JP3655682B2 - バーナに燃料を供給する方法と装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体状及びガス状双方の燃料に適するバーナ、特にダブルコーン型バーナ、それも高温気体を発生させる目的に使用されるバーナに燃料を供給する方法と装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
出来るだけＮＯｘ排出量を低減する目的で、バーナは、一般に希薄な消炎限度近くで使用される。このため、バーナの調整範囲が著しく制限されることは、言うまでもない。この欠点を除去するため、たとえば、ガスタービンの部分負荷時に、若干のバーナを停止し、残りのバーナを安定的な範囲内で稼動させるようにすることが可能である。しかし、これによって、全周にわたる温度分布が不都合になる。
【０００３】
バーナ調整範囲の改善の別の可能性は、軸線近くで燃料ガスに付加的燃料を加えて濃厚化することである。これは、内部パイロッティングとも呼ばれる。この場合には、バーナの安定範囲は、パイロットガスの供給により相応に拡大され、その結果、あらゆる負荷条件下で確実な作動が保証される。特に、その後、現在の環状燃料室となってからは、内部パイロッティング方式は広く普及するようになった。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許公開第４３０６９５６号明細書により、液状、ガス状双方の燃料によって稼動するダブルコーン型バーナに燃料を供給する方法が公知である。このバーナの場合には、燃料油の霧化が、バーナヘッド内に配置された、いわゆる空気ブラスト・ノズルにより、言いかえると、同軸的な供給により圧縮された送風機空気により霧化が行われる。したがって、バーナは、主ガス流路及びパイロットガス流路に加えて、液状燃料流路と送風機空気流路とを備えている。液状燃料流路、送風機空気流路、パイロットガス流路は、いずれも主ガス流路内へそう入可能の燃料ランス内に設けられている。この燃料ランスは、空気ブラスト・ノズルに連結され、バーナヘッド内に取付けられている。
【０００５】
この空気ブラスト・ノズルの欠点は、送風機空気が、パイロットガス使用時にも、ガス状燃料と一緒に噴射される点である。なぜならパイロットガス使用時には霧化は不要だからである。空気が付加されることにより、パイロットガス炎は不安定となり、火炎の希薄消炎限度が低くなる。このため、バーナ内室への送風機空気流入を制御可能な方法と装置とが開発された。これにより、ガス状燃料での作動時には、バーナ内室への送風機空気の流入が、たとえば送風機空気内へのパイロットガス導入によって、絞られるようにされた。しかしながら、それによってパイロットガスが前希釈されることになり、送風機空気との不均等な混合が行われることが判明した。この結果、パイロットガスの燃焼が阻害され、部分負荷時のバーナの安定性が低下する。
【０００６】
燃料ランスを介して行われるダブルコーン型バーナへの燃料供給の場合、例えばドイツ連邦共和国特許公開第４３０６９５６号明細書に記載の方法の場合、燃料ランスの最大直径は、バーナヘッドの寸法によって規定される。したがって、小型のダブルコーン型バーナの場合には、小型の燃料ランス、つまり直径の小さい燃料ランスが必要となる。しかし、公知の燃料ランスがバーナに比例して小型となれば、その結果として送風機空気ないし燃料用空気の流量も減少する。空気量が減少すれば、軽油での燃焼のさい、ＮＯｘ排出量が増加する。
【０００７】
公知の燃料ランスは、数多くの機能を有するため、製造及び組立に比較的費用がかかる。加えて、パイロットガス流路を主ガス流路に対してシールせねばならない。この措置は、一方では費用がかかり、他方では、主ガスがパイロットガス流路内へ侵入し、バーナが不安定となる危険を生む。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上に述べた欠点をすべて除去せんとするものである。本発明の根底をなす課題は、液状、ガス状いずれの燃料にも適するバーナに、使用範囲も広がり、ＮＯｘ排出値も低減されるように燃料を供給する方法と装置を提供することにある。加えて、この装置を、簡単に製造可能かつ容易に組立可能にし、更に確実に作動可能なものにする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、この課題は、請求項１の上位概念部分に記載の装置の場合に、液状燃料ノズルを含めて、送風機空気流路と液状燃料流路のみを燃料ランス内に収容することにより解決された。パイロットガス導管は、バーナヘッドの区域にのみ配置しておく。この導管は、主ガス管内壁内に軸平行の、少なくとも１つの孔として構成されている。
【００１０】
パイロットガス導管は、この構成により、もはや燃料ランスの構成要素ではなくなるので、送風機空気流路は、バーナの直径、すなわちバーナヘッドや、更には燃料ランスの直径が変わらなくとも、半径方向により大きく構成できる。これにより、送風機空気ないし燃焼用空気を、より多量にオイル燃焼に利用できる一方、ＮＯｘ排出量が低減される。
【００１１】
同じ理由から、送風機空気流路の直径は、小型のバーナ、したがって相応に小型の燃料ランスを備えたバーナを使用する場合も、従来より大きく構成できる。これによって、また、送風機空気ないし燃焼用空気を、より多量に供給できる。
【００１２】
パイロットガス導管を分離したため、液状燃料流路と送風機流路とからのみ成る燃料ランスは、今やその機能に応じて最適に構成され、かつまた著しく簡単に製造することができる。加えて、ランスを、もはや進入する主ガスに対してシールする必要はない。
【００１３】
主ガス供給管及び主ガス管、パイロットガス供給管及び軸平行な孔は、いずれも、自体公知のバーナフード内部で材料接続式（stoffschluessig）に相互に結合されている。パイロットガス供給管は、主ガス供給管と主ガス管の連結部の上流に開口している。
【００１４】
このような装置は、鋳造技術によって比較的簡単に実現できる。組立の場合、先ずパイロット供給管を溶接し、次いで主ガス供給管を溶接する。
【００１５】
ダブルコーン型バーナの場合、特に有利なのは、主ガス管内壁に２つの軸平行の孔を設けておく場合である。これらの孔は、バーナヘッドの区域で、パイロットガス導管の機能を引受ける。内壁には、孔を設ける十分な半径方向スペースを存在するので、燃料ヘッド直径は、燃料ランス内にパイロットガス導管が延びる解決策に比して一定に維持される。
【００１６】
【発明の効果】
バーナ稼働時、パイロットガスは、燃料ランスにより供給される液体燃料及び送風機空気とは別個にバーナ内室へ導入される。パイロットガスと送風機空気との導入ないし吹込みを空間的に分離することにより、双方の気体の不均等な混合が防止され、ひいてはパイロットガスの前希釈も防止される。したがって、バーナ内室内で、より安定的な燃焼が可能になり、もとより、それによって部分負荷時のバーナの安定性が高まり、その使用範囲が拡大される。
【００１７】
パイロットガス流路内へのパイロットガスの供給及び主ガス管内への主ガスの供給は、バーナフード内で行われ、しかもパイロットガスは主ガスの上流で供給される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図面には本発明の一実施例が、ガスタービンに用いられるダブルコーン型バーナへの燃料供給の形式で示されている。図面には、本発明の理解に必要な部材のみを示してある。たとえば、燃料ランスへの燃料供給部や、ガスタービンハウジング内の取付部は示されていない。作動媒体の流れ方向は矢印で示してある。
【００１９】
図示の装置はダブルコーン型バーナとして構成されたバーナ１から成り、このバーナ１と環状主ガス管２が材料接続式に接合されている。主ガス管２は、外壁３と内壁４とにより形成され、双方の壁の間には主ガス流路５が設けられている。主ガス管２の内部、すなわち、その中心部の中空室内には、燃料ランス６が取外し可能に固定されている。燃料ランス６は、液状燃料流路７と、これと同軸的な送風機空気流路８とを受容している。燃料ランス６は、空気ブラスト・ノズルとして構成された液状燃料ノズル９を介してバーナ内室９に開口している。燃料ランス６は、図示されていない外端から液状燃料１１と送風機空気１２とを供給される。
【００２０】
ダブルコーン型バーナ１は、バーナヘッド１３がバーナフード１４に固定されている。主ガス管２の内壁４内には、パイロットガス導管１５として２つの軸平行の孔が形成されている。孔１５は、バーナ内室１０内へパイロットガス１６を供給するのに役立つ。別のバーナ１の場合、この機能は、言うまでもなく単一の孔１５又は３つ以上の軸平行孔１５でも実現可能である。
【００２１】
主ガス流路５は、主ガス供給管１７と材料接続式に接合されており、他方、孔１５は、環状室１８を介して、同じく材料接続式に別個のパイロットガス供給管１９と接合されている。これらの接合は、対応する構成部材を、たとえば溶接することで行われる。これら接合部はバーナフード１４内に設けられ、しかもパイロット供給管１９は主ガス供給管１７より上流に開口するようにする。
【００２２】
ダブルコーン型バーナ１の作動時には、主ガス２０は、主ガス供給管１７を介して直接にバーナヘッド１３、すなわち主ガス流路５内へ導入される。流路５から、主ガス２０は、図示されていないバーナ１の側口を通り、バーナ内室１０へ流入し、内室１０内でパイロットガス１６と一緒に燃焼する。この目的のため、パイロットガス１６は、パイロットガス供給管１９を介してバーナヘッド１３へ案内され、バーナフード１４内で２つの孔１５へ導入される。バーナ内室１０内へのパイロットガス１６の噴射は、燃料ランス６内を案内される液状燃料１１と軸平行に、とりわけ送風機空気１２とは別個に行われる。これにより、パイロットガス１６は希釈されずに内室１０へ到達し、そこで安定的に燃焼できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料ランスを有するダブルコーン型バーナの部分断面図である。
【符号の説明】
１ バーナ、 ２ 主ガス管、 ３ 外壁、 ４ 内壁、 ５ 主ガス流路、６ 燃料ランス、 ７ 液状燃料流路、 ８ 送風機空気流路、 ９ 空気ブラスト・ノズル、 １０ バーナ内室、 １１ 液状燃料、 １２ 送風機空気、 １３ 燃料、 １４ バーナフード、１５ パイロットガス導管、 １６ パイロットガス、 １７ 主ガス供給管、 １８ 環状室、 １９ パイロットガス供給管、 ２０ 主ガス

Claims (5)

1. 液体状及びガス状のいずれの燃料にも適するバーナ、特にダブルコーン型バーナに燃料を供給する装置であって、
   ａ） 主ガス供給管（１７）とパイロットガス供給管（１９）が備えられ、外部からのガス状燃料が、これら供給管内を給送され、かつバーナヘッド（１３）を介してバーナ内室（１０）へ導入され、更に、
   ｂ） バーナ（１）と材料接続式に結合された環状主ガス管（２）が備えられ、この主ガス管（２）が、外壁（３）と、内壁（４）と、その間に位置する主ガス流路（５）とから成り、かつまた、バーナヘッド（１３）の区域に外側から内側へ順に、パイロットガス導管（１５）と、送風機空気流路（８）と、液体燃料流路（７）とを有しており、更にまた、
   ｃ） 主ガス管（２）の内部に取外し可能に取付けられた燃料ランス（６）が備えられ、この燃料ランスの下流端部が液体燃料ノズル（９）を介して、バーナ内室（１０）に開口している形式のものにおいて、
   ｄ） 燃料ランス（６）が、液体燃料ノズル（９）を有する液体燃料流路（７）と送風機空気流路（８）とのみから成り、
   ｅ） パイロッドガス導管（１５）が、バーナヘッド（１３）の区域にのみ配置され、主ガス管（２）の内壁（４）内に少なくとも１つの軸平行の孔として構成されていることを特徴とする、バーナに燃料を供給する装置。
2. 主ガス供給管（１７）と主ガス管（２）とが、またパイロットガス供給管（１９）と軸平行の孔（１５）とが、いずれも、自体公知のバーナフード（１４）内で材料接続式に互いに結合されており、しかもパイロットガス供給管（１９）が、主ガス供給管（１７）の上流に開口していることを特徴とする、請求項１記載の装置。
3. 主ガス管（２）の内壁（４）内に２つの軸平行孔（１５）が形成されていることを特徴とする、請求項２記載の装置。
4. 液状、ガス状双方の燃料に適したバーナ（１）、特にダブルコーン型バーナに燃料を供給する方法であって、
   ａ） 外部から供給される燃料を、燃料ヘッド（１３）を介してバーナ内室（１０）へ導入し、
   ｂ） 主ガス（２０）に加えて、パイロットガス（１６）をバーナ（１）内へ導入し、
   ｃ） 液状燃料（１１）を送風機空気（１２）によって霧化する形式のものにおいて、
   ｄ） 液状燃料（１１）及び送風機空気（１２）の、バーナ内室（１０）への供給が、自体公知の形式で燃料ランス（６）により行われ、他方、これに加えてパイロットガス（１６）が別個に導入されることを特徴とする、バーナに燃料を供給する方法。
5. パイロットガス供給管（１９）内へのパイロットガス（１６）の供給と、主ガス管（２）への主ガスの供給が、自体公知のバーナフード（１４）内で行われ、しかもパイロットガス（１６）が主ガス（２０）の上流に供給されることを特徴とする、請求項４記載の方法。

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