料
パイプから燃料を供給することを特徴とするガスタービ
ンの燃焼法０
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58173101A JPS6066022A (ja) | 1983-09-21 | 1983-09-21 | ガスタ−ビンの燃焼法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58173101A JPS6066022A (ja) | 1983-09-21 | 1983-09-21 | ガスタ−ビンの燃焼法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6066022A true JPS6066022A (ja) | 1985-04-16 |
Family
ID=15954191
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP58173101A Pending JPS6066022A (ja) | 1983-09-21 | 1983-09-21 | ガスタ−ビンの燃焼法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6066022A (ja) |
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-
1983
- 1983-09-21 JP JP58173101A patent/JPS6066022A/ja active Pending
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