JP4465076B2 - 燃焼器に液体燃料及び気体燃料を噴射するための燃料ランス - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にガスタービンにおいて使用されるような燃焼技術の分野に関する。本発明は、燃焼器に液体及び／又は気体燃料を噴射するための燃料ランスに関連しており、この燃料ランスは、第２又は第３のバーナの一部であり、この燃料ランスの周囲を燃焼空気ジェットが主流方向に流れ、また、燃料ランスは、外部ランスシェルの内部に、液体燃料を供給するための液体燃料通路と、液体燃料通路を取り囲んでおりかつ気体燃料を供給するためのガス通路と、このガス通路を取り囲んでおりかつ冷却又は霧化空気を供給するための空気通路と、液体燃料通路から燃焼器へ液体燃料を半径方向に噴射するための第１の手段と、ガス通路から気体燃料を燃焼器へ半径方向に噴射するための第２の手段とから成っている。
【０００２】
このような燃料ランスは、例えば、出願人の以前の特許出願であるドイツ連邦共和国特許出願第４３２６８０２号明細書によって開示されている。
【０００３】
【従来の技術】
冒頭で述べたドイツ連邦共和国特許出願公開第４３２６８０２号明細書には、現在出願人によってこの出願人のガスタービンにおいて使用されている燃料ランスが開示されている（これに関しては、米国特許第５３４１０１８号明細書、米国特許第５６２６０１７号明細書及び欧州特許出願公開第０６２０３６２号明細書も参照）。この場合、ガス燃料及び液体燃料（油等）のためのノズルが組み合わされている。
【０００４】
参照した刊行物においては、液体燃料の噴射は、いわゆる空気ブラスト原理に基づき行われる。すなわち、噴霧装置のリップにフィルムとして供給された燃料が、周囲の空気流のせん断ゾーンにおいて霧化され、混合されて、燃料ミストとしての燃焼空気となる。噴霧が燃焼空気の流れ方向に対して横方向に行われるならば、侵入深さは、空気衝撃のみによって決定される。液体燃料の自然衝撃は、単にフィルムを形成するためにのみ利用され、燃料ジェットをアシストするためには利用されない。
【０００５】
できるだけ均一な空気／燃料混合物を形成するために、ノズルのウェークからの燃料が燃焼空気の横断面において分散させられることが必要である。横方向の流れが高い間、対応する高いジェット衝撃が必要である。この高いジェット衝撃は、噴霧空気のみでは達成することができない。したがって、噴霧される液体燃料（又は気体燃料）の自然衝撃は、アシスト形式で利用されるべきである。燃料ジェットの崩壊は、流れ長さの数ジェット直径の後のジェット不安定性によって行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、第２の又は第３のバーナに液体燃料及び／又は気体燃料を噴射するための燃料ランスを提供することであり、この燃料ランスは、従来のランスの前記欠点を回避し、特に、予混合区分における液体燃料の滞留時間の減少を可能にし、ひいては、水の混合される割合の低減を可能にする。
【０００７】
前記課題は、請求項１の全ての特徴により達成された。本発明の本質は、適切な案内管配列によって主流方向に対して半径方向に簡単なジェットとして液体燃料を噴射することにある。このような噴射の結果、予混合区分における液体燃料の滞留時間が減少させられ、ひいては逆火を回避するために加えられなければならない水が少なくなる。別の利点は、この配列により空気／燃料の混合が改良されることである。特に、主流の、既にガス噴霧のために最適化された、既存の空気流ゾーンが、液体燃料の霧化及び混合のためにも利用されてよい。
【０００８】
本発明による燃料ランスの第１の有利な実施例において、２つの案内管の端部が、ランスシェルの内側の輪郭と同一平面であるならば、特に有利な流れ条件が生ぜしめられる。
【０００９】
気体燃料及び取り囲んだ被覆空気の噴射は、第２の有利な実施例において、第２の案内管が空気通路の領域においてオリフィスに向かって外径が円錐状に狭まっており、第１の案内管が、ガス通路の領域においてオリフィスに向かって外径が円錐状に狭まっているならば、特に有利な形式である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面につきさらに詳しく説明する。単一の図面は、本発明の有利な典型的な実施例における燃料ランスの頭部領域の縦断面図を示しており、同心的に内外に配置された２つの案内管を通る気体燃料及び液体燃料の半径方向の噴射を示している。
【００１１】
本発明による燃料ランスの有利な典型的な実施例は、単一の図面に縦断面図で示されている。燃料ランス１０は図面に頭部領域のみが示されており、この燃料ランス１０は、ランス軸線２４に沿って延びており、ランス軸線２４自体は、ランスの周囲を流れる燃焼空気流の主流方向２５に対してほぼ平行に位置している。液体燃料管１６と、ガス管１４と、ランスシェル１２とは、ランス軸線２４に対して同心的に燃料ランス１０内に互いに内外に配置されている。液体燃料管１６の内部は液体燃料通路１７を形成しており、この液体燃料通路１７を、液体燃料、特に油又は同様のものが、ランスヘッド１１内へ、示された矢印の方向に、噴射するために送られる。液体燃料管１６とガス管１４との間にガス通路１５が形成しされており、このガス通路１５を通って気体燃料がランスヘッド１１内に、噴射するために、示された矢印の方向に送られる。最後に、空気通路１３がガス管１４とランスシェル１２との間に形成されており、この空気通路１３を通って空気が、示された矢印の方向にランス頭部１１内へ送られる。図示した管１２，１４及び１６の同心的な配列の代わりに、ある場合には、ガス通路１５又は液体燃料通路１７が偏心的に配置されるように管が配列されることも考えられ、このような配列も有利である。
【００１２】
本発明によれば、液体燃料通路１７からの液体燃料は、簡単なジェットの形式で半径方向に、燃料ランス１０が突入した燃焼器内へ噴射される。噴射のために第１の案内管２３が設けられており、この第１の案内管２３は、半径方向に液体燃料通路１７から始まり、ランスシェル１２に設けられた（円形の）シェル開口２２の領域において終わっている。気体燃料は同様にランス軸線２４に対して半径方向に、ひいては主流方向２５に対して半径方向にガス通路１５から燃焼器内に噴射される。このために第２の案内管２１が設けられており、この第２の案内管２１は、半径方向にガス通路１５から始まり、同様にシェル開口２２の領域において終わっている。両案内管２１，２３は、所定の間隔をおいて互いに内外に同心的に配置されており、これにより、気体燃料が、２つの案内管２１，２３の間にこのように形成された環状のギャップに送り込まれる。第２の案内管２１の外径に対するシェル開口２２の直径は、ガスジェットを取り囲む保護的な被覆空気を形成するために環状のギャップが開放されるように選択される。被覆空気流のための流れ条件は、図示したように２つの案内管２１，２３の端部がランスシェル１２の内側の輪郭と同一平面を形成していると特に有利である。
【００１３】
軸線方向から半径方向への、ガス通路１５及び空気通路１３からの流れの変向及び所望のシェル流れの形成は、第２の案内管２１が空気通路１４の領域においてオリフィスに向かって外径が円錐状に狭まっており、第１の案内管がガス通路１５の領域においてオリフィスに向かって外径が円錐状に狭まっているならば、より一層容易にされることができる。
【００１４】
さらに、必要ならば、頭部１８を冷却しかつ軸線方向の空気ベールを形成するために空気通路１３からランス頭部へ自体公知の形式で空気が送られてよい。このためには、ランス軸線２４を取り囲むように、同心的なリング上に軸線方向のボア２０が配置され、このボア２０を通って空気が軸線方向に流出することができる。このために必要な空気は、空気通路１３から頭部通路１９を介して供給され、頭部通路１９は、縁部領域において、ランス頭部１１を貫通するように延びている。このことは、ランス頭部１１が、流過する空気によっても冷却されるという効果を達成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料ランスの頭部領域を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０ 燃料ランス、 １１ ランス頭部、 １２ ランスシェル、 １３ 空気通路、 １４ ガス管、 １５ ガス通路、 １６ 液体燃料管、 １７ 液体燃料通路、 １８ 頭部、 １９ 頭部通路、 ２０ ボア、 ２１ 案内管、 ２２ シェル開口、 ２３ 案内管、 ２４ ランス軸線、 ２５ 主流方向

Claims (6)

1. 燃焼器に液体燃料及び気体燃料を噴射するための燃料ランス（１０）であって、該燃料ランス（１０）が、第２又は第３のバーナの一部であり、前記燃料ランスの周囲を燃焼空気ジェットが主流方向（２５）に流れ、さらに前記燃料ランスが、外部ランスシェル（１２）の内部に設けられた、液体燃料を供給するための液体燃料通路（１７）と、該液体燃料通路を取り囲んでおりかつ気体燃料を供給するためのガス通路（１５）と、該ガス通路を取り囲んでおりかつ冷却又は霧化空気を供給するための空気通路（１３）と、液体燃料通路（１７）から燃焼器内へ液体燃料を半径方向に噴射するための第１の手段（２３）と、ガス通路（１５）から燃焼器内へ気体燃料を半径方向に噴射するための第２の手段（２１）とから成っている形式のものにおいて、
   前記第１の手段が、第１の案内管（２３）から成っており、該第１の案内管が、半径方向に液体燃料通路（１７）から始まって、ガス通路（１５）及び空気通路（１３）を貫通して外方へ延びており、前記第２の手段が、第２の案内管（２１）から成っており、該第２の案内管が、半径方向にガス通路（１５）から始まって、空気通路（１３）を貫通して外方へ延びておりかつ所定の間隔をおいて第１の案内管（２３）を同心的に取り囲んでおり、前記２つの案内管（２１，２３）が、ランスシェル（１２）に設けられたシェル開口（２２）の領域において開放しており、これにより、第１の案内管（２３）から流出する液体燃料ジェットが、簡単なジェットとして燃焼器内へ流出し、案内管（２１，２３）から流出する燃料ジェットが、空気通路（１３）からシェル開口（２２）を通って流出する空気によって被覆状に取り囲まれるようになっていることを特徴とする、燃焼器内に液体燃料及び気体燃料を噴射するための燃料ランス。
2. 前記２つの案内管（２１，２３）の端部が、ランスシェル（１２）の内側の輪郭と同一平面を形成している、請求項１記載の燃料ランス。
3. 前記第２の案内管（２１）が、空気通路（１３）の領域において、オリフィスに向かって外径が円錐状に狭まっている、請求項１記載の燃料ランス。
4. 前記第１の案内管（２３）が、ガス通路（１５）の領域において、オリフィスに向かって外径が円錐状に狭まっている、請求項１記載の燃料ランス。
5. 前記液体燃料通路（１７）及びガス通路（１５）が、互いに同心的に配置されている、請求項１記載の燃料ランス。
6. 前記液体燃料通路（１７）又はガス通路（１５）が、偏心的に配置されている、請求項１記載の燃料ランス。

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