JPH07318008A - 燃焼室を運転する方法及び該方法を実施するための燃焼室 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃焼室を運転する方法において、自己点火温
度と約１１００℃の温度との間の危険領域でＣＯ及びＵ
ＨＣの排出量を最小に抑えることができるようにする。 【構成】 そのために燃料ランサ（８）を少くとも２つ
のグループに分割し、熱ガス流が同一である場合に個々
のグループ（８ａ，８ｃ，…；８ｂ，８ｄ…）に相前後
して燃料（９）を供給して夫々１１００℃の範囲の温度
段に引き上げ、続いてこの温度段から総ての燃料ランサ
（８）を並行して所望の運転温度に引き上げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃焼室を運転する方法
であって、燃焼室内に熱ガスを流入させ、かつ燃焼室内
で複数の燃料ランサを介して熱ガス内へ燃料を吹き込む
ことによって自己点火させる形式のものに関する。また
該方法を実施するための燃焼室に関する。

【０００２】

【従来の技術】前混合ゾーンと、流出方向でみて後方に
接続された燃焼室に対し自由な開口とを備えているバー
ナ構成の場合には、最も簡単な形式で安定した火炎フロ
ントを極端に低い排出値で実現するという問題を常に抱
えている。これに関しては既に種々の提案が公知である
が、これらは未だ満足すべき段階に到達していない。こ
れまでに公知になった１つの手段がヨーロッパ特許第
０ ３２１ ８０９号明細書に開示されており、この提
案には火炎の安定性、効率及び有害物質の排出に関し品
質の格段の進歩が記述されている。

【０００３】上述の技術によって火炎の逆火に抗し着火
しないようになっている代表的な燃焼装置が、自己点火
を行うように設計された燃焼室である。このような燃焼
室は一般に完全な円筒形の管又はリング燃焼室であっ
て、この場合は作業ガスが約８５０℃以上の比較的高い
温度で流入し、その位置で吹き込まれた燃料と共に自己
点火型の混合気の形成が行われるようになっている。作
業ガスの熱ガスへの熱的な調整は、この管又はこのリン
グ燃焼室の内部だけで行われる。燃焼室が高圧タービン
と低圧タービンとの間で機能している後燃焼室である場
合には、スペース的な理由から、前混合ゾーン又は前混
合バーナを組み込むこと、又は火炎逆火に抗して補助手
段を組み込むことは不可能であるため、これまでそれ自
体は魅力的である燃焼技術を断念せざるを得なかった。
リング燃焼室を、単一の軸上に支承されたガスタービン
グループの後燃焼室として設置しようとする要求がある
場合には、この燃焼室の長さを最小化することに関連し
て、火炎の安定性に関係のある付加的な問題が発生す
る。しかしたとえば火炎の安定性が満足できるように解
決できた場合でも、種々の有害物質の最初の放出は依然
として解決されないままである。危険な温度範囲は自己
点火温度と約１１００℃の温度との間にある。このよう
な場合は、多くの国の規制値に対応し得ないような、特
にＣＯ及びＵＨＣ（非飽和炭化水素）の形態を成した大
量の排出物が生産される。１１００℃よりも高い燃焼温
度の場合に初めて、有害物質の排出が最小で良好な燃焼
が可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この点に本発明の課題
が存在している。つまり請求項に特徴づけられているよ
うな本発明にあっては、冒頭で述べた形式の方法及び燃
焼室の場合に、自己点火温度と約１１００℃の温度との
間の危険領域でＣＯ及びＵＨＣの排出量を最小に抑える
ことができるようにするという課題を有している。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明では上述の有害物
質の排出を、存在するバーナの運転を段階的に開始する
ことによって削減するように提案されている。つまりこ
の目的のためにバーナが少くとも２つのグループに分割
されている。個々のグループは相前後して連続的に自己
点火温度から少くとも１１００℃に上昇させられる。

【０００６】

【発明の効果】本発明の重要な利点は、高い有害物質排
出値によって特徴づけられた上述の負荷範囲を非危険領
域へ連続的に昇温させることによって、特にＣＯ及びＵ
ＨＣ排出値に関してこれを著しく減少させることができ
るという点にある。使用するバーナのグループには、ス
タート時に平均して大量の燃料量が供給される。つまり
個々のバーナは安定して運転可能である。総てのバーナ
グループが約１１００℃の温度にまで昇温させられる
と、これらのバーナは引続いてこの温度段から平行して
所望の運転温度に昇温させられる。

【０００７】本発明の課題に対する有利で機能的な構成
が請求項２以下に述べられている。

【０００８】

【実施例】次に図面に基いて本発明の実施例を詳しく説
明する。本発明を直接理解するのに必要でない部材は総
て省かれている。同一の部材には異なった図面において
も同一の符号が使用されている。媒体の流れ方向は矢印
で示唆されている。

【０００９】図１には、軸線１６で明らかなようにほ
ぼ、連続した環状又は準環状の円筒の形状を有するリン
グ燃焼室１が図示されている。更にこのような燃焼室
は、軸方向、準軸方向又は螺旋状に配置されて個々には
閉ぢている多数の燃焼空間から成っていても宜い。この
ようなリング燃焼室は、有利には自己点火式燃焼室とし
て運転するのに適していて、流れ方向でみて１つの軸上
に支承された２つのタービンの間に位置している。この
ようなリング燃焼室１が自己点火で運転されている場合
には、上流側で機能しているタービン２は熱ガス３の部
分放圧に合わせて設計されているだけであり、そのため
に排気４は、このタービン２の下流側でかなり高い温度
でリング燃焼室１の流入ゾーン５に流れ込むようになっ
ている。この流入ゾーン５は、内側でかつ通路壁６の周
方向に、一連の渦流を発生させる部材１００（以下では
これを渦流発器と呼ぶことにする）を装備している。こ
の排気４は渦流発生器１００によって旋回させられてい
て、接続する前混合ゾーン７内で前述の渦流発生器１０
０の後方に循環領域が発生しえないようにしている。

【００１０】ベンチュリ通路として構成されたこの前混
合ゾーン７の周方向には多数の燃料ランサ８が配置され
ており、該燃料ランサ８は燃料９と助燃空気１０の供給
を受け持っている。この燃料ランサ８については後で別
に詳しく説明する。個々の燃料ランサ８へのこれらの媒
体の供給は、例へば図示されていないリング導管を介し
て行われる。渦流発生器１００によって惹き起された旋
回流れは、供給された燃料９と混合された助燃空気１０
との両者を大きな容積に分配するのに役立っている。更
に旋回流れは、燃焼空気と燃料とから成る混合気の均一
化に役立っている。燃料ランサ８によって排気４内に吹
き込まれた燃料９は、燃料に依存する自己点火を行なう
ことができるような固有の温度をこの排気４が有してい
る限り、自己点火させられる。リング燃焼室１がガス状
の燃料で運転されている場合には、自己点火を惹起すた
めには排気４の温度が８５０℃より若干高くなっていな
ければならない。このような燃焼の場合には、既に説明
したように、それ自体で火炎逆火の危険性が存在してい
る。この問題は、一方では前混合ゾーン７をベンチュリ
通路として構成するという形式で、他方では燃料９の吹
込装置を前混合ゾーン７内方の最大狭窄部の領域に配置
するという形式で、これを排除することができる。前混
合ゾーン７の狭窄により、渦流は軸方向速度の増大によ
って減少せしめられる。この結果、乱流火炎速度の減少
により逆火の危険性を最小に抑えることができる。更に
他方では、渦流発生器１００から発する旋回流れの周方
向成分が損われないので、燃料９の大きな容積への分配
が保証されている。比較的短い前混合ゾーン７の後方に
は燃焼ゾーン１１が接続している。両ゾーン間の移行部
は急激な半径方向横断面拡大部１２によって形成されて
おり、該横断面拡大部１２は先づ燃焼ゾーン１１の貫流
横断面を誘発する。横断面拡大部１２の平面内で火炎フ
ロントも形成される。前混合ゾーン７の内部へ火炎がフ
ラッシュバックすることを阻止するためには、火炎フロ
ントが安定して保持されていなければならない。この目
的に対して渦流発生器１００は、前混合ゾーン７内では
まだ循環が全て行われ得ないように設計されている。つ
まり実然の横断面の拡大の後で初めて旋回流れの突発的
発生が行われるのが望ましい。旋回流れは横断面拡大部
１２の後方で流れの迅速な再形成を支援しており、その
ため燃焼ゾーン１１の容積を可能な限り完全に利用し尽
すことによって短い構造長さで高度の燃焼を達成するこ
とができる。この横断面拡大部１２の内部には運転中、
流れの境界ゾーンが形成され、該境界ゾーン内でそこを
支配している負圧によって渦流の剥離が発生し、該剥離
によって火炎フロントが安定化せしめられる。燃焼ゾー
ン１１内で熱ガス１３に変わった排気４は、引続き下流
側で機能している別のタービン１４を負荷する。排気１
５は次いで、蒸気回路の運転のために利用される。後者
の場合は装置は複合装置である。

【００１１】図２には、スタート時におけるバーナの段
階的な運転形式を表わしている線図が図示されている。
横軸１７には並列状に配置されたバーナの展開が表わさ
れており、一方で縦軸１８にはスタート時における第１
の始動温度段が表わされている。段階的な運転形式にあ
っては、バーナつまり図１の燃料ランサにスタート時燃
料が直列状に供給される。第１段階において燃料ランサ
８ａ，８ｃ等が運転を開始して先づ約１１００℃まで昇
温させられる。続く２段階の運転形式では、残りの燃料
ランサ８ｂ，８ｄ等が同じ様に約１１００℃の上述の温
度レベルにまで昇温させられる。総てのバーナがこの新
しい温度段２０に到達すると、直ちに総てのバーナが一
緒に、つまり平行的に所望の運転温度段２１に昇温させ
られる。段階的に運転させられるバーナは夫々大量の燃
料で運転されるため、既に述べたような高い排出値を備
えた領域を高カロリで運転できるようになり、これによ
ってバーナを先づ安定して運転することができる。更に
この運転形式は、１０００℃と１１００℃との間の危険
領域における特にＣＯ及びＵＨＣの排出量を著しく減少
させることができるという付加的な利点を有している。
スタート時におけるこの段階的な運転形式は、２グルー
プのバーナに限定されるものではない。

【００１２】図３には、段階的な運転形式と非段階的な
運転形式との間の、有害物質の排出に関する質的な対比
が図示されている。線図では横軸２２が負荷領域を示し
ており、その際各温度レベルの零点は混合気の自己点火
が行われる温度レベル、つまりこの場合には約８５０℃
を意味している。縦軸２３は有害物質排出の程度を表わ
している。曲線２４は通常の非段階的な運転形式の場合
における有害物質の排出経過を示している。ＣＯ及びＵ
ＨＣ排出のピークは、約１０００℃と１１００℃との間
の領域に認められる。他方段階的な運転形式の場合は曲
線２５で示されている。この場合には、２つのバーナグ
ループによる段階的な運転形式に対応して２つの隆起部
分が認められる。段階的な運転形式の場合の排出値の大
きさは、従来の運転形式に比較して半分以下の大きさで
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】リング燃焼室として構成された自己点火式燃焼
室の図である。

【図２】自己点火式燃焼室の場合の、線図的に捉えた段
付きスタート時の図である。

【図３】自己点火式燃焼室の場合の、スタート時におけ
る非段付き運転形式と段付き運転形式との間の、有害物
質排出値の質的な捕捉図である。

【符号の説明】

１ リング燃焼室 ２ タービン ３ 熱ガス ４ 排気 ５ 流入ゾーン、流入ゾーンの通路 ６ 流入ゾーンの通路壁 ７ 前混合ゾーン ８，８ａ−８ｄ 燃料ランサ ９ 燃料 １０ 助燃空気 １１ 燃焼ゾーン １２ 横断面拡大部 １３ 熱ガス １４ タービン １５ 排気 １６ 軸線 １７ 横軸 １８ 縦軸 １９ 第１段 ２０ 新しい共通段 ２１ 運転温度段 ２２ 横軸 ２３ 縦軸 ２４ 有害物質排出曲線、通常の運転形式 ２５ 有害物質排出曲線、段付き運転形式 １００ 渦流発生器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室を運転する方法であって、燃焼室
   内に熱ガスを流入させ、かつ燃焼室内で複数の燃料ラン
   サを介して熱ガス内へ燃料を吹き込むことによって自己
   点火させる形式のものにおいて、 燃料ランサ（８）を少くとも２つのグループに分割し、
   熱ガス流が同一である場合に個々のグループ（８ａ，８
   ｃ，…；８ｂ，８ｄ…）に相前後して燃料（９）を供給
   して夫々１１００℃の範囲の温度段に引き上げ、続いて
   この温度段から総ての燃料ランサ（８）を並行して所望
   の運転温度に引き上げることを特徴とする、燃焼室を運
   転する方法。
2. 【請求項２】 燃料ランサ（８）を、燃料（９）及び助
   燃空気（１０）を用いて運転することを特徴とする、請
   求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 燃焼室が主として流入ゾーンと燃焼ゾー
   ンとから成り、両ゾーンが相前後して接続されている形
   式のものにおいて、 流入ゾーン（５）が渦流発生器（１００）を有し、該渦
   流発生器（１００）の複数のものが、貫流される通路の
   外周部に亘って並列状に配置されており、流入室（５）
   の下流例には前混合ゾーン（７）が接続し、該前混合ゾ
   ーン（７）内では、周方向に配置された多数の燃料ラン
   サ（８）を介し、ガス状及び又は液状の燃料（９）が、
   二次流としてガス状の主流（４）内に吹込み可能であ
   り、前混合ゾーン（７）と燃焼ゾーン（１１）との間に
   は、燃焼ゾーン（１１）の最初の流れ横断面を形成する
   横断面拡大部（１２）が存在していることを特徴とす
   る、請求項１に記載の方法を実施するための燃焼室。
4. 【請求項４】 前混合ゾーン（７）がベンチュリ状の通
   路であることを特徴とする、請求項３記載の燃焼室。