CN1918432A - 燃烧装置 - Google Patents
燃烧装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1918432A CN1918432A CNA2005800045641A CN200580004564A CN1918432A CN 1918432 A CN1918432 A CN 1918432A CN A2005800045641 A CNA2005800045641 A CN A2005800045641A CN 200580004564 A CN200580004564 A CN 200580004564A CN 1918432 A CN1918432 A CN 1918432A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- annular container
- fuel
- burner
- air
- closed end
- 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.)
- Pending
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 162
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 269
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 78
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 42
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 2
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 165
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 138
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 44
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 37
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 33
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 25
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 25
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 18
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 13
- 230000008859 change Effects 0.000 description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 12
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 12
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 9
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 8
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 8
- 230000009471 action Effects 0.000 description 7
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 7
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 6
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 6
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 5
- 230000008676 import Effects 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 4
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 3
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 3
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 2
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 2
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 229910017464 nitrogen compound Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002830 nitrogen compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 2
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 2
- 241000500881 Lepisma Species 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009275 open burning Methods 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C3/00—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber
- F23C3/006—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber the chamber being arranged for cyclonic combustion
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
- F23C7/02—Disposition of air supply not passing through burner
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
- F23C9/006—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber the recirculation taking place in the combustion chamber
-
- 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
- F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
- F23R3/04—Air inlet arrangements
- F23R3/06—Arrangement of apertures along the flame tube
-
- 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
- F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
- F23R3/46—Combustion chambers comprising an annular arrangement of several essentially tubular flame tubes within a common annular casing or within individual casings
-
- 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
- F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
- F23R3/50—Combustion chambers comprising an annular flame tube within an annular casing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
Abstract
本发明的燃烧装置能够用简单的构造积极地控制并产生燃烧气体再循环。燃烧装置具有环状容器(12)，该环状容器(12)具有构成内周侧面的内筒部(15)、构成外周侧面的外筒部(13)、开放端部(26)和封闭端部(10)。形成空气的流动(28)，该空气的流动(28)具有从开放端部(26)向封闭端部(10)的中心轴(J)方向的速度成分和向环状容器(12)的周向回旋的速度成分。喷射燃料(23)，使该燃料(23)具有从封闭端部(10)朝向开放端部(26)的中心轴(J)方向的速度成分和朝向半径方向外方的速度成分。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃烧装置，特别是涉及使燃烧用空气和燃料流入燃烧室内、将燃烧用空气和燃料混合来进行燃烧的燃烧装置。
背景技术
对于从燃烧装置排出的大气污染物质、特别是氮氧化物(NOx)的限制越来越强化，谋求降低了NOx的排出。
按照其生成机理，氮氧化物(NOx)大体区分为热式NOx、瞬发式NOx以及燃烧式NOx这3种。热式NOx由于是在高温下由空气中的氮气与氧气反应所生成的，所以强力地依存温度。瞬发式NOx特别是在燃料过剩的火焰带生成。燃烧式NOx是与燃料中包含的氮化合物有关地生成。
最近，多使用不含有氮化合物的清洁燃料，在这种情况下，几乎不生成燃烧式NOx。为了降低瞬发式NOx，通过将燃料过剩的设计修改为稀薄燃烧的设计，能够抑制其生成。与上述的燃烧式NOx和瞬发式NOx的降低相比较，降低热式NOx是最难，这是近年来NOx降低技术的关键。
在此，为了降低热式NOx，重要的是降低燃烧温度。作为用于降低燃烧温度的技术，存在预混合燃烧，特别是稀薄的预混合燃烧、预蒸发、浓淡燃烧、2级燃烧、燃烧气体再循环等。
在气体燃料的情况下，通过预先将燃料与空气良好地混合之后进行点火、燃烧的预混合燃烧，使燃料浓度分布均匀化，特别是在稀薄燃烧的预混合燃烧中，能够降低燃烧温度。但是，在预混合燃烧中，稳定燃烧范围窄，存在着容易逆火或爆发的问题。另外，对于液体燃料，缺点是如果不预先使燃料蒸发(预蒸发)就不能预混合。
在液体燃料的情况下，燃料在通过流路横截面积小的喷嘴时被微粒化并进行喷射，但通常在点火时，残存着燃料的液滴，因液滴蒸发的同时进行燃烧，所以必定存在着形成理论空气比的地方，局部会形成高温。因此，在降低热式NOx方面存在界限。
作为解决上述问题的技术，有预蒸发的技术。预蒸发为下述技术，即，在燃烧器内部或外部设置预蒸发部，利用来自其他的加热使在其中喷雾的燃料蒸发后进行燃烧。根据预蒸发，可期待与气体燃料同等地降低热式NOx，但相反地，具有燃烧装置的尺寸增加了预蒸发部的部分的缺点。
另外，现有：将燃料或空气分割成数级地向燃烧装置内供给，对燃烧室内的每个区域控制空气比。此时，有意识地生成燃料浓度比理论空气比浓的部分和比理论空气比薄的部分，通过避开形成理论空气比的混合状态的区域，可谋求降低热式NOx。
但是，虽然所述技术在大型的燃烧炉中有很大的实际效果，但因燃料或空气的供给系统变得复杂，所以不能适用于小型的燃烧装置。另外，很难找出燃料或空气的供给位置及分割比例的最佳值，以及很难与负荷相对应地控制这些它们。
在燃烧气体再循环(Burnt Gas Recirculation)中，通过将高温且氧气浓度低的既燃气体与燃烧前的空气混合，实现缓慢且均匀的燃烧。由此，降低燃烧温度，并且增加惰性气体，增加热容量，降低平均火焰温度，来降低热式NOx。燃烧气体再循环主要适用于锅炉、工业炉的燃烧装置和发动机。
作为发生燃烧气体再循环的方法例，如有火焰稳定器产生的再循环、外部再循环、内部再循环。另外，还存在称作烟道气体再循环(FGR：Flue Gas Recirculation)以及排气再循环(EGR：ExhaustGas Recirculation)的燃烧方式，这些是与燃烧气体再循环基本上相同的技术。
例如，在日本特开2002-364812号公报中，公开了一种对气体燃料使用燃烧气体再循环的例，在日本特许3139978号公报中公开了一种对气体燃料的预混合燃烧使用燃烧气体再循环的例子。无论哪一个都是在形成于火焰稳定板的下游中央的再循环区域、在突出设置于燃烧室内的燃烧装置和燃烧室壁之间的空间中，使燃烧气体再循环。
但是，在火焰稳定板的下游中央处的燃烧气体再循环流无法到达点火前的燃料与空气混合的部分，其作用仅限于使点火稳定。另外，来自燃烧装置与燃烧室壁之间的空间的燃烧气体再循环流由于实际上只限于在燃烧装置附近的循环，因此充分燃烧且成为高温、低氧浓度的燃烧气体不进行再循环，并且循环量少，所以热式NOx的降低效果小。
此外，在这些燃烧装置中，因燃烧气体再循环流从燃烧装置的外侧被吸引到中心轴方向，因此燃烧室的尺寸需要充分大于燃烧装置的直径，不适用于燃气轮机的燃烧装置等需要尽量减小燃烧室的尺寸的用途。另外，很难适用于液体燃料。
例如在日本特开平9-13331O号公报中，公开了与气体燃料有关的如下技术，即，利用火焰稳定板使燃烧气体从火焰稳定板后方中央再循环，并且将火焰作为分割上浮的火焰，使燃烧气体从火焰侧方也进行再循环。根据所述技术，能够加大燃烧气体再循环的量，但因形成分割火焰，所以燃烧器的构造变得复杂，因在燃烧器截面上存在无火焰的部分，所以具有燃烧器的尺寸变大(每容积的燃烧负荷低)的问题。另外，这项技术很难适用于液体燃料。
例如在日本特开平11-153306号公报中所公开的锅炉用燃烧器的、气体燃料的预混合燃烧器中，在燃烧室壁上设有多个预混合气喷射孔，一种预混合气成为燃烧气体，对准相邻的预混合气喷射孔进行喷射。但是，由于燃料与空气预先混合，因此点火时涉及燃烧的空气是新鲜空气，燃烧开始后才开始与燃烧气体混合，所以存在着使燃烧缓慢的效果不明显的问题。另外，在与气体燃料的预混合燃烧有关的技术中，可以想到预混合气到达下个喷射孔的时间变短，很难适用于液体燃料。
例如，在日本专利3171147号中公开的锅炉用燃烧器中，主要对于液体燃料，利用流过燃料喷嘴周围的燃烧用空气的运动能量，生成低压部分，吸引炉内的燃烧气体，将燃烧气体与燃烧用空气混合。但是，由于在燃烧用空气的外侧混合燃烧气体，所以在燃烧用空气的内侧几乎不混合，燃料首先与燃烧用空气混合后，渐渐与燃烧气体混合。因此，支配燃烧现象的是具有与通常相同的氧浓度的燃烧用空气，实际上不能充分地实现在低氧浓度下的缓慢点火、燃烧的目标。并且，用于吸引燃烧气体的构造复杂。此外，由于采用分割火焰，燃烧器的构造变得复杂，因对燃烧器横截面积存在着无火焰的部分，因此存在着燃烧器的尺寸变大(每容积的燃烧负荷低)的问题。
例如，在日本特开2000-179837号公报中，公开了如下技术，即，在圆筒状的燃烧装置内诱发回旋流，因该回旋流的中心部分的静压下降，所以从回旋面的法线方向向回旋中心吸引其他气体，所述技术应用于圆筒状燃烧装置中的2次燃烧区域中的燃烧气体再循环。虽然使燃烧用的1次空气和2次空气、除此之外的燃料供给分别具有诱发回旋流的作用，但利用回旋所导入的燃烧气体的再循环的效果限于2次燃烧区域的燃烧控制，接近火焰的根部的燃料浓度高的区域不能作为燃烧气体再循环的对象区域。因此，NOx降低效果也为只限定在火焰末端部的温度控制的效果。
下面，参照图1～图4，更详细地说明以往的燃烧装置的具体构成及其问题。
图1示出以往的通用的燃烧装置的一例。图1所示的燃烧装置为筒形的燃烧装置，具有筒形容器2001、流入壳体2002、隔筒2004、燃料喷嘴2005、和与燃料喷嘴2005同轴地设置于燃料喷嘴2005下游的火焰稳定板2006。由筒形容器2001和流入壳体2002以及隔筒2004形成流入流路。
燃烧用空气2010利用送风机或压缩机(未图示)流入流入壳体2002，在通过隔筒2004与燃料喷嘴2005之间的空间2012后，穿过火焰稳定板2006，流入筒形容器2001中。
另外，利用燃料泵、鼓风机或压缩机(未图示)，经燃料喷嘴2005向筒形容器2001内喷射燃料2014。燃料2014和燃烧用空气2010混合燃烧，生成燃烧气体2016。所产生的燃烧气体2016从筒形容器2001的开口端2007流出。
在此，火焰稳定板2006用于带来稳定的点火。所述火焰稳定板2006在图1所示的例中，为直径向开口端2007一侧扩大的圆锥状，阻碍在隔筒2004与燃料喷嘴2005之间的空间2012所流过的空气流，使燃料喷嘴2005前端的燃烧用空气2010的流速降低，并且，在火焰稳定板2006的下游侧形成从下游逆流的流动区域2018。该逆流2018将高温的燃烧气体2016返回到燃料喷嘴2005前端的正下游的点火区域。
但是，这些燃烧气体的逆流仅在燃料轨迹2014的内侧，不波及燃料2014与空气2010混合的部分。因此，燃烧气体的逆流的作用仅仅使点火稳定。
参照图2A和图2B，说明原样应用了图1所示的燃烧装置的环状燃烧装置的一例。如上所述，在图1所示的筒形的燃烧装置的情况下，火焰稳定板2006为圆锥状，但在图2A和图2B所示的环状燃烧装置的情况下，如图2B所示，火焰稳定板也使用环状的火焰稳定板2006a。
如图2B所示，可以在火焰稳定板2006a上安装多个筒状的燃料喷嘴2005，也可以使用环状的燃料喷嘴(未图示)。燃料喷嘴2005的作用与图1所示的筒形燃烧装置的情况相同。
参照图3，说明关注于燃烧气体再循环的以往的燃烧装置的构成、作用及其问题。图3所示的燃烧装置为适用于锅炉或工业炉的筒形燃烧装置，除了图1所示的以往的燃烧装置的构成外，还具有燃烧用空气2010所流过的第1回旋器2003，设置于环状容器2001外侧的第2回旋器2030，和外筒2031。
回旋器2003使燃烧用空气2010的流动回旋，由此，在回流中心形成负压区域从而形成从下游逆流的流动区域2019。该逆流2019将高温的燃烧气体2016返回到燃料喷嘴2005前端的正下游的点火区域，与火焰稳定板2006同样地，使点火更稳定。
在第2回旋器2030离开燃烧室壁2032时，在燃烧用空气2010的流动所致的吸引作用下，经由第2回旋器2030，吸引燃烧室内的燃烧气体2016，与燃烧用空气2010混合产生燃烧。
以上是现有技术的燃烧气体再循环的代表例，但由于从燃烧用空气2010的回旋流的外侧导入燃烧气体2016，所以在燃烧用空气2010的内侧几乎不混合，燃料2014首先与燃烧用空气2010混合之后，渐渐与燃烧气体2016混合。因此，支配燃烧现象的是具有与通常同样的氧浓度的燃烧用空气2010，实际上，不能实现低氧浓度下的点火、燃烧。
另外，在图3所示的燃烧装置中，为了从外筒2031的外侧吸引燃烧气体再循环流，需要使燃烧室的尺寸充分大于外筒2031的直径。因此，该燃烧装置不适用于燃气轮机的燃烧装置等、需要燃烧室的尺寸非常小的用途。另外，图3所示的燃烧装置不适用于环状的燃烧装置。
参照图4，说明以往的环状燃气轮机燃烧装置的构成、作用和问题。以往的燃气轮机的燃烧装置中，因目标的温度与由理论空气量即恰好含有燃料燃烧中所需的氧气量的空气量所进行的燃烧中的火焰温度相比，相当低，所以总空气比非常低，在使用通常的碳氢化合物系燃料时，很难在1级下燃烧。
为此，将燃烧用空气的供给分割成数级，首先，将燃料仅与其一部分(1次空气2040)混合并燃烧，之后，通过添加剩余的空气，来在所希望的出口温度下实现完全燃烧。
在容器2001a的内部，从第1级的燃烧用空气与燃料混合的位置到第2级的空气流入部分称作1次燃烧区域2042。在燃气轮机的燃烧中，为了不降低燃烧效率而排出未燃成分或不增加NOx的生成、而在1次燃烧区域2042的下游添加空气的技术构思被广为公知。
另外，在图4中，符号2044表示在容器2001a上形成的空气孔，符号2046表示从该空气孔2044流入容器2001a内的2次及稀释空气。
如上所述，燃烧气体再循环所致的低氧浓度下的燃烧可有效地降低热式NOx是公知的。但是，在关注于燃烧气体再循环所致的低氧浓度下的燃烧的以往的燃烧装置中，还不存在下述燃烧装置，即，具有充分的燃烧气体再循环的量和NOx降低效果，并且，即使是液体燃料也可实现预蒸发燃烧，可与气体燃料同样地实现预混合燃烧。
发明内容
本发明是鉴于上述现有技术的问题而提出的，其目的在于提供燃烧装置，该燃烧装置的构造比较简单，可最大限度地发挥燃烧气体再循环的效果，实现液体燃料的预蒸发、气体燃料/液体燃料的预混合燃烧和低氧浓度下的缓慢燃烧，实现抑制了NOx生成的燃烧。
另外，本发明的目的在于提供燃烧装置，该燃烧装置适用于以低成本实现以耐高温为目标的陶瓷化的情况，特别是在适用于燃气轮机用燃烧装置的情况下，可简化构造，降低成本。
根据本发明的第1方式，提供一种可以以简单的构造积极地控制并产生燃烧气体再循环的燃烧装置。该燃烧装置具有：环状容器，包括构成内周侧面的内筒部、构成外周侧面的外筒部、开放端部和封闭端部；空气供给部，向所述环状容器内供给燃烧用空气，使该燃烧用空气具有从所述环状容器的所述开放端部朝向所述封闭端部的所述环状容器的中心轴方向的速度成分；和燃料供给部，向所述环状容器内供给燃料，使该燃料具有从所述环状容器的所述封闭端部朝向所述开放端部的所述环状容器的中心轴方向的速度成分。向所述环状容器内供给的燃烧用空气的流动在从所述燃料供给部离开的区域内，与燃料的轨迹最初交汇，在所述燃料供给部附近的区域内，与燃料的轨迹再次交汇。
根据本发明，由于具有截面为环状的燃烧室，在该燃烧室中，所供给的空气流在从燃料供给机构离开的区域内，与所供给的燃料的轨迹最初交汇，在燃料供给机构附近的区域内，与所供给的燃料的轨迹再次交汇，所以能够以简单的构造积极地产生燃烧气体再循环。因此，在将本发明适用于通用的燃烧装置时，能够稳定性高且最大限度地发挥燃烧气体再循环的作用。
并且，由于能够在高稳定性下最大限度地发挥燃烧气体再循环的作用，所以能够在高温且低氧浓度的燃烧气体下燃烧。因此，即使在现有技术下很难低NOx化的液体燃料的情况，也可进行具有稳定的蒸发动作的预蒸发燃烧、与气体燃料、液体燃料无关的预混合燃烧、缓慢的燃烧，能够实现均匀且最高火焰温度低的燃烧以及由于燃烧气体中的惰性气体的热容量而平均火焰温度低的燃烧。因此，能够实现对现有技术中很难抑制的热式NOx的抑制。
在此，在截面为环状的燃烧室中，为了使空气流的轨迹与燃料流的轨迹不相同，使空气流的轨迹与燃料流的轨迹2次交汇，空气流的轨迹最初在燃料轨迹的前端附近的区域内与燃料流的轨迹交汇，并且空气流的轨迹在从燃料流的轨迹的根部到前端附近的范围内与燃料流的轨迹第2次交汇，例如，可以使空气流与燃料流相对向，空气从出口方向逆向流动，并且燃料向出口方向流动，燃料随着从喷射侧离开，向与燃烧室的中心轴垂直的方向的外侧(如果是筒状容器则为半径方向外方)展开。
根据本发明的第2方式，提供了一种以简单的构造积极地控制并产生燃烧气体再循环的燃烧装置。该燃烧装置具有：环状容器，包括构成内周侧面的内筒部、构成外周侧面的外筒部、开放端部和封闭端部；流入流路，在所述环状容器的中心轴方向上，在从所述封闭端部离开的位置上贯穿环状容器的位置侧面而形成，向所述环状容器内供给燃烧用空气；和燃料喷嘴，设置于所述环状容器的封闭端部的内侧，向所述环状容器内供给燃料。所述流入流路形成空气的流动，该空气的流动具有从所述开放端部朝向所述封闭端部的所述环状容器的中心轴方向的速度成分和向所述环状容器的周向回旋的速度成分。所述燃料喷嘴向所述流入流路喷射燃料，使该燃料具有从所述封闭端部朝向所述开放端部的所述环状容器的中心轴方向的速度成分和朝向半径方向外方的速度成分。
根据本发明的第3方式，提供了一种可以以简单的构造积极地控制并产生燃烧气体再循环的燃烧装置。该燃烧装置具有：环状容器，包括构成内周侧面的内筒部、构成外周侧面的外筒部、开放端部和封闭端部；流入流路，向所述环状容器内供给燃烧用空气；和燃料喷嘴，向所述环状容器内供给燃料。所述外筒部在沿着所述环状容器的中心轴离开所述封闭端部规定的距离的位置上，直径变小。所述流入流路在所述外筒部的直径变小的部分上形成，并且形成空气的流动，该空气的流动具有从所述开放端部朝向所述封闭端部的所述环状容器的中心轴方向的速度成分和向所述环状容器的周向回旋的速度成分。所述燃料喷嘴向所述流入流路喷射燃料，使该燃料具有从所述封闭端部朝向所述开放端部的所述环状容器的中心轴方向的速度成分和朝向半径方向外方的速度成分。
根据本发明的第4方式，提供了一种可以以简单的构造积极地控制并产生燃烧气体再循环的燃烧装置。该燃烧装置具有：环状容器，包括构成内周侧面的内筒部、构成外周侧面的外筒部、开放端部和封闭端部；筒状部件，与所述环状容器的中心轴大致同轴且设置于所述外筒部的开放端部侧，具有比所述外筒部的直径小的直径；环状的连接部件，将所述外筒部的端部与所述筒状部件的外周面连接；流入流路，在所述连接部件上形成，向所述环状容器内供给燃烧用空气；和燃料喷嘴，设置于所述环状容器的封闭端部的内侧，向所述环状容器内供给燃料。所述流入流路形成空气的流动，该空气的流动具有从所述开放端部朝向所述封闭端部的所述环状容器的中心轴方向的速度成分和向所述环状容器的周向回旋的速度成分。所述燃料喷嘴向所述流入流路喷射燃料，使该燃料具有从所述封闭端部朝向所述开放端部的所述环状容器的中心轴方向的速度成分和朝向半径方向外方的速度成分。
根据本发明的第5方式，提供了一种可以以简单的构造积极地控制并产生燃烧气体再循环的燃烧装置。该燃烧装置具有：环状容器，包括构成内周侧面的内筒部、构成外周侧面的外筒部、开放端部和封闭端部；环状部件，是与所述环状容器的中心轴大致同轴且设置于所述开放端部侧的环状部件，包括构成内周侧面的内筒部、构成外周侧面且具有比所述环状容器的外筒部的直径小的直径的外筒部；环状的第1连接部件，将所述环状容器的外筒部的所述开放端部侧的端面与所述环状部件的外筒部的外周面连接；第2连接部件，将所述环状容器的内筒部的所述开放端部侧的端面与所述环状部件的内筒部的所述封闭端部侧的端面连接；流入流路，在所述第1连接部件上形成，向所述环状容器内供给燃烧用空气；和燃料喷嘴，设置于所述环状容器的封闭端部的内侧，向所述环状容器内供给燃料。所述流入流路形成空气的流动，该空气的流动具有从所述开放端部朝向所述封闭端部的所述环状容器的中心轴方向的速度成分和向所述环状容器的周向回旋的速度成分。所述燃料喷嘴向所述流入流路喷射燃料，使该燃料具有从所述封闭端部朝向所述开放端部的所述环状容器的中心轴方向的速度成分和朝向半径方向外方的速度成分。
也可以在所述环状容器的内筒部上设有用于使空气向所述环状容器内流入的附加的流入流路。也可以在所述环状容器的封闭端部的内筒部附近，并且在所述燃料喷嘴的半径方向内方设有附加的流入流路(辅助空气流入口)，使空气向所述环状容器的中心轴方向流动。也可以在所述环状容器的外筒部上设有用于使空气向所述环状容器的半径方向内方流入用的附加的流入流路。所述燃烧装置也可以在所述环状容器内部的封闭端部和/或所述环状容器的外筒部的封闭端部附近，还具备在所述封闭端部附近抑制空气的回旋流的整流构造。
所述燃烧装置也可以在所述环状容器内部的封闭端部和/或所述环状容器的外筒部的封闭端部附近，还具备将下述空气的流动在所述封闭端部附近变换为朝向半径方向内方的流动的整流构造(导流叶片)，该空气的流动具有从所述开放端部朝向所述封闭端部的所述环状容器的中心轴方向的速度成分，并且向所述环状容器的周向回旋。
也可以在所述环状容器的外筒部的相对所述中心轴方向比所述流入流路还接近所述封闭端部的位置上，设有附加的燃料喷嘴。
根据本发明，由于所述燃料流具有燃烧室中心轴方向的速度成分和从燃烧室中心轴朝向燃烧室壁面即半径方向外方的方向的速度成分，并且所述空气流在燃烧室中心轴方向上具有与燃料的流动相对的朝向的速度成分，并且具有向周向回旋的速度成分，燃料的流动具有朝向燃烧装置的出口方向的速度成分，燃烧用空气的流动具有朝向与出口方向相反的方向的速度成分，因此能够实现所述的流动。
并且在本发明中，从空气供给机构(流入流路)向燃烧室内供给的空气的流动的一部分作为低温的燃烧气体或不成为燃烧气体的空气流，沿着燃烧室内壁面流动。结果，燃烧室的内壁被低温的燃烧气体或不成为燃烧气体的空气流保护，不受燃烧装置内部的热影响。结果，可实现提供一种对燃烧热有高耐久性的燃烧装置。
如上所述，根据本发明，由于提供了能够积极地控制并产生燃烧气体再循环的简单的构造，所以实现了容易使用陶瓷等耐热材料、容易分解和部件更换并且保养性优的燃烧装置。
另外，在设有辅助燃料喷嘴时，即使在气体燃料/液体燃料的混合燃烧及低发热量的燃料及废液的燃烧中，也可抑制热式NOx的生成。
在将具备上述构成的本发明作为1次燃烧区域适用于燃气轮机燃烧装置的情况下，由于可以用简单的构造积极地产生燃烧气体再循环，因此在燃气轮机燃烧装置的1次燃烧区域中，能够稳定性高且最大限度地发挥燃烧气体再循环的作用。
并且，由于具有高稳定性，在适用了本发明的燃气轮机燃烧装置中，能够更稀薄地设计1次燃烧区域，因此起到将平均燃烧温度抑制到较低，进一步抑制热式NOx的生成的作用效果。
另外，在适用了本发明的燃烧装置的燃气轮机燃烧装置中，由于能够在高稳定性下最大限度地发挥燃烧气体再循环的作用，因此即使在例如在现有技术中很难低Nox化的液体燃料的情况下，也可抑制热式NOx的生成。
此外，如上所述，在本发明的燃烧装置中，由于内壁适当地由低温的空气流冷却，所以能够提供一种耐久性高的燃气轮机燃烧装置。
此外，在本发明的燃烧装置中，由于构造简单，所以容易使用陶瓷等耐热材料，并且容易分解、更换，从而实现提供一种保养性优良的燃气轮机燃烧装置。
此外，在适用了本发明的燃烧装置的燃气轮机中，由于能够形成在1次燃烧区域的外侧空气不流动而露出衬套的构造，所以可用简单的构造配置燃料喷嘴或点火装置等，可降低成本。
此外，由于可降低衬套相对壳体的热膨胀，因此构造简单，可进一步降低成本。
并且，如果以设有辅助燃料喷嘴的燃烧装置中构成燃气轮机，则即使在气体燃料/液体燃料的混合燃烧及低发热量的燃料及废液的燃烧中，也可抑制热式NOx的生成。
附图说明
图1为示出以往的筒状燃烧装置的剖视图；
图2A为示出以往的环状燃烧装置的剖视图；
图2B为图2A的主视图；
图3为示出以往的筒状燃烧装置的其他例的剖视图；
图4为示出以往的燃气轮机用环状燃烧装置的剖视图；
图5为示出本发明的第1实施方式的燃烧装置的立体图；
图6为图5的剖视图；
图7为示出本发明的第2实施方式的燃烧装置的立体图；
图8为图7的剖视图；
图9为示出本发明的第3实施方式的燃烧装置的立体图；
图10为图9的剖视图；
图11为示出本发明的第4实施方式的燃烧装置的立体图；
图12为图11的剖视图；
图13为示出本发明的实施方式中的回旋器的一例的立体图；
图14为示出本发明的实施方式中的回旋器的另一例的立体图；
图15为示出本发明的实施方式中的回旋器的又一例的立体图；
图16为示出本发明的实施方式中的流入壳体的另一例的剖视图；
图17为示出本发明的实施方式中的流入壳体的又一例的剖视图；
图18为图17的剖视图；
图19为示出本发明的实施方式中的燃料喷嘴的另一例的立体图；
图20为图19的剖视图；
图21为示出本发明的实施方式中的作用的立体透视图；
图22A为图21的局部放大的剖视图；
图22B为图22A的放大图；
图23为示出本发明的第5实施方式中的燃烧装置的剖视图；
图24为示出本发明的第6实施方式中的燃烧装置的剖视图；
图25为示出本发明的第7实施方式中的燃烧装置的立体透视图；
图26为示出本发明的第8实施方式中的燃烧装置的立体透视图；
图27为示出本发明的第9实施方式中的燃烧装置的立体透视图；
图28为示出本发明的第10实施方式中的燃烧装置的立体透视图；
图29为示出本发明的第11实施方式中的燃烧装置的立体透视图；
图30为示出本发明的第12实施方式中的燃烧装置的立体透视图；
图31为示出本发明的第13实施方式中的燃烧装置的剖视图；
图32为示出本发明的第14实施方式中的燃烧装置的立体图；
图33为图32的剖视图；
图34为示出本发明的第15实施方式中的燃烧装置的剖视图；
图35为示出本发明的第16实施方式中的燃烧装置的剖视图；
图36为示出在本发明的第2实施方式的燃烧装置中不使用回旋器时的立体图；
图37为图36的剖视图；
图38为示出将本发明的燃烧装置适用于燃气轮机发电机例的框图。
具体实施方式
下面，参照图5～图38，对本发明的实施方式的燃烧装置进行说明。此外，在各实施方式中，相同部分标以相同的符号，省略重复的说明。
首先，参照图5和图6，说明第1实施方式中的燃烧装置。图5所示的燃烧装置具有一端(封闭端部)10被封闭的环状容器12、流入壳体14、回旋器16和设置于所述环状容器12上端(封闭端部)10的里面上的燃料喷嘴18。在环状容器12外周(后述的外筒部13)侧面上，以相同的间距形成多个空气流入部20，形成燃烧用空气22经由该空气流入部20流入环状容器12内的、由空气流入部20、流入壳体14和回旋器16形成的流入流路。
所述环状容器12由图6详细地示出，具有内筒部15和外筒部13，该内筒部15和外筒部13由所述封闭端部10封闭。环状容器12的下端形成开放的燃烧气体的出口26。在环状容器12的内筒部15中，在比形成于所述外筒部13上的空气流入部20还向上方一侧的位置上形成多个内侧空气流入部30。
尽管在图5和图6中没有明确地描绘，但所述回旋器16例如具有数量与所述相同间距的多个空气流入部20相同的导引叶片，该导引叶片相对于中心轴在非法线方向上边扭转边斜向上配置，并且内侧的端部与所述空气流入部20附近连接。其他详细的回旋器16的构成将后述。
所述流入壳体14具有：内筒34，配置为在环状容器12的内筒部15的内侧形成规定的间隙部32；外筒38，配置为在环状容器12的外筒部13的外侧形成规定的间隙部36；内侧底部件40，将所述内筒34的下端与环状容器12的内筒部15的下端连接；以及外侧底部件42，将所述外筒38的下端与环状容器12的外筒部13的下端连接。
尽管在图5和图6中没有明确地描绘，但所述燃料喷嘴18例如可通过在用中空件制成的单一环上穿有多个孔(喷孔)或安装多个喷嘴尖来实现。
在上述构成的燃烧装置中，燃烧用空气22利用送风机或压缩机(未图示)，流入由所述流入壳体14的外筒38和环状容器12的外筒部13形成的所述间隙36中，经回旋器16从空气流入部20朝向斜上方流入环状容器12中。利用燃料泵、鼓风机或压缩机(未图示)，经燃料喷嘴18向环状容器12内喷射燃料21。在环状容器12内，燃料21与燃烧用空气22混合燃烧，燃烧气体24从环状容器12的开口端26排出。
在第1实施方式中，如图6所示，燃烧用空气22在环状容器12的轴向上从环状容器12的封闭端部10离开规定距离的位置上，相对于从环状容器12的封闭端部10向开放端部26的朝向(出口方向)，具有逆向的速度成分(从所述空气流入部20朝向斜上方)，从而流入环状容器12内并进行回旋。即，从空气流入部20流入环状容器12内的空气22形成流动28，该流动28具有在环状容器12的中心轴J方向上从开放端部26朝向封闭端部10的速度成分和在环状容器12的周向上回旋的速度成分。
并且，燃料23从环状容器12的封闭端部10朝向出口26方向，相对环状容器12的中心轴在径向上具有展开角度、并且瞄准燃烧用空气22的流入部20进行喷射。即，以具有在中心轴J方向上从封闭端部10朝向开放端部26的速度成分和朝向半径方向外方的速度成分的方式，向流入部20(流入流路)喷射燃料23。
此外，由于空气22a从所述内侧空气流入部30在环状容器12内朝向斜下方地流入，所以环状容器12的内筒部15的内壁被适当地冷却。
尽管未图示，但空气流入部20相对环状容器12的侧面13的开口比例及形状及间距可任意设定。另外，尽管未图示，但也可以设置成，在燃烧用空气22的向环状容器12的流入部20中，只要具有与出口26相反的朝向的速度成分，就使所流入的燃烧用空气22的流动偏向。
另外，在图6中，符号28表示回旋流，该回旋流由燃料与从空气流入部20流入的燃烧用空气22混合、燃烧而成的燃烧气体构成，并且在与出口26相反的方向上具有较大的速度成分。
下面，参照图7和图8，说明第2实施方式的燃烧装置。在图7和图8所示的燃烧装置中，是将图5和图6的第1实施方式中的环状容器12置换成具有将外筒部113缩径的构造(台阶构造)的环状容器112的实施方式。在该台阶部100即在环状容器112的外筒部113的外径不连续变化的部分上形成空气流入部20。
对于回旋器16和流入壳体14，与后述的图11和图12的第4实施方式大致相同，有关回旋器16和流入壳体14的详细说明将在说明第4实施方式时进行。
根据如此构成的第2实施方式，从所述空气流入部20流入环状容112中的燃烧用空气22流入环状容器112，从而形成由于与出口26逆向而具有较大速度成分的回旋流28。即，流入环状容器112中的空气22在环状容器112的中心轴J方向上具有从开放端部26朝向封闭端部110的速度成分，并且具有向周向回旋的速度成分。
并且，以具有在中心轴J方向上从封闭端部10朝向开放端部26的速度成分和朝向半径方向外方的速度成分的方式，向流入部20(流入流路)喷射燃料23。
在图7和图8中，环状容器112的外筒部113的截面变化部100被描绘为垂直于环状容器112的轴向的，但可以是任意的角度。另外，尽管未图示，但空气流入部20的开口比例及形状及间距也可任意设定。此外，尽管未图示，但在空气流入部20中可设置成使流入的燃烧用空气22的流动偏向的构造。另外，在图8中，符号115表示环状容器112的内筒，符号110表示环状容器112的封闭端部。
下面，参照图9和图10，说明本发明的第3实施方式的燃烧装置。在图9和图10所示的燃烧装置中，是将图7和图8的第2实施方式中的环状容器112根据制作上的要求置换为以下的环状容器212的实施方式。环状容器212在截面变化部分(台阶部)上，将环状容器212的内周侧侧面(内筒部)215向下游侧延长，并且另外设有2次筒200(筒状部件)。
由图10可知，2次筒200小到可由环状容器212的外筒部213完全收纳的程度。即，2次筒200的横截面积比环状容器212的外筒部213的横截面积小，2次筒200完全包含于将该外筒部213延长后的假想圆筒形内。
由环状的连接部件270连接环状容器212的外筒部213的在开放端部26侧的端部213a和2次筒200的靠近封闭端部210侧的外周面，在连接部件270上形成空气流入部20(流入流路)。另外，环状容器212的内筒部215为与2次筒200大致同轴地向环状容器212的开放端部26侧延长的形状。
根据图9和图10的第3实施方式，由环状容器212、2次筒200和连接部件270构成燃烧室，因此燃烧装置的装配容易。
在该第3实施方式中，从流入部20流入环状容器212内的空气也形成流动28，该流动28在环状容器112的中心轴J方向具有从开放端部26朝向封闭端部210的速度成分，并且向环状容器212的周向回旋。并且，以具有在中心轴J方向上从封闭端部210朝向开放端部26的速度成分和朝向半径方向外方的速度成分的方式，向流入部20(流入流路)喷射燃料。
在图9和图10的第3实施方式中，特别是如图10所示，在封闭端部210的内侧，在内筒部215附近并且在所述燃料喷嘴18的半径方向内方，设有辅助空气流入口271(附加的流入流路)，空气向环状容器212的中心轴J方向流动(箭头272所示)。由此，空气272沿着内筒部215的内壁面215a流动，内筒部215的内壁面215a被有效地冷却。在此，辅助空气流入口271在图9中由箭头表示。
对于该辅助空气流入口271，不仅是图9和图10的第3实施方式，也可适用于图5～图8的第1实施方式和第2实施方式。同样地，对于图11以下后述的其他实施方式中，也可适用于从辅助空气流入口271喷射空气流271来冷却内筒部内壁面215a的构成。
下面参照图11和图12说明第4实施方式的燃烧装置。在图11和图12所示的燃烧装置中，是将图7和图8的第2实施方式中的环状容器112根据制作上的要求置换为以下的环状容器312的实施方式。是将环状容器312在截面变化部分(台阶部)400分割成2次环状容器(环状部件)402、第1连接部件270和第2连接部件470的实施方式。
在图12中，符号404表示2次环状容器402的内筒部，符号406表示2次环状容器402的外筒部。由图12可知，2次环状容器402的外筒部406小到可由环状容器312的外筒部213完全收纳的程度。即，2次环状容器402的外筒部406的横截面积比环状容器312的外筒部213的横截面积小，2次环状容器402的外筒部406完全包含于将该外筒部213延长后的假想圆筒形内。
并且，由环状的第1连接部件270连接环状容器312的外筒部213的在开放端部26侧的端部213a和2次环状容器402的外筒部406的靠近封闭端部210侧的外周面，在连接部件270上形成空气流入部20(流入流路)。另外，2次环状容器402的内筒部404位于环状容器312的内筒部215的延长部分上，由第2连接部件470连接2次环状容器402的内筒部404与环状容器312的内筒部215。
此外，在图11和图12中，环状容器312的内筒部215和2次环状容器402的内筒部404被表示为相同的内径尺寸，但环状容器312的内筒部215的内径尺寸与2次环状容器402的内筒部404的内径尺寸也可为不同。
根据图11和图12的第4实施方式，由环状容器312、2次环状容器402、将两者连接的第1连接部件270和第2连接部件470构成燃烧室，因此，燃烧装置的装配容易。
下面，参照图13～图15对回旋器16进行详细地说明。回旋器16通常如图13所示，在内筒50与外筒52之间设置有使流动偏向的回旋叶片54，来形成空气导入路56。另外，作为其他的回旋器16，如图14所示，也可以在环状部件58上开口有使流动偏向的空气导入路56a。此时的空气导入路56a的形状是任意的。或者，作为可实现与回旋器16相同的作用的其他构成，如图15所示，也可将按所述连接部件270的每个空气流入部20所分割的空气导入路56b安装于所述连接部件270上。
另外，在结构为图13和图14的回旋器16中，回旋器16可兼作连接部件。即，在图13的例中，废弃内筒50和外筒52，通过将第3实施方式的2次筒200(参照图9和图10)与容器212(参照图9和图10)用回旋叶片54连接，或者通过将第4实施方式的环状容器402(参照图11和图12)与环状容器312用回旋叶片54连接，从而回旋叶片54可兼作连接部件270。在图14例中，环状部件58可兼作连接部件270(图9～图12)。
此外，在图9，图10，图11和图12中，第1连接部件270被描绘为与环状容器312和2次环状容器402的轴向垂直，但角度可以是任意的。尽管未图示，但空气流入部20的开口比例及形状及间距可任意设定。另外，回旋器16被描绘为轴流形状，但也可以为燃烧用空气22也从回旋器16外周流入的斜流形状。此外，尽管未图示，但也可设置在空气流入部20中所流入的空气22的流动向径向偏向的构造。
流入壳体14如图16所示，也可作为适用于离心压缩机、涡轮机中的所谓逆流型的流入壳体14b。
另外，在环状容器312(也包含环状容器12、112、212)的内周侧由耐热性材料形成时，从而在环状容312的内周侧也可以没有空气流入孔20的情况下，如图17和图18所示，流入壳体14c可与环状容器312成一体。由于此种情况下的流入壳体14c不必是由流入壳体14c包围环状容器312的与空气流入部20相比的封闭端部210一侧或环状容器312全体的2重构造，所以能够使燃料喷嘴18或未图示的点火装置不贯穿流入壳体14c地安装。即，构造变得简单，可降低成本(此时，所露出的环状容器312最好由隔热材料隔热)。
关于壳体，尽管未图示，但在由图15所示的被分割的空气导入路56b起到回旋器16的作用时，也可以在空气导入路56b上连接延长管，并设置使该延长管合流的流入管，从而变更为流入壳体14。在存在其他的空气导入路部的情况下也是同样的。
作为燃料喷嘴的构成方法，也可变更为单一的环形燃料喷嘴18(图5～图12)，如图19和图20所示，将多个喷嘴18a大致同心圆状设置。此时，只要燃料从环状容器312的封闭端部210朝向出口26方向，相对环状容器312的中心轴向径向外方具有角度地呈喷流状或较小展开角度的圆锥状或扇状地对准燃烧用空气的流入部20喷射，就能够实现与单一的喷嘴同样的作用。通过设有多个喷嘴18a，特别是在大型的燃烧装置中很难适用单一喷嘴的情况下很有效。
与以上的回旋器、壳体、燃料喷嘴有关的同样的构造也可适用于第1实施方式～第4实施方式以及以下所有的实施方式。
对于上述的实施方式的作用，以下，以图21、图22A、图22B所示的第4实施方式为例，进行更详细地说明。
在图21和图22A中，从燃料喷嘴18相对于环状容器312的中心轴J(参照图22A)向径向外侧具有展开角度地喷射燃料21。即，以具有在中心轴J方向上从封闭端部210朝向开放端部26的速度成分和朝向半径方向外方的速度成分的方式，向空气流入部20喷射。
考虑相对环状容器312的轴向具有展开角度地喷射的燃料的几个燃料轨迹23a、23b(参照图21)。燃烧用空气22在图22A中，利用未图示的送风机或压缩机，流入由所述流入壳体14的外筒38与环状容器312的外筒部213形成的所述间隙36中，经回旋器16，从形成于所述连接部件270上的未图示的空气流入部向环状容器312内流入。流入环状容器312的燃料用空气22b在环状容器312内边朝着与出口26相反的方向回旋边逆流而上，在位置25与一个轨迹23a交汇(参照图21)。换言之，从空气流入部流入环状容器312内的空气22b形成流动28，该流动28在环状容器312的中心轴J方向上从开放端部26朝向封闭端部210的速度成分，并且向环状容器312的周向回旋。
考虑到液体燃料的情况时，在位置25，经由燃料轨迹23a的燃料21在某种程度上蒸发，从而粒子的直径变小，并且，由于在空气流中行进，因此与喷嘴18的出口附近相比速度慢，并且，由于燃料21与燃料用空气22的速度成为相对的朝向，所以燃料21趁着燃烧用空气22b的流动被点火，形成火焰进行燃烧。
燃烧用空气22b在环状容器312中边向与出口相反的方向回旋边逆流而上，形成高温低氧浓度的燃烧气体24b。并且，随着与环状容器312的封闭端部210接近，在环状容器312的中心轴J附近改变朝向，在靠近环状容器312的内筒215附近，向出口26方向改变朝向，在位置27横切燃料轨迹23b。即，产生燃烧气体再循环。另外，燃烧气体24a所横切的燃料轨迹23b也可与燃料轨迹23a相同。
在位置27(参照图21)，高温、低氧浓度的燃烧气体24b不使燃料点火而使其预蒸发。蒸发后的燃料与燃烧气体24b伴流，虽然燃烧气体24b为高温，但由于为低氧浓度，所以抑制了燃烧速度，从而蒸发后的燃料不立刻点火而被预混合。并且，在经过规定时间之后点火从而燃烧，燃烧气体24b进一步成为高温、低氧浓度的燃烧气体24，从出口26排出。
与现有技术不同，在第4实施方式中，重要的是，大部分的燃料最初不与燃烧用空气22接触，而是最初与燃烧气体24b接触，从而实际上可以在低氧浓度下实现点火、燃烧。
在由图21、图22A和图22B所例示的本发明的实施方式中，假如燃料轨迹23的根部附近的燃料蒸发少的情况下，更多的燃料在燃料轨迹23的前端与燃烧用空气22b混合，由于燃烧气体24b的温度增高，从而促进了在燃料轨迹23的根部的蒸发。即，对蒸发量具有反馈作用。因此，具有如下性质，即使燃料喷射的条件改变，也可稳定地发现(图21、图22A和图22B例示的)本发明的实施方式的作用。
在气体燃料的情况下，燃料也呈喷射状穿过空气的流动，在周边部部分地与空气混合(燃料喷射流损失其运动量前)的同时，到达位置25，由此，与液体燃料时同样，燃烧用空气22b在环状容器312中边向与出口26相反的方向回旋边逆流而上，与燃料轨迹23a交汇，并与燃料21混合，形成高温、低氧浓度的燃烧气体24b。
并且，随着接近环状容器312的封闭端部210，在环状容器312的中心轴附近改变朝向，在内筒部215附近反转，在位置27横切燃料轨迹23b，引起燃烧气体再循环。虽然燃烧气体24b为高温，但由于为低氧浓度，所以抑制了燃烧速度，从而不立刻点火而使其预混合，在经过规定时间之后点火从而燃烧。
(图21、图22A和图22B所例示的)本发明的实施方式的最基本的作用为，改变空气在该燃烧装置内的流动的朝向，在燃烧装置内的燃烧用的空气与燃料的各自的轨迹不相同，空气的轨迹与燃料的轨迹2回交汇，并且，对于空气来说，最初的交汇是在燃料轨迹的前端附近，第2回交汇在从燃料轨迹的根部到前端附近的区域中产生，通过如此使燃料与空气混合，积极地控制并引起燃烧气体再循环。
(图21、图22A和图22B所例示的)本发明的实施方式的燃烧装置内的流动在通过环状容器312的中心轴的截面内，如图22B所示。将流入环状容器312中的燃烧用空气22根据位置示意性地分成22a、22b、22c、22d、22e来进行图示。
流入环状容器312中的燃烧用空气22的大半部分22b、22c、22d分别与燃料轨迹冲撞，成为燃烧气体24b、24c、24d，在环状容器312的内部较深地逆流而上，并再次横切燃料轨迹23。燃烧用空气的流入位置越从环状容器312的外筒部213离开，燃烧用空气越逆流而上到较浅的位置就进行反转。流入环状容器312的燃烧用空气22中，从最接近容器312的外筒213内面的位置流入的燃烧用空气22a在不与6燃料21冲撞的状态下，在容器312内逆流而上到最深。并且，随着逆流而上，与燃烧气体24b混合，成为燃烧气体24a。因此，燃烧气体24a、24b、24c、24d沿着燃料轨迹23无遗漏地横切，燃烧气体再循环的作用被最大限度地发挥。
图21、图22A和图22B所例示的本发明的实施方式中其他本质的作用为，燃烧气体沿着燃料的轨迹无遗漏地横切。通过这些作用，在本发明实施方式的燃烧装置中，如图22A所示，形成靠近环状容器312的内筒部215的第2环状火焰60、和靠近外筒部213但从环状容312的外筒213的内壁离开的第1环状火焰62这两个火焰。
由于燃烧用空气22回旋，所以第1环状火焰62在环状容器312内的滞留时间较长，并且在周向上较好地均匀混合，形成燃烧用空气22与燃料21(参照图21)相对的形式，并且，利用紊流扩散从第2环状火焰60向与燃料会合前的燃烧用空气供给高温的燃烧气体，由此燃烧用空气的温度上升，氧浓度降低，抑制了燃料的点火，并且促进了蒸发，所以火焰的稳定度提高。
另外，对于第2环状火焰60，第1环状火焰62的燃烧气体24a，24b，24c，24d横切燃料轨迹23，由此，使第1环状火焰62成为可靠的点火源，提高了稳定性，并且，由于在高温且低氧浓度的燃烧气体下燃烧，形成预蒸发燃烧、预混合燃烧及缓慢的燃烧，从而不是如通常的扩散燃烧那样在局部形成理论混合比而局部存在高温的场所的燃烧，而是形成均匀且最高火焰温度低并且由于燃烧气体中的惰性气体的热容量而平均火焰温度低的燃烧，从而抑制了热式NOx的生成。
此外，作为冷却上的优点，流入如图22所示的环状容器312的燃烧用空气22中，从最接近环状容器312的外筒部213的内周面的位置流入的燃料用空气22a在与(燃料21或)燃料轨迹23不冲撞的状态下，在环状容器312内逆流而上到最深，随着逆流而上，与燃烧气体24b混合，成为燃烧气体24a。燃烧气体24a由于为比较低的温度，从而保护环状容器312的内面防止过热。
另外，在离环状容器312的外筒部213的内面最远的位置上流入环状容器312的燃烧用空气22e与燃料21的到达点相比在出口26一侧反转，向出口26的方向流动，所以不形成燃烧气体，而是从远离2次环状容器402的外筒406的内周面406a的部分开始，逐渐与主火焰(第2环状火焰)60的燃烧气体混合。
但是，该反转后的燃烧用空气22e中的、最接近2次环状容器402的外筒406的内周面406a的部分为比较低的温度，保护2次环状容器402的外筒406的内周面406a不受主火焰60的高温的影响。在环状容器312的内周侧215和2次环状容器402的内周侧(内筒404)内面，高温的燃烧气体通过附近。因此，也可以根据需要，在环状容器312的内周侧和2次环状容器402的内筒404的内周面404a上设置空气孔30，使冷却用的空气呈喷射状或沿着壁面的方式喷射出而进行冷却。在环状容器312的内周侧和2次环状容器402的内筒404的内周面404a由耐热性材料构成时，在环状容器312的内周侧和2次环状容器402的内筒404的内周面404a上可不设置空气流入孔30。
上述的本发明的实施方式的作用不仅在图21、图22A和图22B所示的第4实施方式，而且在第1实施方式～第3实施方式或第5实施方式以后的其他实施方式中也相同。
另外，作为构造上的优点，由于燃烧室被分割成环状容器312和下游的构造(2次环状容器)，可容易地取出环状容器312，与现有技术相比，燃烧装置的分解、更换、保养容易，提高了保养性。
下面，参照图23，说明与第4实施方式具有互换性的第5实施方式的燃烧装置。图23所示的燃烧装置为下述实施方式，即，环状容器的封闭端部510与所述第1实施方式～第4实施方式不同，具有截面曲线Lr由不均匀曲率的自由圆弧形成的曲面构成的环状容器512。
另外，在图23所示例中，该环状容器512的大部分由曲面的封闭端部510构成，在该环状容器512的非常短的内筒部515上经由第2连接部件470与2次环状容器402连接，在外筒部513上经由连接部件270与2次环状容器402连接。
第5实施方式的燃烧装置的情况下，也可实现与所述第4实施方式所说明的作用同样的作用。通过由曲面构成环状容器512的封闭端部510，特别是在燃烧温度成为高温的用途中，在环状容器512由陶瓷等耐热材料构成时，制作上更容易，可降低成本。另外，由于燃烧室被分割成环状容器512和下游的构造(2次环状容器402)，所以可容易地取出环状容512，与以往相比，燃烧装置的分解、更换、保养容易，提高了保养性。第5实施方式的由一部分曲面构成的环状容器512也可适用于第1～第3实施方式。
下面，参照图24说明第6实施方式的燃烧装置。图24所示的燃烧装置为图11和图12的第4实施方式的应用型，即，相对于第4实施方式，是在环状容器的外筒部上形成辅助空气孔的实施方式。即，在图24中，第6实施方式的燃烧装置为在环状容612的封闭端部610附近的外筒部613上形成多个辅助空气孔619的实施方式。
由于如上所述从形成于封闭端部610附近的外筒部613上的多个辅助空气孔619流入的燃烧用空气22d向向心方向呈喷射状地流入环状容器612内，所以吸引周围的燃烧气体24b，在容器612的封闭端部610附近，作为全体从环状容器612的外周(外筒部)613朝向内周(内筒部)615的方向促进流动。由此，可以在环状容器612的封闭端部610附近，将回旋流动的燃烧气体28导向环状容器612的内周(内筒部)615附近，使其向着燃料轨迹23进行再循环。第6实施方式的辅助空气孔619也适用于第1实施方式、第2实施方式和第3实施方式。
下面，参照图25说明第7实施方式的燃烧装置。图25所示的燃烧装置为，相对于第4实施方式(参照图11和图12)，在环状容器312的封闭端部210内侧设有多个整流构造即导流叶片11的实施方式。通过设有所述导流叶片11，可获取与第6实施方式(参照图24)中的辅助空气孔619同样的作用。除了在环状容器312的封闭端部210内侧设有多个整流构造即导流叶片11之外，实质上与第4实施方式相同。另外，该导流叶片11也可适用于所述第1实施方式～第3实施方式以及第6实施方式。
下面，参照图26说明第8实施方式的燃烧装置。图26所示的燃烧装置为下述实施方式，即，通过在第4实施方式的环状容器312中，在外筒部213的内壁中的在接近封闭端部210一侧的区域设有多个整流构造即导流叶片11a，来实现与第6实施方式(参照图24)中的辅助空气孔619同样的作用。除了在接近环状容器312的封闭端部210一侧的外筒部213的内壁上设有多个整流构造即导流叶片11a以外，实质上与第4实施方式相同。另外，该导流叶片11a也可适用于所述第1实施方式～第3实施方式和第6实施方式。另外，也可并设第7实施方式和第8实施方式所示的整流构造。
下面，参照图27，说明第9实施方式的燃烧装置。图27所示的燃烧装置将与第7实施方式和第8实施方式相同的导流叶片适用于图23的第5实施方式。即，沿着由环状容器512的曲面构成的封闭端部510的曲面的内侧，在图示的实施方式中，直到大致封闭端部510的顶部形成导流叶片11b。
所述第7实施方式～第9实施方式所示的导流叶片11、11a、11b在环状容器212、512的封闭端部210、510附近起到抑制回旋流动并将流动向半径方向整流的作用，结果，与第5实施方式相同，将回旋流动的燃烧气体24a(未图示)导向环状容器212、512的封闭端部210、510的内周附近，顺畅地向燃料轨迹23进行再循环。
参照图28～图30，分别说明进一步发展所述第7实施方式～第9实施方式的第10实施方式～第12实施方式。
首先，图28的第10实施方式是将图25的第7实施方式中的整流构造即导流叶片11最优化后的实施方式。即，在第10实施方式的导流叶片11c中，使图25的第7实施方式的导流叶片11的形状弯曲成圆弧状，以使燃烧用空气向环状容器312的内筒215侧螺旋状卷绕，从而易向中心部流动。该导流叶片11c也可适用于第1实施方式～第3实施方式和第6实施方式。另外，也可以与第8实施方式的导流叶片11a一同使用。
图29的第11实施方式是将图26的第8实施方式中的整流构造即导流叶片11a最优化后的实施方式。即，在第11实施方式的导流叶片11d中，使图26的第8实施方式中的导流叶片11a的形状沿着环状容器212的外筒部312的内壁倾斜配置，变形为该导流叶片11d的上方前端在图示的例中朝着垂直方向立起。该导流叶片11d也可适用于第1实施方式～第3实施方式以及第6实施方式。另外，也可与第7实施方式的导流叶片11一同使用，也可与第10实施方式所示的导流叶片11c一同使用。
图30的第12实施方式是将图27的第9实施方式中的整流构造即导流叶片11b最优化后的实施方式。即，在第12实施方式的导流叶片11e中，使图27的第9实施方式的导流叶片11b的形状沿着环状容器512的外筒部513的弯曲的内壁倾斜配置，变形为该导流叶片11e的上方前端在图示的例中朝着垂直方向立起。
在上述的第10实施方式～第12实施方式中，整流构造(导流叶片)11c、11d、11e的作用为，积极地且更顺畅地使回旋的燃烧气体24a(未图示)的流动偏向为向心方向的流动，由此，可以在环状容器212、512的封闭端部210、510附近，将回旋流过的燃烧气体24a更顺畅地引导到环状容器212、512的内周(内筒部)215、515附近，使其向燃料轨迹23进行再循环。
另外，只要具有使回旋流动偏向为向心方向的流动的作用，则即使改变整流构造的详细的形状，实质上也是相同。另外，整流构造也可以是在环状容器212、512上附加板状或台状等的物体，也可以是在环状容器212、512的内面构成沟槽状的形状。
下面，参照图31，说明第4实施方式的应用例即第13实施方式的燃烧装置。该燃烧装置为下述实施方式，即，在具有内筒部715和外筒部713的环状容器712的外筒部713的内面，设置辅助燃料喷嘴702，该辅助燃料喷嘴702将燃料辅助性地喷射到燃烧用空气22的流入部20稍靠近封闭端部710处。
从辅助燃料喷嘴702喷射的燃料既可以是与从主燃料喷嘴18喷射出的燃料相同的燃料，也可以是不同的燃料。即使是在燃烧装置是大型装置，或者气体燃料下喷射压力受限从而很难使燃料21到达燃烧用空气22的流入部20(未图示)的情况下，若从辅助燃料喷嘴702喷射相同燃料，则通过与第2实施方式同样的燃烧气体再循环，可实现抑制热式NOx生成的燃烧。
另外，通过从燃料喷嘴18喷射液体燃料，从辅助燃料喷嘴702喷射气体燃料，可以以简单的构成实现液/气体混合燃烧。此外，利用辅助燃料喷嘴702，能够进一步提高降低调节性能(turndown)。此外，在使用低发热量下很难稳定地燃烧的燃料时，特别是在对尽管具有发热量但该热量少的废液进行燃烧处理时，从燃料喷嘴18喷射低发热量燃料或废液，从辅助燃料喷嘴702喷射燃烧性良好的燃料，由此与第4实施方式同样地，通过燃烧气体再循环，形成预蒸发、预混合的燃料，能够实现抑制热式NOx生成的燃烧。
另外，在图31中，辅助燃料喷嘴702是在环状容器712的外筒部713的内面设有多个喷嘴的喷嘴，但作为其他的构成，(尽管未图示)也可以在环状容器712的外筒部713的内面设置开有多个喷射孔的单一的环。
第13实施方式的辅助燃料喷嘴702也可适用于第1实施方式～第3实施方式以及第5实施方式～第12实施方式。
在将本发明适用于燃气轮机的燃烧装置时，也可以将上述的实施方式(第1实施方式～第3实施方式)看作1次燃烧区域，在出口26的下游进一步设置空气流入部。另外，在燃气轮机的燃烧装置中，为了不降低燃烧效率而排出未燃烧成分或不增加NOx生成，在1次燃烧区域的下游添加空气的技术被广为公知。因此，由于在将本发明适用于燃气轮机时，可以通过将公知的技术应用到至此所说明的实施方式中来实现，所以在保持本发明本质的状态下，可有许多应用的实施方式。以下，不能描述其所有的内容，只对一部分例子进行说明。
参照图32和图33，说明第14实施方式中的燃气轮机的燃烧装置。图32和图33的第14实施方式为，将所述第4实施方式的燃烧装置适用于燃气轮机燃烧装置的实施方式。
在图32和图33中，该燃气轮机燃烧装置与所述第4实施方式比较，将2次环状容器置换为在出口侧延长并且在2次环状容器802的适当位置开有空气孔814、814b的2次环状容802。另外，2次环状容器802在下游处截面是被扩张(808)，但其也可任意设定。此外，2次环状容器802直到出口26成一体的构成，但也可根据制作上的要求进行分割。
从在2次环状容器802上遍及多级所形成的空气孔814，814b流入2次和稀释空气818。与第4实施方式同样地，在1次燃烧区域816中，由于沿着燃料轨迹23无遗漏地发生燃烧气体再循环，从而在高温且低氧浓度的燃烧气体下燃烧，所以在液体燃料的情况下，形成预蒸发燃烧，进而，无论是气体燃料还是液体燃料都形成预混合燃烧及缓慢的燃烧，(不是如通常的扩散燃烧那样在局部形成理论混合比且在局部存在高温场所的燃烧)成为均匀且最高火焰温度低且由于燃烧气体中的惰性气体的热容量而平均火焰温度低的燃烧，从而可抑制热式NOx的生成。2次环状容器802的直到最上游侧的2次空气孔814为止的外筒806的内壁面由与第4实施方式同样地由1次空气817的一部分冷却。
另外，也可以在2次环状容器802的外筒806的壁面上任意开有冷却空气孔814。在环状容器312的内周侧215和2次环状容器802的内筒804的内面，高温的气体通过附近。因此，也可以根据需要，在环状容器312的内周侧215和2次环状容802的内筒804上设有空气孔，使冷却用的空气呈喷射状或沿着壁面的方式喷出来进行冷却。在环状容器312的内周侧215和2次环状容器802的内筒804由耐热材料制成时，也可在环状容器212的内周侧312和2次环状容器802的内筒804上设置空气流入孔。
此外，由于1次燃烧区域816的稳定性高，所以可以提高了1次空气817相对整个空气流量的流量比率，作为更稀薄的1次燃烧使燃烧温度降低，从而可抑制热式NOx的生成。另外，由于燃烧室被分割成环状容器312和下游的构造(2次环状容器802)，所以能够容易取出环状容器312，与现有技术相比，容易进行燃烧装置的分解、更换、保养，提高了保养性。
即使在将第1实施方式～第3实施方式以及第6实施方式～第13实施方式取代第4实施方式适用于燃气轮机燃烧装置时，也可同样地实现第14实施方式的作用、效果。另外，此时，第1实施方式～第3实施方式以及第6实施方式～第13实施方式各自的作用、效果被原样发挥。
下面，参照图34说明第15实施方式的燃气轮机燃烧装置。图34的第15实施方式为，将所述第5实施方式的燃烧装置适用于燃气轮机燃烧装置的实施方式。在图34中，该燃气轮机燃烧装置与所述第5实施方式相比，将2次环状容器置换为2次环状容器802，该2次环状容器802向出口26侧延长并在2次环状容器802的合适位置开有空气孔814，814b。另外，2次环状容器802在下游截面是扩张的，但其也可任意设定。此外，2次环状容器802直到出口26成一体地构成，但也可根据制作上的要求进行分割。在2次环状容器802上遍及多级所形成的空气孔814，814b流入2次和稀释空气818。
与第5实施方式相同，在1次燃烧区域816中，由于沿着燃料轨迹23无遗漏地引起燃烧气体再循环，从而在高温且低氧浓度的燃烧气体下燃烧，所以在液体燃料的情况下，形成预蒸发燃烧，进而，无论是气体燃料还是液体燃烧都形成预混合燃烧及缓慢的燃烧，(不是如通常的扩散燃烧那样在局部形成理论混合比且在局部存在高温的场所的燃烧)成为均匀且最高火焰温度低且由于燃烧气体中的惰性气体的热容量而平均火焰温度低的燃烧，从而抑制了热式NOx的生成。2次环状容器802的直到最上游侧的2次空气孔814为止的外筒806的内壁面与第5实施方式同样地由1次空气817的一部分冷却。
此外，也可以在2次环状容器802的外筒806的壁面上，如图所示，任意开有冷却空气孔814b。在环状容器512的内周侧及2次环状容器802的内筒804内面，高温的燃烧气体通过附近。因此，也可以根据需要，在环状容器512的内周面和2次环状容器802的内筒804内面设有空气孔814，使冷却用的空气呈喷射状或者沿着壁面的方式喷射来进行冷却。在环状容512和2次环状容器802的内筒804由耐热材料制成时，也可在环状容器512和2次环状容器802的内筒804上设有空气流入孔。
再有，由于1次燃烧区域816的稳定性高，所以能够使1次空气817相对整个空气流量的流量比率提高，作为更稀薄的1次燃烧使燃烧温度降低，从而能够进一步抑制热式NOx的生成。另外，通过使环状容器512的封闭端部510为曲面从而将燃烧室构成为圆顶状，由此，特别是在温度成为高温的用途中，在由陶瓷等耐热材料形成环状容器512时，制作更容易，可降低成本。另外，由于燃烧室被分割成环状容器512和下游的构造(2次环状容器802)，所以可容易取出环状容器512，与现有技术相比，燃烧装置的分解、更换、保养容易，保养性提高。
下面，参照图35说明第16实施方式的燃气轮机燃烧装置。图35的第16实施方式为所述第14实施方式的应用例。即，在图31的第14实施方式的燃烧装置中的2次空气818的混合部上改变空气孔来使用2次回旋器815的实施方式。但是，在2次环状容器802的内筒804上设有空气孔814，在外筒806上设有空气孔814b。
通过由2次回旋器815使2次空气818成为回旋流，可促进2次区域中的混合。如此，在1次燃烧区域的下游添加空气时，通过使用不会使燃烧效率降低而排出未燃成分并且不会增加NOx生成的公知技术，可在保持本发明的本质的状态下，获得各种各样应用的实施方式。
以上所说明的实施方式中的任何一个均是使空气回旋并向燃烧室供给，但图36和图37示出了不使空气回旋而进行供给的例子。图36和图37所示的燃烧装置不使用回旋器，而在空气流入部20中使用导入部17，该导入部17仅用于供给空气，使得相对燃烧室中心轴方向具有与燃料的流动相对的朝向的速度成分。即使采用该构成，也可以形成下述流动的状态，即，空气流的轨迹和燃料流的轨迹不相同，空气流的轨迹与燃料流的轨迹2次交汇，在燃料轨迹的前端附近区域中空气流的轨迹最初与燃料流的轨迹交汇，在从燃料流的轨迹的根部到前端附近的范围内，空气流的轨迹与燃料流的轨迹第2次交汇。
另外，在图36和图37中，示出了在第2实施方式中没有回旋器时的构成，但在上述的第1、第3～第16实施方式中，也同样可以采用没有回旋器的构成。但是，如果是使用了回旋器的第1～第16实施方式所示的构成，则空气流形成沿着燃烧装置的内壁面回旋的回旋流，由于离心力的作用，空气流在朝着燃烧装置的出口方向改变流动的朝向之前，能够沿着燃烧装置外周面的内面，更圆滑、遍布长距离地逆流而上。即，如果是第1～第16实施方式所示的构成，则与图36和图37代表性地示出的的构成相比，能够更有效地形成上述流动的状态。
下面，参照图38，说明将上述实施方式的燃烧装置适用于燃气轮机发电机的实施方式。图38所示的燃气轮机发电机具有燃气轮机装置900和发电机902。
燃气轮机装置900具有利用燃烧气体旋转的汽轮机904、使燃料与空气的混合气燃烧的燃烧器906、调节燃料向燃烧器906的供给量的燃料调节阀908、将空气向燃烧器906压送的空气压缩机910、间接地使所述汽轮机904成为控制对象的控制装置912。在此，上述实施方式的燃烧装置作为图38中的燃烧器906使用。
汽轮机904具有接受燃烧气体926并进行旋转的多个未图示的旋转翼，经由旋转轴914与空气压缩机910连接，并且，可自由旋转地支承在未图示的壳体内。空气压缩机910的构成为，经由旋转轴914由汽轮机904驱动，将供给到空气压缩机910内的空气916压缩。该空气压缩机910的构成为，经由配管918与燃烧器906连接，由空气压缩机910压缩后的空气920经由配管918向燃烧器906供给。
燃料调节阀908设置于燃烧器906的上游侧，从未图示的燃料供给源供给的燃料922通过该燃料调节阀908之后，向燃烧器906供给。燃料调节阀908为阀的开度可变的构成，通过控制装置912经控制信号线924操作该开度，由此，调节燃料922对燃烧器906的供给量。
向燃烧器906供给的燃料922和压缩空气920在燃烧器906中形成混合气，混合气在燃烧器906燃烧，由此产生高温、高压的燃烧气体926。并且，通过将所产生的高温、高压的燃烧气体926向汽轮机904供给，汽轮机904高速旋转。汽轮机904经由旋转轴914与发电机902直接连接，通过汽轮机904旋转，使发电机902旋转驱动，从而进行发电。
另外，在旋转轴914的轴附近(在图38中为发电机902的附近)，设有检测出汽轮机904的转数的转数检测器928。由转数检测器928检测出的转速的信息经由信号线930被传递给控制装置912。关于燃烧器906的构成以及作用和效果，与上述各实施方式中的燃烧装置的构成和作用效果相同。
如上所述，在将本发明的实施方式适用于通用的燃烧装置时，通过用简单的构造积极地控制并产生燃烧气体再循环，能够稳定性高且最大限度地发挥燃烧气体再循环的作用。
另外，由于能够在高稳定性下最大限度地发挥燃烧气体再循环的作用，所以在高温且低氧浓度的燃烧气体下燃烧，形成在液体燃料的情况下具有稳定的蒸发动作的预蒸发燃烧、与气体燃料、液体燃料无关的预混合燃烧、缓慢的燃烧，实现以均匀且最高火焰温度低的燃烧、由于燃烧气体中的惰性气体的热容量而平均火焰温度低的燃烧，可实现提供一种现有技术中很难实现的可以抑制热式NOx生成的燃烧装置。
并且，由于燃烧装置的内壁适当地由低温的空气流冷却，因此可实现提供一种耐久性高的燃烧装置。
或者，可实现提供一种容易使用陶瓷等耐热材料的燃烧装置。另外，由于分解、更换变得容易，所以可实现提供一种保养性优良的燃烧装置。
在设有辅助燃料喷嘴的情况下，可实现提供一种即使在气体燃料/液体燃料的混合燃烧及低发热量的燃料及废液的燃烧中也可抑制热式NOx生成的燃烧装置。
在将上述实施方式作为1次燃烧区域适用于燃气轮机燃烧装置时，通过用简单的构造积极地控制并产生燃烧气体再循环，在1次燃烧区域，能够稳定性高且最大限度地发挥燃烧气体再循环的作用。
由于能够在高稳定性下最大限度地发挥燃烧气体再循环的作用，所以在高温且低氧浓度的燃烧气体下燃烧，形成在现有技术下很难低NOx化的液体燃料的情况下具有稳定的蒸发动作的预蒸发燃烧、与气体燃料、液体燃料无关的预混合燃烧、缓慢的燃烧，实现以均匀且最高火焰温度低的燃烧、由于燃烧气体中的惰性气体的热容量而平均火焰温度低的燃烧，并且，可实现提供一种通过更稀薄地设计1次燃烧区域可进一步将燃烧温度抑制到很低的、抑制热式NOx生成的燃气轮机燃烧装置。
并且，由于燃烧装置的内壁适当地由低温的空气流冷却，因此可实现提供一种耐久性高的燃气轮机燃烧装置。
并且，可实现提供一种容易使用陶瓷等耐热材料的燃气轮机燃烧装置。另外，由于分解、更换变得容易，所以可实现提供一种保养性优良的燃气轮机燃烧装置。
在设有辅助燃料喷嘴的情况下，可实现提供一种即使在气体燃料/液体燃料的混合燃烧及低发热量的燃料及废液的燃烧中也可抑制热式NOx生成的燃气轮机燃烧装置。
此外，以上说明了的实施方式在保持发明的本质的范围内可任意地变形，发明的技术外延必须始终由权利要求书的记载判断。即，图示的实施方式只是例示，并不是对限定本发明的技术范围的要旨的记载。
例如，在第1实施方式～第4实施方式中，容器12、112、212、312的截面形状为圆环形(环状)，但也可变更为任意的形状。另外，只要在容器中作为全体形成回旋流，则也可以是由一方将另一方完全包含的二个多角形所构成的环状。或者，容器12、112、212、312的截面形状也可以在轴向上，在形成空气流入部20的(轴向)位置以外进行变化。
此外，环状容12、112、212、312以及2次环状容器402的内周侧可设有任意的空气流入口。这是为了冷却环状容器12、112、212、312以及2次环状容器402的壁面。在环状容器12、112、212、312的内周侧以及2次环状容器402的内筒404由耐热性材料构成时，也可不设置所述空气流入孔。另外，在空气流入部20的下游，也可从这些空气孔供给燃烧所需的燃烧用空气。与以上容器有关的等同的构造可适用于上述所有的实施方式。
另外，第1实施方式～第4实施方式中的流入壳体14的形状可任意偏向。例如，尽管未图示，但在实施方式中，也可以将从轴向的封闭端部10、110、210流入的流入壳体设为以涡旋状从周向流入的构造，成为从环状容器12、112、212、312或2次环状容器402的出口周围逆向流入的形状。另外，如图16所示，也可作为适用于离心压缩机、汽轮机中的所谓逆流方的流入壳体14a。
另外，附记：以上所说明的实施方式可在保持发明的本质的范围内任意地变形，发明的技术外延必须始终由权利要求书的记载判断。即，图示的实施方式只是例示，并不是对限定本发明的技术范围的要旨的记载。
工业实用性
本发明能够适当地适用于使燃烧用空气和燃料流入燃烧室、将燃烧用空气和燃料混合来进行燃烧的燃烧装置。
Claims (11)
1、一种燃烧装置，其特征在于，具有：
环状容器，包括构成内周侧面的内筒部、构成外周侧面的外筒部、开放端部和封闭端部；
空气供给部，向所述环状容器内供给燃烧用空气，使该燃烧用空气具有从所述环状容器的所述开放端部朝向所述封闭端部的所述环状容器的中心轴方向的速度成分；
和燃料供给部，向所述环状容器内供给燃料，使该燃料具有从所述环状容器的所述封闭端部朝向所述开放端部的所述环状容器的中心轴方向的速度成分；
向所述环状容器内供给的燃烧用空气的流动在从所述燃料供给部离开的区域内，与燃料的轨迹最初交汇，在所述燃料供给部附近的区域内，与燃料的轨迹再次交汇。
2、一种燃烧装置，其特征在于，具有：
环状容器，包括构成内周侧面的内筒部、构成外周侧面的外筒部、开放端部和封闭端部；
流入流路，在所述环状容器的中心轴方向上，在从所述封闭端部离开的位置上贯穿环状容器的位置侧面而形成，向所述环状容器内供给燃烧用空气；
和燃料喷嘴，设置于所述环状容器的封闭端部的内侧，向所述环状容器内供给燃料，
所述流入流路形成空气的流动，该空气的流动具有从所述开放端部朝向所述封闭端部的所述环状容器的中心轴方向的速度成分和向所述环状容器的周向回旋的速度成分，
所述燃料喷嘴向所述流入流路喷射燃料，使该燃料具有从所述封闭端部朝向所述开放端部的所述环状容器的中心轴方向的速度成分和朝向半径方向外方的速度成分。
3、一种燃烧装置，其特征在于，具有：
环状容器，包括构成内周侧面的内筒部、构成外周侧面的外筒部、开放端部和封闭端部；
流入流路，向所述环状容器内供给燃烧用空气；
和燃料喷嘴，向所述环状容器内供给燃料，
所述外筒部在沿着所述环状容器的中心轴离开所述封闭端部规定的距离的位置上，直径变小，
所述流入流路在所述外筒部的直径变小的部分上形成，并且形成空气的流动，该空气的流动具有从所述开放端部朝向所述封闭端部的所述环状容器的中心轴方向的速度成分和向所述环状容器的周向回旋的速度成分，
所述燃料喷嘴向所述流入流路喷射燃料，使该燃料具有从所述封闭端部朝向所述开放端部的所述环状容器的中心轴方向的速度成分和朝向半径方向外方的速度成分。
4、一种燃烧装置，其特征在于，具有：
环状容器，包括构成内周侧面的内筒部、构成外周侧面的外筒部、开放端部和封闭端部；
筒状部件，与所述环状容器的中心轴大致同轴且设置于所述外筒部的开放端部侧，具有比所述外筒部的直径小的直径；
环状的连接部件，将所述外筒部的端部与所述筒状部件的外周面连接；
流入流路，在所述连接部件上形成，向所述环状容器内供给燃烧用空气；
和燃料喷嘴，设置于所述环状容器的封闭端部的内侧，向所述环状容器内供给燃料，
所述流入流路形成空气的流动，该空气的流动具有从所述开放端部朝向所述封闭端部的所述环状容器的中心轴方向的速度成分和向所述环状容器的周向回旋的速度成分，
所述燃料喷嘴向所述流入流路喷射燃料，使该燃料具有从所述封闭端部朝向所述开放端部的所述环状容器的中心轴方向的速度成分和朝向半径方向外方的速度成分。
5、一种燃烧装置，其特征在于，具有：
环状容器，包括构成内周侧面的内筒部、构成外周侧面的外筒部、开放端部和封闭端部；
环状部件，是与所述环状容器的中心轴大致同轴且设置于所述开放端部侧的环状部件，包括构成内周侧面的内筒部、和构成外周侧面且具有比所述环状容器的外筒部的直径小的直径的外筒部；
环状的第1连接部件，将所述环状容器的外筒部的所述开放端部侧的端面与所述环状部件的外筒部的外周面连接；
第2连接部件，将所述环状容器的内筒部的所述开放端部侧的端面与所述环状部件的内筒部的所述封闭端部侧的端面连接；
流入流路，在所述第1连接部件上形成，向所述环状容器内供给燃烧用空气；
和燃料喷嘴，设置于所述环状容器的封闭端部的内侧，向所述环状容器内供给燃料，
所述流入流路形成空气的流动，该空气的流动具有从所述开放端部朝向所述封闭端部的所述环状容器的中心轴方向的速度成分和向所述环状容器的周向回旋的速度成分，
所述燃料喷嘴向所述流入流路喷射燃料，使该燃料具有从所述封闭端部朝向所述开放端部的所述环状容器的中心轴方向的速度成分和朝向半径方向外方的速度成分。
6、按照权利要求2～5中任一项所述的燃烧装置，其特征在于，在所述环状容器的内筒部上设有用于使空气向所述环状容器内流入的附加的流入流路。
7、按照权利要求2～6中任一项所述的燃烧装置，其特征在于，在所述环状容器的封闭端部的内筒部附近，并且在所述燃料喷嘴的半径方向内方设有附加的流入流路，使空气向所述环状容器的中心轴方向流动。
8、按照权利要求2～7中任一项所述的燃烧装置，其特征在于，在所述环状容器的外筒部上设有用于使空气向所述环状容器的半径方向内方流入的附加的流入流路。
9、按照权利要求2～8中任一项所述的燃烧装置，其特征在于，在所述环状容器内部的封闭端部和/或所述环状容器的外筒部的封闭端部附近，还具备在所述封闭端部附近抑制空气的回旋流的整流构造。
10、按照权利要求2～8中任一项所述的燃烧装置，其特征在于，在所述环状容器内部的封闭端部和/或所述环状容器的外筒部的封闭端部附近，还具备将下述空气的流动在所述封闭端部附近变换为朝向半径方向内方的流动的整流构造，该空气的流动具有从所述开放端部朝向所述封闭端部的所述环状容器的中心轴方向的速度成分，并且向所述环状容器的周向回旋。
11、按照权利要求2～10中任一项所述的燃烧装置，其特征在于，在所述环状容器的外筒部的相对所述中心轴方向比所述流入流路还接近所述封闭端部的位置上，设有附加的燃料喷嘴。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP032941/2004 | 2004-02-10 | ||
| JP2004032941 | 2004-02-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1918432A true CN1918432A (zh) | 2007-02-21 |
Family
ID=34836111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA2005800045641A Pending CN1918432A (zh) | 2004-02-10 | 2005-02-09 | 燃烧装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20080193886A1 (zh) |
| EP (1) | EP1731833A1 (zh) |
| CN (1) | CN1918432A (zh) |
| WO (1) | WO2005075887A1 (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104764043A (zh) * | 2015-03-31 | 2015-07-08 | 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 | 一种燃气轮机燃烧室冷却气稳焰装置 |
| CN104764042A (zh) * | 2015-03-31 | 2015-07-08 | 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 | 一种燃烧室冷却气稳焰装置 |
| CN106287706A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-01-04 | 林宇震 | 气态燃料掺混器 |
| US9879635B2 (en) | 2007-11-12 | 2018-01-30 | GETAS GESELLSCHAFT FüR THERMODYNAMISCHE ANTRIEBSSYSTEME MBH | Axial piston engine and method for operating an axial piston engine |
| CN112902227A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-06-04 | 西北工业大学 | 微型发动机燃烧室多通道式蒸发管 |
| CN115143490A (zh) * | 2022-06-15 | 2022-10-04 | 南京航空航天大学 | 一种周向交错对冲射流与全环大尺度旋流耦合的燃烧室 |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1985920B1 (en) * | 2007-04-26 | 2019-04-10 | Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. | Combustor and a fuel suppy method for the combustor |
| JP2010230257A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Dainichi Co Ltd | 燃焼装置 |
| US8713947B2 (en) | 2011-08-25 | 2014-05-06 | General Electric Company | Power plant with gas separation system |
| US8266883B2 (en) | 2011-08-25 | 2012-09-18 | General Electric Company | Power plant start-up method and method of venting the power plant |
| US9127598B2 (en) | 2011-08-25 | 2015-09-08 | General Electric Company | Control method for stoichiometric exhaust gas recirculation power plant |
| US8245493B2 (en) | 2011-08-25 | 2012-08-21 | General Electric Company | Power plant and control method |
| US8347600B2 (en) | 2011-08-25 | 2013-01-08 | General Electric Company | Power plant and method of operation |
| US8245492B2 (en) | 2011-08-25 | 2012-08-21 | General Electric Company | Power plant and method of operation |
| US8205455B2 (en) | 2011-08-25 | 2012-06-26 | General Electric Company | Power plant and method of operation |
| US8453461B2 (en) | 2011-08-25 | 2013-06-04 | General Electric Company | Power plant and method of operation |
| US8266913B2 (en) | 2011-08-25 | 2012-09-18 | General Electric Company | Power plant and method of use |
| US8453462B2 (en) | 2011-08-25 | 2013-06-04 | General Electric Company | Method of operating a stoichiometric exhaust gas recirculation power plant |
| JP5584260B2 (ja) * | 2012-08-08 | 2014-09-03 | 日野自動車株式会社 | 排気浄化装置用バーナー |
| DE102012217263B4 (de) * | 2012-09-25 | 2023-02-02 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Drallbrenner und Verfahren zum Betrieb eines Drallbrenners |
| WO2016046074A1 (en) | 2014-09-26 | 2016-03-31 | Innecs B.V. | Burner |
| US20200224877A1 (en) * | 2016-10-21 | 2020-07-16 | Fgc Plasma Solutions | Apparatus and method for using plasma to assist with the combustion of fuel |
| US11506384B2 (en) * | 2019-02-22 | 2022-11-22 | Dyc Turbines | Free-vortex combustor |
| RU2749472C1 (ru) * | 2020-07-14 | 2021-06-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Регулируемая кольцевая камера сгорания |
| CN114636152A (zh) * | 2020-12-15 | 2022-06-17 | 杭州鸿和能源环境科技有限公司 | 一种多级内燃式低氮燃烧器 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5723770Y2 (zh) * | 1976-05-31 | 1982-05-24 | ||
| EP0169431B1 (en) * | 1984-07-10 | 1990-04-11 | Hitachi, Ltd. | Gas turbine combustor |
| US5690039A (en) * | 1996-06-17 | 1997-11-25 | Rjm Corporation | Method and apparatus for reducing nitrogen oxides using spatially selective cooling |
| US6481209B1 (en) * | 2000-06-28 | 2002-11-19 | General Electric Company | Methods and apparatus for decreasing combustor emissions with swirl stabilized mixer |
-
2005
- 2005-02-09 CN CNA2005800045641A patent/CN1918432A/zh active Pending
- 2005-02-09 EP EP05710271A patent/EP1731833A1/en not_active Withdrawn
- 2005-02-09 WO PCT/JP2005/002371 patent/WO2005075887A1/ja active Application Filing
- 2005-02-09 US US10/588,212 patent/US20080193886A1/en not_active Abandoned
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9879635B2 (en) | 2007-11-12 | 2018-01-30 | GETAS GESELLSCHAFT FüR THERMODYNAMISCHE ANTRIEBSSYSTEME MBH | Axial piston engine and method for operating an axial piston engine |
| CN104764043A (zh) * | 2015-03-31 | 2015-07-08 | 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 | 一种燃气轮机燃烧室冷却气稳焰装置 |
| CN104764042A (zh) * | 2015-03-31 | 2015-07-08 | 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 | 一种燃烧室冷却气稳焰装置 |
| CN104764043B (zh) * | 2015-03-31 | 2022-10-21 | 中国联合重型燃气轮机技术有限公司 | 一种燃气轮机燃烧室冷却气稳焰装置 |
| CN104764042B (zh) * | 2015-03-31 | 2022-10-21 | 中国联合重型燃气轮机技术有限公司 | 一种燃烧室冷却气稳焰装置 |
| CN106287706A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-01-04 | 林宇震 | 气态燃料掺混器 |
| CN112902227A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-06-04 | 西北工业大学 | 微型发动机燃烧室多通道式蒸发管 |
| CN115143490A (zh) * | 2022-06-15 | 2022-10-04 | 南京航空航天大学 | 一种周向交错对冲射流与全环大尺度旋流耦合的燃烧室 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20080193886A1 (en) | 2008-08-14 |
| EP1731833A1 (en) | 2006-12-13 |
| WO2005075887A1 (ja) | 2005-08-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1918432A (zh) | 燃烧装置 | |
| CN1918431A (zh) | 燃烧装置以及燃烧方法 | |
| CN1105875C (zh) | 燃气轮机燃烧器及其运行方式 | |
| CN1112997A (zh) | 燃气轮机燃烧装置及其燃烧控制方法 | |
| CN1154800C (zh) | 一种燃烧器和使用该燃烧器的燃烧设备 | |
| JP5301547B2 (ja) | 多段式軸流燃焼システム | |
| CN101080596A (zh) | 燃气轮机燃烧室 | |
| US10024540B2 (en) | Combustion chamber for a gas turbine | |
| US6955053B1 (en) | Pyrospin combuster | |
| RU2457397C2 (ru) | Смеситель топлива с воздухом для камер сгорания | |
| US9074772B2 (en) | Combustor and operating method thereof | |
| US8161751B2 (en) | High volume fuel nozzles for a turbine engine | |
| WO2020207318A1 (zh) | 多级回流逆喷式旋流煤粉燃烧器 | |
| US20130086917A1 (en) | Apparatus for head end direct air injection with enhanced mixing capabilities | |
| CN100343575C (zh) | 减少灰分中碳含量的燃烧 | |
| KR20150065820A (ko) | 프레임시트 연소기 돔부 | |
| CN107735618A (zh) | 用于燃气涡轮的燃烧器和操作燃烧器的方法 | |
| CN1836134A (zh) | 燃烧器 | |
| CN109404967A (zh) | 一种燃气轮机的燃烧室及燃气轮机 | |
| US9841189B2 (en) | Lean premix burner having center gas nozzle | |
| CN1246627C (zh) | 粉煤燃烧器和使用该粉煤燃烧器的燃烧装置 | |
| CN107687651A (zh) | 一种轴向分级贫油直混低污染燃烧室 | |
| US8490405B2 (en) | Gas turbine engine mixing duct and method to start the engine | |
| CN108397774A (zh) | 一种用于天然气和煤粉单独燃烧或混烧的燃烧器 | |
| RU2460018C2 (ru) | Горелка и способ эксплуатации горелки |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| REG | Reference to a national code |
Ref country code: HK Ref legal event code: DE Ref document number: 1097312 Country of ref document: HK |
|
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20070221 |
|
| REG | Reference to a national code |
Ref country code: HK Ref legal event code: WD Ref document number: 1097312 Country of ref document: HK |