JPH07318018A - 予混合バーナを運転する方法 - Google Patents
予混合バーナを運転する方法Info
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- JPH07318018A JPH07318018A JP7116206A JP11620695A JPH07318018A JP H07318018 A JPH07318018 A JP H07318018A JP 7116206 A JP7116206 A JP 7116206A JP 11620695 A JP11620695 A JP 11620695A JP H07318018 A JPH07318018 A JP H07318018A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
- F23R3/16—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration with devices inside the flame tube or the combustion chamber to influence the air or gas flow
- F23R3/18—Flame stabilising means, e.g. flame holders for after-burners of jet-propulsion plants
- F23R3/24—Flame stabilising means, e.g. flame holders for after-burners of jet-propulsion plants of the fluid-screen type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
-
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- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
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- F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
- F23D14/74—Preventing flame lift-off
-
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- F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
- F23R2900/00002—Gas turbine combustors adapted for fuels having low heating value [LHV]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Gas Burners (AREA)
- Spray-Type Burners (AREA)
- Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 主として混合区域３と、下流の燃焼区域１３
と、これら両方の区域の間に位置する点火区域９とから
成る予混合バーナにおいて、混合区域３のヘッド側で混
合気形成のために燃料５と燃焼空気４とが導入される。
混合区域３の終端部で燃料空気混合物６が、対称軸線１
２上に逆流区域が形成されないように点火区域８の領域
内で点火される。混合区域３内での燃料空気混合物６の
速度が高いことにより、自己点火及び火炎の逆火が排除
される。燃焼区域１３内での壁境界層と熱ガス流れの核
との温度差により、円錐状の反応区域１１が生じる。 【効果】 バーナ圧力損失が少ないと共に良好な火炎安
定性がえられ、ＮＯｘ拡散物が、現在９ｐｐｍである厳
しい環境保護規定より低く、部分負時の挙動が良好であ
り、所要の燃焼予圧が低い。
と、これら両方の区域の間に位置する点火区域９とから
成る予混合バーナにおいて、混合区域３のヘッド側で混
合気形成のために燃料５と燃焼空気４とが導入される。
混合区域３の終端部で燃料空気混合物６が、対称軸線１
２上に逆流区域が形成されないように点火区域８の領域
内で点火される。混合区域３内での燃料空気混合物６の
速度が高いことにより、自己点火及び火炎の逆火が排除
される。燃焼区域１３内での壁境界層と熱ガス流れの核
との温度差により、円錐状の反応区域１１が生じる。 【効果】 バーナ圧力損失が少ないと共に良好な火炎安
定性がえられ、ＮＯｘ拡散物が、現在９ｐｐｍである厳
しい環境保護規定より低く、部分負時の挙動が良好であ
り、所要の燃焼予圧が低い。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は主として混合区域と、下
流の燃焼区域と、これら両方の区域の間に点火区域が設
けられている形式の予混合バーナを運転する方法に関す
る。本発明はさらにこの方法を実施するための予混合バ
ーナに関する。
流の燃焼区域と、これら両方の区域の間に点火区域が設
けられている形式の予混合バーナを運転する方法に関す
る。本発明はさらにこの方法を実施するための予混合バ
ーナに関する。
【０００２】
【従来の技術】希薄予混合火炎のための極めて有害物質
に乏しい燃焼は、反応区域が極めて著しく空間的に広げ
られていて新気混合物内への排気の迅速な逆混合が生じ
ない場合に得られる。このことは、特に完全な予混合と
触媒的な保炎板による実験並びに予混合された流れの中
央内の保炎板による実験によっても達せられていた。こ
の種のコンフィギュレーションによりＮＯｘ拡散物の値
は１７５０°Ｋ（１４７７℃）の火炎温度及びほぼ１４
バールの圧力でほぼ５ｐｐｍ（１５％Ｏ２）である。し
かし、この保炎板は不安定な要素を有している。第１
に、その冷却に極めて問題があり、第２に保炎板とバー
ナとの機械的な結び付きに起因して、保炎板の熱い区域
が常に点火核心部の形成のための出発点を成し、その結
果、この保炎板の溶落ちが下流のタービンのための重大
な危険を招くおそれがある。これに対して種々の試みが
なされた結果、締付け装置により保炎板の取りはずれを
回避することが行われたが、しかるに、この締付け装置
と保炎板本体との間の遊びが、予混合区域の内部への火
炎の逆火を誘発する壁境界層の形成のための理想的な前
提を提供することになった。
に乏しい燃焼は、反応区域が極めて著しく空間的に広げ
られていて新気混合物内への排気の迅速な逆混合が生じ
ない場合に得られる。このことは、特に完全な予混合と
触媒的な保炎板による実験並びに予混合された流れの中
央内の保炎板による実験によっても達せられていた。こ
の種のコンフィギュレーションによりＮＯｘ拡散物の値
は１７５０°Ｋ（１４７７℃）の火炎温度及びほぼ１４
バールの圧力でほぼ５ｐｐｍ（１５％Ｏ２）である。し
かし、この保炎板は不安定な要素を有している。第１
に、その冷却に極めて問題があり、第２に保炎板とバー
ナとの機械的な結び付きに起因して、保炎板の熱い区域
が常に点火核心部の形成のための出発点を成し、その結
果、この保炎板の溶落ちが下流のタービンのための重大
な危険を招くおそれがある。これに対して種々の試みが
なされた結果、締付け装置により保炎板の取りはずれを
回避することが行われたが、しかるに、この締付け装置
と保炎板本体との間の遊びが、予混合区域の内部への火
炎の逆火を誘発する壁境界層の形成のための理想的な前
提を提供することになった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は冒頭に
記載した形式の方法及び予混合バーナにおいて、保炎板
を使用することなく、しかも軸線上の激しい逆流区域を
形成することなしに、火炎の安定が得られるようにする
ことにある。
記載した形式の方法及び予混合バーナにおいて、保炎板
を使用することなく、しかも軸線上の激しい逆流区域を
形成することなしに、火炎の安定が得られるようにする
ことにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決した本発
明方法によれば、請求項１に記載したように、主として
混合区域と、下流の燃焼区域と、これら両方の区域の間
に設けられた点火区域とから成る形式の予混合バーナを
運転する方法において、混合気形成のための混合区域の
ヘッド側に燃料と燃焼空気とを導入し、かつ、混合気の
自己点火と点火区域からの火炎の逆火とが排除されるよ
うに混合区域内で混合気の流れ速度を上昇せしめ、か
つ、流れ方向で予混合バーナの対称軸線に向かって円錐
状の反応区域が形成されるように燃焼区域内に熱い壁境
界層と冷たい核流れを形成させる。
明方法によれば、請求項１に記載したように、主として
混合区域と、下流の燃焼区域と、これら両方の区域の間
に設けられた点火区域とから成る形式の予混合バーナを
運転する方法において、混合気形成のための混合区域の
ヘッド側に燃料と燃焼空気とを導入し、かつ、混合気の
自己点火と点火区域からの火炎の逆火とが排除されるよ
うに混合区域内で混合気の流れ速度を上昇せしめ、か
つ、流れ方向で予混合バーナの対称軸線に向かって円錐
状の反応区域が形成されるように燃焼区域内に熱い壁境
界層と冷たい核流れを形成させる。
【０００５】上記課題を解決した本発明予混合バーナで
は、請求項３に記載のように、予混合バーナが混合区域
と、下流の燃焼区域と、これら両方の区域の間に位置す
る点火区域とから成っており、混合区域と点火区域との
間に横断面跳躍が設けられている。
は、請求項３に記載のように、予混合バーナが混合区域
と、下流の燃焼区域と、これら両方の区域の間に位置す
る点火区域とから成っており、混合区域と点火区域との
間に横断面跳躍が設けられている。
【０００６】予混合バーナを形成している通路の内部の
流れ速度の最も高い箇所で燃料混合を行うことにより、
燃料と燃焼空気との迅速な混合が保証される。混合区域
内では自己点火も火炎の逆火も生じない。保炎板の特性
に頼る必要のないしかも燃焼区域内に逆流区域を生ぜし
めることのない混合区域は火炎の逆火に対して安全であ
る。混合区域は静的な混合エレメントを備えることがで
き、これにより理想的な予混合の最適な均一性が得られ
る。
流れ速度の最も高い箇所で燃料混合を行うことにより、
燃料と燃焼空気との迅速な混合が保証される。混合区域
内では自己点火も火炎の逆火も生じない。保炎板の特性
に頼る必要のないしかも燃焼区域内に逆流区域を生ぜし
めることのない混合区域は火炎の逆火に対して安全であ
る。混合区域は静的な混合エレメントを備えることがで
き、これにより理想的な予混合の最適な均一性が得られ
る。
【０００７】本発明はＨ2を含む燃料を使用するのにも
適している。それというのは、濃厚ガスの区域が極めて
高い流れ速度を有する領域、要するに中央部に位置して
おり、かつ壁境界層内の燃料が常に希薄であるからであ
る。さらに本発明は液状燃料の使用にも適している。そ
れというのは、混合区域内で、壁を濡らすことなく予蒸
発が行われるからである。
適している。それというのは、濃厚ガスの区域が極めて
高い流れ速度を有する領域、要するに中央部に位置して
おり、かつ壁境界層内の燃料が常に希薄であるからであ
る。さらに本発明は液状燃料の使用にも適している。そ
れというのは、混合区域内で、壁を濡らすことなく予蒸
発が行われるからである。
【０００８】本発明の別の利点は反応区域の領域内の熱
い壁が簡単に冷却されることにある。
い壁が簡単に冷却されることにある。
【０００９】本発明の有利かつ効果的な実施態様がその
他の請求項に記載されている。
他の請求項に記載されている。
【００１０】
【実施例】次に図面に即して本発明の１実施例を詳しく
説明する。直接本発明の理解に不必要なエレメントは省
かれている。媒体の流れ方向は矢印で示されている。
説明する。直接本発明の理解に不必要なエレメントは省
かれている。媒体の流れ方向は矢印で示されている。
【００１１】図示された予混合バーナ１は直線的な通路
の形態を有している。この通路のヘッド側では複数の燃
料インゼクタ２により燃料５、有利には気体燃料が噴入
される。予混合バーナ１の第１の部分を形成している混
合管３、要するに混合区域の内部の燃焼空気の速度が高
いことにより、文献からの公知の相関性により計算され
る長さを有する混合区域の内部では、自己点火も火炎の
逆火も生じない。混合の均一性を改善するために、ここ
には図示されていない付加的な静的な混合エレメントが
使用される。壁境界層の内部での逆火は、中央で壁に配
置された燃料インゼクタを介して供給される燃料空気混
合物６が希薄であることにより不可能である。燃料空気
混合物６は混合管３の内部で極めて短時間で安定した軸
方向速度プロフィール７に達する。混合管３の下流には
通路の延長として比較的短い点火区域９が存在してお
り、それの壁８は冷却されておらず、比較的高い温度を
有している。この熱い箇所は粘性の下層内での反応を開
始させる。この熱い箇所はさらに、外的な手段により、
例えば電気的に加熱されてもよい。点火区域９の壁８の
温度はさらに運転中に外部に対して十分に絶縁されるこ
とにより、反応熱以上となって維持される。壁８の内面
は点火区域９の領域内では触媒的な被覆１７、例えばプ
ラチナ被覆により補完されることができる。この手段は
火炎形成の安定性のために極めて有効である。この点火
区域９内での火炎安定性を促進するために、通路内に横
断面を増大する小さな段部を設けることができる。この
横断面跳躍１０は点火区域内、要するに火炎形成平面内
での安定化作用のために役立つ。この安定化作用はこの
拡張区域の内部での流れに負圧が形成されることに基づ
いている。壁境界層に起因する渦により、かつ流れの熱
い境界層と冷たい核との間のケルビン−ヘルムホルツの
不安定性により、反応区域１１が迅速に円錐状に予混合
バーナ１の対称軸線１２に至るまで前進する。点火区域
９の壁の下流には燃焼区域１３が続いて位置しており、
これの壁は有利には冷却される。この燃焼区域は、流れ
速度をほぼ一定に保ちかつこの壁の圧力損失及び熱負荷
を小さく保つために、ほぼ２．５倍の横断面を有するデ
ィフューザ状若しくは衝撃ディフューザ状の拡張部を有
している。混合は燃料供給の前の図示されていない手段
により、横断面跳躍１０の下流で付加的にわずかなスワ
ールの衝突によりさらに強められるが、しかし、このこ
とは渦の崩壊なしに行われなければならない。混合のこ
の強化は、回転流れ領域内におけるネガティブな勾配を
有する半径方向の密度層別の非安定化効果の結果として
生じる。燃焼区域１３の始めにおける温度プロフィール
１４は反応区域１１の延びの方向に強く向けられる。こ
の場合、熱いガスの核までの温度跳躍が著しい。しか
し、さらに下流では温度プロフィール１６が極めてなだ
らかになり、その結果、熱いガスの流れの大部分が一様
な温度を有するにいたる。核内でのみ依然としてわずか
な温度跳躍が予期されるにすぎない。部分負荷では混合
管３の周囲に設けた図示されていない孔を介して、要す
るに点火区域９の上流でガスが富化されることができ、
これにより、７０％までの部分負荷が得られる。この予
混合バーナ１は低カロリの燃料、天然ガス並びに水素を
含むガス及び燃料油により運転される。さらに、この予
混合バーナ１は多段式の燃焼装置の１つの段に使用され
ることもできる。火炎の安定化のために、点火区域９の
壁８はすでに述べたように冷却されない。この場合、材
料としてはセラミックの使用が推奨される。
の形態を有している。この通路のヘッド側では複数の燃
料インゼクタ２により燃料５、有利には気体燃料が噴入
される。予混合バーナ１の第１の部分を形成している混
合管３、要するに混合区域の内部の燃焼空気の速度が高
いことにより、文献からの公知の相関性により計算され
る長さを有する混合区域の内部では、自己点火も火炎の
逆火も生じない。混合の均一性を改善するために、ここ
には図示されていない付加的な静的な混合エレメントが
使用される。壁境界層の内部での逆火は、中央で壁に配
置された燃料インゼクタを介して供給される燃料空気混
合物６が希薄であることにより不可能である。燃料空気
混合物６は混合管３の内部で極めて短時間で安定した軸
方向速度プロフィール７に達する。混合管３の下流には
通路の延長として比較的短い点火区域９が存在してお
り、それの壁８は冷却されておらず、比較的高い温度を
有している。この熱い箇所は粘性の下層内での反応を開
始させる。この熱い箇所はさらに、外的な手段により、
例えば電気的に加熱されてもよい。点火区域９の壁８の
温度はさらに運転中に外部に対して十分に絶縁されるこ
とにより、反応熱以上となって維持される。壁８の内面
は点火区域９の領域内では触媒的な被覆１７、例えばプ
ラチナ被覆により補完されることができる。この手段は
火炎形成の安定性のために極めて有効である。この点火
区域９内での火炎安定性を促進するために、通路内に横
断面を増大する小さな段部を設けることができる。この
横断面跳躍１０は点火区域内、要するに火炎形成平面内
での安定化作用のために役立つ。この安定化作用はこの
拡張区域の内部での流れに負圧が形成されることに基づ
いている。壁境界層に起因する渦により、かつ流れの熱
い境界層と冷たい核との間のケルビン−ヘルムホルツの
不安定性により、反応区域１１が迅速に円錐状に予混合
バーナ１の対称軸線１２に至るまで前進する。点火区域
９の壁の下流には燃焼区域１３が続いて位置しており、
これの壁は有利には冷却される。この燃焼区域は、流れ
速度をほぼ一定に保ちかつこの壁の圧力損失及び熱負荷
を小さく保つために、ほぼ２．５倍の横断面を有するデ
ィフューザ状若しくは衝撃ディフューザ状の拡張部を有
している。混合は燃料供給の前の図示されていない手段
により、横断面跳躍１０の下流で付加的にわずかなスワ
ールの衝突によりさらに強められるが、しかし、このこ
とは渦の崩壊なしに行われなければならない。混合のこ
の強化は、回転流れ領域内におけるネガティブな勾配を
有する半径方向の密度層別の非安定化効果の結果として
生じる。燃焼区域１３の始めにおける温度プロフィール
１４は反応区域１１の延びの方向に強く向けられる。こ
の場合、熱いガスの核までの温度跳躍が著しい。しか
し、さらに下流では温度プロフィール１６が極めてなだ
らかになり、その結果、熱いガスの流れの大部分が一様
な温度を有するにいたる。核内でのみ依然としてわずか
な温度跳躍が予期されるにすぎない。部分負荷では混合
管３の周囲に設けた図示されていない孔を介して、要す
るに点火区域９の上流でガスが富化されることができ、
これにより、７０％までの部分負荷が得られる。この予
混合バーナ１は低カロリの燃料、天然ガス並びに水素を
含むガス及び燃料油により運転される。さらに、この予
混合バーナ１は多段式の燃焼装置の１つの段に使用され
ることもできる。火炎の安定化のために、点火区域９の
壁８はすでに述べたように冷却されない。この場合、材
料としてはセラミックの使用が推奨される。
【００１２】
【発明の効果】本発明の主たる利点は次の通りである。
【００１３】−脈動がわずかであることにより、バーナ
圧力損失が少ないと共に良好な火炎安定性が得られる。
圧力損失が少ないと共に良好な火炎安定性が得られる。
【００１４】−ＮＯｘ拡散物が、現在９ｐｐｍである厳
しい環境保護規定より低い。
しい環境保護規定より低い。
【００１５】−部分負荷時の挙動が良好である。
【００１６】−所要の燃焼予圧が低い。
【図１】本発明の１実施例の予混合バーナの縦断面の半
分を示す図である。
分を示す図である。
１ 予混合バーナ、 ２ 燃料インゼクタ、 ３ 混合
管（混合区域）、 ４燃焼空気、 ５ 燃料、 ６ 燃
料空気混合物、 ７ 速度プロフィール、８ 点火区域
の壁、 ９ 点火区域、 １０ 横断面跳躍、 １１
反応区域、１２ 対称軸線、 １３ 燃焼区域、 １４
温度プロフィール、 １５ 熱ガス、 １６ 温度プ
ロフィール、 １７ 触媒的な被覆
管（混合区域）、 ４燃焼空気、 ５ 燃料、 ６ 燃
料空気混合物、 ７ 速度プロフィール、８ 点火区域
の壁、 ９ 点火区域、 １０ 横断面跳躍、 １１
反応区域、１２ 対称軸線、 １３ 燃焼区域、 １４
温度プロフィール、 １５ 熱ガス、 １６ 温度プ
ロフィール、 １７ 触媒的な被覆
Claims (7)
- 【請求項１】 主として混合区域と、下流の燃焼区域
と、これら両方の区域の間に設けられた点火区域とから
成る形式の予混合バーナを運転する方法において、混合
気形成のための混合区域（３）のヘッド側に燃料（５）
と燃焼空気（４）とを導入し、かつ、混合気の自己点火
と点火区域（９）からの火炎の逆火とが排除されるよう
に混合区域（３）内で混合気（６）の流れ速度を上昇せ
しめ、かつ、流れ方向で予混合バーナ（１）の対称軸線
（１２）へ向かって円錐状の反応区域（１１）が形成さ
れるように燃焼区域（１３）内に熱い壁境界層と冷たい
核流れを形成させることを特徴とする予混合バーナを運
転する方法。 - 【請求項２】 火炎フロントを対称軸線（１２）上の逆
流区域なしに点火区域（９）の領域内に形成する請求項
１記載の方法。 - 【請求項３】 請求項１の方法を実施する予混合バーナ
であって、予混合バーナ(１)が混合区域と、下流の燃焼
区域と、これら両方の区域の間に位置する点火区域とか
ら成っている形式のものにおいて、混合区域（３）と点
火区域（９）との間に横断面跳躍(１０)が設けられてい
ることを特徴とする予混合バーナ。 - 【請求項４】 点火区域（９）の壁（８）の内面に触媒
的な被覆（１７）が設けられている請求項３記載の予混
合バーナ。 - 【請求項５】 燃焼区域（１３）がデイフユーザ状の拡
張部を備えている請求項３記載の予混合バーナ。 - 【請求項６】 燃焼区域（１３）が衝撃デイフユーザ状
の拡張部を備えている請求項３記載の予混合バーナ。 - 【請求項７】 予混合バーナ（１）の終端部までの燃焼
区域（１３）の横断面に関する拡張が、点火区域（９）
の領域内の流れ横断面に対比して２．５倍である請求項
５又は６記載の予混合バーナ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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