(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン装置の燃焼室（６）を運転するために、触媒作用による燃焼を行う前混合バーナ装置であって、前混合バーナを有し、この前混合バーナ内に少なくとも１つの燃料供給ユニット並びに空気供給開口（３）が設けられていて、ガス状及び又は液体状の燃料と燃焼供給空気とが前混合バーナ内で混合可能であって、燃料空気混合物を形成し、この燃料空気混合物が前混合バーナケーシングから下流へ、前混合バーナ装置の後方に配置されている燃焼室の方向に出て、燃焼室の内部で点火せしめられるようになっている形式のものにおいて、燃料空気混合物が燃焼室（６）内に入る前に触媒器ユニット（８）が設けられており、この触媒器ユニット（８）を通して、燃料空気混合物の一部が導かれて、この一部が燃料空気混合物の残りの部分と一緒に燃焼室（６）内に入る前に、通過させられるようになっており、触媒器ユニット（８）が環状に燃料空気混合物を取り囲んでおり、燃料空気混合物の一部を導いて触媒器ユニット（８）に供給する手段が設けられており、この手段が少なくとも１つの流動通路（９）を有しており、この流動通路（９）が上流側を開いて構成されていて、前混合バーナの内部で広がる燃料空気混合物の上流側に接しておりかつこの流動の一部を分岐して触媒器ユニット（８）に供給しており、前混合バーナケーシングに下流側で接して、燃料空気混合物の流動横断面を先細にするユニットが設けられており、このユニット内で、流動通路並びに触媒器ユニット（８）が設けられていることを特徴とする、触媒作用による燃焼を行う前混合バーナ装置。
【請求項２】
触媒器ユニット（８）が前混合バーナの下流側の端部に前混合バーナと一体にあるいは前混合バーナに直接に接して設けられていることを特徴とする、請求項１記載の前混合バーナ装置。
【請求項３】
流動通路（９）がその片側の開口をもって、前混合バーナの内部で広がる燃料空気混合物を少なくとも部分的に環状に取り囲んでいることを特徴とする、請求項１記載の前混合バーナ装置。
【請求項４】
ガスタービン装置の燃焼室（６）を運転するために、触媒作用による燃焼を行う前混合バーナ装置であって、前混合バーナを有し、この前混合バーナ内に少なくとも１つの燃料供給ユニット並びに空気供給開口（３）が設けられていて、ガス状及び又は液体状の燃料と燃焼供給空気とが前混合バーナ内で混合可能であって、燃料空気混合物を形成し、この燃料空気混合物が前混合バーナケーシングから下流へ、前混合バーナ装置の後方に配置されている燃焼室の方向に出て、燃焼室の内部で点火せしめられるようになっている形式のものにおいて、燃料空気混合物が燃焼室（６）内に入る前に触媒器ユニット（８）が設けられており、この触媒器ユニット（８）を通して、燃料空気混合物の一部が導かれて、この一部が燃料空気混合物の残りの部分と一緒に燃焼室（６）内に入る前に、通過させられるようになっており、触媒器ユニット（８）が環状に燃料空気混合物を取り囲んでおり、触媒器ユニット（８）が、前混合ユニットケーシングの内部の流動横断面を先細にする幾何形状を有しており、この幾何形状が前混合バーナケーシングの端部に一体にあるいは前混合バーナケーシングの下流側に設けられておりかつ触媒器ユニット（８）が少なくとも部分的に燃料空気混合物により貫流可能でありかつ触媒材料を有していることを特徴とする、触媒作用による燃焼を行う前混合バーナ装置。
【請求項５】
触媒器ユニット（８）が気孔質の材料から成っており、その表面が触媒層で被覆されていることを特徴とする、請求項４記載の前混合バーナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービン装置の燃焼室を運転するための、触媒作用による燃焼が行われる前混合バーナ装置並びにこれに向けられた方法であって、前混合バーナを有し、この前混合バーナ内で少なくとも１つの燃料供給ユニット並びに空気供給開口が設けられていて、ガス状及び又は液体状の燃料が燃焼供給空気と前混合バーナ内で混合可能であって、燃料空気混合物を形成し、この燃料空気混合物は前混合バーナケーシングから下流の、前混合バーナ装置の後方に配置されている燃焼室の方向に出て、燃焼室の内部で点火せしめられるようになっている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような形式の前混合バーナ装置は EP 0 833 105 A2 から取り出すことができる。この文献に記載されている前混合バーナは渦流発生器に対して軸方向の中央に燃料ノズルを有しており、渦流発生器に下流側で混合区間が接続しており、混合区間の内部で霧化された燃料が完全に空気と混合されて、燃料空気混合物にされる。混合管の下流側の出口には、燃焼室が設けられており、この燃焼室の内部には前混合バーナの運転の際に、空間的に安定した炎領域が形成される。
【０００３】
公知の前混合バーナ装置は改善された放出値、換言すれば特に減少したNOｘ を、混合区間を設けることによって達成するように構成されているにもかかわらず、上位概念による燃焼システムは、特に排ガス値に付いて更に改善しなければならない。更に公知の前混合バーナ装置の運転の際に、いわゆる燃焼室振動が生じ、これによって炎の安定性が著しく害される。このような燃焼室振動若しくは燃焼室脈動は、特に、希薄の燃料空気混合物が使用される場合に、運転状態に不利に作用する。大きな希薄な消火限界、換言すれば燃料分が比較的に大きいにもかかわらず、炎が消えることが、その結果であり、これによって前混合バーナの運転範囲が特に希薄な運転形式に関して強く制限される。前混合バーナ装置に触媒器を組み合わせて、少なくとも前述のNOｘ 放出を燃焼過程の際の減少させる試みは、液状の燃料例えば油の普通の使用がこのような前混合バーナ装置の燃焼に自体公知の触媒器を触媒器開口のつまりによって使用不能にすることによって、失敗し、若しくは不満足な結果しかもたらさなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の根底をなす課題は、請求項１の上位概念に記載した、触媒作用による燃焼が行われる前混合バーナ装置を次のように、すなわち一面では NOｘ の放出値を著しく減少させる手段が講じられるように、構成することである。更に、この手段が燃焼室の内部の炎の安定化を生ぜしめ、したがって前混合バーナ装置の運転範囲を特に希薄な消火限界に関して増大せしめられるようにする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の根底をなす課題の解決策は請求項１に記載されている。請求項９の対称は触媒作用による燃焼が行われる前混合バーナ装置を運転する方法である。
【０００６】
本発明の思想にとって有利な別の特徴は従属請求項並びに実施例の説明から取り出すことができる。
【０００７】
本発明によれば、請求項１の上位概念による前混合バーナ装置は次のように展開される。すなわち燃料空気混合物が燃焼室内に入る前に触媒器ユニットが設けられており、この触媒器ユニットを通して、燃料空気混合物の一部が導かれて、この一部が燃料空気混合物の残りの部分と一緒に燃焼室内に入る前に、通過するようにした。
【０００８】
普通の形式で液体燃料、例えば油、によって運転される自体公知に前混合バーナの内部で触媒器ユニットを使用する場合の重要な観点は、燃料空気混合物が完全に混合せしめられていて、液体燃料が空間的に最小に分配されているか、若しくは既に充分に気化せしめられている、前混合バーナの霧化ノズルの下流側の範囲に触媒器ユニットを取り付けることである。燃料が前述の形で触媒器に達すると、燃料を触媒器の内部で触媒作用で少なくとも部分的に、例えば熱的及び又は化学的な変換によって、変換することが可能であり、この場合触媒材料自体を破損させたり、詰まらせたりすることはない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明によれば、前混合バーナを通して燃焼室の方向に広がる燃料空気混合物の単に一部が触媒器ユニットを通過し、それは触媒器ユニットは有利には同心的に前混合バーナ若しくは混合区間の出口において燃焼室内への入口の直前に配置されており、したがって燃焼室の方向に広がる燃料空気混合物の外縁の部分流だけが触媒器ユニットを通過するからである。少なくとも部分的に触媒作用で変換せしめられた燃料空気混合物が触媒器ユニットから出た後に、少なくとも部分的に触媒作用で変換せしめられた物質流は、燃焼室の内部で広がる炎フロントの縁範囲内に達し、これによって炎自体は明確に安定化することができる。縁部の物質流によって生ぜしめられる炎安定化の作用は特に、希薄な混合物が使用される場合に明らかである。縁部で燃焼室内に入る物質流の正の作用に対する特に重要な印は、希薄な消火限界の低下に表され、これによって前混合バーナの運転範囲を著しく増大することができる。また燃焼室の脈動も著しくわずかになる。
【００１０】
軸方向で前混合バーナの内部に広がる燃料空気混合物に関して触媒器ユニットを外周部に配置することによって、燃焼室の前方に触媒ユニットが存在しているにもかかわらず、液体燃料、例えば油、で無制限に運転することが可能である。燃料の噴射は前混合バーナ軸線に対して中央で行われ、触媒器ユニットをしかしながら可及的に燃料噴射箇所から遠くにかつ単に広がる燃料空気混合物の外周縁部において設けられるので、触媒ユニットは損傷されずにバーナシステムの内部で油燃焼に耐えることができる。
【００１１】
基本的に、触媒ユニットを混合管の回りに部分的にあるいは完全に環状に配置することが可能であり、その際前混合バーナに内部で広がる燃料空気混合物の円周部の部分流を部分的に導出するために、混合管の内部に設けられている環状に延びる導出通路が設けられている。この場合混合管の内径はほとんど影響を受けることはない。別の実施形では、触媒器ユニットは内部で下流側に混合管の出口には次のように設けられ、燃料空気混合物の円周部の部分流が強制的に触媒材料を貫通し、それも触媒材料が混合管の内部の横断面を混合管の燃焼室への出口において先細にするようになっている。
【００１２】
触媒器ユニットが混合管と燃焼室との間で例えば多孔絞りとして構成されている構造も考えることができる。
【００１３】
【実施例】
本発明は以下において、一般的な発明思想を限定することなしに、図面に示した実施例によって説明する。
【００１４】
図１は混合区間を有する前混合バーナ装置の縦断面図が示されており、これは自体公知の形式で次の成分から組み立てられている。円すい状に構成された渦流を生ぜしめる前混合バーナの中心に噴射ノズル２が設けられており、これは軸方向で前混合バーナ装置に有利には液体燃料を噴霧する。前混合バーナの円すい状に構成された部分殻体１に沿って設けられている空気入口スリット３を介して、前混合バーナ装置の内部に燃料空気混合物が生ぜしめられ、これは下流側で、換言すれば図１の図平面内で左から右に向かって、広がる。円すい形の前混合バーナの後方に接続された渦流発生器４は燃料空気混合物に臨界のねじり数を与え、これによって燃焼室６内に安定した炎フロント７を形成することができる。渦流発生器の後方に接続されて、混合管５があり、この混合管の内部にお入れ燃料空気混合物が完全に混合してから、燃焼室６内に入る。
【００１５】
混合管５の下流側の範囲５１の回りに、触媒器ユニット８が設けられており、これは混合管範囲５１を環状に完全に取り囲んでいる。触媒器ユニット８に流動方向で前置して、やはり混合管５の内部で完全に環状に延びる流動通路９が設けられており、これによって燃料空気混合物の外周部分が混合管５の内部で触媒器ユニット８の方向に導出される。燃料空気混合物の主部分は妨げられることなしに軸方向で混合管５を通過して、燃焼室６の内部で点火される。触媒器ユニット８を貫通して、強制的に導出される外周部の燃料空気混合物流は、触媒器ユニットによって少なくとも部分的に熱的及び又は化学的に触媒作用で変換せしめられ、かつ触媒器ユニット８を出た後に直接に燃焼室６内に達し、そこで炎フロント７の外周範囲に当たって、これを安定化することができる。
【００１６】
有利には混合管５の内部輪郭は流動通路９の入口範囲において先細に構成されていて、したがって外周部の燃料空気混合物の分岐は強制的に行われる。
【００１７】
別の代替的な実施例は図２に示されている。この場合においても、実施例は、中央の燃料噴射ノズル２と、円すい形に構成された前混合バーナと、それに流動方向で後置されたねじり発生器４と、燃料空気混合物の混合を完成させるために後置された混合管５を有する自体公知の前混合バーナ装置の基本配置を有している。図示されてはいないが、混合管５の後置された燃焼室６が設けられている。
【００１８】
前述の実施例と異なって、触媒器ユニット８は混合管５の下流側の端部に次にように、すなわち触媒材料が混合管５の外周の縁範囲内に突入して、混合管５の流動横断面を減少するように、設けられている。触媒器ユニット８は、触媒材料で被覆された気孔質材料から構成されており、したがって前混合バーナユニットの内部で広がる燃料空気混合物の外周の流動部分が強制的に触媒器ユニット８を通過して、部分的に触媒作用で変換せしめられる。触媒作用による変換は熱的にかつ又は化学的に行われ、NOｘ の放出値の著しい減少のほかに、燃焼室の内部に形成される炎フロントの安定化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  混合管の外方に配置された触媒器ユニットを有する前混合バーナ装置を示す。
【図２】  混合管の内部に配置された触媒器ユニットを有する前混合バーナ装置を示す。
【符号の説明】
１  部分殻体、  ２  噴射ノズル、  ３  空気入口スリット、  ４  渦流発生器、  ５  混合管、  ６  バーナ室、  ７  炎フロント、  ８  触媒器ユニット、  ９  流動通路、  ５１  範囲
【図１】
0004383011.tif 000002
【図２】
0004383011.tif 000003