JPH09178113A - 火炉の火炎・圧力脈動抑制方法および火炉 - Google Patents

火炉の火炎・圧力脈動抑制方法および火炉

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JPH09178113A
JPH09178113A JP8189821A JP18982196A JPH09178113A JP H09178113 A JPH09178113 A JP H09178113A JP 8189821 A JP8189821 A JP 8189821A JP 18982196 A JP18982196 A JP 18982196A JP H09178113 A JPH09178113 A JP H09178113A
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gas
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ホルスト・ビューヒナー
Wolfgang Leuckel
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Dvgw Deutsche Verein Des Gas & Wasserfaches Technisch Wissenschafliche Verein
Deutscher Verein des Gas und Wasserfaches eV Technisch Wissenschaftlicher Verein
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D V G Buee Doitsuchiyaa Fuerain Desu Gaasu & Buatsusaafuatsuhesu Tehinitsushiyu Buitsusenshiyafutoritsuhie Fueaainigungu
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Deutscher Verein des Gas und Wasserfaches eV Technisch Wissenschaftlicher Verein
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    • 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 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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  • Gas Burners (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 許容圧力範囲を越える火炎・圧力脈動を
抑制できる方法およびこれを行うに適した火炉を提供す
る。 【解決手段】 火炎１２を発生させるバーナと、その内
部に火炎１２が向けられる燃焼室とを備えた火炉におけ
る、火炎１２の伝搬方向において、この火炎１２の外側
領域の流速よりも高速のガスエンベロープ流によって火
炎１２を包囲する工程を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、火炎を発生させる
バーナと、その内部に前記火炎が向けられる燃焼室とを
備えた火炉において、火炎脈動と圧力脈動の抑制方法
と、この方法を実施するのに適した火炉とに関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスタービン燃焼室、熱風炉、残留物焼
却炉、産業用火炉などの産業用の燃焼設備、及びガスボ
イラや加熱ボイラ等の家庭用の小型火炉において、例え
ば、熱出力や空気比などの火炉の技術的な運転パラメー
タによって決まるある種の条件下で、火炎の周期的時間
変化によって特徴づけられる不安定な運転状態が発生す
る。これらの不安定な状態は、特に、燃焼室内および、
この燃焼室の前後に接続された諸装置内における靜圧の
変化に伴って発生する。このような不安定状態は、更
に、渦流やバッフルバリア等の公知の手段によって火炎
が十分に安定化された火炉においても発生する。そし
て、このような不安定な燃焼状態が発生すると、安定し
た設備運転下におけるものとは異なった挙動が誘発され
ることが多く、又、騒音が増大するのに加えて、その燃
焼室または燃焼室のライニングに過度な機械的および／
又は熱的応力が加わる。この火炎と圧力との脈動によっ
て、最悪の場合には、設備が破壊されることもあること
から、この種の火炎および圧力脈動を避けるために多大
なコストが費やされている。例えば、燃焼室の形状を改
善することが行われているが、その手段によれば、単に
脈動の周波数がシフトするにすぎないことが多く、従っ
て、問題を根本的に解決することはできていない。これ
以外には、火炎・圧力脈動が発生したとき、その状況に
応じて経験に基づくなんらかの特別の手段が講じられ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の課題
は、上述したような許容圧力範囲を越える火炎・圧力脈
動を抑制できる方法およびこれを行うに適した火炉を提
供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題は請求項記載の
発明により達成される。即ち、本発明の特徴構成は、火
炎の伝搬方向において、火炎の外側または周部領域また
は前記バーナの燃料含有主流よりも高速のガス流によっ
て、バーナの火炎をその可能な限り近傍において包囲す
る点にある。これによって、火炎の外側領域、又は燃料
含有バーナ流に対して、軸芯方向のインパルスの伝搬が
行われる。本発明は、前記脈動が、基本的に、火炎の端
部領域において形成される環状渦（ｒｉｎｇ ｖｏｒｔ
ｉｃｅｓ）によって発生または増幅されるものであると
いう原理の認識に基づくものである。前記燃料含有バー
ナ流の端部領域の巻上がり（ｒｏｌｌｉｎｇ ｕｐ）に
よって発生するこれらの環状渦は、それが形成される際
に、高温燃料ガスを取り込み、この環状渦にも同様に含
有される燃料空気混合物を急速に加熱する。これによっ
て燃料のインパルス状反応が誘発され、その結果、圧力
脈動が発生するのである。本発明においては、環状渦の
形成を防ぐため、ガスを、火炎またはバーナの主流に対
して可能な限り近接した位置において、火炎の伝搬方向
において火炎の外側または周部領域よりも高速のガスエ
ンベロープ流によって包囲する。これによって、エンベ
ロープ流と火炎または燃料ガス−空気流との間に、軸芯
方向のインパルスの交換が起こり、これが前記自由火炎
または前記燃料−空気混合物の境界層流を加速し、この
領域における渦の形成を効果的に抑制するのである。
【０００５】尚、前記ガスエンベロープ流とその周囲の
媒体（一般の煙道ガスの場合も含む）との間において、
やはり対応の環状渦が発生することから、前記ガスエン
ベロープ流には燃料が全く含まれていないことが最も望
ましい。というのは、このようにすれば、燃料を含有す
る渦が前記（無燃料）エンベロープ流からは形成される
ことがないからである。もしもそのような燃料を含んだ
渦が形成されると、燃料が周期的に反応して、エンベロ
ープされていない火炎や燃料−空気流において発生する
のと同様に、火炎または圧力の脈動が誘発されることが
あり得る。
【０００６】前記無燃料ガスは、空気であることが好ま
しい。どのような場所においても豊富に入手可能だから
である。しかし、窒素、水蒸気、またはバーナからの廃
棄ガス、アルゴンのような不活性ガスを使用することも
可能である。但し、窒素、水蒸気、アルゴン等を用いる
場合、ある程度コスト的には不利になる。
【０００７】さらに、前記ガスエンベロープ流に燃料が
含まれている場合においても、本発明によるバーナ流出
流の外側領域（あるいは、火炎を形成する主流）の加速
という効果は達成可能である。この点に関して、前記ガ
スエンベロープ流を形成する媒体によって下記のような
様々なケースが可能である。ガスエンベロープ流がガス
と燃料との非発火性混合物から構成される場合、このガ
スエンベロープ流は、基本的に、環状渦の形成の抑制作
用について燃料を含有していないかのごとく挙動する。
即ち、このガスエンベロープ流とその周囲の媒体との間
の境界層において渦が発生しても、火炎と圧力の脈動が
誘発されることはない。ガスと燃料とのこの非発火性混
合物の場合、そのガスとして、不活性ガス（例えば、窒
素、水蒸気またはバーナからの廃棄ガス）や空気などを
使用することができる。前者の場合、そのガス濃度はど
のようなものであってもよい。なぜならば、不活性ガス
は反応することがなく、どのような混合比においても燃
料と燃焼されることがないからである。これに対して、
後者の場合、燃料の濃度をこの燃料の発火限度外にし
て、ガスエンベロープ流から環状渦が発生しても、これ
が反応することができないようにする。
【０００８】基本的には、ガスエンベロープ流として、
燃料の種類によっては、この燃料の発火限界内の燃料濃
度を有する燃料−空気混合物も使用することが可能であ
る。但し、この場合、軸芯方向のインパルスの十分な伝
搬が確実に行われて、火炎の外側領域またはバーナ主流
が十分に加速され、かつ、ガスエンベロープ流からの自
立安定火炎（あるいは、ガスエンベロープ流が複数の排
出口から形成される場合には、複数の火炎）の形成が防
止されるように、この原理的には可燃性のガスエンベロ
ープ流の実質的に軸芯方向の流出速度を、前記バーナ主
流の流速よりも十分に速いものとする。即ち、前記ガス
エンベロープ流の排出速度を、火炎の臨界排出速度より
も十分に高いものとする。
【０００９】前記ガスエンベロープ流は、火炎の中心軸
芯に対して平行に流れることが好ましい。しかし、前記
臨界領域において断面が変化するが、それでも前述した
ような円錐形状の火炎を形成するバーナもあるというこ
とを考慮して、この火炎または前記燃料−空気流の主流
方向に対して、径方向または接線方向の成分をも有し
て、ここからガスエンベロープが火炎の方向に沿ってあ
る程度膨張する構成とすることも可能である。但し、ガ
スエンベロープ流が、エンベロープされない火炎または
燃料−空気流と比較して、十分に高い軸芯方向のインパ
ルスを有することが常に重要である。
【００１０】火炉における火炎と圧力の脈動を抑制する
この方法を実施するため、本発明に係る火炉の特徴構成
は、火炎を形成するためバーナと、前記火炎が向けられ
る燃焼室とを備えたものにおいて、前記火炎を包囲する
エンベロープ形状でガスを排出する少なくとも１つのガ
ス排出口を有している点にある。前記ガス排出口と、前
記燃料−空気混合物が排出される燃料排出口のエッジと
の間の距離は、可能な限り小さくすることが好ましい。
【００１１】上述した本発明の方法は、予混合燃焼制御
だけでなく、拡散燃焼、特に液体または気体燃料の拡散
燃焼においても使用可能であるので、この方法を実施す
るに当たって、前記バーナも、その公知の方式に適する
ように構成される。前記ガスエンベロープ流を発生する
ための前記ガス排出口は、スロット又は開口ノズルとし
て構成されることが好ましい。これが、前記バーナ排出
口を近接して包囲する。したがって、前記バーナ排出口
を軸芯方向において対称で、かつ、長手方向の断面形状
を備えるような構成となりえる。上記軸芯方向対称状バ
ーナ排出口の場合、前記スロットは、前記バーナ排出口
に対して同心状態で、かつ、この排出口の近傍周囲に形
成される環状開口ノズルとして構成される。
【００１２】単数のスロット又は単数の開口ノズルに代
えて、前記バーナ排出口の周りに複数の小型のガス排出
口を、互いに近接させて形成してもよい。この点に関し
て、前記バーナ排出口と、好ましくはノズルとして構成
される前記複数のガス排出口との全体の配置構成を同芯
配置とし、前記バーナの火炎を完全に包囲するガスエン
ベロープ流が、前記複数のガス排出口とノズルとによっ
て形成され、このエンベロープ流によって環状渦の発生
を抑制できる。もちろん、この点に関して、火炎の周囲
を流れるガスエンベロープ流が前記境界領域の火炎の周
部領域の十分な加速を誘発させて渦の形成を防ぐことが
可能な限り、前記バーナ排出口とノズル（又は複数のノ
ズル）とは必ずしも同一平面内に配置される必要はな
い。これは、特に、前記ノズルの流出方向を前記バーナ
軸芯に対してほぼ平行にすることによって達成される。
但し、ノズルから流出して火炎の周部領域を包囲するガ
ス流は、これらのノズルをバーナ軸芯に対して適当な角
度で配置することによっても達成可能である。
【００１３】
【発明の効果】以上の結果、火炎と圧力の脈動を抑制し
て、火炉設備の運転の安全性を高めることができる単
純、かつ効果的な方法およびこれを用いるに適した火炉
が提供された。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を、図面を参照
して詳細に説明する。図１は、本実施形態の方法を実施
するためのバーナの断面を示す。この実施形態において
は、一例としてスワールバーナを使用する。このスワー
ルバーナに、バーナ管２を介して予混合燃料ガス−空気
混合物１を供給する。前記バーナ管２の終端部には、ス
ワール発生用クロスピース３が配設されていて、これは
軸芯方向に対称形状をなしており、かつ、その外周部に
複数の傾斜案内ベーン４を有している。これらの案内ベ
ーン４は、約３０゜の傾斜角を有し、これによってここ
から排出される燃料ガス−空気混合物が偏向され、それ
と共にスワールが発生するようになっている。更に、前
記案内ベーン４の内側には前記スワール発生用クロスピ
ース３を貫通する複数の孔５が形成されていて、これら
の孔５を通じて、前記燃料ガス−空気混合物の部分流が
流れることができ、パイロット火炎の形成による火炎の
安定化に寄与している。前記スワール形成用クロスピー
ス３の外側６で、バーナから流出する前記燃料ガス−空
気混合物が発火されて火炎１２を形成する。そして、こ
の火炎１２は、図１に示されていない燃焼室に入り込む
ようになる。
【００１５】前記バーナの火炎１２の周囲には、ガスエ
ンベロープ流が流れている。このエンベロープは、前記
バーナ管２に対して平行な環状カナル７を通じてバーナ
内を搬送され、前記スワール発生用クロスピース３を近
接して包囲する、ガス排出口としての環状スロット９を
通じて、バーナから排出されるガス流８によって誘発さ
れるものである。前記環状カナル７からの排出前に前記
ガス流８を加速するため、この環状カナル７の端部領域
に複数の四分（４分割）ジェット部材（ｑｕａｄｒａｎ
ｔ ｊｅｔｓ）１０が配設されている。これらジェット
部材１０により、特に前記ガスエンベロープ流の外側領
域に対して強力な軸芯方向（即ち、前記バーナ軸芯１１
に対して平行に）の加速作用が付与される。
【００１６】前記環状スロット９から流出する前記ガス
エンベロープ流の流速は、前記四分ジェット部材１０に
よって加速され、その軸芯１１方向の流速は、前記スワ
ール形成用クロスピース３の後方の火炎方向における燃
焼している燃料ガス−空気混合物の流速よりも遥かに高
速となる。これによって、前記火炎として燃焼している
燃料ガス−空気混合物とそれを近接包囲している前記ガ
スエンベロープ流との間の領域において、燃焼中の燃料
ガス−空気混合物の境界層の加速が誘起される。その結
果、相内エネルギ伝導によってその内部に含まれる燃料
の急速な反応による火炎および圧力の脈動を誘発増幅す
る、燃料ガス−空気混合物のエッジ領域１３において発
生する周期的で干渉性の、環状渦構造の形成が、効果的
に抑制される。これにより、火炎と圧力の脈動を抑制し
て、火炉設備の運転の安全性を高めることができる単
純、かつ効果的な方法が提供された。尚、火炎の外側領
域の流速よりもガスエンベロープ流を高速にする方法と
して、バーナ管２に入る前に、夫々の流速を変えるよう
にしてもよい。
【００１７】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構造に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いるバーナの断面図
【符号の説明】
２ バーナ管 ８ ガス流 ９ ガス排出口 １０ ジェット部材 １２ 火炎
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596106032 デー・ファウ・ゲー・ヴェー ドイッチャ ー・フェライン・デス・ガース−・ウン ト・ヴァッサーファッヘス −テヒニッシ ュ−ヴィッセンシャフトリッヒェ・フェア アイニグング− ＤＶＧＷ ＤＥＵＴＳＣＨＥＲ ＶＥＲＥ ＩＮ ＤＥＳ ＧＡＳ− ＵＮＤ ＷＡ ＳＳＥＲＦＡＣＨＥＳ −ＴＥＣＨＮＩＳ ＣＨ− ＷＩＳＳＥＮＳＣＨＡＦＴＬＩＣ ＨＥ ＶＥＲＥＩＮＩＧＵＮＧ− ドイツ連邦共和国 デー‐53123 ボン ヨーゼフ‐ヴィルマー‐シュトラーセ １‐３ ＪＯＳＥＦ‐ＷＩＲＭＥＲ‐ＳＴＲＡＳＳ Ｅ １‐３， Ｄ‐53123 ＢＯＮＮ， ＢＵＮＤＥＳＲＥＰＵＢＬＩＫ ＤＥＵＴ ＳＣＨＬＡＮＤ (71)出願人 596106043 ホルスト・ビューヒナー ＨＯＲＳＴ ＢＵＥＣＨＮＥＲ フランス エフ‐67500 マリアンタール リュ・ド・マルグラーヴェ・ドゥ・バド ３ ３， ＲＵＥ ＤＵ ＭＡＲＧＲＡＶＥ ＤＥ ＢＡＤＥ， Ｆ‐67500 ＭＡＲＩ ＥＮＴＨＡＬ， ＦＲＡＮＣＥ (71)出願人 596106054 ヴォルフガング・ロイケル ＷＯＬＦＧＡＮＧ ＬＥＵＣＫＥＬ ドイツ連邦共和国 デー‐67098 バー ト・デュルクハイム アウフ・デア・ユー デンフート 15 ＡＵＦ ＤＥＲ ＪＵＤＥＮＨＵＴ 15, Ｄ‐67098 ＢＡＤ ＤＵＥＲＫＨＥＩ Ｍ， ＢＵＮＤＥＳＲＥＰＵＢＬＩＫ Ｄ ＥＵＴＳＣＨＬＡＮＤ (72)発明者 ホルスト・ビューヒナー フランス エフ‐67500 マリアンタール リュ・ド・マルグラーヴェ・ドゥ・バド ３ (72)発明者 ヴォルフガング・ロイケル ドイツ連邦共和国 デー‐67098 バー ト・デュルクハイム アウフ・デア・ユー デンフート 15

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 火炎を発生させるバーナと、その内部に
    前記火炎が向けられる燃焼室とを備えた火炉における、
    火炎脈動と圧力脈動を抑制する方法であって、火炎の伝
    搬方向において、前記火炎の外側領域の流速よりも高速
    のガスエンベロープ流によって前記火炎を包囲する工程
    を有する火炉の火炎・圧力脈動抑制方法。
  2. 【請求項２】 前記ガスエンベロープ流のガスに、燃料
    を含有させない請求項１の火炉の火炎・圧力脈動抑制方
    法。
  3. 【請求項３】 前記ガスエンベロープ流のガスに、燃料
    を含有している請求項１の火炉の火炎・圧力脈動抑制方
    法。
  4. 【請求項４】 前記ガスは、発火限界外の濃度の燃料−
    空気混合物である請求項３の火炉の火炎・圧力脈動抑制
    方法。
  5. 【請求項５】 前記ガスは、発火限界内の濃度の燃料−
    空気混合物である請求項３の火炉の火炎・圧力脈動抑制
    方法。
  6. 【請求項６】 前記ガスエンベロープ流のガスは空気で
    ある請求項１の火炉の火炎・圧力脈動抑制方法。
  7. 【請求項７】 前記ガスエンベロープ流のガスは不活性
    ガスである請求項１の火炉の火炎・圧力脈動抑制方法。
  8. 【請求項８】 前記不活性ガスは、窒素、水蒸気、バー
    ナからの廃棄ガスのいずれかである請求項７の火炉の火
    炎・圧力脈動抑制方法。
  9. 【請求項９】 前記ガス流は、実質的に筒状のエンベロ
    ープを形成する請求項１の火炉の火炎・圧力脈動抑制方
    法。
  10. 【請求項１０】 前記ガスエンベロープ流は、前記火炎
    の外側領域の近傍に位置する請求項１の火炉の火炎・圧
    力脈動抑制方法。
  11. 【請求項１１】 前記ガスエンベロープ流のガスは、前
    記火炎の方向に対して平行な流れ方向を有している請求
    項１の火炉の火炎・圧力脈動抑制方法。
  12. 【請求項１２】 前記ガスエンベロープ流のガスにおけ
    る流れ方向は、更に、前記火炎の方向に対して径方向お
    よび−又は接線方向の成分を有する請求項１１の火炉の
    火炎・圧力脈動抑制方法。
  13. 【請求項１３】 請求項１記載の方法を実施するための
    火炉であって、火炎を形成するためバーナと、前記火炎
    が向けられる燃焼室とを備えていて、前記火炎を包囲す
    るエンベロープ形状でガスを排出する少なくとも１つの
    ガス排出口（９）を有する火炉。
  14. 【請求項１４】 前記ガス排出口（９）はスロット形状
    をなし、前記バーナ排出口に近接し包囲している請求項
    １３の火炉。
  15. 【請求項１５】 前記バーナ排出口は軸芯に対して対称
    形状をなしており、前記スロットは環状スロットである
    請求項１４の火炉。
  16. 【請求項１６】 前記バーナ排出口と前記環状スロット
    とは同心状に配置されている請求項１５の火炉。
  17. 【請求項１７】 前記バーナ排出口は、このバーナ排出
    口の近傍でかつ互い近接配置された複数のガス排出口に
    よって包囲され、これら複数のガス排出口は前記火炎を
    完全に包囲するガスエンベロープ流を形成する請求項１
    ３の火炉。
  18. 【請求項１８】 前記バーナ排出口と前記複数のガス排
    出口（９）の全体が、同心状に配置されている請求項１
    ７の火炉。
  19. 【請求項１９】 少なくとも１つの前記ガス排出口
    （９）は、ジエット部材（１０）として構成されている
    請求項１３の火炉。
  20. 【請求項２０】 前記ガス排出口（９）の流出方向は、
    前記バーナの中心軸芯に対してほぼ平行である請求項１
    ３の火炉。
JP18982196A 1995-07-20 1996-07-19 火炉の火炎・圧力脈動抑制方法および火炉 Expired - Lifetime JP3755934B2 (ja)

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DE19526369A DE19526369A1 (de) 1995-07-20 1995-07-20 Verfahren und Vorrichtung zur Unterdrückung von Flammen-/Druckschwingungen bei einer Feuerung
DE19542681A DE19542681A1 (de) 1995-07-20 1995-11-16 Verfahren und Vorrichtung zur Unterdrückung von Flammen-/Druckschwingungen bei einer Feuerung
DE19526369:3 1995-11-16
DE19542681:9 1995-11-16

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EP (1) EP0754908B2 (ja)
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