(57)【要約】この発明は、燃焼空気流用渦流発生器（１）と燃料を燃焼空気流（９）に導入する手段とから成り、渦流発生器（１）はバーナーに流入する燃焼空気流用の一つの或いは複数の燃焼空気流入開口を有し、燃料を燃焼空気流に導入する手段は一グループの第一燃料流出開口（１８）を備えた一つの或いは複数の第一燃料供給部（１９）を包含し、流出開口はバーナーの燃焼室側端にバーナー軸線（２５）を中心に分布して配置されているバーナーに関する。このバーナーは一グループの第一燃料流出開口（１８）を備えた一つの或いは複数の第一燃料供給部（１９）は機械的に渦流発生器（１）から分離されていることを特徴としている。このバーナーによって信頼でき且つ確実に合成ガスが噴霧された形態並びに噴霧されていない形態で燃料として使用される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼空気流用渦流発生器（１）と燃料を燃焼空気流に導入する手段とから成り、渦流発生器（１）はバーナーに流入する燃焼空気流用の一つの或いは複数の燃焼空気流入開口を有し、燃料を燃焼空気流に導入する手段は一グループの第一燃料流出開口（１８）を備えた一つの或いは複数の第一燃料供給部（１９）を包含し、流出開口はバーナーの燃焼室側端にバーナー軸線（２５）を中心に分布して配置されているバーナーにおいて、一グループの第一燃料流出開口（１８）を備えた一つの或いは複数の第一燃料供給部（１９）は機械的に渦流発生器（１）から分離されていることを特徴とするバーナー。
【請求項２】
グループの第一燃料流出開口（１８）は一列にバーナー軸線（２５）を中心に分布して配置されていることを特徴とする請求項１に記載のバーナー。
【請求項３】
第一燃料流出開口（１８）によって形成された流出通路は、通路軸線がバーナー軸線（２５）上のバーナーの下流の一点（２１）で交差するような角度に配置されていることを特徴とする請求項１或いは請求項２に記載のバーナー。
【請求項４】
第一燃料流出開口（１８）によって形成された流出通路は、第一燃料流出開口（１８）の異なる下位グループの通路軸線がバーナー軸線（２５）に対してバーナーの下流の異なる点（２１）で交差するような角度に配置されていることを特徴とする請求項１或いは請求項２に記載のバーナー。
【請求項５】
渦流発生器（１）とグループの第一燃料流出開口（１８）を備えた一つの或いは複数の第一燃料供給部（１９）は一部材で一つの構成部材として製造され、特に鋳造され、製造後に分離されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のバーナー。
【請求項６】
グループの第一燃料流出開口（１８）を備えた一つの或いは複数の第一燃料供給部（１９）は、渦流発生器（１）上を移動され得る第一構成部材（２）を形成し、渦流発生器（１）は燃焼室側端にバーナーの内部容積（１１）に対する第一流出開口（１８）を接近させる開口（７）を有することを特徴とする請求項５に記載のバーナー。
【請求項７】
第一構成部材（２）は結合フランジ（３，４）を介して渦流発生器（１）と連結されていることを特徴とする請求項６に記載のバーナー。
【請求項８】
第一燃料供給部（１９）はリングスリットとして渦流発生器（１）の周りに形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のバーナー。
【請求項９】
バーナー軸線（２５）上に燃料ランツ（１４）が配置されており、バーナー内に突き出すことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載のバーナー。
【請求項１０】
一つの或いは複数の第二燃料供給部（２４）は実質的にバーナー軸線（２５）の方向に沿って配置された一グループの第二燃料流出開口を渦流発生器（１）に設けていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載のバーナー。
【請求項１１】
一つの或いは複数の第一燃料供給部（１９）は、一つの或いは複数の第二燃料供給部（２４）より数倍多い容積流を可能とする横断面で構成されていることを特徴とする請求項１０に記載のバーナー。
【請求項１２】
バーナーの内部容積（１１）には内部本体（２２）が配置されており、少なくとも一つの第二燃料供給部（２４）の第二燃料流出開口は実質的にバーナー軸線（２５）の方向に沿って分布されて内部本体（２２）上に配置されていることを特徴とする請求項１０或いは請求項１１に記載のバーナー。
【請求項１３】
予混合燃料供給を独立的に制御する手段が一つの或いは複数の第一燃料供給部（１９）と一つの或いは複数の第二燃料供給部（２４）とに設けられているいることを特徴とする請求項１０乃至請求項１２のいずれか一項に記載のバーナー。
【請求項１４】
渦流発生器（１）は旋回格子として形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９にいずれか一項に記載のバーナー。
【請求項１５】
燃焼空気流入開口（４）は実質的にバーナー軸線（３）の方向に延びている正接流入スリットであることを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載のバーナー。
【請求項１６】
各流入スリットに沿って一グループの第二燃料流出開口を備える第二燃料供給部（２４）が配置されていることを特徴とする請求項１５に記載のバーナー。
【請求項１７】
第一燃料供給部（１９）を介して合成ガスが供給され、第二燃料供給部（２４）を介して天然ガス（２６）が供給されることを特徴とする請求項１０に記載のバーナーを運転する方法。
【請求項１８】
第一燃料供給部（１９）を介して合成ガスが供給され、燃料ランツ（１４）、場合によっては燃料ー水ーエマルジョン（１５）として供給されることを特徴とする請求項９に記載のバーナーを運転する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼空気流用渦流発生器と燃料を燃焼空気流に導入する手段とから成り、渦流発生器はバーナーに流入する燃焼空気流用の燃焼空気流入開口を有し、燃料を燃焼空気流に導入する手段は一グループの第一燃料流出開口を備えた一つの或いは複数の第一燃料供給部を包含し、流出開口はバーナーの燃焼室側端にバーナー軸線を中心に分布して配置されている燃焼室、特にガスタービンの燃焼室で運転するバーナーに関する。
この種のバーナーの好ましい使用分野はガスと蒸気タービン技術にある。
【背景技術】
【０００２】
欧州特許第３２１８０９号明細書（特許文献１）から、複数のシェルから成る円錐状バーナー、即ち二重円錐バーナーが請求項１の上位概念により知られている。複数のシェルから構成された円錐状渦流発生器によって閉鎖渦流が渦流室で発生されて、燃焼室の方向に増大する渦流に基づいて不安定となり、中心部における逆流により環状渦流に移行する。渦流発生器のシェルは、バーナー軸線に沿って正接燃焼空気用空気流入スリットが形成されているように構成されている。この空気流入スリットにおける円錐シェルの流入辺において、予混合ガス、即ちガス状燃料用のガイドが設けられ、バーナー軸線に沿って分布された予混合ガス用流出開口を有する。ガスは流出開口或いは穴によって空気流入隙間を横切って噴霧される。この噴霧は燃焼空気ー燃焼ガスー流の渦流室に発生された渦流と連動されて燃焼空気と燃焼ガス或いは予混合ガスとの良好な混合を奏する。良好な混合はこの予混合燃焼の際には、燃焼過程における低酸化窒素値の前提である。
【０００３】
この種のバーナーを更に改良するために、欧州特許出願公開第７８０６２９号明細書（特許文献２）から、熱発生器用バーナーが知られており、このバーナーは渦流発生器に接続して、燃料と燃焼空気を更に混合する追加的混合区域を有する。この混合区域は、例えば次に接続された管部材として形成され得て、渦流発生器から生じる流れは重要な流れ損失なしに管部材に移行される。追加的混合区域によって混合度合は更に上昇され、それで有害物放出が減少される。
【０００４】
国際特許出願第９３/ １７２７９号明細書（特許文献３）は、円錐形内部体を備える円筒状渦流発生器が設置されている他の公知の予混合バーナーを示す。このバーナーでは予混合ガスは同様に適切な流出開口を備える供給部を介して渦流室に噴霧され、その流出開口は軸方向に延びる空気流入スリットに沿って配置されている。バーナーは円錐形内部体において追加的に燃焼ガス用中央供給部を有し、その燃焼ガスはバーナー出口の傍で渦流室に案内するように噴霧される。追加的案内段はバーナーの始動並びに運転範囲の拡大に役立つ。
【０００５】
欧州特許出願公開第１０７０９１５号明細書（特許文献４）から、燃焼ガスが機械的に渦流発生器から離脱される予混合バーナーは公知である。それにより予め加熱されない或いはほんの僅か予め加熱された燃焼ガス投入の際には応力は熱的延びに基づいて回避される。この場合に渦流発生器は一列の開口を備えており、その開口を通して渦流発生器から機械的に分離される燃料導管はガス予混合運転のために渦流発生器の内部に突き出し、そこで燃焼空気の渦流旋回された流れにガス状燃料を供給する。
【０００６】
先行技術のこの公知の予混合バーナーでは、所謂、渦流安定化した予混合バーナーが重要であり、燃料集合流れは燃焼の過程で燃焼空気集合流れに出来るだけ均一に分布される。燃焼空気はこのバーナー構成種類では正接する空気流入スリットを介して渦流発生器に流入する。燃料、特に天然ガスは典型的に空気流入スリットに沿って噴射される。
【０００７】
ガスタービンにおいて天然ガスと流状燃料の外にジーゼル油、即ちオイル＃２、最近では、合成的に製造されたガス、所謂、MbtuガスとLbtuガスが利用される。これら合成ガスは石炭或いは油残滓の気化によって製造される。これら合成ガスは大部分が水素と一酸化炭素から成ることを特徴としている。これに、より僅かな割合の窒素或いは炭酸ガスのような不活性ガスが加わる。
【０００８】
合成ガスのバーナーの際には、アークバックの高危険に基づいて先行技術のバーナーにおいては天然ガスのために確認された噴霧は維持され得ない。
【０００９】
天然ガスの投入とは異なって、合成ガスにより運転されるバーナーに関する次の特色と要件が明らかになる。合成ガスは先行技術により合成ガスのそれ自体公知の噴霧に依存してほぼ四倍必要であり、噴霧されなかった合成ガスの場合には七倍或いはそれ以上に、比較できる天然ガスバーナーに比べてより多い燃料容積流を必要とするので、バーナーの同じガス孔では明らかに異なる衝撃関係が明らかになる。合成ガス内の水素の高い割合とそれと関連した低い点火温度や水素の高い炎速度に基づいて燃料の高い反応勾配が生じるので、特にバーナー付近においてアークバックの抑制や点火性燃料ー空気混合の滞在時間は研究されなければならない。さらに、合成ガスの安定且つ確実な燃焼は加熱値の十分に大きな範囲のために保証されており、その範囲は気化の処理品質と出発製品、例えば油残滓に基づいて合成ガスは異なって構成されている。それにもかかわらず、燃焼におけるこれらの条件の下で予混合とそれによる典型的に低い放出を達成するために、これら合成ガスは燃焼前に大抵は不活性窒素或いは水蒸気と一緒に噴霧される。その外にそれは燃焼の安定性を改良して、特に水素の高い割合に基づいて内在するアークバックの危険を減少させる。それで、バーナーは種々の構成、特に異なる噴霧の合成ガスを確実に且つ安定に燃焼できなければならない。
【００１０】
さらに、バーナーにより合成ガスの外に、予備燃料、所謂、バックアップ燃料が確実に燃焼され得る。この要件は、極めて複雑に一体化したガス合成化と流れ発生（IGCC、集積ガス化組合せ周期）装置においてより高い自由度による要件から生じる。バーナーはこの種の場合に確実に且つ信頼的に合成ガスとバックアップ燃料、例えばヂーゼル油の混合運転で機能すべきであり、バーナー運転のために個別バーナーの混合運転で利用できる燃料混合スペクトルは最大にすべきである。無論、明細に記して投入された燃料の僅かな放出（酸化窒素≦２５vppm, 一酸化炭素≦５vppm）が保証される。
【００１１】
欧州特許出願公開第６１０７２２号明細書（特許文献５）から、二重円錐形バーナーは公知であり、一グループの合成ガスの燃料流出開口がバーナーの燃焼室側端にバーナー軸線を中心に分布されて渦流発生器に配置されている。この流出開口は個別の燃料導管を介して供給され、噴霧されていない合成ガスによるバーナーの運転を可能とする。
【特許文献１】欧州特許第３２１８０９号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第７８０６２９号明細書
【特許文献３】国際特許出願第９３/ １７２７９号明細書
【特許文献４】欧州特許出願公開第１０７０９１５号明細書
【特許文献５】欧州特許出願公開第６１０７２２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
この先行技術から出発して、本発明の課題は、噴霧されていない合成ガス並びに噴霧された合成ガスに確実且つ安定な燃焼を保証し、高い寿命を有するバーナーを提供することいである。バーナーは特に前記要件を満たし、好ましい実施態様で複数の燃料種類による運転を、混合運転でも可能とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この課題は、特許請求項１によるバーナーによって解決される。バーナーの好ましい構成は、従属請求項の対象である。
【００１４】
本バーナーは公知の方法で燃焼空気流用渦流発生器と燃料を燃焼空気流に導入する手段とから成る。渦流発生器は特に正接してバーナーに生じる燃焼空気流用の燃焼空気流入開口を有する。燃料を燃焼空気流に導入する手段は、一グループの第一燃料流出開口を備える一つの或いは複数の第一燃料供給部を包含し、その第一燃料流出開口はバーナーの燃焼室側端にて、即ちバーナー出口にてバーナー軸線を中心に分布されて配置されている。本バーナーはグループの第一燃料流出開口を備える一つの或いは複数の第一燃料供給部が機械的に渦流発生器から分離されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
渦流発生器の幾何学的形状並びに場合によって存在する渦流室は本バーナーにおいて種々の形式に選定され得て、特に先行技術から知られている幾何学的形状を有する。バーナー軸線を中心にバーナー或いは渦流室の専ら燃焼室側端における第一燃料流出開口の分布によって、合成ガスのアークバックが確実に阻止される。それにもかかわらず、バーナーから発生する燃焼空気による予混合は、保証される。高い水素割合（４５容積％）を備える合成ガスは噴霧されずに燃焼される（Ｈｕ＝１４００ｋＪ／ｋｇ）。それによりバーナーは噴霧されない合成ガス並びに噴霧された合成ガスの確実且つ安定な燃焼を可能とする。それはIGCC処理にこの発明のバーナーを備えたガスタービンを使用する際に保証する。第一燃料供給部の適切に横断面に適合した構成によって高容積流は、先行技術の公知のバーナーの際に天然ガスを供給するのと比較して一つの要因７にまで、確実にバーナー出口における噴霧箇所へ案内される。
【００１６】
本バーナーでは、付属する第一燃料流出開口を備える一つ或いは複数の第一燃料供給部は機械的且つ熱的に渦流発生器或いは渦流発生器を形成して運転中に明らかに加熱するバーナーシェルから分離される。それにより比較的冷たい第一燃料供給部間の熱的応力は次にガス通路と呼ばれ、加熱したバーナーシェルを回避される、或いは少なくとも明らかに減少される。本発明の実施態様では、この発明が実施例で詳細に説明されているように、合成ガス用噴霧範囲はバーナーシェルで完全に切断されている。第一ガス通路は直接にバーナーシェルのこの切断部に係留される。それによりガス通路とバーナーシェルは熱的に且つ機械的に互いに分離され、冷たいガス通路と熱いバーナーシェルの接続箇所におけるデザイン問題は解決されている。特許文献５の構成のような以前の構成は、特に比較的冷たいガス通路と熱いバーナーシェルの接続の際には問題、例えばこの接続箇所における高応力集中の一連の危険を示した。分離による解決策と提案されたデザインによりバーナーの必要な寿命が達成される。
【００１７】
バーナーシェルから個別の燃料ランツの分離は、既に特許文献４から公知である。けれども、本バーナーでは、この機械的分離は初回に周辺均一なガス流入を備える一体的ガス通路により実現される。特許文献４から公知のガス噴霧に比べて、この発明の周辺均一なガス噴霧は燃焼空気中の燃料の実質的に均一な分布によって行われ、それでMbtu燃料とLbtu燃料の使用では、同時に良い炎安定性における優れた放出抑制によって行われる。熱いバーナーシェルに比べて費用のかかる特殊な熱絶縁体は、例えば公知のガス通路挿入体によるように、必要ない。
【００１８】
特にバーナーは一つ或いは複数の第一燃料供給部の傍に渦流体において実質的にバーナー軸線の方向に沿って配置された一グループの第二燃料流出開口を備える一つ或いは複数の第二燃料供給部を有する。選択的に或いは組合せでバーナー軸線に配置された燃料ランツは液状燃料の噴霧のために設けられており、燃料ランツは軸方向に渦流室に突き出す。この追加的燃料供給部の配置と構成は、例えば特許文献１による公知の予混合バーナー技術に、或いは例えば特許文献２或いは特許文献３のような他の構成種類に基づいている。この種のバーナーの幾何学形状は、合成ガスの燃焼、特にMbtu- と Lbtu-燃料の燃焼のためのこの発の特徴により形成され得る。  
【００１９】
一つ或いは複数の他の燃料供給部を備える本バーナーの好ましい実施態様によって多機能バーナーは得られ、異なる燃料を確実に且つ安定に燃焼する。バーナーは特に３５００−１８０００kJ/kg,特に６０００−１５０００kJ/kg,好ましくは６５００−１４５００kJ/kg,或いは７０００−１４０００kJ/kg の発熱量（下発熱量 Hu 或いは低加熱値 LHV )を備えるMbtu合成ガスの安定且つ確実な燃焼を保証する。噴霧されない且つ噴霧された合成ガスの確実且つ安定な燃焼の外に、液状燃料、例えばヂーゼル油は予備燃料として投入され得る。この場合に、投入された燃料は、発熱量において明らかに異なっており、例えばヂーゼル油では Hu ＝４２０００kJ/kg の発熱量を備え、合成ガスでは３５００−１８０００kJ/kg,特に６０００−１５０００kJ/kg,好ましくは６５００−１４５００kJ/kg,或いは７０００−１４０００kJ/kg の発熱量を備える。
【００２０】
追加的燃料として天然ガスの使用も可能である。その際に天然ガスの噴霧は選択的にバーナーヘッド内にバーナーランツによって及び／又は第二燃料供給部を介して行われ得て、その第二燃料供給部は通常には渦流発生器或いは渦流体における空気流入スリットに沿って取り付けられたガス通路によって形成されていて、そのガス通路は専門家に例えば特許文献１から周知である。この方法でバーナーは三つの異なる燃料により運転され得る。
【００２１】
合成ガス、即ち Lbtu-／Mbtu- 燃料の噴霧は第一流出開口を介して半径方向にバーナー出口にて行われる。この流出開口は通路軸線が軸方向噴霧角度αを規定する小さい流出開口である。この流出開口或いは通路の直径Ｄと噴霧角度αとは、縁条件に応じて、例えば特殊なガス構成、放射などに応じて、専門家によって目的に適って選定され得る特殊なパラメータである。その際に噴霧角度はすべての流出開口の通路軸線がバーナー或いは旋回室の下流のバーナー軸線上の一点を交差するように選定され得る。所望の放射における使用された合成ガスの最適適合を達成するために、噴霧角度は通路軸線が従属グループの流出開口により異なる点にて交差するように選定され得る。この方法で噴出された燃料の任意の分布がバーナー出口にて達成され得る。その際に噴霧角度はバーナー半径に対して変更され得る。
【００２２】
合成ガスの燃焼用の燃料供給部はデザインでは７倍までの大きな燃料容積流で適合されて特に必要な貫流横断面を利用される。この場合に燃料供給部は天然ガス用供給部と比較して数倍の横断面を有する。
【００２３】
燃料として油の投入の際に先行技術から公知のデザインはバーナーランツを介して油或いは油ー水エマルジョンの噴霧により維持される。IGCC処理におけるガスタービンの結ぶ付け或いは維持されるべきである固定されたバーナーのグループ化のような種々の縁条件によって合成ガスを燃焼させるガスタービンは、点火燃料と合成ガスの混合運転を保証しなければならない。ここで記載されたバーナーは、ジーゼル油と合成ガスの混合運転において種々の混合関係に安定且つ確実に機能する。バーナーは長時間にわたり混合運転で確実に運転され得る。それでガスタービンはそれ以上の柔軟性を達成し、運転中に一つの燃料から他の燃料へ交換できる。可能な混合運転は実質的に運転技術的利点を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明は、次に図と関連して実施例に基づいて一般的発明思想の制限なしにさらに短く説明される。図１は予混合バーナーが先行技術から公知であるように、予混合バーナーを概略化図示で示し、図２は本発明の一実施例によるバーナーの燃焼室側領域の断面図を示し、図３は図２の実施例により構成されているバーナーの三次元切断図を示し、図４は図２と図３によるバーナーの組立て用の例を示し、図５はこの発明のバーナーにおける合成ガスの概略化された複数の異なる噴霧幾何学的形状を平面図で示し、図６は円錐形内部体を備えるバーナーの構成の例を示し、図７はバーナーの他の可能な構成の例を示す。
【００２５】
図１は、予混合バーナーが特許文献１から公知であるように、概略化した予混合バーナーを示す。バーナーは一つのバーナーヘッド１０とそのヘッドに接続する渦流発生器１とから構成され、その渦流発生器は渦流室１１を形成する。円錐状渦流発生器１はこの種のバーナーにおいて複数のバーナーシェルから成り、それらバーナーシェル間に正接する流入スリットが燃焼空気９のために形成されている。流入する燃焼空気９はこの図において長い矢印によって示されている。さらに、正接する流入スリットに沿って燃料、特に天然ガス２６の供給用のガス供給部２４は正接する空気流入スリットを介して渦流室１１に設けられている。これは図において短い矢印によって示されている。バーナーヘッド１０からバーナーランツ１４は渦流室１１までに延びており、そのバーナーランツの端部にはノズル１６が流体燃料１３、例えば油及び／又は水１２を噴霧するために設けられている。バーナーランツ１４を介して特にバーナーの点火が行われる。正接する空気流入スリットを介して渦流発生器１に流入する燃焼空気９は渦流室１１において噴霧された燃料と混合する。この場合に発生して閉鎖された渦流室１１の端部における増加する旋回に基づいて渦流は燃焼室へ不安定に移行する際において飛躍的に横断面を拡大されて、芯内の逆流を備える環状渦流に移行する。この範囲は燃焼室における反応域１７の開始を形成する。
合成ガスによるこの種のバーナーの運転は、この燃料のアークバックの高い危険性に基づいていて、不可能である。
【実施例１】
【００２６】
図２は第一実施例において合成ガスにより運転するこの発明のバーナーの燃焼室側の領域を断面図で示す。 Lbtu-／Mbtu- 燃料の噴霧は、直径Ｄと噴霧角度αに関して目的に適って選択すべきガス孔１８を通して半径方向にバーナー出口にて、即ち旋回室１１の端部にて行われる。バーナー出口におけるこの半径方向噴霧によって水素の豊富な合成ガスの燃焼は噴霧されずに可能になる。半径方向ガス噴霧の直径Ｄと噴霧角度αは、縁条件（特殊ガス構成、放射など）に応じて専門家によって選定される特殊パラメータである。
【００２７】
図はこの場合に渦流室１１を包囲する渦流体１のバーナーシェルを示す。この渦流体１の外部にはガス供給要素２が配置されていて、このガス供給要素は渦流体１を半径方向に包囲して、合成ガスの供給用の一つ或いは複数の第一燃料供給通路１９を形成する。このガス供給要素２の燃焼室側の端部において合成ガス用の第一流出開口１８が形成されている。この流出開口１８は、合成ガスの噴霧方向を与える流出通路を形成する。この通路或いは開口１８の噴霧角度αと直径Ｄとは、要件に応じて適切に専門家によって選定される。この例では、流出開口１８は一列にバーナー軸線２５を中心に配置されているので、合成ガスの周辺均一噴霧が達成される。
【００２８】
合成ガスを噴霧する比較的冷たい燃料供給通路１９と渦流発生器１の原理的に明らかに熱いバーナーシェルとは、熱的に且つ機械的に互いに分離されている。それにより熱的応力は減少される。ガス供給要素２と渦流発生器１との間の結合は、この例において互いに連結されている両構成部材に設けられた継目板３或いは４を介して行われる。この方法では、最小熱的応力が達成される。図面に更に図示された空気流８は炎を傾向的に安定化して、流出前にバーナー前部にて旋回冷却効果を生じる。図では渦流発生器１の開口或いは循環する隙間７が認識されるが、その隙間はガス供給要素２の流出開口１８と渦流室１１との間の結合を可能とするために、必要である。
【００２９】
図３は図２により形成されたバーナーを再び三次元断面図で示す。この図示でも複数のバーナーシェルから形成された渦流発生器１並びにこれを包囲するガス供給要素２が認識される。このガス供給要素２は燃料供給通路１９として環状供給スリットを形成するか、或いは分離された燃料供給通路１９に分割されている。勿論、個々の配管を燃料供給通路１９として流出開口１８にまで案内することが可能である。
【００３０】
合成ガス用燃料供給通路１９は合成ガスの燃焼のためにデザインの７倍までの大きさの燃料容積流に適合され、特に図３から認識されるように、必要な大きさの貫流横断面を利用している。
【００３１】
この例では燃料、即ち合成ガス用噴霧範囲はバーナーシェルで完全に切断されている。この際にガス供給要素２は直接に渦流発生器１のバーナーシェルのこの断面に固定される。それで結合箇所における応力問題は冷たいガス供給要素２と熱いバーナーシェルとによって解決される。この例に図示された分離された解決策によりバーナーの必要な寿命が達成される。
【００３２】
合成ガスの噴霧は図において参照符号２０により示されている。無論、この種のバーナーでは追加的ガス噴霧通路２４は渦流発生器１に沿って設けられ、同じ方法でこれは例えば図１において認識できるように、例えばその渦流発生器により．天然ガス２６は合成ガスの噴霧箇所の上流で渦流室１１に案内され得る。油或いは油ー水ーエマルジョンの噴霧は正接する流入スリットを介しての燃焼空気９の流入と同様に渦流室１１のバーナーヘッド側端にて概略的に示される。
【００３３】
図４は両部分成分、ガス供給要素２と渦流発生器１から成る図２と図３によるバーナーの組立てを模範的に示す。
【００３４】
合成ガスの一つ或いは複数の一体化された燃料供給通路１９と燃焼室側でバーナー軸線２５を中心に分布されて配置された流出開口１８とを備えるガス供給要素２は渦流発生器１と一緒に特にガス部分として製造されて引き続いて分離されている。組み立てが行われ、渦流発生器１が軸方向にガス供給要素２に導入されるので、ガス供給要素２の流出開口１８は渦流発生器１の適切な開口７に位置する。バーナーヘッド範囲では渦流発生器１の要素６はガス供給要素２の逆部材５におけるすべり座に保持されているので、ガス供給要素２の渦流発生器１間の熱的差異延性はバーナーヘッド範囲で自由に補償できる。バーナー前部の範囲にてガス供給要素２の結合継目板３と渦流発生器１の結合継目板４とは適当な方法で互いに結合され、例えば溶接され、渦流発生器１からガス供給要素２への唯一固定軸受を形成する。ガス供給要素２の流出開口範囲は渦流発生器１の開口７で自由に移動できる。鋳造から二つの要素の製造は僅かな製造公差を可能とするので、図２に図示された循環する隙間寸法ｓは渦流発生器１とガス供給要素２との間で最小にされ得る。渦流発生器１のガス流出開口１８或いは開口７の範囲における僅かな隙間寸法ｓを備える適切な高い適合性はこの隙間により生じる旋回しない燃焼空気を最小にし、その燃焼空気は燃焼安定性において位置的負作用を有し得る。
【００３５】
図５は合成ガスの渦流室１１の端部における第一流出開口１８の種々に選定された噴霧方向の種々の例を示す。この場合に図５ａはかなり簡略した表示でバーナー出口における平面図並びに個別流出開口１８の合成ガス噴霧２０の噴霧軸線を示し、その軸線はバーナー軸線における一つの交差点２１で交差する。
【００３６】
図５ｂは同じ図における他の実施例を示し、異なるグループの流出開口１８の合成ガス噴霧２０の噴霧軸線は異なる交差点２１で交差し、その交差点はバーナーの出口横断面にわたり分布されている。噴霧をそれぞれの条件に適合するために、これら交差点２１の分布が任意に選定され得ることは自明のことである。これは一方で交差点２１の位置と他方で無論その数とに関する。
【００３７】
同じ方法で、バーナーの出口平面に対する異なる距離に交差点２１を選定すること、或いは図５ｃと図５ｄにおいて概略的に図示されるように同じ距離に交差点２１を選定することが可能である。
【００３８】
図６は円錐形内部体２２に真の円筒状渦流体２３を備える渦流発生器１の例を示す。この場合にパイロット燃料の供給は直接に円錐形内部体２２の先端にまで生じる。ここでも旋回室１１の燃焼室側端には合成ガスの流出開口１８がバーナー軸線２５を中心に分布配置されている。燃料供給通路１９はこの図面には図示されていない。ここでも追加的に図示されていない正接する空気流入スリットには天然ガス用の他のガス流出開口はその天然ガスに必要な導管２４を含めて設けられている。さらに、この場合にも、前記実施例でも渦流発生器１には追加的混合区域を形成する混合管が先行技術から公知であるように接続されている。
【実施例２】
【００３９】
図７は最後になおバーナーの例を示し、渦流発生器１が旋回格子として形成され、その渦流格子を介して生じる燃焼空気９が渦流旋回される。渦流発生器１の範囲における流出開口に案内する導管２４を介して追加的燃料が予混合負荷に対して燃焼空気９に導入され得る。パイロット燃料１５の供給は内部容積１１に突き出す中央ノズル１６を介して実現される。このバーナーにおいても内部容積１１の燃焼室側端には合成ガスの流出開口１８がバーナー軸線２５を中心に分布配置され、燃料供給通路１９を介して合成ガスを作用される。
【００４０】
この発明がまず第一に特許文献１から公知の構成の二重円錐形バーナーには図示されていたとしても、専門家は、例えば特許文献２或いは特許文献３から公知であるように、難なくこの発明の用途を他のバーナー構成や渦流発生器幾何学に認める。この渦流発生器の幾何学形状の変更も無論、可能であり、渦流発生器の目的が渦流旋回される燃焼空気流を発生することである限り、なお保証されている。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】予混合バーナーが先行技術から公知であるように、予混合バーナーを概略化図示で示す。
【図２】本発明の一実施例によるバーナーの燃焼室側領域の断面図を示す。
【図３】図２の実施例により構成されているバーナーの三次元切断図を示す。
【図４】図２と図３によるバーナーの組立て用の例を示す。
【図５】この発明のバーナーにおける合成ガスの概略化された複数の異なる噴霧幾何学的形状を平面図で示す。
【図６】円錐形内部体を備えるバーナーの構成の例を示す。
【図７】バーナーの他の可能な構成の例を示す。
【符号の説明】
【００４２】
１．．．．．渦流発生器
２．．．．．ガス供給要素
３．．．．．結合継目板
４．．．．．結合継目板
５．．．．．バーナーヘッドの逆部材
６．．．．．バーナーヘッドにおける渦流発生器の要素
７．．．．．渦流発生器の開口
８．．．．．空気流
９．．．．．燃焼空気
１０．．．．バーナーヘッド
１１．．．．渦流室或いは内部容積
１２．．．．水
１３．．．．液状燃料（油）
１４．．．．バーナーランツ
１５．．．．液状燃料、エマルジョン
１６．．．．ノズル
１７．．．．反応域或いは燃焼室
１８．．．．第一流出開口
１９．．．．第一燃料供給通路
２０．．．．合成ガス噴霧／流出通路軸線
２１．．．．噴霧の交差点
２２．．．．円錐形内部体
２３．．．．円筒状外部体
２４．．．．燃焼ガス（天然ガス）の第二燃料供給部
２５．．．．バーナー軸線
２６．．．．天然ガス
【図１】
2005528571.tif 000003
【図２】
2005528571.tif 000004
【図３】
2005528571.tif 000005
【図４】
2005528571.tif 000006
【図５ａ】
2005528571.tif 000007
【図５ｂ】
2005528571.tif 000008
【図５ｃ】
2005528571.tif 000009
【図５ｄ】
2005528571.tif 000010
【図６】
2005528571.tif 000011
【図７】
2005528571.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成15年8月27日(2003.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に渦流発生器ユニット（１，２３）と燃料を燃焼空気流に導入する手段とから成り、渦流発生器ユニットは燃焼空気流（９）用の一つの或いは複数の燃焼空気流入開口を備える渦流発生器を包含し、バーナーの内部空間（１１）を包囲し、燃料を導入する手段は一グループの第一燃料流出開口（１８）を備えた一つの或いは複数の第一燃料供給部（１９）を包含し、その流出開口は渦流発生器ユニットの半径方向外部に配置されているバーナーにおいて、渦流発生器ユニットは燃焼室側端にて少なくとも一つの少なくとも部分的に渦流発生器ユニットの周辺で循環する特にスリット状流入開口（７）を有し、流入開口の領域における燃料流出開口は、流出する燃料が流入開口を通してバーナー内部空間に流入されるように渦流発生器ユニットの半径方向外部に配置されていることを特徴とするバーナー。
【請求項２】
グループの第一燃料流出開口（１８）は一列にバーナー軸線（２５）を中心に分布して配置されていることを特徴とする請求項１に記載のバーナー。
【請求項３】
第一燃料流出開口（１８）によって形成された流出通路は、通路軸線がバーナー軸線（２５）上のバーナーの下流の一点（２１）で交差するような角度に配置されていることを特徴とする請求項１或いは請求項２に記載のバーナー。
【請求項４】
第一燃料流出開口（１８）によって形成された流出通路は、第一燃料流出開口（１８）の異なる下位グループの通路軸線がバーナー軸線（２５）に対してバーナーの下流の異なる点（２１）で交差するような角度に配置されていることを特徴とする請求項１或いは請求項２に記載のバーナー。
【請求項５】
渦流発生器（１）とグループの第一燃料流出開口（１８）を備えた一つの或いは複数の第一燃料供給部（１９）は一部材で一つの構成部材として製造され、特に鋳造され、製造後に分離され、引き続いて多部材で組立てられることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のバーナー。
【請求項６】
燃料流出開口（１８）を備えた燃料供給部（１９）は、結合継目板（３、４）を介して渦流発生器ユニット（１）と接続されていることを特徴とする請求項５に記載のバーナー。
【請求項７】
結合部は専ら渦流発生器ユニットの燃焼室側端に製造されていることを特徴とする請求項６に記載のバーナー。
【請求項８】
バーナー軸線（２５）上に燃料ランツ（１４）が配置されており、その燃料ランツは渦流発生器ユニット（１，２３）の燃焼室反対面から燃焼室に突き出すことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のバーナー。
【請求項９】
一つの或いは複数の第二燃料供給部（２４）は実質的にバーナー軸線（２５）の方向に沿って配置された一グループの第二燃料流出開口を渦流発生器（１）に設けていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載のバーナー。
【請求項１０】
一つの或いは複数の第一燃料供給部（１９）は、一つの或いは複数の第二燃料供給部（２４）より数倍多い容積流を可能とする横断面で構成されていることを特徴とする請求項９に記載のバーナー。
【請求項１１】
バーナーの内部容積（１１）には内部体（２２）が配置されており、少なくとも一つの第二燃料供給部（２４）の第二燃料流出開口は実質的にバーナー軸線（２５）の方向に沿って分布されて内部体（２２）上に配置されていることを特徴とする請求項９或いは請求項１０に記載のバーナー。
【請求項１２】
予混合燃料供給を独立的に制御する手段が一つの或いは複数の第一燃料供給部（１９）と一つの或いは複数の第二燃料供給部（２４）とに設けられているいることを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれか一項に記載のバーナー。
【請求項１３】
渦流発生器（１）は旋回格子として形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載のバーナー。
【請求項１４】
燃焼空気流入開口は実質的にバーナー軸線（２５）の方向に延びている正接流入スリットであることを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載のバーナー。
【請求項１５】
各流入スリットに沿って一グループの第二燃料流出開口を備える第二燃料供給部（２４）が配置されていることを特徴とする請求項１４に記載のバーナー。
【請求項１６】
請求項１乃至請求項１５のいずれか一項による少なくとも一つのバーナーを包含するガスタービン。
【国際調査報告】
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