(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室へ燃料−空気混合物をノズル噴射する方法であって、
−ランス先端（１）と、燃料（６，１１）のための２つの通路（５，１０）と、掃気（９）のための１つの通路（８）とを有し、３つの同心的な円筒形の管（２，３，４）から成り、外部管（２）が１０−４０ｍｍの領域の外径を有し、中間管（４）が前記外部管（２）の直径の２／３の外径を有し、内部管（３）が前記外部管（２）の直径の１／３の外径を有している燃料ランスを用いて選択的に又は同時に液状とガス状の燃料（６，１１）と掃気（９）とを燃焼室内へノズル噴射し、
−液状の燃料（６）を最小直径を有する円筒形の前記内部管（３）を介してランス先端（１）へ導き、その際、前記内部管（３）が該内部管（３）に同心的に配置された２つの別の円筒形の管（２，４）で取囲まれており、
−掃気（９）が円筒形の前記内部管（３）と円筒形の前記中間管（４）との間の中空室を流れかつノズル噴射部位にてほぼ軸方向で環状の形式で中空円筒を形成するように、前記掃気（９）を液状の燃料とガス状の燃料との間に導き、液状の燃料とガス状の燃料とを前記掃気（９）とによって互いに遮蔽し、
−液状の燃料（６）がノズル噴射部位にて、中央の、燃料ランスの軸線上に配置されたインサート（７）に基づき、半径方向外方へかつ掃気（９）の流れに向けられた形式で、環状の、ランス先端（１）に向かって拡がる中空の円錐台の形状でノズル噴射され、
−ガス状の燃料（１１）がノズル噴射部位にて、外部管（２）の先端部が内方へ１０ｍｍに亙って４０％の領域で先細に弯曲していることに基づき、半径方向内方へかつ掃気（９）の流れに向けられた形式でノズル噴射される
ことを特徴とする、燃焼室へ燃料−空気混合物をノズル噴射する方法。
【請求項２】
液状及びガス状の燃料をランスベース（１７）にて内部の管（３）もしくは該内部の管（３）と中間管（４）との間の中空室へ導き、掃気（９）を中間管（４）と外部管（２）との間の中空室へ導く
請求項１記載の方法。
【請求項３】
ランスベース（１７）にて掃気（９）を内部の管（３）と中間管（４）との間の中空室へ変向し、ガス状の燃料（６）を中間管（４）と外部管（２）との間の中空室へ導く、
請求項２記載の方法。
【請求項４】
中間の中空室への掃気（９）の導入を適宜の半径方向のセグメントに配置されたスリット又は孔を通して行う、
請求項３記載の方法。
【請求項５】
掃気（９）を中間管（４）と外部管（２）との間の中空室内でランス先端（１）へ導き、ランス先端（１）の領域にて掃気（９）を内部管（３）と中間管（４）との間の中間の中空室へ変向し、ガス状の燃料（１１）を中間管（４）と外部管（２）との間の外側の中空室（１０）にて導く、
請求項２記載の方法。
【請求項６】
燃料ランスを前混合バーナの軸上に配置し、当該方法を前混合バーナのパイロット運転のために使用する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
後置の混合区間を有しているか又は有していないダブルコーン型バーナのパイロット運転のために使用する、請求項６記載の方法。
【請求項８】
燃料ランスがダブルコーンバーナの全長のほぼ３／４の長さを有し、前混合バーナのパイロット運転のために使用される、請求項７記載の方法。
【請求項９】
燃焼室を運転するために該燃焼室内へ燃料／混合物をノズル噴射するための燃料ランスであって、燃料ランスが３つの同心的なほぼ円筒形の管（２，３，４）から成り、外部管（２）と中間管（４）との間に燃料（１１）のための通路（１０）が形成され、中間管（４）と内部管（３）との間に空気量（９）のための通路（８）が形成され、内部管（３）が燃料（６）のための通路（５）を形成しており、燃料ランスがランス先端（１）を有している形式のものにおいて、前記燃料（６）のための通路（５）がランス先端（１）の領域にインサート（７）を備えており、該インサート（７）が燃料（６）のための前記通路（５）を通って導かれた流れを該インサート（７）の幾何学的形状に関連して開放した中空のリング状の流れに変え、外部管（２）が１０−４０ｍｍの領域の外径を有し、前記中間管（４）が前記外部管（２）の外径の２／３の外径を有し、該外部管（２）がランス先端（１）の領域に、４０％の領域で半径方向内方へ先細になった弯曲を有していることを特徴とする、燃料ランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１の上位概念部に記載した、燃料空気混合物を燃焼室内へノズル噴射する方法に関する。このような方法はＵＡ−Ａ−６，０３８，８６３号明細書により公知である。
【０００２】
従来技術
ＤＥ−Ａ１−４４２４５９７号明細書には燃焼装置が開示されている。この燃焼装置は特にガスタービンに適し、並列に働く多数のバーナを有する燃焼室を有している。これらのバーナには交換可能に押し込まれた燃料ランスを介して外部から液状又はガス状燃料が適当な液体燃料供給通路又はガス供給通路を介して供給される。燃料分配を簡単に調和させるためにはバーナの個々の燃料ランスの液体燃料供給通路もしくはガス供給通路には可変絞り個所が設けられている。
ＤＥ−Ａ１−１９５４５３１０号明細書には前混合バーナが開示されている。燃料と燃焼空気とを前混合するための前記前混合バーナはだいたいにおいて、少なくとも２つの部分円錐シェルから成っている。これらの部分円錐シェルは所属の部分円錐軸と燃焼空気用の流入通路を有している。この前混合バーナは主として真っ直ぐな中空円錐から形成されており、この中空円錐は外側の円錐外套と内側の円錐外套とにより制限されており、この中空円錐においては少なくとも２つの入口通路が内側の円錐外套に対し接線方向にかつ円錐外套の直線的な円錐母線に沿って延びている。これによって形成された部分円錐シェルの部分円錐軸線は共通の円錐軸の上に位置している。
ＵＳ−Ａ−５７８２６２６号明細書には噴霧化ノズルが開示されている。液状及びガス状の燃料で運転されるバーナを運転するためのこのエアブラスト噴霧化ノズルの場合には内側と外側の空気通路はスライド座を有しかつ旋回羽根として構成されていることのできる内側と外側の支持エレメントを介して保持されている。エアブラストノズルの噴霧化縁はノズル軸線の方向に折り曲げられている。このノズルは小さな寸法と低い圧力損失とわずかなコークス化傾向とを長所としている。
【０００３】
発明の開示
したがって本発明の課題は、通常バーナのフット部に配置されたランスベースから互いに離されて供給された２種の燃料をボルテックスブレイクダウンの上流側にてバーナ軸線上のノズル噴射部位に導入するための燃料ランスを提供することである。したがって本発明の課題は少なくとも２つの互いに離れた通路を介して燃料を、ほぼランス先端に配置されたノズルの噴射部位にて燃焼室へ選択的に又は同時にノズル噴射できる燃料ランスを提供することである。この場合、燃料ランスは同時に又は選択的に両方の燃料で、バックフラッシュ又はコークス化（液状の燃料の場合）の危惧なしで運転できるようにしたい。
【０００４】
課題の解決策は独立請求項の特徴部分に記載されている。解決策の特徴は液状燃料がノズル噴射部位にて半径方向外方へかつ掃気の流れに向けられた形式で、循環する、ランス先端に向かって開いた中空の円錐台の形でノズル噴射されかつガス状の燃料がノズル噴射部位にて半径方向内方へかつ掃気に向けられた形式でノズル噴射されることである。
【０００５】
したがって本発明の核心は同様にランス先端へ供給された掃気が、ランス先端にて燃焼室へノズル噴射される燃料の間に、掃気の「保護シールド」が両方の燃料のクロスオーバを回避するように導かれることである。特にこのようにして唯一の燃料だけでランスを稼働させた場合に、その時点で燃料が制御されていない方の燃料通路内へ燃料が達することが回避される。
【０００６】
本発明によれば燃料のための両方の通路及び掃気のための通路が、直径の異なる、ほぼ同心的な管として構成されている。この場合には３種の前記媒体はその際に形成された中空円筒状の中間室内又は円筒状の室内をノズル噴射部位へ導かれる。この構造形式は簡単でかつバーナにおける熱的な負荷に特に適している。
【０００７】
前記燃料システムは液状燃料が用いられたシステムとガス状燃料が用いられたシステムである。この場合、一般的にはガス状の燃料はガス運転での部分負荷領域のために使用され、液状燃料、例えば油の形をした液状燃料は、油運転にて全負荷領域のために使用される。この場合、有利には液状の燃料は最小直径の中央の内部の管を介してランス先端へ導かれる。この内部の管は、該内部の管に対し同心的に配置された別の２つの管によって取囲まれ、ガス状の燃料並びに掃気はこの構成によって形成された中空円筒状の中間室を通ってランス先端に向かってノズル噴射部位へ導かれる。さらにノズル噴射部位の直ぐ近くにて掃気は中央の内部の管と中間の管との間の中空室へ流入する。これにより掃気はノズル噴射部位にて効果的に両方の燃料流の間に遮蔽外套を形成して流入し、両方の燃料流を互いに遮断する。
【０００８】
さらに燃料ランスは、ノズル噴射部位にて掃気がほぼ軸方向でかつ環状の形式で、中空円筒を形成して燃焼室へノズル噴射されることを特徴としている。換言すれば、掃気はバーナ軸線に対し平行に燃料ゾーンへ達する。この場合、液状燃料の噴射は軽く半径方向外方へかつ軸方向の掃気流に向けられた形式で、つまり環状の、ランス先端へ開いた中空の円錐台の形で行われる。液状燃料はこの代わりに中空円錐形の旋回流ノズルによって又は多孔ノズルによって噴射されることもできる。ノズル噴射部位にてガス状の燃料は軽く半径方向に内方へかつ掃気流に向けられた形式で噴射されること、つまり環状の、ランス先端に向かって閉じる中空の円錐台の形で導かれることができる。
【０００９】
本発明の方法の他の有利な実施例の特徴は、液状燃料とガス状燃料とがランスベースにて内部の管内もしくは内部の管と中間管との間の中空室内を導かれることである。この場合、ランスベースにて直接的に掃気が内部の管と中間管との間の中空室へ変向されるのに対し、ガス状燃料は中間管と外部管との間の中空室へ導かれる。この場合には特に、掃気を中間の中空室へ導入することは適宜の半径方向セグメントに配置されたスリット又は孔を介して行われると有利である。通常、ランスはランスベースにてより大きな直径を有しているので、この構成は掃気とガス状燃料とに比較的に大きな流れを可能にする。
【００１０】
他面においては掃気をランス先端にてはじめてガス状燃料の案内と交差させることもできる。つまり、掃気は中間管と外部管との間の中空室内をランス先端に向かって導かれかつランス先端の領域にて掃気は内部の管と中間管との間の中間の中空室へ変向されるのに対し、ガス状燃料は中間管と外部管との間の中空室へ導かれる。この構成は一般的な形式でランス先端のわずかな寸法に基づき掃気とガス状燃料とにいくらか低い流れしか可能にしないが、外部の通路を流れる掃気が同時に冷却作用を有し、過度の加熱とこれに基づくバックフラッシュとがこれにより付加的に阻止されるという利点を有している。
【００１２】
さらに本発明は先に述べたような方法を、特に前混合バーナ、特に後置の混合区間を有しているか有していないダブルコーン型バーナのパイロット運転のために使用することにも関する。この場合には燃料ランスは前混合バーナの軸の上に配置される。
【００１３】
前記使用法の有利な１実施形態によれば、ランスは後置の混合区間を有しているか又は有していないダブルコーン型バーナの全長のほぼ３／４の長さに亘って延在している。この場合、全長とはダブルコーン型バーナの円錐状の領域の長さを言う。
【００１５】
発明を実施する形態
以下、図面に関連して本発明の実施例を詳細に説明する。図面には本発明にとって重要な部材だけが示されている。異なる図面における同じ部材は同じ符号で示され、流れ方向が矢印で示されている。
【００１６】
図１には燃料ランスのランス先端１が軸方向に断面して示されている。燃料ランスは最も外側にあるランス管２を有している。この場合、ランスは例えばＵＳ４９３２８６１号に記載されているようなダブルコーン型バーナに使用した場合には通常はバーナの長さの約３／４だけ円錐形の部分体の間の中空室へ突入する。しかしながら提案された燃料ランスはボルテックスブレイクダウン(vortex-breakdoun)を有する前混合バーナにて使用することもできる。この前混合バーナは付加的に、後置された混合区間を有している（例えばＥＰ０７０４６５７号明細書を参照）。
【００１７】
通常、燃料ランスは円形の横断面を有している。円筒形の一番外の管２内には一番外の管２と同軸に配置されて中間管４と別の内部の管、直径が最小である油管３とが配置されている。この燃料ランスを液状燃料６で運転しようとすると、油管３を通って液状燃料、すなわち油６、ベンジン又は類似したものが油案内５内をランス先端に向かって流れる。油管３の先端には中央のインサート７がある。このインサート７はほぼバーナランスの軸線上に配置され、油流をランス先端にて半径方向外方へ変向させる。これにより、液状の燃料はバーナランスの軸線の方向で燃焼室もしくは燃焼が行われる中空室内へ侵入するのではなく、円周方向で閉じられ、つまり環状に形成される円錐形の噴射円錐を成して侵入する。この代わりに液状燃料は、図示されていない中空円錐旋回流ノズル又は多孔ノズルによって噴射されることもできる。
【００１８】
最外部の管２と中間管４との間の中空室内を通常はガス状燃料１１がランス先端１に向かって流れる。最外部の管２は最外部の端部に燃料ランスの軸線に向けられた環状の湾曲部、つまり狭窄部を有している。この狭窄部は、ガス流が燃料ランスから流出する前にこれを燃料ランスの軸線に向かって変向させる。換言すれば円錐状に窄まる中空のガス円錐が発生する。
【００１９】
中間管４と油管３との間の中間室８内を燃料ランス先端１に向かって本発明によれば掃気９が流れる。しかしこの掃気はほぼ軸線方向に、つまりランス先端１にて円筒状の空気外套を形成して流出する。換言すれば掃気９は使用された両燃料の間を流れる。したがってガス状の燃料流１１も液状の燃料も掃気から成る円筒状の空気外套に向けられる。この特別な配置は燃料流が掃気９で遮蔽されていることに基づきランスを両方の燃料の一方だけで稼働させるか又は両方の燃料で稼働させることが可能になり、しかも例えば一方の燃料だけを用いて運転した場合に燃料が、制御された燃料通路から稼働させられていない通路へ達する危険（燃料逆流の危険）は発生しない。
【００２０】
このような燃料ランスは典型的な形式で２０から４０ミリメートルの範囲の外径（最外部の管２の外径）を有し、中間管４は最外部の管２の外径のほぼ２／３の外径を有している。油管３は最外部の管２の直径のほぼ１／３の外径を有している。ランスベース１７にてランスはたいてい３０〜６０ｍ中心軸線に向かって変向され、これによりパイロットガス１１の流出開口は掃気９の遮蔽作用が最大であるように配置されることになる。
【００２１】
通常、このような燃料ランスは前混合バーナのパイロット運転のために使用される。この場合には可能であればガス状の燃料だけがパイロット運転に使用される。この燃料ランスは典型的な場合には約５０％の負荷まで、つまり前混合火炎が十分に安定化するまで使用される。前混合火炎が十分に安定化すると、燃料ランスには燃料がもはや制御されず、前混合バーナの入口スリットにおける燃料ノズルだけに燃料が制御される。
【００２２】
例えばガス状の燃料が提供されないと、本発明の燃料ランスは選択的に液状の燃料を用いたバーナ運転を可能にする。この選択的な使用の可能性は、一種の燃料だけを用いた運転に際しこの燃料が稼働させられない通路内に達し、そこでバックフラッシュすることが掃気によって回避されることで可能である。掃気から成る外套は液状の燃料のコークス化が回避されるという利点も有している。
【００２３】
図２にはランスが全長に亘って示されている。通常、液状の燃料とガス状の燃料とがバーナのランスベース１７にてパイロットガス入口１５と油入口とに供給されるので、掃気９を前記両燃料通路の間に導くという問題がある。これは２つの異なる形式で行うことができる。この場合、図２には、まずランスベース１７から両方の燃料を同心的な管内をランス先端の領域まで導き、掃気を中間の管４と外部の管２との間の別の中間室内を前記ランス先端の領域まで導く可能性が示されている。この場合、掃気はランスベース１７の領域にて符号１４で示したように開口を通して中間管４と最外部の管２との間の中間室へもたらされる。この掃気は通常、バーナの後方領域から吸込まれる。この場合、入口開口はスリットとして構成されていることができる。しかし、汚染粒子が侵入することを回避するためには前記開口を孔として、通常は２〜４ｍｍの領域の直径を有する孔として構成することが有利である。ランス先端１の領域では片側にてパイロットガス案内１０は、領域１２において両方の外側の通路が交差させられ、半径方向で最外部の中間室へ導かれている。同じ領域にて、管２と４との間の最外部の中間室にて導かれた掃気流９は中間の管４と内部の油管３との間の中間の中間室へ導かれている。この交番する変向はセグメント状に（燃料ランスの軸線１８に対し直角な横断面に関して）行われる。この場合、ガスを案内するための３つのセグメントと掃気を案内するための３つのセグメントとが設けられる。セグメントは典型的な形式では３つの同じ横断面を有している。
【００２４】
図２に示されたように掃気が最外部の中間室内をランス先端まで導かれることは、ランスがこの掃気通路によって良好な冷却作用を有しているという利点をもたらす。これによりこのランスは所定のバックフラッシュの惧れがあるバーナに特に適するようになる。
【００２５】
図３にはパイロット運転のための燃料ランスの他の実施例が示されている。この実施例では両通路、掃気とパイロットガスとの交差１９，２０はランス先端ではなく、すでにランスベース１７で行われる。換言すればすでにランスベース１７にて、導入された掃気９は中間の管４と油管３との間の中間室へ導かれる。これはこの場合にもセグメント形式で行われる。つまり掃気９の入口１４は３つのセグメントにおけるスリット又は孔によって形成されるのに対し、他の３つのセグメントにおいてはパイロットガスが最外部の通路内で導かれる。この場合にも汚染粒子の侵入を阻止するために、掃気９の侵入のためには孔を設けることが有利である。
【００２６】
図３の実施例は、燃料ランスの直径が燃料ランスのランスベース１７にて大きいことに基づき、パイロットガスと掃気とのために、ランス先端にて交差が行われる場合よりも大きな流過横断面が与えられ得るという利点を有している。相応してこのような燃料ランスは掃気９とパイロットガス１１にて高い流れが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による燃料ランスの軸方向断面図。
【図２】本発明の燃料ランス全体の軸方向断面図。この燃料ランスにおいては交差はランス先端に配置されている。
【図３】本発明の燃料ランスの軸方向断面図。この燃料ランスにおいては交差はランスベースに配置されている。
【符号の説明】
【００２８】
１  ランス先端、  ２  外部管、  ３  油管、  ４  中間管、  ５  油案内、  ６  油，液状燃料、  ７  センタインサート、  ８  中間室、  ９  掃気、  １０  パイロットガス案内、  １１  パイロットガス，ガス状燃料、  １２  パイロットガス案内領域、  １３  掃気案内領域、  １４  掃気案内（中間室８）への掃気入口、  １５  パイロットガス入口、  １６  油入口、  １７  ランスベース、  １８  ランス対称軸、  １９  パイロットガス案内交差、  ２０  掃気案内交差
【図１】
0004246067.tif 000002
【図２】
0004246067.tif 000003
【図３】
0004246067.tif 000004