2章 各要素の研究
1.環境負荷低減技術の研究
1.1低NOx燃焼器の研究
a)燃焼器試験装置・燃焼器試験
1)目的
低NOx燃焼器の研究を行うため、平成10年度は燃焼器試験装置を設計、製作する。また供試燃焼器を設計、製作し、燃焼器試験を行う。
2)燃焼器試験装置
SMGTの燃焼器は4缶のマルチキャン型であるが、燃焼試験による評価は燃焼器1缶で行えば良いため、単筒燃焼器による試験装置を設計、製作した(図1.1-1)。燃焼器入口空気温度や空気流速が燃焼器性能に与える影響が大きいため、できるだけ実機に近い条件で試験できるように設計されている。空気は、空気源によって供給され、空気加熱ヒーターで600℃まで昇温される。加熱された空気は、プレナムチャンバーで静圧を回復した後に燃焼器へと流れる。供試燃焼器部では、プレナムチャンバーからの空気と、別途に制御・供給される燃料が、ライナ内で混合、燃焼する。燃焼ガスは計測ダクトに導かれ、温度分布、排ガス成分等を計測する。燃焼器内での火炎の様子は、冷却塔後方にあるのぞき窓からビデオカメラでモニタすることができる。
3)燃焼器試験
供試燃焼器(図1.1-2)の設計、製作を行った。燃焼器は低NOx手法として、希薄予混合燃焼+追焚き方式を採用している。燃料系統は、パイロット、メイン、追焚きの3 つに分かれている。メイン燃料はラジアル・スワーラから入る空気中に噴射し、燃焼領域に達する前に予蒸発予混合を行う。追焚き燃料は一次燃焼領域の後流に噴射され、運転範囲の拡大とNOx の還元を狙いとする。パイロット燃料は着火、保炎、低負荷用である。
供試燃焼器の燃焼試験を行い、燃空比相対値(100%負荷での燃空比を1とする)および燃料配分を変更してNOx性能、燃焼安定性に関して調べた(図1.1-3)。100%負荷において追焚きを使用した場合のNOxは、追焚きを使用せずにパイロットとメインだけで燃焼させた場合に対して1/3以下となり、本燃焼器の特徴のひとつである追焚きの効果が大きいことが確認された。また、追焚きのみの制御で燃空比相対値が0.85〜1.15の範囲をNOx一定のまま運転することができる。
さらなる低NOx化をはかるには、予混合燃焼範囲の改良が必要がある。そのためには、メイン燃料のさらなる希薄予混合化、かつ安定燃焼を実現することが、今後の改良点として挙げられる。
4)まとめ
平成10年度は、低NOx燃焼器の燃焼試験装置および供試燃焼器を設計、製作し、燃焼器試験を行った。供試燃焼器の基本性能に関するデータを得、燃焼器改良の方向性が分かった。
b)バーナー部試験装置・バーナー部試験
1)目的
低NOx燃焼器の重要な要素であるバーナー部の研究を行うために、平成10年度はバーナー部試験装置の設計、製作を行う。また、供試バーナー部の燃焼試験を行う。
2)バーナー部試験装置
バーナー部は燃焼器においてNOx性能、燃焼安定性を大きく作用する要素であるが、燃焼器試験では追焚きやライナ冷却等の影響が入るため、バーナー部単体の評価は難しい。
