(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの第１の燃料供給部（５）と、１つまたは複数の第２の燃料供給部（７）とを備え、第１の燃料供給部がほぼバーナー軸線（３）の方向に配置された、第１の予混合燃料量をスワール室に供給するための第１のグループの燃料流出口（６）を備え、第２の燃料供給部がほぼバーナー軸線（３）の方向に配置された第２のグループの燃料流出口（８）を備え、第１の燃料供給部（５）に依存しないで燃料を第２の燃料供給部（７）に供給可能であり、第１の燃料供給部（５）を経て行われる燃料の供給が、第２の燃料供給部（７）を経て行われる燃料の供給とは別個に制御または調節される、バーナーを運転するための方法において、第１と第２の燃料供給部（５，７）に同じ燃料が供給されることを特徴とする方法。
【請求項２】
第１と第２の燃料供給部（５，７）に予混合燃料が供給されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
第１と第２の燃料供給部（５，７）にガス状燃料が供給されることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
燃料が負荷に依存して第１の燃料供給部（５）と第２の燃料供給部（７）に分配されてバーナーに供給されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
燃料がバーナーの空気と燃料の比に依存して第１の燃料供給部（５）と第２の燃料供給部（７）に分配されてバーナーに供給されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
第１の運転状態で、燃料のほぼ全量が第１の燃料供給部（５）を経てバーナーに供給され、そして第１のグループの燃料流出口（６）を経て燃焼空気流に供給され、他の運転状態で、燃料全量の少なくとも一部が第２のグループの燃料流出口（８）を備えた少なくとも１つの第２の燃料供給部（７）を経てバーナーに供給されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】
請求項１〜３記載の、熱発生器でバーナーを運転するための方法において、熱発生器の部分負荷状態で、全部の燃料が第１の燃料供給部（５）を経て供給されることと、熱発生器の少なくとも全負荷運転で、燃料が第１の燃料供給部（５）と少なくとも１つの第２の燃料供給部（７）に分配されることを特徴とする方法。
【請求項８】
実質的に燃焼空気流（１１）用のスワール発生器（１）と、スワール室（２）と、燃料を燃焼空気流に供給するための手段とを備え、スワール発生器（１）がスワール室（２）に接線方向から入る燃焼空気流のための燃焼空気流入口（４）を備え、燃料を燃焼空気流に供給するための手段が、第１の予混合燃料量（Ｐ１）のための、ほぼバーナー軸線（３）方向に配置された第１のグループの燃料流出口（６）を有する少なくとも１つの第１の燃料供給部（５）を備え、バーナーが、第２の予混合燃料量（Ｐ２）のための、ほぼバーナー軸線（３）の方向に配置された第２のグループの燃料流出口（８）を有する１つまたは複数の第２の燃料供給部（７）とを備え、燃料が第１の燃料供給部（５）に依存しないで第２の燃料供給部（７）に供給可能である、バーナーにおいて、スワール室（２）内に内側体（９）が配置され、少なくとも１つの第２の燃料供給部（７）の燃料流出口（８）が、ほぼバーナー軸線（３）の方向に分配されて内側体（９）に配置されていることを特徴とするバーナー。
【請求項９】
内側体（９）が燃料ランス（１２）であり、この燃料ランスが燃焼室側のその端部に、液体燃料（１３）およびまたはパイロット燃料のための少なくとも１つの流出ノズルを備えていることを特徴とする請求項８記載のバーナー。
【請求項１０】
バーナー軸線（３）の方向に内側体（９）上に分配配置された燃料流出口（８）が、燃焼室側の端部から離れた内側体（９）の軸方向の部分範囲内に配置されていることを特徴とする請求項８または９記載のバーナー。
【請求項１１】
第２のグループの燃料流出口（８）が予混合燃料を供給するために形成されていることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一つに記載のバーナー。
【請求項１２】
少なくとも一方のグループの燃料流出口が、少なくとも１つの燃焼空気流入口（４）の範囲に配置されていることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか一つに記載のバーナー。
【請求項１３】
複数の第１の燃料供給部（５）と複数の第２の燃料供給部（７）が設けられ、第１の燃料供給部（５）の各々に少なくとも１つの第２の燃料供給部（７）が付設されていることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一つに記載のバーナー。
【請求項１４】
第２の燃料供給部（７）が第１の燃料供給部（５）に直接隣接するように配置されていることを特徴とする請求項８〜１３のいずれか一つに記載のバーナー。
【請求項１５】
燃焼空気流入口（４）がほぼバーナー軸線（３）の方向に延びる接線方向の流入スロットであることを特徴とする請求項８〜１４のいずれか一つに記載のバーナー。
【請求項１６】
第１のグループの燃料流出口（６）を備えた第１の燃料供給部（５）が各々の流入スロットに沿って配置されていることを特徴とする請求項１５記載のバーナー。
【請求項１７】
第２のグループの燃料流出口（８）を備えた少なくとも１つの第２の燃料供給部（７）が各々の流入スロットに沿って配置されていることを特徴とする請求項１５または１６記載のバーナー。
【請求項１８】
１つまたは複数の第２の燃料供給部（７）の燃料流出口（８）が、１つまたは複数の第１の燃料供給部（５）の燃料流出口（６）の間の軸方向位置に配置されていることを特徴とする請求項８〜１７のいずれか一つに記載のバーナー。
【請求項１９】
すべてのグループの燃料流出口（６，８）が燃焼空気流入口（４）の軸方向全長にわたって分配されていることを特徴とする請求項８〜１８のいずれか一つに記載のバーナー。
【請求項２０】
少なくとも１つのグループの燃料流出口（６，８）が燃焼空気流入口（４）の軸方向全長にわたって分配され、少なくとも１つの他のグループの燃料流出口（６，８）が燃焼空気流入口（４）の軸方向部分範囲にわたって分配されていることを特徴とする請求項８〜１８のいずれか一つに記載のバーナー。
【請求項２１】
少なくとも１つのグループの燃料流出口（６，８）が燃焼空気流入口（４）の軸方向部分範囲にわたって分配され、他のグループの燃料流出口（６，８）が燃焼空気流入口（４）の少なくとも軸方向部分範囲にわたって分配されていることを特徴とする請求項８〜１８のいずれか一つに記載のバーナー。
【請求項２２】
軸方向部分範囲がオーバーラップしていないことを特徴とする請求項２１記載のバーナー。
【請求項２３】
少なくとも２つの軸方向部分範囲が少なくとも部分的にオーバーラップしていることを特徴とする請求項２１記載のバーナー。
【請求項２４】
２つ以上のグループの燃料流出口（６，８）が異なる流通横断面積を有することを特徴とする請求項８〜２３のいずれか一つに記載のバーナー。
【請求項２５】
第１の燃料供給部（５）と第２の燃料供給部（７）に対して予混合燃料供給を独立して制御するための手段が設けられていることを特徴とする請求項８〜２４のいずれか一つに記載のバーナー。
【請求項２６】
予混合燃料供給を独立して制御するための手段が共通の燃料管を備え、この燃料管が第１の燃料供給部（５）に至る第１の供給管と第２の燃料供給部（７）に至る第２の供給管（７）に分岐し、燃料の流量を調節するための弁（１５，１６）が少なくとも１つの供給管内に配置されていることを特徴とする請求項２５記載のバーナー。
【請求項２７】
複数の第２の燃料供給部（７）か互いに独立して燃料を供給可能であることを特徴とする請求項８〜２６のいずれか一つに記載のバーナー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術的な適用分野
本発明は、少なくとも１つの第１の燃料供給部と、１つまたは複数の第２の燃料供給部とを備え、第１の燃料供給部がほぼバーナー軸線の方向に配置された、第１の予混合燃料量をスワール室に供給するための第１のグループの燃料流出口を備え、第２の燃料供給部がほぼバーナー軸線の方向に配置された第２のグループの燃料流出口を備え、第１の燃料供給部に依存しないで燃料を第２の燃料供給部に供給可能である、バーナーを運転するための方法に関する。本発明は更に、この方法によって有利に運転可能であるバーナーに関する。このようなバーナーの好ましい使用分野は、ガスタービンの燃焼室である。このようなバーナーは更に、例えば大気ボイラ点火システムでも使用される。
【０００２】
技術水準
欧州特許第０３２１８０９号明細書により、請求項１の前提部分に記載した複数のシェルからなる円錐状のバーナー、いわゆる二重円錐バーナーが知られている。複数のシェルからなる円錐状のスワール発生器によって、スワール流れが部分円錐シェルによって囲まれた円錐内室内で発生させられる。バーナーの燃焼室側の端部における横断面の急激な変化に基づいて、スワール流は不安定になり、コアに逆流する管状のスワール流に移行する。この逆流はバーナー出口における火炎前面を安定させることができる。スワール発生器のシェルは、燃焼空気用の接線方向の空気流入スロットがバーナー軸線に沿って形成されるように組み合わせられている。これによって形成された円錐シェルの流入エッジには、ガス状の予混合燃料のための供給部が設けられている。この供給部はバーナーの軸線方向に分配された予混合ガス用の流出口を備えている。ガスは流出口または穴を通って空気流入スロットに対して横方向に噴射される。この噴射はスワール室内に発生する燃焼空気と燃焼ガスの流れスワールと関連して、燃焼ガスまたは予混合ガスと燃焼空気を良好に混合する。このような予混合バーナーの場合、良好な混合は燃焼時の低いＮＯx 値の前提である。
【０００３】
このようなバーナーを更に改善するために、欧州特許第０７８０６２９号明細書から、熱発生器用バーナーが知られている。このバーナーはスワール発生器に続いて、燃料と燃焼空気を更に混合するための付加的な混合区間を備えている。この混合区間は例えば後続配置の管として形成可能である。スワール発生器から出る流れが流れ損失をほとんど生じないでこの管内に移送される。この付加的な混合区間によって、混合度が高められ、それによって有害物質の放出が低減される。
【０００４】
ＷＯ９３／１７２７９は他の公知の予混合式バーナーを示している。このバーナーの場合、付加的な円錐状内側体を備えた円筒状のスワール発生器が使用される。このバーナーの場合、予混合ガスは同様に適当な流出口を備えた供給部を経てスワール室内に噴射される。この流出口は軸方向に延びる空気流入スロットに沿って配置されている。このバーナーは円錐状の内側体内に更に、燃焼ガスのための中央供給部を備えている。この燃焼ガスはバーナーの出口近くでスワール室内でパイロット作業のために噴射される。この付加的なパイロット段階はバーナーを始動させる働きをする。しかし、バーナーの出口範囲内のパイロットガスの供給はＮＯx 放出を増大させることになる。なぜなら、この範囲において、燃焼空気との不充分な混合が生じるからである。
【０００５】
欧州特許出願公開第０９１８１９１号明細書は、熱発生器を運転するための冒頭に述べた種類のバーナーを示している。このバーナーは燃料用第１の供給部に対して平行に、他の種類の燃料のための第２の供給部を備えている。この第２の供給部は他の種類の燃料に調和している。両供給部は互いに独立して制御可能である。この構造により、バーナーは装備を変更しないで異なる種類の燃料で運転可能である。
【０００６】
従来のすべてのバーナーの場合に、空気流入スロットへの予混合ガスの噴射は、ほぼバーナー軸線方向に配置された流出口を備えた供給部によって行われる。それによって、ガス噴射流の侵入深さと混合に関する噴射の特性と、空気流入スロットまたはバーナー軸線に沿った燃料分布が設定される。従って、流出口の配置構造は、ガスと燃焼空気の混合気品質と、バーナー出口での燃料分配を既に決定している。この混合気品質と燃料分配はＮＯx 放出、消弧限界および逆火限界並びに燃焼脈動に関するバーナーの安定性にとって重要である。
【０００７】
しかし、異なる負荷、ガス品質またはガス予熱温度の場合に、異なるガス予圧が流出口に発生し、このガス予圧は燃料出口での異なる予混合条件と混合気品質を生じる。異なる予混合条件によって、負荷、ガス品質およびガス予熱に左右される異なる放出値と安定条件が生じる。従って、公知のバーナーはこれらのパラメータの所定の値範囲についてだけしか最適に運転することができない。
【０００８】
特にガスタービンにおける予混合バーナーの運転の場合、部分負荷範囲が問題である。というのは、燃焼空気が比較的に少量の燃料と混合するからである。燃料と全部の空気との完全な混合の場合、下側の部分負荷範囲の際にもはや点火不可能な混合気が生じるかあるいは非常に不安定な火炎しか形成することができない混合気が生じる。これは、有害な燃焼脈動または火炎の完全な消弧を生じることになる。
【０００９】
異なる負荷、周囲条件、ガス品質および予熱温度の際に公知のバーナーを所定の放出値または所定の安定化ウインドウに適合させるために、先ず最初に一方では、多重バーナー装置の使用時に予混合供給すなわちプリミックス供給を個々のバーナーグループで段階的に行うことができる。しかし、これは多列のバーナー構造の場合にのみ可能である。この技術は一列の管状のバーナー室にとっては、周方向において等しくない温度プロフィルが燃焼室出口に生じるという欠点がある。
【００１０】
他の方法では、上述のように、いわゆるパイロット燃料供給によってバーナーを始動させることである。その際、バーナーは非常に多い空気量で拡散バーナーとして運転される。これは一方では、すぐれた火炎安定性を生じるがしかし、放出値が大きく、他の運転技術的な欠点を生じる。
【００１１】
本発明の課題は、バーナーが負荷、ガス品質またはガス予熱温度の変化時にもほぼ一定のＮＯx 放出値でかつできるだけ予混合運転で安定して運転可能である、バーナーの運転方法とバーナーを提供することである。
発明の開示
この課題は請求項１と７に記載の方法または請求項８記載のバーナーによって解決される。バーナーと方法の有利な実施形と発展形態は従属請求項の対象である。
【００１２】
本方法の場合、スワール体とスワール室を備えたバーナーが使用される。このバーナーは、少なくとも１つの第１の燃料供給部と、１つまたは複数の第２の燃料供給部とを備え、第１の燃料供給部はほぼバーナー軸線の方向に配置された、第１の予混合燃料量をスワール室に供給するための第１のグループの燃料流出口を備え、第２の燃料供給部はほぼバーナー軸線の方向に配置された第２のグループの燃料流出口を備え、第１の燃料供給部に依存しないで燃料を第２の燃料供給部に供給可能である。バーナーを運転するために、第１の燃料供給部を経て行われる燃料の供給が、第２の燃料供給部を経て行われる燃料の供給とは別個に制御または調節され、第１と第２の燃料供給部に同じ燃料が供給される。バーナーの運転中第１の燃料供給部を経て供給される第１の燃料量と、第２の燃料供給部を経て供給される第２の燃料量との流量比を制御することにより、バーナーは負荷、ガス品質またはガス予熱温度の変化時にも、ほぼ一定のＮＯx 放出値で安定して運転可能である。
【００１３】
この場合、好ましい実施形では、燃料が予混合燃料として使用され、可変の流量比で第１と第２の供給部に分配される。予混合燃料の供給は、パイロット燃料の供給、すなわちパイロット段階を実現するための燃料とは次の点で異なっている。すなわち、予混合燃料が大きな慣性で、好ましくは燃焼空気の流れに対して横方向にスワール室に供給され、これに対してパイロット燃料として燃料を供給する場合には、バーナーが拡散モードで運転される点で異なっている。
【００１４】
燃料は好ましくは負荷に依存して第１と第２の燃料供給部に分配されてバーナーに供給される。
【００１５】
バーナーの他の好ましい運転方法の場合には、第１の運転状態で、燃料のほぼ全量が第１の燃料供給部を経てバーナーに供給され、そして第１のグループの燃料流出口を経て燃焼空気流に供給され、他の運転状態で、燃料全量の少なくとも一部が第２のグループの燃料流出口を備えた少なくとも１つの第２の燃料供給部を経て燃焼空気に供給される。
【００１６】
バーナーが熱発生器で運転されると、熱発生器の部分負荷状態で、全部の燃料が第１の燃料供給部を経て供給され、熱発生器の全負荷運転で、燃料が第１の燃料供給部と１つ以上の第２の燃料供給部に分配される。
【００１７】
上記のように負荷に依存して燃料を第１と第２の燃料供給部に分配することに加えて、分配を他の運転パラメータに従って制御することができる。例えば燃料をガスタービンの測定された燃焼室脈動、有害物質放出、測定された材料温度、火炎位置センサによって検出された火炎位置またはその他の測定パラメータまたは運転パラメータに依存して、第１と第２の燃料供給部に分配することができる。
【００１８】
１個以上の第２の燃料供給部によって、第２のグループの燃料流出口からスワール室に噴射される予混合燃料の量と、燃料予圧が、第１の燃料供給部を経て流れる予混合燃料の量に依存しないで調節可能である。この第２の燃料供給部によって、混合気分配と混合気品質をいろいろな境界条件に簡単に適合させることができる。更に、この実施形によって、例えば第１の燃料供給部が所定の出力または所定の流量を有し、出力または流量の残りを第２の燃料供給部によって達成することにより、異なるウォッベ指数を保証することができる。第２のグループの燃料流出口を備えた第２の燃料供給部を、第１のグループの燃料流出口を備えた第１の燃料供給部に対して適当に配置することにより、バーナー内の軸方向と半径方向の燃料分配に良好に影響を与えることができる。部分負荷運転では、火炎安定性を改善するために、バーナー出口の所定の範囲内で、混合気内の燃料を適切に濃くすることができる。高いバーナー負荷の場合、燃料は均一に分配可能であり、これは有害物質の放出を低減する。
【００１９】
予混合燃料が複数の第２の燃料供給部に互いに独立して供給可能である実施形の場合には、混合気分配と混合品質をいろいろな境界条件に対して細かく段階をつけて適合されることができる。
【００２０】
本バーナーは、第１と第２の燃料供給部に加えて、第３，第４等の燃料供給部が設けられ、かつ独立して燃料を供給可能である実施形も含む。
【００２１】
本発明は、燃焼空気流用のスワール発生器と、スワール室と、燃料を燃焼空気流に供給するための手段とを備え、スワール発生器がスワール室に接線方向から入る燃焼空気流のための燃焼空気流入口を備え、燃料を燃焼空気流に供給するための手段が、第１の予混合燃料量のための、ほぼバーナー軸線方向に配置された第１のグループの燃料流出口を有する１つまたは複数の第１の燃料供給部を備え、バーナーが、第２の予混合燃料量、特に予混合燃料量のための、ほぼバーナー軸線方向に配置された第２のグループの燃料流出口を有する１つまたは複数の第２の燃料供給部を備え、燃料が第１の燃料供給部に依存しないで第２の燃料供給部に供給可能である。このバーナーは、スワール室内に内側体が配置され、少なくとも１つの第２の燃料供給部の燃料流出口が、ほぼバーナー軸線の方向に分配されて内側体に配置され、この場合、少なくとも第２の燃料供給部の燃料流出口がほぼバーナー軸線の方向に分配されて内側体上に配置されていることを特徴とする。内側体は好ましい実施形では燃料ランスである。この燃料ランスはスワール室内でバーナー軸線上に配置されている。
【００２２】
好ましくは１個または複数の第１のグループの燃料流出口が、少なくとも１つの燃焼空気流入口の範囲に配置されている。
【００２３】
本願において、ほぼバーナー軸線の方向の配置とは、バーナー軸線に対して平行にまたは４５度未満の角度をなして延びる軸線上の配置であると理解すべきである。
【００２４】
本バーナーの実施形では、若干の第２の燃料供給部が第１の燃料供給部のすぐ隣に、特に第１の燃料供給部に対して平行に配置されている。この場合、少なくとも１つの第２の燃料供給部は第１の燃料供給部のそばに設けるべきである。
【００２５】
しかし、理解されるように、第２の燃料供給部は第１の燃料供給部に関係なく、スワール発生器に対称に設けることができる。この場合、スワール発生器の形状は重要ではない。例えば２つ、４つまたはそれ以上の空気流入スロットを備えている、冒頭に述べた技術水準の文献から知られているような円錐状のスワール発生器を使用することできる。円筒状スワール発生器または円錐状または円筒状の内側体を備えた円筒状スワール発生器のような他の形状のものも使用可能である。
【００２６】
若干の第２の燃料供給部はバーナーの実施の形態では、スワール体の外側シェルに、特に空気流入スロットに沿ってこの外側シェルに配置されている。本バーナーの場合、充分な予混合を達成できるようにするために、第２の燃料供給部がほぼバーナー軸線の方向に分配された複数の燃料流出口を備えていることが重要である。流出口は通常は、バーナー軸線に対して、平行に延びる軸線またはスワール発生器または内側体の円錐形状によって決まる角度をなして延びる軸線上に設けられている。
【００２７】
予混合に対して与えようとする影響因子に応じて、第２の燃料供給部の第２の燃料流出口は、第１の燃料流出口と比較して、異なる相互間隔または流通横断面積を有する。第１の燃料供給部のすぐ隣に少なくとも１個の第２の燃料供給部が設けられている構造の場合には、それぞれの燃料流出口は等しい相互間隔を有することができる。これはスワール室への予混合燃料の均一な噴射を生じる。更に、例えば第１の燃料流出口は燃焼空気の軸方向全長にわたって配置可能であり、第２の燃料供給部は所定の軸方向部分範囲内にのみ配置可能である。同様に、第１の燃料流出口を第１の軸方向部分範囲内にのみ設け、第２の燃料流出口を第１の部分範囲に接続する第２の軸方向部分範囲に設けることができ、そしてその逆に設けることもできる。このいろいろな実施形（この実施形の組み合わせは実際には制限されない）に基づく、バーナーの運転に対するいろいろな影響因子は、実施の形態のから推察可能である。
【００２８】
予混合燃料を第１と第２の燃料供給部に互いに独立して供給するために、この燃料供給部は異なる接続部を備えている。好ましくは、第１と第２の供給部への予混合燃料の供給を互いに独立して制御または調節するための付加的な手段が設けられている。異なる供給は例えば適切な制御弁によって制御可能である。
【００２９】
次に、本発明によるバーナーと、本発明による方法を実施可能であるバーナーを、本発明の思想を制限することなく、実施の形態を基づいて図に関連して詳細に説明する。
【００３０】
発明の実施の形態
次の図には、バーナーの実施の形態が概略的に示してあり、それぞれの説明のために重要な特徴だけが各々のケースで強調されている。図示したバーナーの実施の形態の他の構造は、特に技術水準として引用した、本明細書の統合部分である文献から専門家によく知られている。更に、実施の形態の場合、一部はガス状燃料の噴射に関連する。しかし、理解されるように、液体燃料を燃料出口から燃焼空気流に供給することができる。燃料は更に、予混合燃料として説明するが、理解されるように、燃料の全量の一部が所定の負荷範囲において、火炎安定性を更に高めるためにパイロット燃料として供給可能である。パイロット燃料の供給は図示していない。なぜなら、このパイロット燃料供給が本発明にとって重要ではないからである。しかし、このパイロット燃料供給が必要であると考えられる場合には、技術水準を知ることにより、専門家はこのパイロット燃料供給を代表的な図示バーナーで容易に実施することができる。
【００３１】
図１には、本発明による方法で運転可能であるバーナーの第１の実施の形態が示してある。図１ａは円錐形のスワール体１を備えたバーナーの場合の第１の燃料供給部５と第２の燃料供給部７の配置構造を示している。このスワール体１の外側シェルの空気入口スロットの流入エッジには、技術水準によって専門家に知られているように、第１の予混合燃料量Ｐ１のための第１の供給部５のほかに、第２の予混合燃料量Ｐ２のための第２の供給部７が配置されている。この両供給部は互いに独立して予混合燃料を供給可能である。すなわち、例えば第２の供給部７を通って流れる第２の予混合燃料Ｐ２の流量は、第１の供給部５を通る第１の予混合燃料Ｐ１の流量に関係なく調節可能である。これは矢印をつけた異なる供給管によって示してある。理解されるように、好ましくは複数対のこの供給部５，７がバーナー軸線の周りに対称に配置されている。供給通路に至る燃料供給部は図示していない制御弁を介して互いに独立して調節可能である。制御弁の配置は実施の形態に示していないが、専門家には周知である。
【００３２】
図１ｂには、バーナー軸線３に対して垂直なバーナーの断面が示してある。この図において、スワール体の両半割り部材１ａ，１ｂが示してある。この半割り部材の対称軸線３ａ，３ｂは固有のバーナー軸線３に対してずらして配置され、両半割り部材の間に、燃焼空気１１用の空気入口スロット４が形成されている。この空気入口スロット４のところには、技術水準によって知られているように、予混合燃料用流出口６を有する第１の供給通路５が見える。この第１の供給通路５のすぐ近くには、第２の流出口８を有する第２の供給通路７が配置されている。両供給通路の流出口６，８は、流入する燃焼空気流の方に向いている。
【００３３】
互いに別々に供給可能な供給通路を介して予混合燃料を段階的に分けることにより、燃焼空気流内への予混合燃料量Ｐ１，Ｐ２の侵入深さは、一方の供給通路を介して大まかに、そして他方の供給通路を介して細かく調節することが可能である。これは図２に概略的に示してある。この図は図１の装置の運転態様を示している。この場合、第１の供給通路５の燃料量が第２の燃料通路７の燃料量よりも多いので、流出口６の燃料の圧力ひいては流出速度は、流出口８の圧力および流出速度よりも大きい。従って、第１の供給通路５からの第１の予混合燃料Ｐ１は、図に示唆するように、第２の供給通路７からの予混合燃料Ｐ２よりも燃焼空気流内に深く侵入する。同じ作用はそれぞれの流出口の異なる開口直径または流通横断面積によっても達成可能である。この場合、両通路を流れる燃料を同一にして、侵入深さが異なるようにすることができる。
【００３４】
従って、この配置構造により、バーナー内の混合気分配と混合特性を適切に調節することができる。
【００３５】
図３は供給通路と流出口の配置構造の他の実施の形態を示している。この実施の形態でも、第１と第２の供給通路５，７を備えた円錐状のスワール体１が図示のために簡略化して示してある。両供給通路はここでも互いに平行に並べて、図示していない接線方向の空気入口スロット上に設けられている。この配置構造の場合、両供給通路は同じ数の穴ｎ１またはｎ２を備えている。穴は燃焼軸線３に沿って均一に分配配置されている。この場合、第２の供給通路７の穴８は軸方向において、第１の予混合燃料供給通路の穴６と交互に配置されている。勿論、穴の数ｎ１，ｎ２は異なっていてもよい。
【００３６】
供給通路の穴を異なるように配置、分配するかまたは穴が異なる直径を有することができることにより、バーナー内およびまたはバーナー出口での燃料の軸方向分配および半径方向分配に適切に影響を与えることができる。
【００３７】
軸方向と半径方向の燃料分配は例えば次の図に示すように、第２の供給通路７またはバーナー軸線３に沿った穴８の不均一な配置によって影響を与えることができる。
【００３８】
この場合、図４は、第１の供給通路５の穴６が通常のごとくバーナー軸線３の方向に互いに均一な間隔をおいて分配されている配置構造を示している。この実施の形態では、第２の供給通路７の穴８は、バーナー軸線３の方向においてスワール室の最初の半分にわたってのみ分配されている。この穴の配置構造により、バーナー中央の燃料混合気を濃くすることは、この第２の段階  −  第２の供給通路７を介しての予混合燃料の供給  −  を実施することによって達成可能である。
【００３９】
図５は類似の配置構造を示している。この配置構造の場合には、第２の供給通路の穴８が図４の実施の形態の場合と同様に、バーナー軸線３の方向においてスワール室の最初の範囲にのみ配置されている。この実施の形態の場合、第１の供給通路５の穴６はバーナー軸線３の方向においてスワール室の全長にわたって分配されていないで、バーナー出口の方に向いた第２の部分においてのみ分配されている。それぞれの穴の数ｎ１，ｎ２は要求に応じて選定可能である。この数は同一でもよいし異なっていてもよい。
【００４０】
図６，７は、バーナー軸線３における流出穴６，８を入れ違いに配置した類似の実施の形態を示している。特に図６の実施の形態の場合、バーナーの外側範囲、すなわち燃焼室寄りの範囲の混合気を濃くすることは第２の段階によって達成可能である。基本的には、図４〜７に示すような配置構造によって、バーナー軸線に沿った燃料の所望な濃度勾配を調節することができる。
【００４１】
図４に示すような配置構造によって、小さな負荷時にパイロット燃料の供給を行うことができる。この場合、燃料をバーナーの中央に噴射する段階で始動させられる。負荷が増大するにつれて、第２の段階が実施される。できるだけ均一な燃料分布が所望される全負荷の場合、第２の段階だけで燃料を供給する。
【００４２】
図８は、本発明によるバーナーの他の実施の形態を概略的に示している。この実施の形態では、円筒状のスワール体１が使用される。第１の流出口６と第２の流出口８を有する図に示した両供給通路５，７は、前の図に関連して既に述べた供給通路と同じように形成および配置可能である。
【００４３】
本方法を実施するためのバーナーの他の実施の形態が図９に例示的に示してある。この実施の形態では、円錐形の内側体９を備えた円筒形のスワール発生器１を使用する。この場合、図９は対応する流出口６，８を備えた第１の供給通路５と第２の供給通路７を示している。図９の実施の形態の場合、これらの供給通路はスワール体１の外側シェル内に並べて配置されている。
【００４４】
図１０は本発明によるバーナーの他の実施の形態を示している。この場合、第２の供給通路７が円筒状の内側体９上に配置されている。
【００４５】
この場合、第２の供給通路７は好ましくは内側体９の外壁内に配置されている。この場合にも、前述の実施の形態の場合のように、複数の供給通路７がバーナー軸線３の周りに対称に分配される。しかしこの実施の形態の場合、第２の供給通路７を内側体９の中央に配置することもでき。その際、流出口８は半径方向に延びる通路を介してスワール室２に達するように形成しなければならない。内側体９の縮小する前側の範囲には更に、（パイロット段階としての）燃料または空気の分離供給を行う１個または複数の流出口を設けることができる。
【００４６】
図１１〜１４は、本発明を実施可能な他のスワール発生器構造の他の実施の形態を概略的に示している。これの図には上側から下側に向けて、円錐状のスワール体１と円錐状の内側体９を備えたバーナー、逆の円錐の形に形成されたスワール体１と円錐状の内側体９を備えたバーナー、チューリップ状のスワール体１を備えたバーナーおよび漏斗状のスワール体１を備えたバーナーが示してある。これらのすべてのバーナー形状の場合、前述の実施の形態のように、第２の供給通路をスワール体１と内側体９に配置することができる。ここで示したすべての形状の共通する特徴は、スワール室の軸方向流通横断面がスワール体の範囲内でバーナー出口の方に増大していることにある。これは当該種類の予混合バーナーのために必須の前提ではないがしかし、スワール発生器の有利な実施の形態である。
【００４７】
更に、すべての形状のバーナーは、円錐状バーナーについて図１５に、そして円錐状内側体９を備えた円筒状バーナーについて図１６に例示的に示すように、予混合管１０を備えていてもよい。
【００４８】
図１７，１８は、本発明によるバーナーの場合に使用可能であるようなスワール体の横断面形状の２つの例を概略的に示している。図１７には、互いにずらされた４つのシェル１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄからなるスワール体が示してある。このシェルは図示した構造では接線方向の４つの空気流入スロット４を形成している。シェルは図示した横断面において異なる形に、例えば円セグメント状、楕円形または長円形に形成可能である。図示した構造の場合、部分体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、それらの中心軸線３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄがバーナー軸線に対してずれるように配置されている。予混合管を備えているかまたは備えておらず、このような形状を有するバーナーの構造は、欧州特許第３２１８０９号明細書または欧州特許第０７８０６２９号明細書に詳細に示してあり、これらの明細書から推察可能である。
【００４９】
図１８は、接線方向の空気流入口４を有するモノリス型のスワール体１を示している。空気流入口４は例えばフライス加工された空気流入スロットとしてあるいは列をなした空気流入穴として形成可能である。
【００５０】
前述の実施の形態および後述の実施の形態で説明する供給通路と、この供給通路内の流出口の配置構造または形状との組み合わせは、任意に変更可能であるかあるいは互いに組み合わせ可能である。例えば、図８〜１６の実施の形態の場合にも、図４〜７に示した流出口配置構造のすべての実施の形態を適用することができる。これは個々の流出口の分配、数および配置構造について当てはまる。更に、図示したすべての実施の形態の場合に、両供給通路において異なる穴径を使用することができる。これにより、少量の燃料を受け入れる段階において、所定の予圧と所望な流出速度の設定が可能である。この場合、個々の実施の形態の組み合わせ方法は制限されない。専門家は所望な使用条件と所望な作用に応じて適当な配置構造を選択するであろう。特に、すべての図において示したような、流出口を軸方向において等間隔で配置することは決して必須ではない。これと異なり、予混合燃料のための流出口を軸方向において任意に分配配置するかまたは軸方向間隔の段階付けのような他の分配規則で配置することができる。
【００５１】
同じことが、異なる形状のバーナーの使用またはスワール発生器と内側体または予混合管との組み合わせについても当てはまる。専門家にとって明らかなように、異なる種類のバーナーと、スワール体、内側体、および混合管およびバーナーの他の公知特徴の組み合わせによって、本発明を実施することができる。
【００５２】
バーナーの他の有利な実施の形態が図１９〜２１に示してある。図示したバーナーは円錐状のスワール体１を備えている。このスワール体の外側シェルの空気流入スロットの流入エッジには、予混合ガス用の第１のグループの流出口６が配置されている。バーナーは更に、中央の燃料ランス１２を備えている。この燃料ランスはその燃焼室側の端部、すなわちその尖端部に、ノズルを備えている。本実施の形態では、このノズルは液体燃料１３のためまたはパイロット燃料のために使用可能である。このノズルの周りには公知のごとく、シールド空気１４用の流出口を設けることができる。図示したバーナーは、第１のグループの流出口６への燃料供給部と、燃料ランス１２の尖端部で液体燃料１３を噴射するための燃料供給部のほかに、燃料ランス１２内の第２のグループの流出口８への他の燃料供給部を備えている。第２のグループの流出口８は図１９〜２１に示すように、ほぼバーナー軸線の方向に燃料ランス１２の外周面に配置され、好ましくは燃料ランス１２の軸線の周りに半径方向対称に分配されている。この流出口は燃料ランス１２から外側に向けて燃料をスワール室に噴射することができる。この流出口８の数と大きさおよび軸方向と周方向における燃料ランス１２上の分配は、消弧限界、脈動および逆火限界のようなバーナーのその都度の要求に依存して選択可能である。
【００５３】
燃料ランス１２はスワール室内に比較的に深く（図１９，２０参照、“長いランスＥＶバーナー”）あるいは少しだけ（図２１）挿入可能である。この両者の場合に、第２のグループの流出口８は、図に示すように、好ましくはスワール室の後側範囲、すなわちバーナー室から最も離れた範囲において、燃料ランス１２上に配置される。
【００５４】
この実施の形態の場合にも勿論、第１のグループの流出口６への燃料供給部は、第２のグループの流出口８への燃料供給部に依存しないで燃料を制御または調節可能である。
【００５５】
図１９の実施の形態はバーナーの非常に有利な段階的な運転モードを可能にする。この運転モードの場合には、第１のグループの流出口６への燃料供給部と、第２のグループの流出口８への燃料供給部に予混合ガスが供給される。第１と第２のグループの流出口６，８への燃料供給部が独立して制御可能であることにより、バーナーまたはバーナーを使用する設備のその都度の運転条件に最適に適合した運転モードを可能にする。燃料ランス１２に設けた第２のグループの流出口８は本実施の形態では、スラール体１に設けた第１のグループの流出口に向き合っている。従って、所定の運転状態では、燃料を第１と第２のグループの流出口６，８に例えば排他的に供給可能である。すなわち、その都度他のグループに燃料を供給しないで、当該にグループにのみ供給可能である。
【００５６】
図に示したバーナーは、燃料を適当に供給し、第２のグループの流出口を適当に形成すると、原理的にはこの流出口８を経て拡散モードで運転可能である。この場合、燃料ランス１２の尖端部における液体燃料１３の噴射部から流出口８を空間的に分離することにより、公知のバーナーと異なり、第２のグループの流出口８の燃料供給系への燃料液滴または燃料蒸気の侵入を回避することができる。
【００５７】
図２０は、同様にきわめて有利な段階的な運転モードで運転可能なバーナーの実施の形態を示している。第２のグループの流出口８に対向するスワール体１の範囲において、流出口６は閉鎖されているかあるいは設けられていない。なぜなら、燃料ランス１２上の流出口８がこの流出口６の機能を受け持つからである。図２１は同じ運転モードのために形成された短い燃料ランス１２を備えた同じバーナーを示している。
【００５８】
このバーナーを運転する際に、両グループの流出口６，８には予混合ガスが供給される。バーナーの点火と始動は、予混合ガスが主として燃料ランス１２の流出口８を経て（以下、段階１と呼ぶ）スワール室に供給される運転モードで行われる。負荷が増大すると、段階１への予混合ガスの供給は低減され、第１のグループの流出口６を経て（以下、段階２と呼ぶ）の予混合ガスの供給が増える。バーナーの運転状態に依存して行われる、段階１と２への予混合燃料のこのような分配は、図２２から例示的に推察可能である。
【００５９】
これにより、例えばこのようなバーナーを備えたガスタービンは、点火から全負荷までパイロット段階なしに運転可能である。
【００６０】
段階１と２への燃料の供給は適当な弁を介して、独立して制御または調節される。
【００６１】
図２３，２４はバーナーへの燃料量Ｐ０の供給の例を示している。両例では、燃料の全量Ｐ０を、第１のグループの流出口６のための燃料量Ｐ１と、第２のグループの流出口８のための燃料量Ｐ２に分けるために、燃料管が分岐している。
【００６２】
図２３では、分配比または流量比の調節は各々１個の弁１５，１６を介して各々の分岐部で行われる。図２４は、燃料全量Ｐ０を調節するために弁１６が分岐部の手前に配置され、他の弁１５が第１のグループの流出口６に至る分岐部に配置されている実施の形態を示している。弁１５を制御することにより、ここでも、Ｐ１とＰ２の流量比を変えることができる。この実施の形態の場合勿論、第２のグループの流出口８に至る分岐部に弁１５を配置することができる。
【００６３】
更に、このような配置構造により、図において破線で示すように、調節された流量比で複数のバーナーに同時に燃料を供給することができる。
【００６４】
例示的な両実施の形態の場合、流量比Ｐ１／Ｐ２はバーナーの運転状態に依存して弁を制御することによって変更可能である。流量比の変更は、本明細書の前の部分で既に説明したように、いろいろな測定値および運転特性値に依存して制御または調節可能である。図示した実施の形態はバーナー形状に左右されず、前述の実施の形態のすべてのバーナーにおいて使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による方法で運転可能であるバーナーの実施の形態の概略的な縦断面図と横断面図である。
【図２】  図１に示したバーナーの運転モードにおける流出口からガスの流出の一例を示す図である。
【図３】  本発明による方法で運転可能であるバーナーの燃料供給部と燃料流出口の配置の一例を概略的に示す図である。
【図５】  本発明による方法によって運転可能であるバーナーの燃料供給部と燃料流出口の配置構造の一例を示す図である。
【図６】  本発明による方法によって運転可能であるバーナーの燃料供給部と燃料流出口の配置構造の一例を示す図である。
【図７】  本発明による方法によって運転可能であるバーナーの燃料供給部と燃料流出口の配置構造の一例を示す図である。
【図８】  本発明による方法によって運転可能である、円筒状のスワール発生器を備えたバーナーの一例を概略的に示す図である。
【図９】  本発明による方法によって運転可能である、円筒状のスワール体と円錐形に内側体を備えたバーナー構造の一例を示す図である。
【図１０】  本発明によるバーナーの構造の第１の例を示す図である。
【図１１】  本発明を実施可能な他のスワール発生器構造の一例を概略的に示す図である。
【図１２】  本発明を実施可能な他のスワール発生器構造の一例を概略的に示す図である。
【図１３】  本発明を実施可能な他のスワール発生器構造の一例を概略的に示す図である。
【図１４】  本発明を実施可能な他のスワール発生器構造の一例を概略的に示す図である。
【図１５】  後続配置の予混合管を備えた、本発明を実施可能なスワール発生器構造を示す図である。
【図１６】  後続配置の予混合管を備えた、本発明を実施可能なスワール発生器構造を示す図である。
【図１７】  本発明によるバーナーにおいて使用可能であるような、スワール体の構造の一例を概略的に示す横断面図である。
【図１８】  本発明によるバーナーにおいて使用可能であるような、スワール体の構造の一例を概略的に示す横断面図である。
【図１９】  本発明によるバーナーの他の実施の形態を示す図である。
【図２０】  本発明によるバーナーの他の実施の形態を示す図である。
【図２１】  本発明によるバーナーの他の実施の形態を示す図である。
【図２２】  図２０，２１のバーナーの運転モードの一例を示す図である。
【図２３】  本発明による方法を実施するための燃料供給部の構造の一例を概略的に示す図である。
【図２４】  本発明による方法を実施するための燃料供給部の構造の一例を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１              スワール発生器
１ａ            スワール発生器−部分体
１ｂ            スワール発生器−部分体
１ｃ            スワール発生器−部分体
１ｂｄ          スワール発生器−部分体
２              スワール室
３              バーナー軸線
３ａ            スワール発生器−部分体の軸線
３ｂ            スワール発生器−部分体の軸線
３ｃ            スワール発生器−部分体の軸線
３ｄ            スワール発生器−部分体の軸線
４              流入口／空気スロット
５              第１の燃料供給部
６              第１の燃料流出口
７              第２の燃料供給部
８              第２の燃料流出口
９              内側体
１０            予混合管
１１            燃焼空気
１２            燃料ランス
１３            液体燃料
１４            シールド空気
１５            制御弁
１６            制御弁
Ｐ０            第１の予混合燃料
Ｐ１            第２の予混合燃料
ｎ１            穴の第１の数
ｎ２            穴の第２の数
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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