JPH09178128A - Method and burner for burning hydrogen - Google Patents
Method and burner for burning hydrogenInfo
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- JPH09178128A JPH09178128A JP8338408A JP33840896A JPH09178128A JP H09178128 A JPH09178128 A JP H09178128A JP 8338408 A JP8338408 A JP 8338408A JP 33840896 A JP33840896 A JP 33840896A JP H09178128 A JPH09178128 A JP H09178128A
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- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、水素を燃焼させる
ための方法とこの方法を実施するためのバーナーに関す
る。The present invention relates to a method for burning hydrogen and a burner for carrying out this method.
【0002】[0002]
【従来の技術】あらゆる種類のバーナー、例えばガスタ
ービンの燃焼室のための燃料としての水素(H2 )は、
反応性と燃焼の安定性がきわめて高いことが特徴であ
り、しかも最新のガスタービンの燃焼室のように空気過
剰の場合にもこの特徴を有する。ヘイウッド(Heywood)
とマイカス(Mikus)の刊行物により、過剰空気が充分に
多い範囲において混合度を高めることにより、窒素酸化
物(NOx )の発生を減らすことが燃焼技術において知
られている。その際、例えば本来の燃焼領域の手前で予
備混合によって達成されるような完全に均質な燃料−空
気−混合気の場合に、NOx の発生が最少となる。これ
に対応する、水素の均一予備混合燃焼の提案が、カナダ
国のプラットアンドホイットニー(Pratt & Whitney) 社
によってなされている。NOx 低減の観点からの予備混
合によって生じるこの利点があるにもかかわらず、この
手段は、炎が混合範囲に逆戻りするという重要な欠点が
ある。2. Description of the Prior Art Hydrogen (H 2 ) as a fuel for all types of burners, for example gas turbine combustion chambers, is
It is characterized by extremely high reactivity and combustion stability, and even in the case of excess air, such as in the combustion chambers of modern gas turbines. Heywood
And the publication of Maikasu (Mikus), by increasing the degree of mixing in the excess air is sufficiently large range, to reduce the generation of nitrogen oxides (NO x) are known in combustion technology. At that time, for example, completely homogeneous fuel such as achieved by premixed before the actual combustion zone - air - in the case of mixture, generation of the NO x is minimized. A corresponding proposal for homogeneous premixed combustion of hydrogen has been made by Pratt & Whitney of Canada. NO x Despite this advantage caused by premixing in terms of reduction, this means, there is an important drawback flame revert to mixing range.
【0003】予備混合を行うバーナーの技術的な解決策
は構造が比較的に簡単である。この場合、例えば板状の
形をした水素用の分配室が、空気の流通方向(以下主流
方向と言う)に対して横方向に燃焼室に挿入される。入
口と出口を有する多数の空気案内管がこの分配室を通過
している。各々の空気案内管は入口の近くに配置された
孔を介して分配室に接続している。H2 が分配室に導入
されると、H2 は主流方向に対して横方向に個々の孔へ
流れ、空気案内管に達する。同時に空気が空気案内管を
通って燃焼室に吹き込まれると、両ガスは空気案内管内
で混合される。このようにして発生した混合気は燃焼室
に達し点火される。分配室を配置することにより、バー
ナーの構造が非常に簡単になる。なぜなら、これによ
り、個々の空気案内管または燃焼領域に通じる個々の水
素管が不要であるからである。The technical solution of the burner with premixing is relatively simple in construction. In this case, for example, a plate-shaped distribution chamber for hydrogen is inserted into the combustion chamber laterally with respect to the air flow direction (hereinafter referred to as the main flow direction). A number of air guide tubes with inlets and outlets pass through this distribution chamber. Each air guide tube is connected to the distribution chamber via a hole located near the inlet. When H 2 is introduced into the distribution chamber, H 2 flows into the individual holes transversely to the main flow direction, reaches the air guide tube. At the same time, when air is blown into the combustion chamber through the air guide tube, both gases are mixed in the air guide tube. The air-fuel mixture thus generated reaches the combustion chamber and is ignited. By arranging the distribution chamber, the structure of the burner is greatly simplified. This is because this eliminates the need for individual air guide tubes or individual hydrogen tubes leading to the combustion zone.
【0004】H2 燃焼時のNOx 発生の観点からの混合
度の重要性を考慮して、予備混合しないですなわち拡散
燃焼で作動する公知の水素バーナーと水素燃焼室は、多
数の水素噴射ノズルを備えている。このノズルは通常は
慣用の旋回渦流ノズルである。これと同様の解決策がロ
シア国のトラッド(TRUD)/クスネトゾフ(Kusnetzov)と
ドイツ連邦共和国のエムテーウー(MTU) で発表された。
例えばトラッドによるこの原理を適用する場合、燃料領
域の数が5倍以上増えるので、所定の燃焼室の場合に
は、30個の燃焼領域が150個以上に増える。その
際、個々の燃焼領域は約20mmの直径を有する。燃焼
領域を更に小さくし、噴射ノズルの数を増やすと、多数
の個々の水素管が必要となる。Considering the importance of the degree of mixing from the viewpoint of NO x generation during H 2 combustion, known hydrogen burners and hydrogen combustion chambers that operate without premixing, that is, with diffusion combustion, have many hydrogen injection nozzles. Is equipped with. This nozzle is usually a conventional swirl vortex nozzle. A similar solution was announced at TRUD / Kusnetzov in Russia and MTU in Germany.
For example, if this principle of Trad is applied, the number of fuel regions increases five times or more, so that 30 combustion regions increase to 150 or more in a given combustion chamber. The individual combustion zones then have a diameter of approximately 20 mm. If the combustion area is further reduced and the number of injection nozzles is increased, a large number of individual hydrogen tubes are required.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の根底
をなす課題は、燃料領域を著しく増やすことによって、
拡散燃焼の従来のバーナーと比べてNOx 発生を大幅に
減らすことができる、水素を拡散燃焼する方法とこの方
法を実施するためのバーナーを提供することである。Therefore, the problem underlying the present invention is to increase the fuel area significantly.
It is an object of the present invention to provide a method for diffusive combustion of hydrogen and a burner for carrying out this method, which can significantly reduce NO x generation as compared with conventional burners of diffusive combustion.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】この課題は冒頭に述べた
方法およびバーナーにおいて、請求項1,4,10記載
の特徴によって解決される。This object is achieved in the method and burner mentioned at the outset by the features of claims 1, 4 and 10.
【0007】その際特に、燃焼領域が著しく増えたにも
かかわらず、製作技術的コストは少ないままであるとい
う利点がある。本発明の有利な実施形は従属請求項に記
載してある。In this case, in particular, the production engineering costs remain low, despite the considerable increase in the combustion area. Advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims.
【0008】請求項2記載の実施形の利点は、水素が構
造体に対してきわめて良好な冷却作用を及ぼすことにあ
る。An advantage of the embodiment of claim 2 is that hydrogen has a very good cooling effect on the structure.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態が図に示して
ある。次に、この実施の形態について詳しく説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention is shown in the drawings. Next, this embodiment will be described in detail.
【0010】図1〜4には、例えばガスタービンの燃焼
室に組み込まれる、水素(H2 )を燃焼させるためのバ
ーナーを示している。バーナーは板状の形をし、主流方
向に対して横方向に燃焼室内に組み込まれている。バー
ナーの縁範囲と、図示していない燃焼室ケーシングとの
バーナーの連結部は、図示しておらず、任意に形成可能
である。バーナーは第1の穴あき板2と第2の穴あき板
3を備えている。この両穴あき板は一定の間隔dをおい
て多数の案内管4によって保持されている。その際、穴
は所定のマトリックス模様に従って配置可能である。穴
あき板2は例えば適当な金属からなり、ガスを透過しな
い。これに対して第2の穴あき板3はガスを透過し、適
当な多孔性材料、例えば焼結金属からなっている。その
際、両穴あき板2,3の穴は合同であるので、第2の穴
あき板2の穴は第2の穴あき板3の穴と共に対の穴を形
成している。バーナーをばらばらにならないように保持
することは実質的に、案内管4がスペーサとして各々の
対の穴に挿入され固定されていることによって行われ
る。案内管4は外側へ圧延して形成した周溝5を備えて
いる。穴あき板2内での案内管4の固定は例えばろう付
けまたは溶接によって行われ、これに対して穴あき板3
内での案内管の固定は圧延または縁曲げによって行うこ
とができる。その際、周溝5と協働して、案内管4と穴
あき板3の間でそれぞれ形状補完的な連結が行われる。
それによって、穴あき板2,3は案内管4と共に分配室
を形成する。各々の案内管4内には、図3,4に拡大し
て示すように、空気案内ピン6が挿入されている。この
空気案内ピンは基本的にはストッパー6a、案内部分6
b、保持部材8および円板9を備えた円筒状の回転体か
らなっている。案内部分6bの外径は案内管4の内径に
ほぼ等しく、図示の実施の形態では軸方向の4つの案内
通路7を備えている。保持部材8は図3において右側で
案内部分に取付けられ、直径が小さくなった範囲であ
る。この範囲は同心的に取付けられた円板9を支持して
いる。この円板の外径は案内部分6bの外径にほぼ等し
い。ストッパー6aは軸方向において短い範囲によって
形成され、その外径は案内部分6bの外径よりも大き
い。各々の案内管4内には、ストッパー6aが穴あき板
2に接触するまでバーナーの空気側から案内ピン6が挿
入され、この位置で永久的に固定されている。このよう
な構造グループはそれぞれインゼクタを形成している。
バーナーを運転開始するために、ガス状の水素が穴あき
板2,3からなる分配室に導入される。更に、空気は案
内管を通って燃焼室に入れられる。その際、水素は分配
室の中を主流方向に対して横方向に流れ、多孔性の穴あ
き板3の局部範囲で微細に分配され、この穴あき板3を
通って燃焼室に入り、ここで周囲の水素を形成する。そ
の際、各々の案内管4の出口で円板9による変向のため
に円錐外周壁の形をした空気流が生じる。この円錐外周
壁の形をした空気流は周囲の水素と共に混合気形成プロ
セスに入り、回転対称の拡散炎を形成する。ここで、混
合プロセスの活性化のために互いに衝突する隣接する円
錐炎の相互作用が促進される。案内ピン6の形状は、そ
れぞれのストッパー6aまで挿入する際に、所定の変
向、すなわち所定の炎形状が生じるように選択されてい
る。重量上の理由からストッパー6aは省略することが
できる。この場合、所定の軸方向位置までの案内管4内
への案内ピン6の挿入は、製作装置によって行われる。
インゼクタのきわめて簡単な構造により、多数のインゼ
クタを各々の燃焼室に取付けできるように、このインゼ
クタは小型化可能である。上記のオーダーの小型化によ
り、本発明に従って形成された燃焼領域は微小燃焼領域
と呼ばれる。1 to 4 show a burner for burning hydrogen (H 2 ) which is incorporated in a combustion chamber of a gas turbine, for example. The burner has a plate-like shape and is installed in the combustion chamber transversely to the main flow direction. The connecting portion of the burner between the edge area of the burner and the combustion chamber casing (not shown) is not shown and can be arbitrarily formed. The burner comprises a first perforated plate 2 and a second perforated plate 3. The two perforated plates are held by a large number of guide tubes 4 at regular intervals d. The holes can then be arranged according to a predetermined matrix pattern. The perforated plate 2 is made of, for example, a suitable metal and is impermeable to gas. The second perforated plate 3, on the other hand, is permeable to gas and consists of a suitable porous material, for example sintered metal. The holes of the two perforated plates 2, 3 are then congruent, so that the holes of the second perforated plate 2 together with the holes of the second perforated plate 3 form a pair of holes. The holding of the burners against disengagement is essentially effected by the guide tubes 4 being inserted and fixed as spacers in each pair of holes. The guide tube 4 has a circumferential groove 5 formed by rolling outward. The fixing of the guide tube 4 in the perforated plate 2 is carried out, for example, by brazing or welding, whereas the perforated plate 3 is fixed.
The fixing of the guide tube inside can be done by rolling or edge bending. At that time, in cooperation with the circumferential groove 5, a shape-complementary connection is respectively established between the guide tube 4 and the perforated plate 3.
Thereby, the perforated plates 2, 3 together with the guide tube 4 form a distribution chamber. An air guide pin 6 is inserted in each of the guide tubes 4 as shown in FIGS. This air guide pin is basically a stopper 6a, a guide portion 6
b, a holding member 8 and a circular plate 9 are provided. The outer diameter of the guide portion 6b is approximately equal to the inner diameter of the guide tube 4, and in the illustrated embodiment it is provided with four axial guide passages 7. The holding member 8 is attached to the guide portion on the right side in FIG. 3 and has a reduced diameter. This area supports a concentrically mounted disc 9. The outer diameter of this disc is approximately equal to the outer diameter of the guide portion 6b. The stopper 6a is formed by a short range in the axial direction, and its outer diameter is larger than the outer diameter of the guide portion 6b. A guide pin 6 is inserted into each guide tube 4 from the air side of the burner until the stopper 6a contacts the perforated plate 2, and is permanently fixed at this position. Each such structural group forms an injector.
To start up the burner, gaseous hydrogen is introduced into the distribution chamber consisting of perforated plates 2,3. In addition, air is introduced into the combustion chamber through the guide tube. At that time, hydrogen flows laterally in the distribution chamber with respect to the main flow direction and is finely distributed in the local area of the porous perforated plate 3, through which the hydrogen enters the combustion chamber, To form ambient hydrogen. At the outlet of each guide tube 4, an air flow in the form of a conical outer peripheral wall is generated due to the deflection by the disc 9. This air flow in the form of a conical outer wall, together with the surrounding hydrogen, enters the mixture formation process and forms a rotationally symmetrical diffusion flame. Here, the interaction of adjacent conical flames that collide with each other due to the activation of the mixing process is promoted. The shape of the guide pin 6 is selected so that a predetermined deflection, that is, a predetermined flame shape is generated when the guide pins 6 are inserted up to the respective stoppers 6a. The stopper 6a can be omitted for reasons of weight. In this case, the insertion of the guide pin 6 into the guide tube 4 up to a predetermined axial position is performed by the manufacturing device.
Due to the extremely simple structure of the injector, the injector can be miniaturized so that a large number of injectors can be attached to each combustion chamber. Due to the miniaturization of the above order, the combustion region formed according to the present invention is called a fine combustion region.
【0011】図6,7は本発明によるバーナーの他の実
施の形態を示している。このバーナーは水素のためのU
字形横断面の細長い個々の分配通路11を備えている。
分配通路は燃焼室の側が多孔性焼結金属からなる壁12
によって閉鎖されている。通路11は山形材状の横断面
を有する穴あき形材13によって互いに連結され、それ
ぞれ穴あき形材13の自由縦縁が隣接する2個の分配通
路11の縦縁に固定されている。その際、穴14は穴あ
き形材13の条片状の脚部に規則的な間隔をおいて形成
されている。このバーナーの運転を開始するために、ガ
ス状水素が分配通路11に導入される。それと同時に、
空気が穴14を通って燃焼室に入る。その際、水素は分
配通路11の中を主流方向に対して横方向に流れ、微細
分配によって多孔性壁12の局部範囲に分配される。水
素はこの多孔性壁を通って燃焼室に入り、そこで周囲水
素を形成する。空気供給により、各々の穴14の範囲に
化学量論的な領域が形成される。この領域はバーナーの
点火時に固有の炎を形成す。このバーナーはきわめて簡
単に形成され、薄板構造として製作可能である。その際
例えば、U字形の分配通路11は薄板を曲げて作られ、
U字の各々の脚部は斜めに曲げられた穴あき条片に一体
連結されている。多孔性の壁12を挿入した後で、隣接
する通路11が例えば溶接によって穴あき条片の自由縁
部に沿って互いに連結されている。このバーナーは、燃
焼室内に数千個の燃焼領域が得られるように、小型化可
能である。6 and 7 show another embodiment of the burner according to the present invention. This burner is for U
It comprises elongated individual distribution channels 11 of V-shaped cross section.
The distribution passage has a wall 12 made of porous sintered metal on the combustion chamber side.
Has been closed by. The channels 11 are connected to each other by means of perforated sections 13 having a chevron-shaped cross section, the free longitudinal edges of the perforated sections 13 being fixed to the longitudinal edges of two adjacent distribution channels 11, respectively. At this time, the holes 14 are formed in the strip-shaped leg portions of the perforated frame member 13 at regular intervals. Gaseous hydrogen is introduced into the distribution passage 11 in order to start the operation of this burner. At the same time,
Air enters the combustion chamber through holes 14. At that time, hydrogen flows laterally in the distribution passage 11 with respect to the main flow direction, and is distributed to the local region of the porous wall 12 by fine distribution. Hydrogen passes through this porous wall into the combustion chamber where it forms ambient hydrogen. The air supply creates a stoichiometric region within each hole 14. This area creates an inherent flame upon ignition of the burner. The burner is very simple to make and can be manufactured as a thin plate structure. In that case, for example, the U-shaped distribution passage 11 is made by bending a thin plate,
Each leg of the U-shape is integrally connected to a diagonally bent perforated strip. After inserting the porous wall 12, the adjacent passages 11 are connected to each other along the free edge of the perforated strip, for example by welding. This burner can be miniaturized so that thousands of combustion zones can be obtained in the combustion chamber.
【0012】上記のバーナーで発生する微細分配の場
合、H2 は分配室または分配通路を経て数千個の微小燃
焼領域に分配されるので、いわば水素の微小拡散燃焼が
発生する。上記のバーナーの場合燃焼室の中に周囲水素
が形成され、この周囲水素に空気噴流が噴射されること
により、逆の拡散燃焼が生じる。この逆の拡散燃焼は、
発生する微小領域内でほとんど乱流の状態で安定化する
ことが可能である。この逆の水素拡散燃焼の重要な利点
は、H2 によって構造体の良好な冷却が達成されること
にある。In the case of fine distribution generated by the burner described above, H 2 is distributed to thousands of minute combustion regions through the distribution chamber or distribution passage, so to speak, minute diffusion combustion of hydrogen occurs. In the case of the burner described above, ambient hydrogen is formed in the combustion chamber, and the jet of air is injected into this ambient hydrogen, so that the opposite diffusion combustion occurs. This reverse diffusion combustion is
It is possible to stabilize almost turbulent flow in the generated minute region. An important advantage of this reverse hydrogen diffusion combustion is that H 2 achieves good cooling of the structure.
【0013】上記のバーナーの場合には、多孔性焼結金
属の代わりに、他の多孔性金属材料を使用することがで
きる。例えば“フェルトメタル”の名称で知られている
ような、金属繊維をベースとした多孔性材料を使用する
ことができる。更に、多孔性材料をセラミックス材料か
ら作ることができる。場合によって多孔性材料内に存在
する不均質性の作用を制限するために、多孔性材料の比
較的に薄い層の所定の微細な穴あき格子を備えた穴あき
板を手前に配置してもよいし、この穴あき格子を単独で
使用することができる。In the case of the burner described above, other porous metal materials can be used instead of the porous sintered metal. Porous materials based on metal fibers can be used, for example as known under the name "felt metal". Furthermore, the porous material can be made from a ceramic material. A perforated plate with a given fine perforated grid of a relatively thin layer of porous material may optionally be placed in front in order to limit the effect of any inhomogeneities present in the porous material. Well, this perforated grid can be used alone.
【0014】図8〜11は、バーナーの他の実施の形態
を示している。このバーナーは、上述のバーナーと異な
り、逆の拡散燃焼で作動しないで、通常の拡散燃焼で作
動する。このバーナーは実質的に、合同の2個の穴あき
板15,16からなっている。両穴あき板は、それぞれ
入口を出口を有する案内管17を介して互いに固定連結
されているので、分配室が形成される。出口の近くにお
いて、複数の孔18が等しい角度で分配されて案内管1
7に形成されている。各々の案内管17には案内ピン1
9が挿入されている。この案内ピンはストッパー20と
案内部分21と自由噴流部分22とからなっている。こ
の場合、自由噴流部分は実際には小径の軸方向区間であ
る。ストッパー20と案内部分21は軸方向に延びる複
数の溝23を有する。この溝の深さは自由噴流部分22
の外径まで達することができる。その際、孔18の数は
溝23の数に等しい。バーナーの運転開始時に、空気は
案内管17を通って燃焼室に吹き込まれる。同時にH2
が分配室に導入されるので、H2 は個々の孔18を通っ
て案内管内に噴射され、この案内管から、溝23を通過
して来る空気によって連行される。その際その都度孔1
8の下流で微小燃焼領域が生じる。この微小燃焼領域で
はバーナーの点火時に炎が安定する。図示の実施の形態
では案内管17がそれぞれ6個の孔18を有するので、
各々の案内管に6個の微小燃焼領域が生じる。それによ
って、燃焼領域の数が一層増える。この原理を冒頭に述
べたトラッド(TRUD)の燃焼室に適用すると、設置可能な
燃焼領域の数は約5000に増える。これにより、予備
混合しないでも、非常に高い混合度が達成され、NOx
の発生が大幅に減少することになる。案内ピン19を案
内管17に対して回転およびまたは軸方向に摺動させる
ことにより、バーナーのいろいろな調節を行うことがで
きる。この場合にも、ストッパー20を省略し、空気案
内ピンの軸方向の位置を適当な装置に基づいて調節する
ことができる。8 to 11 show another embodiment of the burner. Unlike the burners described above, this burner does not work in reverse diffusion combustion, but in normal diffusion combustion. The burner consists essentially of two conjoined perforated plates 15,16. The two perforated plates are fixedly connected to each other via a guide tube 17 having an inlet and an outlet, so that a distribution chamber is formed. Near the outlet, the holes 18 are distributed at equal angles and the guide tube 1
7 is formed. One guide pin 1 on each guide tube 17
9 has been inserted. The guide pin comprises a stopper 20, a guide portion 21 and a free jet portion 22. In this case, the free jet portion is actually a small-diameter axial section. The stopper 20 and the guide portion 21 have a plurality of grooves 23 extending in the axial direction. The depth of this groove is 22
The outer diameter of can be reached. The number of holes 18 is then equal to the number of grooves 23. At the start of operation of the burner, air is blown into the combustion chamber through the guide pipe 17. H 2 at the same time
Are introduced into the distribution chamber so that H 2 is injected into the guide tube through the individual holes 18 and is entrained from this guide tube by the air passing through the groove 23. In that case, hole 1 each time
A small combustion zone occurs downstream of 8. In this small combustion region, the flame becomes stable when the burner is ignited. In the illustrated embodiment, the guide tubes 17 each have six holes 18,
Six micro-combustion zones occur in each guide tube. Thereby, the number of combustion zones is further increased. If this principle is applied to the combustion chamber of the TRUD mentioned at the beginning, the number of installable combustion regions is increased to about 5000. This achieves a very high degree of mixing without premixing and NO x
Will be significantly reduced. Various adjustments of the burner can be made by rotating and / or sliding the guide pin 19 relative to the guide tube 17 in the axial direction. Also in this case, the stopper 20 can be omitted and the axial position of the air guide pin can be adjusted based on a suitable device.
【0015】図12〜15は上記のバーナーのいろいろ
な調節を示している。図12では、案内ピンの溝23が
案内管17の孔18に対して次のように調節されてい
る。すなわち、水素の噴射が孔18を経て空気噴流の間
の隙間内に行われるように調節されている。この空気噴
流は溝23を通って到達する。図13は、案内部分21
が孔18に密接する、案内ピンの位置を示している。こ
れにより、水素噴流は下流にのみ偏向可能である。しか
し、図14に示すように、孔18から幾分大きく離れる
ように、案内部分21が案内管17内に固定されると、
ある程度の再循環が発生し得る。図15は、溝23を通
って来る空気噴流が孔から入る水素噴流に正確に当たっ
ている状態を示している。これらすべての場合、水素の
自由噴流が孔18によって周囲空気内に導入されるの
で、通常の拡散燃焼が生じる。この場合、個々の燃焼領
域は2mmのオーダーの直径を有する。その際、炎は多
くの場合孔18で安定する。上述のように、自由噴流部
分22は本発明の実施の形態では、特に図15の空気噴
射の場合省略可能である。12-15 show various adjustments of the burner described above. In FIG. 12, the groove 23 of the guide pin is adjusted with respect to the hole 18 of the guide tube 17 as follows. That is, the injection of hydrogen is adjusted so as to be performed through the holes 18 into the gap between the air jets. This air jet reaches through the groove 23. FIG. 13 shows the guide portion 21.
Shows the position of the guide pin, which is in close contact with the hole 18. This allows the hydrogen jet to be deflected only downstream. However, as shown in FIG. 14, when the guide portion 21 is fixed in the guide tube 17 so as to be slightly separated from the hole 18,
Some recirculation can occur. FIG. 15 shows a state in which the air jet coming through the groove 23 exactly hits the hydrogen jet coming from the hole. In all these cases, a free jet of hydrogen is introduced into the ambient air by means of the holes 18, so that the usual diffusion combustion takes place. In this case, the individual combustion zones have a diameter on the order of 2 mm. The flame is then often stabilized at the holes 18. As described above, the free jet portion 22 can be omitted in the embodiment of the present invention, particularly in the case of the air jet of FIG.
【0016】図16,17は他の実施の形態を示してい
る。この場合、水素噴流と空気噴流は燃焼室に入るまで
別々に案内される。そのために、孔18を備えた上記の
案内管17が使用される。この案内管は穴あき板15,
16に挿入されている。この穴あき板のうち16で示し
た穴あき板だけが見える。ここで使用した案内ピン24
は溝23を有するが、2つの重要な変更を有する。第1
の変更は、ピンがほぼ出口横断面まで一定の直径を有す
ることにある。第2の変更は、溝23の間にある材料範
囲の中央に、軸方向に延びる小さな案内通路25が形成
されていることにある。それぞれの案内ピン24は、各
々の孔18が案内通路25に開口するように当該の案内
管17に挿入されている。これにより、例えば過度の構
造体熱負荷を回避するために、水素と空気の間の拡散は
穴あき板16の下流の範囲で開始される。この解決策の
場合には、炎が案内通路25の開口で安定する。16 and 17 show another embodiment. In this case, the hydrogen jet and the air jet are guided separately until they enter the combustion chamber. For that purpose, the above-mentioned guide tube 17 with holes 18 is used. This guide tube has a perforated plate 15,
16 has been inserted. Only the perforated plate indicated by 16 of the perforated plates is visible. Guide pin 24 used here
Has a groove 23, but with two important modifications. First
The modification is that the pin has a constant diameter up to approximately the exit cross section. The second modification consists in the formation of a small axially extending guide channel 25 in the center of the material area between the grooves 23. Each guide pin 24 is inserted into the corresponding guide tube 17 so that each hole 18 opens into the guide passage 25. Thereby, for example, diffusion between hydrogen and air is initiated in the area downstream of the perforated plate 16 in order to avoid excessive structural heat loads. With this solution, the flame stabilizes at the opening of the guide passage 25.
【0017】図18,19は、二次元タイプの通常の拡
散燃焼のためのバーナーの実施の形態を示している。こ
のバーナーはH2 のための細長い個々の分配通路26を
備えている。この分配通路は図6,7の分配通路11と
異なり、閉鎖横断面を有する。この横断面は実質的に偏
平な長方形であるが、図においてその右側の範囲に屋根
形縁部26aを備えている。この屋根形縁部の両側に、
自由孔27がずらして形成されている。個々の通路26
は図示していない保持部材によって相互間隔をおいて保
持され、それによって格子を形成している。空気はこの
格子を図19で左側から右側へ流通することができる。
バーナーは更に、条片状の隙間板28を備えている。こ
の隙間板の縦縁部に隙間29が形成されている。隙間板
28はそれぞれ孔27の範囲において2個の分配通路2
6の間で図示していない保持部材によって固定されてい
る。その際、各々の孔27に1個の隙間29が付設され
るように固定されている。その際、図示した1個の孔2
7の代わりに、複数の微細な孔を設けることができる。
このバーナーの運転開始時には、空気は矢印30に相応
して隙間29を通って燃焼室に吹き込まれ、H2 は孔2
7を通って矢印31に従って燃焼室に吹き込まれる。そ
れにより、燃焼室内で、周囲空気が多数の微小燃焼領域
によって孔27のそれぞれの範囲に形成される。燃焼室
の点火の後で、炎が孔27で安定する。18 and 19 show an embodiment of a burner for normal diffusion combustion of the two-dimensional type. The burner is provided with elongated individual distribution passages 26 for H 2 . This distribution channel differs from the distribution channel 11 in FIGS. 6 and 7 and has a closed cross section. This cross section is a substantially flat rectangle, but is provided with a roof-shaped edge 26a in the area to the right of the figure. On both sides of this roof edge,
The free holes 27 are formed in a staggered manner. Individual passage 26
Are held at a distance from each other by a holding member (not shown), thereby forming a grid. Air can flow through this grid from left to right in FIG.
The burner further comprises a strip-shaped gap plate 28. A gap 29 is formed at the vertical edge of this gap plate. The gap plate 28 has two distribution passages 2 in the range of the holes 27.
6 is fixed by a holding member (not shown). At that time, each hole 27 is fixed so that one gap 29 is attached. At that time, the illustrated one hole 2
Instead of 7, a plurality of fine holes can be provided.
At the start of operation of the burner, air is blown into the combustion chamber through the gap 29 corresponding to the arrow 30, and H 2 is discharged into the hole 2
It is blown into the combustion chamber through arrow 7 according to arrow 31. As a result, in the combustion chamber, ambient air is formed in each area of the holes 27 by a large number of minute combustion regions. After ignition of the combustion chamber, the flame stabilizes at the holes 27.
【0018】図20,21は穴32aを有する一体の穴
あき板32を備えたバーナーを示している。この穴あき
板に、複数の分配通路33が保持部材34によって固定
されている。分配通路33は長円形横断面を有し、穴あ
き板32寄りのその範囲に多数の孔35を備えている。
保持部材34は線材で形成してもよいし、薄板で形成し
てもよい。図21に示すように、穴あき板32の各々の
穴32aには2個の小さな孔35が付設されている。そ
れによって、H2 は矢印37に従って流出することがで
きる。20 and 21 show a burner having an integral perforated plate 32 having a hole 32a. A plurality of distribution passages 33 are fixed to the perforated plate by holding members 34. The distribution passage 33 has an oval cross section and is provided with a number of holes 35 in its area near the perforated plate 32.
The holding member 34 may be formed of a wire rod or a thin plate. As shown in FIG. 21, each hole 32 a of the perforated plate 32 is provided with two small holes 35. Thereby, H 2 can flow out according to arrow 37.
【0019】このバーナーの運転開始時には、空気は矢
印36に従って穴あき板32を通って燃焼室に吹き込ま
れる。これにより、燃焼室内で、周囲空気が多数の微小
燃焼領域によって孔35のそれぞれの範囲に形成され
る。燃焼室の点火の後で炎が孔35で安定する。At the start of operation of the burner, air is blown into the combustion chamber through the perforated plate 32 according to the arrow 36. As a result, in the combustion chamber, ambient air is formed in each area of the hole 35 by a large number of minute combustion regions. After ignition of the combustion chamber, the flame stabilizes at the holes 35.
【0020】図22,23はバーナーの他の実施の形態
を示している。図22の部分図は、湾曲した分配通路3
8を示している。この分配通路は環状バーナーの構成部
分であり、図23に従って長円形の横断面を有する。こ
の場合、各々の分配通路は閉じたリングを形成してい
る。このリングは固有の接続管を介してH2 管に接続さ
れている。バーナーをばらばらにならないように保持す
ることは例えば個々の分配通路38の間に配置された波
形のセパレータ39によって行われる。このセパレータ
は例えば溶接によって分配通路38に連結されている。
セパレータ39はそれぞれ薄板条片によって形成され、
空気を通過させるために個々の分配通路38の間に充分
な間隔を保っている。分配通路38はセパレータ39と
共に巻取りによって円板状またはリング状のバーナーに
一体化することができる。それによって、分配通路38
はらせん形となる。多数の微小燃焼領域を形成するため
に、分配通路38には孔が形成されている。この孔はこ
こでは40で示してある。その都度2つの水素噴流41
が一点で交差する。円板状分配通路とらせん状分配通路
の共通の特徴は、湾曲した形を有することである。この
バーナーは原理的には、図18〜21に関連して既に説
明した作用を同じ作用に従って作動する。22 and 23 show another embodiment of the burner. The partial view of FIG. 22 shows a curved distribution passage 3
8 is shown. This distribution passage is a component of an annular burner and has an oval cross section according to FIG. In this case, each distribution channel forms a closed ring. This ring is connected to the H 2 tube via its own connecting tube. The holding of the burners against disengagement is effected, for example, by corrugated separators 39 arranged between the individual distribution channels 38. The separator is connected to the distribution passage 38 by welding, for example.
The separators 39 are each formed of thin strips,
There is sufficient spacing between the individual distribution passages 38 for the passage of air. The distribution passage 38 can be integrated with a separator 39 into a disc-shaped or ring-shaped burner by winding. Thereby the distribution passage 38
It has a spiral shape. Holes are formed in the distribution passage 38 in order to form a large number of minute combustion regions. This hole is shown here at 40. Two hydrogen jets 41 each time
Intersect at one point. A common feature of disc-shaped and spiral-shaped distribution passages is that they have a curved shape. This burner operates in principle according to the same effect as already described in connection with FIGS.
【図1】燃焼室のためのマトリックス構造のバーナーを
示す図である。1 shows a matrix burner for a combustion chamber, FIG.
【図2】図1のII−II線に沿った断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.
【図3】案内ピンを示す図である。FIG. 3 is a view showing a guide pin.
【図4】図3のIV−IV線に沿った断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 3;
【図5】案内ピンを備えた案内管を示す図である。FIG. 5 is a view showing a guide tube provided with a guide pin.
【図6】二次元構造のバーナーを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a burner having a two-dimensional structure.
【図7】図6のVII−VII線に沿った断面図であ
る。FIG. 7 is a sectional view taken along the line VII-VII in FIG. 6;
【図8】マトリックス構造の他のバーナーを示す図であ
る。FIG. 8 is a diagram showing another burner having a matrix structure.
【図9】図8のIX−IX線に沿った断面図である。FIG. 9 is a sectional view taken along line IX-IX in FIG. 8;
【図10】案内ピンを備えた図9の案内管を示す図であ
る。FIG. 10 shows the guide tube of FIG. 9 with a guide pin.
【図11】図10のXI方向矢視図である。FIG. 11 is a view as seen in the direction of the arrow XI in FIG. 10;
【図12】図10のXII−XII線に沿った断面図で
ある。12 is a sectional view taken along line XII-XII in FIG.
【図13】図10の13部分の詳細図である。13 is a detailed view of a portion 13 of FIG.
【図14】案内ピンの軸方向位置を変更した図13と同
様な図である。FIG. 14 is a view similar to FIG. 13 in which the axial position of the guide pin is changed.
【図15】案内ピンの角度位置を変更した図12と同様
な図である。15 is a view similar to FIG. 12 in which the angular position of the guide pin is changed.
【図16】案内通路を有する案内管−案内ピン−装置の
実施の形態を示す図である。FIG. 16 is a view showing an embodiment of a guide tube-guide pin-device having a guide passage.
【図17】図16のXVII−XVII線に沿った断面
図である。17 is a sectional view taken along line XVII-XVII in FIG.
【図18】二次元構造の他のバーナーを示す図である。FIG. 18 is a diagram showing another burner having a two-dimensional structure.
【図19】図18のXIX−XIX線に沿った断面図で
ある。19 is a cross-sectional view taken along line XIX-XIX in FIG.
【図20】一体の穴あき板を備えたバーナーを示す図で
ある。FIG. 20 shows a burner with an integral perforated plate.
【図21】図20のXXI方向の矢視図である。FIG. 21 is an arrow view in the XXI direction of FIG. 20.
【図22】湾曲した分配通路を有するバーナーを示す図
である。FIG. 22 shows a burner with curved distribution passages.
【図23】図22のXXIII−XXIII線の沿った
断面図である。23 is a cross-sectional view taken along the line XXIII-XXIII of FIG.
2 第1の穴あき板 3 第2の穴あき板 4 案内管 6,19,24 空気案内ピン 6a,20 ストッパー 7,23 案内通路 8 保持部材 9 円板 11,26,33,38 分配通路 12 壁 13 穴あき形材 15,16 穴あき板 21 案内部分 22 自由噴流部分 25 案内通路 27 孔 28 隙間板 29 隙間 32 穴あき板 34 保持部材 35 孔 39 セパレータ 2 1st perforated board 3 2nd perforated board 4 Guide tube 6,19,24 Air guide pin 6a, 20 Stopper 7,23 Guide passage 8 Holding member 9 Disc 11,26,33,38 Distribution passage 12 Wall 13 Perforated material 15, 16 Perforated plate 21 Guide part 22 Free jet part 25 Guide passage 27 Hole 28 Gap plate 29 Gap 32 Perforated plate 34 Holding member 35 Hole 39 Separator
Claims (21)
流方向が酸化剤の流れ方向であり、水素が主流方向に対
してほぼ垂直方向に向いた横方向流れで個々の燃焼領域
に分配される、拡散燃焼で水素を燃焼させる方法におい
て、酸化剤として空気が使用され、横方向流れが多数の
個々の微小燃焼領域への微細分配を生じることを特徴と
する方法。1. Hydrogen and an oxidant are introduced into a burner, the main flow direction is the flow direction of the oxidant, and hydrogen is distributed to each combustion region in a lateral flow that is oriented substantially perpendicular to the main flow direction. In a method of burning hydrogen by diffusion combustion, air is used as an oxidant and the lateral flow results in a fine distribution into a number of individual fine combustion zones.
に導入されることを特徴とする請求項1記載の方法。2. A method according to claim 1, characterized in that air is introduced into the ambient hydrogen in the individual micro-combustion zones.
内に導入されることを特徴とする請求項1記載の方法。3. The method according to claim 1, characterized in that hydrogen is introduced into the ambient air in the individual micro-combustion zones.
備えている、請求項1記載の水素を燃焼させる方法を実
施するためのバーナーにおいて、分配室が第1の穴あき
板(2)と第2の穴あき板(3)を備え、この両穴あき
板が多数の案内管(4)によって一定の間隔に保持さ
れ、各々の案内管(4)内に、複数の軸方向案内通路
(7,23)を有する空気案内ピン(6)が挿入されて
いることを特徴とするバーナー。4. A burner for carrying out the method for burning hydrogen according to claim 1, wherein the burner comprises a distribution chamber in the form of a substantially plate. ) And a second perforated plate (3), both perforated plates being held at regular intervals by a number of guide tubes (4), each of the guide tubes (4) having a plurality of axial guides. Burner, characterized in that an air guide pin (6) having passages (7, 23) is inserted.
多孔性材料からなっていることを特徴とする請求項4記
載のバーナー。5. Burner according to claim 4, characterized in that the second perforated plate (3) is made of a gas-permeable porous material.
ない材料からなっていることを特徴とする請求項4記載
のバーナー。6. Burner according to claim 4, characterized in that the perforated plates (15, 16) are made of a gas-impermeable material.
る保持部材(8)を備えていることを特徴とする請求項
4〜6のいずれか一つに記載のバーナー。7. Burner according to any one of claims 4 to 6, characterized in that the air guide pin (6) comprises a retaining member (8) having a disc (9).
(21)と自由噴流部分(22)を備えていることを特
徴とする請求項4〜6のいずれか一つに記載のバーナ
ー。8. Burner according to any one of claims 4 to 6, characterized in that the air guide pin (6, 19) comprises a guide part (21) and a free jet part (22).
の案内管の入口から出口まで達し、かつ一定の直径を有
し、溝(23)の間にある材料範囲の中央に軸方向に延
びる案内通路(25)が形成されていることを特徴とす
る請求項4〜6のいずれか一つに記載のバーナー。9. An air guide pin (6, 19, 24) extends from the inlet to the outlet of the guide tube in question and has a constant diameter and is axially centered in the material range between the grooves (23). Burner according to any one of claims 4 to 6, characterized in that a guide passage (25) extending to the is formed.
を備えている、請求項1記載の水素を燃焼させる方法を
実施するためのバーナーにおいて、分配通路(11)が
U字形の横断面を有し、燃焼室側で多孔性材料からなる
壁(12)によって閉鎖され、穴あき形材(13)の縦
方向自由縁部が隣接する分配通路(11)の縦方向縁部
に固定されるように、分配通路(11)が角度をなした
形の横断面を有する穴あき形材(13)によって隣の分
配通路に接続されていることを特徴とするバーナー。10. Burner for carrying out the method for burning hydrogen according to claim 1, wherein the burner comprises at least one distribution passage, the distribution passage (11) having a U-shaped cross section. Closed on the combustion chamber side by a wall (12) of porous material, such that the longitudinal free edge of the perforated profile (13) is fixed to the longitudinal edge of the adjacent distribution passage (11), Burner, characterized in that the distribution channel (11) is connected to an adjacent distribution channel by means of a perforated profile (13) having an angled cross section.
を備えている、請求項1記載の水素を燃焼させる方法を
実施するためのバーナーにおいて、分配通路(11,2
6)がほぼ偏平な長方形の閉じた横断面を有し、燃焼室
側に多数の孔(27)を有することを特徴とするバーナ
ー。11. Burner for carrying out the method for burning hydrogen according to claim 1, wherein the burner comprises at least one distribution passage.
Burner characterized in that 6) has a substantially flat rectangular closed cross section and has a number of holes (27) on the combustion chamber side.
設されるように、隙間板(28)がそれぞれ2つの分配
通路(11,26)の間で孔(27)の範囲に固定され
ていることを特徴とする請求項11記載のバーナー。12. A crevice plate (28) is fixed in the area of the hole (27) between each of the two distribution passages (11, 26) so that a gap (29) is provided in each hole (27). The burner according to claim 11, wherein the burner is provided.
備え、この穴あき板に、複数の分配通路(33)が保持
部材(34)によって固定され、穴あき板(32)の各
々の穴に1つの孔(35)またはグループの孔(35)
が付設されていることを特徴とする請求項11記載のバ
ーナー。13. The burner comprises an integral perforated plate (32) to which a plurality of distribution passages (33) are fixed by holding members (34), each of the perforated plates (32) being provided with a plurality of distribution passages (33). One hole per hole (35) or group of holes (35)
The burner according to claim 11, wherein the burner is attached.
が湾曲した形をしていることを特徴とする請求項10〜
12のいずれか一つに記載のバーナー。14. Distribution passages (11, 26, 33, 38)
10. The curved shape of claim 10
The burner according to any one of 12.
を備えていることを特徴とする請求項14記載のバーナ
ー。15. Burner corrugated separator (39)
The burner according to claim 14, further comprising:
徴とする請求項5〜15のいずれか一つに記載のバーナ
ー。16. The burner according to claim 5, wherein the porous material is a sintered metal.
ことを特徴とする請求項5〜15のいずれか一つに記載
のバーナー。17. The burner according to claim 5, wherein the porous material is a ceramic material.
材料であることを特徴とする請求項5〜15のいずれか
一つに記載のバーナー。18. The burner according to claim 5, wherein the porous material is a metal fiber-based material.
が多孔性材料の手前に配置されていることを特徴とする
請求項5〜15のいずれか一つに記載のバーナー。19. A burner according to claim 5, wherein a perforated plate having a predetermined fine hole grid is arranged in front of the porous material.
する穴あき板によって置き換えられていることを特徴と
する請求項5〜15のいずれか一つに記載のバーナー。20. Burner according to any one of claims 5 to 15, characterized in that the porous material is replaced by a perforated plate with a defined fine hole grid.
ー(6a,20)を備えていることを特徴とする請求項
4〜9のいずれか一つに記載のバーナー。21. Burner according to any one of claims 4 to 9, characterized in that the air guide pins (6, 19) are provided with stoppers (6a, 20).
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