CN105864760B - 喷雾喷嘴以及使用了喷雾喷嘴的燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供兼得喷雾流体的微粒化的促进以及喷雾流体的微粒化所使用的喷雾用介质的使用量的减少、加压力的减少的喷雾喷嘴。喷雾喷嘴具有：使喷雾流体以及喷雾用介质混合的混合室、向上述混合室供给上述喷雾流体的喷雾流体流路、向上述混合室供给上述喷雾用介质的喷雾用介质流路以及将在上述混合室混合的上述喷雾流体与上述喷雾用介质的混合流体向外部喷雾的出口孔，该喷雾喷嘴的特征在于，上述喷雾用介质流路具备向上述混合室供给上述喷雾用介质的第一喷雾用介质供给孔以及向上述混合室的比上述第一喷雾用介质供给孔更靠下游侧供给上述喷雾用介质的第二喷雾用介质供给孔，上述第二喷雾用介质供给孔向上述出口孔的附近供给上述喷雾用介质。

Description

喷雾喷嘴以及使用了喷雾喷嘴的燃烧装置

技术领域

本发明涉及喷雾喷嘴以及具备了喷雾喷嘴的燃烧装置，特别是涉及使用气体(喷雾用介质)对液体燃料(喷雾流体)进行微粒化的二流体喷雾方式的喷雾喷嘴以及具备了该喷雾喷嘴的燃烧装置。

背景技术

在燃气轮机的燃烧器等燃烧装置中，要求有能够应对多种燃料的所谓的燃料的多样化与燃烧废气中的未燃烧部分、氮氧化物(NOx)的减少之类的较高环境性能的兼得。

相对于燃料的多样化，一部分的燃气轮机使用所谓的双燃料燃烧器，该双燃料燃烧器根据燃料的供给状况，除了天然气所代表的燃料气体之外，还使用轻油、A重油等液体燃料。在双燃料燃烧器中，即使气体燃料与液体燃料的一方的燃料的供给迟延，也能够使用另一方的燃料来运转。

相对于较高的环境性能，在为燃气轮机的燃烧器的情况下，主要要求因燃烧而被排出的氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)、煤尘的减少。氮氧化物(NOx)的减少能够减少空气中的氮气被高温氧化而产生的热NOx，这被重视。热NOx的减少应用在使过度的空气与燃料预先混合后使其燃烧的稀薄预混燃烧方式较有效。稀薄预混燃烧方式供给比燃料的完全燃烧所需的空气量更多的空气，使燃料与空气在燃烧前混合，从而均匀地以低温燃烧，进而抑制热NOx的生成。

在使用液体燃料时，在为燃气轮机的燃烧器的情况下，也优选为了NOx的减少，而应用上述的稀薄预混燃烧方式。在为液体燃料的情况下，为了稀薄预混燃烧，需要在燃烧前使液体状的燃料成分预先气化而与空气混合。此时，若使液体燃料微粒化，则液体燃料的单位重量的表面积增加，从而容易气化。在应用于其他的燃烧装置的情况下，若也使液体燃料微粒化，则单位重量的表面积增加，从而燃烧反应变快，进而从燃烧时的余烬产生的CO、未燃部分减少。因此，液体燃料的微粒化促进相对于NOx、CO、未燃部分的减少称为重要的项目之一。

在一个使液体燃料微粒化的喷雾喷嘴，存在与作为喷雾流体的液体燃料一同供给作为用于微粒化的喷雾用介质的空气、蒸气，使两者混合从而微粒化的二流体喷雾方式。通常，二流体喷雾方式与使喷雾流体单独地微粒化的一流体喷雾方式相比，通过大容量的喷雾的微粒化性能较高。另外，即使液体燃料的供给量变化，也通过对喷雾用介质的供给量进行调整，而能够减少微粒化性能的变化。因此，通常使用在燃烧负荷变化的燃气轮机燃烧器等燃烧装置中。

在二流体喷雾方式的喷雾喷嘴(以下，仅记载为喷雾喷嘴)中，要求提高微粒化性能，并且减少喷雾流体的供给压力、喷雾用介质的使用量、供给压力，减少喷雾所需的能量使用量。因此，喷雾所需的能量使用量较少，能够以高效率微粒化的喷雾喷嘴的研究正在进展。

在日本特开昭62-186112号公报(专利文献1)公开了使喷雾流体与喷雾用介质在设置于喷雾喷嘴的流路内的空间(内部混合室)混合，使混合后的混合流体从多个出口孔喷出的所谓的内部混合方式的喷雾喷嘴的例子。该喷雾喷嘴在内部混合室使喷雾流体与喷雾用介质混合来微粒化。另外，混合流体从出口孔以高速喷出，从而与周围的气体产生速度差，进而在混合流体中的喷雾流体作用有剪切力而微粒化。

在日本特开平9-239299号公报(专利文献2)公开了使喷雾流体与喷雾用介质的混合流体对置地流动，在出口孔附近使混合流体碰撞，从而促进微粒化的方法的喷雾喷嘴的例子。在专利文献2所记载的喷雾喷嘴中，混合流体从出口孔呈扇状喷出，因此根据其喷雾形状也称为扇形喷雾(Fan spray)式。该喷雾喷嘴相对于专利文献1的喷雾喷嘴，在出口孔附近使混合流体碰撞，从而喷雾流体与喷雾用介质的混合进展。另外，在从出口孔喷出时，也呈扇型喷出，因此具有与周围的气体的边界面较多的特征。

在日本特开平4-254109号公报(专利文献3)公开了在内部的中央设置喷射喷雾流体的孔与位于其下游的两级节流部的喷雾喷嘴的例子。从两级节流部的上游侧供给喷雾用介质，利用节流部使喷雾流体与喷雾用介质混合。将喷雾流体以高速供给至节流部，从而也能够使用喷雾流体的较高的动量对喷雾用介质进行吸引。通过该喷雾用介质的吸引效果，能够减少喷雾用介质的供给压力。另外，从喷雾流体的外周侧混合喷雾用介质，使其通过节流部，从而能够缩小从出口孔喷出的混合流体的喷出角度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭62-186112号公报

专利文献2：日本特开平9-239299号公报

专利文献3：日本特开平4-254109号公报

上述专利文献1所公开的喷雾喷嘴使喷雾流体与喷雾用介质在内部混合室混合，使两者的混合流体从多个出口孔喷出。微粒化主要取决于内部混合室内的混合以及与混合流体从出口孔以高速喷出时的周围的气体的速度差带来的剪切力。但是，若混合流体的流速在内部混合室降低，则微粒化的喷雾流体因喷雾流体的表面张力而结合，从而生成粗大粒子。特别地，若喷雾流体与内部混合室的壁面碰撞，则在壁面产生液膜，而与喷雾用介质分离。

液膜在壁面附近的流速较高的情况下因剪切力而从壁面分离，虽与喷雾用介质再次混合，但在壁面附近的流速较低的情况下，液膜长大。在该液膜到达出口孔而向喷雾喷嘴的外部被释放的情况下，虽因出口孔处的较高的流速而成为液滴，但由于与喷雾用介质的混合为进展，所以液滴的粒子直径较大。因此，与在出口孔的中央部流经的混合流体相比，存在从出口孔的周围部分喷出的混合流体中的喷雾流体的粒子直径增大的情况。

另外，上述专利文献1、2所公开的喷雾喷嘴使喷雾流体与喷雾用介质在喷雾喷嘴内混合，因此需要将两者的供给压力形成恒定范围。作为液体的喷雾流体通常密度较高，从而提高供给压力时的体积变化较小。另一方面，作为气体的喷雾用介质通常密度较低，从而提高供给压力时的体积变化较大。因此，提高喷雾用介质的供给压力时的能量使用量与喷雾流体相比较大。通常，若提高喷雾流体与喷雾用介质的供给压力，则微粒化性能提高，但从能量使用量的减少方面来看，喷雾用介质的供给压力受到制约。

另外，上述专利文献3所公开的二流体喷雾喷嘴在节流部的上游侧，使喷雾用介质从喷雾流体的周围混合，因此喷雾流体难以附着于喷雾喷嘴的隔壁。因此，能够抑制在壁面产生液膜而引起的粗大粒子的生成。但是，需要相对于喷雾流体的喷出孔将节流部设置于喷出孔的轴线上。由于存在节流部的配置方面的制约，所以不适合大容量的喷雾喷嘴。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种抑制在内部混合室的壁面附近形成的液膜到达喷雾喷嘴的出口孔，从而提高喷雾喷嘴的微粒化性能的喷雾喷嘴以及具备了该喷雾喷嘴的燃烧装置。

另外，本发明的其他的目的在于提供一种喷雾流体的内部混合室内的分散进展，从而适于与喷雾用介质的混合的喷雾喷嘴以及具备了该喷雾喷嘴的燃烧装置。

此外，上述的喷雾喷嘴是将喷雾流体供给至内部混合室的供给孔与供混合流体从内部混合室向外部喷出的出口孔的配置方面的制约较少且适于大容量的喷雾喷嘴的喷雾方式。

为了解决上述课题，本发明为一种喷雾喷嘴，其具有：混合室，其使喷雾流体以及喷雾用介质混合；喷雾流体流路，其向上述混合室供给上述喷雾流体；喷雾用介质流路，其向上述混合室供给上述喷雾用介质；以及出口孔，其将在上述混合室混合的上述喷雾流体与上述喷雾用介质的混合流体向外部喷雾，该喷雾喷嘴的特征在于，上述喷雾用介质流路具备：第一喷雾用介质供给孔，其向上述混合室供给上述喷雾用介质；以及第二喷雾用介质供给孔，其向上述混合室的比上述第一喷雾用介质供给孔更靠下游侧供给上述喷雾用介质，上述第二喷雾用介质供给孔向上述出口孔的附近供给上述喷雾用介质。

另外，本发明为一种使用了喷雾喷嘴的燃烧装置，该喷雾喷嘴具有：混合室，其使喷雾流体以及喷雾用介质混合；喷雾流体流路，其向上述混合室供给上述喷雾流体；喷雾用介质流路，其向上述混合室供给上述喷雾用介质；以及出口孔，其将在上述混合室混合的上述喷雾流体与上述喷雾用介质的混合流体向外部喷雾，该燃烧装置的特征在于，上述喷雾用介质流路具备：第一喷雾用介质供给孔，其向上述混合室供给上述喷雾用介质；以及第二喷雾用介质供给孔，其向上述混合室的比上述第一喷雾用介质供给孔更靠下游侧供给上述喷雾用介质，上述第二喷雾用介质供给孔向上述出口孔的附近供给上述喷雾用介质。

本发明的效果如下。

根据本发明，能够抑制形成于内部混合室的壁面附近的液膜，从而实现微粒化性能的提高。

另外，与喷雾用介质的压力相比提高流入内部混合室的喷雾流体的压力，在流入内部混合室时促进喷雾流体的分散，从而能够实现内部混合室内的混合促进。

另外，能够提供设置多个喷雾喷嘴的出口孔，从而适于大容量化的喷雾喷嘴以及具备了该喷雾喷嘴的燃烧装置。

上述以外的课题、构成以及效果通过以下的实施方式的说明而变得清楚。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的喷雾喷嘴的前端部的剖视图。

图2是从喷雾流体的供给方向的下游侧观察本发明的一实施方式的喷雾喷嘴的俯视图。

图3是从喷嘴前端侧观察本发明的一实施方式的喷雾喷嘴的剖视图。

图4是以往的喷雾喷嘴的前端部的剖视图。

图5是本发明的一实施方式的喷雾喷嘴的前端部的剖视图。

图6是从喷嘴前端侧观察本发明的一实施方式的喷雾喷嘴的剖视图。

图7是表示具备了本发明的一实施方式的喷雾喷嘴的燃气轮机燃烧器以及燃气轮机工厂的整体构成的简要构成图。

符号说明

10-喷雾喷嘴，11-喷雾流体，12-喷雾用介质，13、13a、13b-喷雾，20-喷雾流体供给管，21-喷雾用介质供给管，22-内部混合室，23、23a、23b-出口孔，24-喷雾流体流路，25、25a、25b-喷雾用介质流路，26、26a、26b-喷雾用介质流路，27-喷雾流体供给孔，28a、28b-第一级供给孔，29a、29b-第二级供给孔，30-内部混合室的上游侧端面，31-内部混合室的侧面，32-内部混合室的下游侧端面，33-喷雾流体的流动，34-喷雾用介质的流动，35-循环流，36-喷雾用介质的流动，37、38-液膜，50-以往的喷雾喷嘴，51-液滴(粗大粒子)，55-喷雾喷嘴，56a、56b-喷雾流体流路，57-槽，61-燃烧用空气，62-液体燃料，63-燃烧气体，66-压缩机，67-燃气轮机燃烧器，68-涡轮，69-发电机，71-外筒，72-端盖，73-内筒，73a-燃烧室，74-连接管件，75-点火栓，76-旋转器，77-空气取入口，82-燃料箱，83-移送泵，84-移送调整阀，85-高压泵，86-压力调整阀，87-隔断阀，88-流量调整阀，89-燃料流量计，90-燃料分配器，92-高压压缩机，93-压力流量调整阀，94-空气分配器。

具体实施方式

以下，使用附图对作为本发明的实施例的喷雾喷嘴以及具备了该喷雾喷嘴的燃烧装置进行说明。此外，在各附图中对相同的构成标注相同的附图标记，对重复的部分省略其详细的说明。

实施例1

使用图1～图4对作为本发明的第一实施例的喷雾喷嘴10进行说明。

图1表示作为本发明的第一实施例的喷雾喷嘴10的前端部的剖视图。图2是从喷雾流体的供给方向的下游侧(图1的A-A’方向)观察图1的第一实施例的喷雾喷嘴10的俯视图。图3是图1的第一实施例的喷雾喷嘴10的B-B’部处的剖视图。另外，图4表示与图1对比而表示的以往的喷雾喷嘴50的前端部的剖视图。

图1至图3所示的本实施例的喷雾喷嘴10为一个使喷雾流体11与喷雾用介质12混合而微粒化的二流体喷雾喷嘴。向喷雾喷嘴10的上游侧供给液体燃料作为喷雾流体11的喷雾流体供给管20与供给作为气体的喷雾用介质12的喷雾用介质供给管21连接。图1是在喷雾流体供给管20的周围将喷雾用介质供给管21配置为同心圆状的情况下的剖视图。在喷雾喷嘴10的前端的内部具有内部混合室22，喷雾流体11与喷雾用介质12在内部混合室22混合。在作为内部混合室22的下游端的喷雾喷嘴10的前端部具有向喷雾喷嘴10的外部开口的出口孔23a、23b。喷雾流体11与喷雾用介质12的混合流体从出口孔23a、23b形成喷雾13a、13b。喷雾流体11为轻油、A重油等的液体燃料，喷雾用介质12通常为被加压的空气、蒸气。

作为第一实施例的喷雾喷嘴10在流入内部混合室22的喷雾用介质12的流路构造具有特征。以下，对喷雾喷嘴10的流路构造与内部的流动进行说明。

喷雾流体11从喷雾流体供给管20经由喷雾流体流路24与喷雾流体供给孔27被供给至内部混合室22。喷雾流体供给孔27设置于内部混合室22的上游侧端面30。

另一方面，喷雾用介质12从喷雾用介质供给管21分支成喷雾用介质流路25(25a、25b)与26(26a、26b)地流经。喷雾用介质12的一部分从喷雾用介质供给管21经由喷雾用介质流路25a、25b与第一级供给孔28a、28b被供给至内部混合室22。第一级供给孔28a、28b设置于内部混合室22的上游侧端面30。

在图1中，表示将喷雾流体供给孔27设置于上游侧端面30的中央，将第一级供给孔28a、28b设置于上游侧端面30的外周侧且与侧面31的边界附近的情况。喷雾流体供给孔27与第一级供给孔28a、28b的设置位置相互接近，也能够促进混合。另外，也能够将第一级供给孔设置于上游侧端面30的中央，将喷雾流体供给孔设置于上游侧端面30的外周侧且与侧面31的边界附近。并且，也能够分别设置多个喷雾流体供给孔、第一级供给孔、设置为圆环状。

喷雾用介质12的一部分从喷雾用介质供给管21经由喷雾用介质流路26a、26b与第二级供给孔29a、29b被供给至内部混合室22。在为图1所示的喷雾喷嘴10的情况下，表示在内部混合室22的侧面31与下游侧端面32的连接部附近设置第二级供给孔29a、29b的情况。

在为本实施例的喷雾喷嘴10的情况下，喷雾流体11的微粒化主要通过以下的(a)～(d)所示的效果促进微粒化。

(a)微粒化取决于由喷雾流体11从喷雾流体供给孔27流入内部混合室22的流动与滞留于内部混合室22内的流体的流速差带来的剪切力。

(b)微粒化取决于内部混合室22内的喷雾流体11与喷雾用介质12的混合。

(c)微粒化取决于混合流体通过出口孔23a、23b时的高流速部分的剪切力。

(d)微粒化取决于由从出口孔喷出后的混合流体与周围气体的流速差带来的剪切力。

喷雾喷嘴10在内部混合室22内使喷雾流体与喷雾用介质混合，从而除了效果(d)所示的从出口孔喷出后的微粒化之外，在上游侧进展效果(a)～(c)，从而提高喷雾喷嘴处的微粒化性能。

在将喷雾流体11供给至内部混合室22时，缩窄喷雾流体供给孔27的流路剖面积，从而喷雾流体的流动33在喷雾流体供给孔27的附近具有较高的流速。通过喷雾流体的流动33与滞留于内部混合室22的混合流体之间的流速差而在喷雾流体的流动33作用有剪切力，从而喷雾流体11微粒化。但是，若缩窄喷雾流体供给孔27，以较高的流速使其喷出，则喷雾流体向内部混合室22的下游侧端面32的碰撞加强，从而壁面的磨损增加。另外，为了以较高的流速使其喷出，需要提高喷雾流体11的供给压力。因此，喷雾流体供给孔27的喷出流速存在实用方面的上限。

此外，若增大喷雾流体供给孔27与第一级供给孔28a、28b的间隔，则在喷雾流体的流动33与喷雾用介质的流动34之间形成从下游侧朝向上游侧的流动(循环流)35。在喷雾流体的流动33的附近存在循环流35，从而剪切力带来的喷雾流体11的微粒化的效果，即上述(a)的效果增大。另一方面，若存在循环流35，则喷雾流体与喷雾用介质的混合延迟，因此混合带来的微粒化的效果(b)变小。

相反，若使喷雾流体供给孔27与第一级供给孔28a、28b相互接近地设置，则喷雾流体与喷雾用介质的混合加快，从而混合带来的微粒化的效果(b)增大，但另一方面，喷雾流体的流动33与其周围的流动的流速差变小，因此微粒化的效果(a)变小。如上效果(a)与(b)存在相互适于微粒化的配置相反的情况。

另外，微粒化的效果(c)、(d)缩窄出口孔23a、23b的流路剖面积，并延长缩流部的长度，从而能够促进微粒化。但是，若缩窄出口孔的流路剖面积，并延长缩流部的长度，则内部混合室22与喷雾喷嘴10的外部的压力差增加，从而需要提高喷雾流体11、喷雾用介质12的供给压力。这些导致喷雾所需的能量使用量的上升。

本实施例的喷雾喷嘴10着眼于出口孔23a、23b附近的喷雾流体、喷雾用介质的流动，提出保持抑制喷雾所需的能量使用量的状态，促进微粒化的方法。

图1所示的本实施例的喷雾喷嘴10与图4所示的以往的喷雾喷嘴50在第二级供给孔29a、29b的有无方面不同。以下，将本实施例的喷雾喷嘴10与以往的喷雾喷嘴50对比来进行说明。

在内部混合室22内使喷雾流体与喷雾用介质混合来微粒化，从而喷雾流体作为液滴存在于混合流体中。在内部混合室22的侧面31附近流经的液滴的一部分附着于侧面31，液滴彼此结合，从而形成由喷雾流体11构成的液膜37。该液膜37伴随着朝向下游侧流动而长大。另外，在内部混合室22的下游侧端面32附近流经的液滴的一部分也附着于下游侧端面32，液滴彼此结合，从而形成由喷雾流体11构成的液膜38。

在图4所示的以往的喷雾喷嘴50的情况下，液膜37、38的下游侧到达出口孔23a、23b。液膜37、38在沿着出口孔23a、23b的缩流部的壁面流经时，通过与在中央部分流经的混合流体的流动的流速差而作用有剪切力，液膜分裂，从而成为液滴51，进而在喷雾13a、13b的外周侧流经。该液滴51以出口孔附近的较短的距离微粒化，因此与喷雾用介质的混合并不充分。因此，成为粒子直径比在喷雾13a、13b的内周侧流经的液滴大的所谓的粗大粒子的情况较多。

为了抑制粗大粒子，需要增加喷雾用介质的使用量，来提高来自出口孔的喷出速度，但在该情况下，喷雾用介质的使用量、喷雾流体与喷雾用介质的供给压力增加，从而导致喷雾所需的动力(能量)增加。

如图1所示，本实施例的喷雾喷嘴10将喷雾用介质的第二级供给孔29a、29b设置于内部混合室的侧面31与下游侧端面32的结合部附近。从第二级供给孔29a、29b朝向更设置于内周侧的出口孔喷出喷雾用介质的一部分，从而能够主要获得下述A、B的效果。

效果A是将沿着侧壁流经的液膜37在内部混合室内微粒化的效果。沿着侧壁流经的液膜因来自第二级供给孔29a、29b的喷雾用介质(喷雾用介质的流动36)的喷出流速与液膜的速度差而作用有剪切力，从而从壁面分离，而成为液滴，微粒化。向流速较快的内部混合室内流经有液滴，从而除了喷雾用介质36之外，因与内部混合室内的混合流体的速度差而促进微粒化。

效果B是将附着于下游侧端面32的液膜38向从出口孔23a、23b分离的方向引导的效果。喷雾用介质从第二级供给孔29a、29b向中心轴方向喷出，从而除了液膜38难以到达出口孔23a、23b之外，出口孔附近处的液膜38的厚度也减少。液膜38从出口孔分离，或者液膜的厚度减少，从而液膜从出口孔喷出，进而能够减少生成粗大粒子。

通过上述的效果，本实施例的喷雾喷嘴10使在内部混合室的隔壁(壁面)生成的液膜37、38难以到达出口孔，从而抑制粗大粒子51的生成。另外，促进附着于内部混合室的壁面的喷雾流体与内部混合室内的喷雾用介质的混合，因此从出口孔形成的喷雾中的喷雾流体的粒子直径变小，从而微粒化的效率提高。因此，使喷雾用介质的使用量、喷雾流体与喷雾用介质的供给压力降低，从而能够减少喷雾所需的动力(能量)。

特别地，如上述那样相对于第二级供给孔29a、29b，当在直至出口孔23a、23b之间存在液膜37的情况下，效果A发挥作用，当在比出口孔23a、23b更分离的位置存在液膜38的情况下，效果B发挥作用。在两个目的使用来自第二级供给孔29a、29b的喷雾用介质的流动，从而能够减少喷雾用介质的流量。

另外，存在效果A或效果B的两个效果，因此不需要在喷雾流体供给孔27的开口部的轴线(图1的X-X方向)上设置出口孔23a、23b。因此，将喷雾流体供给孔27的个数设为少数，将内部混合室22的上游侧的构造形成简单，并且设置多个出口孔23a、23b，从而增加喷雾13(13a、13b)的周围部分的长度，而促进上述的(d)带来的微粒化。

在图1至图3所示的本实施例中，示出了将第二级供给孔仅设置于出口孔附近的情况，但也可以沿着内部混合室的侧壁设置多数(多个)、设置为圆环状。

如图3那样，在将第二级供给孔仅设置于出口孔附近的情况下，仅在出口孔附近除去液膜。另一方面，将第二级供给孔沿着内部混合室的侧壁设置多数(多个)、设置为圆环状，从而能够使沿着侧壁流经的液膜在内部混合室的下游端附近进行微粒化。

从喷雾喷嘴10的出口孔23(23a、23b)向外部喷雾的混合流体中的喷雾13(13a、13b)优选直径不足100μm，尽可能使其微粒化为50μm以下。在微粒中，体积所占的表面积较大，因来自燃烧室的散热而升温，从而容易蒸发。另外，作为液滴的燃烧反应也较快。

另一方面，直径为150μm以上的粗大粒子难以蒸发、燃烧，作为未燃烧部分成为CO、煤尘排出的原因。另外，喷雾流体与空气的混合较差，因此成为NOx排出的原因。因此，提高喷雾喷嘴10的微粒化性能，增加微粒，从而有助于燃烧反应的促进。此外，微粒化的程度能够通过喷雾流体11、喷雾用介质12的供给压力、气液比(喷雾用介质12相对于喷雾流体11的比例)进行调整。

如上所述，当在燃气轮机燃烧器使用液体燃料的情况下，稀薄预混燃烧在NOx的减少方面有效。在稀薄预混燃烧中，使过度的空气与燃料预先混合后，使其燃烧，从而使燃烧时的温度变得均匀，进而抑制在高温部产生的热NOx。在为液体燃料的情况下，需要在燃烧前，使液体状的燃料成分预先气化，而与空气混合。提高喷雾喷嘴10的微粒化性能，若增加微粒而使液体燃料微粒化，则液体燃料的单位重量的表面积增加，从而容易气化。

另外，使液体燃料微粒化，从而未气化而燃烧的情况也使单位重量的表面积增加，从而燃烧反应提前。因此，难以产生未燃烧部分，从而能够减少从燃烧装置产生的CO、煤尘量。

此外，在将本实施例的喷雾喷嘴10适用于另外供给燃料与空气并使其燃烧的扩散燃烧方式的燃烧器、锅炉的情况下，也增加通过微粒化而预先气化的比例，与空气混合，从而NOx减少。另外，通过微粒化使单位重量的表面积增加，从而燃烧反应提前，进而CO、煤尘减少。

另外，通过本实施例提高微粒化性能，从而能够减少喷雾用介质的使用量、即使减少喷雾流体、喷雾用介质的供给压力也微粒化。因此，能够减少各个供给、加压力所使用的能量消耗量。

另外，未燃烧部分、煤尘、一氧化碳减少，从而能够减少投入具备了喷雾喷嘴10的燃烧装置的多余的空气。若多余的空气减少，则燃烧废气量也降低，从而使与燃烧废气一同向燃烧装置外被释放的显热降低，进而能够提高热效率。

实施例2

使用图5与图6对作为本发明的第二实施例的喷雾喷嘴55进行说明。

图5表示作为本发明的第二实施例的喷雾喷嘴55的前端部的剖视图。图6是图5的第二实施例的喷雾喷嘴55的B-B’部处的剖视图。

图5与图6所示的第二实施例的喷雾喷嘴55的基本构成与图1至图3所示的第一实施例的喷雾喷嘴10几乎相同，因此省略在两者共通的构成，从而集中于不同的部分进行说明。

在第二实施例的喷雾喷嘴55中，在喷雾流体供给孔27的上游侧具有喷雾流体流路56a、56b。即，喷雾流体11从喷雾流体供给管20向喷雾流体流路56a、56b分支地流经。喷雾流体流路56a、56b的下游侧夹持喷雾流体供给孔27而形成对置地流经的流路。如图6所示，喷雾流体供给孔27为使与喷雾流体流路56a、56b正交的槽57交叉的部分。

喷雾流体11在喷雾流体供给孔27的附近与对置地流经的流体彼此碰撞，从而作为沿着与流路方向垂直的平面扩展的扇形的喷雾流入内部混合室22。另一方面，喷雾用介质12与第一实施例的喷雾喷嘴10相同地从喷雾用介质供给管21向喷雾用介质流路25(25a、25b)以及26(26a、26b)分支地流经。

喷雾用介质12从第一级供给孔28a、28b与第二级供给孔29a、29b流入内部混合室22。在图6中，第一级供给孔28a、28b在槽57的长边方向设置较多开口部剖面积。

使喷雾流体11碰撞而喷雾的方式根据其喷雾形状而被称为扇形喷雾式喷雾。喷雾流体11通过碰撞而呈扇形扩散，因此与第一实施例相比以较低的喷出流速流入内部混合室22内。在扇形的喷雾中，在喷雾的周围形成的喷雾流体11与内部混合室22内的混合流体的边界部的面积与第一实施例相比增加。因此，在喷雾流体11作用有剪切力的面积增加，从而喷雾流体11容易微粒化。促进内部混合室内的喷雾流体的微粒化，从而喷雾流体的每个单位重量的表面积增加，从而容易与喷雾用介质偕同。因此，在内部混合室的侧壁、下游侧端面难以碰撞有喷雾流体，从而能够抑制液膜37、38的生成。

在为扇形喷雾的情况下，喷雾流体的浓度在喷雾的长边方向较高，从而粒子直径增大。如图6所示，相对于沿着槽57的长边方向形成的扇形喷雾，将第一级供给孔28a、28b的开口部设置为较宽，从而促进喷雾流体与喷雾用介质的混合，进而能够抑制喷雾流体向内部混合室的侧面31、下游侧端面32的附着。因此，如图6所示，在第二实施例的情况下，使喷雾用介质的喷出孔与出口孔的配置相对于槽57的方向偏颇在促进微粒化的方面优选。但是，这不是必须的要件。

将第二实施例的喷雾喷嘴应用于燃烧装置的情况下的效果与第一实施例所述的情况大致相同。抑制粗大粒子的生成，从而难以产生未燃烧部分，从而能够减少从燃烧装置产生的CO、煤尘量。另外，促进微粒化，从而难以引起喷雾粒子附着于燃烧室的隔壁而引起的燃烧、液体燃料的变质而引起的填缝密封等的障碍。

另外，提高微粒化性能，从而能够以更少的喷雾用介质12的使用量、更低的喷雾流体11、喷雾用介质12的供给压力微粒化。因此，能够减少各个供给、加压力所使用的能量消耗量。

另外，未燃烧部分、煤尘、一氧化碳减少，从而能够减少投入具备了喷雾喷嘴55的燃烧装置的多余的空气。若多余的空气减少，则燃烧废气量也降低，从而使与燃烧废气一同向燃烧装置外被释放的显热降低，进而能够提高热效率。

实施例3

接下来，作为具备了作为本发明的第三实施例的喷雾喷嘴的燃烧装置的一个例子，使用图7对具备了喷雾喷嘴的燃气轮机燃烧器进行说明。

图7是表示具备了本实施例的喷雾喷嘴的燃气轮机燃烧器以及燃气轮机工厂的整体构成的简要构成图。图7所示的燃气轮机工厂具有：压缩机66，其对空气进行压缩而生成高压的燃烧用空气61；燃气轮机燃烧器67，其具备构成导入在压缩机66生成的燃烧用空气61与液体燃料62并使其燃烧，从而产生高温的燃烧气体63的燃烧装置的图1～图6所示的第一实施例与第二实施例的喷雾喷嘴10或者喷雾喷嘴55；涡轮68，其导入在燃气轮机燃烧器67产生的燃烧气体63而被驱动；以及发电机69，其被涡轮68驱动，而产生电力。

通过在燃气轮机燃烧器67产生的燃烧气体63而驱动涡轮68的动力使发电机69旋转来进行发电，并且也使用为压缩机66的驱动用。

在上述的燃气轮机工厂中，示出了通过在涡轮68获得的动力驱动发电机69来进行发电的例子，但也能够将在涡轮68获得的动力例如使用于旋转机械等。

作为具备了本实施例的喷雾喷嘴10或者55的燃烧装置的燃气轮机燃烧器67构成被导入燃烧用空气61的外筒71与安装于该外筒71的端盖72封闭的压力容器。

外筒71的内部具有：内筒73，其使从喷雾喷嘴10或者55被喷雾的燃料与燃烧用空气混合并燃烧，将成为生成燃烧气体63的燃烧空间的燃烧室73a形成于内部；以及连接管件74，其在该内筒73的下游与该内筒73的流路相比缩窄流路，外筒71在该连接管件74的下游连接于涡轮68。

燃烧用空气61连通外筒71与内筒73之间的空间，从内筒73的最上游部(图7的端盖72侧)等向内筒73内被供给，液体燃料62从贯通端盖72的喷雾喷嘴10或者55向内筒73内的燃烧室73a被喷雾。

喷雾至内筒73内的燃烧室73a的液体燃料62与燃烧用空气61混合，该混合气体被火花塞75点火而开始燃烧。

在燃气轮机燃烧器67中，要求氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)、煤尘的减少。因此，改进燃烧用空气61与液体燃料62的混合，经由对燃烧用空气61给予旋转流的旋转器76、空气取入口77对燃烧用空气61的喷出方向、流速、流量分配进行调整而使燃烧用空气61流入内筒73内的燃烧室73a。

在向图7所示的燃气轮机燃烧器67供给燃料的燃料供给系统中，具备燃料箱82、从该燃料箱82移送液体燃料的移送泵83以及对移送的燃料进行调节的移送调整阀84，在上述移送泵83以及移送调整阀84的下游侧具备对液体燃料进行加压的高压泵85以及对燃料的压力进行调节的压力调整阀86。

另外，在其下游侧设置有隔断液体燃料的供给的隔断阀87、对液体燃料的流量进行调节的流量调整阀88、燃料流量计89以及分配液体燃料的燃料分配器90，被上述燃料分配器90分配的液体燃料62被供给至设置于燃气轮机燃烧器67的喷雾喷嘴10或者55。

另外，供给至燃气轮机燃烧器67的燃烧用空气61的被压缩机66压缩的空气的一部分被高压压缩机92升压，而经由设置于该高压压缩机92的下游侧的压力流量调整阀93与空气分配器94作为喷雾用介质12供给至喷雾喷嘴10或者55。

该燃烧用空气61除了使用于液体燃料62的微粒化之外，还使用为在液体燃料62的供给开始时、停止时除去流路、喷雾喷嘴10或者55内的残留物的净化用的空气。

此外，燃烧用空气61除了对在燃气轮机的压缩机66获得的压缩空气进行升压的方法之外，也能够通过个别设置的单独的压缩机获得。另外，也能够代替空气而使用蒸气。

另外，在图7所示的本实施例的燃气轮机燃烧器67中，以作为燃料而使用液体燃料62的情况为例进行了说明，但除了液体燃料之外，也具有气体燃料作为其他的系统，从而也能够适用于根据燃料的供给状况而能够使用气体燃料与液体燃料的被称为所谓的双燃料的燃气轮机燃烧器。

液体燃料的直径不足100μm，优选尽可能地微粒化为50μm以下。在微粒中，体积所占的表面积较大，因来自炉内的散热而升温，从而容易蒸发。另外，作为液滴的燃烧反应也较快。

另一方面，直径为150μm以上的粗大粒子难以蒸发、燃烧，作为未燃烧部分成为CO、煤尘排出的原因。另外，燃料气体与空气的混合较差，因此成为NOx排出的原因。因此，喷雾喷嘴促进微粒化，增加微粒，从而有助于燃烧反应的促进。此外，微粒化的程度能够通过混合流体的压力、喷雾用介质量(喷雾用介质相对于喷雾流体的比例)进行调整。

将实施例1或2所示的喷雾喷嘴10或者喷雾喷嘴55使用于本实施例所示的燃烧装置，从而能够兼得从喷雾喷嘴10或者55的各个出口孔喷出的混合流体中的喷雾流体11的微粒化的促进与喷雾用介质12的使用量的减少、加压力的减少。通过喷雾流体11的加压力、喷雾用介质12的加压力、使用量的减少，能够减少加压力、供给所需的能量消耗量。

另外，抑制喷雾喷嘴10或者55的磨损、流路内的填缝密封，从而能够延长其使用时间。

另外，通过喷雾流体11的微粒化，增加液体燃料的每个单位重量的表面积，较快地促进燃烧反应，从而促进氧的消耗，能够抑制氮氧化物的产生，并且减少未燃烧部分、煤尘、一氧化碳。即，促进燃烧反应，作为燃烧装置出口处的未燃烧部分的一氧化碳、煤尘减少，从而能够提高燃烧效率。

此外，燃烧方法即使在另外供给燃料与空气而使其燃烧的扩散燃烧方式的燃烧器、锅炉中，也能够获得微粒化带来的NOx、CO、煤尘的减少效果。

此外，本发明不限定于上述的实施例，包含各种变形例。例如，上述的实施例为了容易理解本发明而详细地进行了说明，未必限定于具备说明的全部的构成。另外，能够将某实施例的构成的一部分置换成其他的实施例的构成，另外，也能够对某实施例的构成添加其他的实施例的构成。另外，能够对各实施例的构成的一部分追加、删除、置换其他的构成。

Claims (11)

1.一种喷雾喷嘴，其具有：

混合室，其使喷雾流体以及喷雾用介质混合；

喷雾流体流路，其向所述混合室供给所述喷雾流体；

喷雾用介质流路，其向所述混合室供给所述喷雾用介质；以及

出口孔，其将在所述混合室混合的所述喷雾流体与所述喷雾用介质的混合流体向外部喷雾，

所述喷雾喷嘴的特征在于，

所述喷雾用介质流路具备：第一喷雾用介质供给孔，其向所述混合室供给所述喷雾用介质；以及第二喷雾用介质供给孔，其向所述混合室的比所述第一喷雾用介质供给孔更靠下游侧供给所述喷雾用介质，

所述第二喷雾用介质供给孔设置于所述混合室的下游端与侧壁的接合部附近，且向所述出口孔的附近供给所述喷雾用介质。

2.根据权利要求1所述的喷雾喷嘴，其特征在于，

所述喷雾流体流路在该喷雾流体流路的上游侧具有使所述喷雾流体对置地流经的至少两个系统的多个流路，

在该喷雾流体流路的下游侧设置有对置地流经的所述多个流路的合流部。

3.根据权利要求1所述的喷雾喷嘴，其特征在于，

所述喷雾流体流路至少设置有两个从该喷雾流体流路向所述混合室供给喷雾流体的喷雾流体供给孔。

4.根据权利要求1所述的喷雾喷嘴，其特征在于，

所述喷雾用介质流路至少设置有两个从该喷雾用介质流路向所述混合室供给喷雾用介质的喷雾用介质供给孔。

5.根据权利要求1所述的喷雾喷嘴，其特征在于，

所述出口孔在所述混合室的下游端至少设置有两个。

6.根据权利要求2所述的喷雾喷嘴，其特征在于，

具有使所述喷雾流体对置地流经的流路相互正交的矩形的槽，所述相互正交的槽的交叉部分成为向所述混合室供给喷雾流体的喷雾流体供给孔。

7.根据权利要求6所述的喷雾喷嘴，其特征在于，

在构成所述喷雾流体供给孔的所述槽的长边方向将喷雾用介质供给孔的流路剖面积设置为较宽，从而抑制所述喷雾流体向所述混合室的侧壁、下游端的附着。

8.根据权利要求1所述的喷雾喷嘴，其特征在于，

所述第一喷雾用介质供给孔设置为圆环状。

9.一种使用了喷雾喷嘴的燃烧装置，该喷雾喷嘴具有：

混合室，其使喷雾流体以及喷雾用介质混合；

喷雾流体流路，其向所述混合室供给所述喷雾流体；

喷雾用介质流路，其向所述混合室供给所述喷雾用介质；以及

出口孔，其将在所述混合室混合的所述喷雾流体与所述喷雾用介质的混合流体向外部喷雾，

所述燃烧装置的特征在于，

所述喷雾用介质流路具备：第一喷雾用介质供给孔，其向所述混合室供给所述喷雾用介质；以及第二喷雾用介质供给孔，其向所述混合室的比所述第一喷雾用介质供给孔更靠下游侧供给所述喷雾用介质，

所述第二喷雾用介质供给孔设置于所述混合室的下游端与侧壁的接合部附近，且向所述出口孔的附近供给所述喷雾用介质。

10.根据权利要求9所述的燃烧装置，其特征在于，

将液体燃料设为所述喷雾流体并供给至所述混合室，将空气或者蒸气设为所述喷雾用介质并供给至所述混合室。

11.根据权利要求9所述的燃烧装置，其特征在于，具备：

燃气轮机燃烧器，其使用液体燃料并作为燃烧装置；

燃料供给系统，其向所述燃气轮机燃烧器供给液体燃料；

燃烧用空气供给系统，其向所述燃气轮机燃烧器供给燃烧用空气；

燃气轮机，其被在所述燃气轮机燃烧器产生的燃烧废气驱动；以及

压缩机，其向所述燃气轮机燃烧器供给燃烧用空气，

将液体燃料设为所述喷雾流体并供给至所述混合室，将燃烧用空气的一部分压缩为所述喷雾用介质并供给至所述混合室。