JPH1061916A - 前混合バーナ及び該バーナを運転する方法 - Google Patents

前混合バーナ及び該バーナを運転する方法

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JPH1061916A
JPH1061916A JP9171677A JP17167797A JPH1061916A JP H1061916 A JPH1061916 A JP H1061916A JP 9171677 A JP9171677 A JP 9171677A JP 17167797 A JP17167797 A JP 17167797A JP H1061916 A JPH1061916 A JP H1061916A
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burner
fuel
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gaseous fuel
zone
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Klaus Dr Doebbeling
デッベリング クラウス
Hans Peter Knoepfel
ペーター クネプフェル ハンス
Timothy Griffin
グリフィン ティモシー
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ABB Research Ltd Sweden
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ABB Research Ltd Sweden
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダブルコーン構造のバーナを改良して火炎を
付加的に外側で安定化し、バーナの運転範囲を拡大する
こと。 【解決手段】 ダブルコーン構造のバーナにおいて、バ
ーナ鎌形プレート（２６）に孔（２７）が配置され、こ
れらの孔（２７）を介して気体状の燃料（１６）が燃料
質量流の約３〜８％の範囲でバーナの外側のリサイクレ
ーションゾーン（２８）内へ混入させられるようになっ
ていること。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃焼技術分野に関す
る。本発明の対象はダブルコーン構造の前混合バーナ及
び該バーナを運転する方法である。
【０００２】
【従来の技術】ＥＰ０３２１８０９Ｂ１号明細書によれ
ば、本発明が対象とするダブルコーン構造のバーナの原
理的な構造が公知である。このバーナは主として１つの
部体に補完される中空の部分円錘体から成り、接線方向
の空気流入スリットと、気体状燃料と液体状燃料のため
の供給部とを有している。このバーナにおいては中空の
部分円錘体の中心軸線は流れ方向で拡大する円錐傾斜を
有しかつ長手方向で互いにずらされて延びている。部分
円錘体により形成された円錐形の内室では、バーナヘッ
ドに燃料ノズルが配置されている。気体状の燃料は、燃
焼空気流に、該燃焼空気流がバーナ内室へ流入する前
に、前記流入スリットに沿って配置されたガスインゼク
タを介して供給される。したがって燃料／空気混合物の
形成は接線方向の空気流入スリットの端部で直接的に行
われる。燃焼空気の流入平面とガス流入平面（孔付け平
面）はこの公知の技術では合致している。
【０００３】バーナ出口における急激な横断面の拡大と
関連して、円錐軸に沿った渦流の増加は、バーナ出口の
下流側でバーナ軸線上に逆流ゾーン（内側のリサイクレ
ーションゾーン）が形成され、この逆流ゾーンが火炎を
安定化する結果をもたらす。この内側の逆流ゾーンの堰
止め点ではじめて、火炎の点火が行われる。
【０００４】所定の運転状態、例えば消火限界の近くで
は又は前混合ステージの稀薄な運転、つまり、燃料混合
物を濃くするために付加的なパイロットガスがバーナの
軸の近くへ吹き込まれる（内部でパイロット化される）
ヘッドステージ運転への移行では、バーナは振動する傾
向がある。この結果、バーナの運転可能範囲、つまり安
定範囲が制限され、バーナが早期に消火することにな
る。
【０００５】比較的に燃料の濃い条件のもとでバーナが
振動しかつ消火する原因はバーナの火炎安定化が十分で
ないことである。バーナはヘッドステージ運転では添加
燃料が供給される内側のリサイクレーションゾーンによ
り安定化されはするが、バーナから流出する燃料／空気
混合物の外側のせん断層、つまり内側のリサイクレーシ
ョンゾーンに較べて著しく大きな接触面を新鮮ガスと排
ガスとの間にもたらすせん断層は従来は安定化には利用
されていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ダブ
ルコーン構造の公知のバーナを簡単な構成的な手段で変
更して、有害物質放出量をさほど高めることなしに火炎
の付加的な安定化が行われるように該バーナを運転する
ことである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の課題は、請求項
１の上位概念に記載したバーナにおいて、バーナ鎌形プ
レートに少なくとも１つの孔が配置され、この孔が外側
のリサイクレーションゾーンへ気体状の燃料を供給する
ために用いられることにより解決された。本発明の課題
はバーナを運転する方法においては、本発明により、気
体状の燃料の総量の約３〜８％が外側のリサイクレーシ
ョンゾーンに混入されることで達成された。
【０００８】
【発明の利点】本発明の利点はなかんづく、火炎安定性
が改善されること、すなわち火炎にわずかな圧力パルス
しか発生しないことである。さらに本発明によるバーナ
は公知技術に較べて、稀薄消火限界が低く、バーナが拡
大された運転範囲を有しているという点ですぐれてい
る。さらに外側のリアクションフロントを強化すること
により別の利点としてバーンアウト長さが短縮されるこ
とになる。
【０００９】特に有利であるのは孔がバーナ軸線に対し
て平行に向けられていることである。何故ならばこの構
成は実現がきわめて容易である。
【００１０】さらに有利であることは孔がバーナ軸線に
対し約４５゜の角度をなして傾斜して外方へ配置されて
いることである。この場合には燃料は外側のリサイクレ
ーションゾーンの排ガスと特に強く混合される。これと
同じことは、有利な形式で、バーナ鎌形プレートにおけ
る付加的な孔が燃料を排ガスの渦流方向とは反対の渦流
方向でリサイクレーションゾーンへ吹き込まれるよう
に、当該孔が配置されていることにより達成される。
【００１１】
【実施例】図面には本発明の１実施例が例えばガスター
ビンを運転するために使用されるダブルコーン構造のバ
ーナとして図示されている。以下、図１から図４までに
示されている実施例に基づき本発明を説明する。
【００１２】図１には本発明のバーナが斜視図で示され
ている。理解するためには図１と同時に図２から４まで
の断面図を参照されたい。
【００１３】バーナは２つの中空な部分円錘体１，２か
ら成り、これらの部分円錘体１，２は互いにずらされて
相上下して位置している。部分円錘体１，２の各中心軸
線３，４が互いにずらされていることによって、両側部
において、それぞれ１つの接線方向の空気流入スリット
５，６が鏡像的な配置で形成されている。これらの空気
流入スリット５，６を通して燃焼空気７がバーナの内室
８に達する。両方の部分円錘体１，２は同様に互いにず
らされて延びる円筒形の始端部分９，１０を有してい
る。したがってこの範囲においても接線方向の空気流入
スリット５，６が存在している。この円筒状の始端部分
９，１０には液体状の燃料１２を噴霧化するノズル１１
が設けられている。バーナは円筒形の始端部分９，１０
なしで構成されることもできる。この場合にはバーナは
純円錐状に構成され、燃料ノズル１１は円錐先端に直接
的に取付けられる。両方の部分円錘体１，２はそれぞれ
１つの燃料導管１３，１４を有している。これらの燃料
導管１３，１４は燃料インゼクタを成す開口１５を備え
ている。燃料インゼクタ１５によっては気体状の燃料１
６が、接線方向の空気流入スリット５，６を通って流れ
る燃焼空気７に添加混合される。
【００１４】バーナは燃焼室側１７に部分円錐体１，２
の係留部として役立つフロントプレート１８を有してい
る。該フロントプレート１８は多数の孔１９を有し、該
孔１９を通って稀薄化もしくは冷却空気２０が燃焼室１
７の前方部分もしくは燃焼室１７の壁に供給される。
【００１５】バーナを運転するために液状の燃料１２が
使用されると、この燃料１２はノズル１１を通って流
れ、鋭角でバーナ内室８へ噴射される。その際、燃料は
均質な燃料スプレーを形成する。円錐形の液体状燃料プ
ロフィール２３は、接線方向に流入する回転する燃焼空
気流７により取囲まれる。軸方向では液体状燃料１２の
濃度は混入された燃焼空気７によって連続的に低下させ
られる。横断面に亙る適正な燃料濃度は渦流消滅範囲に
おいてはじめて、つまり内側のリサイクレーションゾー
ン２４の範囲ではじめて達成される。点火は内側のリサ
イクレーションゾーン２４の先端において行われる。こ
の内側のリサイクレーションゾーン２４にはヘッドステ
ージ運転（図示せず）においては添加燃料が供給され
る。この個所ではじめて安定した火炎フロント２５が発
生する。火炎安定化は円錐軸線に沿って渦流数が増加す
ることで達成される。バーナ内部への火炎のフラッシュ
バックは普通の運転条件のもとでは発生しない。
【００１６】気体状の燃料１６が燃焼させられる場合に
は、燃焼空気７との混合気の形成は空気流入スリット
５，６において、すなわちバーナ内室８へ流入する前に
行われる。
【００１７】本発明によればバーナ鎌形プレート２６の
範囲には一列の孔２７が配置されている。これらの孔は
付加的な気体状の燃料を外側のリサイクレーションゾー
ン２８に供給しかつ混入するために役立つ。付加的な気
体状の燃料１６は極端な場合には、バーナ鎌形プレート
２６に配置された唯一の孔２７だけを介して外側のリサ
イクレーションゾーン２８内へもたらされることもでき
る。
【００１８】図２から判るように、前記の外側のリサイ
クレーションゾーン２８はバーナ室１７の外側の範囲に
おいて、燃焼室２１の壁の近くに位置している。
【００１９】孔２７は種々異なる形式でバーナ鎌形プレ
ート２６に、例えばバーナ軸線２２に対して平行に配置
されていることができる。他の実施例においては、孔は
バーナ軸線２２に対して約４５゜の角度を成して斜め外
方へ配置され、付加的な気体状の燃料１６が燃焼室壁に
向って噴射されるようになっていてもよい。特に有利で
あるのは、付加的な気体状の燃料１６がリサイクレーシ
ョン流に対して反対の渦流方向で供給されるように前記
孔２７が配置されていることである。この場合には添加
燃料は再循環する排ガスと特に強く混合され、これに基
づく火炎安定化は特に高くなる。
【００２０】このバーナは本発明によれば気体状の全燃
料の約３〜８％だけが開口２７を通って外側のリサイク
レーションゾーン２８に達するように運転される。ここ
ではすでに冷却空気２０が添加されておりかつ再循環す
る排ガスがすでに、感じることのできるその熱の１部を
フロントプレート１８に放熱しているので、この付加的
な燃料添加はＮＯｘエミッションをさほど上昇させな
い。これは入口噴射における安定化を回避するために吹
き込みが十分に小さいときに当嵌まる。燃料を混入した
あとで所定の点火遅延時間が経過した後で自己点火が行
われる。しかもこの自己点火は発生する燃料／空気混合
物の外側のせん断層のすこし前又はちょうど該せん断層
において直接行われる。
【００２１】本発明によっては外部の付加的な安定化
（ミニパイロットによる）が実現され、この安定化によ
りバーナの運転範囲の拡大と火炎安定性の増大とが達成
される。
【００２２】完全に前混合された実験バーナにおける測
定によれば、稀薄な消火限界が有害物質エミッションの
きわめてわずかな増加（付加的に約１．５ｖｐｐｍｄ
１５％Ｏ２、つまり乾いた排ガスにおけるＮＯｘの濃
縮）で約１００Ｋ分小さい温度に向ってずらされること
が示された。
【００２３】図４においては横断面図で本発明の具体的
な構成が示されている。この横断面図は出口側のバーナ
鎌形プレート２６の範囲を示している。鎌形プレート２
６には１４個所に約１０゜の角度ピッチで周方向に分配
されて直径０．８ｍｍの孔２７が配置されている。この
孔２７の数と大きさは、燃料質量流全体の約３％がそこ
から流出し、図４に図示されていない外側のリサイクレ
ーションゾーン２８へ混入させられるように選択されて
いる。
【００２４】もちろん、本発明はここに記述した実施例
に限定されるものではない。本発明の解決策は２つより
も多くの部分円錘体から成るバーナ、例えばいわゆるフ
ォースリットバーナのために使用することもできる。し
かも孔２７はその数に関しても又はバーナ鎌形プレート
２６における位置に関して変化させることができる。注
意を払うべきことは外側のリサイクレーションゾーンへ
混入させられる付加的な燃料質量流が全燃料の約８％を
越えないことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ダブルコーン形バーナの斜視図。
【図２】バーナの縦断面をバーナ室と共に示した概略
図。
【図３】図１のバーナをＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って断面
した図。
【図４】図１のバーナをＩＶ−ＩＶ線に沿って断面した
図。
【符号の説明】
１ 部分円錘体、 ２ 部分円錘体、 ３ 部分円錘体
１の中心軸線、 ４部分円錘体２の中心軸線、 ５ 接
線方向の空気流入スリット、 ６ 接線方向の空気流入
スリット、 ７ 燃焼空気、 ８ バーナ内室、 ９
部分円錘体１の円筒状の始端部、 １０ 部分円錘体２
の円筒状の始端部、 １１ 燃料ノズル、 １２ 液体
状の燃料、 １３ 気体状の燃料のための燃料導管、
１４気体状の燃料のための燃料導管、 １５ 気体状の
燃料のための燃料インゼクタ、 １６ 気体状の燃料、
１７ 燃焼室、 １８ フロントプレート、 １９稀
薄化もしくは冷却空気のための孔、 ２０ 稀薄化もし
くは冷却空気、 ２１ 燃焼室壁、 ２２ バーナ軸
線、 ２３ 液体状燃料プロフィール、 ２４内側のリ
サイクレーションゾーン、 ２５ 火炎フロント、 ２
６ バーナ鎌形プレート、 ２７ 孔、 ２８ 外側リ
サイクレーションゾーン

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 液体状の燃料（１２）と気体状の燃料
    （１６）とを燃焼させるバーナであって、１つの部体に
    補完される少なくとも２つの中空の部分円錘体（１，
    ２）から成り、接線方向の空気流入スリット（５，６）
    と気体状燃料（１６）と液体状燃料（１２）とのための
    供給部とを備え、中空の部分円錘体（１，２）の中心軸
    線（３，４）が流れ方向で見て拡大する円錐傾斜を有し
    かつ長手方向で見て互いにずらされて延びており、バー
    ナヘッドにおいて前記部分円錘体（１，２）により形成
    された円錐状の内室（８）内に液体状燃料（１２）のた
    めの燃料ノズル（１１）が配置されており、気体状の燃
    料（１６）のための供給部（１３，１４）が燃料インゼ
    クタ（１５）を備えており、前記空気流入スリット
    （５，６）が燃焼室側でバーナ鎌形プレート（２６）に
    より閉鎖されている形式のものにおいて、前記バーナ鎌
    形プレート（２６）に気体状の燃料（１６）を供給する
    ために設けられた少なくとも１つの孔（２７）が配置さ
    れていることを特徴とする、前混合バーナ。
  2. 【請求項２】 少なくとも１つの前記孔（２７）がバー
    ナ軸線（２２）に対して平行に配置されている、請求項
    １記載の前混合バーナ。
  3. 【請求項３】 少なくとも１つの前記孔（２７）がバー
    ナ軸線（２２）に対して角度を成して、有利には４５゜
    の角度を成して、斜め外へ配置されている、請求項１記
    載の前混合バーナ。
  4. 【請求項４】 請求項１から３までのいずれか１項記載
    のバーナを運転する方法であって、バーナの内室（８）
    内に、流れ方向で拡がる、該内室（８）の壁を濡らさな
    い円錐形の液体状燃料柱（２３）を形成し、この液体状
    燃料柱（２３）を、接線方向でバーナへ流入する、回転
    する燃焼空気流（７）で取囲みかつ（又は）該燃焼空気
    流（７）がバーナの内室（８）へ流入する前に、該燃焼
    空気流（７）に気体状の燃料（１６）を供給し、混合気
    の点火をバーナの出口ではじめて行い、バーナ開口の領
    域で、内側のリサイクレーションゾーン（２４）により
    火炎を安定させる形式のものにおいて、総燃料質量流の
    ３〜８％を外側のリサイクレーションゾーン（２８）に
    混入することを特徴とする、バーナを運転する方法。
  5. 【請求項５】 外側のリサイクレーションゾーン（２
    ８）に混入する燃料（１６）をリサイクレーション流の
    渦流方向に抗してノズルで吹き込む、請求項４記載の方
    法。
JP9171677A 1996-06-29 1997-06-27 前混合バーナ及び該バーナを運転する方法 Pending JPH1061916A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

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DE19626240A DE19626240A1 (de) 1996-06-29 1996-06-29 Vormischbrenner und Verfahren zum Betrieb des Brenners
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EP (1) EP0816759B1 (ja)
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DE (1) DE19626240A1 (ja)

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