JPS63161317A - ガスタービン用燃焼室システム - Google Patents
ガスタービン用燃焼室システムInfo
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- JPS63161317A JPS63161317A JP62312453A JP31245387A JPS63161317A JP S63161317 A JPS63161317 A JP S63161317A JP 62312453 A JP62312453 A JP 62312453A JP 31245387 A JP31245387 A JP 31245387A JP S63161317 A JPS63161317 A JP S63161317A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/26—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid with provision for a retention flame
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Regulation And Control Of Combustion (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、特にガスタービン用に設けられる燃焼装置に
関する。本発明は、特に旋回体とこの旋回体を貫通して
いるバーナランスとを備えた燃料−混合物のための燃焼
室に開口している主給気管路を備えた、特にガスタービ
ン用燃焼装置に関する。このような燃焼装置は予混合バ
ーナとも称される。
関する。本発明は、特に旋回体とこの旋回体を貫通して
いるバーナランスとを備えた燃料−混合物のための燃焼
室に開口している主給気管路を備えた、特にガスタービ
ン用燃焼装置に関する。このような燃焼装置は予混合バ
ーナとも称される。
ガスタービンとしては今日おいて実際上専ら拡散バーナ
が使用されている。有害物質放出を低減するための一連
の努力あって既に予混合バーナの使用が大勢を占めてい
る。拡散バーナとの違いとして挙げれる点は、予混合バ
ーナにあって燃焼室内の炎が一貫した空気数を有する燃
料混合物を提供することである。空気数λは燃焼空気量
と燃焼混合物内の燃料の量との商に比例する。この空気
数は、λ=1が化学量論理的な混合物に相当するように
規格化されている。
が使用されている。有害物質放出を低減するための一連
の努力あって既に予混合バーナの使用が大勢を占めてい
る。拡散バーナとの違いとして挙げれる点は、予混合バ
ーナにあって燃焼室内の炎が一貫した空気数を有する燃
料混合物を提供することである。空気数λは燃焼空気量
と燃焼混合物内の燃料の量との商に比例する。この空気
数は、λ=1が化学量論理的な混合物に相当するように
規格化されている。
空気数の調節により有害物質形成が著しく左右され炎の
温度を調節することが可能である。予混合バーナにより
特に低Nox−値を達することが可能である。
温度を調節することが可能である。予混合バーナにより
特に低Nox−値を達することが可能である。
しかし、この予混合バーナの問題点はこれの制御可能性
が僅かであると言うことである。燃焼混合物の空気数が
ほぼ〉2.4である場合炎は消滅する。ガスタービンに
使用するには予備混合バーナの制御範囲は小さすぎる。
が僅かであると言うことである。燃焼混合物の空気数が
ほぼ〉2.4である場合炎は消滅する。ガスタービンに
使用するには予備混合バーナの制御範囲は小さすぎる。
電気を発生させるためのガスタービンは全負荷から空負
荷まで作動可能であければならない。制御問題を解決す
るための構成として、段階的に接続および遮断可能な多
数や予混合バーナを備えた燃焼室が使用されることが多
い。この構成の枠内において使用可能な予混合バーナは
一方では充分な炎安定性が保証されていなければならず
、他方にあってはどのような作動状態にあってもアフタ
ーバーナからの炎の迅速な点火が行われることが保証さ
れなければならない。
荷まで作動可能であければならない。制御問題を解決す
るための構成として、段階的に接続および遮断可能な多
数や予混合バーナを備えた燃焼室が使用されることが多
い。この構成の枠内において使用可能な予混合バーナは
一方では充分な炎安定性が保証されていなければならず
、他方にあってはどのような作動状態にあってもアフタ
ーバーナからの炎の迅速な点火が行われることが保証さ
れなければならない。
本発明の課題は、公知の燃焼装置と異なり、ガスタービ
ン内の全領域においてバーナを遮断することなく制御を
行うことが可能であり、かつその上良好な横方向点火可
能性を有している、冒頭に記載した様式の燃焼装置を提
供することである。
ン内の全領域においてバーナを遮断することなく制御を
行うことが可能であり、かつその上良好な横方向点火可
能性を有している、冒頭に記載した様式の燃焼装置を提
供することである。
上記の課題並びに他の課題は本発明により、特許請求の
範囲第1項に記載の特徴を備えた燃焼装置の構成によっ
て解決される。即ち、本発明により冒頭に記載した様式
の燃焼装置にあって、バーナランスが旋回体に対して燃
焼室側に、自己の内部に供給される燃料或いは自己の内
部に供給されるか或いは形成される燃料含有量に富んだ
燃料−空気混合物のための流出開口を備えていることに
よって解決される。
範囲第1項に記載の特徴を備えた燃焼装置の構成によっ
て解決される。即ち、本発明により冒頭に記載した様式
の燃焼装置にあって、バーナランスが旋回体に対して燃
焼室側に、自己の内部に供給される燃料或いは自己の内
部に供給されるか或いは形成される燃料含有量に富んだ
燃料−空気混合物のための流出開口を備えていることに
よって解決される。
本発明により達せられる良好な横方向点火特性以外に、
本発明により付加的に炎が安定化される。この安定化効
果の結果として、これまでは達することが不可能であっ
た作分SR域における燃焼装置の安定した作動領域が燃
焼混合物内の大きい過剰量の空気により拡大される。
本発明により付加的に炎が安定化される。この安定化効
果の結果として、これまでは達することが不可能であっ
た作分SR域における燃焼装置の安定した作動領域が燃
焼混合物内の大きい過剰量の空気により拡大される。
本発明の有利な構成は特許請求の範囲に記載した。
以下に添付した図面に図示した実施例につき本発明の詳
細な説明する。
細な説明する。
第1図には参照符号1で燃焼室が断片的に示されている
。この燃焼室内に燃料−空気混合物のための、参照符号
2を付して同様に断片的にのみ図示した主供給管路2が
開口している。
。この燃焼室内に燃料−空気混合物のための、参照符号
2を付して同様に断片的にのみ図示した主供給管路2が
開口している。
主供給管路内にはバーナランス3が設けられており、こ
のバーナランスの頭部4は燃焼室1の入口近傍に存在し
ている。バーナランス3もまたその全長さで示されてい
ない。バーナランス3は流動方向でその頭部もしくは頭
部部分4から同様に主供給管路内に設けられている旋回
体5を貫通している。
のバーナランスの頭部4は燃焼室1の入口近傍に存在し
ている。バーナランス3もまたその全長さで示されてい
ない。バーナランス3は流動方向でその頭部もしくは頭
部部分4から同様に主供給管路内に設けられている旋回
体5を貫通している。
燃料−空気混合物は主供給管路2内において流動方向で
旋回体5の手前で形成される。燃焼空気は第1図の左縁
部から旋回体5の手前の室内に(矢印6の方向で)流入
する。燃料は給気管路7を経てバーナランス3内に供給
され、ノズル8を経て上記の室内に流入し、そこで燃料
は(矢印9の方向で)燃焼空気と混合される。
旋回体5の手前で形成される。燃焼空気は第1図の左縁
部から旋回体5の手前の室内に(矢印6の方向で)流入
する。燃料は給気管路7を経てバーナランス3内に供給
され、ノズル8を経て上記の室内に流入し、そこで燃料
は(矢印9の方向で)燃焼空気と混合される。
図示した燃焼装置はその限り一以下に詳しく述べるその
構造構成は別として一子混合バーナである。燃焼装置の
幾何学的な構造形態によって条件ずけられはするが燃焼
室1内での作動の間この室内において自由に力学的に安
定化された渦逆流帯域10(渦防止)が形成される。
構造構成は別として一子混合バーナである。燃焼装置の
幾何学的な構造形態によって条件ずけられはするが燃焼
室1内での作動の間この室内において自由に力学的に安
定化された渦逆流帯域10(渦防止)が形成される。
既に説明したように、予混合バーナは極めて狭い限られ
た領域内でしか制御可能ではない。
た領域内でしか制御可能ではない。
燃焼装置のこの制御領域を拡大するため、かつ特に燃焼
装置が作動を休止している際の燃焼室1内における炎の
完全な消去を回避するため、バーナランス3は以下のよ
うに形成される。
装置が作動を休止している際の燃焼室1内における炎の
完全な消去を回避するため、バーナランス3は以下のよ
うに形成される。
このバーナランス旋回体5に対して燃焼室側においては
、自己の内部に供給される燃料或いはその内部に供給さ
れるか或いはその内部で形成される燃料含有量に富んだ
燃料−空気混合物のための、(ノズル8に応じて大きな
)流出開口が設けられている。r燃料含有量に富んだj
とはその都度主供給管路2内において旋回体50手前の
室において形成される燃焼混合物に関してのことである
。
、自己の内部に供給される燃料或いはその内部に供給さ
れるか或いはその内部で形成される燃料含有量に富んだ
燃料−空気混合物のための、(ノズル8に応じて大きな
)流出開口が設けられている。r燃料含有量に富んだj
とはその都度主供給管路2内において旋回体50手前の
室において形成される燃焼混合物に関してのことである
。
バーナランス3の本発明による構成によりその頭部4に
おいて補助バーナ(S tue tzbrenner)
もしくはブロッキングバーナ(!l 1 tebren
ner)が構成される。
おいて補助バーナ(S tue tzbrenner)
もしくはブロッキングバーナ(!l 1 tebren
ner)が構成される。
補助バーナは特に拡散バーナとして、ブロッキングバー
ナは予混合バーナとして形成される。
ナは予混合バーナとして形成される。
特に、その作用に関連して以下に説明するような方法で
有利に補足される上記の画構成の組合わせを使用するの
が有利である。
有利に補足される上記の画構成の組合わせを使用するの
が有利である。
図面に図示したバーナランス3は、補助バーナも、およ
びブロッキングバーナも形成されるように構成される。
びブロッキングバーナも形成されるように構成される。
補助バーナを形成するためにはバーナランス3内に(給
気管路7に関して大きな)燃料管路11が設けられ、こ
の燃料管路はバーナランス3の頭部4において外方へと
通じている流出開口12を備えている。
気管路7に関して大きな)燃料管路11が設けられ、こ
の燃料管路はバーナランス3の頭部4において外方へと
通じている流出開口12を備えている。
ブロッキングバーナ2を形成するには、バーナランス3
の頭部4内に予混合室14が設けられており、この予混
合室内に燃焼空気15のための管路並びに既に述べた燃
料管路11が開口しており、上記予混合室は燃焼室1に
対して軸方向で整向された補助流出開口16を備えてい
る。予混合室14は環状室として形成されている。この
補助流出開口16はこの予混合室の周面に均一に配分さ
れて設けられているか、或いは環状間隙から成る。
の頭部4内に予混合室14が設けられており、この予混
合室内に燃焼空気15のための管路並びに既に述べた燃
料管路11が開口しており、上記予混合室は燃焼室1に
対して軸方向で整向された補助流出開口16を備えてい
る。予混合室14は環状室として形成されている。この
補助流出開口16はこの予混合室の周面に均一に配分さ
れて設けられているか、或いは環状間隙から成る。
燃料管路11の流出開口12はその燃焼室1、内へのそ
の流入開口17に関連して相対的に、この流出開口を経
て燃料管路11を介して供給される燃料の85%〜95
%が流出しかつ相応して5% 〜15%のみが予混合室
14内に流入するように設定されている。
の流入開口17に関連して相対的に、この流出開口を経
て燃料管路11を介して供給される燃料の85%〜95
%が流出しかつ相応して5% 〜15%のみが予混合室
14内に流入するように設定されている。
予混合室14内への燃料管路の流入開口17に対して、
この予混合室14内への燃焼空気15のための管路の断
面もしくはその流入開口18は、補助バーナの安定化に
とって重要な領域内において予混合室14内に0.3〜
1.0の空気数を有する燃料−空気混合物が形成される
ように調節可能であるか、もしくはそのように構成され
ている。燃焼装置の拡散バーナ部分により生じる燃料−
空気混合物の空気に相応して予混合室内で形成される混
合物の空気数は係数5〜15だけ大きくなる。
この予混合室14内への燃焼空気15のための管路の断
面もしくはその流入開口18は、補助バーナの安定化に
とって重要な領域内において予混合室14内に0.3〜
1.0の空気数を有する燃料−空気混合物が形成される
ように調節可能であるか、もしくはそのように構成され
ている。燃焼装置の拡散バーナ部分により生じる燃料−
空気混合物の空気に相応して予混合室内で形成される混
合物の空気数は係数5〜15だけ大きくなる。
予混合室14の流出開口16は、この流出開口から流出
する混合物流の速度が主供給管路2から燃焼室1内に流
入する流れの速度の25%よりも大きいように設定され
ている。
する混合物流の速度が主供給管路2から燃焼室1内に流
入する流れの速度の25%よりも大きいように設定され
ている。
予混合室14の軸方向の流出開口16から流出する燃料
−空気混合物内における燃料割合を高く選択することに
よりおよびその速度を比較的高く選択することにより、
混合物は直接バーナランス3の頭部4において燃焼不可
能でとなる。混合物は渦逆流帯域10の突当て始めて点
火し、この渦逆流帯域により制動される。これによりブ
ロッキングバーナによりブロックされる炎はバーナラン
スの頭部4から確実に離間して始めて形成され、これに
より炎の跳返り、特に予混合室14内への跳返りが阻止
される。
−空気混合物内における燃料割合を高く選択することに
よりおよびその速度を比較的高く選択することにより、
混合物は直接バーナランス3の頭部4において燃焼不可
能でとなる。混合物は渦逆流帯域10の突当て始めて点
火し、この渦逆流帯域により制動される。これによりブ
ロッキングバーナによりブロックされる炎はバーナラン
スの頭部4から確実に離間して始めて形成され、これに
より炎の跳返り、特に予混合室14内への跳返りが阻止
される。
補助バーナにより支持された炎の主供給管路2内への跳
返りは、旋回体5とバーナランス3管に狭い間隙19が
形成され、この間隙を介してバーナランス3の表面上で
旋回体5から燃焼室1へと指向する全く旋回を伴うこと
のない流れ層が形成されるようにすることによって阻止
される。この間隙19を形成するため、旋回体5は円筒
形の案内板20を備えており、この案内板は流動方向で
旋回体5よりも大きな延びを有している。間隙の領域内
においてバーナランス3の断面は幾分低減されている。
返りは、旋回体5とバーナランス3管に狭い間隙19が
形成され、この間隙を介してバーナランス3の表面上で
旋回体5から燃焼室1へと指向する全く旋回を伴うこと
のない流れ層が形成されるようにすることによって阻止
される。この間隙19を形成するため、旋回体5は円筒
形の案内板20を備えており、この案内板は流動方向で
旋回体5よりも大きな延びを有している。間隙の領域内
においてバーナランス3の断面は幾分低減されている。
図面に図示したバーナランス3は本質的に互いに人込ま
れる管体から形成されおり、これらの管体間には燃焼空
気および燃料のための上記の管路が形成される。
れる管体から形成されおり、これらの管体間には燃焼空
気および燃料のための上記の管路が形成される。
ブロッキングバーナのための燃料−空気混合物をバーナ
ランス3の頭部4内の燃焼室において形成する代わりに
、もちろんこの燃料−空気混合物をバーナランス3の外
部にも形成することが可能である。
ランス3の頭部4内の燃焼室において形成する代わりに
、もちろんこの燃料−空気混合物をバーナランス3の外
部にも形成することが可能である。
補助バーナとブロッキングバーナ2のための燃料および
燃焼空気の供給部は特に制御可能に形成されている。こ
れにより、これらのバーナを燃焼装置が正常に働いてい
る際に絞ること(部分負荷)も、或いは停止させること
(完全負荷)も可能であり、かつこれらのバーナを主供
給管路2内に形成される燃料−空気混合物の空気数が高
まって始めて作動させるたとが可能である。
燃焼空気の供給部は特に制御可能に形成されている。こ
れにより、これらのバーナを燃焼装置が正常に働いてい
る際に絞ること(部分負荷)も、或いは停止させること
(完全負荷)も可能であり、かつこれらのバーナを主供
給管路2内に形成される燃料−空気混合物の空気数が高
まって始めて作動させるたとが可能である。
この作動開始は特に、主供給管路2内に形成される燃料
−空気混合物の空気数が純粋な予混合燃焼のための臨界
限度を示す値になった際に行われる。
−空気混合物の空気数が純粋な予混合燃焼のための臨界
限度を示す値になった際に行われる。
補助バーナの流出開口12から流出する燃料により主供
給管路2から燃焼室1内に流入する燃料−空気混合物が
富化される。これにより燃焼室1の参照符号13で示し
た帯域内において、主供給管路2内に形成される燃料−
空気混合物の空気数の広い領域にわたって燃焼可能な混
合物およびこれに伴って炎が得られる。
給管路2から燃焼室1内に流入する燃料−空気混合物が
富化される。これにより燃焼室1の参照符号13で示し
た帯域内において、主供給管路2内に形成される燃料−
空気混合物の空気数の広い領域にわたって燃焼可能な混
合物およびこれに伴って炎が得られる。
補助バーナによって支持されたこの炎は自体ブロックさ
れており、かつブロッキングバーナの炎によって安定化
されている。従ってこの炎は有利な方法により、自体そ
の消滅限界を越えた場合でも得られる。これは一般に燃
焼装置が非作動状態にある場合である。
れており、かつブロッキングバーナの炎によって安定化
されている。従ってこの炎は有利な方法により、自体そ
の消滅限界を越えた場合でも得られる。これは一般に燃
焼装置が非作動状態にある場合である。
ブロッキングバーナのための空気の量流および主供給管
路2から旋回体5を経て流れる量流は、その比率がに8
0であるように選択される。ブロッキングバーナによっ
て誘起される付加的な有害物質放出は看過し得るほど僅
かである。
路2から旋回体5を経て流れる量流は、その比率がに8
0であるように選択される。ブロッキングバーナによっ
て誘起される付加的な有害物質放出は看過し得るほど僅
かである。
第1図は本発明により形成されたバーナランスを備えた
燃焼装置の断面図、 第2図はバーナランスの頭部を備えた第1図に比して拡
大して図示した第1図に相当する断面図。 図中符号は、 1・・・燃焼室 2・・・主供給管路 3・・・バーナランス 12.16・・・流出開口
燃焼装置の断面図、 第2図はバーナランスの頭部を備えた第1図に比して拡
大して図示した第1図に相当する断面図。 図中符号は、 1・・・燃焼室 2・・・主供給管路 3・・・バーナランス 12.16・・・流出開口
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、旋回体(5)とこの旋回体を貫通しているバーナラ
ンス(3)とを備えた燃料−混合物のための燃焼室(1
)に開口している主給気管路(5)を備えた、特にガス
タービン用燃焼装置において、バーナランスが旋回体に
対して燃焼室側に、自己の内部に供給される燃料或いは
自己の内部に供給されるか或いは自己の内部で形成され
る燃料含有量に富んだ燃料−空気混合物のための流出開
口(12、16)を備えていることを特徴とする、上記
ガスタービン用燃焼装置。 2、バーナランス(3)内部に燃料管路(11)が設け
られており、この燃料管路からバーナランス(3)の頭
部(4)内において流出開口(12)が流出開口の第一
の流出開口として半径方向で外方へと通じている、特許
請求の範囲第1項に記載の燃焼装置。 3、バーナランス(3)内部に燃料管路(11)と燃焼
空気のための管路(15)が設けられており、これらの
管路がバーナランスの内部に設けられた予混合室(14
)内に開口しており、かつこの予備混合室から流出開口
(16)が流出開口の第二の流出開口として燃焼室(1
)に対して軸方向で外方へと通じている、特許請求の範
囲第1項に記載の燃焼装置。 4、予混合室(14)がバーナランス(3)の頭部(4
)内に設けられており、この予混合室が環状室として形
成されており、かつその流出開口(16)がその周面に
わたって配分されて設けられている、特許請求の範囲第
3項に記載の燃焼装置。 5、第一の流出開口(12)が半径方向で外方へと通じ
ている燃焼管路(11)が予備混合室(14)に開口し
ている燃料管路(11)と等しく、かつ第一の流出開口
(12)が予備混合室内に通じている流出開口(17)
に対して、供給された燃料の85%〜95%がこの流出
開口から流出するような比率に設定されている、特許請
求の範囲第2項或いは第3項に記載の燃焼装置。 6、燃料管路(11)と燃焼空気のための管路(15)
の断面もしくは開口(17、18)が、予混合室(14
)内において、この内部において0.3〜1.0の空気
数を有する燃料−空気混合物が得られるように設定され
ているか或いはそのように調節可能であるように構成さ
れている、特許請求の範囲第3項から第5項までのいず
れか一つに記載の燃焼装置。 7、予混合室(14)の流出開口(16)が、これから
流出する混合物流の速度が主供給管路(2)から燃焼室
(1)内に流入する流れの速度の25%より大きくなる
ように設定されている、特許請求の範囲第3項から第6
項までのいずれか一つに記載の燃焼装置。 8、間隙(19)が一方においてバーナランス(3)の
表面により、他方において同時に旋回体(5)の内閉鎖
部を形成している円筒形の案内板(20)により区画さ
れており、かつバーナランスの断面が間隙領域内で縮小
されている、特許請求の範囲第1項から第7項までのい
ずれか一つに記載の燃焼装置。 9、間隙(19)が一方においてバーナランス(3)の
表面により、他方において同時に旋回体(5)の内閉鎖
部を形成している円筒系の案内板(29)により区画さ
れており、かつバーナランスの断面が間隙領域内で縮小
されている、特許請求の範囲第8項に記載の燃焼装置。 10、燃料もしくは燃料−空気混合物の供給がバーナラ
ンス(3)の流出開口(12、16)を介して制御可能
、特に停止可能であるように構成されている、特許請求
の範囲第1項から第9項までのいずれか一つに記載の燃
焼装置。
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