(57)【要約】【課題】低エミッションの液体燃料用低スワールバーナを実現する。【解決手段】燃焼筒１の頂部に設けられた液体燃料用スワールバーナ２は、予混合管７に旋回方向の異なるスワラー１０，１２を設けたパイロット用低スワールバーナ５を中心とし、主混合管８に旋回方向の異なるスワラー１４，１６を設けたメイン用低スワールバーナ６をその外側に同心円状に配置してなる。パイロット及びメインの両スワールバーナが共に低スワールバーナであるため、燃焼が安定して完全燃焼がなされ、ＮＯｘ等の低エミッション化を達成できる。また、火炎の根本がバーナに接触する範囲が狭い浮上がり火炎となるため、バーナそのものが過熱されにくく、耐久性が高い。【選択図】図５
2006329587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼筒の頂部に設けられる液体燃料用スワールバーナにおいて、
前記燃焼筒の頂部に接続開口される予混合管と、前記予混合管の入口に設けられた旋回方向の異なる複数の環状のスワラーとを有するパイロット用低スワールバーナと、
前記予混合管の外側に同心状となるように配置されて燃焼筒の頂部に接続開口される主混合管と、前記主混合管と前記予混合管の間の入口に設けられた旋回方向の異なる複数の環状のスワラーとを有するメイン用低スワールバーナと、
前記パイロット用低スワールバーナの予混合管と前記燃焼筒の接続部分に設けられ、前記パイロット用低スワールバーナの流れと前記メイン用低スワールバーナの流れの干渉を防止するフレームホルダと、
を有することを特徴とする液体燃料用スワールバーナ。
【請求項２】
前記予混合管の内径を、前記フレームホルダに向けて徐々に絞るように構成したことを特徴とする請求項１記載の液体燃料用スワールバーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンや、ボイラーなどにおいて液体燃料を燃焼するための燃焼装置に適用される液体燃料用スワールバーナに関する。
【背景技術】
【０００２】
本願出願人は、下記特許文献１において、ガス又は液体燃料用のスワールバーナを提案した。このスワールバーナは、ガス又は液体燃料用の燃料ノズルを中心として、内側に左旋回の第１スワーラ、その外側に右旋回の第２スワーラを設けたもので、予混合管は断面が実質的に円形で出口に向けて断面積が減少する略中空円錐台形状である。このスワールバーナによれば、混合気の旋回による保炎促進効果を損なうことなく、逆火を起こしにくくすることができる。
【特許文献１】特開２００３−１９４３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のスワールバーナを液体燃料用の低スワールバーナに適用しようとした場合には、燃料弁が４個（パイロット２個及びメイン２個）必要であること及びパイロットとメインの干渉が避けられないことという実用上の課題があった。一方、ガス燃料用の低スワールバーナの場合には、バーナの下流に均一な乱流速度場を得るための部材として、バーナの中心部にパンチングプレート（多数の通孔が形成された平板状部材）などが設けられているのが通常である。そして、液体燃料用のスワールバーナの場合においても、同様の保炎機構により予混合希薄燃焼させるためには、同様の流れ場が必要であり、従ってガス燃料用のスワールバーナにおけるパンチングプレートと同様の機構が必要であると考えられる。
【０００４】
しかし、液体燃料用のスワールバーナにおいて液体燃料を予混合希薄燃焼させるためには、燃料の微粒子化、予蒸発、予混合という過程が必要であり、通常予蒸発と予混合は同一空間内で行うのであるが、前記のようなパンチングプレートの如き部材が存在すると、未蒸発成分がパンチングプレートに付着し、蒸発過程を阻害するおそれがある。
【０００５】
そこで本発明は、以上の課題を解決するものであり、その目的とするところは、液体燃料を確実に微粒化、予蒸発、予混合でき、安定した火炎を保持して広い動作領域を達成し、これにより、低エミッションの液体燃料用低スワールバーナを実現でるようにした液体燃料用スワールバーナを提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載された液体燃料用スワールバーナは、
燃焼筒の頂部に設けられる液体燃料用スワールバーナにおいて、
前記燃焼筒の頂部に接続開口される予混合管と、前記予混合管の入口に設けられた旋回方向の異なる複数の環状のスワラーとを有するパイロット用低スワールバーナと、
前記予混合管の外側に同心状となるように配置されて燃焼筒の頂部に接続開口される主混合管と、前記主混合管と前記予混合管の間の入口に設けられた旋回方向の異なる複数の環状のスワラーとを有するメイン用低スワールバーナと、
前記パイロット用低スワールバーナの予混合管と前記燃焼筒の接続部分に設けられ、前記パイロット用低スワールバーナの流れと前記メイン用低スワールバーナの流れの干渉を防止するフレームホルダと、
を有することを特徴としている。
【０００７】
請求項２に記載された液体燃料用スワールバーナは、請求項１記載の液体燃料用スワールバーナにおいて、前記予混合管の内径を、前記フレームホルダに向けて徐々に絞るように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
したがって、請求項１の発明によれば、パイロット及びメインの両スワールバーナが共に低スワールバーナであるため、燃焼が安定して完全燃焼がなされ、ＮＯｘ，ＣＯ，ＴＨＣなどの排出を防止でき、低エミッションを達成できる。
【０００９】
また、メイン用低スワールバーナから燃焼筒内に入る空気−気化燃料混合物は、フレームホルダ先端から吹出すパイロット用低スワールバーナからの火炎に接触して火炎を燃焼筒内に吹出し、火炎の根本がバーナに接触する範囲が狭い浮上がり火炎となるため、バーナそのものが過熱されにくく、耐久性が高い。
【００１０】
さらに、パイロット及びメインの両スワールバーナを同心円状に配置構成したので、パイロットバーナとメインバーナをそれぞれ独立に構成して複数並列配置した場合に比べ、１つのバーナで対応できるため、構成部品の削減と制御の大幅な削減が可能である。
【００１１】
請求項２の発明によれば、予混合管を中心とした直進流を形成でき、最大くびれ位置で空気−気化燃料混合物の流速が最大となり、その先端の拡径した部分からパイロット用の火炎が燃焼筒内にでるため、火炎の後退がなく、メイン用低スワールバーナからの火炎吹出しに伴うクエンチング防止効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の最良の実施の形態につき、添付図面を参照して説明する。
図１は本発明に係るタービン燃焼器の全体構成を示す側断面図、図２は同燃焼器に用いる液体燃料用スワールバーナを火炎吹出し口側から見た斜視図、図３は同バーナを頂部側から見た斜視図、図４は同バーナからパイロット用火炎を吹出している状態を示す拡大断面図、図５は同バーナからメイン用の火炎を吹出している状態を示す拡大断面図である。
【００１３】
図１において、タービン燃焼器は、頂部が閉塞され、下部が開口され、この下部開口が図示しないタービンの給気側に連通された大略円筒形状の燃焼筒１と、燃焼筒１の頂部中心位置に配置され、その下部開口を燃焼筒１内に向けた液体燃料用スワールバーナ２と、前記燃焼筒１の頂部及び外周を包囲する空気取入用の外筒３と、外筒３の頂部を貫通して前記液体燃料用スワールバーナ２の上部中央に接続されたパイロット用の燃料噴射ノズル４と、前記液体燃料用スワールバーナ２の上部側方に接続されたメイン用の燃料供給管３０とを備えている。
【００１４】
前記液体燃料用スワールバーナ２は、図２〜図４に示すように、中心側に形成されたパイロット用低スワールバーナ５と、これの周囲に同心状に配置・構成されたメイン用低スワールバーナ６とを有している。
【００１５】
中心側のパイロット用低スワールバーナ５は、燃焼筒１の頂部に接続開口される予混合管７と、予混合管７の拡径した入口に設けられた旋回方向の異なる２つの環状のスワラー１０，１２と、両スワラー１０，１２の間を区画する環状の隔壁１１とを有している。
【００１６】
前記予混合管７は、燃焼筒１に向けて内径が徐々に絞られる逆円錐台形状の筒体であり、最も細径の最大くびれ位置７ａにおいて、燃焼筒１に向けて内径が拡大する円錐台形状の筒体であるフレームホルダ２０に接続・連通し、このフレームホルダ２０において燃焼筒１の頂部に接続開口している。
【００１７】
前記燃料噴射ノズル４は、パイロット用低スワールバーナ５の頂部において、中心側のスワラ１０の中心に挿入されており、パイロット用の液体燃料を供給するように構成されている。
【００１８】
パイロット用低スワールバーナ５は、旋回方向の異なる２つの環状のスワラー１０，１２を備えることにより比較的弱いスワールを発生してバーナ下流に拡大流を形成することができるので、乱流燃焼速度と燃焼場の流速が釣り合うところで保炎が可能であり、浮き上がった状態で火炎を保持することができる。
【００１９】
外周側のメイン用低スワールバーナ６は、予混合管７の外側に同心状となるように配置されて燃焼筒１の頂部に接続開口される主混合管８と、主混合管８と予混合管７の間の入口に設けられた旋回方向の異なる２つの環状のスワラー１４，１６と、両スワラー１４，１６の間を区画する環状の隔壁１５とを有している。
【００２０】
前記主混合管８の形状は、くびれ部分を有する前記予混合管７及びフレームホルダ２０の外面にほぼ沿っており、両混合管７，８の間には所定寸法の隙間が設けられている。
【００２１】
前記予混合管７の頂部外周には、燃料供給溝７ｂが周状に形成されており、この燃料供給溝７ｂに前記燃料供給管３０がメイン用の液体燃料を供給するように構成されている。この燃料供給溝７ｂに供給された液体燃料は、内側のスワラ１４による旋回流により外側に向けて飛ばされ、隔壁１５に薄い膜を作り、先端で空気流により微粒化され、蒸発することとなる。
【００２２】
メイン用低スワールバーナ６は、旋回方向の異なる２つの環状のスワラー１４，１６を備えることにより比較的弱いスワールを発生してバーナ下流に拡大流を形成することができるので、パイロット用低スワールバーナ５と同様、乱流燃焼速度と燃焼場の流速が釣り合うところで保炎が可能であり、浮き上がった状態で火炎を保持することができる。
【００２３】
以上の構成における燃焼状態について、図４、図５を用いて説明する。
まず図４はパイロット用低スワールバーナ５のみが着火している状態を示し、燃料噴射ノズル４に形成された図示しない噴射孔から噴出する液体燃料のうち比較的細かい液滴はそのまま旋回方向が互いに逆である２つのスワラ１０，１２により形成された空気流と混ざり合い、貫通力の大きな液滴は隔壁１１に衝突して液膜になってから微粒子化されて空気と混合し、フレームホルダ２０の先端より燃焼筒１内に向けて噴出する。そして、この状態で燃焼筒１内に設けた図示しない点火プラグにより混合気流は着火され、流速が最大となる最大くびれ位置７ａから先で火炎Ｆ１が形成され、フレームホルダ２０の先端よりその拡径形状に応じて膨らんだ形状となって燃焼筒１内に向けて吹出し、以後はフレームホルダ２０の出口部分が加熱されるため着火状態が維持され、前記形状に保炎される。
【００２４】
このパイロット用低スワールバーナ５内で作られる混合気流は比較的濃い空燃比であり、始動時より全負荷領域で安定した燃焼形態を得られる。
【００２５】
次に図５に示すように、前記パイロット用低スワールバーナ５が着火している状態で、メイン用低スワールバーナ６を燃焼させる。すなわち、前述する予混合管７の頂部の外周に設けられた燃料供給溝７ｂに燃料供給管３０から液体燃料が供給されると、この液体燃料は内側にあるスワラ１４による旋回流により外側に向けて飛ばされ、隔壁１５に衝突・付着し、薄い膜を作り、先端で空気流により微粒化され、さらに旋回流によって蒸発して空気と混合し、予混合管７と主混合管８との間に形成された空間部を通り、燃焼筒１内に向けて噴出する。そしてこの混合気流が燃焼筒１内に到達した瞬間に前記パイロット用低スワールバーナ５の火炎Ｆ１に接触して着火し、勢いの強い大きな火炎Ｆ２を噴出し、以後この状態が持続する。
【００２６】
メイン用低スワールバーナ６内で作られる混合気流は比較的薄い空燃比であり、これによって燃焼が安定して完全燃焼がなされ、ＮＯｘ，ＣＯ，ＴＨＣなどの排出を防止でき、低エミッションを達成できる。
【００２７】
またパイロット用低スワールバーナ５は、フレームホルダ７の最大くびれ位置７ａで流速が最大となるため、火炎Ｆ１はくびれ位置７ａより内側に後退することがなく、周囲からの火炎Ｆ２の吹出しや、その変動に伴うクエンチング防止効果を得ることができるものとなる。
【００２８】
さらに、メイン用スワールバーナ６からの火炎Ｆ２は燃焼筒１内で発生し、またパイロット用低スワールバーナ５の火炎Ｆ１はフレームホルダ２０より先で発生し、両者共にいわゆる浮上がり火炎となるため、主混合管８及び予混合管７に過度の温度上昇がなく、これにより熱劣化を防止することができるものとなる。
【００２９】
また、本例の液体燃料用スワールバーナによれば、パイロット用バーナとメイン用バーナを同心状の構造で一体に構成したので、パイロット用バーナとメイン用バーナをそれぞれ別体で構成して別個に燃焼筒に取り付ける場合に比べて製造が容易でコストも安価に済む。また、各バーナのスワラーは互いに反対方向に回転する複数スワラーの組み合わせでスワール数が小さくなるように構成されているので、パイロット、メイン共に炎が安定し、混合管の内部やフレームホルダの後方に炎が入り込まない浮き上がり火炎が実現され、装置としての耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係るタービン燃焼器の全体構成を示す側断面図である。
【図２】同燃焼器に用いる液体燃料用スワールバーナを火炎吹出し口側から見た斜視図である。
【図３】同バーナを頂部側から見た斜視図である。
【図４】図４は同バーナからパイロット用火炎を吹出している状態を示す拡大断面図である。
【図５】同バーナからメイン用の火炎を吹出している状態を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  燃焼筒
２  液体燃料用スワールバーナ
５  パイロット用低スワールバーナ
６  メイン用低スワールバーナ
７  予混合管
７ａ  最大くびれ位置
８  メイン混合管
１０，１２  互いに旋回方向が逆である第１、第２のスワラー（パイロット用低スワールバーナ側）
１４，１６  互いに旋回方向が逆である第１、第２のスワラー（メイン用低スワールバーナ側）
２０  フレームホルダ
Ｆ１，Ｆ２  火炎
【図１】
2006329587.tif 000003
【図２】
2006329587.tif 000004
【図３】
2006329587.tif 000005
【図４】
2006329587.tif 000006
【図５】
2006329587.tif 000007