JPS637283B2 - - Google Patents
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- JPS637283B2 JPS637283B2 JP56090863A JP9086381A JPS637283B2 JP S637283 B2 JPS637283 B2 JP S637283B2 JP 56090863 A JP56090863 A JP 56090863A JP 9086381 A JP9086381 A JP 9086381A JP S637283 B2 JPS637283 B2 JP S637283B2
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Classifications
-
- 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
- F23C15/00—Apparatus in which combustion takes place in pulses influenced by acoustic resonance in a gas mass
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/30—Injector mixers
- B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
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- B01F25/3131—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit with additional mixing means other than injector mixers, e.g. screens, baffles or rotating elements
-
- 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
- F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
- F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
- F23C6/042—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with fuel supply in stages
-
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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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-
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-
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
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- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/34—Feeding into different combustion zones
- F23R3/346—Feeding into different combustion zones for staged combustion
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はガスタービン燃焼器に用いられる旋回
バーナに係わり、特に予混合燃焼を行なわせるガ
スタービン燃焼器の予混合旋回バーナに関する。
バーナに係わり、特に予混合燃焼を行なわせるガ
スタービン燃焼器の予混合旋回バーナに関する。
各種の燃焼設備から発生するNOxは、大気汚
染公害の問題となつているが、とくにガスタービ
ン用の燃焼器については燃焼性の改善に基づく乾
式法と水、水蒸気を用いる湿式法によつて、
NOx低減技術が進められている。しかし、燃焼
におけるNOx生成機構が極めて複雑なために技
術的にかなり難しく、決定的な低減技術の確立ま
でには至つていない。特に乾式法は、他の媒体
（湿式では水及び蒸気添加等）を必要としない利
点がある反面、その燃焼形態は希薄低温度燃焼の
厳しい条件下にあり、低NOx化はある程度は可
能であるがCOの排出量が増大する傾向を示す。
一般に燃焼時のNOx生成は、燃焼領域の局所的
な高温部（1800℃以上）の燃焼ガスに支配され、
主に燃料の未燃焼排出物の窒素分と燃焼空気中の
窒素の酸化等によつて発生する。これ等は、
Thermal NOxとFuel NOxと呼ばれ、特
Thermal NOxは酸素濃度、反応時間の依存度が
大きく、ガス温度にかなり影響される。したがつ
て燃焼過程において、局所的な高温領域が形成さ
れない低温燃焼（1500℃程度）を実現すればかな
り効果的な低NOx化の燃焼が可能となる。
染公害の問題となつているが、とくにガスタービ
ン用の燃焼器については燃焼性の改善に基づく乾
式法と水、水蒸気を用いる湿式法によつて、
NOx低減技術が進められている。しかし、燃焼
におけるNOx生成機構が極めて複雑なために技
術的にかなり難しく、決定的な低減技術の確立ま
でには至つていない。特に乾式法は、他の媒体
（湿式では水及び蒸気添加等）を必要としない利
点がある反面、その燃焼形態は希薄低温度燃焼の
厳しい条件下にあり、低NOx化はある程度は可
能であるがCOの排出量が増大する傾向を示す。
一般に燃焼時のNOx生成は、燃焼領域の局所的
な高温部（1800℃以上）の燃焼ガスに支配され、
主に燃料の未燃焼排出物の窒素分と燃焼空気中の
窒素の酸化等によつて発生する。これ等は、
Thermal NOxとFuel NOxと呼ばれ、特
Thermal NOxは酸素濃度、反応時間の依存度が
大きく、ガス温度にかなり影響される。したがつ
て燃焼過程において、局所的な高温領域が形成さ
れない低温燃焼（1500℃程度）を実現すればかな
り効果的な低NOx化の燃焼が可能となる。
従来、ガスタービン用燃焼器の低NOx化の燃
焼方式としては、過剰の空気を燃焼領域に導入し
て、希薄低温度燃焼を行なつている。しかし、こ
の燃焼方式は、燃料に対して空気が拡散混合しな
がら燃焼が持続するので均一な可燃混合気を生成
することは難しく、燃焼過程において、燃料の濃
淡が形成され、結果的に局所高温部ができるため
大巾なNOx低減は不可能である。また過剰空気
の導入は、火炎面を過冷却してCO等の未燃焼排
出物の増加、不安定燃焼の原因となるが、これは
主に拡散燃焼で発生し易い。したがつて燃焼形態
のみによつて理想的にNOx及びCOの低減を行う
には、燃焼の前に燃料と空気を完全に混合し、均
一化した火炎温度にして、局所高温部の抑制を図
らなければならない。この燃焼方式は、燃焼器に
供給する過程において、燃料と空気を混合する通
常、予混合燃焼と称し、比較的空気過剰で燃焼す
ることにより、NOx及びCO低減に有効なもので
ある。
焼方式としては、過剰の空気を燃焼領域に導入し
て、希薄低温度燃焼を行なつている。しかし、こ
の燃焼方式は、燃料に対して空気が拡散混合しな
がら燃焼が持続するので均一な可燃混合気を生成
することは難しく、燃焼過程において、燃料の濃
淡が形成され、結果的に局所高温部ができるため
大巾なNOx低減は不可能である。また過剰空気
の導入は、火炎面を過冷却してCO等の未燃焼排
出物の増加、不安定燃焼の原因となるが、これは
主に拡散燃焼で発生し易い。したがつて燃焼形態
のみによつて理想的にNOx及びCOの低減を行う
には、燃焼の前に燃料と空気を完全に混合し、均
一化した火炎温度にして、局所高温部の抑制を図
らなければならない。この燃焼方式は、燃焼器に
供給する過程において、燃料と空気を混合する通
常、予混合燃焼と称し、比較的空気過剰で燃焼す
ることにより、NOx及びCO低減に有効なもので
ある。
前記、ガスタービン燃焼器の燃焼方式での運転
条件は、部分負荷時は主に燃焼器頭部に設けた燃
焼室で予混合燃焼を行い、定格及び定格近傍にお
ける高負荷燃焼は予混合旋回バーナと後部燃焼室
に設けた第２段目の旋回バーナとを同時に作動し
て希薄燃焼を行なわせるものである。したがつて
予混合旋回バーナと後部燃焼室の旋回バーナの性
能が燃焼の良否を左右する重要な要素となる。特
にガスタービンの燃焼器においては、部分負荷か
ら定格負荷の作動範囲が広く、燃料と空気との重
量比0.004〜0.018程度に対して旋回バーナの安定
且つ良好な性能を考慮しなくては燃焼器として成
立しない。しかも、旋回バーナは高流速、高負荷
及び広範囲の燃焼に適したものが必要で、従来か
らガスタービン等の高負荷で拡散燃焼の保炎器と
して使用されている。しかし予混合燃焼では拡散
燃焼よりも広範囲負荷変動制御は難しく、前記燃
焼方式で予混合燃焼負荷をNOx、CO低減の有利
さから大きくすると、ガスタービン燃焼器の部分
負荷制御領域が広がるという欠点が有り、予混合
バーナとしての安定性及び信頼性（逆火によるバ
ーナ頭部の損焼等）が大きな解決課題となる。
条件は、部分負荷時は主に燃焼器頭部に設けた燃
焼室で予混合燃焼を行い、定格及び定格近傍にお
ける高負荷燃焼は予混合旋回バーナと後部燃焼室
に設けた第２段目の旋回バーナとを同時に作動し
て希薄燃焼を行なわせるものである。したがつて
予混合旋回バーナと後部燃焼室の旋回バーナの性
能が燃焼の良否を左右する重要な要素となる。特
にガスタービンの燃焼器においては、部分負荷か
ら定格負荷の作動範囲が広く、燃料と空気との重
量比0.004〜0.018程度に対して旋回バーナの安定
且つ良好な性能を考慮しなくては燃焼器として成
立しない。しかも、旋回バーナは高流速、高負荷
及び広範囲の燃焼に適したものが必要で、従来か
らガスタービン等の高負荷で拡散燃焼の保炎器と
して使用されている。しかし予混合燃焼では拡散
燃焼よりも広範囲負荷変動制御は難しく、前記燃
焼方式で予混合燃焼負荷をNOx、CO低減の有利
さから大きくすると、ガスタービン燃焼器の部分
負荷制御領域が広がるという欠点が有り、予混合
バーナとしての安定性及び信頼性（逆火によるバ
ーナ頭部の損焼等）が大きな解決課題となる。
本発明の目的は、NOxの低減率が大きく、且
つ安定した燃焼特性を有すると共に信頼性に優れ
た予混合旋回バーナを提供するところにある。
つ安定した燃焼特性を有すると共に信頼性に優れ
た予混合旋回バーナを提供するところにある。
そして、本発明の特徴とするところは、端部に
旋回器を備えたバーナ本体を囲む外枠に空気配管
を配設し、この外枠内部には該バーナ本体の外周
を覆う偏流防止筒を配設して流入する空気の動圧
を低減させ、しかもこの偏流防止筒内周壁とバー
ナ本体外壁との間には燃料と空気との混合を行な
わせる予混合室を区画させ、更に予混合室の入口
部となる。偏流防止筒端部における内周側の流路
面積を外周側のそれより小さくなるように偏流防
止筒の形状を規定することにより前記予混合室に
流下する空気流の流速を早めて、安定した燃焼特
性が得られるようにした予混合旋回バーナにあ
る。
旋回器を備えたバーナ本体を囲む外枠に空気配管
を配設し、この外枠内部には該バーナ本体の外周
を覆う偏流防止筒を配設して流入する空気の動圧
を低減させ、しかもこの偏流防止筒内周壁とバー
ナ本体外壁との間には燃料と空気との混合を行な
わせる予混合室を区画させ、更に予混合室の入口
部となる。偏流防止筒端部における内周側の流路
面積を外周側のそれより小さくなるように偏流防
止筒の形状を規定することにより前記予混合室に
流下する空気流の流速を早めて、安定した燃焼特
性が得られるようにした予混合旋回バーナにあ
る。
次に本発明の一実施例であるガスタービン用燃
焼器に用いられる予混合旋回バーナについて詳説
する。まず、本発明の予混合旋回バーナが取付け
られているガスタービン用燃焼器の全体構成につ
いて説明する。第１図に示した燃焼器は、燃焼の
際に生じる窒素酸化物（NOx）及び一酸化炭素
（CO）の低減を図つた液化天然ガス或は石炭ガス
焚き用の燃焼器である。
焼器に用いられる予混合旋回バーナについて詳説
する。まず、本発明の予混合旋回バーナが取付け
られているガスタービン用燃焼器の全体構成につ
いて説明する。第１図に示した燃焼器は、燃焼の
際に生じる窒素酸化物（NOx）及び一酸化炭素
（CO）の低減を図つた液化天然ガス或は石炭ガス
焚き用の燃焼器である。
図において、空気を圧縮する圧縮機１と、該圧
縮機１からの圧縮空気５を導き、燃料を燃焼させ
る燃焼器２と、該燃焼器２で生じた燃焼ガスによ
つて駆動されるタービン３と負荷４とからガスタ
ービン装置は構成されている。そして、圧縮空気
５は燃焼器２の後流側から圧縮空気６として燃焼
器の内筒７に設けられた希釈空気孔８、及び燃焼
器の後部燃焼室２０に設けられた旋回バーナ９か
ら燃焼器内に導かれると共に、冷却空気１０とし
ても燃焼室内に導かれる。一方、圧縮空気５から
一部抽気された圧縮空気１１は、再圧縮機１２、
制御弁１３を介して空気導入管４７から予混合旋
回バーナ１６の予混合室１４に導入される。また
燃料ガス２７は燃料ガスの所要量を制御弁１５を
通じて燃料ガス導入管５１から予混合室１４の空
気流に混入させた後に旋回バーナ１６の旋回器１
７から可燃混合気を噴流し、燃焼器２の頭部燃焼
室１８で予混合燃焼を行う。また燃料ガスを制御
弁１９を介して燃焼器内筒７内の後部燃焼室２０
に設けた２段目の旋回バーナ９に供給し、空気流
と共に噴出して後部燃焼室２０で希薄低温度燃焼
を行う。更に燃焼作動時は燃焼室内筒７に設けら
れた冷却空気孔を通じて冷却空気１０を流入させ
て内筒７の壁面冷却および燃焼ガス温度の均一性
を向上させる。また、希釈空気孔８から空気流を
導入して燃焼ガスの設定温度を定めている。
縮機１からの圧縮空気５を導き、燃料を燃焼させ
る燃焼器２と、該燃焼器２で生じた燃焼ガスによ
つて駆動されるタービン３と負荷４とからガスタ
ービン装置は構成されている。そして、圧縮空気
５は燃焼器２の後流側から圧縮空気６として燃焼
器の内筒７に設けられた希釈空気孔８、及び燃焼
器の後部燃焼室２０に設けられた旋回バーナ９か
ら燃焼器内に導かれると共に、冷却空気１０とし
ても燃焼室内に導かれる。一方、圧縮空気５から
一部抽気された圧縮空気１１は、再圧縮機１２、
制御弁１３を介して空気導入管４７から予混合旋
回バーナ１６の予混合室１４に導入される。また
燃料ガス２７は燃料ガスの所要量を制御弁１５を
通じて燃料ガス導入管５１から予混合室１４の空
気流に混入させた後に旋回バーナ１６の旋回器１
７から可燃混合気を噴流し、燃焼器２の頭部燃焼
室１８で予混合燃焼を行う。また燃料ガスを制御
弁１９を介して燃焼器内筒７内の後部燃焼室２０
に設けた２段目の旋回バーナ９に供給し、空気流
と共に噴出して後部燃焼室２０で希薄低温度燃焼
を行う。更に燃焼作動時は燃焼室内筒７に設けら
れた冷却空気孔を通じて冷却空気１０を流入させ
て内筒７の壁面冷却および燃焼ガス温度の均一性
を向上させる。また、希釈空気孔８から空気流を
導入して燃焼ガスの設定温度を定めている。
燃焼時の制御方法は、第２図に示す如くガスタ
ービンの部分負荷（タービン負荷1/2近傍）まで
予混合旋回器１７を主体にした低温度燃焼を行
い、その後は後部燃焼室２０に設けた第２段旋回
バーナ９からも空気と燃料ガスを噴流して定格負
荷（100％）で安定した希薄低温燃焼をさせる。
即ち、予混合旋回バーナ１６で、着火から部分負
荷約1/2の作動範囲で常時安定且つ良好な予混合
燃焼を行なえることが重要な課題となる。そのた
めには低負荷（着火近傍）で逆火が起らないこ
と、比較的希薄予混合領域（空気過剰率 λ＞
1.2）で安定した燃焼が得られること、燃料ガス
と空気の完全予混合が可能で、圧損が小さく構造
の簡素なこと、が必要となる。
ービンの部分負荷（タービン負荷1/2近傍）まで
予混合旋回器１７を主体にした低温度燃焼を行
い、その後は後部燃焼室２０に設けた第２段旋回
バーナ９からも空気と燃料ガスを噴流して定格負
荷（100％）で安定した希薄低温燃焼をさせる。
即ち、予混合旋回バーナ１６で、着火から部分負
荷約1/2の作動範囲で常時安定且つ良好な予混合
燃焼を行なえることが重要な課題となる。そのた
めには低負荷（着火近傍）で逆火が起らないこ
と、比較的希薄予混合領域（空気過剰率 λ＞
1.2）で安定した燃焼が得られること、燃料ガス
と空気の完全予混合が可能で、圧損が小さく構造
の簡素なこと、が必要となる。
従がつてこの為に第３図に示した本発明の実施
例の予混合旋回バーナ１６においては、次の構成
を具備するようにしている。つまり、旋回器本体
１７ａに形成する旋回羽根は、旋回角β、羽根数
Ｎと羽根支えリング３２で旋回器１７を構成し、
バーナ本体３４の中央部に設けた固定ネジ３５で
旋回器本体１７ａを取付ける。旋回器１７の外周
側の支えリング３２先端部にはインロー部を付け
てバーナキヤツプ３６を挿入してバーナ本体ネジ
部３７でキヤツプ３６を固定する。またバーナ本
体３４の上流部近傍内外に連なる仕切部には、多
くの連通孔を設けて多孔板３８を形成し、その後
流部に円環状の中空部を形成して混合ガス通路３
９とする。更に多孔板３８の上流に位置するバー
ナ本体３４の中央部壁面に上流側に向うにつれそ
の外径を増す拡大部４０を形成する。更に中空部
を形成して該バーナ本体３４の中央部拡大部４０
ａ外周側を覆う円筒状の偏流防止筒４１を設置す
ることによつて予混合室（領域）１４を構成す
る。ここで前記予混合室１４は、上流側に向うに
つれその流路面積が漸減するように形成されてい
る。そして該混合室１４での燃料ガス２７と空気
１１との混合機構は、前記中央部壁面の最大拡大
部４０ａと偏流防止筒４１の先端部近傍に形成さ
れる流路面積S1を有する最小開口断面部４３にお
いて、バーナ中央の最大拡大部４０ａの上流内側
に中空部の燃料ガスチヤンバー４４を形成し、前
述の最小開口断面部４３の近傍に多数の燃料ガス
噴孔４５を偏流防止筒４１の内壁に向けて設置し
たものから構成する。つまり、まず空気１１は空
気導入管４７でバーナ外枠４８と偏流防止筒４１
の外壁との間で形成される円環状の流路断面積S2
を有する空気通路４９に導かれる。そして最小開
口断面部４３の上流から予混合室１７内に空気を
流入させる。この空気導入管４７は偏流防止筒４
１と直交するように配設してあり、空気１１の勢
いをこの偏流防止筒４１に衝突させることにより
弱めて偏流防止筒４１内に流入する空気流に片寄
りが生じないようにしている。また、偏流防止筒
４１の端部も極力軸方向に突出させて空気１１を
折流とさせた後に予混合室１４に流入させるよう
にしている。更に、空気流路４９の流路面積S2よ
りも予混合室１４に通じる入口部４３の流路面積
S1を少さく形成しておき、これによつて偏流防止
筒４１に流入した空気流の流速を増して燃料ガス
との混合を促進する。一方燃料ガス２７は燃料ガ
ス導入管５１から燃料ガスチヤンバー４４に導き
入れ、多数の燃料ガス噴孔４５から空気流を剪断
する如く直交機構で噴流し、偏流防止筒４１内の
予混合室１４の空気流に燃料ガスの混入を行う。
ここでバーナ中央部の拡大部４０を燃料ガス導入
部で最大としたのは、外周側に設ける偏流防止筒
４１の内壁との間で形成される入口部４３の形状
において、内外壁の間隙を極力小さくするためで
あり、ガス噴孔４５からの燃料ガス噴流が空気流
に対して効果的な貫通度を持たせることによつ
て、燃料ガスと空気流との運動量交換を増大させ
て混合を図る。更に燃料ガスと空気は拡散混合し
ながら予混合室１４を通り、多孔板３８の多数の
孔で混合が促進されると同時に整流均一化され旋
回器１７の前で完全に予混合可燃ガスとなる。上
述したように本発明の予混合旋回バーナでは前記
バーナ構造において偏流防止筒４１と隣接して設
けた空気と燃料ガスの混合機構並びに予混合室１
４の後に多孔板３８を設置して旋回器１７に導く
構成に特徴がある。特に偏流防止筒４１は一方向
からの空気導入での空気の偏流防止と同時に混合
機構及び予混合室を同軸上に区別して構成するこ
とが可能であり、多孔板３８を多段にしなくても
良好な混合が得られるので、流動による圧力損失
が少なく構造の簡素化が図れる。また多孔板３８
については、該多孔板に設ける多数の孔径をバー
ナ燃焼負荷以下に炎口を定めることによつてバー
ナに逆火が生じた場合でも多孔板３８の上流側へ
の逆火防止をすることができる。特に、多孔板３
８の上流側である予混合室１４の流路面積は、上
流側に向うにつれて面積が漸減するようにバーナ
本体中央部の拡大部４０が形成されていることか
ら、混合室１７の上流側に向うにつれて空気と燃
料ガスとの混合流の流速は速くなる。従がつてバ
ーナに逆火現象が生じて多孔板３８によつても逆
火が阻止出来ない場合が起つたとしても、火炎は
流速に押されるのでバーナ全体にわたつて火炎が
逆流する事態は回避できるようになつている。
例の予混合旋回バーナ１６においては、次の構成
を具備するようにしている。つまり、旋回器本体
１７ａに形成する旋回羽根は、旋回角β、羽根数
Ｎと羽根支えリング３２で旋回器１７を構成し、
バーナ本体３４の中央部に設けた固定ネジ３５で
旋回器本体１７ａを取付ける。旋回器１７の外周
側の支えリング３２先端部にはインロー部を付け
てバーナキヤツプ３６を挿入してバーナ本体ネジ
部３７でキヤツプ３６を固定する。またバーナ本
体３４の上流部近傍内外に連なる仕切部には、多
くの連通孔を設けて多孔板３８を形成し、その後
流部に円環状の中空部を形成して混合ガス通路３
９とする。更に多孔板３８の上流に位置するバー
ナ本体３４の中央部壁面に上流側に向うにつれそ
の外径を増す拡大部４０を形成する。更に中空部
を形成して該バーナ本体３４の中央部拡大部４０
ａ外周側を覆う円筒状の偏流防止筒４１を設置す
ることによつて予混合室（領域）１４を構成す
る。ここで前記予混合室１４は、上流側に向うに
つれその流路面積が漸減するように形成されてい
る。そして該混合室１４での燃料ガス２７と空気
１１との混合機構は、前記中央部壁面の最大拡大
部４０ａと偏流防止筒４１の先端部近傍に形成さ
れる流路面積S1を有する最小開口断面部４３にお
いて、バーナ中央の最大拡大部４０ａの上流内側
に中空部の燃料ガスチヤンバー４４を形成し、前
述の最小開口断面部４３の近傍に多数の燃料ガス
噴孔４５を偏流防止筒４１の内壁に向けて設置し
たものから構成する。つまり、まず空気１１は空
気導入管４７でバーナ外枠４８と偏流防止筒４１
の外壁との間で形成される円環状の流路断面積S2
を有する空気通路４９に導かれる。そして最小開
口断面部４３の上流から予混合室１７内に空気を
流入させる。この空気導入管４７は偏流防止筒４
１と直交するように配設してあり、空気１１の勢
いをこの偏流防止筒４１に衝突させることにより
弱めて偏流防止筒４１内に流入する空気流に片寄
りが生じないようにしている。また、偏流防止筒
４１の端部も極力軸方向に突出させて空気１１を
折流とさせた後に予混合室１４に流入させるよう
にしている。更に、空気流路４９の流路面積S2よ
りも予混合室１４に通じる入口部４３の流路面積
S1を少さく形成しておき、これによつて偏流防止
筒４１に流入した空気流の流速を増して燃料ガス
との混合を促進する。一方燃料ガス２７は燃料ガ
ス導入管５１から燃料ガスチヤンバー４４に導き
入れ、多数の燃料ガス噴孔４５から空気流を剪断
する如く直交機構で噴流し、偏流防止筒４１内の
予混合室１４の空気流に燃料ガスの混入を行う。
ここでバーナ中央部の拡大部４０を燃料ガス導入
部で最大としたのは、外周側に設ける偏流防止筒
４１の内壁との間で形成される入口部４３の形状
において、内外壁の間隙を極力小さくするためで
あり、ガス噴孔４５からの燃料ガス噴流が空気流
に対して効果的な貫通度を持たせることによつ
て、燃料ガスと空気流との運動量交換を増大させ
て混合を図る。更に燃料ガスと空気は拡散混合し
ながら予混合室１４を通り、多孔板３８の多数の
孔で混合が促進されると同時に整流均一化され旋
回器１７の前で完全に予混合可燃ガスとなる。上
述したように本発明の予混合旋回バーナでは前記
バーナ構造において偏流防止筒４１と隣接して設
けた空気と燃料ガスの混合機構並びに予混合室１
４の後に多孔板３８を設置して旋回器１７に導く
構成に特徴がある。特に偏流防止筒４１は一方向
からの空気導入での空気の偏流防止と同時に混合
機構及び予混合室を同軸上に区別して構成するこ
とが可能であり、多孔板３８を多段にしなくても
良好な混合が得られるので、流動による圧力損失
が少なく構造の簡素化が図れる。また多孔板３８
については、該多孔板に設ける多数の孔径をバー
ナ燃焼負荷以下に炎口を定めることによつてバー
ナに逆火が生じた場合でも多孔板３８の上流側へ
の逆火防止をすることができる。特に、多孔板３
８の上流側である予混合室１４の流路面積は、上
流側に向うにつれて面積が漸減するようにバーナ
本体中央部の拡大部４０が形成されていることか
ら、混合室１７の上流側に向うにつれて空気と燃
料ガスとの混合流の流速は速くなる。従がつてバ
ーナに逆火現象が生じて多孔板３８によつても逆
火が阻止出来ない場合が起つたとしても、火炎は
流速に押されるのでバーナ全体にわたつて火炎が
逆流する事態は回避できるようになつている。
尚、この場合、偏流防止筒４１の内周側に形成
する最小流路面積は、バーナ本体の端部に設置さ
れている旋回器１７の噴口断面積の方が大となる
ように構成しておく。そうすると該旋回器１７出
口側の負荷変動に対しても逆火が防止出来ること
になる。また旋回器１７の噴口断面積は噴出する
混合流の流速が燃焼器の作動範囲の安定領域に設
定しておく必要があるものである。第４図は本発
明の他の実施例である予混合旋回バーナを示すも
のである。ここでは第３図に示したバーナと相違
する部分についてのみ説明する。つまり第４図に
おいて、予混合室１４を区画形成している偏流防
止筒４１の入口部内周側の位置に、バーナ本体の
上流側に形成した燃料ガスチヤンバー４４と連通
したパイプ状の燃料ガス噴霧装置５５を予混合室
１４内に突出するよう設置している。この様な燃
料ガス噴霧装置５５を予混合室１４の上流側の流
路中に位置させることによつて、該予混合室１４
を流下する空気流の状況に則した燃料ガスを噴霧
できて拡散混合を良好に行なわせることが出来
る。従がつて空気流に対する燃料ガス濃度の片寄
りが確実に防止出来る。また、パイプ状の燃料ガ
ス噴霧装置５５自身が流路中に突出しているの
で、その後流にウエークを生成し、これによつて
も燃料ガスと空気との混合を促進している。
する最小流路面積は、バーナ本体の端部に設置さ
れている旋回器１７の噴口断面積の方が大となる
ように構成しておく。そうすると該旋回器１７出
口側の負荷変動に対しても逆火が防止出来ること
になる。また旋回器１７の噴口断面積は噴出する
混合流の流速が燃焼器の作動範囲の安定領域に設
定しておく必要があるものである。第４図は本発
明の他の実施例である予混合旋回バーナを示すも
のである。ここでは第３図に示したバーナと相違
する部分についてのみ説明する。つまり第４図に
おいて、予混合室１４を区画形成している偏流防
止筒４１の入口部内周側の位置に、バーナ本体の
上流側に形成した燃料ガスチヤンバー４４と連通
したパイプ状の燃料ガス噴霧装置５５を予混合室
１４内に突出するよう設置している。この様な燃
料ガス噴霧装置５５を予混合室１４の上流側の流
路中に位置させることによつて、該予混合室１４
を流下する空気流の状況に則した燃料ガスを噴霧
できて拡散混合を良好に行なわせることが出来
る。従がつて空気流に対する燃料ガス濃度の片寄
りが確実に防止出来る。また、パイプ状の燃料ガ
ス噴霧装置５５自身が流路中に突出しているの
で、その後流にウエークを生成し、これによつて
も燃料ガスと空気との混合を促進している。
また、上記予混合旋回バーナにおいては、予混
合室１４の途中に混合旋回羽根５２を設置してい
るが、これは短かい流路である予混合室１４内で
の燃料ガスと空気との混合を確実に行なうためで
ある。特に、混合旋回羽根５２によれば、空気流
の乱れによる燃料ガスとの混合促進と、予混合室
１４内で発生させる旋回流により混合した流体の
滞溜時間を長くして予混合効果を更に促進させる
ようにしたものである。
合室１４の途中に混合旋回羽根５２を設置してい
るが、これは短かい流路である予混合室１４内で
の燃料ガスと空気との混合を確実に行なうためで
ある。特に、混合旋回羽根５２によれば、空気流
の乱れによる燃料ガスとの混合促進と、予混合室
１４内で発生させる旋回流により混合した流体の
滞溜時間を長くして予混合効果を更に促進させる
ようにしたものである。
次に予混合旋回バーナに備えられた旋回器の形
状について説明する。第３図及び第４図のバーナ
に備えられた旋回器１７の形状は、第５図にその
拡大図にて表わす如く、ボス比D1／D2＝0.44と
従来の一般のバーナの旋回器のボス比0.5〜0.7よ
り小さく形成してあり、また旋回器と頭部燃焼室
１８との内径の比D2／D3＝0.64と従来の一般の
バーナの比D2／D3＜0.5よりも大きく形成してあ
る。また、旋回器１７の旋回角も45度と大きく設
定してある。この理由は、保炎性能の向上を図る
ために、旋回角を大きくして頭部燃焼室内径に対
する旋回器１７の旋回部外径を増大させ旋回流に
よつて頭部燃焼室内に生成される循環流領域の拡
大を図つて広範囲の安定燃焼を行なわせる為であ
る。
状について説明する。第３図及び第４図のバーナ
に備えられた旋回器１７の形状は、第５図にその
拡大図にて表わす如く、ボス比D1／D2＝0.44と
従来の一般のバーナの旋回器のボス比0.5〜0.7よ
り小さく形成してあり、また旋回器と頭部燃焼室
１８との内径の比D2／D3＝0.64と従来の一般の
バーナの比D2／D3＜0.5よりも大きく形成してあ
る。また、旋回器１７の旋回角も45度と大きく設
定してある。この理由は、保炎性能の向上を図る
ために、旋回角を大きくして頭部燃焼室内径に対
する旋回器１７の旋回部外径を増大させ旋回流に
よつて頭部燃焼室内に生成される循環流領域の拡
大を図つて広範囲の安定燃焼を行なわせる為であ
る。
第６図に本実施例の予混合旋回バーナを用いた
燃焼実験結果を示す。図より明らかな様に、本予
混合旋回バーナの上限吹消え過剰率λPは約1.7で
ある。またNOxの低減率はこのλPが大きい程有
利であることから、70％のNOx低減化と安定燃
焼とを両立させる範囲は、第６図から本予混合旋
回バーナではλPが約1.2〜1.6の範囲に設定すれ
ば、安定且つ信頼性の高い燃焼が可能となること
が実験により確認出来た。
燃焼実験結果を示す。図より明らかな様に、本予
混合旋回バーナの上限吹消え過剰率λPは約1.7で
ある。またNOxの低減率はこのλPが大きい程有
利であることから、70％のNOx低減化と安定燃
焼とを両立させる範囲は、第６図から本予混合旋
回バーナではλPが約1.2〜1.6の範囲に設定すれ
ば、安定且つ信頼性の高い燃焼が可能となること
が実験により確認出来た。
第７図は本実施例の予混合旋回バーナを装着し
た第１図に示す燃焼器全体（後部燃焼室の第２段
バーナ作動時）における燃焼実験結果を表わした
ものである。図より一点鎖線で示す従来の希薄燃
焼方式と比較して実線で示した本実施例の予混合
旋回バーナを装着した燃焼器の方が70％のNOx
低減率を達成することが可能となる。更に本実施
例のものは、従来の拡散燃焼に較べて燃焼負荷率
で約２倍大きく、予混合燃焼による改善がなされ
ていることを表わしている。尚、実線で示した本
実施例では、予混合旋回バーナのλPは1.5の場合
を示している。
た第１図に示す燃焼器全体（後部燃焼室の第２段
バーナ作動時）における燃焼実験結果を表わした
ものである。図より一点鎖線で示す従来の希薄燃
焼方式と比較して実線で示した本実施例の予混合
旋回バーナを装着した燃焼器の方が70％のNOx
低減率を達成することが可能となる。更に本実施
例のものは、従来の拡散燃焼に較べて燃焼負荷率
で約２倍大きく、予混合燃焼による改善がなされ
ていることを表わしている。尚、実線で示した本
実施例では、予混合旋回バーナのλPは1.5の場合
を示している。
以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば低NOx化が図れると共に、安定燃焼を得る信
頼性の高い予混合旋回バーナが実現出来るという
効果が得られる。
ば低NOx化が図れると共に、安定燃焼を得る信
頼性の高い予混合旋回バーナが実現出来るという
効果が得られる。
第１図は本発明の一実施例である予混合旋回バ
ーナを装着したガスタービン燃焼器の全体構造
図、第２図は第１図に示したガスタービン燃焼器
の燃料制御方式を表わす燃料流量とガスタービン
負荷との関係図、第３図は本発明の一実施例であ
る予混合旋回バーナの詳細構造を示す断面図、第
４図は本発明の他の実施例である予混合旋回バー
ナの断面図、第５図は第３図及び第４図に示す予
混合旋回バーナに備えられた旋回器を表わす部分
断面図、第６図は第３図及び第４図に示す予混合
旋回バーナの燃焼特性図、第７図は第１図に示す
ガスタービン燃焼器のNOx濃度とガスタービン
負荷との関係図である。 ２……燃焼器、１４……予混合室、１６……予
混合旋回バーナ、１７……旋回器、１８……頭部
燃焼器、２７……燃料ガス、１１……空気、３４
……バーナ本体、３８……多孔板、３９……混合
ガス流路、４０……拡大部、４１……偏流防止
筒、４４……燃料ガスチヤンバ、４５……燃料ガ
ス噴口、４７……空気導入管、４８……バーナ外
枠、５１……燃料ガス導入管、５２……混合旋回
羽根、５５……燃料ガス噴霧装置。
ーナを装着したガスタービン燃焼器の全体構造
図、第２図は第１図に示したガスタービン燃焼器
の燃料制御方式を表わす燃料流量とガスタービン
負荷との関係図、第３図は本発明の一実施例であ
る予混合旋回バーナの詳細構造を示す断面図、第
４図は本発明の他の実施例である予混合旋回バー
ナの断面図、第５図は第３図及び第４図に示す予
混合旋回バーナに備えられた旋回器を表わす部分
断面図、第６図は第３図及び第４図に示す予混合
旋回バーナの燃焼特性図、第７図は第１図に示す
ガスタービン燃焼器のNOx濃度とガスタービン
負荷との関係図である。 ２……燃焼器、１４……予混合室、１６……予
混合旋回バーナ、１７……旋回器、１８……頭部
燃焼器、２７……燃料ガス、１１……空気、３４
……バーナ本体、３８……多孔板、３９……混合
ガス流路、４０……拡大部、４１……偏流防止
筒、４４……燃料ガスチヤンバ、４５……燃料ガ
ス噴口、４７……空気導入管、４８……バーナ外
枠、５１……燃料ガス導入管、５２……混合旋回
羽根、５５……燃料ガス噴霧装置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 端部に旋回器を設置したバーナ本体と、該バ
ーナ本体を内部に収容し、空気配管を配設したバ
ーナ外枠体と、該バーナ外枠体内に設置され前記
バーナ本体の外周を覆う筒状体とを備え、前記筒
状体の内周側には空気と燃料とを混合させて該旋
回器に流下させる予混合室を形成し、 前記予混合室を区画する筒状体及びバーナ本体
の少なくとも一方側を流れの上流側に向つて予混
合室の流路面積が漸減するように形成配置し、 更に、前記予混合室内の前記旋回器に近い側に
多孔板部材を配設したことを特徴とする予混合旋
回バーナ。 ２ 燃料を予混合室に噴霧する燃料噴霧ノズルを
前記筒状体の内周側に配設したことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の予混合旋回バーナ。 ３ 前記バーナ本体内部に燃料を導く流路を形成
し、該筒状体の入口部近傍の予混合室に面した前
記バーナ本体外面に燃料噴射ノズル部を設置した
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の予
混合旋回バーナ。 ４ 前記バーナ外枠体に連通した空気配管から流
入する空気流が前記筒状体の外壁面に衝突するよ
うに該空気配管を筒状体の伸延方向と交叉させて
配設したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の予混合旋回バーナ。 ５ バーナ本体の外径を流れの上流側に向つて大
径となるように形成したことを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の予混合旋回バーナ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56090863A JPS57207711A (en) | 1981-06-15 | 1981-06-15 | Premixture and revolving burner |
| DE19823222347 DE3222347A1 (de) | 1981-06-15 | 1982-06-14 | Schwingbrenner mit vormischung |
| US06/677,244 US4587809A (en) | 1981-06-15 | 1984-12-03 | Premixing swirling burner |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56090863A JPS57207711A (en) | 1981-06-15 | 1981-06-15 | Premixture and revolving burner |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57207711A JPS57207711A (en) | 1982-12-20 |
| JPS637283B2 true JPS637283B2 (ja) | 1988-02-16 |
Family
ID=14010383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56090863A Granted JPS57207711A (en) | 1981-06-15 | 1981-06-15 | Premixture and revolving burner |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4587809A (ja) |
| JP (1) | JPS57207711A (ja) |
| DE (1) | DE3222347A1 (ja) |
Families Citing this family (44)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5193995A (en) * | 1987-12-21 | 1993-03-16 | Asea Brown Boveri Ltd. | Apparatus for premixing-type combustion of liquid fuel |
| CN1017744B (zh) * | 1988-12-26 | 1992-08-05 | 株式会社日立制作所 | 低氮氧化物锅炉 |
| CH678757A5 (ja) * | 1989-03-15 | 1991-10-31 | Asea Brown Boveri | |
| US5207064A (en) * | 1990-11-21 | 1993-05-04 | General Electric Company | Staged, mixed combustor assembly having low emissions |
| US5165241A (en) * | 1991-02-22 | 1992-11-24 | General Electric Company | Air fuel mixer for gas turbine combustor |
| GB9112537D0 (en) * | 1991-06-11 | 1991-07-31 | Haser Co Ltd | Generator |
| EP0534685A1 (en) * | 1991-09-23 | 1993-03-31 | General Electric Company | Air staged premixed dry low NOx combustor |
| US5259184A (en) * | 1992-03-30 | 1993-11-09 | General Electric Company | Dry low NOx single stage dual mode combustor construction for a gas turbine |
| US5218824A (en) * | 1992-06-25 | 1993-06-15 | Solar Turbines Incorporated | Low emission combustion nozzle for use with a gas turbine engine |
| US5295352A (en) * | 1992-08-04 | 1994-03-22 | General Electric Company | Dual fuel injector with premixing capability for low emissions combustion |
| US5461865A (en) * | 1994-02-24 | 1995-10-31 | United Technologies Corporation | Tangential entry fuel nozzle |
| US5471840A (en) * | 1994-07-05 | 1995-12-05 | General Electric Company | Bluffbody flameholders for low emission gas turbine combustors |
| US5479773A (en) * | 1994-10-13 | 1996-01-02 | United Technologies Corporation | Tangential air entry fuel nozzle |
| DE4446842B4 (de) * | 1994-12-27 | 2006-08-10 | Alstom | Verfahren und Vorrichtung zum Zuleiten eines gasförmigen Brennstoffs in einen Vormischbrenner |
| US5769317A (en) * | 1995-05-04 | 1998-06-23 | Allison Engine Company, Inc. | Aircraft thrust vectoring system |
| US5850732A (en) * | 1997-05-13 | 1998-12-22 | Capstone Turbine Corporation | Low emissions combustion system for a gas turbine engine |
| US6176087B1 (en) * | 1997-12-15 | 2001-01-23 | United Technologies Corporation | Bluff body premixing fuel injector and method for premixing fuel and air |
| US6026645A (en) * | 1998-03-16 | 2000-02-22 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Fuel/air mixing disks for dry low-NOx combustors |
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| JP4655464B2 (ja) * | 2003-09-24 | 2011-03-23 | 日産自動車株式会社 | 燃料改質装置 |
| WO2006099033A1 (en) | 2005-03-10 | 2006-09-21 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Method of starting up a direct heating system for the flameless combustion of fuel and direct heating of a process fluid |
| CN101163918A (zh) | 2005-03-10 | 2008-04-16 | 国际壳牌研究有限公司 | 一种用于燃料燃烧和加热工艺流体的传热系统以及使用该系统的工艺 |
| WO2008097320A2 (en) * | 2006-06-01 | 2008-08-14 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Premixing injector for gas turbine engines |
| CN101504140B (zh) * | 2008-02-04 | 2011-05-11 | 林光湧 | 低排放高效节能燃烧器 |
| US9126210B1 (en) * | 2008-08-12 | 2015-09-08 | Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College | Efficient premixing fuel-air nozzle system |
| US20120174591A1 (en) * | 2009-09-24 | 2012-07-12 | Matthias Hase | Fuel Line System, Method for Operating of a Gas Turbine, and a Method for Purging the Fuel Line System of a Gas Turbine |
| EP2434222B1 (en) * | 2010-09-24 | 2019-02-27 | Ansaldo Energia IP UK Limited | Method for operating a combustion chamber |
| RU2464494C1 (ru) * | 2011-05-20 | 2012-10-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет" (С(А)ФУ) | Топочное устройство с охлаждаемым подом |
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