JP2008522123A - 予混合バーナー内の水素を燃焼する方法及び装置 - Google Patents
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- F23C2900/9901—Combustion process using hydrogen, hydrogen peroxide water or brown gas as fuel
Abstract
本発明は、水素を含む気体燃料又は水素から成る気体燃料が、空間的に広範囲に限定された流れ形状(9)を有する燃料の流れを形成しながらバーナー軸線(A)に対して軸線方向に及び/又は同軸に渦流発生器(1)内に供給され、この燃料の流れは、バーナーの内部に保持されていて、バーナーの流出口の領域内で崩れることを特徴とする。
Description
図1中に示された渦流発生器1,移行部材6及び後続する混合管8を有する予混合バーナーの縦断面に基づいて、水素又は水素を含む燃料がこの予混合バーナー内に供給されている時のこの予混合バーナー内で発生する理想的な流れ挙動を詳しく説明する。水素を供給するため、多数の供給管5が設けられている。図1中では、これらの供給管5のうちの2つの供給管だけが示されている。これらの供給管は、バーナー軸線Aの周りに同軸に配置されている。完璧を期する理由だけから、図2に関してその他の点で既に説明されている燃料を供給するもう1つの手段を短く引き合いに出す。したがって、液体燃料、特に石油BL を中央に配置された燃料ノズル3を通じて注入することが可能である。同様に、例えば天然ガスのような気体燃料BG の供給を空気流入スロット4に沿って設けられている燃料管を通じて可能にする。様々な燃料の種類の操作方法及び利用可能性に応じて、予混合バーナーにそれぞれの燃料を組み合わせて又は個々に供給し、これに応じて操作することが可能である。
水素流をそれぞれの供給管5から発生させるためには、特に適切なノズルを設けることが必要である。これらのノズルは、最も簡単な場合は簡単なオリフィスノズルとして又は適切なベンチュリノズル若しくは類似のノズル配置の形態で構成されている。したがって、例えば楕円、四角形又は三角形の流れ横断面を有する流れを作るため、適切なノズルを選択することによってバーナー内で発生する水素流の流れ形状に影響を与えることが可能である。水素流とこの水素流を包囲する燃焼空気との混合効率が、選択された流れ形状に応じて影響を受けて改良され得る。
2 渦流シェル
3 注入ノズル
4 空気流入スロット
5 供給管
6 移行部材
7 ガイドベーン
8 混合管
9 水素流
10 楔状の押しのけ体
11 環状部分
12 窒化水素燃料混合物
13 触媒反応器
14 混合装置
15 渦発生器
Claims (23)
- 水素を含む又は水素から成る燃料をバーナーによって燃焼する方法にあって、このバーナーは、渦流発生器(1)を提供し、液体燃料が、円錐状に噴出された液体燃料柱を形成しながらバーナー軸線(A)に沿って中心方向に渦流発生器(1)内に供給可能であり、この液体燃料柱は、接線方向に渦流発生器(1)内に流入する燃料空気の回転流によって包囲されて混合される方法において、
水素を含む気体燃料又は水素から成る気体燃料が、空間的に広範囲に限定された流れ形状(9)を有する燃料の流れを形成しながらバーナー軸線(A)に対して軸線方向に及び/又は同軸に渦流発生器(1)内に供給され、この燃料の流れは、バーナーの内部に保持されていて、バーナーの流出口の領域内で崩れることを特徴とする方法。 - 水素を含む又は水素から成る燃料は、多数の個々の燃料流(9)の形態で環状な分布で回転する燃焼空気流の周りに及び/又は回転する燃焼空気流内に供給されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 水素を含む又は水素から成る燃料は、多数の個々の燃料流(9)の形態で回転する燃焼空気流に対して半径方向に分布して渦流発生器(1)内に供給されることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 半径方向に内側にある燃料流(9)より大きい燃料流を有する外側の燃料流が、渦流発生器(1)内に供給されることを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 燃料流(9)は、バーナーの流出口に対するすぐ上流で崩れることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 燃料流(9)は、円形、楕円、環状、ほぼ四角形、又はほぼ三角形の流れ横断面を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 水素を含む燃料又は水素から成る燃料は、渦流発生器(1)に沿って拡大する回転燃焼空気流の流れの勢いに十分に適合されている流れの勢いで渦流発生器(1)内に供給されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 水素を含む燃料は、50%の水素成分を少なくとも有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
- 渦流発生器(1)内に供給される燃焼流(9)は、バーナー軸線(A)に対して半径角度αを成して傾いて供給されることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 渦流発生器(1)内に供給される燃焼流(9)は、接線角度βの下で渦流発生器(1)内に流入する燃焼空気流の回転方向で又はその逆方向で供給されることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
- 渦流発生器(1)内に供給される燃焼流(9)は、その流れ方向の周りの渦(E)を伴って流出されることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
- 燃料流(9)は、環状の流れ横断面を有し、この流れ横断面は、この燃料流に対して同じ流れ方向を有する内側にある空気流を包囲すること、又は
燃料流(9)は、円い流れ横断面を有し、この流れ横断面は、環状の空気流によって包囲されることを特徴とする請求項1〜5又は7〜11のいずれか1項に記載の方法。 - 空気流は、渦流発生器(1)内に供給される燃料流より高い流速を有することを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 水素を含む燃料又は水素から成る燃料の一部が、渦流発生器(1)内に流入する前に触媒で酸化されることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法。
- N2 が、水素から成る気体燃料に混合されることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法。
- N2 が、燃焼空気流に混合されることを特徴とする請求項1〜15のいずれか1項に記載の方法。
- 水素から成る燃料流(9)は、環状の流れ横断面を有し、この流れ横断面は、この燃料流に対して同じ流れ方向の内側にあるN2流を包囲すること、又は
水素から成る燃料流(9)は、円い流れ横断面を有し、この流れ横断面は、環状のN2 流によって包囲されることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。 - 水素を含む又は水素から成る燃料をバーナーによって燃焼する装置にあって、このバーナーは、渦流発生器(1),燃料を供給する手段及び燃焼空気(L)を渦流発生器(1)内に供給するための手段を提供し、この場合、液体燃料をバーナー軸線(A)に沿って供給する第1手段,接線方向に渦流発生器(1)によって限定された空気流入スロット(4)に沿った第2手段及び第3手段が設けられていて、燃料が、この第3手段を通じてバーナー軸線(A)に対して軸線方向に及び/又は同軸に渦流発生器(1)の内部に供給可能である装置において、水素を含む又は水素から成る燃料が、第3手段によって供給可能であることを特徴とする装置。
- 渦流発生器(1)は、個々の渦流シェル(2)から構成されていて、これらの渦流シェルは対向して、渦流発生器(1)に対して接線方向に延在する空気流入スロット(4)を限定すること、
第3手段はそれぞれ、燃料管(5)として構成されていて、この燃料管は、渦流シェル(2)に固定されていること、
多数のこのような燃料管(5)が、1つの渦流シェル(2)ごとに固定されていること、及び
1つの渦流シェル(2)ごとに設けられている燃料管(5)が、グループで又は個々にバーナー軸線(A)に対して異なる半径方向の間隔で配置されていて、この場合、バーナー軸線(A)に対してより大きい半径方向の距離を有する燃料管(5)が、バーナー軸線(A)に対してより近くにある燃料管(5)より大きい管径を有することを特徴とする請求項18に記載の装置。 - 渦流発生器(1)に固定されている燃料管(5)は、バーナー軸線(A)に対して半径角度αを成して傾いていて、燃料管(5)を通じて供給される燃料流(9)が、この半径角度αの下でバーナー軸線(A)に対して傾いて拡大することを特徴とする請求項18又は19に記載の装置。
- 渦流発生器(1)に固定された燃料管(5)は、接線角度βの下で取り付けられていて、燃料管(5)を通じて供給された燃料流(9)が、この接線角度βの下で渦流発生器(1)内に流入する燃焼空気のこの渦流発生器(1)によって強制される回転方向で又はその逆の方向で拡大することを特徴とする請求項18〜20のいずれか1項に記載の装置。
- 第3手段として構成された燃料管(5)がそれぞれ、1つの渦流構造を提供し、この渦流構造は、燃料管(5)から流出する燃料流(9)に渦(E)を発生させることを特徴とする請求項18〜21のいずれか1項に記載の装置。
- 混合管(8)が、渦流発生器(1)の下流に設けられていて、この混合管(8)の下流方向の端部が、バーナーの流出口に相当することを特徴とする請求項18〜22のいずれか1項に記載の装置。
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