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JP2774557B2 - Combustor for catalytic combustion type gas turbine - Google Patents

Combustor for catalytic combustion type gas turbine

Info

Publication number
JP2774557B2
JP2774557B2 JP1076431A JP7643189A JP2774557B2 JP 2774557 B2 JP2774557 B2 JP 2774557B2 JP 1076431 A JP1076431 A JP 1076431A JP 7643189 A JP7643189 A JP 7643189A JP 2774557 B2 JP2774557 B2 JP 2774557B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
catalyst
segment
premixer
combustor
gas turbine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP1076431A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH02259331A (en
Inventor
俊夫 阿部
靖 小沢
亨 山中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central Research Institute of Electric Power Industry
Kansai Electric Power Co Inc
Original Assignee
Central Research Institute of Electric Power Industry
Kansai Electric Power Co Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Central Research Institute of Electric Power Industry, Kansai Electric Power Co Inc filed Critical Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority to JP1076431A priority Critical patent/JP2774557B2/en
Publication of JPH02259331A publication Critical patent/JPH02259331A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2774557B2 publication Critical patent/JP2774557B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Landscapes

  • Gas Burners (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、ガスタービン燃焼器に関する。更に詳述す
ると、本発明は触媒燃焼と予混合燃焼とを併用したガス
タービン燃焼器に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a gas turbine combustor. More specifically, the present invention relates to a gas turbine combustor using both catalytic combustion and premixed combustion.

(従来の技術) ガスタービン用燃焼器にあっては、発電システムにお
ける熱効率と環境汚染を考慮し、NOxを低減しつつ燃焼
器出口の燃焼ガス温度を高くすることが要望される。一
方、低NOx燃焼の有力な手法の1つとして、触媒燃焼が
従来から提案されているが、触媒の耐熱温度との関係で
高温例えば1300℃程度の燃焼ガスを低NOx性を維持しつ
つ得ることは難しい。そこで、触媒燃焼と気相燃焼とを
組合せて、触媒温度を触媒の耐熱温度以下に保って触媒
の劣化を防ぎつつ、燃焼器出口の燃焼ガス温度を高くす
ることが考えられている。
(Prior Art) In a gas turbine combustor, it is demanded to increase the combustion gas temperature at the combustor outlet while reducing NOx in consideration of thermal efficiency and environmental pollution in a power generation system. On the other hand, catalytic combustion has been conventionally proposed as one of the prominent methods of low NOx combustion, but a high temperature, for example, about 1300 ° C. combustion gas is obtained while maintaining low NOx properties in relation to the heat resistant temperature of the catalyst. It is difficult. Therefore, it has been considered to increase the temperature of the combustion gas at the outlet of the combustor while maintaining the catalyst temperature at or below the heat-resistant temperature of the catalyst by combining the catalytic combustion and the gas phase combustion to prevent the catalyst from deteriorating.

このような燃焼器としては、触媒層の下流に気相燃焼
域を設け、触媒燃焼による高温ガス中に燃料を添加して
拡散燃焼させる方式が特開昭60−175925号に提案されて
いる。この燃焼方式は、第7図に示すように、ノズル10
3から噴射される燃料を予燃焼させて触媒燃焼に必要な
温度まで予熱した燃焼ガスを生成し、それを触媒101で
触媒燃焼させる一方、触媒101の中を貫通するパイプ102
を通して触媒101の出口部分に補助燃料を噴射させて燃
料濃度を上げ難燃性の燃料を拡散燃焼させ、燃焼ガスの
温度を高めるものである。
As such a combustor, Japanese Patent Laid-Open No. 60-175925 proposes a system in which a gas phase combustion zone is provided downstream of a catalyst layer, and fuel is added to high-temperature gas produced by catalytic combustion to perform diffusion combustion. This combustion method uses a nozzle 10 as shown in FIG.
The fuel injected from 3 is pre-burned to generate a combustion gas preheated to a temperature required for catalytic combustion, and the combustion gas is catalyzed by the catalyst 101, while a pipe 102 penetrating through the catalyst 101 is generated.
Auxiliary fuel is injected into the outlet portion of the catalyst 101 to increase the fuel concentration to diffuse and burn the flame-retardant fuel, thereby raising the temperature of the combustion gas.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、燃焼室内の全面を単一の触媒101で塞
いでいるため、大型の燃焼器を製作する場合には大型の
触媒を必要とする。ところが、大型の触媒は製作が大変
であると共に熱応力等に対し信頼性が著しく損われる不
利があり、現在工業的に実用化が困難であるとされてい
る。しかも経済的に相当高価なものとなる。
(Problems to be Solved by the Invention) However, since the entire surface of the combustion chamber is closed with a single catalyst 101, a large-sized catalyst is required when manufacturing a large-sized combustor. However, large catalysts are disadvantageous in that their production is difficult and their reliability is significantly impaired due to thermal stress and the like, and it is said that it is currently difficult to commercialize them industrially. Moreover, it is economically quite expensive.

また、第7図の燃焼器は、触媒出口の下流において拡
散燃焼させるため、この拡散燃焼によるNOxの増大の影
響を抑えることができず、触媒燃焼温度を低く抑えつつ
燃焼器出口のガス温度を高めようとする場合NOx低減効
果が低くなる問題を含んでいる。
In addition, since the combustor in FIG. 7 performs diffusion combustion downstream of the catalyst outlet, the effect of the increase in NOx due to the diffusion combustion cannot be suppressed, and the gas temperature at the combustor outlet is reduced while the catalyst combustion temperature is kept low. In the case of trying to increase it, there is a problem that the NOx reduction effect is reduced.

本発明は、既に工業的に実用化された小型触媒を利用
して信頼性が高く低NOxのガスタービン用大型燃焼器を
提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a large-sized combustor for a gas turbine with high reliability and low NOx using a small catalyst which has already been industrially put into practical use.

(課題を解決するための手段) かかる目的を達成するため、本発明の触媒燃焼式ガス
タービン用燃焼器は、予混合器を内蔵する予混合器セグ
メントと、触媒を充填しかつその上流側に予混合器を内
蔵した触媒セグメントとを並列に配置して集合させ、そ
の集合体によって予混合器セグメントからの予混合気を
触媒セグメントからの燃焼ガスにより燃焼させる大型燃
焼器を形成するようにしている。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the object, a combustor for a catalytic combustion gas turbine according to the present invention includes a premixer segment having a built-in premixer, a catalyst filled therein and an upstream side thereof. A catalyst segment containing a premixer is arranged in parallel and assembled, and the assembly forms a large combustor in which the premixed gas from the premixer segment is burned by the combustion gas from the catalyst segment. I have.

(作用) したがって、触媒温度、触媒入口流速等を触媒に最適
な条件に保ちながら触媒燃焼させる一方、触媒から噴射
される高温燃焼ガスの周りあるいは内側に通常の予混合
気より希薄な予混合気を噴射し、高温ガスを火種として
燃焼が不安定な予混合気を安定に燃焼させ、触媒燃焼と
希薄予混合燃焼の効果によりNOxの発生を抑制する。ま
た、予混合器セグメントから噴射される予混合気の濃度
を調整することにより、燃焼ガスの燃焼器出口温度を触
媒耐熱温度以上の高温に上昇できる。また、触媒は燃焼
器の大きさに関係なく、触媒セグメントの数と大きさに
よって決定され、最適な寸法に小型化できる。
(Action) Accordingly, while the catalyst is burned while maintaining the catalyst temperature, the catalyst inlet flow rate, and the like at optimal conditions for the catalyst, the premixed gas that is leaner than the normal premixed gas around or inside the high-temperature combustion gas injected from the catalyst. To stably combust the premixed gas whose combustion is unstable by using high temperature gas as a fire, and suppress the generation of NOx by the effects of catalytic combustion and lean premixed combustion. Further, by adjusting the concentration of the premixed gas injected from the premixer segment, the combustor outlet temperature of the combustion gas can be raised to a temperature higher than the catalyst heat-resistant temperature. The size of the catalyst is determined by the number and size of the catalyst segments regardless of the size of the combustor, and the size can be reduced to an optimum size.

また、セグメントの集合体によってバーナが構成され
ているため、セグメントの交換によって触媒及びその他
の部品の交換を行ない、更にセグメント数の増減によっ
て大小各種サイズのガスタービンを構成する。
Further, since a burner is constituted by an aggregate of segments, catalysts and other parts are exchanged by exchanging segments, and gas turbines of various sizes, large and small, are constituted by increasing or decreasing the number of segments.

(実施例) 以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳
細に説明する。
(Examples) Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on examples shown in the drawings.

第1図に本発明の触媒燃焼式ガスタービン用燃焼器の
概略構造を中央縦断面図で示す。この触媒燃焼式ガスタ
ービン用燃焼器は、予混合器7を内蔵した予混合器セグ
メント4と、小型の触媒5を充填しかつその上流側に予
混合器6を内蔵した触媒セグメント3とを並列に配置
し、その集合体によって大型のバーナ1を構成するよう
にしている。燃焼器は、通常ケーシング11とライナ12と
の2重筒構造が採られ、ライナ12とケーシング11との間
に空気の流路13が形成されて、ガスタービン側から供給
される圧縮空気Aをライナ12の内側の燃焼室2に予混合
器セグメント4と、触媒セグメント3及びライナ冷却空
気孔14から夫々噴射するように設けられている。また、
ライナ12に二次空気孔が設けられる場合にはそこからも
空気Aが噴射される。
FIG. 1 is a central longitudinal sectional view showing a schematic structure of a combustor for a catalytic combustion type gas turbine of the present invention. In this catalytic combustion type gas turbine combustor, a premixer segment 4 containing a premixer 7 and a catalyst segment 3 filled with a small catalyst 5 and having a premixer 6 built in parallel are arranged in parallel. And a large burner 1 is constituted by the assembly. The combustor usually has a double cylinder structure of a casing 11 and a liner 12, an air flow path 13 is formed between the liner 12 and the casing 11, and the compressed air A supplied from the gas turbine side is formed. The premixer segment 4 is provided in the combustion chamber 2 inside the liner 12 so as to be injected from the catalyst segment 3 and the liner cooling air hole 14, respectively. Also,
If the liner 12 is provided with a secondary air hole, the air A is also injected therefrom.

前記予混合器セグメント4は内部に予混合器7を設
け、定格運転時に所定の空気比例えば触媒セグメント3
内に供給される予混合気よりも若干濃いが、通常の予混
合燃焼器における予混合気濃度よりは薄い予混合気を燃
焼室内に供給するようにしている。予混合器7は、例え
ば第3図(A)に示すようにベンチュリー管15と燃料噴
射ノズル10とによって構成されており、エゼクタ効果に
よってノズル10周辺の燃焼用空気Aを吸引し、所定濃度
の予混合気を得るように設けられている。また、予混合
器セグメント4は、第3図(B)に示すように、出口に
スワラ16を設けて予混合気を燃焼室2内に旋回噴射させ
るように設け、燃焼室2内において触媒セグメント3か
ら噴射される燃焼ガスとの拡散混合性を高めることも可
能である。また、第3図(C)に示すようにセグメント
4の出口に点火器17を設けてガスタービン起動時に予混
合バーナとして作動させるようにしても良い。この場
合、燃焼噴射ノズル10から噴射される燃料Fは、調整弁
(図示省略)等によって、空気圧の低い起動時および部
分負荷時例えば20%負荷時まではエゼクタ効果によって
燃焼用空気Aが吸引されて火着きが良く安定して燃焼す
る適当な空気比の予混合気を得るように制御されている
ものの、定格運転時には空気圧が上昇するためにエゼク
タ効果が消失し燃料濃度が低下する。したがって、起動
時には予混合バーナとして機能するが、定格運転に移行
すると自動的に失火してしまい、薄い予混合気を噴出す
る。また、予混合バーナは噴射燃料を調節することによ
って燃料濃度を下げ、強制的に失火させることもある。
更に、第3図(D)に示すように、スロート18と旋回器
19と点火器17を有する燃料噴射ノズル10とによって、チ
ューブ4の上流側に予混合バーナ兼混合器20を構成する
ようにしても良い。チューブ4内の下流側には予燃焼室
21が形成され、ガスタービン起動時に予燃焼室21内で予
混合気を燃焼させ、ガスタービン負荷の上昇と共に増大
する燃焼用空気の供給圧力によって空気比を大きくして
自動的にまたは強制的に失火させ、セグメント下流の燃
焼室2に薄い予混合気を供給するように設けられてい
る。更に、第3図(E)に示すように、第3図(D)の
実施例のものの出口にスワラー16を設け、予混合気を旋
回させて燃焼室2内に供給し、触媒セグメント3から噴
射される燃焼ガスの拡散混合性を高めるようにしても良
い。
The premixer segment 4 is provided with a premixer 7 therein, and has a predetermined air ratio, such as the catalyst segment 3 during rated operation.
The premixed gas supplied to the combustion chamber is slightly richer than the premixed gas supplied into the combustion chamber, but is thinner than the premixed gas concentration in a normal premixed combustor. The premixer 7 is composed of, for example, a venturi tube 15 and a fuel injection nozzle 10 as shown in FIG. 3 (A), sucks combustion air A around the nozzle 10 by an ejector effect, and It is provided to obtain a premixed gas. As shown in FIG. 3 (B), the premixer segment 4 is provided with a swirler 16 at the outlet so that the premixed gas is swirled and injected into the combustion chamber 2. It is also possible to enhance the diffusion mixing with the combustion gas injected from the fuel gas 3. Further, as shown in FIG. 3 (C), an igniter 17 may be provided at the outlet of the segment 4 to operate as a premix burner when the gas turbine is started. In this case, the combustion air A is sucked by the ejector effect of the fuel F injected from the combustion injection nozzle 10 by an adjusting valve (not shown) or the like at the time of starting with low air pressure and at the time of partial load, for example, at the time of 20% load. Although it is controlled so as to obtain a premixed gas having an appropriate air ratio that burns well and stably burns, at the time of rated operation, the air pressure rises, so that the ejector effect disappears and the fuel concentration decreases. Therefore, it functions as a premix burner at the time of startup, but automatically misfires when shifting to rated operation, and a thin premixed gas is ejected. Premixed burners may also reduce fuel concentration by adjusting the injected fuel and forcibly misfire.
Further, as shown in FIG. 3 (D), the throat 18 and the swivel
The premixing burner / mixer 20 may be configured on the upstream side of the tube 4 by the fuel injection nozzle 10 having the igniter 17 and the igniter 17. In the downstream side of the tube 4 is a pre-combustion chamber
When the gas turbine is started, the premixed gas is burned in the pre-combustion chamber 21 at the time of starting the gas turbine, and the air ratio is increased by the supply pressure of the combustion air which increases with the increase of the gas turbine load. It is provided to misfire and to supply a thin premixture to the combustion chamber 2 downstream of the segment. Further, as shown in FIG. 3 (E), a swirler 16 is provided at the outlet of the embodiment of FIG. 3 (D), and the premixed gas is swirled and supplied into the combustion chamber 2 so that the catalyst mixture 3 The diffusion mixing property of the injected combustion gas may be increased.

また、触媒セグメント3は、触媒5を充填しかつその
上流側に予混合器6を備えるようにしている。例えば、
触媒セグメント3は、第2図(A)に示すように、ベン
チューリ管22の最小径部に燃料噴射ノズル9の出口を開
口し、燃焼用空気によって燃料を吸引予混合する予混合
器6をチューブ3の上流側に構成し、出口に触媒5を充
填して成る。また、第2図(B)に示すように、触媒5
を加工して触媒5自体の出口側にスワラー23を形成した
り、第2図(C)に示すように触媒5とは別に触媒5の
下流にスワラー24を独立して設けることにより、燃焼ガ
スを旋回噴射させるようにしても良い。更に、第2図
(D)に示すように、触媒5の上流に予混合器6を、更
にその予混合器6の上流に点火器32を有する拡散バーナ
25を設け、予混合器6と拡散バーナ25との間に予燃焼室
26を形成することもある。この場合、予燃焼室26には燃
料Fと平行に一次空気Aを、また径方向の二次空気孔27
から二次空気Aを供給し、燃料Fと空気Aとを混合しな
がら燃焼させるようにしている。また、第2図(E)に
示すように、拡散バーナ25の周囲に拡散バーナ25の噴射
軸と斜交するように予混合器28を設置するようにしても
良い。また、第2図(F)及び(G)に示すように、第
2図(D),(E)の拡散バーナ部25をスロート30とス
ワラー31と点火器32を有する燃料噴射ノズル9とから成
る予混合バーナ兼予混合器29に置き換えても良い。更
に、第2図(H)に示すように、触媒5と予混合器6と
の間にスワラー33を設け、混合性を向上させるようにし
ても良い。また、予混合器としてはベンチューリー管以
外の構造のものでも良く、例えばエゼクタを利用したも
のでも可能である。
The catalyst segment 3 is filled with the catalyst 5 and has a premixer 6 upstream thereof. For example,
As shown in FIG. 2 (A), the catalyst segment 3 has an opening of an outlet of a fuel injection nozzle 9 at a minimum diameter portion of the Venturi tube 22 and a premixer 6 for sucking and premixing fuel with combustion air. 3 and the outlet is filled with a catalyst 5. In addition, as shown in FIG.
By forming a swirler 23 at the outlet side of the catalyst 5 itself, or by providing a swirler 24 independently downstream of the catalyst 5 separately from the catalyst 5 as shown in FIG. May be swirled. Further, as shown in FIG. 2 (D), a diffusion burner having a premixer 6 upstream of the catalyst 5 and an igniter 32 upstream of the premixer 6
25, a pre-combustion chamber is provided between the premixer 6 and the diffusion burner 25.
May form 26. In this case, the primary air A and the secondary air holes 27 in the radial direction are
Supplies secondary air A, and mixes fuel F and air A for combustion. Further, as shown in FIG. 2 (E), a premixer 28 may be provided around the diffusion burner 25 so as to be oblique to the injection axis of the diffusion burner 25. Also, as shown in FIGS. 2 (F) and 2 (G), the diffusion burner 25 of FIGS. 2 (D) and 2 (E) is connected to the throat 30, the swirler 31, and the fuel injection nozzle 9 having the igniter 32. May be replaced with a premixing burner / premixer 29. Further, as shown in FIG. 2 (H), a swirler 33 may be provided between the catalyst 5 and the pre-mixer 6 to improve the mixing property. Further, the premixer may have a structure other than the Venturi tube, and may use, for example, an ejector.

前記予混合器セグメント4及び触媒セグメント3の構
成材料といては、耐熱性材料例えば耐熱合金やセラミッ
クス等の使用が好ましく、最も好ましくはセラミックス
の使用である。例えば、各セグメント3,4は全体がセラ
ミックスによって、あるいはセラミックスの内張を耐熱
合金等に施すことによってチューブ状に成形されてい
る。ここで、セラミックスとしては、例えば炭化ケイ素
系セラミックス、窒化ケイ素系セラミックス、サイアロ
ン(Sialon)等の使用が好ましい。
As a constituent material of the premixer segment 4 and the catalyst segment 3, it is preferable to use a heat-resistant material such as a heat-resistant alloy or ceramics, and most preferably to use ceramics. For example, each of the segments 3 and 4 is formed in a tube shape by entirely using ceramics or by lining the ceramics with a heat-resistant alloy or the like. Here, as the ceramic, it is preferable to use, for example, silicon carbide ceramics, silicon nitride ceramics, Sialon, or the like.

また、触媒5としては、多数の貫通孔を有する一体型
の触媒が使用可能であり、ハニカム型、海綿型若しくは
繊維型の一体型母材の表面に活性成分を担持したものが
好ましく、最も好ましくはハニカム型母材の使用であ
る。さらに、触媒5の構成材料としては、耐熱合金ある
いはセラミックス等の母材および貴金属あるいは卑金属
酸化物等の活性成分の使用が好ましい。ここで、耐熱合
金としてはインコネル、ハステロイ、セラミックスとし
てはコーディエライト、窒化ケイ素、貴金属としては白
金、パラジウム、卑金属酸化物としてはクロム酸化物、
コバルト酸化物等の使用が好ましい。この触媒5は熱応
力や信頼性等を考慮してその大きさが決定されるが、小
径であることが好ましく、例えば直径15cm以下のものの
使用が好ましい。
Further, as the catalyst 5, an integrated catalyst having a large number of through holes can be used, and a catalyst in which an active component is supported on the surface of a honeycomb, sponge or fiber integrated base material is preferable, and most preferable. Is the use of a honeycomb-type base material. Further, as a constituent material of the catalyst 5, it is preferable to use a base material such as a heat-resistant alloy or ceramics and an active component such as a noble metal or a base metal oxide. Here, Inconel, Hastelloy as the heat-resistant alloy, cordierite, silicon nitride as the ceramics, platinum and palladium as the noble metals, chromium oxide as the base metal oxide,
Use of cobalt oxide or the like is preferred. The size of the catalyst 5 is determined in consideration of thermal stress, reliability, and the like. However, it is preferable that the catalyst 5 has a small diameter, for example, a catalyst having a diameter of 15 cm or less.

この触媒5は、第6図に示すように、セラミックスで
形成されたスナップリング34を使用してセグメント3に
固定されている。スナップリング34は、例えばC形リン
グの一側端に触媒5を固定する爪35を形成して成り、肉
厚を薄く成形することによって着脱時の変形が可能な程
度の弾力性を得る。このスナップリング34をチューブ3
内の触媒5の前後の環状溝36に嵌め込んで触媒5を固定
する。また、スナップリング34の所々にある程度の肉厚
部を形成し、その肉厚部分で触媒5を係止するよう設け
ることも可能である。また、各セグメント3,4は、安定
燃焼が得られるように、自由に配置することが可能であ
る。例えば、第4図に例示する如く、予混合器セグメン
ト4の周囲に触媒セグメント3を環状に配置したり
[(A)図]、1個の触媒セグメント3の周囲に予混合
器セグメント4を環状に配置したり[(B)図]、複数
個の触媒セグメント3の間に複数個を1組とする複数組
の予混合器セグメント4を配置したり[(C)図]、中
央に予混合器セグメント4を配置し、その周囲に触媒セ
グメント3を円周状に配置すると共に更にその外側を予
混合器セグメント4で包囲する[(D)図]ことが可能
である。また、各セグメント3,4の断面形状は第4図
(E)に示すように円形及び非円形のいずれでも良く、
また三次元的に配置することも可能である。例えば、第
5図(A)に示すように、触媒セグメント3に対し予混
合器セグメント4が下流側に開口するように異なる平面
上に配置したり、第5図(B)に示すように、触媒セグ
メント3の噴射軸に対し予混合器セグメント4のそれを
交差させて配置させることも可能である。
As shown in FIG. 6, the catalyst 5 is fixed to the segment 3 using a snap ring 34 made of ceramics. The snap ring 34 is formed, for example, by forming a claw 35 for fixing the catalyst 5 on one side end of the C-shaped ring, and is formed to have a small thickness so as to obtain elasticity such that deformation at the time of attachment and detachment is possible. Insert this snap ring 34 into the tube 3
The catalyst 5 is fixed by being fitted into the annular grooves 36 before and after the catalyst 5 inside. Further, it is also possible to form a thick part to some extent in the snap ring 34 and to provide the catalyst 5 at the thick part. The segments 3 and 4 can be freely arranged so that stable combustion can be obtained. For example, as illustrated in FIG. 4, the catalyst segment 3 is annularly arranged around the premixer segment 4 (see FIG. 4A), or the premixer segment 4 is annularly arranged around one catalyst segment 3. [Figure (B)], or a plurality of sets of premixer segments 4 each including a plurality of catalyst segments 3 [Figure (C)], and premixing in the center. It is possible to arrange the reactor segment 4 around which the catalyst segment 3 is circumferentially arranged and further surround the outside thereof with the premixer segment 4 [FIG. Further, the cross-sectional shape of each of the segments 3 and 4 may be either circular or non-circular as shown in FIG.
It is also possible to arrange them three-dimensionally. For example, as shown in FIG. 5 (A), the premixer segment 4 is arranged on a different plane so as to open downstream on the catalyst segment 3, or as shown in FIG. 5 (B). It is also possible to arrange the premixer segment 4 crossing the injection axis of the catalyst segment 3.

以上のように構成した本発明のガスタービン用燃焼器
によると、LNG、LPG、石炭ガス化ガス等の低カロリーガ
スその他のガス燃料及びジーゼル油、メタノール等の液
体燃料を、触媒耐熱温度以下即ち断熱火炎温度800℃〜1
300℃相当分だけ触媒セグメント3に注入して触媒燃焼
させる一方、予混合器セグメント4に残りの燃料を注入
して予混合気を生成し、それを触媒セグメント3から噴
射される高温ガスの周囲に噴射し、高温ガスを火種とし
て予混合燃焼させることによって、ガスタービン用燃焼
器として必要な燃焼器出口温度例えば1300℃の燃焼ガス
を得る。
According to the gas turbine combustor of the present invention configured as described above, LNG, LPG, low-calorie gas and other gas fuels such as coal gasification gas and diesel fuel, liquid fuel such as methanol, the catalyst heat-resistant temperature or less, Adiabatic flame temperature 800 ℃ ~ 1
The remaining fuel is injected into the premixer segment 4 to generate a premixed gas, which is injected into the catalyst segment 3 by an amount corresponding to 300 ° C. to generate catalytic combustion. And a premixed combustion using the high-temperature gas as an ignition source to obtain a combustion gas having a combustor outlet temperature of, for example, 1300 ° C. necessary for a gas turbine combustor.

(発明の効果) 以上の説明より明らかなように、本発明は、予混合器
セグメントと触媒セグメントとの集合体によって予混合
器セグメントからの予混合気を触媒セグメントからの燃
焼ガスにより燃焼させる大型燃焼器を構成するようにし
ているので、燃焼器の大きさに関係なく触媒を小型化で
き、触媒内に生じる応力及び熱応力が軽減され触媒の構
造体としての信頼性を確保できる。また、触媒温度を低
く抑えられるために触媒寿命を延ばして触媒交換頻度を
少なくでき、メンテナンス費用を低減できる。特にセグ
メントチューブをセラミックスで構成する場合、セグメ
ントの寿命が延びるため交換頻度を少なくできる。更
に、予混合器セグメントから噴射される予混合気の濃度
を調整することにより燃焼器出口温度を触媒耐熱温度以
上の任意温度にまで上昇させ得るため、ガスタービンの
発電効率を向上できる。
(Effects of the Invention) As is apparent from the above description, the present invention provides a large-sized combustion apparatus in which the premixed gas from the premixer segment is burned by the combustion gas from the catalyst segment by the aggregate of the premixer segment and the catalyst segment. Since the combustor is configured, the size of the catalyst can be reduced regardless of the size of the combustor, and the stress and thermal stress generated in the catalyst can be reduced, and the reliability of the structure of the catalyst can be ensured. Further, since the catalyst temperature can be kept low, the life of the catalyst can be extended, the frequency of catalyst replacement can be reduced, and maintenance costs can be reduced. In particular, when the segment tube is made of ceramics, the replacement frequency can be reduced because the life of the segment is extended. Furthermore, by adjusting the concentration of the premixed gas injected from the premixer segment, the combustor outlet temperature can be raised to an arbitrary temperature equal to or higher than the catalyst heat-resistant temperature, so that the power generation efficiency of the gas turbine can be improved.

一方、セグメント化によって部品交換が容易になると
共にセグメントの増減によって大小各種サイズのガスタ
ービンに容易に対応できる。
On the other hand, the segmentation makes it easy to replace parts, and the increase and decrease of the segments makes it easy to cope with gas turbines of various sizes.

更に、触媒燃焼とその燃焼ガスを火種とする安定な予
混合燃焼によってNOxの生成を微量に抑えることができ
るので、発電設備の触媒装置が不要または簡素化でき、
NOx対策費が大幅に削減できる。
Furthermore, NOx generation can be suppressed to a very small amount by catalytic combustion and stable premixed combustion using the combustion gas as a kind of fire, so that a catalyst device for power generation equipment can be unnecessary or simplified,
NOx countermeasure costs can be significantly reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の原理図、第2図(A)〜(H)は各々
触媒セグメントの実施例を示す中央縦断面図、第3図
(A)〜(E)は各々予混合器セグメントの実施例を示
す中央縦断面図、第4図(A)〜(E)は各々セグメン
トの配置例を示す正面図、第5図(A)及び(B)はセ
グメントの配置を三次元的にした実施例のバーナ部分の
概略構造を示す中央縦断面図、第6図(A)は触媒のセ
グメントチューブへの取付け構造の一例を示す中央縦断
面図、第6図(B)はスナップリングの一例を示す斜視
図である。第7図は従来の触媒燃焼式ガスタービン用燃
焼器の一例を示す概略構造図である。 1……バーナ部、2……燃焼室、3……触媒セグメン
ト、4……予混合器セグメント、5……触媒、6……予
混合器、7……予混合器、20……予混合バーナ、17,32
……点火器、25……拡散バーナ、29……予混合バーナ兼
予混合器、34……スナップリング、36……溝。
FIG. 1 is a principle view of the present invention, FIGS. 2 (A) to 2 (H) are central longitudinal sectional views each showing an embodiment of a catalyst segment, and FIGS. 3 (A) to 3 (E) are each a premixer segment. 4 (A) to 4 (E) are front views each showing an example of the arrangement of segments, and FIGS. 5 (A) and 5 (B) show the arrangement of the segments three-dimensionally. FIG. 6 (A) is a central longitudinal sectional view showing an example of a structure for attaching a catalyst to a segment tube. FIG. 6 (B) is a central longitudinal sectional view showing an example of a structure for attaching a catalyst to a segment tube. It is a perspective view showing an example. FIG. 7 is a schematic structural view showing an example of a conventional combustor for a catalytic combustion type gas turbine. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Burner part, 2 ... Combustion chamber, 3 ... Catalyst segment, 4 ... Premixer segment, 5 ... Catalyst, 6 ... Premixer, 7 ... Premixer, 20 ... Premix Burner, 17,32
... igniter, 25 ... diffusion burner, 29 ... premix burner / premixer, 34 ... snap ring, 36 ... groove.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−108332(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F23R 3/40──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-58-108332 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) F23R 3/40

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】予混合器を内蔵する予混合器セグメント
と、触媒を充填しかつその上流側に予混合器を内蔵した
触媒セグメントとを並列に配置して集合させ、その集合
体によって前記予混合器セグメントからの予混合気を前
記触媒セグメントからの燃焼ガスにより燃焼させる大型
燃焼器を形成することを特徴とする触媒燃焼式ガスター
ビン用燃焼器。
1. A premixer segment containing a premixer and a catalyst segment filled with a catalyst and containing a premixer upstream of the premixer segment are arranged in parallel and assembled. A combustor for a catalytic combustion type gas turbine, wherein a large-sized combustor for burning a premixed gas from a mixer segment with a combustion gas from the catalyst segment is formed.
【請求項2】前記予混合器セグメント若しくは前記触媒
セグメントをセラミックスで構成することを特徴とする
請求項1記載の触媒燃焼式ガスタービン用燃焼器。
2. A combustor for a catalytic combustion type gas turbine according to claim 1, wherein said premixer segment or said catalyst segment is made of ceramics.
【請求項3】前記触媒セグメントの予混合器の上流に、
点火器を有する予熱バーナを設けたことを特徴とする請
求項1記載または請求項2の触媒燃焼式ガスタービン用
燃焼器。
3. The catalyst segment upstream of a premixer,
3. A combustor for a catalytic combustion type gas turbine according to claim 1, further comprising a preheating burner having an igniter.
【請求項4】前記予混合器セグメントの予混合器は点火
器を有し、ガスタービン起動時から部分負荷までの間に
予混合バーナとしての機能を有することを特徴とする請
求項1から請求項3までのいずれかに記載の触媒燃焼式
ガスタービン用燃焼器。
4. The premixer of the premixer segment has an igniter, and has a function as a premix burner from the start of the gas turbine to a partial load. Item 4. A combustor for a catalytic combustion type gas turbine according to any one of Items 3 to 4.
【請求項5】前記予混合器セグメントの内部に点火器を
設け、ガスタービン起動時から部分負荷時までの間に当
該セグメントの内部で予混合気を燃焼させ、ガスタービ
ン負荷の上昇と共に失火させてセグメント下流に予混合
気を供給する機能を有することを特徴とする請求項1か
ら請求項3までのいずれかに記載の触媒燃焼式ガスター
ビン用燃焼器。
5. An igniter is provided inside the premixer segment, and the premixed gas is burned inside the segment between the time of starting the gas turbine and the time of partial load, and is caused to misfire with the increase of the gas turbine load. 4. The combustor for a catalytic combustion type gas turbine according to claim 1, wherein the combustor has a function of supplying a premixed gas downstream of the segment.
【請求項6】前記触媒は、その前後のセラミックスチュ
ーブの内周面に円周方向の環状の溝を設け、該溝にセラ
ミックス製のスナップリングを嵌め込むことによって固
定することを特徴とする請求項2から請求項5までのい
ずれかに記載の触媒燃焼式ガスタービン用燃焼器。
6. The catalyst according to claim 1, wherein a circumferential annular groove is provided on an inner peripheral surface of the ceramic tube before and after the catalyst, and a ceramic snap ring is fitted into the groove. A combustor for a catalytic combustion type gas turbine according to any one of claims 2 to 5.
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