JPH07280268A - 予混合式バーナーを備えたコンバスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 可能な限り希薄な消炎限界の近くで、つまり
実際にＮＯｘを発生させないような範囲でコンバスタを
運転することができる手段を提供する。 【構成】 ドーム５１内へ開口する少なくとも１つのジ
ェットインジェクタ５３が設けられていて、該ジェット
インジェクタの中央ノズル５４が、正面板５２内に穿設
されたポート５５を介して燃焼室５８と連通しており、
かつ該ジェットインジェクタの、前記中央ノズルを包囲
する環状スペース５６が駆動媒体によって負荷されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プレナムチャンバーと
連通するドーム内に配置されておりかつ出口側が、コン
バスタの燃焼室を制限する正面板上に固定されている少
なくとも１つの予混合式バーナーを備え、該予混合式バ
ーナーが燃焼空気を前記ドームから受取りかつ予混合室
内でノズルを介して噴入される燃料を点火に先立って燃
焼空気と強力に混合させる形式のコンバスタに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】第１に火炎がなお燃焼していることによ
って、第２に過量のＣＯが発生しないことによって規定
される最大可能な空気過剰率による燃焼は、有害なＮＯ
ｘ値を減少させるばかりでなく、更にその他の有害物
質、つまりすでに述べたようにＣＯ及び未燃焼炭化水素
を低量にする。これは比較的大きな空気過剰率の選択を
可能にし、その場合差当っては先ず比較的多量のＣＯが
生じるが、該ＣＯは更に反応してＣＯ₂を生成するの
で、究極的にはＣＯ放出量は僅かになる。他面において
空気過剰率が大きいために付加的なＣＯｘは極く少量し
か生じない。この公知のコンバスタでは複数の管状エレ
メントが予混合を引受けるので、負荷調整の場合にはそ
の都度、各運転段階（始動、部分負荷運転及び全負荷運
転の諸段階）のために最適の空気過剰率が生じるような
数の管状エレメントにだけ燃料が供給される。

【０００３】冒頭で述べた形式の保炎式バーナーとして
は所謂「二重円錐形予混合式バーナー」を挙げることが
できる。この形式の二重円錐形バーナーは例えば欧州特
許第０３２１８０９号明細書に基づいて公知であり、こ
れに関しては追って図１及び図２との関連において説明
する。燃料（ここではガス）は入口スリットにおいて、
圧縮機から流れてくる燃焼空気内へ、１列のインジェク
タノズルを介して噴入される。該インジェクタノズルは
概ね入口スリット全体にわたって均等に分配されてい
る。

【０００４】公知のコンバスタ内における混合気の確実
な点火及び充分な燃焼を得るために、燃料と燃焼空気と
の親密な混合が必要である。良好な混合は、コンバスタ
内において殊に不都合なＮＯｘを生成させることになる
所謂「ホットスポット」を避けるためにも寄与する。

【０００５】しかしながら予混合式バーナーを備えたす
べてのコンバスタは、少なくともバーナーの一部分にし
か燃料が供給されないような運転状態において、或いは
個々のバーナーに低減された燃料量が供給されることに
なるような運転状態においては火炎はその安定限界付近
ぎりぎりに位置しているという欠点を有している。事
実、典型的なガスタービン条件下では混合気が著しく希
薄であり、それに伴って火炎温度が低くなることに基づ
いて、空気過剰率が約２．０においてすでに火炎は消炎
限界に達する。

【０００６】この事実によって、コンバスタの運転方式
は比較的複雑になり、それに応じて制御費も高くなる。
予混合式バーナーの運転範囲を拡張する別の可能性は、
バーナーを小さな拡散炎つまりパイロット炎によって支
援する点にある。このパイロット炎は純然たる燃料を受
取るか又は少なくとも予混合不良の状態で受取り、これ
は火炎を安定させはするものの、他面において拡散燃焼
にとって典型的な高いＮＯｘ放出量が生じることにな
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、以上
述べた従来技術の欠点をすべて避けると共に、可能な限
り希薄な消炎限界の近くで、つまり実際にＮＯｘを発生
させないような範囲でコンバスタを運転することができ
る手段を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明の構成手段は、ドーム内へ開口する少なくとも
１つのジェットインジェクタが設けられていて、該ジェ
ットインジェクタの中央ノズルが、正面板内に穿設され
たポートを介して燃焼室と連通しており、かつ該ジェッ
トインジェクタの、前記中央ノズルを包囲する環状スペ
ースが駆動媒体によって負荷されている点にある。

【０００９】

【作用】本発明のこの新規な構成手段により、煙道ガス
つまり排気ガスを戻してバーナーを比較的高い入口温度
で運転することによって予混合式バーナーの運転範囲は
著しく拡張される。達成可能な低い一次温度によって、
ＮＯｘ値を一層低くすることが可能である。

【００１０】バーナーを著しく希薄な混合気で運転でき
ることによって、コンバスタの負荷時及び負荷軽減時に
空気過剰率範囲を横断できる（これは従来の予混合式燃
焼法では概ね実施不能であった）点で、制御が簡単にな
る。

【００１１】主たる運転範囲において消炎限界付近での
運転を保証する新規な手段によって、今日達成可能なＮ
Ｏｘ値２０ｐｐｍを確実に著しく下回ることが可能にな
る。

【００１２】

【実施例】次に図面に基づいて本発明による二重円錐形
予混合式バーナーの実施例を詳説する。なお図面では、
本発明を理解する上で重要な構成エレメントだけを図示
した。従って完全なコンバスタの図示並びに、ガスター
ビン装置、燃料調製装置、制御装置などに対するコンバ
スタの配設関係の図示は省かれている。また作業媒体の
流動方向は矢印で示した。

【００１３】図１に示した周壁によって包囲されたプレ
ナムチャンバー５０は概して、圧縮機（図示せず）から
圧送されてくる燃焼空気を受容してコンバスタ６０に給
送する。正面板５２によって制限された燃焼室５８を有
するコンバスタ６０の上にドーム５１が載設されてい
る。該ドーム内に二重円錐形の予混合式バーナー１１０
は、バーナー出口が少なくともほぼ正面板５２と整合す
るように配置されている。前記コンバスタは環状コンバ
スタであっても、また円筒形のサイロコンバスタであっ
ても良い。図示例は環状コンバスタであるが、このこと
は、正面板５２上に複数のバーナー１１０が全周にわた
つて並列的に均等に配分されてか又は互いにずらして配
置されていることを意味している。外方端部に穿穴され
たドーム壁を介して燃焼空気はプレナムチャンバー５０
からドーム内部へ流入してバーナーに供給される。燃料
は燃料ランス１２０を介してバーナーに供給され、該燃
料ランス１２０はドーム壁及びプレナムチャンバー壁を
貫通している。

【００１４】概略的に図示した予混合式バーナー１１０
は、例えば欧州特許第０３２１８０９号明細書に基づい
て公知になっているような所謂「二重円錐形バーナー」
である。該二重円錐形バーナーは実質的に２つの中空の
部分円錐体１１１，１１２から成り、両方の部分円錐体
は流動方向で互いにギャップをあけて入り組んでいる。
この場合両方の部分円錐体の各中心軸線１１３，１１４
は互いにずらされている。両方の部分円錐体の隣接し合
った壁はその長手延在方向で燃焼空気用の接線方向スリ
ット１１９を形成し、こうして燃焼空気はバーナー内部
へ到達する。該バーナー内部には、液状燃料用の第１の
燃料ノズル１１６が配置されている。燃料は鋭角的に中
空円錐体内へ噴入される。発生する円錐プロフィールの
燃料は、接線方向に流入する燃焼空気によって包囲され
る。燃焼空気との混合に基づいて燃料の濃度は軸方向で
連続的に低減される。図示の例では、バーナーはガス状
の燃料でも同じく運転される。このために前記接線方向
スリット１１９の領域において両方の部分円錐体１１
１，１１２の壁内には、長手延在方向に分配された複数
のガス流入ポート１１７が設けられている。従ってガス
運転中には、燃焼空気との混合気生成はすでに接線方向
スリット１１９のゾーンにおいて始まる。以上のことか
ら判るように、このようにして両燃料種による混合運転
も可能である。

【００１５】バーナー出口１１８では、可能な限り均質
な燃料濃度が、負荷される円環状横断面積全体にわたっ
て生じる。バーナー出口１１８において、所定の僧帽球
面状の逆流ゾーンが生じ、該逆流ゾーンの頂点で点火が
行なわれる。この点に関する限りでは二重円錐形バーナ
ーは前掲の欧州特許第０３２１８０９号明細書に基づい
て公知である。

【００１６】このようなコンバスタにおける状態は例え
ば次の通りである。プレナムチャンバー５０内の燃焼空
気の圧力は１４バール、ドーム内の燃焼空気の圧力は１
３．５バール、ドーム内における燃焼空気の温度は４０
０℃、燃焼室内における高熱ガスの温度は１４００℃で
ある。

【００１７】ところで本発明は、排気の戻しによってバ
ーナー手前における燃焼空気の温度を６００℃に昇温し
ようとするものである。このためにドーム５１内へ開口
するジェットインジェクタ５３が設けられており、該ジ
ェットインジェクタは適当な形式で正面板５２と結合さ
れている。

【００１８】ジェットインジェクタ５３の中央ノズル５
４は、正面板５２内に穿設されたポート５５を介して燃
焼室５８と連通している。該ポート５５は正面板５２上
の自由空間内に位置し、該自由空間は、半径方向でバー
ナーの傍に位置していてもよく、或いは周方向で該バー
ナーからずらされていてもよい。

【００１９】前記中央ノズル５４を包囲しているジェッ
トインジエクタ５３の環状スペース５６は、本例ではプ
レナムチャンバー５０から取出される駆動媒体によって
負荷されている。燃焼空気の圧力は、ドーム５１内部の
圧力を著しく上回ることはない。このために前記環状ス
ペース５６は、正面板５２の上位の環状室５９を介して
プレナムチャンバー５０に接続されている。

【００２０】中央ノズル５４と環状スペース５６はパル
ス変換段６２内へ開口し、該パルス変換段には、圧力を
回復させる目的で出口ディフューザ５７が接続されてい
る。該ディフューザは例えば出口速度が約４０ｍ／ｓｅ
ｃになるように設計されておりかつ約０．７の圧力回復
率を有している場合には、駆動媒体は、ジェットインジ
ェクタ５３への入口における圧力がドーム圧よりも低く
てもよいのは明らかである。従ってジェットインジェク
タ５３の駆動媒体として別の作業媒体例えば冷却空気を
使用することも可能である。ジェットインジェクタその
ものは著しい圧力降下を惹起するのは自明であるので、
従って該ジェットインジェクタのノズル面積の設計は使
用バーナー及びその圧力降下度との関連においてのみ行
なうことができる。

【００２１】本発明は前記の図示の実施例に限定される
ものではない。例えば前記二重円錐形バーナーとは異な
った任意の予混合式バーナーを採用することも可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】コンバスタの部分縦断面図である。

【図２】二重円錐形予混合式バーナーの出口領域の横断
面図（Ａ）並びに円錐頂角領域の横断面図（Ｂ）であ
る。

【符号の説明】

５０ プレナムチャンバー、 ５１ ドーム、 ５
２ コンバスタの正面板、 ５３ ジェットインジ
ェクタ、 ５４ 中央ノズル、 ５５ 正面板のポ
ート、 ５６ 環状スペース、 ５７ 出口ディフ
ューザ、 ５８燃焼室、 ５９ 環状室、 ６０
コンバスタ、 ６１ パルス変換段、 １１０ 二
重円錐形バーナー、 １１１，１１２ 部分円錐体、
１１３，１１４ 中心軸線、 １１６ 燃料ノズ
ル、 １１７ ガス流入ポート、 １１８ 燃焼室
に面したバーナー出口、 １１９ 接線方向スリッ
ト、 １２０ 燃料ランス

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プレナムチャンバー（５０）と連通する
   ドーム（５１）内に配置されておりかつ出口側が、コン
   バスタの燃焼室を制限する正面板（５２）上に固定され
   ている少なくとも１つの予混合式バーナー（１１０）を
   備え、該予混合式バーナーが燃焼空気を前記ドーム（５
   １）から受取りかつ予混合室内でノズルを介して噴入さ
   れる燃料を点火に先立って燃焼空気と強力に混合させる
   形式のコンバスタにおいて、ドーム（５１）内へ開口す
   る少なくとも１つのジェットインジェクタ（５３）が設
   けられていて、該ジェットインジェクタの中央ノズル
   （５４）が、正面板（５２）内に穿設されたポート（５
   ５）を介して燃焼室（５８）と連通しており、かつ該ジ
   ェットインジェクタの、前記中央ノズルを包囲する環状
   スペース（５６）が駆動媒体によって負荷されているこ
   とを特徴とする、予混合式バーナーを備えたコンバス
   タ。
2. 【請求項２】 二重円錐原理に基づいて作動する予混合
   式バーナー（１１０）が実質的に、流動方向で互いに入
   り組んでいる２つの中空の部分円錐体（１１１，１１
   ２）から成り、両方の部分円錐体の各中心軸線（１１
   ３，１１４）が互いにずらされており、しかも両方の部
   分円錐体の隣接し合った壁が、その長手延在方向で接線
   方向スリット（１１９）を形成しており、該接線方向ス
   リットの領域内において両方の部分円錐体の壁内に長手
   延在方向で分配された複数のガス流入ポート（１１７）
   が設けられている、請求項１記載のコンバスタ。
3. 【請求項３】 ジェットインジェクタ（５３）が出口デ
   ィフューザ（５７）を有している、請求項１記載のコン
   バスタ。
4. 【請求項４】 ジェットインジェクタ（５３）の環状ス
   ペース（５６）がプレナムチャンバー（５０）と接続し
   ている、請求項１記載のコンバスタ。