JP2999311B2 - 燃焼からのＮＯｘ放出量を最小限に抑える方法およびバーナ - Google Patents
燃焼からのＮＯｘ放出量を最小限に抑える方法およびバーナInfo
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- F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
- F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
- F23L7/002—Supplying water
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C2203/00—Flame cooling methods otherwise than by staging or recirculation
- F23C2203/30—Injection of tempering fluids
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- 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
- F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
- F23C2900/07002—Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、単数または複数のバー
ナを備えた燃焼設備における燃料の燃焼時にＮＯｘ放出
量を最小限に抑える方法に関する。さらに、本発明はこ
の方法を実施するためのバーナに関する。
ナを備えた燃焼設備における燃料の燃焼時にＮＯｘ放出
量を最小限に抑える方法に関する。さらに、本発明はこ
の方法を実施するためのバーナに関する。
【０００２】
【従来の技術】オイル、ガスおよびその他の高カロリー
燃料の燃焼においては、発生する有害物質に関して排ガ
ス組成に適用される法律上の規定がますます厳格になっ
ている。そこで、たとえばガスタービンの運転時では、
特にＮＯｘ放出量の最大許容値に関する規定を維持する
ことは極めて難しい。このような窒素最大許容量を維持
するためには、通常、前記高カロリー燃料の燃焼時に水
が火炎に噴射される。これによって最終的に、窒素酸化
物放出量を低減させようとしている。このような水供給
が行なわれると、火炎内の高温区域が冷却され、これに
よって、生ぜしめられる最大温度に大きく関連している
ＮＯｘ生成を低減させることができる。これに関して
は、アルトゥ−ル Ｈ．レフェブレ（Arthur H.Lefebvr
e)著の文献、「ガスタ−ビン・コンバ−ション、マック
グロウ−ヒル・シリーズ・イン・エネジ−、コンバ−シ
ョン・アンド・エンバイアロンメント（Gas Turbine Co
mbustion,McGraw-Hill Series in Energy,Combustion a
nd Environment）」（New York，第４８４頁以降）に詳
しいデータが記載されている。この方法で問題となるの
は、供給された水が、あまりＮＯｘを形成しないが、し
かし火炎安定性にとって極めて重要となるような火炎区
域をも、しばしば損なってしまうという事実である。す
なわち、上記のレフェブレ（Arthur H.Lefebvre)によっ
ても推奨されているような汎用の微細な水噴霧を用いる
と、新しく供給された燃料／空気混合物が常時着火され
なければならないような着火区域の大きな範囲が急冷さ
れてしまう訳である。その結果、不安定性、たとえば火
炎脈動および／または燃焼プロセスにおける悪い燃焼、
たとえば房状の燃焼が生じてしまい、このような不安定
性の作用が、ＣＯ放出量の激増を招いてしまう。
燃料の燃焼においては、発生する有害物質に関して排ガ
ス組成に適用される法律上の規定がますます厳格になっ
ている。そこで、たとえばガスタービンの運転時では、
特にＮＯｘ放出量の最大許容値に関する規定を維持する
ことは極めて難しい。このような窒素最大許容量を維持
するためには、通常、前記高カロリー燃料の燃焼時に水
が火炎に噴射される。これによって最終的に、窒素酸化
物放出量を低減させようとしている。このような水供給
が行なわれると、火炎内の高温区域が冷却され、これに
よって、生ぜしめられる最大温度に大きく関連している
ＮＯｘ生成を低減させることができる。これに関して
は、アルトゥ−ル Ｈ．レフェブレ（Arthur H.Lefebvr
e)著の文献、「ガスタ−ビン・コンバ−ション、マック
グロウ−ヒル・シリーズ・イン・エネジ−、コンバ−シ
ョン・アンド・エンバイアロンメント（Gas Turbine Co
mbustion,McGraw-Hill Series in Energy,Combustion a
nd Environment）」（New York，第４８４頁以降）に詳
しいデータが記載されている。この方法で問題となるの
は、供給された水が、あまりＮＯｘを形成しないが、し
かし火炎安定性にとって極めて重要となるような火炎区
域をも、しばしば損なってしまうという事実である。す
なわち、上記のレフェブレ（Arthur H.Lefebvre)によっ
ても推奨されているような汎用の微細な水噴霧を用いる
と、新しく供給された燃料／空気混合物が常時着火され
なければならないような着火区域の大きな範囲が急冷さ
れてしまう訳である。その結果、不安定性、たとえば火
炎脈動および／または燃焼プロセスにおける悪い燃焼、
たとえば房状の燃焼が生じてしまい、このような不安定
性の作用が、ＣＯ放出量の激増を招いてしまう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
で述べたような方法を改良して、ＮＯｘ放出量の最小化
が得られるように水を燃焼に供給し、しかもこの供給を
ＣＯ放出量および別の有害物質の放出量を高めてしまう
ような燃焼に対する不都合な作用を生ぜしめることなく
実施することができるような方法を提供することであ
る。さらに、本発明の課題はこのような方法を実施する
ための有利なバーナを提供することである。
で述べたような方法を改良して、ＮＯｘ放出量の最小化
が得られるように水を燃焼に供給し、しかもこの供給を
ＣＯ放出量および別の有害物質の放出量を高めてしまう
ような燃焼に対する不都合な作用を生ぜしめることなく
実施することができるような方法を提供することであ
る。さらに、本発明の課題はこのような方法を実施する
ための有利なバーナを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の方法では、バーナの着火区域を単数または複
数の密な水噴流によって貫流させ、該水噴流を火炎の内
部で崩壊させるようにした。
に本発明の方法では、バーナの着火区域を単数または複
数の密な水噴流によって貫流させ、該水噴流を火炎の内
部で崩壊させるようにした。
【０００５】さらに、前記課題を解決するために本発明
のバーナの構成では、該バーナが流れ方向に沿って、互
いに重なり合うように位置決めされた中空の少なくとも
２つの部分円錐体から成っており、該部分円錐体の長手
方向対称軸線の位置に基づき、前記部分円錐体によって
形成された中空室に燃焼空気流を導入するための互いに
逆向きの流れを形成する接線方向の流入スリットが形成
されており、前記中空室に、燃料供給および水供給のた
めの少なくとも１つのノズルが配置されているようにし
た。
のバーナの構成では、該バーナが流れ方向に沿って、互
いに重なり合うように位置決めされた中空の少なくとも
２つの部分円錐体から成っており、該部分円錐体の長手
方向対称軸線の位置に基づき、前記部分円錐体によって
形成された中空室に燃焼空気流を導入するための互いに
逆向きの流れを形成する接線方向の流入スリットが形成
されており、前記中空室に、燃料供給および水供給のた
めの少なくとも１つのノズルが配置されているようにし
た。
【０００６】
【発明の効果】本発明の思想は、水を全く最初から微細
に分配するのではなく、単数または複数の密な噴流の形
で既に上述した敏感な着火区域、つまり新しく供給され
た燃料／空気混合物が常時着火されるような場所に通し
て案内することにある。このような「完全噴流」に基づ
き、その都度極めて小さな範囲しか損なわれず、このこ
とは、実際に燃焼に対する不都合な作用を生ぜしめな
い。この噴流は火炎の内部で崩壊して、水は分配され
る。このような経過は次のような要件によって補助され
る： ａ）所望の区間後に崩壊する水噴流を生ぜしめるような
ノズルの選択； ｂ）水噴流を不安定化するような火炎心内部の高い渦流
および熱供給。
に分配するのではなく、単数または複数の密な噴流の形
で既に上述した敏感な着火区域、つまり新しく供給され
た燃料／空気混合物が常時着火されるような場所に通し
て案内することにある。このような「完全噴流」に基づ
き、その都度極めて小さな範囲しか損なわれず、このこ
とは、実際に燃焼に対する不都合な作用を生ぜしめな
い。この噴流は火炎の内部で崩壊して、水は分配され
る。このような経過は次のような要件によって補助され
る： ａ）所望の区間後に崩壊する水噴流を生ぜしめるような
ノズルの選択； ｂ）水噴流を不安定化するような火炎心内部の高い渦流
および熱供給。
【０００７】本発明の別の利点は、狭いバーナまたは燃
焼室におけるこのような完全噴流の使用時に、水が周壁
にはねかかることが回避されることである。さもない
と、達成したい燃焼プロセスからのＮＯｘ形成の低減が
中断してしまう。
焼室におけるこのような完全噴流の使用時に、水が周壁
にはねかかることが回避されることである。さもない
と、達成したい燃焼プロセスからのＮＯｘ形成の低減が
中断してしまう。
【０００８】
【実施例】以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく
説明する。本発明を直接に理解する上で必要でない構成
要素は全て省略されている。図面中、同じ構成要素には
それぞれ同一の符号が付してある。媒体の流れ方向は矢
印で示されている。
説明する。本発明を直接に理解する上で必要でない構成
要素は全て省略されている。図面中、同じ構成要素には
それぞれ同一の符号が付してある。媒体の流れ方向は矢
印で示されている。
【０００９】図１に示したバーナの構造を理解し易くす
るためには、この図１と同時に、図２〜図４に示した個
々の断面図を利用すると有利である。さらに、図１を見
易くする目的で、図２〜図４に示した案内薄板２１ａ，
２１ｂは図１には概略的にしか示さない。したがって、
以下では、必要に応じて図２〜図４を参照しながら図１
に関して説明を行なう。
るためには、この図１と同時に、図２〜図４に示した個
々の断面図を利用すると有利である。さらに、図１を見
易くする目的で、図２〜図４に示した案内薄板２１ａ，
２１ｂは図１には概略的にしか示さない。したがって、
以下では、必要に応じて図２〜図４を参照しながら図１
に関して説明を行なう。
【００１０】図１に示したバーナＡは半割の中空の２つ
の部分円錐体１，２から成っており、これらの部分円錐
体はその長手方向対称軸線に関して互いに半径方向にず
らされて延びていて、互いに重なり合って位置してい
る。各長手方向対称軸線１ａ，１ｂの相対的なずれに基
づき、部分円錐体１，２の両側で、互いに逆方向での流
入配置において接線方向の各１つの空気流入スリット１
９，２０が開放される（図２〜図４参照）。この空気流
入スリットを通って、燃焼空気流１５はバーナＡの内室
に、つまり両部分円錐体１，２によって形成された円錐
状の中空室１４に流入する。流れ方向で見た図示の部分
円錐体１，２の円錐形状は、規定された一定の角度を有
している。しかし当然ながら、部分円錐体１，２は流れ
方向で見て逓増するか、または逓減する円錐角を有して
いてもよい。このような２つの構成は、容易に想定し得
るので図示しない。最終的にどのような形状が使用され
るのかは、燃焼条件におけるそれぞれ規定されたパラメ
ータに関連している。両部分円錐体１，２は各１つの円
筒状の始端部１ａ，２ａを有している。これらの始端部
は部分円錐体１，２と同様に互いにずらされて延びてい
るので、接線方向の前記空気流入スリット１９，２０は
バーナＡの全長にわたって一貫して延びるように設けら
れている。前記円筒状の始端部１ａ，２ａには、ノズル
３が収納されており、このノズルの、有利には液状の燃
料１２の燃料供給部４は、前記２つの部分円錐体１，２
によって形成された円錐状の中空室１４の最も狭い横断
面と合致している。バーナＡの運転導入に応じて、ガス
状の燃料または異なる凝集状態の種々の燃料から成る混
合物をも燃焼させることができる。前記燃料供給部４は
ノズル中心に配置されていると有利である。さらに、前
記ノズル３は一列の別の供給部１８を有しており、これ
らの供給部を介して、水２４が円錐状の中空室１４に噴
射される。この水噴流１１の数と、ノズル３の端面の周
囲における前記水噴流の配置とは、主としてバーナＡの
寸法と、このバーナの燃焼特性値とに関連している。水
噴流１１は、燃料供給部４に対して環状体を形成するよ
うに設定されていると有利である。ノズル３の中心に対
する距離に関してはさらに下で詳しく説明する。当然な
がら、バーナＡは純然たる円錐状に、つまり円筒状の始
端部１ａ，２ａなしで設けられてもよい。両部分円錐体
１，２は開口１７を備えた各１つの燃料導管８，９を有
している。この燃料導管を通ってガス状の燃料１３が近
付けられる。この燃料は、接線方向の空気流入スリット
１９，２０を通って円錐状の中空室１４に流入した燃焼
空気１５に混加される。燃料導管８，９は接線方向での
流入終了後に、しかも円錐状の中空室１４への流入直前
に設けられていると有利である。これにより、燃料１３
と、流入する燃焼空気流１５との間の速度に基づきた最
適の混合が得られる。もちろん、２つの種類の燃料もし
くは異なった燃料１２，１３との混合運転も可能であ
る。燃焼室２２の側では、バーナＡの出口開口が前壁１
０に移行しており、この前壁には、必要に応じて孔（図
示しない）を設けることができる。これによって、必要
に応じて希釈空気または冷却空気を燃焼室２２の前側の
部分に導入することができるようになる。ノズル３は空
気ノズルか、または逆噴霧の原理に基づき作動するノズ
ルであってよい。このノズルを通って流れる液状の燃料
１２は円錐状の中空室１４に鋭角の角度で供給され、こ
の場合、バーナ出口平面には、できるだけ均一な円錐状
の噴霧像が生ぜしめられる。このことは、部分円錐体
１，２の内壁が燃料供給部４によって濡らされない場合
にのみ可能で最適となる。この目的のためには、円錐状
の液体燃焼形状が、接線方向で流入する燃焼空気流１５
と、軸方向でノズル３の周囲から近付けられる別の燃焼
空気流１５ａとによって取り囲まれる。軸方向において
は、液状の燃料１２の濃度が、導入された燃焼空気流１
５，１５ａによって連続的に減じられる。ガス状の燃料
１３が燃料導管８，９を介して導入されると、既に上で
簡単に説明したように、直接に空気流入スリット１９，
２０の範囲において、円錐状の中空体１４への入口で燃
焼空気流１５との混合気形成が行なわれる。液状の燃料
１２の供給に関連して、渦流崩壊の範囲、つまり逆流区
域６の範囲では、横断面全体にわたって最適な均一の燃
料濃度が得られる。着火は逆流区域６の先端で行なわれ
る。この個所でしか、安定した火炎前面７は生じ得な
い。公知の予混合区間では、バーナの内部への火炎の戻
りが起こる恐れがあり、これに対しては、複雑な保炎器
を用いて対処しようとしていた。しかし、本発明の構成
では、このような火炎の戻りを恐れる必要は全くない。
燃焼空気流１５が前加熱されていると、液状の燃料１２
がバーナＡの出口における混合気の着火が行なわれ得る
地点に到達する前に、前記燃料１２の加速された全体的
な蒸発が行なわれる。当然ながら、蒸発度はバーナＡの
寸法と、ノズル供給された燃料の液滴サイズと、燃焼空
気流１５，１５ａの温度とに関連している。まず、燃焼
区域への流入前に燃料の完全な蒸発が保証されると、最
小化された有害物質値が得られる。同様のことは、近化
学量論的量での運転に関しても、つまり過剰空気が、循
環する排ガスによって代えられ、これによって燃焼空気
が新しい空気と排ガスとの混合気から成っている場合に
も云える。このような混合気は高い燃料含量を有してい
ても問題はない。これに関連して指摘したいのは、ＮＯ
ｘ放出の最大許容値が世界的にますます低められている
ことである。許容し得ないＮＯｘ放出量に対して簡単な
手段でどのように対処し得るかということも知られてい
る。すなわち、オイル、ガスおよび別の高カロリー燃料
の燃焼時に水を火炎内に噴射することにより、窒素放出
量を低く抑えることができる。しかしながら、供給され
た水は、ＮＯｘをあまり発生させないが、しかし火炎安
定性のためには重要となるような火炎区域をも損なって
しまう。その結果、不安定性、たとえば火炎脈動および
／または悪い燃焼が頻繁に起きてしまい、このことはＣ
Ｏ放出の激増を招く。火炎前面７を有する逆流区域６は
複数の密な水噴流１１で貫通される。これらの水噴流
は、この敏感な安定化区域を損なうことなく、つまり新
しく供給された燃料／空気混合物が常時着火される場所
を損なうことなく開く。この場合に、火炎の内部で前記
水噴流１１は崩壊し、この場合、水は確かに分散する
が、しかし極めて小さな範囲で、正確にはＮＯｘ放出の
形成の潜在的危険が存在している場所でしか分散しな
い。これにより、ＣＯ放出量の激増を招く不安定性や火
炎脈動や燃焼不良を生ぜしめるような火炎全体への水の
作用が回避される。ノズル３からの前記水噴流１１の方
向付けは、第１に火炎前面７の貫流が保証され、第２に
ＮＯｘ放出物の形成が潜在的に与えられているような区
域に水噴流が点状に作用するように設定されると望まし
い。部分円錐体１，２の円錐角と、接線方向の燃焼空気
用の空気流入スリット１９，２０の幅とを設定する場合
には、狭い範囲が維持されると望ましい。これによっ
て、バーナ開口の範囲に逆流区域６を有する燃焼空気の
所望の流れ領域が生ぜしめられて、この場所で火炎安定
化を生ぜしめる。一般に云えることは、燃焼空気用の空
気流入スリット１９，２０を小さくすると、逆流区域６
がさらに下流側にシフトされ、これによって混合気が早
めに着火することである。いずれにせよ、一度固定され
た逆流区域自体は位置安定的になると云える。その理由
は、ねじれ数が流れ方向においてバーナＡの円錐形状の
範囲で増大するからである。さらに軸方向速度には、既
に説明した燃焼空気流１５ａの軸方向供給によって影響
を与えることができる。バーナＡの構造は、バーナＡの
規定された構造長さにおいて接線方向の空気流入スリッ
ト１９，２０の寸法を変えるために特に適している。こ
の場合、部分円錐体１，２は互いに接近する方向または
互いに離れる方向でずらされ、これによって両長手方向
対称軸線１ｂ，２ｂの間の距離は減少するか、もしくは
増大し、したがって、接線方向の空気流入スリット１
９，２０のギャップ寸法も変化する。当然ながら、部分
円錐体１，２は別の平面においても互いに移動可能であ
り、これによって、前記部分円錐体のオーバラップをも
生ぜしめることができる。またそれどころか、部分円錐
体１，２を互いに逆向きに回転する運動によって螺旋状
に互いに内外に移動させるか、または部分円錐体１，２
を軸方向の運動によって互いに離れる方向で移動させる
ことも可能である。したがって、接線方向の空気流入ス
リット１９，２０の形状および寸法を任意に変化させる
ことができ、これによってバーナＡは、その構造長さを
変えることなく広範囲の使用領域をカバーする。
の部分円錐体１，２から成っており、これらの部分円錐
体はその長手方向対称軸線に関して互いに半径方向にず
らされて延びていて、互いに重なり合って位置してい
る。各長手方向対称軸線１ａ，１ｂの相対的なずれに基
づき、部分円錐体１，２の両側で、互いに逆方向での流
入配置において接線方向の各１つの空気流入スリット１
９，２０が開放される（図２〜図４参照）。この空気流
入スリットを通って、燃焼空気流１５はバーナＡの内室
に、つまり両部分円錐体１，２によって形成された円錐
状の中空室１４に流入する。流れ方向で見た図示の部分
円錐体１，２の円錐形状は、規定された一定の角度を有
している。しかし当然ながら、部分円錐体１，２は流れ
方向で見て逓増するか、または逓減する円錐角を有して
いてもよい。このような２つの構成は、容易に想定し得
るので図示しない。最終的にどのような形状が使用され
るのかは、燃焼条件におけるそれぞれ規定されたパラメ
ータに関連している。両部分円錐体１，２は各１つの円
筒状の始端部１ａ，２ａを有している。これらの始端部
は部分円錐体１，２と同様に互いにずらされて延びてい
るので、接線方向の前記空気流入スリット１９，２０は
バーナＡの全長にわたって一貫して延びるように設けら
れている。前記円筒状の始端部１ａ，２ａには、ノズル
３が収納されており、このノズルの、有利には液状の燃
料１２の燃料供給部４は、前記２つの部分円錐体１，２
によって形成された円錐状の中空室１４の最も狭い横断
面と合致している。バーナＡの運転導入に応じて、ガス
状の燃料または異なる凝集状態の種々の燃料から成る混
合物をも燃焼させることができる。前記燃料供給部４は
ノズル中心に配置されていると有利である。さらに、前
記ノズル３は一列の別の供給部１８を有しており、これ
らの供給部を介して、水２４が円錐状の中空室１４に噴
射される。この水噴流１１の数と、ノズル３の端面の周
囲における前記水噴流の配置とは、主としてバーナＡの
寸法と、このバーナの燃焼特性値とに関連している。水
噴流１１は、燃料供給部４に対して環状体を形成するよ
うに設定されていると有利である。ノズル３の中心に対
する距離に関してはさらに下で詳しく説明する。当然な
がら、バーナＡは純然たる円錐状に、つまり円筒状の始
端部１ａ，２ａなしで設けられてもよい。両部分円錐体
１，２は開口１７を備えた各１つの燃料導管８，９を有
している。この燃料導管を通ってガス状の燃料１３が近
付けられる。この燃料は、接線方向の空気流入スリット
１９，２０を通って円錐状の中空室１４に流入した燃焼
空気１５に混加される。燃料導管８，９は接線方向での
流入終了後に、しかも円錐状の中空室１４への流入直前
に設けられていると有利である。これにより、燃料１３
と、流入する燃焼空気流１５との間の速度に基づきた最
適の混合が得られる。もちろん、２つの種類の燃料もし
くは異なった燃料１２，１３との混合運転も可能であ
る。燃焼室２２の側では、バーナＡの出口開口が前壁１
０に移行しており、この前壁には、必要に応じて孔（図
示しない）を設けることができる。これによって、必要
に応じて希釈空気または冷却空気を燃焼室２２の前側の
部分に導入することができるようになる。ノズル３は空
気ノズルか、または逆噴霧の原理に基づき作動するノズ
ルであってよい。このノズルを通って流れる液状の燃料
１２は円錐状の中空室１４に鋭角の角度で供給され、こ
の場合、バーナ出口平面には、できるだけ均一な円錐状
の噴霧像が生ぜしめられる。このことは、部分円錐体
１，２の内壁が燃料供給部４によって濡らされない場合
にのみ可能で最適となる。この目的のためには、円錐状
の液体燃焼形状が、接線方向で流入する燃焼空気流１５
と、軸方向でノズル３の周囲から近付けられる別の燃焼
空気流１５ａとによって取り囲まれる。軸方向において
は、液状の燃料１２の濃度が、導入された燃焼空気流１
５，１５ａによって連続的に減じられる。ガス状の燃料
１３が燃料導管８，９を介して導入されると、既に上で
簡単に説明したように、直接に空気流入スリット１９，
２０の範囲において、円錐状の中空体１４への入口で燃
焼空気流１５との混合気形成が行なわれる。液状の燃料
１２の供給に関連して、渦流崩壊の範囲、つまり逆流区
域６の範囲では、横断面全体にわたって最適な均一の燃
料濃度が得られる。着火は逆流区域６の先端で行なわれ
る。この個所でしか、安定した火炎前面７は生じ得な
い。公知の予混合区間では、バーナの内部への火炎の戻
りが起こる恐れがあり、これに対しては、複雑な保炎器
を用いて対処しようとしていた。しかし、本発明の構成
では、このような火炎の戻りを恐れる必要は全くない。
燃焼空気流１５が前加熱されていると、液状の燃料１２
がバーナＡの出口における混合気の着火が行なわれ得る
地点に到達する前に、前記燃料１２の加速された全体的
な蒸発が行なわれる。当然ながら、蒸発度はバーナＡの
寸法と、ノズル供給された燃料の液滴サイズと、燃焼空
気流１５，１５ａの温度とに関連している。まず、燃焼
区域への流入前に燃料の完全な蒸発が保証されると、最
小化された有害物質値が得られる。同様のことは、近化
学量論的量での運転に関しても、つまり過剰空気が、循
環する排ガスによって代えられ、これによって燃焼空気
が新しい空気と排ガスとの混合気から成っている場合に
も云える。このような混合気は高い燃料含量を有してい
ても問題はない。これに関連して指摘したいのは、ＮＯ
ｘ放出の最大許容値が世界的にますます低められている
ことである。許容し得ないＮＯｘ放出量に対して簡単な
手段でどのように対処し得るかということも知られてい
る。すなわち、オイル、ガスおよび別の高カロリー燃料
の燃焼時に水を火炎内に噴射することにより、窒素放出
量を低く抑えることができる。しかしながら、供給され
た水は、ＮＯｘをあまり発生させないが、しかし火炎安
定性のためには重要となるような火炎区域をも損なって
しまう。その結果、不安定性、たとえば火炎脈動および
／または悪い燃焼が頻繁に起きてしまい、このことはＣ
Ｏ放出の激増を招く。火炎前面７を有する逆流区域６は
複数の密な水噴流１１で貫通される。これらの水噴流
は、この敏感な安定化区域を損なうことなく、つまり新
しく供給された燃料／空気混合物が常時着火される場所
を損なうことなく開く。この場合に、火炎の内部で前記
水噴流１１は崩壊し、この場合、水は確かに分散する
が、しかし極めて小さな範囲で、正確にはＮＯｘ放出の
形成の潜在的危険が存在している場所でしか分散しな
い。これにより、ＣＯ放出量の激増を招く不安定性や火
炎脈動や燃焼不良を生ぜしめるような火炎全体への水の
作用が回避される。ノズル３からの前記水噴流１１の方
向付けは、第１に火炎前面７の貫流が保証され、第２に
ＮＯｘ放出物の形成が潜在的に与えられているような区
域に水噴流が点状に作用するように設定されると望まし
い。部分円錐体１，２の円錐角と、接線方向の燃焼空気
用の空気流入スリット１９，２０の幅とを設定する場合
には、狭い範囲が維持されると望ましい。これによっ
て、バーナ開口の範囲に逆流区域６を有する燃焼空気の
所望の流れ領域が生ぜしめられて、この場所で火炎安定
化を生ぜしめる。一般に云えることは、燃焼空気用の空
気流入スリット１９，２０を小さくすると、逆流区域６
がさらに下流側にシフトされ、これによって混合気が早
めに着火することである。いずれにせよ、一度固定され
た逆流区域自体は位置安定的になると云える。その理由
は、ねじれ数が流れ方向においてバーナＡの円錐形状の
範囲で増大するからである。さらに軸方向速度には、既
に説明した燃焼空気流１５ａの軸方向供給によって影響
を与えることができる。バーナＡの構造は、バーナＡの
規定された構造長さにおいて接線方向の空気流入スリッ
ト１９，２０の寸法を変えるために特に適している。こ
の場合、部分円錐体１，２は互いに接近する方向または
互いに離れる方向でずらされ、これによって両長手方向
対称軸線１ｂ，２ｂの間の距離は減少するか、もしくは
増大し、したがって、接線方向の空気流入スリット１
９，２０のギャップ寸法も変化する。当然ながら、部分
円錐体１，２は別の平面においても互いに移動可能であ
り、これによって、前記部分円錐体のオーバラップをも
生ぜしめることができる。またそれどころか、部分円錐
体１，２を互いに逆向きに回転する運動によって螺旋状
に互いに内外に移動させるか、または部分円錐体１，２
を軸方向の運動によって互いに離れる方向で移動させる
ことも可能である。したがって、接線方向の空気流入ス
リット１９，２０の形状および寸法を任意に変化させる
ことができ、これによってバーナＡは、その構造長さを
変えることなく広範囲の使用領域をカバーする。
【００１１】図２〜図４に基づき、案内薄板２１ａ，２
１ｂのジオメトリ構成が判る。前記案内薄板は流れ導入
機能を有しており、この場合、前記案内薄板はその長さ
に相応して、部分円錐体１，２の各端部を燃焼空気流１
５の上流方向に延長している。円錐状の中空室１４に流
入する燃焼空気流１５の通路形成は、前記中空室１４へ
の流入範囲に配置された旋回点２３を中心とした案内薄
板２１ａ，２１ｂの開放もしくは閉鎖によって最適化す
ることができる。このことは、接線方向の空気流入スリ
ット１９，２０の当初のギャップ寸法を変える場合に特
に必要となる。当然ながら、バーナＡは案内薄板２１
ａ，２１ｂなしでも運転することができるし、またはこ
のために別の補助手段を設けることもできる。
１ｂのジオメトリ構成が判る。前記案内薄板は流れ導入
機能を有しており、この場合、前記案内薄板はその長さ
に相応して、部分円錐体１，２の各端部を燃焼空気流１
５の上流方向に延長している。円錐状の中空室１４に流
入する燃焼空気流１５の通路形成は、前記中空室１４へ
の流入範囲に配置された旋回点２３を中心とした案内薄
板２１ａ，２１ｂの開放もしくは閉鎖によって最適化す
ることができる。このことは、接線方向の空気流入スリ
ット１９，２０の当初のギャップ寸法を変える場合に特
に必要となる。当然ながら、バーナＡは案内薄板２１
ａ，２１ｂなしでも運転することができるし、またはこ
のために別の補助手段を設けることもできる。
【図１】本発明によるバーナの斜視図である。
【図２】図１のII-II線に沿った断面図である。
【図３】図１のIII-III線に沿った断面図である。
【図４】図１のIV-IV線に沿った断面図である。
Ａ バーナ、 １，２ 部分円錐体、 １ａ，２ａ 始
端部、 １ｂ，２ｂ長手方向対称軸線、 ３ ノズル、
４ 燃料供給部、 ５ 液体燃焼形状、６ 逆流区
域、 ７ 火炎前面、 ８，９ 燃料導管、 １０ 前
壁、 １１水噴流、 １２，１３ 燃料、 １４ 中空
室、 １５，１５ａ 燃焼空気流、１７ 開口、 １８
供給部、 １９，２０ 空気流入スリット、 ２１
ａ，２１ｂ 案内薄板、 ２２ 燃焼室、 ２３ 旋回
点、 ２４ 水
端部、 １ｂ，２ｂ長手方向対称軸線、 ３ ノズル、
４ 燃料供給部、 ５ 液体燃焼形状、６ 逆流区
域、 ７ 火炎前面、 ８，９ 燃料導管、 １０ 前
壁、 １１水噴流、 １２，１３ 燃料、 １４ 中空
室、 １５，１５ａ 燃焼空気流、１７ 開口、 １８
供給部、 １９，２０ 空気流入スリット、 ２１
ａ，２１ｂ 案内薄板、 ２２ 燃焼室、 ２３ 旋回
点、 ２４ 水
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−279903（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−5022（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−61712（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F23C 11/00 332 F23D 14/24
Claims (8)
- 【請求項１】 単数または複数のバーナを備えた燃焼設
備における燃料の燃焼時にＮＯｘ放出量を最小限に抑え
る方法において、バーナ（Ａ）の着火区域を単数または
複数の密な水噴流（１１）によって貫流させ、該水噴流
（１１）を火炎の内部で崩壊させることを特徴とする、
燃焼からのＮＯｘ放出量を最小限に抑える方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の方法を実施するためのバ
ーナにおいて、該バーナ（Ａ）が流れ方向に沿って、互
いに重なり合うように位置決めされた中空の少なくとも
２つの部分円錐体（１，２）から成っており、該部分円
錐体の長手方向対称軸線（１ｂ，２ｂ）の位置に基づ
き、前記部分円錐体(１，２）によって形成された中空
室（１４）に燃焼空気流（１５）を導入するための互い
に逆向きの流れを形成する接線方向の空気流入スリット
（１９，２０）が形成されており、前記中空室（１４）
に、燃料供給および水供給のための少なくとも１つのノ
ズル（３）が配置されていることを特徴とするバーナ。 - 【請求項３】 前記ノズル（３）が燃料（１２）の供給
部（４）を有しており、該供給部（４）が、互いにずら
されて延びている前記部分円錐体（１，２）の長手方向
対称軸線（１ｂ，２ｂ）の中心に位置しており、さらに
前記ノズル（３）が水（２４）のための少なくとも１つ
の別の供給部（１８）を有している、請求項２記載のバ
ーナ。 - 【請求項４】 前記ノズル（３）から複数の水噴流（１
１）が噴射される場合に、前記供給部（１８）が前記ノ
ズル（３）の中心に対して所定の距離をおいて環状に配
置されている、請求項３記載のバーナ。 - 【請求項５】 前記接線方向の空気流入スリット（１
９，２０）の範囲に、別の燃料（１３）のための別のノ
ズル（１７）が配置されている、請求項２記載のバー
ナ。 - 【請求項６】 前記部分円錐体（１，２）が流れ方向で
見て、一定の角度で円錐状に拡開している、請求項２記
載のバーナ。 - 【請求項７】 前記部分円錐体（１，２）が流れ方向で
見て、逓増する円錐状傾斜を有している、請求項２記載
のバーナ。 - 【請求項８】 前記部分円錐体（１，２）が流れ方向で
見て、逓減する円錐状傾斜を有している、請求項２記載
のバーナ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH3487/90-0 | 1990-11-02 | ||
| CH3487/90A CH682009A5 (ja) | 1990-11-02 | 1990-11-02 |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH06341611A JPH06341611A (ja) | 1994-12-13 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (7)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2999311B2 (ja) |
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| CH (1) | CH682009A5 (ja) |
| DE (1) | DE59107119D1 (ja) |
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| DE19520292A1 (de) * | 1995-06-02 | 1996-12-05 | Abb Management Ag | Verfahren zum Betreiben einer Brennkammer einer Gasturbogruppe |
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| DE59706924D1 (de) * | 1996-02-07 | 2002-05-16 | Dvgw Deutscher Ver Des Gas Und | Verfahren und Vorrichtung zur Unterdrückung von Flammen-/Druckschwingungen bei einer Feuerung |
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| BR112015031702B1 (pt) * | 2013-06-17 | 2021-07-06 | Schlumberger Technology B.V. | conjuntos de queimadores para queima de gás de baixo valor calorífico e método de queima de gás de baixo valor calorífico |
| US10227932B2 (en) * | 2016-11-30 | 2019-03-12 | General Electric Company | Emissions modeling for gas turbine engines for selecting an actual fuel split |
| CN107906514B (zh) * | 2017-12-04 | 2024-04-09 | 安德森热能科技（苏州）有限责任公司 | 一种扁平焰低氮燃烧器 |
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|---|---|---|---|---|
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| US3748080A (en) * | 1971-12-27 | 1973-07-24 | Peabody Engineering Corp | Combustion control apparatus using a liquid spray |
| US3797992A (en) * | 1972-12-15 | 1974-03-19 | Combustion Unltd Inc | Crude oil burner |
| US3861857A (en) * | 1974-01-14 | 1975-01-21 | John F Straitz | Flammable liquid waste burner |
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| JPS5596809A (en) * | 1979-01-19 | 1980-07-23 | Toshiba Corp | Combustor |
| GB2050592B (en) * | 1979-06-06 | 1983-03-16 | Rolls Royce | Gas turbine |
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-
1990
- 1990-11-02 CH CH3487/90A patent/CH682009A5/de not_active IP Right Cessation
-
1991
- 1991-10-08 EP EP91117113A patent/EP0483554B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1991-10-08 DE DE59107119T patent/DE59107119D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-10-21 PL PL29212491A patent/PL292124A1/xx unknown
- 1991-10-24 US US07/782,326 patent/US5284437A/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-10-25 JP JP3278205A patent/JP2999311B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1991-10-25 CA CA002054043A patent/CA2054043A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2054043A1 (en) | 1992-05-03 |
| US5284437A (en) | 1994-02-08 |
| EP0483554A1 (de) | 1992-05-06 |
| PL292124A1 (en) | 1992-05-04 |
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| JPH06341611A (ja) | 1994-12-13 |
| DE59107119D1 (de) | 1996-02-01 |
| EP0483554B1 (de) | 1995-12-20 |
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