JP2006329587A - Swirl burner for liquid fuel - Google Patents
Swirl burner for liquid fuel Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006329587A JP2006329587A JP2005157513A JP2005157513A JP2006329587A JP 2006329587 A JP2006329587 A JP 2006329587A JP 2005157513 A JP2005157513 A JP 2005157513A JP 2005157513 A JP2005157513 A JP 2005157513A JP 2006329587 A JP2006329587 A JP 2006329587A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- burner
- swirl burner
- swirl
- liquid fuel
- main
- 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
Images
Landscapes
- Pressure-Spray And Ultrasonic-Wave- Spray Burners (AREA)
Abstract
Description
本発明は、ガスタービンや、ボイラーなどにおいて液体燃料を燃焼するための燃焼装置に適用される液体燃料用スワールバーナに関する。 The present invention relates to a swirl burner for liquid fuel applied to a combustion apparatus for burning liquid fuel in a gas turbine, a boiler, or the like.
本願出願人は、下記特許文献1において、ガス又は液体燃料用のスワールバーナを提案した。このスワールバーナは、ガス又は液体燃料用の燃料ノズルを中心として、内側に左旋回の第1スワーラ、その外側に右旋回の第2スワーラを設けたもので、予混合管は断面が実質的に円形で出口に向けて断面積が減少する略中空円錐台形状である。このスワールバーナによれば、混合気の旋回による保炎促進効果を損なうことなく、逆火を起こしにくくすることができる。
しかしながら、従来のスワールバーナを液体燃料用の低スワールバーナに適用しようとした場合には、燃料弁が4個(パイロット2個及びメイン2個)必要であること及びパイロットとメインの干渉が避けられないことという実用上の課題があった。一方、ガス燃料用の低スワールバーナの場合には、バーナの下流に均一な乱流速度場を得るための部材として、バーナの中心部にパンチングプレート(多数の通孔が形成された平板状部材)などが設けられているのが通常である。そして、液体燃料用のスワールバーナの場合においても、同様の保炎機構により予混合希薄燃焼させるためには、同様の流れ場が必要であり、従ってガス燃料用のスワールバーナにおけるパンチングプレートと同様の機構が必要であると考えられる。 However, when the conventional swirl burner is to be applied to a low swirl burner for liquid fuel, four fuel valves (two pilots and two mains) are required and interference between the pilot and the main can be avoided. There was a practical problem of not being. On the other hand, in the case of a low swirl burner for gas fuel, as a member for obtaining a uniform turbulent velocity field downstream of the burner, a punching plate (a flat plate member having a large number of through holes formed in the center of the burner) ) Etc. are usually provided. Even in the case of a swirl burner for liquid fuel, a similar flow field is required for premixed lean combustion by the same flame holding mechanism, and therefore, similar to the punching plate in the swirl burner for gas fuel. A mechanism is considered necessary.
しかし、液体燃料用のスワールバーナにおいて液体燃料を予混合希薄燃焼させるためには、燃料の微粒子化、予蒸発、予混合という過程が必要であり、通常予蒸発と予混合は同一空間内で行うのであるが、前記のようなパンチングプレートの如き部材が存在すると、未蒸発成分がパンチングプレートに付着し、蒸発過程を阻害するおそれがある。 However, in the swirl burner for liquid fuel, in order to pre-mix lean combustion of the liquid fuel, the process of fuel atomization, pre-evaporation, and pre-mixing is necessary. Usually, pre-evaporation and pre-mixing are performed in the same space. However, if a member such as the punching plate as described above is present, unevaporated components may adhere to the punching plate and hinder the evaporation process.
そこで本発明は、以上の課題を解決するものであり、その目的とするところは、液体燃料を確実に微粒化、予蒸発、予混合でき、安定した火炎を保持して広い動作領域を達成し、これにより、低エミッションの液体燃料用低スワールバーナを実現でるようにした液体燃料用スワールバーナを提供するところにある。 Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems, and its object is to reliably atomize, pre-evaporate, and pre-mix liquid fuel, and to achieve a wide operating range while maintaining a stable flame. Thus, the present invention is to provide a liquid fuel swirl burner capable of realizing a low emission low swirl burner for liquid fuel.
請求項1に記載された液体燃料用スワールバーナは、
燃焼筒の頂部に設けられる液体燃料用スワールバーナにおいて、
前記燃焼筒の頂部に接続開口される予混合管と、前記予混合管の入口に設けられた旋回方向の異なる複数の環状のスワラーとを有するパイロット用低スワールバーナと、
前記予混合管の外側に同心状となるように配置されて燃焼筒の頂部に接続開口される主混合管と、前記主混合管と前記予混合管の間の入口に設けられた旋回方向の異なる複数の環状のスワラーとを有するメイン用低スワールバーナと、
前記パイロット用低スワールバーナの予混合管と前記燃焼筒の接続部分に設けられ、前記パイロット用低スワールバーナの流れと前記メイン用低スワールバーナの流れの干渉を防止するフレームホルダと、
を有することを特徴としている。
The swirl burner for liquid fuel according to
In the swirl burner for liquid fuel provided at the top of the combustion cylinder,
A pilot low swirl burner having a premixing pipe connected and opened at the top of the combustion cylinder, and a plurality of annular swirlers with different swirl directions provided at the inlet of the premixing pipe;
A main mixing pipe disposed concentrically outside the premixing pipe and connected and opened to the top of the combustion cylinder; and a swivel direction provided at an inlet between the main mixing pipe and the premixing pipe A main low swirl burner having a plurality of different annular swirlers;
A frame holder provided at a connection portion between the pilot low swirl burner premixing tube and the combustion cylinder, and preventing interference between the flow of the pilot low swirl burner and the flow of the main low swirl burner;
It is characterized by having.
請求項2に記載された液体燃料用スワールバーナは、請求項1記載の液体燃料用スワールバーナにおいて、前記予混合管の内径を、前記フレームホルダに向けて徐々に絞るように構成したことを特徴とする。
The liquid fuel swirl burner according to
したがって、請求項1の発明によれば、パイロット及びメインの両スワールバーナが共に低スワールバーナであるため、燃焼が安定して完全燃焼がなされ、NOx,CO,THCなどの排出を防止でき、低エミッションを達成できる。 Therefore, according to the first aspect of the present invention, since both the pilot and main swirl burners are low swirl burners, the combustion is stable and complete combustion is achieved, and the emission of NOx, CO, THC, etc. can be prevented. Emissions can be achieved.
また、メイン用低スワールバーナから燃焼筒内に入る空気−気化燃料混合物は、フレームホルダ先端から吹出すパイロット用低スワールバーナからの火炎に接触して火炎を燃焼筒内に吹出し、火炎の根本がバーナに接触する範囲が狭い浮上がり火炎となるため、バーナそのものが過熱されにくく、耐久性が高い。 In addition, the air-vaporized fuel mixture that enters the combustion cylinder from the main low swirl burner comes into contact with the flame from the pilot low swirl burner that blows out from the tip of the frame holder and blows out the flame into the combustion cylinder. Since the range of contact with the burner is a narrow rising flame, the burner itself is not easily overheated and has high durability.
さらに、パイロット及びメインの両スワールバーナを同心円状に配置構成したので、パイロットバーナとメインバーナをそれぞれ独立に構成して複数並列配置した場合に比べ、1つのバーナで対応できるため、構成部品の削減と制御の大幅な削減が可能である。 In addition, the pilot and main swirl burners are arranged concentrically, so that compared to the case where multiple pilot burners and main burners are independently arranged in parallel, a single burner can be used, reducing the number of components. And a significant reduction in control is possible.
請求項2の発明によれば、予混合管を中心とした直進流を形成でき、最大くびれ位置で空気−気化燃料混合物の流速が最大となり、その先端の拡径した部分からパイロット用の火炎が燃焼筒内にでるため、火炎の後退がなく、メイン用低スワールバーナからの火炎吹出しに伴うクエンチング防止効果を得ることができる。 According to the second aspect of the present invention, a straight flow centered on the premixing pipe can be formed, the flow velocity of the air-vaporized fuel mixture is maximized at the maximum constricted position, and the pilot flame is generated from the enlarged diameter portion of the tip. Since it comes out in a combustion cylinder, there is no flame retraction and the quenching prevention effect accompanying the flame blowing from the main low swirl burner can be acquired.
以下、本発明の最良の実施の形態につき、添付図面を参照して説明する。
図1は本発明に係るタービン燃焼器の全体構成を示す側断面図、図2は同燃焼器に用いる液体燃料用スワールバーナを火炎吹出し口側から見た斜視図、図3は同バーナを頂部側から見た斜視図、図4は同バーナからパイロット用火炎を吹出している状態を示す拡大断面図、図5は同バーナからメイン用の火炎を吹出している状態を示す拡大断面図である。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a side sectional view showing the overall configuration of a turbine combustor according to the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a liquid fuel swirl burner used in the combustor as seen from the flame outlet side, and FIG. 3 is a top view of the burner. FIG. 4 is an enlarged sectional view showing a state in which a pilot flame is blown from the burner, and FIG. 5 is an enlarged sectional view showing a state in which a main flame is blown from the burner.
図1において、タービン燃焼器は、頂部が閉塞され、下部が開口され、この下部開口が図示しないタービンの給気側に連通された大略円筒形状の燃焼筒1と、燃焼筒1の頂部中心位置に配置され、その下部開口を燃焼筒1内に向けた液体燃料用スワールバーナ2と、前記燃焼筒1の頂部及び外周を包囲する空気取入用の外筒3と、外筒3の頂部を貫通して前記液体燃料用スワールバーナ2の上部中央に接続されたパイロット用の燃料噴射ノズル4と、前記液体燃料用スワールバーナ2の上部側方に接続されたメイン用の燃料供給管30とを備えている。
In FIG. 1, the turbine combustor is closed at the top, opened at the bottom, and the bottom opening communicated with the supply side of the turbine (not shown), and the center position of the top of the
前記液体燃料用スワールバーナ2は、図2〜図4に示すように、中心側に形成されたパイロット用低スワールバーナ5と、これの周囲に同心状に配置・構成されたメイン用低スワールバーナ6とを有している。
As shown in FIGS. 2 to 4, the liquid
中心側のパイロット用低スワールバーナ5は、燃焼筒1の頂部に接続開口される予混合管7と、予混合管7の拡径した入口に設けられた旋回方向の異なる2つの環状のスワラー10,12と、両スワラー10,12の間を区画する環状の隔壁11とを有している。
The pilot
前記予混合管7は、燃焼筒1に向けて内径が徐々に絞られる逆円錐台形状の筒体であり、最も細径の最大くびれ位置7aにおいて、燃焼筒1に向けて内径が拡大する円錐台形状の筒体であるフレームホルダ20に接続・連通し、このフレームホルダ20において燃焼筒1の頂部に接続開口している。
The
前記燃料噴射ノズル4は、パイロット用低スワールバーナ5の頂部において、中心側のスワラ10の中心に挿入されており、パイロット用の液体燃料を供給するように構成されている。
The fuel injection nozzle 4 is inserted into the center of the
パイロット用低スワールバーナ5は、旋回方向の異なる2つの環状のスワラー10,12を備えることにより比較的弱いスワールを発生してバーナ下流に拡大流を形成することができるので、乱流燃焼速度と燃焼場の流速が釣り合うところで保炎が可能であり、浮き上がった状態で火炎を保持することができる。
Since the pilot
外周側のメイン用低スワールバーナ6は、予混合管7の外側に同心状となるように配置されて燃焼筒1の頂部に接続開口される主混合管8と、主混合管8と予混合管7の間の入口に設けられた旋回方向の異なる2つの環状のスワラー14,16と、両スワラー14,16の間を区画する環状の隔壁15とを有している。
The main low swirl burner 6 on the outer peripheral side is disposed concentrically outside the
前記主混合管8の形状は、くびれ部分を有する前記予混合管7及びフレームホルダ20の外面にほぼ沿っており、両混合管7,8の間には所定寸法の隙間が設けられている。
The shape of the
前記予混合管7の頂部外周には、燃料供給溝7bが周状に形成されており、この燃料供給溝7bに前記燃料供給管30がメイン用の液体燃料を供給するように構成されている。この燃料供給溝7bに供給された液体燃料は、内側のスワラ14による旋回流により外側に向けて飛ばされ、隔壁15に薄い膜を作り、先端で空気流により微粒化され、蒸発することとなる。
A
メイン用低スワールバーナ6は、旋回方向の異なる2つの環状のスワラー14,16を備えることにより比較的弱いスワールを発生してバーナ下流に拡大流を形成することができるので、パイロット用低スワールバーナ5と同様、乱流燃焼速度と燃焼場の流速が釣り合うところで保炎が可能であり、浮き上がった状態で火炎を保持することができる。
Since the main low swirl burner 6 includes two
以上の構成における燃焼状態について、図4、図5を用いて説明する。
まず図4はパイロット用低スワールバーナ5のみが着火している状態を示し、燃料噴射ノズル4に形成された図示しない噴射孔から噴出する液体燃料のうち比較的細かい液滴はそのまま旋回方向が互いに逆である2つのスワラ10,12により形成された空気流と混ざり合い、貫通力の大きな液滴は隔壁11に衝突して液膜になってから微粒子化されて空気と混合し、フレームホルダ20の先端より燃焼筒1内に向けて噴出する。そして、この状態で燃焼筒1内に設けた図示しない点火プラグにより混合気流は着火され、流速が最大となる最大くびれ位置7aから先で火炎F1が形成され、フレームホルダ20の先端よりその拡径形状に応じて膨らんだ形状となって燃焼筒1内に向けて吹出し、以後はフレームホルダ20の出口部分が加熱されるため着火状態が維持され、前記形状に保炎される。
The combustion state in the above configuration will be described with reference to FIGS.
First, FIG. 4 shows a state in which only the pilot
このパイロット用低スワールバーナ5内で作られる混合気流は比較的濃い空燃比であり、始動時より全負荷領域で安定した燃焼形態を得られる。
The mixed air flow created in the pilot
次に図5に示すように、前記パイロット用低スワールバーナ5が着火している状態で、メイン用低スワールバーナ6を燃焼させる。すなわち、前述する予混合管7の頂部の外周に設けられた燃料供給溝7bに燃料供給管30から液体燃料が供給されると、この液体燃料は内側にあるスワラ14による旋回流により外側に向けて飛ばされ、隔壁15に衝突・付着し、薄い膜を作り、先端で空気流により微粒化され、さらに旋回流によって蒸発して空気と混合し、予混合管7と主混合管8との間に形成された空間部を通り、燃焼筒1内に向けて噴出する。そしてこの混合気流が燃焼筒1内に到達した瞬間に前記パイロット用低スワールバーナ5の火炎F1に接触して着火し、勢いの強い大きな火炎F2を噴出し、以後この状態が持続する。
Next, as shown in FIG. 5, the main low swirl burner 6 is burned while the pilot
メイン用低スワールバーナ6内で作られる混合気流は比較的薄い空燃比であり、これによって燃焼が安定して完全燃焼がなされ、NOx,CO,THCなどの排出を防止でき、低エミッションを達成できる。 The mixed air flow created in the main low swirl burner 6 has a relatively thin air-fuel ratio, which stabilizes combustion and complete combustion, thereby preventing emission of NOx, CO, THC, etc., and achieving low emissions. .
またパイロット用低スワールバーナ5は、フレームホルダ7の最大くびれ位置7aで流速が最大となるため、火炎F1はくびれ位置7aより内側に後退することがなく、周囲からの火炎F2の吹出しや、その変動に伴うクエンチング防止効果を得ることができるものとなる。
Further, the pilot
さらに、メイン用スワールバーナ6からの火炎F2は燃焼筒1内で発生し、またパイロット用低スワールバーナ5の火炎F1はフレームホルダ20より先で発生し、両者共にいわゆる浮上がり火炎となるため、主混合管8及び予混合管7に過度の温度上昇がなく、これにより熱劣化を防止することができるものとなる。
Further, the flame F2 from the main swirl burner 6 is generated in the
また、本例の液体燃料用スワールバーナによれば、パイロット用バーナとメイン用バーナを同心状の構造で一体に構成したので、パイロット用バーナとメイン用バーナをそれぞれ別体で構成して別個に燃焼筒に取り付ける場合に比べて製造が容易でコストも安価に済む。また、各バーナのスワラーは互いに反対方向に回転する複数スワラーの組み合わせでスワール数が小さくなるように構成されているので、パイロット、メイン共に炎が安定し、混合管の内部やフレームホルダの後方に炎が入り込まない浮き上がり火炎が実現され、装置としての耐久性が向上する。 In addition, according to the swirl burner for liquid fuel of this example, the pilot burner and the main burner are integrally configured with a concentric structure, so the pilot burner and the main burner are configured separately and separately. Manufacture is easy and cost is low compared with the case of attaching to a combustion cylinder. In addition, the swirler of each burner is configured to reduce the swirl number by combining multiple swirlers that rotate in opposite directions, so that the flame is stable for both the pilot and the main, inside the mixing tube and behind the frame holder A floating flame that does not enter the flame is realized, and the durability of the device is improved.
1 燃焼筒
2 液体燃料用スワールバーナ
5 パイロット用低スワールバーナ
6 メイン用低スワールバーナ
7 予混合管
7a 最大くびれ位置
8 メイン混合管
10,12 互いに旋回方向が逆である第1、第2のスワラー(パイロット用低スワールバーナ側)
14,16 互いに旋回方向が逆である第1、第2のスワラー(メイン用低スワールバーナ側)
20 フレームホルダ
F1,F2 火炎
DESCRIPTION OF
14, 16 First and second swirlers whose main turning directions are opposite to each other (the main low swirl burner side)
20 Frame holder F1, F2 Flame
Claims (2)
前記燃焼筒の頂部に接続開口される予混合管と、前記予混合管の入口に設けられた旋回方向の異なる複数の環状のスワラーとを有するパイロット用低スワールバーナと、
前記予混合管の外側に同心状となるように配置されて燃焼筒の頂部に接続開口される主混合管と、前記主混合管と前記予混合管の間の入口に設けられた旋回方向の異なる複数の環状のスワラーとを有するメイン用低スワールバーナと、
前記パイロット用低スワールバーナの予混合管と前記燃焼筒の接続部分に設けられ、前記パイロット用低スワールバーナの流れと前記メイン用低スワールバーナの流れの干渉を防止するフレームホルダと、
を有することを特徴とする液体燃料用スワールバーナ。 In the swirl burner for liquid fuel provided at the top of the combustion cylinder,
A pilot low swirl burner having a premixing pipe connected and opened at the top of the combustion cylinder, and a plurality of annular swirlers with different swirl directions provided at the inlet of the premixing pipe;
A main mixing pipe disposed concentrically outside the premixing pipe and connected and opened to the top of the combustion cylinder; and a swivel direction provided at an inlet between the main mixing pipe and the premixing pipe A main low swirl burner having a plurality of different annular swirlers;
A frame holder provided at a connection portion between the pilot low swirl burner premixing tube and the combustion cylinder, and preventing interference between the flow of the pilot low swirl burner and the flow of the main low swirl burner;
A swirl burner for liquid fuel, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005157513A JP2006329587A (en) | 2005-05-30 | 2005-05-30 | Swirl burner for liquid fuel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005157513A JP2006329587A (en) | 2005-05-30 | 2005-05-30 | Swirl burner for liquid fuel |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006329587A true JP2006329587A (en) | 2006-12-07 |
Family
ID=37551452
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005157513A Pending JP2006329587A (en) | 2005-05-30 | 2005-05-30 | Swirl burner for liquid fuel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006329587A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11815026B2 (en) | 2020-07-06 | 2023-11-14 | Doosan Enerbility Co., Ltd. | Combustor nozzle, and combustor and gas turbine including the same |
JP7465027B1 (en) | 2023-10-02 | 2024-04-10 | 江▲蘇▼大学 | A gas-liquid pintle injector that uses forward and reverse swirling flows to strengthen spray combustion and cool the head of the pintle rod of the gas-liquid pintle injector. |
-
2005
- 2005-05-30 JP JP2005157513A patent/JP2006329587A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11815026B2 (en) | 2020-07-06 | 2023-11-14 | Doosan Enerbility Co., Ltd. | Combustor nozzle, and combustor and gas turbine including the same |
JP7465027B1 (en) | 2023-10-02 | 2024-04-10 | 江▲蘇▼大学 | A gas-liquid pintle injector that uses forward and reverse swirling flows to strengthen spray combustion and cool the head of the pintle rod of the gas-liquid pintle injector. |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4632392B2 (en) | Multi-annular combustion chamber swirler with spray pilot | |
US6752620B2 (en) | Large scale vortex devices for improved burner operation | |
CA2667047C (en) | Gas turbine combustor | |
JP2006313064A (en) | Lean direct injection atomizer for gas turbine engine | |
US5094610A (en) | Burner apparatus | |
NO312379B1 (en) | Burner for gas turbines | |
US8429914B2 (en) | Fuel injection system | |
JP4937158B2 (en) | Gas turbine combustor | |
JP2005344981A (en) | Gas turbine combustor, and method for supplying fuel to gas turbine combustor | |
JPH10185196A (en) | Prevaporization and premixing structure for liquid fuel in gas turbine combustor | |
JPH0293210A (en) | Gas turnbine combustor | |
JP2006329587A (en) | Swirl burner for liquid fuel | |
JP3826200B2 (en) | Premix combustor | |
JP5636335B2 (en) | Gas turbine combustor | |
JP3873119B2 (en) | In-cylinder swirl combustor | |
JP6417620B2 (en) | Combustor, gas turbine | |
JP2004093114A (en) | Tubular flame burner | |
JP5075086B2 (en) | Fuel injection device | |
JP2006105534A (en) | Gas turbine combustor | |
JP2002122309A (en) | Turning pre-mixing burner and heat source machine equipped with former | |
JPH0814562A (en) | Combustion equipment for gas turbine | |
JP4228656B2 (en) | Swirl combustion equipment | |
JP2000314526A (en) | Pre-evaporation/premixing burner and premixing burner for gas turbine combustor | |
JP4758202B2 (en) | Oil burner for cremation furnace | |
JPS5913441Y2 (en) | combustion device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20071218 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080708 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080901 |
|
A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20080930 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |