JP3512455B2 - 燃焼機関、ガスタービングループ燃焼室又は燃焼設備の運転用のバーナ - Google Patents

燃焼機関、ガスタービングループ燃焼室又は燃焼設備の運転用のバーナ

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JP3512455B2
JP3512455B2 JP01658094A JP1658094A JP3512455B2 JP 3512455 B2 JP3512455 B2 JP 3512455B2 JP 01658094 A JP01658094 A JP 01658094A JP 1658094 A JP1658094 A JP 1658094A JP 3512455 B2 JP3512455 B2 JP 3512455B2
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    • F23D—BURNERS
    • F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
    • F23D17/002—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or liquid fuel
    • 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
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、通常の油又は天然ガス
の燃焼の他に、高反応性気体成分を含む平均発熱量の燃
料の燃焼のためにも使用することができる、燃焼機関、
ガスタービングループ燃焼室又は燃焼設備の運転用のバ
ーナに関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば水素のような高反応性成分を含む
ほぼ１０ＭＪ／ｋｇ〜２５ＭＪ／ｋｇの平均発熱量を有
する燃料は、火炎伝播速度が高くかつ点火遅れが少ない
という特徴を有している。このような燃料はとくに硫
黄、残滓油、タール及びカーボンを酸素を吹き付けなが
ら気化するさいに発生する。この気化生成物は大部分
が、Ｈ2：ＣＯ最大容量比０．９の水素及び一酸化炭素
から成っている。
【０００３】このような燃料は従来その燃焼前に水蒸気
及び窒素で希釈されなければならない。その結果、火炎
伝播速度が著しく低下し、点火遅れが増大し、発熱量は
１０ＭＪ／ｋｇより小さくなる。
【０００４】このような従来技術の欠点は、ガスタービ
ン内で燃焼させるために希釈媒体を燃焼室圧力レベルま
で圧縮しなければならず、また大きな燃料導管横断面を
必要とし、かつまた希釈媒体が燃焼箇所になければなら
ない点にある。最後の事項は、十分な量及び質の水又は
窒素がえられない場合には特に問題になる。
【０００５】有害物質発生量の少ない燃焼をうるための
例えばＥＰ０５１８０７２号及びＥＰ０５２１３２５号
明細書から公知の２重円錐型バーナでは、従来、液体燃
料及び低反応性気体燃料の燃焼しか可能でなかった。高
反応性気体成分、例えば水素を含んだ燃料を直接燃焼さ
せることはこれまで上記のバーナでは実現できなかっ
た。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこれらのすべ
ての欠点を排除しようとするものである。本発明の課題
は、通常の油又は天然ガスの燃焼の他に高反応性気体成
分を含む平均発熱量の燃料を、その燃焼前に水蒸気及び
窒素で希釈する必要なしに、使用することができる、燃
焼機関、がスタービングループ燃焼室又は燃焼設備の運
転用のバーナ及び該バーナの運転法を提供することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題は本発明によ
れば、請求項１の上位概念部に記載されたバーナにおい
て、高反応性気体成分を含む平均発熱量の燃料のため
に、バーナ出口の近くに、それもバーナ出口からバーナ
呼び直径の最大で３０％までの長さに相当する距離だけ
離して、少なくとも１列のノズルが部分円錐体の周囲に
設けられており、かつ高反応性成分のために燃料導管及
び、ノズル範囲に配置された分配通路が設けられてお
り、この場合気体燃料の噴射のための両系が互いに無関
係独立に配置されていることによって解決されている。
【０００８】さらに本発明の課題は、上記バーナの運転
法において、高反応性燃料を高速でバーナ出口の近くに
おいて、高速空気領域内へ噴射し、かつ燃料噴流の侵入
深さ及び方向を、混合後にバーナの後方ではじめて点火
が行われるように、調整することによって、解決されて
いる。
【０００９】
【発明の効果】本発明の利点は、特に、従来燃焼前に必
要とされた、高反応性気体成分を含む燃料の、窒素及び
水蒸気による希釈化及び該希釈媒体の燃焼室圧力への圧
縮が不要な点にある。さらに、ガスタービンの諸条件下
において燃料の安定したかつ有害物質のない燃焼がえら
れることにある。バーナ内において燃料系は互いに無関
係独立に配置されているから、該バーナは、既に公知の
天然ガス及び油による運転においても完全に機能するこ
とができる。
【００１０】個々のノズルの直径はバーナ呼び直径の１
％より小であるのが特に有利である。
【００１１】さらに、ほぼ１５個のノズルを有するのが
有利である。
【００１２】気体燃料を噴射するための２つの互いに無
関係独立の系の一方の系によって高い発熱量及び低い反
応性を有する燃料が、また他方の系によって高反応性の
平均発熱量の燃料が案内されるようにするのが合理的で
ある。
【００１３】さらに、バーナが、１つ又は２つの異なっ
た気体燃料を用いた両気体噴射形式での混合運転で運転
されるか又は選択的に１つの液体燃料を用いて運転され
るようにするのが有利である。
【００１４】
【実施例】次に図示の実施例について本発明を説明す
る。
【００１５】図には本発明の理解にとって重要なエレメ
ントだけが図示されている。媒体の流動方向は矢印で示
されている。
【００１６】図から判るように、バーナ本体は２つの半
分の中空の部分円錐体１及び２から成り、これらの部分
円錐体は互いに上下にずらされている。このような構成
により、バーナは２重円錐型バーナと呼ぶことができ
る。部分円錐体１，２の各中心軸線の半径方向のずれに
より、部分円錐体１，２の両側にそれぞれ１つの接線方
向の空気流入スリット４及び５が形成され、これらを通
って燃焼空気１２が２重円錐型バーナの内室内へ、即ち
円錐中空室６内へ流入する。両部分円錐体１，２はそれ
ぞれ１つの円筒形始端部１ａ，２ａを有し、これらは。
部分円錐体１，２と同様に互いにずらされており、その
結果始端部の部位から既に接線方向の空気流入スリット
４，５が存在している。この円筒形始端部１ａ，２ａ内
には、液体燃料を供給するノズル３が設けられている。
２重円錐型バーナは勿論また円筒形始端部１ａ，２ａな
しに構成されていることも可能である。両部分円錐体
１，２はそれぞれ１つの燃料導管７，８を有し、これら
の導管は燃料ノズル９を有し、該ノズルから気体燃料１
４が流入し、該気体燃料は接線方向の空気流入スリット
４，５を通って流れる燃焼空気と混合される。燃料導管
７，８は接線方向の空気流入スリット４，５の端部に配
置されており、その結果ここで燃料１４と流入する燃焼
空気１２との混合が行われる。
【００１７】勿論両燃料１３，１４による混合運転が可
能である。２重円錐型バーナはバーナ出口にフロントプ
レート１６を有している。ノズル３を通って流入する液
体燃料１３は鋭角で円錐中空室６内へ噴射される。この
液体燃料噴流コーンプロフィルは次いで接線方向で流入
し回転する燃焼空気１２に取り囲まれる。気体燃料１４
が噴射されると、接線方向の空気流入スリット４，５の
端部で直接燃焼空気１２との混合気生成が行われる。気
体燃料１３がノズルから噴射されると、戻り流領域の範
囲で申し分のない均一な燃料分配がえられる。点火自体
はバーナの外側の戻り流領域の先端部で行われる。天然
カス及び油での２重円錐型バーナの上記の運転はすでに
公知である。
【００１８】本発明によれば、バーナ出口の近くの、そ
れもバーナ呼び直径（バーナの最大内のり幅に等しい）
の最大で３０％までの長さに等しい距離だけ離れた部位
における両部分円錐体１，２の周囲に、高反応性気体成
分を含む平均発熱量を有する燃料１５のための噴射箇所
（ノズル１０）が配置されている。燃料１５は燃料導管
１１を介して、部分円錐体１，２の周囲にあるノズル１
０の範囲に配置されている分配通路１７に供給される。
次いでこの燃料はノズル１０を通って円錐中空室６内に
噴射され、ここで燃焼空気と混合される。
【００１９】ノズル１０は図示の実施例では１列に配置
されていてかつ半径方向に向けられている。勿論本発明
のさらに別の実施例としてこれらのノズル１０を複数列
配置することも可能である。申し分のない混合をうるた
めにノズル１０を軸方向に、かつ所定の方位に配列する
のが有利である。ノズル１０はできるだけ、全燃焼空気
との完全混合が行われるように方向付けられているよう
にすべきである。
【００２０】良好な予備混合を行うためには、部分円錐
体１，２の周囲にほぼ１５個のノズル１０が必要であ
る。この場合１つのノズル１０の直径はバーナ呼び直径
の１％より小である。従って該バーナはマイクロ火炎バ
ーナと呼ぶことができる。
【００２１】気体燃料１４，１５を噴射するための両系
（１つは燃料導管７，８及びノズル９、１つは燃料導管
１１、分配通路１７及びノズル１０）は互いに離して配
置されている。化学量論的条件に近い条件下で極めて高
い火炎温度を有する高反応性燃料でのバーナ運転時の特
別な困難は、空気中に含まれる窒素が酸素と反応して窒
素酸化物を形成する高温領域が極めて容易に発生するこ
とに基づく。燃料は従って、火炎温度を下げて窒素酸化
物を殆ど生じないようにするためには、火炎先端の手前
で、ほぼ８倍の質量の空気と混合されなければならな
い。従ってマイクロ火炎を有する本発明の２重円錐型バ
ーナは、高反応性の燃料１５が高速でバーナ出口の近く
に配置されたノズル１０を通って高い空気速度の領域内
へ噴射されるように、運転され、この場合燃料噴流の侵
入深さ及び方向は、点火及び火炎の安定化が、混合が行
われた後にバーナ出口の後方ではじめて行われるよう
に、設定される。
【００２２】気体燃料噴射のための２つの系において
は、一方では高い発熱量の低い反応性の燃料１４が、他
方では高反応性の平均発熱量の燃料１５が案内される。
２重円錐型バーナは、１つ又は２つの異なる気体燃料１
４，１５を用いた両噴射形式での混合運転で、又は選択
的に１つの液体燃料１３で運転することができる。
【００２３】このような本発明の２重円錐型バーナは高
反応性燃料に対して以下の利点を有している。
【００２４】火炎がバーナの外ではじめて安定化され、
これによりバーナの過熱が確実に避けられる。
【００２５】混合がバーナ出口の直前の最大速度範囲で
極めて迅速に行われる。
【００２６】バーナ後方での高温渦崩壊により所定の箇
所で安定した点火が行われるため、火炎が極めて安定し
て燃焼する。
【００２７】良好な予備混合により水素含有量が高い場
合でも有害物質エミッションが少ない。
【００２８】２重円錐型バーナは、燃料系が互い別個に
配置されているため、既に公知の天然ガス及び油による
運転においても申し分なく機能する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバーナの一実施例の斜視図で、この場
合部分的断面図で接線方向での空気供給を示す。
【符号の説明】
１ 部分円錐体、 １ａ 円筒形始端部、 ２ 部分円
錐体、 ２ａ 円筒形始端部、 ３ 液体燃料用のノズ
ル、 ４ 接線方向の空気流入スリット、 ５接線方向
の空気流入スリット、 ６ 円錐中空室、 ７ 燃料導
管、 ８ 燃料導管、９ 気体燃料用の燃料ノズル、
１１ 高反応性気体燃料用の燃料ノズル、 １２ 燃
焼空気、 １３ 液体燃料、 １４ 気体燃料、 １５
高反応性気体燃料、 １６ フロントプレート、 １
７ 分配通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス ザッテルマイアー スイス国 マンダッハ ハウプトシュト ラーセ 108 (56)参考文献 特開 平４−136606（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−254304（ＪＰ，Ａ) 実公 昭59−9154（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F23D 17/00 101 F23R 3/28

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃焼機関、ガスタービングループ燃焼室
    又は燃焼設備の運転用のバーナであって、該バーナが、
    主として、少なくとも２つの半分の中空の部分円錐体
    （１，２）から成り、該部分円錐体の縦方向対称軸線が
    互いに半径方向でずらされていて、燃焼空気流のための
    少なくとも２つの接線方向の空気流入スリット（４，
    ５）が形成されており、両部分円錐体（１，２）によっ
    て形成された円錐中空室（６）内のバーナヘッドに、液
    体燃料を円錐中空室（６）内へ噴射するための少なくと
    も１つのノズル（３）が配置されており、かつ部分円錐
    体（１，２）の接線方向の空気流入スリット（４，５）
    の範囲に、さらに別の気体燃料供給手段（７，８，９）
    が付加可能である形式のものにおいて、高反応性気体成
    分を含む平均発熱量の燃料（１５）のために、バーナ出
    口の近くに、それもバーナ出口からバーナ呼び直径の最
    大で３０％までの長さに相当する距離だけ離して、少な
    くとも１列のノズル（１０）が部分円錐体（１，２）の
    周囲に設けられており、かつ高反応性燃料（１５）のた
    めの１つの燃料導管（１１）並びに、ノズル（１０）の
    範囲に配置された分配通路（１７）が設けられており、
    気体燃料（１４，１５）を噴射するための両系が互いに
    無関係独立に配置されていることを特徴とする、燃焼機
    関、ガスタービングループ燃焼室又は燃焼設備の運転用
    のバーナ。
  2. 【請求項２】 個々の各ノズル（１０）の直径がバーナ
    呼び直径の１％よりも小であることを特徴とする、請求
    項１記載のバーナ。
  3. 【請求項３】 １５個のノズル（１５）を有することを
    特徴とする、請求項２記載のバーナ。
  4. 【請求項４】 高反応性気体成分を含む平均発熱量の燃
    料（１５）を高速でバーナ出口の近くにあるノズル（１
    ０）から高速空気流領域へ噴射しかつ燃料噴流の侵入深
    さ及び方向を互いに、混合後にバーナ後方ではじめて点
    火が行われるように、調整することを特徴とする、請求
    項１記載のバーナの運転法。
  5. 【請求項５】 気体燃料噴射用の２つの互いに無関係独
    立の系の一方の系で高い発熱量を有する低い反応性の燃
    料（１４）が案内され、他方の系で平均発熱量の高反応
    性燃料（１５）が案内されることを特徴とする、請求項
    ４記載のバーナの運転法。
  6. 【請求項６】 バーナを１つ又は２つの異なる気体燃料
    （１４，１５）を用いた両気体噴射形式での混合運転で
    運転することを特徴とする、請求項４記載のバーナの運
    転法。
  7. 【請求項７】 バーナを１つの液体燃料で運転すること
    を特徴とする、請求項４記載のバーナの運転法。
JP01658094A 1993-02-12 1994-02-10 燃焼機関、ガスタービングループ燃焼室又は燃焼設備の運転用のバーナ Expired - Lifetime JP3512455B2 (ja)

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