JP3512455B2 - 燃焼機関、ガスタービングループ燃焼室又は燃焼設備の運転用のバーナ - Google Patents
燃焼機関、ガスタービングループ燃焼室又は燃焼設備の運転用のバーナInfo
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Description
の燃焼の他に、高反応性気体成分を含む平均発熱量の燃
料の燃焼のためにも使用することができる、燃焼機関、
ガスタービングループ燃焼室又は燃焼設備の運転用のバ
ーナに関する。
ほぼ10MJ/kg〜25MJ/kgの平均発熱量を有
する燃料は、火炎伝播速度が高くかつ点火遅れが少ない
という特徴を有している。このような燃料はとくに硫
黄、残滓油、タール及びカーボンを酸素を吹き付けなが
ら気化するさいに発生する。この気化生成物は大部分
が、H2:CO最大容量比0.9の水素及び一酸化炭素
から成っている。
及び窒素で希釈されなければならない。その結果、火炎
伝播速度が著しく低下し、点火遅れが増大し、発熱量は
10MJ/kgより小さくなる。
ン内で燃焼させるために希釈媒体を燃焼室圧力レベルま
で圧縮しなければならず、また大きな燃料導管横断面を
必要とし、かつまた希釈媒体が燃焼箇所になければなら
ない点にある。最後の事項は、十分な量及び質の水又は
窒素がえられない場合には特に問題になる。
例えばEP0518072号及びEP0521325号
明細書から公知の2重円錐型バーナでは、従来、液体燃
料及び低反応性気体燃料の燃焼しか可能でなかった。高
反応性気体成分、例えば水素を含んだ燃料を直接燃焼さ
せることはこれまで上記のバーナでは実現できなかっ
た。
ての欠点を排除しようとするものである。本発明の課題
は、通常の油又は天然ガスの燃焼の他に高反応性気体成
分を含む平均発熱量の燃料を、その燃焼前に水蒸気及び
窒素で希釈する必要なしに、使用することができる、燃
焼機関、がスタービングループ燃焼室又は燃焼設備の運
転用のバーナ及び該バーナの運転法を提供することにあ
る。
れば、請求項1の上位概念部に記載されたバーナにおい
て、高反応性気体成分を含む平均発熱量の燃料のため
に、バーナ出口の近くに、それもバーナ出口からバーナ
呼び直径の最大で30%までの長さに相当する距離だけ
離して、少なくとも1列のノズルが部分円錐体の周囲に
設けられており、かつ高反応性成分のために燃料導管及
び、ノズル範囲に配置された分配通路が設けられてお
り、この場合気体燃料の噴射のための両系が互いに無関
係独立に配置されていることによって解決されている。
法において、高反応性燃料を高速でバーナ出口の近くに
おいて、高速空気領域内へ噴射し、かつ燃料噴流の侵入
深さ及び方向を、混合後にバーナの後方ではじめて点火
が行われるように、調整することによって、解決されて
いる。
要とされた、高反応性気体成分を含む燃料の、窒素及び
水蒸気による希釈化及び該希釈媒体の燃焼室圧力への圧
縮が不要な点にある。さらに、ガスタービンの諸条件下
において燃料の安定したかつ有害物質のない燃焼がえら
れることにある。バーナ内において燃料系は互いに無関
係独立に配置されているから、該バーナは、既に公知の
天然ガス及び油による運転においても完全に機能するこ
とができる。
%より小であるのが特に有利である。
有利である。
関係独立の系の一方の系によって高い発熱量及び低い反
応性を有する燃料が、また他方の系によって高反応性の
平均発熱量の燃料が案内されるようにするのが合理的で
ある。
た気体燃料を用いた両気体噴射形式での混合運転で運転
されるか又は選択的に1つの液体燃料を用いて運転され
るようにするのが有利である。
る。
ントだけが図示されている。媒体の流動方向は矢印で示
されている。
分の中空の部分円錐体1及び2から成り、これらの部分
円錐体は互いに上下にずらされている。このような構成
により、バーナは2重円錐型バーナと呼ぶことができ
る。部分円錐体1,2の各中心軸線の半径方向のずれに
より、部分円錐体1,2の両側にそれぞれ1つの接線方
向の空気流入スリット4及び5が形成され、これらを通
って燃焼空気12が2重円錐型バーナの内室内へ、即ち
円錐中空室6内へ流入する。両部分円錐体1,2はそれ
ぞれ1つの円筒形始端部1a,2aを有し、これらは。
部分円錐体1,2と同様に互いにずらされており、その
結果始端部の部位から既に接線方向の空気流入スリット
4,5が存在している。この円筒形始端部1a,2a内
には、液体燃料を供給するノズル3が設けられている。
2重円錐型バーナは勿論また円筒形始端部1a,2aな
しに構成されていることも可能である。両部分円錐体
1,2はそれぞれ1つの燃料導管7,8を有し、これら
の導管は燃料ノズル9を有し、該ノズルから気体燃料1
4が流入し、該気体燃料は接線方向の空気流入スリット
4,5を通って流れる燃焼空気と混合される。燃料導管
7,8は接線方向の空気流入スリット4,5の端部に配
置されており、その結果ここで燃料14と流入する燃焼
空気12との混合が行われる。
能である。2重円錐型バーナはバーナ出口にフロントプ
レート16を有している。ノズル3を通って流入する液
体燃料13は鋭角で円錐中空室6内へ噴射される。この
液体燃料噴流コーンプロフィルは次いで接線方向で流入
し回転する燃焼空気12に取り囲まれる。気体燃料14
が噴射されると、接線方向の空気流入スリット4,5の
端部で直接燃焼空気12との混合気生成が行われる。気
体燃料13がノズルから噴射されると、戻り流領域の範
囲で申し分のない均一な燃料分配がえられる。点火自体
はバーナの外側の戻り流領域の先端部で行われる。天然
カス及び油での2重円錐型バーナの上記の運転はすでに
公知である。
れもバーナ呼び直径(バーナの最大内のり幅に等しい)
の最大で30%までの長さに等しい距離だけ離れた部位
における両部分円錐体1,2の周囲に、高反応性気体成
分を含む平均発熱量を有する燃料15のための噴射箇所
(ノズル10)が配置されている。燃料15は燃料導管
11を介して、部分円錐体1,2の周囲にあるノズル1
0の範囲に配置されている分配通路17に供給される。
次いでこの燃料はノズル10を通って円錐中空室6内に
噴射され、ここで燃焼空気と混合される。
されていてかつ半径方向に向けられている。勿論本発明
のさらに別の実施例としてこれらのノズル10を複数列
配置することも可能である。申し分のない混合をうるた
めにノズル10を軸方向に、かつ所定の方位に配列する
のが有利である。ノズル10はできるだけ、全燃焼空気
との完全混合が行われるように方向付けられているよう
にすべきである。
体1,2の周囲にほぼ15個のノズル10が必要であ
る。この場合1つのノズル10の直径はバーナ呼び直径
の1%より小である。従って該バーナはマイクロ火炎バ
ーナと呼ぶことができる。
(1つは燃料導管7,8及びノズル9、1つは燃料導管
11、分配通路17及びノズル10)は互いに離して配
置されている。化学量論的条件に近い条件下で極めて高
い火炎温度を有する高反応性燃料でのバーナ運転時の特
別な困難は、空気中に含まれる窒素が酸素と反応して窒
素酸化物を形成する高温領域が極めて容易に発生するこ
とに基づく。燃料は従って、火炎温度を下げて窒素酸化
物を殆ど生じないようにするためには、火炎先端の手前
で、ほぼ8倍の質量の空気と混合されなければならな
い。従ってマイクロ火炎を有する本発明の2重円錐型バ
ーナは、高反応性の燃料15が高速でバーナ出口の近く
に配置されたノズル10を通って高い空気速度の領域内
へ噴射されるように、運転され、この場合燃料噴流の侵
入深さ及び方向は、点火及び火炎の安定化が、混合が行
われた後にバーナ出口の後方ではじめて行われるよう
に、設定される。
は、一方では高い発熱量の低い反応性の燃料14が、他
方では高反応性の平均発熱量の燃料15が案内される。
2重円錐型バーナは、1つ又は2つの異なる気体燃料1
4,15を用いた両噴射形式での混合運転で、又は選択
的に1つの液体燃料13で運転することができる。
反応性燃料に対して以下の利点を有している。
これによりバーナの過熱が確実に避けられる。
極めて迅速に行われる。
所で安定した点火が行われるため、火炎が極めて安定し
て燃焼する。
合でも有害物質エミッションが少ない。
配置されているため、既に公知の天然ガス及び油による
運転においても申し分なく機能する。
合部分的断面図で接線方向での空気供給を示す。
錐体、 2a 円筒形始端部、 3 液体燃料用のノズ
ル、 4 接線方向の空気流入スリット、 5接線方向
の空気流入スリット、 6 円錐中空室、 7 燃料導
管、 8 燃料導管、9 気体燃料用の燃料ノズル、
11 高反応性気体燃料用の燃料ノズル、 12 燃
焼空気、 13 液体燃料、 14 気体燃料、 15
高反応性気体燃料、 16 フロントプレート、 1
7 分配通路
Claims (7)
- 【請求項1】 燃焼機関、ガスタービングループ燃焼室
又は燃焼設備の運転用のバーナであって、該バーナが、
主として、少なくとも2つの半分の中空の部分円錐体
(1,2)から成り、該部分円錐体の縦方向対称軸線が
互いに半径方向でずらされていて、燃焼空気流のための
少なくとも2つの接線方向の空気流入スリット(4,
5)が形成されており、両部分円錐体(1,2)によっ
て形成された円錐中空室(6)内のバーナヘッドに、液
体燃料を円錐中空室(6)内へ噴射するための少なくと
も1つのノズル(3)が配置されており、かつ部分円錐
体(1,2)の接線方向の空気流入スリット(4,5)
の範囲に、さらに別の気体燃料供給手段(7,8,9)
が付加可能である形式のものにおいて、高反応性気体成
分を含む平均発熱量の燃料(15)のために、バーナ出
口の近くに、それもバーナ出口からバーナ呼び直径の最
大で30%までの長さに相当する距離だけ離して、少な
くとも1列のノズル(10)が部分円錐体(1,2)の
周囲に設けられており、かつ高反応性燃料(15)のた
めの1つの燃料導管(11)並びに、ノズル(10)の
範囲に配置された分配通路(17)が設けられており、
気体燃料(14,15)を噴射するための両系が互いに
無関係独立に配置されていることを特徴とする、燃焼機
関、ガスタービングループ燃焼室又は燃焼設備の運転用
のバーナ。 - 【請求項2】 個々の各ノズル(10)の直径がバーナ
呼び直径の1%よりも小であることを特徴とする、請求
項1記載のバーナ。 - 【請求項3】 15個のノズル(15)を有することを
特徴とする、請求項2記載のバーナ。 - 【請求項4】 高反応性気体成分を含む平均発熱量の燃
料(15)を高速でバーナ出口の近くにあるノズル(1
0)から高速空気流領域へ噴射しかつ燃料噴流の侵入深
さ及び方向を互いに、混合後にバーナ後方ではじめて点
火が行われるように、調整することを特徴とする、請求
項1記載のバーナの運転法。 - 【請求項5】 気体燃料噴射用の2つの互いに無関係独
立の系の一方の系で高い発熱量を有する低い反応性の燃
料(14)が案内され、他方の系で平均発熱量の高反応
性燃料(15)が案内されることを特徴とする、請求項
4記載のバーナの運転法。 - 【請求項6】 バーナを1つ又は2つの異なる気体燃料
(14,15)を用いた両気体噴射形式での混合運転で
運転することを特徴とする、請求項4記載のバーナの運
転法。 - 【請求項7】 バーナを1つの液体燃料で運転すること
を特徴とする、請求項4記載のバーナの運転法。
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