(57)【要約】【課題】バーナシステムをできる限り火炎喪失限界近傍で稼動させる一方、火炎喪失を確実に防止することができるバーナシステム及びその制御方法を提供すること。【解決手段】バーナシステムを、少なくとも、燃料と空気の混合気が流入する流入領域と、該流入領域の出口側に設けられた混合室とを備えたバーナ２’と、前記混合室の出口側に設けられた燃焼室と、前記混合室の入口側に設けられた第１の燃料噴射装置と、前記燃焼室内に直接燃料を噴射する、前記混合室の出口側に設けられた第２の燃料噴射装置７，７’と、燃焼に関する技術的なパラメータを検出する少なくとも１つのセンサと、該センサ及び前記第２の燃料噴射装置７，７’に接続され、前記センサにより検出されたパラメータに基づいて前記第２の燃料噴射装置７，７’を制御する制御装置１２とで構成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、
燃料と空気の混合気が流入する流入領域（５）と、該流入領域（５）の出口側に設けられた混合室（４）とを備えたバーナ（２）と、
前記混合室（４）の出口側に設けられた燃焼室（３）と、
前記混合室（４）の入口側に設けられた第１の燃料噴射装置（６）と、
前記燃焼室内に直接燃料を噴射する、前記混合室（４）の出口側に設けられた第２の燃料噴射装置（７，７’）と、
燃焼に関する技術的なパラメータを検出する少なくとも１つのセンサ（９）と、
該センサ（９）及び前記第２の燃料噴射装置（７，７’）に接続され、前記センサにより検出されたパラメータに基づいて前記第２の燃料噴射装置（７，７’）を制御する制御装置（１２）と
を備えて成る、段階的な燃料噴射手段を有するバーナシステム。
【請求項２】
前記第２の燃料噴射装置（７）を、前記バーナ（２）の出口側に形成するか、或いは前記バーナ（２）とは分離させて前記燃焼室の壁面に設けたことを特徴とする請求項１記載のバーナシステム。
【請求項３】
少なくとも１つの前記センサ（９）によって、燃焼温度、水分含有率、流量、燃焼室内圧力及び燃料組成のうち少なくとも何れかを検出することを特徴とする請求項１又は２記載のバーナシステム。
【請求項４】
前記第１及び第２の燃料噴射装置（６，７）をそれぞれ別の燃料供給通路（１０）に接続したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のバーナシステム。
【請求項５】
前記第１及び第２の燃料噴射装置（６，７）を、それぞれ異なる種類の燃料を噴射するように構成したことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のバーナシステム。
【請求項６】
グループで、或いは個々に前記制御装置（１２）により制御される複数のバーナ（２，２’）で構成したことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のバーナシステム。
【請求項７】
燃料を前記燃焼室（３）内へ噴射する少なくとも１つの燃料噴射ノズル（８’）を前記第２の燃料噴射装置（７’）に設け、且つ／又は
燃料を前記燃焼室（３）内へ噴射する燃料噴射ノズル（８）を前記第２の燃料噴射装置（７）の出口にリム状に複数設けた
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のバーナシステム。
【請求項８】
第２の燃料噴射装置（７）を有さないバーナ（２）、
リム状に形成された第２の燃料噴射装置（７）を備えたバーナ（２）、及び／又は
少なくとも１つの燃料噴射ノズル（８’）を燃焼室の壁面に備えたバーナ（２）
を設けたことを特徴とする請求項７記載のバーナシステム。
【請求項９】
前記制御装置（１２）が、前記パラメータに依存せずに第１の燃料噴射装置（６）を制御することを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載のバーナシステム。
【請求項１０】
前記流入領域（５）を螺旋流発生器として形成したことを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載のバーナシステム。
【請求項１１】
少なくとも１つのセンサ（９）によって燃焼に関する技術的なパラメータを検出し、
制御装置（１２）によって前記パラメータに基づき少なくとも第２の燃料噴射装置（７）を制御する、
請求項１〜１０の何れかに記載の段階的な燃料噴射手段を有するバーナシステムの制御方法。
【請求項１２】
前記制御装置（１２）が、少なくとも１つの前記センサ（９）と共に閉回路を形成していることを特徴とする請求項１１記載のバーナシステムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、段階的な燃料噴射手段を有するバーナシステムと、このようなバーナシステムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有害物質の排出に関する規定値が益々厳しくなっていく昨今においては、発電施設のバーナをできる限り効率よく、即ち、過剰な酸素を用いて空気中で稼動させる必要がある。このような無駄のない稼動により、特に有害なＮＯｘの排出量の削減を図ることができるとともに、燃焼反応を火炎喪失限界近くまで近づけることができる。
【特許文献１】特開平８−１１４３０７号公報
【特許文献２】欧州特許出願公開第１２０５６５３号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２００４０１５１８７号明細書
【特許文献４】欧州特許出願公開第１５３３５６９号明細書
【特許文献５】欧州特許出願公開第１６２１８１１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のような火炎喪失限界近傍での燃焼反応によれば、一方では確かに有害物質の排出を削減することが可能であるが、他方では、生起される圧力変動により火炎が喪失され、燃焼設備を規定通り稼動し難くなってしまうという危険性をはらんでいる。
【０００４】
そのため、従来、火炎喪失限界近傍での燃焼設備の稼動に際しては十分な安全領域を確保しつつ稼動させており、そのため、多くの有害物質の排出を甘受してきた。
【０００５】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、バーナシステムをできる限り火炎喪失限界近傍で稼動させる一方、火炎喪失を確実に防止して上記のような問題を解決できるバーナシステム及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、請求項１及び１１記載の特徴により解決される。又、好ましい実施の形態は従属請求項に記載されている。
【０００７】
本発明によれば、段階的な燃料噴射手段を有するバーナシステムにおいて、第１及び第２の燃料噴射装置を備えるとともに、この第２の燃料噴射装置を燃焼室内で検出された各種の燃焼に関する技術的なパラメータに応じて制御する制御装置を備えている。
【０００８】
ここで、このバーナシステムは、混合室を有するバーナと、混合室の出口に設けられた燃焼室とを含んで構成されている。
【０００９】
又、第１の燃料噴射装置が混合室の入口側に設けられる一方、第２の燃料噴射装置は、混合室の出口側に設けられて燃料を直接燃焼室内へ噴射する。
【００１０】
更に、本発明によれば、バーナシステムは各種の燃焼に関する技術的なパラメータを検出する少なくとも１つのセンサをも含んで構成されており、このセンサは制御装置の入力側に接続されている。
【００１１】
因みに、制御装置の出力側には第２の燃料噴射装置が接続されており、この制御装置は、入力された前記パラメータとそれらの所定の目標値とを比較し、その偏差に応じて第２の燃料噴射装置を制御する。
【００１２】
従って、第２の燃料噴射装置が前記パラメータとそれらの所定値との偏差に応じて制御装置により直接制御されるのに対し、第１の燃料噴射装置は制御装置の影響を受けることなく混合室或いはバーナの流入領域へ燃料を供給することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、第２の燃料噴射装置をバーナの出口側に形成するか、或いはバーナとは分離して燃焼室の壁面に設けており、ここで、この燃焼室の壁面をバーナの出口側が位置する壁面と同一の壁面とすると好ましい。
【００１４】
又、複数のバーナを設ける際には、第２の燃料噴射装置を、グループ化されたバーナの出口側に設けることが可能であり、又、グループ化されたバーナから分離して燃焼室の壁面に設けることももちろん可能である。
【００１５】
従って、本発明によれば、第２の燃料噴射装置をバーナのタイプに合わせて配設することが可能であり、本発明によるバーナシステムの高い適用柔軟性と広い導入範囲を得ることができる。
【００１６】
又、本発明によれば、複数のバーナをグループ化して、或いは個々に制御装置により制御しているため、要求される制御に応じてバーナを個々に、或いは同じ大きさ又は異なる大きさのグループに統合されたものとして制御装置により制御することが可能である。それ故、必ずしも全てのバーナを制御装置に接続することなくバーナシステムを火炎喪失限界近傍で稼動することが可能である。
【００１７】
本発明の他の好ましい実施の形態によれば、バーナシステムに、第２の燃料噴射装置を有さないバーナ、リム状に形成された第２の燃料噴射装置を備えたバーナ、及び／又は少なくとも１つの燃料噴射ノズルを燃焼室の壁面に備えたバーナを設けている。即ち、互いに相違して形成された第２の燃料噴射装置を設けることができるとともに、第２の燃料噴射装置を有さない従来のバーナを設けることもできる。
【００１８】
従って、個々のバーナを交換するのみで、例えば従来の燃焼装置に本発明によるバーナシステム或いはバーナを追加することができるという大きな利点が得られる。
【００１９】
更に、本発明によれば、少なくとも１つのセンサによって、燃焼温度、水分含有率、流量、燃焼室内圧力及び燃料組成のうち少なくとも何れかを検出することを特徴としている。今日では、このようなセンサは低コストで製造可能であるとともに、上記のように構成することにより、包括的な燃焼室内での燃焼過程の制御を行うことができる。
【００２０】
ところで、燃料は常に正確に同じ組成を有しているわけではないので、それぞれの燃料の差に対する適切な対応をとることが重要となる。例えば、燃料組成が変化した場合、センサがこれを検出し、この燃料組成に関するパラメータが制御装置に入力される。該制御装置は、このパラメータとその所定値とを比較し、この結果に基づき第２の燃料噴射装置を制御する。
【００２１】
尚、正確な燃焼状態を把握するために、上記全てのパラメータをそれぞれ検出する複数のセンサを設けると好ましい。
【００２２】
更なる特徴及び利点は従属請求項、図面及び図面の説明に記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１は本発明によるバーナを簡略化して示すものであり、図２は複数のバーナを備えた本発明によるバーナシステムを簡略化して示すものである。これらにおいて、同一要素には同一符号を付している。
【００２５】
図１に示す段階的な燃料噴射手段を有するバーナシステム１は少なくとも１つのバーナ２を備えており、この図１における左から右へ、燃焼室３、混合室４、及びバーナ２の流入領域５が順に配設されている。ここで、この流入領域５は、例えば燃料と空気の混合気を螺旋状に混合室内へと送出せしめる、螺旋流発生器とすることができる。更に、燃焼室３の出口側には例えば不図示のガスタービンを設けることもできる。
【００２６】
又、流入領域５、或いは混合室４の入口側には第１の燃料噴射装置６が設けられており、該第１の燃料噴射装置６により燃料が流入領域５へ供給される。そして、混合室４の出口側には第２の燃料噴射装置７が設けられており、該第２の燃料噴射装置７は、燃料を燃焼室３内へ直接噴射、供給する。
【００２７】
ここで、図１には異なる２種類の第２の燃料噴射装置７，７’が示されており、符号７’で示す第２の燃料噴射装置が少なくとも１つの燃料噴射ノズル８’を備える一方、符号７で示す第２の燃料噴射装置は好ましくはリング状或いはリム状に形成された複数の燃料噴射ノズル８をバーナ２の出口或いは混合室４の出口に備えており、この複数の燃料噴射ノズル８により燃料が燃焼室３内へ噴射される。
【００２８】
即ち、符号７で示す第２の燃料噴射装置はバーナ２の出口側に設けられるか、或いは形成され、符号７’で示す第２の燃料噴射装置はバーナ２から分離されて当該バーナ２の壁面に設けられている。ここで、バーナ２の出口及び第２の燃料噴射装置７’を燃焼室３の同一の壁面（例えば内壁面）内に設けると好ましい。
【００２９】
ところで、図１に示すように、燃焼室３内の所定位置に少なくとも１つのセンサ９が設けられており、このセンサ９により例えば燃焼温度、水分含有率、流量、燃焼室内圧力或いは燃料組成のような燃焼に関する技術的なパラメータが検出され、センサ９により検出されたこれらのパラメータによって燃焼の質を評価することができる。
【００３０】
尚、図１においては１つのセンサ９のみを示しているが、もちろん様々なパラメータを検出する複数のセンサを燃焼室３内に設けることもできる。
【００３１】
而して、図２には、リング状或いはリム状に形成されて設けられた複数（図示では１２個）のバーナ２が示されており、図示の制御装置１２は、その入力側で少なくとも１つ（図示では３つ）のセンサ９に接続される一方、その出力側では複数の弁１１に接続されている。
【００３２】
本発明によれば、制御装置１２は、センサ９により検出されたパラメータに基づいて第２の燃料噴射装置７，７’を制御できるように構成されている。又、個々のバーナ２をグループ化し、このグループを制御装置１２で制御しても良いし、グループ化せず個々に制御しても良い。そして、全ての第２の燃料噴射装置７，７’を一緒に、即ち１つのユニットとして制御装置１２によって制御することもできる。
【００３３】
又、図２に示すように、本発明によるバーナシステム１は、それぞれ少なくとも１つの燃料噴射ノズル８’を有する複数のバーナ２と、それぞれリム状に設けられた第２の燃料噴射装置７を有する複数のバーナ２’を備えている。
【００３４】
尚、第２の燃料噴射装置７を有さない従来のバーナをバーナシステム１に設けることもできるが、その場合、原則的に制御装置１２を、センサ９により検出されたパラメータから独立して第１の燃料噴射装置６を制御できるように構成するとともに、第２の燃料噴射装置７，７’をこれらにそれぞれ別々の燃料供給通路１０を介して燃料が供給されるように構成し、例えば、第１の燃料噴射装置６から様々な燃料を燃焼室３内に供給することができる。
【００３５】
次に、段階的な燃料噴射手段を有する、本発明によるバーナシステム１の制御方法について説明する。
【００３６】
先ず、バーナシステム１を作動させると、少なくとも１つのセンサ９が連続して、或いは一定時間毎に燃焼室３内における各パラメータを検出する。この各パラメータは制御装置１２へ入力され、この制御装置１２は、これら各パラメータを予め定めた所定の目標値と比較し、弁１１、更には第２の燃料噴射装置７，７’を制御する。上記のような制御によれば、例えば保炎限界において弁１１を開放するように動作する。尚、この制御装置１２は少なくとも１つのセンサ９と共に閉回路を形成している。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明によるバーナの概略図である。
【図２】複数のバーナを備えた本発明によるバーナシステムの概略図である。
【符号の説明】
【００３８】
１          バーナシステム
２，２’    バーナ
３          燃焼室
４          混合室
５          流入領域
６          第１の燃料噴射装置
７，７’    第２の燃料噴射装置
８，８’    燃料噴射ノズル
９          センサ
１０        燃料供給通路
１１        弁
１２        制御装置
【図１】
2007271258.tif 000003
【図２】
2007271258.tif 000004