專利名稱：用于含氫燃料的燃燒器及其低氮氧化物(NO_x)運轉(zhuǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及與運用含氫燃料相對應(yīng)的燃燒器及其低氮氧化物(NOx)運轉(zhuǎn)方法。
技術(shù)背景
在燃燒器中，作為在確保燃燒嘴的可靠性的同時抑制NOx的排出量的方法，可以列 舉利用擴(kuò)散燃燒方式的富/貧燃燒。富/貧燃燒只用一個系統(tǒng)供給燃料。該方式是如下方 式開始，以燃料過濃條件使供給到燃燒器頭部的一次燃燒區(qū)域的燃料燃燒(富燃燒)，抑 制火焰的溫度上升從而抑制NOx的發(fā)生。隨后，在燃燒器下游的二次燃燒區(qū)域向從一次燃燒 區(qū)域流下來的未燃燒部分的燃料供給空氣，從而在燃料稀薄的條件下使其迅速地燃燒(貧 燃燒)。
但是，由于在一次燃燒區(qū)域的火焰變長，因而需要進(jìn)行燃燒室壁面的冷卻。燃燒室 壁面的冷卻雖然能利用空氣，但若這樣將隨著空氣的供給而導(dǎo)致氧濃度上升。若氧濃度上 升則火焰溫度增高，有可能帶來NOx的排出量的增加。
作為其對策，有通過將燃料系統(tǒng)設(shè)為兩個系統(tǒng)，在燃燒器的軸向分別供給燃料，從 而使一次燃燒區(qū)域的火焰長度變得適當(dāng)?shù)募夹g(shù)。另外，將燃料系統(tǒng)在軸向設(shè)為兩個系統(tǒng)，分 別供給燃料的技術(shù)公開在專利文獻(xiàn)1(日本特開平8-210641號公報)中。
在先技術(shù)文獻(xiàn)
日本特開平8-210641號公報
專利文獻(xiàn)1記載的燃燒器在稀薄燃燒用燃燒嘴的下游設(shè)有補(bǔ)充燃燒用的燃燒嘴。 并且記載有，通過將燃料的供給系統(tǒng)在軸向分為兩個系統(tǒng)而將軸向的火焰溫度控制在任意 的設(shè)定溫度以下的結(jié)構(gòu)。
但是，燃燒器頭部的燃燒嘴是燃料稀薄條件下的預(yù)混合燃燒方式的燃燒嘴。在預(yù) 混合燃燒方式的燃燒嘴使用燃燒速度快的含氫燃料時，由于火焰與燃燒嘴過于接近而有可 能對燃燒嘴帶來燒損。另一方面，為了確保燃燒嘴的可靠性，在將預(yù)混合燃燒方式的燃燒嘴 替換設(shè)置成簡單的擴(kuò)散燃燒方式的燃燒嘴的情況下，則由于擴(kuò)散燃燒時的局部火焰溫度的 上升而產(chǎn)生N0X，低NOx化有可能變得不充分。發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明的目的在于提供一種可與含氫燃料相對應(yīng)在確保燃燒嘴的可靠性的 同時進(jìn)行低NOx運轉(zhuǎn)的燃燒器。
本發(fā)明是在具有使空氣與燃料燃燒的燃燒室和從上述燃燒室的上游側(cè)向上述燃 燒室供給燃料的第一燃料噴嘴的燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器中，其特征是，在上述燃燒室的壁面上 具有向燃燒室內(nèi)供給含氫燃料的第二燃料供給孔。
本發(fā)明的效果是，根據(jù)本發(fā)明，即使對含氫燃料也能提供確?？煽啃缘娜紵骷?其低NOx運轉(zhuǎn)方法。


圖1是實施例1所示的燃燒器的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是實施例1所示的燃燒器的第二燃料供給孔的位置的燃燒器的概略剖視圖。
圖3是表示相對于與實施例1相關(guān)的燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷的燃料及氮氣噴射量的圖。
圖4是燃燒室內(nèi)的氧濃度、度及燃燒器內(nèi)氣體溫度的斷面平均值相對于實施 例1所示的燃燒器的軸向距離的示意圖。
圖5是對于在實施例1所示的燃燒器內(nèi)產(chǎn)生的現(xiàn)象，沿著燃燒氣體的流向以流程 圖的形式表示的圖。
圖6是實施例1所示的發(fā)電設(shè)備的系統(tǒng)簡圖。
圖7是實施例2所示的燃燒器的結(jié)構(gòu)圖。
圖8是實施例2所示的燃燒器的第二燃料供給孔的位置的燃燒器的概略剖視圖。
圖9是表示相對于與實施例1相關(guān)的燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷的燃料及氮氣噴射量的圖。
圖10是實施例2所示的發(fā)設(shè)備的系統(tǒng)簡圖。
圖11是實施例3所示的燃燒器的結(jié)構(gòu)圖。
圖12是實施例3所示的燃燒器的第二燃料供給孔的位置的燃燒器的概略剖視圖。
圖13是實施例3所示的發(fā)電設(shè)備的系統(tǒng)簡圖。
圖14是參考例1所示的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的整體圖。
圖15是以火焰?zhèn)鞑ス苓B接了參考例1所示的兩個燃燒器的結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖16是表示參考例1所示的燃燒器的燃料噴嘴與火焰穩(wěn)定器的剖視圖。
圖17是表示參考例1所示的燃燒器在擴(kuò)散燃燒時的火焰形狀的剖視圖。
圖18是表示參考例1所示的擴(kuò)散及預(yù)混合燃燒時的火焰形狀的剖視圖。
圖19是表示參考例1所示的燃燒器的火焰穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)及流量關(guān)系圖。
圖20是在參考例1中，表示預(yù)混合流道在圓周方向不均勻的情況的圖。
圖21是表示以參考例1所示的燃燒器的軸心為中心在預(yù)混合流道中具有旋轉(zhuǎn)成 分的情況的圖。
圖22是參考例2的燃料噴嘴的前端部的詳細(xì)剖視圖。
圖23是表示參考例2的燃料噴嘴及燃料供給系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。
圖M是表示參考例2的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的總體結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖25是比較例1相對于參考例2的燃料噴嘴的前端部的詳細(xì)剖視圖。
圖沈是比較例2相對于參考例2的燃料噴嘴的前端部的詳細(xì)剖視圖。
圖27是表示參考例3的燃燒嘴的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的側(cè)剖視圖。
圖觀表示的是燃?xì)廨啓C(jī)的額定負(fù)荷時的燃燒嘴的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
圖四是表示參考例4的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的整體剖視圖。
圖30是沿圖四的II - II線的剖視圖。
圖31是參考例4的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的主要部分的剖視圖。
圖32是參考例4的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的系統(tǒng)圖。
圖33是表示參考例4的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器運轉(zhuǎn)時的燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷與空氣供給量的 關(guān)系的曲線圖。
圖34是表示參考例4的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器運轉(zhuǎn)時的燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷與燃料供給量的關(guān)系的曲線圖。
圖35是參考例4的第一驗證用燃燒器的剖視圖。
圖36是參考例4的第二驗證用燃燒器的剖視圖。
圖37是參考例4的第三驗證用燃燒器的剖視圖。
圖38是表示參考例4的第一、第二及第三驗證用燃燒器的NOx排出特性的曲線圖。
圖39是參考例4的第四驗證用燃燒器的剖視圖。
圖40是表示參考例4的第二及第四驗證用燃燒器的NOx排出特性的曲線圖。
圖41是表示參考例5的燃燒裝置的主要部分的縱向側(cè)剖視圖。
圖42是參考例5的燃燒裝置的局部剖立體圖。
圖43是表示參考例5的燃燒裝置及其周圍的縱向側(cè)剖視圖。
圖44是參考例6的燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器的縱向側(cè)剖視圖。
圖45是表示參考例6的燃料流量與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系的特性曲線圖。
圖46(a)是表示參考例6的燃料噴射用的噴嘴的一例的縱向側(cè)剖視圖。
圖46(b)是表示參考例6的燃料噴射用的噴嘴的一例的主視圖。
圖47是參考例7的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的剖視圖。
圖48是參考例7的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的局部剖視圖。
圖49是參考例7的燃燒器頭部的立體圖。
圖50是表示參考例7的內(nèi)焰形成狀態(tài)的說明圖。
圖51是參考例7的第二級燃料供給部的詳細(xì)構(gòu)造圖。
圖52是參考例7的第二級燃料供給部的其它形態(tài)的詳細(xì)構(gòu)造圖。
圖53是參考例7的第二級燃料供給部的其它形態(tài)的詳細(xì)構(gòu)造圖。
圖M是參考例8的燃燒器頭部的縱剖視圖。
圖55是圖M的主視圖。
圖56是表示參考例8的燃料噴射管的排列的燃燒器頭部的立體圖。
圖57是表示參考例8的燃燒室頭部的空氣及燃料的流動圖案的圖。
圖58是表示參考例8的燃燒室頭部的空氣及燃料的流動圖案的圖。
圖59表示參考例8的由燃料噴射管的突起部的長度決定的穩(wěn)定火焰特性的圖。
圖60表示參考例8的由燃料噴射管的突起部的長度決定的N0X、CO特性的圖。
圖61是表示參考例8的燃燒器的各部分特性的圖。
圖62是表示參考例8的燃燒器的各部分特性的圖。
圖63是表示參考例8的燃燒器各部分的特性的圖。
圖64是表示參考例8的其它應(yīng)用例子的圖。
圖65(a)是表示參考例8的另一其它應(yīng)用例子的圖。
圖65 (b)是表示參考例8的又一其它應(yīng)用例子的圖。
圖66是表示涉及參考例3的燃燒嘴的其它的詳細(xì)構(gòu)造的側(cè)剖視圖。
圖67是從燃燒器下游側(cè)觀察圖66的噴嘴罩3053的局部放大圖。
圖中
2-壓縮機(jī)，3-燃燒器，4-渦輪機(jī)，5-燃?xì)廨啓C(jī)，6_發(fā)電機(jī)，8_起動用馬達(dá)，10-外 筒，11-空氣分離裝置，12-燃燒室，12a-第二燃料供給孔，12b-第二燃料噴嘴夾，13-氮氣升壓壓縮機(jī)，14-備用空氣壓縮機(jī)，20-煤，21-煤氣化爐，22-煤氣精制裝置，23-C02分離回收 裝置，24-煉焦?fàn)t，24a-干餾用熱源，25-焦?fàn)t煤氣精制裝置，26-氣體熱量調(diào)整裝置，27-高 爐，28-轉(zhuǎn)爐，29-鍋爐，30-空氣回旋器，31-精制蒸餾裝置，32-分解裝置，33-改性裝置， 34-儲氣罐，35-氣體精制裝置，50-石油，51-液體燃料，51a-起動用液體燃料噴嘴，52-石 腦油，55-端蓋，60-精制前煤氣化的氣體，62-( 回收前的煤氣化的氣體，63-ω2回收后的 煤氣化的氣體，71-起動用高熱值燃料，101-空氣，102-燃燒用空氣，102a-貧燃燒用空氣， 103-抽取空氣，120-氧氣，130-氮氣，135-蒸汽，140-燃燒氣體，160-焦碳，161-精制前 焦?fàn)t煤氣，162-焦?fàn)t煤氣(COG)，163-高爐煤氣(BFG)，164-生鐵，165-轉(zhuǎn)爐煤氣(LDG)， 261-精制前原料廢氣，262,262a,262b-煉油廠廢氣，263-液化丙烷氣(LPG)，301-第一燃料 噴嘴，302-第二燃料噴嘴，430-氮氣噴射噴嘴，435-蒸汽噴射噴嘴，501-噴霧空氣。
具體實施方式
氫由于在燃燒時不產(chǎn)生二氧化碳(CO2)而是能對防止地球暖化作出貢獻(xiàn)的燃料。 因此，近年來，對于燃?xì)廨啓C(jī)來說，從資源有效利用的觀點來看，除了燃?xì)廨啓C(jī)的主要燃料 的LNG(液化天然氣)外，研究了對含氫副產(chǎn)物燃料的利用。在含氫副產(chǎn)物燃料中，有例如 在煉鐵廠中生成焦碳時由煉焦?fàn)t產(chǎn)生的煤氣(COG 焦?fàn)t煤氣)，以及在石油煉油廠產(chǎn)生的 廢氣。另外，用氧使煤及重質(zhì)油氣化而得到的氣化的氣體也是含氫燃料。
利用以氧使煤氣化了的燃料來發(fā)電的煤氣化復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)(IGCCdntegrated coal Gasification Combined Cycle)是有效地利用了豐富的資源的發(fā)電系統(tǒng)，以歐美為 中心已被實用化。再有，近年來，從防止地球暖化的觀點來看，研究了將燃料中的碳成分分 離并除去的 CO2 分離回收系統(tǒng)(CCS Carbon dioxide Capture and Storage)。若利用 CO2 分離回收系統(tǒng)去除燃料中的碳成分，則燃料中的氫成分的比例增加。還研究了將這種0)2分 離回收系統(tǒng)應(yīng)用到IGCC及其它的發(fā)電系統(tǒng)中。
煤氣化的氣體的典型的燃料成分是一氧化碳、氫、氮及少量的甲烷。各個成分的 濃度雖然依賴于原料的煤的種類等而有些變動，但燃料中的氫濃度對CCS的運轉(zhuǎn)條件具有 很大的影響。在利用CCS進(jìn)行(X)2回收前的煤氣化的氣體的情況下，氫濃度約為25vol. % 左右。另一方面，在高度進(jìn)行了 CO2回收的情況下(CO2回收率為90%)，則為氫濃度約為 85vol. %的高氫濃度燃料。
如上所述，用于IGCC設(shè)備的燃料，其組成根據(jù)煤種及氣化爐負(fù)荷、CCS的運轉(zhuǎn)條件 等而不同。因此，需要能與燃料組成的變化相對應(yīng)的燃燒器。另外，利用CCS進(jìn)行CO2分離 回收后的燃料則為含氫量較多的燃料。因此，需要一種燃燒器能與可燃范圍寬、燃燒速度快 的這種含氫燃料的課題相對應(yīng)。
燃料的燃燒方式有預(yù)混合燃燒方式和擴(kuò)散燃燒方式。預(yù)混合燃燒方式是通過預(yù)先 將燃料與空氣混合，以燃料稀薄狀態(tài)進(jìn)行燃燒而實現(xiàn)低NOx化。但是，由于在燃燒時火焰容 易接近燃燒嘴，發(fā)生逆火的危險性增加等原因而有可能損害燃燒嘴的可靠性。因此，在預(yù)混 合燃燒方式中，確保燃燒嘴的可靠性成為重要課題。
另一方面，擴(kuò)散燃燒方式是分別通過不同的流道向燃燒室供給燃料和空氣并使其 進(jìn)行燃燒。燃料在供給到燃燒室之后再與空氣混合而進(jìn)行燃燒。因此，能控制逆火的發(fā)生 并實現(xiàn)確保燃燒嘴的可靠性。但是，由于燃料與空氣的混合狀況不均勻，則因在局部形成燃料濃的區(qū)域而使局部火焰溫度增高，增加了 NOx的排出量。作為其對策，有向燃燒器噴射由 空氣分離裝置產(chǎn)生的氮氣，降低局部火焰溫度的技術(shù)。但是，若為了提高設(shè)備的效率而積極 地進(jìn)行熱回收，則由設(shè)備產(chǎn)生的氮氣及燃料的溫度增高。用溫度高的氮氣難以得到足夠的 冷卻效果。
因此，僅采用擴(kuò)散燃燒方式與氮氣噴射的組合難以滿足NOx排出量的環(huán)境限制值 的要求，需要另外增加蒸汽噴射等措施。假設(shè)進(jìn)行蒸汽噴射時，則需要高壓的蒸汽。例如， 可以考慮利用同時設(shè)置的用于驅(qū)動蒸汽輪機(jī)的蒸汽。但是，這種情況下，就不能得到本來應(yīng) 當(dāng)?shù)玫降挠烧羝啓C(jī)的效果。因此，由于設(shè)備總體的效率降低，因而希望以其它方式來實現(xiàn) 低NOx化。
此外，由IGCC設(shè)備產(chǎn)生的燃料是發(fā)熱量約為lOMJ/n^N左右的中熱值氣體。這種 氣體與一般的作為高熱值的LNG相比，其火焰溫度高。因此，需要進(jìn)一步采取降低NOx的對策。
下面，參照附圖對可降低NOx的本發(fā)明的實施例進(jìn)行說明。
實施例1
實施例1涉及圖6表示的系統(tǒng)概略情況的煤氣化發(fā)電設(shè)備(IGCC)。
首先，說明煤氣化發(fā)電設(shè)備的構(gòu)成及系統(tǒng)。
本實施例的煤氣化發(fā)電設(shè)備如圖6所示，其包括煤氣化爐21、煤氣精制裝置22、 CO2分離回收裝置23、燃?xì)廨啓C(jī)5、空氣分離裝置11等。煤氣化爐21通過煤20與氧120的 反應(yīng)而產(chǎn)生煤氣化的氣體60。煤氣精制裝置22通過脫硫、除塵而去除燃料中的雜質(zhì)。由 此，可精制得到作為清潔燃料的煤氣化的氣體62。
煤氣化的氣體62的供給系統(tǒng)在煤氣精制裝置22的出口分叉為向CO2分離回收裝 置23供給煤氣化的氣體62的系統(tǒng)，以及向燃?xì)廨啓C(jī)5供給(X)2回收前的煤氣化的氣體62 的系統(tǒng)。在(X)2分離回收裝置23的入口處設(shè)有用于調(diào)整進(jìn)行CO2回收的煤氣化的氣體62 的流量的流量調(diào)節(jié)閥37。由此，可進(jìn)行向(X)2分離回收裝置23供給的煤氣化的氣體62的流量調(diào)整。
另外，在(X)2分離回收裝置23的出口處設(shè)有用于進(jìn)行CO2回收后的煤氣化的氣體 63(高含氫量的燃料)的供給壓力調(diào)整及緊急時斷開氣體的供給的控制閥36-1。同樣，在 向燃?xì)廨啓C(jī)5供給(X)2回收前的煤氣化的氣體62的系統(tǒng)中也配置了控制閥36-2。上述兩 個系統(tǒng)在各系統(tǒng)所設(shè)置的控制閥36-1、36-2的下游合流。在合流后的系統(tǒng)中，具有用于調(diào) 節(jié)向燃?xì)廨啓C(jī)5供給的煤氣化的氣體的流量的流量調(diào)節(jié)閥39a和39b。通過用流量調(diào)節(jié)閥 39a、39b來進(jìn)行向燃?xì)廨啓C(jī)5供給的煤氣化的氣體的流量，可實現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)荷變化。
通過使用在分叉的上述系統(tǒng)中未借助于(X)2分離回收裝置23的系統(tǒng)，可以向燃?xì)?輪機(jī)5直接供給(X)2回收前的煤氣化的氣體62。在燃?xì)廨啓C(jī)5中通過煤氣化的氣體62的 燃燒而產(chǎn)生熱能。通過利用渦輪機(jī)4將熱能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)能，并將動力傳遞到發(fā)電機(jī)6就能 進(jìn)行發(fā)電。
在分叉的另一系統(tǒng)中向(X)2分離回收裝置23供給煤氣化的氣體62。在(X)2分離 回收裝置23內(nèi)，通過煤氣化的氣體與水蒸汽的變換反應(yīng)而將煤氣化的氣體62中的CO轉(zhuǎn)換 成C02。另外，在同樣的反應(yīng)中產(chǎn)生氫。已產(chǎn)生的CO2被分離回收，CO2回收后的煤氣化的氣 體63就可以向燃燒器3供給。通過提高(X)2回收率則燃料中的氫濃度提高，向燃燒器3供給的燃料組成在(X)2分離回收裝置23開始運轉(zhuǎn)前后大不相同是其特征。
由于含氫率隨著(X)2回收的增加而提高，因而便將燃燒速度快的燃料向燃燒器3 供給。在本實施例中，在將通過了煤氣精制裝置22的氣體62—邊向燃?xì)廨啓C(jī)供給一邊開 始(X)2分離回收裝置23的運轉(zhuǎn)的情況下，向燃燒器3供給煤氣化的氣體中的含氫率便逐漸 提高。由于燃燒速度隨著含氫率的增加而加快，因而在預(yù)混合燃燒方式的情況下，逆火的危 險增高而有可能損害燃燒嘴的可靠性。
另外，在發(fā)電設(shè)備中還假定存在由于某種原因(X)2分離回收裝置23突然停止運轉(zhuǎn) 的情況。這時，燃料中的含氫率從CO2分離回收裝置23運轉(zhuǎn)時的狀態(tài)急劇地降低。因此， 所供給的燃料的燃燒速度降低，產(chǎn)生火焰的不穩(wěn)定等問題。為了能與這種燃燒速度的變化 相對應(yīng)，需要能與范圍較寬的含氫率相對應(yīng)的燃燒器。
對于將空氣分離為氮氣和氧氣的空氣分離裝置11可以從燃?xì)廨啓C(jī)5的壓縮機(jī)2 供給抽取空氣103或者從備用空氣壓縮機(jī)14供給排出空氣110。通過在燃?xì)廨啓C(jī)起動前供 給備用空氣壓縮機(jī)14的排出空氣110，從而可以向煤氣化爐21供給必要的氧氣120。
若用起動用的液體燃料51起動燃?xì)廨啓C(jī)5，并能從燃?xì)廨啓C(jī)5向空氣分離裝置11 供給抽取空氣103，則可以通過增加抽取空氣103的流量來減少備用空氣壓縮機(jī)14的排出 空氣110的流量。由空氣分離裝置11制得的氧氣120在經(jīng)氧氣用升壓壓縮機(jī)15升壓后向 煤氣化爐21供給。另外，在空氣分離時產(chǎn)生的氮氣130在經(jīng)氮氣用升壓壓縮機(jī)13升壓后 可供給到燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器3。
另外，通過使用了變換反應(yīng)的CO2分離回收裝置23的運轉(zhuǎn)，可以預(yù)先回收會由燃 燒產(chǎn)生的CO2，可以減少(X)2排出量。進(jìn)而，通過將(X)2分離回收后得到的氫濃度高的煤氣化 氣體供給到第二燃料噴嘴，從而可以如后述那樣增加還原NOx的氫，可進(jìn)一步實現(xiàn)低NOx化。
下面，說明燃?xì)廨啓C(jī)的系統(tǒng)及燃燒器的結(jié)構(gòu)。
圖1表示本實施例的燃?xì)廨啓C(jī)的系統(tǒng)及燃燒器的放大剖視圖。燃?xì)廨啓C(jī)5包括 壓縮機(jī)2、燃燒器3、渦輪機(jī)4、發(fā)電機(jī)6以及起動用馬達(dá)8等。燃?xì)廨啓C(jī)5通過用壓縮機(jī)2 將從大氣中吸入的空氣101進(jìn)行壓縮后，將燃燒用空氣102向燃燒器3供給。燃燒器3通 過由壓縮機(jī)2得到的燃燒用空氣102與燃料的混合燃燒而產(chǎn)生燃燒氣體140。燃料使用起 動用液體燃料51及作為含氫燃料的(X)2回收前的煤氣化的氣體6 等。所產(chǎn)生的燃燒氣體 140供給到渦輪機(jī)4而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動力。然后，將渦輪機(jī)4的旋轉(zhuǎn)動力傳遞給壓縮機(jī)2及發(fā)電 機(jī)6。傳遞給壓縮機(jī)2的旋轉(zhuǎn)動力用作壓縮動力，傳遞給發(fā)電機(jī)6的旋轉(zhuǎn)動力轉(zhuǎn)換成電能。
燃燒器3具有設(shè)置于作為壓力容器的外筒10內(nèi)側(cè)的用于使空氣與燃料燃燒的燃 燒室12。在燃燒室12內(nèi)設(shè)有用于向燃燒氣體流向的上游側(cè)分別供給起動用液體燃料51及 作為第一燃料的煤氣化氣體62a的第一燃料噴嘴301。燃燒器3從該第一燃料噴嘴向燃燒 氣體流向的下游側(cè)依次設(shè)有第二燃料供給孔12a，用于供給貧燃燒用空氣10 的空氣孔， 用于將由燃燒室12產(chǎn)生的燃燒氣體引導(dǎo)到渦輪機(jī)的尾筒(未圖示)等。第二燃料供給孔 1 和貧燃燒用空氣10 的供給用空氣孔設(shè)置在燃燒室12的壁面。并且，利用第二燃料供 給孔1 將作為含氫燃料的煤氣化氣體62b向燃燒室12內(nèi)供給的第二燃料噴嘴302設(shè)置 在燃燒室12的外周。
第一燃料噴嘴301包括能夠利用液體燃料進(jìn)行起動的起動用液體燃料噴嘴51a， 位于其外周并能夠利用LNG等氣體進(jìn)行起動的氣體噴嘴71a，以及對火焰穩(wěn)定性進(jìn)行強(qiáng)化9的空氣回旋器30。第一燃料噴嘴301可進(jìn)行從LNG等起動用高熱值燃料向含氫燃料的燃料 切換，或者從液體燃料向含氫燃料的燃料切換。
在第一燃料噴嘴301的外周具有用于將由發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的氮氣130向燃燒器3內(nèi) 噴射的氮氣噴射噴嘴430。通過噴射作為惰性介質(zhì)的氮氣，可以降低比供給貧燃燒用空氣 10 的空氣孔靠上游側(cè)區(qū)域(后述的區(qū)域A、B)的氧濃度。另外，還可以利用噴射的空氣 的攪拌效果促進(jìn)燃料與空氣的混合而降低局部火焰溫度。通過這些作用，可以抑制在燃燒 器頭部的NOxW發(fā)生。
另外，第一燃料噴嘴301分別具有向燃燒室12供給作為燃料的起動用液體燃料51 和煤氣化氣體62a的流道，以及向燃燒室12供給作為空氣的噴霧空氣501和燃燒用空氣 102的流道。換言之，在供給到燃燒室之前不設(shè)混合燃料與空氣的結(jié)構(gòu)?？傊緦嵤├?燃燒嘴是以不同的流道向燃燒室供給燃料與空氣的擴(kuò)散燃燒方式的燃燒嘴。
通過采用擴(kuò)散燃燒方式的燃燒嘴，與燃燒速度無關(guān)可以抑制逆火的發(fā)生。于是，在 運用燃燒速度快的CO2分離回收后的煤氣化氣體63時，也向燃燒室噴射與燃燒速度慢的(X)2 分離回收前的煤氣化氣體62的燃燒速度相一致的燃料。通過這樣運用，可以防止火焰的吹 散。通過防止逆火的發(fā)生和火焰的吹散，在供給的燃料的含氫率發(fā)生變化時也能維持較高 的可靠性。
燃燒器3在燃燒室12的外周配置有多個第二燃料噴嘴302。通過端蓋55向第二 燃料噴嘴302供給第二燃料62b。其后，利用設(shè)置在燃燒室12側(cè)壁上的第二燃料供給孔1 從第二燃料噴嘴302向燃燒室12內(nèi)供給第二燃料62b。因此，第二燃料噴嘴302的燃料噴 出孔303與第二燃料供給孔1 最好以燃燒器的中心軸為基準(zhǔn)使軸向的位置與周向的相位 相吻合地配置。
圖2表示燃料噴出孔303的位置的燃燒器3的X-X面的概略剖視圖。本實施例的 第二燃料噴嘴302是設(shè)置在端蓋55上的8個筆型噴嘴，在面向開口于燃燒室側(cè)壁的第二燃 料供給孔12a的側(cè)面上做成具有單一噴射孔的形狀。此外，也可以在用一根配管將第二燃 料引導(dǎo)到第二燃料供給孔12a附近位置之后再通過圓環(huán)狀的歧管分配供給燃料。
下面，說明低NOx燃燒器的概念。
本實施例的燃燒器的特征如圖1的虛線和箭頭所示，從燃燒室12內(nèi)的氣體流向上 游側(cè)依次形成有一次燃燒區(qū)域(區(qū)域A)、還原區(qū)域(區(qū)域B)、二次燃燒區(qū)域(區(qū)域C)這三 個區(qū)域。
區(qū)域A的范圍在燃燒器的軸向，即主氣流的流向從配置在燃燒器的上游側(cè)的第一 燃料噴嘴301到燃料噴出孔303之前。區(qū)域B的范圍在從第二燃料噴嘴302到貧燃燒用空 氣10 的供給用空氣孔之前。區(qū)域C的范圍在從貧燃燒用空氣10 的供給用空氣孔到燃燒室出口 ο
區(qū)域A是通過從第一燃料噴嘴301供給的燃料的燃燒及通過噴射氮氣而產(chǎn)生低氧 濃度的燃燒氣體的區(qū)域。具體地說，首先，通過噴射作為惰性介質(zhì)的氮氣而降低燃燒用空氣 102的氧濃度，從而噴射該氧濃度已降低的燃燒用空氣102。在噴射氧濃度已降低的燃燒用 空氣102的同時，在燃料過濃的條件下使煤氣化的氣體燃燒而進(jìn)一步減少氧。
另外，本實施例的區(qū)域A的空氣供給孔的開口面積在能確?？杀３只鹧娴目諝饬?入量的范圍內(nèi)，設(shè)定為較窄。利用這種結(jié)構(gòu)，由于能抑制燃燒用空氣102中所含的氧的過量流入，因而，既能確?；鹧娴姆€(wěn)定性，又能隨著達(dá)到區(qū)域A的下游使氧濃度充分地降低。
另外，為了對燃燒速度快的含氫燃料也確保可靠性，本實施例的燃燒器3采用分 別向燃燒室噴射燃料與空氣的擴(kuò)散燃燒方式的燃燒嘴。因此，在降低燃燒的氧濃度的同時， 隨著局部火焰溫度的上升而產(chǎn)生N0X，在區(qū)域A生成的低氧濃度的燃燒氣體中含有N0X。
但是，與現(xiàn)有技術(shù)的富/貧燃燒的富燃燒相同，與通常的擴(kuò)散燃燒相比，由于在燃 料過濃的條件下進(jìn)行燃燒而使氧濃度較低，火焰溫度的上升幅度小。并且，由于通過上述的 氮的噴射也能抑制火焰溫度的上升，因而與單純的擴(kuò)散燃燒方式的燃燒嘴相比NOx的排出 量少。此外，燃料中所含的氫是與氧的親和性最高的化學(xué)元素，與將氮轉(zhuǎn)換為熱NOx的反應(yīng) 相比具有快的反應(yīng)速度常數(shù)。即，由于氧與氮的反應(yīng)相比與氫的反應(yīng)很快，因而NOx的生成 量更少。
接著，說明區(qū)域B。區(qū)域B是利用從第二燃料噴嘴302供給的含氫燃料62b所含的 氫對在區(qū)域A產(chǎn)生的低氧濃度的燃燒氣體中含有NOx進(jìn)行還原而使NOx減少的區(qū)域。具體 地說，從第二燃料噴嘴向從區(qū)域A在燃燒室內(nèi)流下來的低氧濃度的燃燒氣體中噴入含氫燃 料。這時，在本實施例的結(jié)構(gòu)中，由于燃燒用空氣從第二燃料供給孔流入，因而區(qū)域B的上 游側(cè)的氧濃度有所增加。
分子量小的氫的擴(kuò)散速度快，在燃燒氣體中迅速地擴(kuò)散。并且，由于即使在700K 左右的溫度條件下也成為反應(yīng)的氫的燃燒氣體的溫度相當(dāng)高，因而擴(kuò)散的氫與在區(qū)域A產(chǎn) 生的NOxW 0(氧)進(jìn)行反應(yīng)。通過該氫的氧化反應(yīng)在區(qū)域B內(nèi)將NOx(NO)還原。因此，在 區(qū)域A產(chǎn)生的NOx在區(qū)域B內(nèi)減少。此外，NO按照(1)式的反應(yīng)而被還原。
2N0+2H2 ^ N2+2H20(1)
另外，一氧化碳也是具有還原作用的燃料，無論轉(zhuǎn)換成氫或同時供給，都能得到上 述的還原作用。
區(qū)域C是將從上游側(cè)區(qū)域B流入的氣體中的未燃燒部分燃料與空氣迅速地混合而 使其燃燒的區(qū)域。具體地說，從空氣孔噴入貧燃燒用空氣102a，使在區(qū)域A和區(qū)域B未燃燒 而殘留的未燃燒部分燃料在燃料稀薄條件下進(jìn)行燃燒(貧燃燒)。例如，沿軸向分開供給貧 燃燒用空氣10 的場合，從一個空氣孔流入的貧燃燒用空氣10 的流量減少，流入的勢頭 變?nèi)酢Ｈ袅魅氲膭蓊^弱，則貧燃燒用空氣10 到達(dá)不了燃燒室中心部分，與未燃燒部分燃 料的混合就不能充分地進(jìn)行。這樣一來，在未燃燒部分燃料濃的區(qū)域的局部火焰的溫度上 升，有可能產(chǎn)生N0X。
因此，為了抑制在區(qū)域C的燃燒產(chǎn)生N0X，迅速地混合貧燃燒用空氣10 和未燃燒 部分燃料是重要的。為了實現(xiàn)迅速地混合，最好是以在燃燒氣體中極大地貫通的方式供給 貧燃燒用空氣，并且使燃燒氣體成為進(jìn)行了攪拌那樣的流動形態(tài)。在本實施例中，對貧燃燒 用空氣限定了供給孔數(shù)，通過逐個增大供給孔的直徑而加大對燃燒氣體的貫通，并且通過 使燃燒氣體成為進(jìn)行了攪拌那樣的流動形態(tài)而進(jìn)行迅速地混合。
此外，為了實現(xiàn)抑制在區(qū)域C中的^、產(chǎn)生量的貧燃燒，特別好的方法是采取貧燃 燒用空氣從供給孔在燃燒氣體流向的下游側(cè)，并且對與燃燒室的軸垂直的方向貫通到燃燒 器中心軸附近那樣的貧燃燒用空氣的供給方式。若采用這種供給方式，則通過使貧燃燒用 空氣在燃燒器中心軸附近進(jìn)行沖撞而在燃燒器中心軸附近形成沉淀區(qū)域。由此，成為燃燒 反應(yīng)的起點的沉淀區(qū)域則遠(yuǎn)離燃燒室的側(cè)壁，即使對燃燒速度快的含氫燃料也能確保充分的可靠性。另外，由于在沉淀點附近有來自各個方向的貧燃燒用空氣的噴流，因而較大的攪 拌效果是可以期待的。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)來自區(qū)域B的燃燒氣體與貧燃燒用空氣迅速地混合。
未燃燒部分燃料中所含的氫由于在區(qū)域B中被燃燒氣體加熱以及分子量小而擴(kuò) 散速度快，能與空氣迅速地混合。因此，在該區(qū)域的局部火焰溫度的上升很少。進(jìn)而在區(qū)域 C，在區(qū)域A產(chǎn)生的燃燒氣體的溫度因在區(qū)域B供給的含氫燃料而已經(jīng)降低。在火焰溫度上 升少的燃料稀薄條件下燃燒未燃燒部分燃料，則迅速地從燃燒室向渦輪機(jī)流出。因此，區(qū)域 C的火焰溫度能保持較低，因滯留時間也短而能抑制NOx的生成。
另外，一般燃料空氣比低的燃料稀薄條件下的燃燒難以確保燃燒效率，具有吹滅 弱的性質(zhì)。但是，在區(qū)域C中由于區(qū)域B的燃燒氣體的焓而能使其與貧燃燒用空氣混合后的 混合平均溫度保持較高，并且未燃燒的燃料也能保持在越能發(fā)揮還原作用的高溫狀態(tài)?？?之，具有充分的活化能而實現(xiàn)穩(wěn)定的燃燒。
圖4表示相對于燃燒器的軸向距離燃燒室內(nèi)的氧濃度和NOx濃度以及燃燒器內(nèi)氣 體溫度的斷面平均值概念圖。在此，假定為燃?xì)廨啓C(jī)是在額定負(fù)荷(FSFL)條件下進(jìn)行運轉(zhuǎn) 的情況。額定負(fù)荷運轉(zhuǎn)時在第一燃料噴嘴301中完成了從起動用液體燃料51向煤氣化氣 體62a的燃料切換。另外，在燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷上升結(jié)束的時刻控制第一燃料的流量使其為橫 定的流量。
圖5以沿燃燒氣體的流向的流程圖表示在燃燒器內(nèi)引起的現(xiàn)象。使用圖4、圖5說 明各自的區(qū)域的氧濃度、NOx濃度及燃燒器內(nèi)斷面平均氣體溫度的變化。
首先，在區(qū)域A中，使從第一燃料噴嘴301供給的第一燃料以擴(kuò)散方式燃燒。這時， 由于在區(qū)域A以燃料過濃條件進(jìn)行燃燒，因而氧濃度隨著反應(yīng)的進(jìn)行而迅速地降低。燒器 內(nèi)氣體溫度的斷面平均值也迅速地上升。NOx濃度由于在達(dá)到氮氧化物被氧化的狀態(tài)穩(wěn)定 之前需要某種程度的滯留時間而慢慢上升。此外，由于燃料過濃條件下的燃燒而火焰溫度 的上升受到抑制，雖然有NOx的產(chǎn)生，但其量與單純的擴(kuò)散燃燒相比仍被抑制。
其次，在區(qū)域B中，供給含氫的第二燃料。由于通過第二燃料的供給促進(jìn)NOx的還 原，因而NOx的濃度逐漸降低。此外，在本實施例中，由于利用空氣孔向燃燒室供給第二燃 料，因而空氣與燃料同時流入。在供給第二燃料時發(fā)現(xiàn)氧濃度增加就是因為這個原因。在 將第二燃料噴嘴的燃料噴出孔直接安裝在燃燒室的側(cè)壁的情況下，防止了空氣的流入。因 此，能夠徹底實現(xiàn)低氧濃度化。這時，燃料噴嘴的燃料噴出孔兼作第二燃料供給孔。
在本實施例的區(qū)域B中，雖然因上述的空氣的漏入而使氧濃度有一些上升，但并 未進(jìn)行積極的空氣供給。因此，燃料要充分地燃燒因氧氣不足而使第二燃料幾乎未燃燒。因 此，在區(qū)域B中，也維持低氧狀態(tài)，通過供給第二燃料氣體的溫度也降低。再有，作為氫用于 進(jìn)行還原反應(yīng)的活化能由于利用在上游側(cè)產(chǎn)生的燃燒氣體焓，因而燃燒器內(nèi)的氣體溫度逐 漸降低。
利用第二燃料的還原反應(yīng)若具有充分的活化能則以幾乎與氫濃度成比例的形式 進(jìn)行。因此，采用高比例的第二燃料與第一燃料之比對低NOx化是有利的。但是，為了確保 用于進(jìn)行利用第二燃料的還原反應(yīng)的活化能，需要使區(qū)域A出口的燃燒氣體和從第二燃料 供給孔1 供給的流體完全混合了時的平均溫度(混合平均溫度)作為目標(biāo)達(dá)到氫的反應(yīng) 開始溫度，即700°C以上。因此，最好控制第一燃料與第二燃料的供給流量比例，以便能確保 區(qū)域B的氣體溫度在700°C以上。
在區(qū)域C中，通過供給貧燃燒用空氣而增加氧濃度，NOx濃度被空氣稀釋而降低。 另外，燃燒器內(nèi)氣體溫度由于新流入的貧燃燒用空氣而暫時降低。但是，由于在區(qū)域B中因 氧氣不足而處于未燃燒的狀態(tài)的燃料一直燃燒而使燃燒器內(nèi)氣體溫度上升。但是，在區(qū)域 C中，在未燃燒的燃料進(jìn)行燃燒時，由于噴入足夠的貧燃燒用空氣而在燃料空氣比低的燃料 稀薄條件下進(jìn)行燃燒。再有，在區(qū)域C生成的燃燒氣體流入渦輪入口而進(jìn)行絕熱膨脹使溫 度降低，至此的滯留時間與其它區(qū)域相比更短。因此，NOx達(dá)到穩(wěn)定的比例較少，可抑制新的 NOx的生成直到幾乎沒有的狀態(tài)。
如上所述，本實施例的燃燒器的特征是，在燃料過濃條件下進(jìn)行擴(kuò)散燃燒的一次 燃燒區(qū)域(區(qū)域A)和對未燃燒部分燃料進(jìn)行完全燃燒的二次燃燒區(qū)域(區(qū)域C)之間設(shè)有 吹入含氫燃料對NOx (NO)進(jìn)行還原的還原區(qū)域(區(qū)域B)。通過設(shè)置區(qū)域B而還原并減少 在進(jìn)行擴(kuò)散燃燒的區(qū)域A產(chǎn)生的N0X，與現(xiàn)有的富/貧燃燒比較可以減少所排出的N0X。因 此，可以提供在利用擴(kuò)散燃燒方式確保燃燒嘴的可靠性的同時，可利用氫的還原作用進(jìn)行 低NOx燃燒的與含氫燃料相對應(yīng)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器。
另外，若采用本實施例，通過向與含氫燃料相對應(yīng)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器供給作為含 氫燃料的煤氣化氣體，從而可以提供可產(chǎn)生燃燒器的特長的低NOx的IGCC發(fā)電設(shè)備。
下面，說明運轉(zhuǎn)程序表。
以圖3的運轉(zhuǎn)程序表為基礎(chǔ)對以煤氣化發(fā)電設(shè)備為例子的運轉(zhuǎn)圖進(jìn)行說明。起動 時，燃?xì)廨啓C(jī)通過起動用馬達(dá)8等的外部動力進(jìn)行驅(qū)動。通過使燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)以與相當(dāng) 于燃燒器的點火條件的轉(zhuǎn)數(shù)保持一定，則向燃燒器供給點火所必要的燃燒空氣102而使點 火條件成立。這樣一來，向起動用液體燃料噴嘴51a供給起動用液體燃料51，則在燃燒器3 中進(jìn)行液體燃料51的點火。
其后，向渦輪機(jī)4供給燃燒氣體140，增加液體燃料51的流量并使渦輪機(jī)4提 速。通過脫離起動用馬達(dá)8而使燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)入獨立運轉(zhuǎn)，達(dá)到無負(fù)荷額定轉(zhuǎn)數(shù)(FSNL:Full Speed No Load)0
燃?xì)廨啓C(jī)達(dá)到了無負(fù)荷額定轉(zhuǎn)數(shù)之后通過發(fā)電機(jī)6的并入和由液體燃料51的流 量增加導(dǎo)致的渦輪機(jī)4的入口氣體溫度的上升而使負(fù)荷上升。負(fù)荷并入后通過利用燃?xì)廨?機(jī)向空氣分離裝置11抽入必要的空氣103，便可以向燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器3供給對煤氣化爐所 必要的氧氣和空氣分離時產(chǎn)生的氮氣130。另外，由于還能從備用空氣壓縮機(jī)14向空氣分 離裝置11供給必要的空氣，因而可以通過由空氣分離裝置11向煤氣化爐供給氧氣120而 從燃?xì)廨啓C(jī)起動前進(jìn)行煤氣化爐的運轉(zhuǎn)。
然后，當(dāng)隨著煤氣化爐負(fù)荷的上升而達(dá)到能供給煤氣時，則對燃燒器切換燃料使 其從液體燃料的燃燒變?yōu)槊簹獾娜紵?。燃料的切換操作基本上在恒定的負(fù)荷條件下進(jìn)行， 與從第一燃料噴嘴301供給的液體燃料51的流量的減少相一致而使作為第一燃料的煤氣 化氣體62a的流量增加，切換成專燒氣體。在切換成專燒氣體后，通過增加從第二燃料噴 嘴供給的作為第二燃料的煤氣化氣體62b的流量而使負(fù)荷上升，達(dá)到額定負(fù)荷(FSFL =Full Speed Full Load)。
表示了這些運轉(zhuǎn)程序表的圖3表示了相對于燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)數(shù)和燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷的液 體燃料51和氣體燃料62的流量的變化以及發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的氮氣流量的變化。圖中表示了 向燃燒器供給的總?cè)剂狭髁恐械谝蝗剂虾偷诙剂狭髁康淖兓?。圖中的a e的狀態(tài)表示
a)利用起動用燃料點火時
b)達(dá)到無負(fù)荷額定轉(zhuǎn)數(shù)(FSNL)時
c)燃料切換開始時
d)燃料切換結(jié)束時
e)達(dá)到額定負(fù)荷(FSFL)的時刻。
a c為專燒起動用燃料(油)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，c、d為起動用燃料與氣體燃料混燒的 運轉(zhuǎn)狀態(tài)，d、e為專燒氣體的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。
首先，讓起動用液體燃料51點火，隨著燃料流量的增加而使燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)上 升。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到無負(fù)荷額定轉(zhuǎn)數(shù)時，則能向燃?xì)廨啓C(jī)供給氮氣130。在達(dá)到能向 燃燒器供給氮氣之后，則伴隨著燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷的上升而能向空氣分離裝置抽取空氣?？沙?取的空氣的流量與負(fù)荷變化大致呈比例關(guān)系。
其后，當(dāng)達(dá)到能供給煤氣化氣體時，則能對燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行從液體燃料的燃燒向煤 氣的燃燒的燃料切換(狀態(tài)c)。在燃料切換過程中，為了確保燃燒的穩(wěn)定性，基本上以恒定 負(fù)荷條件為基礎(chǔ)，氮氣的噴射流量也以一定條件運轉(zhuǎn)。隨著液體燃料51的流量的降低和氣 體燃料62a的流量增加，將燃料切換為專燒氣體(d)。
切換為專燒氣體后，可分別控制由第一和第二燃料供給系統(tǒng)供給的燃料流量。通 過分別控制第一和第二燃料的流量從而能調(diào)整燃燒室內(nèi)的燃燒氣體的溫度。進(jìn)而，根據(jù)所 供給的燃料的含氫率和NOx的發(fā)生量，通過控制從第二燃料噴嘴噴入的含氫燃料的流量就 可以進(jìn)行控制而對區(qū)域B的NOx進(jìn)行充分的還原。
在本實施例中，雖然表示的是相對于燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷的增加，將第一燃料流量控制 為一定流量，使第二燃料流量增加時的低NOx燃燒的例子，但也可以為控制NOx的排出而同 時使第一燃料流量和第二燃料流量變化來與負(fù)荷對應(yīng)。另外，在本實施例中，雖然將(X)2回 收前的煤氣化的氣體62分別做成62a、62b向第一、第二燃料噴嘴供給而作為燃料使用，但 也可以將(X)2回收后的煤氣化氣體63分別做成63a、63b向第一、第二燃料噴嘴供給而作為 燃料使用，這時，由于燃料中的氫濃度增加，因而能夠提高對區(qū)域B的NOx的還原效果。
實施例2
在實施例1中敘述了 IGCC發(fā)電設(shè)備的例子接著，作為實施例2，說明將在煉鐵廠制 造焦碳時產(chǎn)生的COG作為燃料的發(fā)電設(shè)備的運轉(zhuǎn)例子。
圖10表示本實施例的發(fā)電設(shè)備的系統(tǒng)簡圖。在本實施例的發(fā)電設(shè)備中，從煉焦?fàn)t M產(chǎn)生的C0G161用煤氣精制裝置25進(jìn)行精制。然后，與由高爐產(chǎn)生的高爐煤氣(BTO163) 混合調(diào)整燃料發(fā)熱量，作為煉焦?fàn)t的干餾用熱源2 的燃料使用。另外，由轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生的轉(zhuǎn)爐 煤氣(LDG)貯藏在未圖示的貯氣器中后，作為鍋爐四的燃料使用。
圖7表示燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)與燃燒器的放大剖視圖。燃燒器雖與圖1所示的結(jié)構(gòu)基本 相同，但由于本發(fā)電設(shè)備中沒有煤氣化爐而不需要空氣分離裝置，因而供給氮氣是困難的。 因此，向燃燒器不是噴射氮氣而是采用噴射蒸汽(或水)。蒸汽噴射嘴435配置在第一燃料 噴嘴301的外周。并且，做成配置有利用第二燃料供給孔12a由燃燒室12的側(cè)壁向燃燒器 內(nèi)供給第二燃料162b的第二燃料噴嘴302，以及在其下游用于供給貧燃燒用空氣10 的空 氣孔的可進(jìn)行兩階段燃燒的構(gòu)造。
圖8表示在第二燃料供給孔的位置的燃燒器的概略剖視圖。在本實施例中，供給 第二燃料162b的第二燃料噴嘴302以貫通燃燒器外筒10的形式配置在燃燒器的側(cè)壁上， 并且為了防止從第二燃料噴嘴的周圍泄漏空氣，設(shè)有第二燃料噴嘴夾板12b。利用該結(jié)構(gòu)可 以使在還原區(qū)域B的低氧濃度狀態(tài)更加徹底。
圖9表示燃?xì)廨啓C(jī)的運轉(zhuǎn)程序表。在本實施例中，表示的是作為起動用高熱值 (卡)燃料71使用LNG，燃料不從在第一燃料噴嘴的LNG71向COGie^1切換，而是通過LNG71 與從第二燃料噴嘴302供給的C0G162b混合燃燒而從燃?xì)廨啓C(jī)的低負(fù)荷運轉(zhuǎn)到額定負(fù)荷的 例子。
使用LNG在第一燃料噴嘴點火后，增加LNG71的流量，達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)的無負(fù)荷額定 轉(zhuǎn)數(shù)(狀態(tài)b)。負(fù)荷并入后，向燃燒器供給蒸汽135，抑制一次燃燒區(qū)域的局部火焰溫度的 上升，并抑制NOx的產(chǎn)生，產(chǎn)生低氧濃度的燃燒氣體(狀態(tài)C)。然后，在狀態(tài)c的低負(fù)荷條 件下，向區(qū)域B供給作為第二燃料的C0G162b。由于在區(qū)域B內(nèi)C0G162b中所含的氫通過氫 的氧化反應(yīng)而將NOx還原，NOx濃度降低。在區(qū)域c可以通過空氣的供給而使在區(qū)域A、區(qū)域 B未燃燒而殘留的未燃燒部分燃料燃燒。
然后，增加第二燃料162b，提高負(fù)荷。另外，圖9雖然表示的是在比燃料切換的部 分負(fù)荷條件(狀態(tài)d)更高負(fù)荷條件下，隨著負(fù)荷的增加而增加蒸汽噴射流量的例子，但也 可以根據(jù)NOx排出量來調(diào)整蒸汽噴射流量。
在本實施例中，雖然表示的是起動時使用了 LNG時的運轉(zhuǎn)例子，但即使在起動時 使用了 A重質(zhì)油等液體燃料51也能得到相同的效果。另外，在第一燃料噴嘴中，在部分負(fù) 荷條件下將燃料從起動用燃料切換成第一含氫燃料(C0G162a)也能得到相同的降低NOx的 效果。
此外，BTO163也是含氫燃料，也可以代替本實施例的C0G162或者與C0G162并用，或與其混合運用。
如上所述，根據(jù)本實施例，通過將從煉鐵廠產(chǎn)生的含氫的副產(chǎn)物燃料向含氫燃料 用燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器供給，從而可以提供利用擴(kuò)散燃燒方式的燃燒嘴確保高的可靠性的同 時，利用氫對NOx的還原作用使NOx排出少的發(fā)電設(shè)備。通過將由發(fā)電設(shè)備得到的電力在整 個發(fā)電設(shè)備中利用而可以提高整個發(fā)電廠的效率。
實施例3
下面作為實施例3，說明將在石油精煉廠產(chǎn)生的所謂廢氣作為燃料的發(fā)電設(shè)備的 運轉(zhuǎn)例子。
圖13表示的是本實施例的發(fā)電設(shè)備的概略結(jié)構(gòu)。在本實施例的發(fā)電設(shè)備中，利用 精密蒸餾裝置31將石油50蒸餾分離而分餾成石腦油等。進(jìn)而，在分解裝置32中從石腦油 展開生成石油化學(xué)制品，并具有對所產(chǎn)生的氣體進(jìn)行改性的改性裝置33。稱之為廢氣的含 有氫的副產(chǎn)物燃料從蒸餾裝置31、分解裝置32、改性裝置3任何一種產(chǎn)生。
在本實施例所示的發(fā)電廠中，將上述燃料廢氣暫時貯藏在儲氣罐34中，在氣體精 制裝置35中進(jìn)行脫硫等。然后，將C3以上的化學(xué)物質(zhì)作為液化丙烷氣體(LPG) 263取出， 其余的含氫燃料262作為燃?xì)廨啓C(jī)5和鍋爐四的燃料使用。
圖11表示的是的燃?xì)廨啓C(jī)的系統(tǒng)和燃燒器的放大剖視圖。燃燒器與圖7所示的 結(jié)構(gòu)基本相同，采用噴射蒸汽(或水)。蒸汽噴射嘴435配置在第一燃料噴嘴301的外周。并且，做成配置有利用第二燃料供給孔12a由燃燒室12的側(cè)壁向燃燒器內(nèi)供給第二燃料 (或沈北)的第二燃料噴嘴302，以及在其下游用于供給貧燃燒用空氣10 的空氣孔 的可進(jìn)行兩階段燃燒的構(gòu)造。
圖12表示的是第二燃料供給孔的位置的燃燒器3的X-X斷面的概略剖視圖。在本 實施例中供給第二燃料沈213 (或直接安裝在燃燒室12上，以撓性配管(柔軟管)與 端蓋55的第二燃料歧管連接。采用這種結(jié)構(gòu)，可以使在還原區(qū)域B的低氧濃度狀態(tài)更加徹 底。另外，通過吸收燃燒室側(cè)壁及第二燃料噴嘴302的熱伸長而能夠可靠地向燃燒室12內(nèi) 供給第二燃料，并且也沒有因撓性配管自身的熱伸長而導(dǎo)致第二燃料噴嘴的破壞的危險。
另外，在貧燃燒用空氣10 的導(dǎo)入孔設(shè)有筒狀的引導(dǎo)部件(勺斗)，進(jìn)行調(diào)整而使 貧燃燒用空氣10 貫通從區(qū)域B流入的燃燒氣體，容易達(dá)到燃燒器中心軸附近。采用這種 結(jié)構(gòu)，可以將燃燒氣體中的未燃燒部分的燃料與貧燃燒用空氣10 迅速地混合。貧燃燒用 空氣的導(dǎo)入孔除了如本實施例那樣設(shè)有勺斗外，還有在軸向分成兩段對下游側(cè)的噴流的貫 通進(jìn)行輔助等以確保貫通到燃燒器中心的方法。
如上所述，根據(jù)本實施例，通過將石油煉制過程中產(chǎn)生的含氫的副產(chǎn)物燃料向含 氫燃料用燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器供給，可以提供利用擴(kuò)散燃燒方式的燃燒嘴確保高的可靠性的同 時，可以利用氫對NOx的還原作用排出低NOx的發(fā)電設(shè)備。通過將從發(fā)電設(shè)備得到的電力在 整個發(fā)電廠利用，可以提高整個發(fā)電廠的效率。
如上所述，各實施例的燃燒器具有使空氣與燃料燃燒的燃燒室12、和從燃燒室12 的上游側(cè)向燃燒室12供給燃料的第一燃料噴嘴301，在燃燒室12的壁面具有將含氫燃料向 燃燒室12供給的第二燃料供給孔12a。
在這樣的燃燒器中，由于能用從第二燃料供給孔1 供給的、包含作為還原劑的 氫的燃料來對通過燃燒由第一燃料噴嘴301供給的燃料而產(chǎn)生的NOx進(jìn)行還原，因而能降 低從燃燒器排出的NOx量。該還原作用在上述區(qū)域B是顯著的。
再有，各實施例的燃燒器具有減少比第二燃料供給孔1 靠燃燒氣體流向上游側(cè) 的氧濃度的機(jī)構(gòu)。因此，在比第二燃料供給孔1 靠燃燒氣體流向上游側(cè)，即上述的區(qū)域A， 可以在燃料過濃條件下使燃料燃燒。通過在燃料過濃條件下進(jìn)行燃燒，可以顯著地減少氧 的殘留量。由于氧的殘留量少，在區(qū)域B供給的第二燃料中所含的氫便與NOx中所含的氧0 反應(yīng)。由此，可以取得將在區(qū)域A中產(chǎn)生的NOx還原而使其減少的效果。
在此，所謂氧的殘留量少是指在區(qū)域A的下游，氧量為相當(dāng)于理論燃料空氣比的 氧量的10%以下。最好是以下，若為大致0%可以得到最好的效果。
在各實施例的燃燒器中，設(shè)計成通過減小空氣孔的大小來減少在區(qū)域A供給的空 氣的絕對量。這樣一來也能減少區(qū)域A的下游的氧的殘留量。
另外，實施例1的燃燒器，作為減少氧濃度的機(jī)構(gòu)具有惰性介質(zhì)噴射機(jī)構(gòu)，即氮氣 噴射噴嘴430。通過從氮氣噴射噴嘴430噴射作為惰性介質(zhì)的氮氣，從而降低氧濃度，并且 還能降低局部火焰溫度，能夠抑制燃燒器頭部的NOx的發(fā)生。
在實施例1的燃燒器中，從氮氣噴射噴嘴430噴射的氮氣作為與空氣的混合物噴 射到燃燒室12中。由于這樣可以抑制結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化。
在燃料過濃條件下使燃料燃燒后的氣體流向區(qū)域B。在區(qū)域B向該氣體中供給含 氫燃料。于是，可以引起上述的還原作用而使NOx降低。此外，所謂惰性介質(zhì)是不具有促進(jìn)16燃料的燃燒的效果的媒體，不只是氮氣，水蒸汽等也與其相當(dāng)。
各實施例的燃燒器，在比第二燃料供給孔1 靠燃燒氣體流向下游側(cè)，還具有向 燃燒室12供給貧燃燒用空氣10 的空氣孔。由于具有該空氣孔而可以形成區(qū)域C。S卩，由 于含氫燃料的供給而使NOx減少之后通過供給空氣，可以使未燃燒部分的燃料燃燒。這樣 一來，如上所述，可以在生成NOx少的狀態(tài)下穩(wěn)定地使在區(qū)域B中未燃燒部分的燃料燃燒。
如上所述，各實施例的燃燒器由于采用擴(kuò)散燃燒方式，因而無論對什么樣的含氫 量的燃料都能進(jìn)行確保了可靠性的運轉(zhuǎn)。并且，如上所述，由于采用能抑制局部火焰溫度 的高溫化，或者能減少所產(chǎn)生的NOx的結(jié)構(gòu)，因而，盡管采用擴(kuò)散燃燒方式，仍可以提供能低 NOx運轉(zhuǎn)的燃燒器。
以上說明的是本發(fā)明的實施例。下面，說明與燃燒器相關(guān)技術(shù)的參考例。
參考例1
作為參考例1，圖14至圖16表示燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的概略結(jié)構(gòu)。如圖14所示，燃 燒器由如下部件構(gòu)成被外筒壁1001和端突緣1002包圍、并由內(nèi)筒壁1003包圍的燃燒室 1004，進(jìn)行擴(kuò)散燃燒的擴(kuò)散回旋燃燒嘴1005，混合燃料與空氣而生成預(yù)混合氣體的預(yù)混合 器1006，點火時用于將火焰?zhèn)鞑サ狡渌紵鞯幕鹧鎮(zhèn)鞑ス?007以及燃料及空氣供給系 統(tǒng)。
設(shè)置在燃燒器中心軸上的擴(kuò)散回旋燃燒嘴1005用回旋葉片1008使利用燃燒用空 氣101 分配的擴(kuò)散燃燒用空氣1012b回旋，進(jìn)而在燃燒室1004中與煤氣1013a或從液體 燃料噴射孔1014噴出的燃料混合而形成擴(kuò)散火焰。在擴(kuò)散回旋燃燒嘴1005的周圍設(shè)有用 于向燃燒室1004供給擴(kuò)散燃燒用空氣1012b的多個回旋燃燒用空氣孔1(^6。擴(kuò)散燃燒用 液體燃料利用從設(shè)置于液體燃料噴射孔1014周圍的霧化空氣噴射孔1027供給的霧化空氣 的噴流被微?；?。在回旋葉片1008的空氣流入部設(shè)有噴水噴嘴10 ，可以一邊與擴(kuò)散燃燒 用空氣1012b混合一邊向燃燒室供給蒸汽1030。
設(shè)置于擴(kuò)散回旋燃燒嘴1005周圍的環(huán)狀的預(yù)混合器1006將從多個預(yù)混合用燃料 噴嘴1009噴出的燃料煤氣1013a與利用燃燒用空氣1012a分配的預(yù)混合用空氣1012c預(yù) 混合而生成預(yù)混合氣體1011。并且，通過設(shè)置于該預(yù)混合氣體1011下游的燃燒室1004入 口的火焰穩(wěn)定器IOlOa來形成預(yù)混合火焰1018并使其保持穩(wěn)定?；鹧娣€(wěn)定器IOlOa相對 于燃燒器中心軸呈放射狀配置有多個，并且，各個火焰穩(wěn)定器IOlOa還相對于燃燒器中心 軸傾斜地配置。在預(yù)混合器1006上設(shè)有隔板1022，從而從預(yù)混合器1006入口到火焰穩(wěn)定 器IOlOa上游側(cè)將預(yù)混合器1006的流道沿周向進(jìn)行分割。
相對于燃燒器中心軸傾斜地配置的火焰穩(wěn)定器IOlOa從燃燒器的側(cè)面觀察并不 限定為基本上是平面的情況，也可以是稍微的凸?fàn)罨虬紶睢?br> 圖15是以火焰?zhèn)鞑ス?007結(jié)合了圖14的燃燒器1002的情況的橫剖視圖?；鹧?穩(wěn)定器IOlOa在各燃燒器分別設(shè)置了 8個，各個火焰穩(wěn)定器IOlOa設(shè)置在預(yù)混合器1006的 隔板1022之間的上游，以及預(yù)混合用燃料噴嘴之間的上游。火焰?zhèn)鞑ス?007相對于設(shè)置 于各個燃燒器上的火焰穩(wěn)定器IOlOa設(shè)置在徑向的內(nèi)筒壁1003上，連接兩個燃燒室1004。
圖16是表示對圖14所示的燃燒器以擴(kuò)散回旋燃燒嘴為中心放大的剖視圖，對于 各部分的功能及通過的流體的流向說明如下。擴(kuò)散回旋燃燒嘴的擴(kuò)散燃燒用空氣1012b由 回旋葉片1008形成回旋流，以朝向燃燒器中心軸的某個內(nèi)向角度流入燃燒室。從液體燃料噴嘴噴出并由霧化空氣微?；囊后w燃料與具有該內(nèi)向角度的回旋空氣流迅速地混合。因 此，可以防止因空氣不足的燃燒而產(chǎn)生碳黑，能形成穩(wěn)定的擴(kuò)散火焰。設(shè)置于回旋葉片1008 的上游部的噴水噴嘴10 朝向回旋葉片1008噴射水而使水與擴(kuò)散燃燒用空氣1012b混 合。然后，由于水在燃燒室1004與液體燃料迅速地混合，因而能有效地降低燃料的發(fā)熱密 度，從而能降低N0X。
設(shè)置于回旋葉片1008的空氣出口附近的氣體燃料噴射孔以與燃燒器中心軸為某 個外向角使煤氣101 噴出。在噴出的氣體燃料的流量較少時(燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)荷低時)，由 于氣體燃料的流速慢而對擴(kuò)散燃燒用空氣1012b貫通力較小，因而煤氣101 主要與擴(kuò)散 燃燒用空氣1012b混合而在燃燒器中心軸附近燃燒，能穩(wěn)定地燃燒。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)荷上 升，煤氣101 增加了的場合，由于氣體燃料的貫通力較大而與從回旋燃燒空氣孔10 和 預(yù)混合器1006流入的空氣(預(yù)混合氣體)都混合，由于進(jìn)行稀薄燃燒而實現(xiàn)NOx降低?；?旋燃燒空氣孔10 設(shè)置在擴(kuò)散燃燒用燃燒嘴的周圍，以便擴(kuò)散燃燒用空氣1012b能沿與回 旋葉片1008相同的回旋方向向燃燒室流入。并且，通過加大燃燒器中心軸附近的循環(huán)氣流 來實現(xiàn)火焰的穩(wěn)定化，并且由于回旋流導(dǎo)致的空氣向預(yù)混合器1006側(cè)的擴(kuò)展而防止了擴(kuò) 散火焰向與燃燒室1004相接的火焰穩(wěn)定器IOlOa的面的附著，以及火焰穩(wěn)定器IOlOa的溫 度上升。
通過在回旋燃燒空氣孔10 的周圍設(shè)有縫隙10 ，使擴(kuò)散燃燒用空氣1012b形成 薄膜狀，并使其向與燃燒室1004相接的火焰穩(wěn)定器IOlOa的面流出而進(jìn)一步防止了火焰穩(wěn) 定器IOlOa的溫度上升。相對于燃燒器中心軸傾斜設(shè)置的火焰穩(wěn)定器IOlOa沿周向縮小環(huán) 狀的預(yù)混合器1006的流道，并且沿傾斜的方向擴(kuò)大流道。因此，在抑制預(yù)混合器1006大壓 力損失的增加的同時，將預(yù)混合用空氣1012c或預(yù)混合氣體1011從預(yù)混合器1006向燃燒 室1004的燃燒器中心軸方向噴出。
火焰穩(wěn)定器IOlOa傾斜地配置成使其下游側(cè)的邊緣的外周側(cè)與內(nèi)周側(cè)相比位于 下游側(cè)，優(yōu)選相對于該燃燒器中心軸的傾斜角度為30度以上60度以下。由此，外周側(cè)的預(yù) 混合燃燒氣體在通過了火焰穩(wěn)定器的下游側(cè)的邊緣之后就偏向于向燃燒器的軸心匯聚的 方向，對內(nèi)周側(cè)的擴(kuò)散燃燒氣體進(jìn)行充分的稀釋混合。由此，通過防止擴(kuò)散火焰的長焰化而 降低NOx的發(fā)生，并通過防止燃燒器出口的燃燒溫度的偏差的發(fā)生而防止渦輪葉片的損傷。
下面說明使火焰穩(wěn)定器IOlOa的傾斜角度為30度以上60度以下的理由。隨著火 焰穩(wěn)定器IOlOa相對于燃燒器中心軸的傾斜角度減少，燃燒振動的振幅α呈指數(shù)函數(shù)地增 加。這是因為，火焰穩(wěn)定器IOlOa的傾斜角度越是減少，預(yù)混合燃燒氣體越是向燃燒器的軸 心匯聚，高溫的擴(kuò)散燃燒氣體被稀釋，火焰的穩(wěn)定性降低，燃燒振動的振幅則增大。尤其是 在傾斜角度小于30度時，燃燒振動的振幅增加更顯著。其次，燃燒器出口的溫度偏差β隨 著火焰穩(wěn)定器IOlOa相對于燃燒器中心軸的傾斜角度的增加而呈指數(shù)函數(shù)地增加。由于火 焰穩(wěn)定器的傾斜角度大，因而預(yù)混合燃燒氣體沿向燃燒器的軸心匯聚的方向偏心的量小， 預(yù)混合燃燒氣體在燃燒室1004內(nèi)基本上筆直地前進(jìn)。因此，內(nèi)周側(cè)的擴(kuò)散燃燒氣體與預(yù)混 合燃燒氣體不會充分地混合，出口的溫度分布不均，對下游的渦輪葉片有造成損傷的危險。 尤其是當(dāng)傾斜角度超過60度時，燃燒器出口的溫度分布偏差則顯著增加。因此，當(dāng)考慮燃 燒振動的振幅和燃燒器出口的溫度分布偏差兩者的影響時，最好使傾斜角度在30度以上 60度以下。
下面，說明在具有起動燃燒嘴，配置在起動燃燒嘴外周的預(yù)混合燃燒噴嘴，以及在 內(nèi)部形成燃燒室的大致圓筒形的燃燒器內(nèi)筒壁的預(yù)混合式燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器中，在預(yù)混合燃 燒噴嘴的出口安裝配置成放射狀的火焰穩(wěn)定器IOlOa的燃燒器的原理。在環(huán)狀的預(yù)混合燃 燒噴嘴中，在預(yù)混合燃燒噴嘴的出口未設(shè)置火焰穩(wěn)定器IOlOa的場合，預(yù)混合燃燒氣體以 環(huán)狀的原狀流入到燃燒室1004內(nèi)。因此，預(yù)混合燃燒氣體形成內(nèi)部包容了從起動燃燒嘴噴 出的擴(kuò)散燃燒氣體的氣流。由于預(yù)混合燃燒氣體的氣流未成使擴(kuò)散燃燒氣體的氣流積極地 破壞，因而預(yù)混合燃燒氣體與擴(kuò)散燃燒氣體難以均勻地攪拌。因此，存在燃料的偏析，隨之 發(fā)生N0X。
與此相對，如本參考例那樣，通過在預(yù)混合燃燒噴嘴的出口安裝配置成放射狀的 火焰穩(wěn)定器，從而在從預(yù)混合燃燒噴嘴流出的氣體中產(chǎn)生了在圓周方向流動之處和未流動 之處氣體流速的強(qiáng)弱在圓周方向交替地并列分布。通過這樣的分布在使用氣體燃料時實現(xiàn) 了預(yù)合火焰的穩(wěn)定化，在使用液體燃料時促進(jìn)了從預(yù)混合燃燒噴嘴噴出的空氣與起動燃燒 嘴的燃料的混合，以防止擴(kuò)散火焰的長焰化。通過使燃燒器出口的溫度分布均勻，從而也實 現(xiàn)了對渦輪機(jī)的保護(hù)。
再有，通過使與燃燒室1004相接的火焰穩(wěn)定器IOlOa的面向燃燒器中心軸傾斜， 從而使從預(yù)混合燃燒噴嘴噴出的預(yù)混合燃燒氣體積極地偏向于向燃燒器的軸心匯聚的方 向，并且，通過與從起動燃燒嘴噴出的擴(kuò)散燃燒氣體交叉而促進(jìn)混合，通過防止擴(kuò)散火焰的 長焰化而降低了 NOxW發(fā)生。此外，通過防止燃燒器出口的燃燒溫度偏差的發(fā)生，也防止了 渦輪葉片的損傷。由于在預(yù)混合燃燒噴嘴的出口配置成放射狀的火焰穩(wěn)定器1010a、以及使 與燃燒室1004相接的火焰穩(wěn)定器IOlOa的面向燃燒器中心軸傾斜這兩者疊加的效果而能 進(jìn)一步提高火焰的穩(wěn)定性。
此外，從與燃燒室1004相接的火焰穩(wěn)定器IOlOa的面流出的預(yù)混合流道不必沿周 向為間隔一定，即使如圖20所示預(yù)混合流道的間隔不均勻，也能稀釋混合從起動燃燒嘴噴 出的擴(kuò)散燃燒氣體。另外，如圖21所示，還可以以燃燒器的軸心為中心使預(yù)混合氣體1011 流道具有回旋成分。通過具有這種回旋成分，從而可以期待擴(kuò)散燃燒氣體與預(yù)混合燃燒氣 體進(jìn)一步的攪拌效果。
另外，在預(yù)混合燃燒噴嘴的出口安裝相對于燃燒器中心軸傾斜的呈放射狀的火焰 穩(wěn)定器IOlOa的目的在于防止預(yù)混合燃燒氣體以環(huán)狀的原狀流入到燃燒室1004，以及使預(yù) 混合燃燒氣體向擴(kuò)散燃燒噴嘴一側(cè)偏心。只要是為了達(dá)到該目的措施都能采用，例如，不設(shè) 置火焰穩(wěn)定器1010a，而是將配置在起動燃燒嘴的外周的環(huán)狀的預(yù)混合燃燒噴嘴以間壁在 圓周方向分割，使預(yù)混合燃燒噴嘴出口朝向起動燃燒嘴一側(cè)，則從預(yù)混合燃燒噴嘴流出的 預(yù)混合燃燒氣體在圓周方向流速的強(qiáng)弱交替地并列分布。
采用這樣的結(jié)構(gòu)，由于能形成向擴(kuò)散燃燒噴嘴一側(cè)偏心的流道，因而可以做成與 安裝了放射狀的火焰穩(wěn)定器IOlOa的場合相同的預(yù)混合流道。但是，通過做成本參考例那 樣的火焰穩(wěn)定器形狀，可以以簡易的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)如下目的，即防止預(yù)混合燃燒氣體以環(huán)狀 的原狀流入到燃燒室1004，形成向擴(kuò)散燃燒噴嘴一側(cè)偏心的流道。
另外，火焰穩(wěn)定器IOlOa以懸臂支撐狀配置在內(nèi)周側(cè)。也就是說，在火焰穩(wěn)定器 IOlOa的內(nèi)周側(cè)支撐(固定)在預(yù)混合燃燒噴嘴上，火焰穩(wěn)定器IOlOa的外周側(cè)邊緣與上述 預(yù)混合燃燒噴嘴外周壁分離。由此，可以不受到由火焰穩(wěn)定器IOlOa的熱伸長等帶來的應(yīng)力，可以進(jìn)一步防止由于由火焰穩(wěn)定器IOlOa的下游側(cè)邊緣與預(yù)混合燃燒噴嘴外周壁之間 向燃燒室噴出的預(yù)混合氣體1011或空氣因擴(kuò)散火焰帶來的燃燒室側(cè)壁的溫度上升。
圖17、圖18表示有關(guān)圖14、圖15及圖16的氣體燃料及液體燃料燃燒時的運轉(zhuǎn)條 件及火焰形狀的一個例子。
圖17表示的是燃燒器點火時的狀態(tài)，將氣體燃料及液體燃料燃燒時的火焰形狀 分別表示在從燃燒器中心軸之上和之下。首先，在某燃燒器中，向擴(kuò)散回旋燃燒嘴1005供 給煤氣101 或液體燃料1016，使用任何點火裝置形成擴(kuò)散火焰1019。在煤氣101 與擴(kuò) 散燃燒用空氣1012b混合后，形成擴(kuò)散火焰1019，利用火焰穩(wěn)定器IOlOa保持火焰穩(wěn)定，進(jìn) 而由于火焰穩(wěn)定器IOlOa的下游是低速循環(huán)氣流區(qū)域，因而擴(kuò)散火焰1019沿著各火焰穩(wěn)定 器IOlOa呈放射狀擴(kuò)展。由于火焰?zhèn)鞑ス?007配置在火焰穩(wěn)定器IOlOa的外周部，因而高 溫的燃燒氣體1020就能不被預(yù)混合用空氣1012c稀釋而通過火焰穩(wěn)定器IOlOa流入火焰 傳播管1007，從而可以使鄰接的燃燒器點火。另外，在使用氣體燃料的場合，通過火焰?zhèn)鞑?管1007使其它燃燒器點火時，除了煤氣1015a外，通過供給預(yù)混合燃料101 還形成預(yù)混 合火焰1018而進(jìn)一步提高火焰的傳播特性。
燃燒器點火后，增加燃料供給量，進(jìn)行燃?xì)廨啓C(jī)的升速運轉(zhuǎn)及負(fù)荷運轉(zhuǎn)。圖18將 此時的氣體燃料及液體燃料燃燒時的火焰形狀分別表示在從燃燒器中心軸之上和之下。在 用氣體燃料進(jìn)行高負(fù)荷燃燒時，進(jìn)行了為實現(xiàn)燃燒穩(wěn)定化的擴(kuò)散燃燒和為降低NOx而使用 預(yù)混合燃料的稀薄預(yù)混合燃燒。通過配置成放射狀，還向燃燒器中心軸方向傾斜的火焰穩(wěn) 定器1010a，擴(kuò)散火焰1019沿點火焰穩(wěn)定器IOlOa向燃燒器徑向呈放射狀擴(kuò)展，預(yù)混合火 焰1018向燃燒器中心軸方向延伸。因此，高溫的擴(kuò)散火焰1019與由稀薄燃燒形成的低溫 的預(yù)混合火焰1018在燃燒器周向交叉，促進(jìn)了因燃燒器頭部的瞬時溫度均勻化帶來的NOx 降低及燃燒的穩(wěn)定化。
使用液體燃料時的擴(kuò)散火焰1019如上所述，沿著火焰穩(wěn)定器IOlOa呈放射狀擴(kuò) 展，進(jìn)而預(yù)混合用空氣1012c通過傾斜的火焰穩(wěn)定器IOlOa向燃燒器中心軸方向、即擴(kuò)散回 旋燃燒嘴1005的下游流出。因此，燃燒室1004下游部，促進(jìn)了預(yù)混合用空氣1012與擴(kuò)散 火焰1019的燃燒氣體的混合，抑制了燃燒器出口的溫度偏差，可防止渦輪葉片的燒損。另 外，由于預(yù)混合用空氣1012c的稀釋效果而可以防止擴(kuò)散火焰1019的長焰化，因而能減少 高溫燃燒區(qū)域并降低NOx排出量。
另外，在火焰穩(wěn)定器IOlOa與預(yù)混合器1006的外周壁之間存在間隙，高速的空氣 或預(yù)混合氣會沿燃燒室壁面噴出。因此，在全部的燃燒狀態(tài)都能冷卻燃燒室壁面，能防止溫 度上升。
圖19表示的是從燃燒器點火到額定負(fù)荷的燃料及水流量控制的一個例子。如圖 19的上圖(圖19(a))所示，預(yù)混合燃料噴嘴分為Fl至F4共四個，并能分別通過不同的系 統(tǒng)進(jìn)行預(yù)混合氣體用燃料的控制。
圖19 (b)表示氣體燃料及液體燃料燃燒時的相對燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷的燃料流量。在燃 燒氣體燃料的場合，從燃燒器點火經(jīng)燃?xì)廨啓C(jī)的提速到某部分負(fù)荷都運用擴(kuò)散燃料。然后， 隨著負(fù)荷的上升從Fl至F4依次投入預(yù)混合燃料。這樣通過階段性地投入預(yù)混合燃料，從 而能夠以將預(yù)混合氣的燃料與空氣的混合比控制在能防止不穩(wěn)定的燃燒及逆火的最佳條 件來控制預(yù)混合燃燒。20
另外，在燃燒液體燃料時，雖然只運用擴(kuò)散燃料，但在燃燒穩(wěn)定的某部分負(fù)荷時投 入水以實現(xiàn)NOx濃度的降低。
參考例2
下面，作為參考例2，參照圖22至圖M對燃料噴嘴說明如下。
圖M是概略地表示燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)的概略結(jié)構(gòu)圖。如圖M所示， 燃?xì)廨啓C(jī)主要具有壓縮空氣而生成高壓的燃燒用空氣的壓縮機(jī)2001，將從該壓縮機(jī)2001 導(dǎo)入的燃燒用空氣2013與燃料混合而生成燃燒氣體2014的燃燒器2003，以及將由該燃燒 器2003生成的燃燒氣體2014導(dǎo)入的渦輪機(jī)2002。此外，壓縮機(jī)2001與渦輪機(jī)2002的軸 連接。
上述燃燒器2003是用外筒2005和端蓋2006密閉了生成的燃燒氣體的內(nèi)筒2007 和用于使燃料微?；娜剂蠂娮?009，對燃燒空氣2013施加回旋力的回旋器2010，以及對 燃料進(jìn)行點火的點火栓2011的壓力容器。在內(nèi)筒2007的上游側(cè)的軸中心位置，配置有噴 射燃料的燃料噴嘴2009，在其周圍設(shè)有用于保持?jǐn)U散火焰2016的回旋器2010，在其外周設(shè) 有內(nèi)筒罩2012。在此，相對于在內(nèi)筒2007的內(nèi)部流動的燃燒氣體2014，設(shè)有燃料噴嘴2009 的一側(cè)是上游側(cè)，向渦輪機(jī)2002供給的方向是下游方向(下游側(cè))。
通過這樣的結(jié)構(gòu)，來自壓縮機(jī)2001的燃燒空氣2013通過由外筒2005和內(nèi)筒2007 構(gòu)成的環(huán)狀的空氣流道，從設(shè)置在內(nèi)筒2007的壁及內(nèi)筒罩2012上的燃燒孔及冷卻孔以及 回旋器2010導(dǎo)入內(nèi)筒2007的內(nèi)部。供給內(nèi)筒2007的空氣與燃料混合，該混合氣體在內(nèi)筒 2007的內(nèi)部利用點火栓2011點火進(jìn)行燃燒。通過燃燒而生成的燃燒氣體2014通過過渡件 2008供給渦輪機(jī)2002并驅(qū)動渦輪機(jī)2002。由此，驅(qū)動與渦輪機(jī)2002連接的發(fā)電機(jī)2004 而發(fā)電。
燃料供給系統(tǒng)具有燃料箱2018、移送泵2019、移送壓力調(diào)整閥2020、高壓泵 2021、壓力調(diào)節(jié)閥2022、燃料斷開閥20M、流量調(diào)節(jié)閥2023、流量分配器2(^6、燃料流量計 2025以及燃料配管2017。液體燃料通過移送泵2019、高壓泵2021升壓，用設(shè)置于高壓泵 2021的旁通管線的壓力調(diào)節(jié)閥2022設(shè)定為規(guī)定的壓力。已升壓的液體燃料通過被調(diào)整到 規(guī)定的閥開度的流量調(diào)節(jié)閥2023、燃料斷開閥20M、燃料流量計2025后由流量分配器20 分配到各燃燒器，供給燃料噴嘴2009。
圖23是表示燃料噴嘴2009的燃料供給系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。本參考例的燃料噴嘴 2009劃分為能夠在點火時等的低燃料流量條件下微?；阅軆?yōu)良的起動系統(tǒng)、和高負(fù)荷條 件等的大燃料流量條件下不使供給壓力過于上升的噴出燃料的主系統(tǒng)。在主流道2035的 下游側(cè)設(shè)有加壓閥20 ，用其上游側(cè)的分配管2036與起動流道2034以合流方式連接。再 有，在分配管2036的上游側(cè)設(shè)有單向閥20 ，與上述的由泵、閥等構(gòu)成的燃料供給系統(tǒng)連 接。另外，在分配管2036的另一端連接有起動系統(tǒng)的凈化空氣流道2030，在主流道2035的 加壓閥20 的下游連接有主凈化空氣流道2031。在凈化空氣流道2030、主凈化空氣流道 2031的上游側(cè)設(shè)有起動凈化空氣斷開閥2037、主凈化空氣斷開閥2038、壓力調(diào)節(jié)閥2039以 及凈化空氣壓縮機(jī)2027。
下面，對這樣構(gòu)成的燃料供給系統(tǒng)、凈化空氣供給系統(tǒng)的動作概要進(jìn)行說明。從高 壓泵2021供給的燃料通過流量調(diào)節(jié)閥2023、燃料斷開閥20M之后，由流量分配器20 分 配到各燃燒器，通過單向閥20 導(dǎo)入分配管2036。該單向閥20 用于防止燃燒空氣、燃燒氣體及凈化空氣等逆流到泵等的燃料系統(tǒng)輔助機(jī)構(gòu)中。向分配管2036供給的燃料分配到 起動流道2034和主流道2035。在此，在點火條件之類燃料流量少的條件下，由于作用于設(shè) 置在主流道2035的中途的加壓閥20 的燃料壓力低，因此不能推開的加壓閥20 ，只向起 動流道2034供給燃料。
其后，當(dāng)伴隨著提速、負(fù)荷的上升而燃料流量增加時，作用于加壓閥20 的燃料 壓力上升，推開加壓閥2(^9。然后，除了起動流道2034外，也向主流道2035供給燃料。
接著，對燃?xì)廨啓C(jī)停止時的動作概要進(jìn)行說明。在燃?xì)廨啓C(jī)因燃料的供給停止而 停止時，在燃料滯留在燃料噴嘴內(nèi)部的情況下，燃料因受到來自燃燒器各部的熱而碳化，有 可能產(chǎn)生固定在燃料噴嘴2009及其內(nèi)部而焦化的情況。這時，最壞的情況是有可能封閉燃 料噴出孔而不能噴出燃料。
于是，在本參考例的液體燃料燃燒的燃燒器中，為了向燃燒室等排出滯留在燃燒 噴嘴內(nèi)部的燃料而設(shè)有供給空氣等的機(jī)構(gòu)。在本參考例的起動流道2034及主流道2035中 也為了同樣的目的而設(shè)有供給凈化空氣的機(jī)構(gòu)。其構(gòu)成為，在燃?xì)廨啓C(jī)停止后，用壓力調(diào)節(jié) 閥2039將從凈化空氣壓縮機(jī)2027供給的凈化空氣調(diào)整到規(guī)定的壓力后，通過起動凈化空 氣斷開閥2037、主凈化空氣斷開閥2038向燃料噴嘴的各流道供給。
另外，在本參考例的雙孔型燃料噴嘴2009中，其構(gòu)成為，在沒有向點火條件那樣 的主流道2035供給燃料的低燃料流量條件下，通過只向主流道2035供給凈化空氣，就能以 從主噴嘴噴出的凈化空氣促進(jìn)從起動噴嘴噴出的燃料的微粒化，促進(jìn)起動燃料的微?；?提高點火的可靠性。
圖22是在具有上述的燃料供給系統(tǒng)的燃料噴嘴2009中，參考例2的雙孔型燃料 噴嘴的前端部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖。圖22(a)表示的是燃料噴嘴的縱剖視圖，圖22(b)表示的是 沿圖22(a)的A-A箭頭所示的剖視圖。燃料噴嘴2009具有噴嘴罩2100、噴嘴管2101、起動 管2102以及噴嘴體2103。起動管2102容納在噴嘴管2101的內(nèi)部。再有，噴嘴管2101容 納在噴嘴罩2100內(nèi)部，用形成于噴嘴體2103和噴嘴罩2100上的安裝螺紋進(jìn)行固定。另外， 在噴嘴管2101的外周側(cè)具有主回旋器2106。這時，通過噴嘴體2103牢固地擠壓與噴嘴管 2101的接觸面而固定噴嘴罩2100與噴嘴管2101。
在噴嘴體2103上設(shè)有起動流道2105和主流道2104，各流道分別與起動管2102 及噴嘴管2101的起動供給系統(tǒng)、主供給系統(tǒng)連接。在起動管2102上設(shè)有由起動管2102和 噴嘴管2101構(gòu)成的起動回旋室2110，在其切線方向形成有起動回旋孔2107。從起動流道 2105供給的起動燃料2032從起動管2102的外周流入起動回旋孔2107而賦予回旋，便在 起動回旋室2110內(nèi)部進(jìn)行回旋。并且，其構(gòu)成為，沿著起動回旋室2110的壁面形成薄的液 膜，作為微細(xì)的液滴從起動噴射孔2108噴出。
從主流道2104供給的主燃料2033通過設(shè)置于噴嘴管2101的上的主燃料供給孔 2112經(jīng)由由噴嘴罩2100和噴嘴管2101構(gòu)成的環(huán)狀流道2113流入主回旋器2106。主燃料 2033由主回旋器2106賦予回旋，在由噴嘴罩2100內(nèi)周壁和噴嘴管2101外周壁形成的回旋 室2111回旋，并從主噴射孔2109噴出。
在此，所謂起動噴射孔2108設(shè)置在噴嘴罩2100內(nèi)部，具有噴出起動燃料的功能。 另外，起動噴射孔2108是形成于噴嘴管2101的起動回旋室2110與向燃燒室噴出起動燃料 的噴嘴管2101的末端部之間的部分。其次，所謂主噴射孔2109設(shè)置在噴嘴罩的內(nèi)部，并具有噴出主燃料的功能。另外，主噴射孔2109是使由主回旋器2106賦予回旋成分的主燃料 回旋的回旋室2111與向燃燒室噴出起動燃料的噴嘴管2101的末端部之間的部分，是由噴 嘴管2101的外周面與噴嘴罩2100的內(nèi)周面形成的環(huán)狀流道。此外，回旋室2111連通主回 旋器2106及主噴射孔2109，在使從主噴射孔2109噴出的主燃料回旋的同時，向主噴射孔 2109供給。該回旋室2111構(gòu)成由將噴嘴罩2100加工成圓錐狀的內(nèi)周面和噴嘴管2101的 圓錐狀外周面形成的環(huán)狀流道。
在此，對主系統(tǒng)、起動系統(tǒng)各自的作用進(jìn)行說明。起動系統(tǒng)用于在像點火那樣的低 燃料流量條件下也能提高燃料的供給壓力而促進(jìn)微?；?。相對于此，主系統(tǒng)用于即使在需 要燃料量較多的高負(fù)荷條件下，也不使燃料的供給壓力過于上升而噴出。因此，在高負(fù)荷條 件下，供給燃料流量的大部分者為主系統(tǒng)。
并且，本參考例的噴嘴的構(gòu)造為，使由噴嘴罩2100和噴嘴管2101形成的主噴射孔 2109相對于燃料噴嘴的軸線部為平行的環(huán)狀流道，并具有流道斷面積沒有變化的直線部。
在由多個燃燒器構(gòu)成的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置中，希望向各燃燒器供給的燃料流量是 均勻的。一般的構(gòu)造為，向各燃燒器分配燃料的流量分配器20 能均勻地分配流量。然 而，在燃料噴嘴的噴出量偏差較大的場合，由于用流量分配器20 超出了能均勻地分配的 允許量，因而有時就不能均勻地分配。在本參考例的雙孔型燃料噴嘴中，如上所述，燃料流 量的大部分是從主系統(tǒng)噴出的主燃料2033。因此，相對于設(shè)計時的主系統(tǒng)的噴出量，實際上 從主系統(tǒng)噴出的量的偏差表現(xiàn)為各燃燒器的流量偏差。支配該主系統(tǒng)的噴出量者是在主系 統(tǒng)中流道斷面積為最小的主噴射孔2109。換言之，主噴射孔2109的斷面積是噴嘴管2101 形成的起動流道的最下游部(即，起動噴射孔2108的端部)的主流道的斷面積。通過降低 流兩偏差來降低該主噴射孔2109的流道斷面積的誤差是重要的。
例如，在如圖25所示的燃料噴嘴的場合，相當(dāng)于主噴射孔的二次噴射孔2210為由 二次管2204內(nèi)部的節(jié)流部2213與一次管2203的外周壁面的間隙構(gòu)成的環(huán)狀流道?？梢?認(rèn)為，決定該流道斷面積的一次管2203的外周壁為尖細(xì)的圓錐狀，要高精度地控制圓錐狀 的外表面及內(nèi)周面的尺寸非常困難。另外，在圖25所示的燃料噴嘴中，將噴嘴組2202、一次 管2203、二次管2204插入噴嘴罩2201的內(nèi)部，用形成于噴嘴罩2201和噴嘴體2214上的安 裝螺紋進(jìn)行固定。在將噴嘴罩2201擰入噴嘴體2214時要對擰入力矩進(jìn)行控制。但是，當(dāng) 擰入力矩變化時，一次管2203、二次管2204的軸向相對位置就變化，二次噴射孔2210的流 道斷面積則變化，有可能產(chǎn)生與其它燃料噴嘴的流量偏差。
在本參考例中，通過將主噴射孔2109做成由噴嘴罩2100前端的內(nèi)周壁2114和噴 嘴管2101前端的外周壁2115構(gòu)成的具有直線部的環(huán)狀流道，從而使決定噴射孔的斷面積 的噴嘴罩2100和噴嘴管2101的加工變得容易。再有，由于能提高加工精度，因而可以期待 降低因制造誤差帶來的噴射孔面積的偏差的效果。
另外，若使用本參考例的燃料噴嘴，則將噴嘴罩2100擰入噴嘴體2103時，即使因 擰入力矩變化而噴嘴罩2100與噴嘴管2101的軸向的相對位置變化，也不會對主噴射孔 2109的流道斷面積帶來影響。因此，可以防止由燃料噴嘴的組裝引起的噴射孔斷面積的偏差。
接著，本參考例的主回旋器2106如圖22(b)所示，在回旋室2111的切線方向形成 燃料流道。即，在與起動流道2105的軸中心垂直的平面內(nèi)以使主燃料回旋的方式構(gòu)成主回23旋器2106。由此，通過了主回旋器2106的燃料的流向可以為僅沿著回旋室2111的周向的 回旋成分。
在如本參考例那樣燃料噴射孔具有直線部的燃料噴嘴中，作用了回旋的燃料與噴 射孔流道的接觸距離變長。因此，回旋強(qiáng)度因管路摩擦而衰減，從燃料噴射孔的噴霧角度狹 窄，有可能損害微粒化性能。尤其是在如圖沈所示的回旋賦予機(jī)構(gòu)中，因不能得到充分的 燃料的旋強(qiáng)度而有可能進(jìn)一步降低燃料的旋強(qiáng)度。這時，還有可能使燃料液滴變大，或者噴 霧角變窄而有損燃料與空氣的混合。因此，如本參考例那樣，通過只用沿著回旋室2111的 周向的回旋成分使燃料回旋，與圖26所示的結(jié)構(gòu)相比能強(qiáng)化回旋。另外，即使在主噴射孔 2109的流道的直線部(即，噴嘴罩2100前端的內(nèi)周壁2114和噴嘴管2101前端的外周壁 2115)產(chǎn)生主燃料與管路摩擦，主燃料仍可以維持足夠的回旋強(qiáng)度，不會損害微?；阅埽?仍能噴出燃料。因此，即使使用了含殘留碳較多的燃料的場合等，也能夠抑制燃燒過程中生 成的煤粒子過大。并且，能減少煤塵的排出量，或者抑制了有色煙霧而滿足了環(huán)境法規(guī)的要 求。
此外，本參考例所示的燃料噴嘴通過對已有的燃料噴嘴進(jìn)行改造仍能得到本參考 例的效果。例如，在如圖25所示的已有的燃料噴嘴中，拆下噴嘴罩2201，再拆下內(nèi)部的二次 管2204、一次管2203及噴嘴組2202。接著，對噴嘴體2214安裝本參考例的起動管2102、 噴嘴管2101，最后可嵌入噴嘴罩2100。這樣，即使不更換整個燃料噴嘴，而只更換一部分零 件，也能得到本參考例的效果。
參考例3
下面，作為參考例3，使用27、圖觀對液體燃料噴嘴進(jìn)行說明。
圖27是表示液體燃料噴嘴3004和燃燒嘴3005的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的側(cè)剖視圖。如圖27所 示，在燃燒嘴3005上設(shè)有對向燃燒室3006供給的燃燒用空氣作用回旋成分的回旋器3013， 以及對液體燃料噴嘴3004的出口部吹送燃燒用空氣的一部分的空氣噴嘴3015。在空氣噴 嘴3015出口的噴出孔配置回旋器3016，以使回旋成分繞液體燃料噴嘴的中心軸作用于從 空氣噴嘴3015噴出的燃燒用空氣。另外，其構(gòu)造為，空氣噴嘴3015的空氣噴出方向朝向液 體燃料噴嘴3004的軸心側(cè)，在本參考例中，空氣噴嘴的空氣噴出方向形成為與液體燃料噴 嘴3004的中心軸大致垂直。并且，在回旋器3016的下游側(cè)設(shè)有環(huán)狀的引導(dǎo)環(huán)3017，引導(dǎo)環(huán) 3017的中央部開口以便從液體燃料噴嘴3004噴出的燃料向燃燒室3006噴出。
液體燃料噴嘴3004的噴嘴結(jié)構(gòu)使用了所謂壓力式渦旋噴霧噴嘴，其由形成了將 回旋成分作用于液體燃料的渦旋室3019的噴嘴管3020和覆蓋噴嘴管3020的噴嘴罩3018 以及噴嘴支撐3021構(gòu)成。并且，液體燃料噴嘴3004的出口部是形成于燃燒室3006的入口 側(cè)的噴嘴罩3018的一部分，形成為噴嘴管3020的與渦旋室3019的下游側(cè)連通的液體燃料 的出口部3014從噴嘴罩3018的下游端壁3022突出。具體地說，出口部3014是形成于液體 燃料噴嘴軸向的下游側(cè)并距形成于燃燒室3006的入口側(cè)面的噴嘴罩3018的下游端壁3022 所要求的距離的噴出口。并且，在液體燃料的出口部3014的外周側(cè)在相對于液體燃料的噴 出方向為上游方向形成有空間。
本參考例的出口部3014構(gòu)成為，在燃?xì)廨啓C(jī)起動時，其突出到配置于空氣噴嘴 3015的出口處的回旋器3016的軸中心位置。即，在與空氣噴嘴3015的大致軸心的延長線 交叉的位置設(shè)有液體燃料噴嘴3004的噴出孔、即出口部。
下面，說明由本參考例得到的作用及效果。
在本參考例中，由于以空氣噴嘴的空氣噴出方向朝向液體燃料噴嘴的軸心側(cè)的方 式設(shè)置空氣噴嘴，在從液體燃料噴嘴向燃燒室噴出燃料的出口部的外周側(cè)，在相對于液體 燃料的噴出方向為逆向的上游方向形成有空間，因而無論燃燒器的運轉(zhuǎn)狀態(tài)如何，都可以 抑制附著在液體燃料噴嘴的出口部外周的未燃燒部分的碳的發(fā)生。具體的是，液體燃料噴 嘴3004噴出燃料的出口部和出口部外周側(cè)在液體燃料噴嘴的軸向設(shè)有高低差。因此，形成 包圍出口部外周側(cè)的環(huán)狀空間，從空氣噴嘴3015向該空間供給燃燒用空氣。
并且，如圖27所示，在本參考例中，在燃?xì)廨啓C(jī)起動時，為了不在液體燃料噴嘴 3004的下游端面3022與設(shè)置于燃燒嘴3005的空氣噴嘴噴出孔處的回旋器3016之間形成 滯留區(qū)域而配置了液體燃料噴嘴3004。即，在液體燃料噴嘴的軸向，液體燃料噴嘴3004的 出口部外周側(cè)、即下游端面3022的位置與空氣噴嘴3015噴出孔的上游側(cè)端面3102的位置 大致一致。此外，液體燃料噴嘴3004的下游端面3022的位置與空氣噴嘴3015噴出孔的上 游側(cè)端面只要是在出口部的外周側(cè)不因空氣噴嘴3015噴出的空氣而產(chǎn)生循環(huán)氣流或剝離 渦流的程度即可。并且，在液體燃料噴嘴的出口部外周側(cè)，通過在相對于液體燃料的噴出方 向為上游方向形成空間，從而從空氣噴嘴3015噴出的燃燒用空氣便在該空間部繞液體燃 料噴嘴的軸中心回旋。由于燃燒用空氣沿著空間部的壁面回旋，因而可抑制液體燃料的液 滴附著在出口部的外周側(cè)(空間部)。
另外，由于液體燃料噴嘴的出口部外周在相對于液體燃料的噴出方向為上游方向 形成空間，因而在出口部及出口部外周側(cè)具有高低差而不是平面形狀。具體的是，出口部外 周側(cè)的下游側(cè)端面相對于出口部為凹陷的形狀。這樣，由于出口部離開下游側(cè)端面任意的 距離，因而抑制了從出口部噴出的液滴流到下游側(cè)端面。因此，能夠抑制液體燃料的液滴附 著在出口部的外周側(cè)而發(fā)生未燃燒部分的焦化。
隨后，在燃?xì)廨啓C(jī)額定運轉(zhuǎn)時，在因燃燒嘴3005與液體燃料噴嘴3004的熱伸長差 而形成滯留區(qū)域并產(chǎn)生循環(huán)氣流。具體的是，如圖觀所示，在液體燃料噴嘴的軸向，燃燒嘴 3005比液體燃料噴嘴3004向下游側(cè)熱伸長。因此，由從空氣噴嘴3015噴出的燃燒用空氣 便在液體燃料噴嘴的出口部的周圍(外周側(cè))形成滯留區(qū)域。在該滯留區(qū)域中，產(chǎn)生燃燒 用空氣碰撞出口部外周的下游端面3022的循環(huán)氣流。于是，在本參考例中，其構(gòu)成為，在液 體燃料噴嘴的出口部外周側(cè)，通過在相對于液體燃料的噴出方向為上游方向形成空間，從 而使液體燃料噴嘴3004的出口部3014突出于比液體燃料噴嘴的下游端面3022離開要求 距離的下游側(cè)的位置。這樣，通過在液體燃料噴嘴的出口部的外周側(cè)在相對于液體燃料的 噴出方向為上游方向設(shè)置空間，并在該凹陷的空間內(nèi)形成燃燒用空氣的循環(huán)氣流。因此，在 比循環(huán)氣流的靠下游側(cè)配置液體燃料噴嘴的出口部，就能降低燃料液滴伴隨流向滯留區(qū)域 內(nèi)的循環(huán)氣流。如上所述，通過預(yù)先在液體燃料噴嘴的出口部外周側(cè)在相對于液體燃料的 噴出方向為上游方向形成空間，即使在燃?xì)廨啓C(jī)額定運轉(zhuǎn)時，也能在出口部外周抑制未燃 燒部分的焦化的發(fā)生，能夠維持燃燒器的燃燒穩(wěn)定性。
再有，在本參考例中，為了在空氣噴嘴3015的空氣的噴出方向的延長線上配置液 體燃料噴嘴3004的出口部3014，在與空氣噴嘴3015的大致軸心的延長線交叉的位置設(shè)置 液體燃料噴嘴3004的出口部。這樣，由于從回旋器3016噴出的空氣的主流部分在液體燃 料噴嘴3004的出口部3014流動，因而從出口部3014噴出的燃料液滴被從回旋器3016噴出的空氣流的剪切力微?；?。因此，液體燃料噴嘴3004的出口部3014的位置只要是能實 現(xiàn)燃料液滴能被從回旋器3016噴出的空氣流的剪切力微?；奈恢眉纯?。這樣，若能促進(jìn) 燃料液滴的微?；?，則可提高燃燒器點火時的點火特性，抑制點火時產(chǎn)生白煙。另外，還能 期待促進(jìn)液體燃料與燃燒用空氣的混合，降低黑煙的產(chǎn)生的效果，能夠提高燃燒器的燃燒 特性。
另外，在本參考例中，空氣噴嘴3015噴出的燃燒用空氣優(yōu)選為向燃燒嘴3005的回 旋器3013供給的燃燒用空氣量的左右。這樣，通過將向空氣噴嘴3015供給的燃燒用空 氣量控制得較低而可以充分地獲取向回旋器3013供給的燃燒用空氣量。
另外，在本參考例中，液體燃料噴嘴3004的噴嘴結(jié)構(gòu)使用了所謂壓力式渦旋噴霧 噴嘴，其由形成了將回旋成分作用于液體燃料的渦旋室3019的噴嘴管3020和覆蓋噴嘴管 3020的噴嘴罩3018以及噴嘴支撐3021構(gòu)成。由于液體燃料的噴出不使用空氣而不需要空 氣供給系統(tǒng)。
再有，在本參考例中，在燃料噴嘴的下游端3022的軸中心部的一個位置，向下游 側(cè)突出地配置了液體燃料噴嘴3004的出口部3014。假如在燃料噴嘴的下游端3022形成多 個出口部3014的情況下，要使燃燒室半徑方向的燃料噴出量均勻是非常困難的。另外，若 增加出口部3014的個數(shù)，則在液體燃料為低流量時(低供給壓力時)從出口部3014噴出 的燃料流量產(chǎn)生偏差，要使燃燒室3006半徑方向的燃料噴出量均勻是困難的。再有，為了 燃料噴出量均勻，若減小出口部3014的孔徑，則產(chǎn)生燃料在孔內(nèi)部焦化的不良情況。相對 于此，如本參考例那樣，通過從一個出口部3014沿液體燃料噴嘴的軸向噴出燃料，從而能 使燃燒室3006的徑向的燃料噴出量均勻。并且，可以使燃燒室3006內(nèi)壁的金屬溫度在周 向變得均勻(難以產(chǎn)生熱點)，提高可靠性。此外，若做成從液體燃料噴嘴的出口部呈圓錐 狀噴霧的結(jié)構(gòu)，則可以使燃燒室的徑向的燃料噴出量更加均勻。
下面，使用圖66、圖67對參考例3的其它方式進(jìn)行說明。本參考例是液體燃料和 氣體燃料都能進(jìn)行燃燒的燃燒嘴。如圖66所示，在燃燒嘴3045中形成有使回旋成分作用 于向燃燒室3006供給的燃燒用空氣3046的回旋器3047，以及設(shè)有將燃燒用空氣的一部分 吹送到液體燃料噴嘴3048的出口部的空氣噴嘴3059，并向回旋器3047的軸向大致中央部 的側(cè)面噴射氣體燃料3051的氣體燃料孔3052。液體燃料噴嘴3048使用由噴嘴罩3053、噴 嘴管30M及噴嘴支撐3055構(gòu)成的所謂壓力式渦旋噴霧噴嘴。并且，在本參考例的噴嘴罩 3053形成了使回旋成分作用于向從燃燒嘴3045的空氣噴嘴3059噴出的空氣流的回旋器 3056。另外，在形成于燃燒室3006的入口側(cè)的液體燃料噴嘴3048的出口部外周形成有壁 面3057，從回旋器3056至出口部3049的壁面3057形成為圓滑的曲線。在本參考例中，液 體燃料噴嘴3048的出口部外周側(cè)相當(dāng)于壁面3057的回旋器3056附近。如上所述，在本參 考例中，在液體燃料噴嘴的出口部外周側(cè)形成有通過壁面3057劃分而成的相對于液體燃 料的噴出方向為上游方向的空間。
下面對由上述結(jié)構(gòu)的本參考例的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器得到的作用進(jìn)行說明。
如上所述，在燃燒嘴3045與液體燃料噴嘴3048之間，由燃?xì)廨啓C(jī)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)產(chǎn)生 熱伸長差。并且，由于液體燃料噴嘴3048的出口部周圍產(chǎn)生的滯留區(qū)域而有可能在液體燃 料噴嘴的出口部外周側(cè)增加未燃燒部分碳的堆積量。
尤其是進(jìn)年來為了降低環(huán)境負(fù)荷，存在通過進(jìn)行預(yù)混合燃燒來降低氮氧化物(以下，記載為NOx)的排出量的傾向。但是，由于擴(kuò)散燃燒嘴的軸向長度變長，因而與預(yù)混合燃 燒嘴共有的擴(kuò)散燃燒嘴存在燃燒嘴與液體燃料噴嘴之間的熱伸長差增大的傾向。其結(jié)果， 由于液體燃料噴嘴的出口部外周側(cè)的滯留區(qū)域而有可能增加在液體燃料噴嘴產(chǎn)生的未燃 燒部分的碳。
然而，若采用本參考例，則在液體燃料噴嘴3048的噴嘴罩3053上形成使回旋成 分作用于向出口部3049供給的空氣流的回旋器3056。S卩，回旋器3056也與液體燃料噴嘴 3048的熱伸長相吻合地移動。因此，即使在燃燒嘴3045與液體燃料噴嘴3048之間產(chǎn)生熱 伸長差，也能保持出口部3049與回旋器3056的位置關(guān)系恒定，在回旋器3056內(nèi)周部難以 形成因熱伸長而產(chǎn)生的循環(huán)流(在燃燒器軸向回旋的氣流)的滯留區(qū)域。因此，能夠抑制 液體燃料噴嘴的出口部外周側(cè)的未燃燒部分的碳的發(fā)生。
圖67是從燃燒器下游側(cè)觀察圖66的噴嘴罩3053局部放大圖。若采用本參考例， 則利用從出口部3049周圍的6處回旋器3056流入的空氣流3046a形成回旋流3046b，防止 燃料液滴附著在出口部外周側(cè)即壁面3057。但是，在未形成回旋器3056的區(qū)域，有可能發(fā) 生由于從回旋器3056噴出的空氣流3046a而在液體燃料噴嘴的周向回旋的循環(huán)流3046c、 3046d。因此，在本參考例中，通過在液體燃料噴嘴3048的出口部3049外周側(cè)形成相對于 液體燃料的噴出方向為上游方向的空間，從而將液體燃料噴嘴的出口部形成在距出口部外 周所要求的距離下游側(cè)的位置。因此，可以抑制燃料液滴碰撞并附著上形成于噴嘴罩3053 的下游側(cè)的內(nèi)周壁3058及壁面3057上，能抑制未燃燒部分焦化的發(fā)生。具體的是，液體燃 料噴嘴3048的出口部3049構(gòu)成為突出于比發(fā)生循環(huán)流3046c、3046d的區(qū)域靠下游側(cè)。
再有，噴嘴罩3053的下游側(cè)的壁面3057形成為從回旋器3056的出口至出口部 3049為圓滑的曲線。因此，由于在出口部3049的外周側(cè)難以發(fā)生循環(huán)流，因而能抑制未燃 燒部分焦化的發(fā)生。
另外，燃燒嘴3045的一部分、即空氣噴嘴3059的噴出孔的燃燒器軸向的長度形成 為比形成于液體燃料噴嘴3048上的回旋器3056的軸向長度長。這是考慮到燃燒嘴3045與 液體燃料噴嘴3048之間的熱伸長差。這樣，通過設(shè)定空氣噴嘴3059的噴出孔的燃燒器軸 向的長度，可以防止燃燒嘴3045與液體燃料噴嘴3048之間的熱伸長差導(dǎo)致的回旋器3056 的封閉。并且，在燃?xì)廨啓C(jī)寬的運轉(zhuǎn)范圍中，從回旋器3056噴出的空氣能夠促進(jìn)從出口部 3049噴出的燃料液滴的微?；?，能夠在長時間維持燃燒器的燃燒性能。
再有，在本參考例中，向燃燒嘴3045的回旋器3047的軸向的大致中心部供給氣體 燃料。因此，在只用氣體燃料使本參考例的燃燒嘴工作的場合，由于在燃燒器下游側(cè)的燃燒 室3006生成的燃燒氣體而有可能對上游側(cè)的液體燃料噴嘴3048的出口部3049進(jìn)行加熱 并造成損傷。但是，如本參考例那樣，通過做成空氣噴嘴3059噴出的空氣吹送到液體燃料 噴嘴3048的出口部的結(jié)構(gòu)，即使在不使用液體燃料的氣體燃燒時，也能由從設(shè)置于噴嘴罩 3053上的回旋器3056噴出的空氣冷卻出口部3049。因此，能夠降低液體燃料噴嘴3048的 出口部3049燒損的可能性。
參考例4
下面，基于圖四 圖34對第四參考例進(jìn)行說明。如圖32所示，在燃?xì)廨啓C(jī)4110 上連接有對燃燒用空氣4001進(jìn)行加壓并吹送到燃燒器4100的空氣壓縮機(jī)4301，以及利用 在燃燒器4100內(nèi)產(chǎn)生的燃燒氣體4004驅(qū)動的燃?xì)廨啓C(jī)4303。燃?xì)廨啓C(jī)4303與發(fā)電機(jī)4304連接。
如圖四 圖31所示，燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器4100在其燃燒器殼體4010上形成有來自 空氣壓縮機(jī)4301的燃燒用空氣4001進(jìn)入的空氣進(jìn)入口 4011，以及排出通過燃燒產(chǎn)生的燃 燒氣體4004的燃燒氣體排出口 4012。在燃燒器殼體4010內(nèi)設(shè)有形成一次燃燒室4030的 一次燃燒用內(nèi)筒4031，以及形成二次燃燒室4020的二次燃燒用內(nèi)筒4021。
一次燃燒用內(nèi)筒4031設(shè)置在與燃燒器殼體4010內(nèi)的燃燒氣體排出口 4012相對 的面上。如圖30所示，在一次燃燒用內(nèi)筒4031內(nèi)以等間隔將噴出一次燃料4002的多個起 動噴嘴4034配置在同一圓周上。接收一次燃料4002的一次燃料接收噴嘴4032與該起動 噴嘴4034連接。在一次燃燒用內(nèi)筒4031的周圍側(cè)壁上形成有用于使從空氣進(jìn)入口 4011 流入的燃燒用空氣4001流入內(nèi)筒4031內(nèi)的一次空氣供給孔4033，并在該處設(shè)有用于調(diào)節(jié) 流入的燃燒用空氣4001的量的一次空氣調(diào)節(jié)閥4035。
二次燃燒用內(nèi)筒4021設(shè)置在一次燃燒用內(nèi)筒4031的下游側(cè)，在其周圍側(cè)壁上形 成有用于冷卻內(nèi)筒本身的冷卻空氣口 4022。在二次燃燒用內(nèi)筒4021的上游端，如圖30所 示，將噴出燃燒用空氣4001與二次燃料4003的預(yù)混合氣體4005的多個預(yù)混合燃燒嘴4023 配置在同一圓周上，并形成環(huán)狀的預(yù)混合燃燒嘴組40M。在預(yù)混合燃燒嘴4023的下游端 設(shè)有使燃燒用空氣4001流入燃燒嘴4023內(nèi)的多個二次空氣供給孔4025和噴出二次燃料 4003的多個二次燃料噴嘴仙沈。在該二次燃料噴嘴40 上連接有接收二次燃料4003的 多個二次燃料接收噴嘴4027。在多個二次空氣供給孔4025上設(shè)有用于調(diào)節(jié)流入的燃燒用 空氣4001的量的多個二次空氣調(diào)節(jié)閥仙觀。
環(huán)狀的預(yù)混合燃燒嘴組40 的外周直徑小于二次燃燒用內(nèi)筒4021的內(nèi)徑，二次 燃燒室4020形成為在預(yù)混合燃燒嘴4023的出口急劇地增大。
在預(yù)混合燃燒嘴4023的出口附近設(shè)有用于使通過混合氣體4005的燃燒而產(chǎn)生的 燃燒氣體4004循環(huán)的阻力件4040。阻力件4040如圖30和圖31所示，沿預(yù)混合燃燒嘴組 4024形成環(huán)狀，其斷面呈V字形。環(huán)狀的阻力件4040的半徑方向的寬度形成為小于預(yù)混合 燃燒嘴組40M的半徑方向的寬度。斷面呈V字形的阻力件4040設(shè)計成其頂點部朝向上游 方向。在頂點部設(shè)有支撐阻力件4040的支撐部件4041。該支撐部件4041設(shè)置在將多個預(yù) 混合燃燒嘴4023之間隔開的隔板40 上。
在二次燃燒用內(nèi)筒4021的下游端連接有用于將燃燒氣體4004引導(dǎo)到燃燒器殼體 4010的燃燒氣體排出口 4012的過渡件4015。
接著對本參考例的燃燒器的作用進(jìn)行說明。
被空氣壓縮機(jī)4301加壓的燃燒用空氣4001從空氣進(jìn)入口 4011流入燃燒器殼體 4010內(nèi)。燃燒用空氣4001通過燃燒器殼體4010與過渡件4015及二次燃燒用內(nèi)筒4021之 間，從一次空氣供給孔4033向一次燃燒用內(nèi)筒4031內(nèi)流入，從二次空氣供給孔4025向二 次燃燒用內(nèi)筒4021內(nèi)流入。燃燒用空氣4001的一部分為了從二次燃燒用內(nèi)筒4021的冷 卻空氣口 4022冷卻壁面而向二次燃燒用內(nèi)筒4021內(nèi)流入。另一方面，燃料4002、4003從 一次燃料接收噴嘴4032和二次燃料接收噴嘴4027向燃燒器4100內(nèi)流入，從起動噴嘴4034 和二次燃料噴嘴40 噴出。
本參考例中所使用的燃料是液化天然氣。液化天然氣幾乎不含硫和氮化物，產(chǎn)生 的SOx及燃料NOx量少，作為清潔能源是近年來其需要大量增長的燃料。28
從起動噴嘴4034噴出的一次燃料4002與燃燒用空氣4001反應(yīng)而在一次燃燒室 4030內(nèi)形成擴(kuò)散火焰。另一方面，從二次燃料噴嘴40 噴出的二次燃料4003在多個預(yù)混 合燃燒嘴4023與燃燒用空氣4001混合而形成預(yù)混合氣體4005之后，向二次燃燒室4020 內(nèi)噴出。
向二次燃燒室4020內(nèi)噴出的預(yù)混合氣體4005如圖31所示，利用阻力件4040分 流。在阻力件4040的下游側(cè)形成有氣體循環(huán)的第一循環(huán)流區(qū)域4051。另外，在阻力件4040 的外周，也就是在二次燃燒室4020內(nèi)的上游端的外周側(cè)也形成有氣體循環(huán)的第二循環(huán)流 區(qū)域4052。該循環(huán)流因二次燃燒室4020從預(yù)混合燃燒嘴4023的出口急劇地增大而形成。
在第一循環(huán)流區(qū)域4051如圖31所示，由預(yù)混合氣體4005的燃燒而生成的2000°C 左右的高溫的燃燒氣體4004流入其中。因此，第一循環(huán)流區(qū)域4051的溫度超過了預(yù)混合 氣體4005的點火溫度即700 800°C而達(dá)到1500°C以上的高溫區(qū)域，接近第一循環(huán)流區(qū)域 4051的預(yù)混合氣體4005可靠地燃燒而形成比較急劇的燃燒區(qū)域4053。因此，在二次燃燒 室4020內(nèi)形成的預(yù)混合火焰通過得到高溫的燃燒氣體4004這樣的點火源而達(dá)到穩(wěn)定.
另一方面，在形成于圓形的阻力件4040的外周側(cè)的第二循環(huán)流區(qū)域4052，燃燒氣 體4004與預(yù)混合氣體4005流入其中，燃燒氣體4004與預(yù)混合氣體4005混合并形成燃燒 混合氣體4006。另外，在環(huán)狀的阻力件4040的內(nèi)周側(cè)也進(jìn)行由一次燃燒室4030產(chǎn)生的燃 燒氣體4004與預(yù)混合氣體4005混合并形成氧分壓低的燃燒混合氣體4006。
該燃燒混合氣體4006傳播來自比較急劇的燃燒區(qū)域4053的火焰，進(jìn)行燃燒并在 比較急劇的燃燒區(qū)域4053的外側(cè)形成緩慢的燃燒區(qū)域4054。在緩慢的燃燒區(qū)域40M由于 氧分壓低的燃燒混合氣體4006燃燒，因而燃燒溫度也低，在該區(qū)域生成的NOx量極少。
為了形成燃燒混合氣體4006，火焰需要從由預(yù)混合燃燒嘴4023噴出的預(yù)混合氣 體4005的內(nèi)部向外側(cè)進(jìn)行傳播。這是因為，假如從外側(cè)點火而火焰向內(nèi)側(cè)傳播，則預(yù)混合 氣體4005在與燃燒氣體4004混合之前便已燃燒，不能形成燃燒混合氣體4006。
在此，若在均勻地混合了二次燃料4003、燃燒用空氣4001及燃燒氣體4004之后， 從預(yù)混合燃燒嘴4023噴出而形成火焰，則由于只形成緩慢的燃燒區(qū)域而不能形成穩(wěn)定的 火焰。
另外，預(yù)混合燃燒嘴4023如本參考例那樣，最好在一次燃燒室4030的下游端配置 成環(huán)狀。若這樣配置預(yù)混合燃燒嘴4023，則由于從在一次燃燒室4030中形成的擴(kuò)散火焰排 出的燃燒氣體4004的熱而使從預(yù)混合燃燒嘴4023噴出的預(yù)混合氣體4005更迅速地點火， 使預(yù)混合火焰更穩(wěn)定化。
另外，如本參考例那樣，對于阻力件4040的半徑方向的寬度也最好小于預(yù)混合燃 燒嘴4023的出口的半徑方向的寬度。若阻力件4040的寬度大于預(yù)混合燃燒嘴4023的出 口的寬度，則第一循環(huán)流區(qū)域4051較大，預(yù)混合火焰不能保持在阻力件4040的附近，火焰 的穩(wěn)定性降低。
由燃燒器4100產(chǎn)生的燃燒氣體4004從燃燒氣體排出口 4012排出，向燃?xì)廨啓C(jī) 4303供給。在燃?xì)廨啓C(jī)4303內(nèi)，高溫高壓的燃燒氣體4004在膨脹的過程中驅(qū)動渦輪機(jī)。 燃?xì)廨啓C(jī)4303的動力傳遞給發(fā)電機(jī)4304而進(jìn)行發(fā)電。
一般地說，在近年的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備中，從燃?xì)廨啓C(jī)4303排出的燃燒氣體4004 往往引導(dǎo)到廢熱回收鍋爐，用作產(chǎn)生水蒸汽的熱源。在廢熱回收鍋爐內(nèi)有時設(shè)有脫硝裝置。該脫硝裝置使氨與燃燒氣體4004在固體催化劑表面上反應(yīng)，從而除去燃燒氣體4004中的 NOxo在使用本參考例的燃燒器4100的場合，由于NOx的產(chǎn)生量少而可以減少脫硝裝置中的 氨使用量。并且，根據(jù)運轉(zhuǎn)方式，即使沒有脫硝裝置也能滿足環(huán)境控制值。
此外，在本參考例中，為了形成多個預(yù)混合燃燒嘴4023雖設(shè)有隔板40 ，但在能 用其它方法支撐阻力件4040的情況下，就不需要特別設(shè)置隔板40 來形成多個預(yù)混合燃 燒嘴4023。但是，在燃燒器大型化而預(yù)混合燃燒嘴增大的場合，為了充分地進(jìn)行燃料4002 與燃燒用空氣4001的混合，并且為了防止逆火，以設(shè)置隔板40 而形成多個預(yù)混合燃燒嘴 4023為宜。
下面，使用圖33和圖34對本參考例的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器4100的運轉(zhuǎn)方法進(jìn)行說 明。在燃?xì)廨啓C(jī)4303起動時，如圖34所示，向燃燒器4100只投入一次燃料4002，在一次燃 燒室4030中形成擴(kuò)散火焰。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)4303的負(fù)荷達(dá)到了某一定的負(fù)荷L0%的時刻，減 少一次燃料4002的量，與此相反增加二次燃料4003的量，在二次燃燒室4020中形成預(yù)混 合火焰。從一定的負(fù)荷L0%直到達(dá)到最大負(fù)荷100%時主要通過增加二次燃料4003的量 來對應(yīng)負(fù)荷的變化。
另外，空氣供給量如圖33所示，為使NOx發(fā)生量保持在某個范圍內(nèi)，與燃料4002、 4003的增減相對應(yīng)地減少一次空氣量，增加二次空氣量。
在未設(shè)阻力件4040的燃燒器中，由于在二次燃燒室4020中形成的預(yù)混合火焰的 穩(wěn)定性受到在一次燃燒室4030中形成的擴(kuò)散火焰的燃燒量及擴(kuò)散火焰的空氣比等的影 響，所投入的一次燃料4002的量與二次燃料4003的量之比限制在一定的范圍內(nèi)。在本參 考例的燃燒器中，由于具有單獨的使預(yù)混合火焰穩(wěn)定化的機(jī)構(gòu)，因而可以任意地設(shè)定一次 燃料4002的量與二次燃料4003的量之比，可以很容易地進(jìn)行相對于負(fù)荷變化的燃料供給 的調(diào)整。并且可以加大負(fù)荷變動的范圍。
此外，在本參考例的燃燒器4100中，雖然在燃料切換后可以停止一次燃料4002的 供給，但通過總是向一次燃燒室4030投入一次燃料4002而預(yù)先形成擴(kuò)散火焰，可以迅速地 與負(fù)荷的增減相對應(yīng)。
下面，基于圖35 圖40對通過進(jìn)行了對各種燃燒器的驗證，實現(xiàn)預(yù)混合火焰的原 理及降低N0X，的效果進(jìn)行說明。
在該驗證中使用了四種驗證用燃燒器。第一種驗證用燃燒器4410如圖35所示， 具有預(yù)混合燃燒嘴4411，從該燃燒嘴4411的出口急劇地增大的燃燒室4412，以及配置在 預(yù)混合燃燒嘴4411的出口周圍的多個起動噴嘴4413。此外，將來自起動噴嘴441的氣體噴 出流量設(shè)定為來自預(yù)混合燃燒嘴4411的氣體噴出流量的1/1000以下。
用起動噴嘴4413形成起動火焰4414，并將其作為點火源而使從預(yù)混合燃燒嘴 4411噴出的預(yù)混合氣體4401燃燒。預(yù)混合火焰4402從燃燒嘴4411的出口形成圓錐狀。 在預(yù)混合火焰4402的外周形成燃燒氣體4404的外部循環(huán)流區(qū)域4403。
在該燃燒中，由于是起動火焰4414這類點火源，雖然預(yù)混合火焰4402達(dá)到穩(wěn)定， 但由于從燃燒嘴4411的出口形成預(yù)混合火焰4402，前端未分離，因而幾乎不能實現(xiàn)形成于 預(yù)混合火焰4402周圍的燃燒氣體4404的循環(huán)流與預(yù)混合氣體4401的混合。因此，預(yù)混合 氣體4401幾乎不是在與燃燒氣體4404混合了的狀態(tài)下燃燒，不太能降低N0X。
第二種驗證用燃燒器4420如圖36所示，在本參考例的燃燒器中，具有預(yù)混合燃燒嘴4411，從該燃燒嘴4411的出口急劇地增大的燃燒室4412，以及配置在預(yù)混合燃燒嘴 4411的出口附近的平板狀的阻力件4421。
從燃燒嘴4411噴出預(yù)混合氣體4401。在預(yù)混合氣體噴流的內(nèi)部由于阻力件4421 的作用而形成內(nèi)部循環(huán)流區(qū)域4422。另外，通過使燃燒室4412從燃燒嘴4411的出口急劇 地增大而形成外部循環(huán)流區(qū)域4423。對于內(nèi)部循環(huán)流區(qū)域4422和外部循環(huán)流區(qū)域4423的 形成，通過測定燃燒室4412內(nèi)的溫度分布、氣體組成分布、流速分布以及OH基等的發(fā)光光 譜分布來進(jìn)行確認(rèn)。
高溫的燃燒氣體4404流入內(nèi)部循環(huán)流區(qū)域4422，在內(nèi)部循環(huán)流區(qū)域4422的周圍 可靠地形成比較急劇的燃燒區(qū)域4似4。這樣，由于可靠地形成比較急劇的燃燒區(qū)域44M 而可以實現(xiàn)預(yù)混合火焰的穩(wěn)定。另外，由于比較急劇的燃燒區(qū)域4424，即自由基濃度高的 區(qū)域只形成在特定的狹窄的范圍內(nèi)，因而燃燒用空氣中的氮的分解和氧化被促進(jìn)的區(qū)域較 窄，能夠抑制熱的NOxW發(fā)生。
在比較急劇的燃燒區(qū)域4似4的周圍形成外部循環(huán)流區(qū)域4423的燃燒氣體4404 與從燃燒嘴4411噴出的預(yù)混合氣體4401混合了的燃燒混合氣體。燃燒混合氣體由從形成 于噴流的內(nèi)部的比較急劇的燃燒區(qū)域44M向外部傳播來的火焰進(jìn)行燃燒，形成緩慢的燃 燒區(qū)域4425。在緩慢的燃燒區(qū)域4425內(nèi)，由于在氧分壓較低，即在自由基濃度較低的條件 下進(jìn)行燃燒，因而可以將NOx的發(fā)生量抑制為極低的值。
此外，在該驗證用燃燒器4420中，雖然為了降低NOx使用了通過從預(yù)混合燃燒嘴 4411噴出的預(yù)混合氣體4401本身的燃燒產(chǎn)生的燃燒氣體4404，但也可以使用通過從其它 燃燒嘴噴出的燃料的燃燒而產(chǎn)生的燃燒氣體。
第三種驗證用燃燒器4430如圖37所示，具有預(yù)混合燃燒嘴4411，與該燃燒嘴 4411相同直徑的燃燒室4431，以及平板狀的阻力件4421。在利用該驗證用燃燒器4430的 燃燒中，與第二種驗證用燃燒器4420同樣，雖然利用阻力件4421的作用可以使預(yù)混合火焰 4432穩(wěn)定，但由于在預(yù)混合火焰4432的外側(cè)不能形成燃燒氣體4404引起的外部循環(huán)流區(qū) 域，因而不能太降低N0X。
第四種驗證用燃燒器4440如圖39所示，具有第一預(yù)混合燃燒嘴4441，具有沿該 燃燒嘴4411周圍側(cè)壁的環(huán)狀的噴出口的第二預(yù)混合燃燒嘴4442，配置在第一預(yù)混合燃燒 嘴4441附近的平板狀的阻力件4421，以及從第二預(yù)混合燃燒嘴4442的出口急劇地增大的 燃燒室4443。
從第一預(yù)混合燃燒嘴4441噴出的預(yù)混合氣體4401由于阻力件4421的作用而形 成穩(wěn)定的第一預(yù)混合火焰4444。從第二預(yù)混合燃燒嘴4442噴出的預(yù)混合氣體4405以第一 預(yù)混合火焰4444為點火源而形成第二預(yù)混合火焰4445。第二預(yù)混合火焰4445形成為從在 第二預(yù)混合燃燒嘴4442的出口與第一預(yù)混合燃燒嘴4441的邊界到第一預(yù)混合火焰4444 大致前端。在利用該驗證用燃燒器4440的燃燒中，由于從第一預(yù)混合燃燒嘴4441噴出的 預(yù)混合氣體4401在與燃燒氣體4404混合之前已燃燒，因而不能太降低N0X。
圖38和圖40表示以上的驗證用燃燒器的NOx排出特性。圖38所示的NOx排出特 性曲線4419、4429、4439中，曲線4419表示第一驗證用燃燒器4410的NOx排出特性，曲線 4429表示第二驗證用燃燒器4420的NOx排出特性，曲線4439表示第三驗證用燃燒器4430 的NOx排出特性。31
另外，圖40所示的NOx排出特性曲線4似9、4448、4449中，曲線4似9表示第二驗證 用燃燒器4420的NOx排出特性，曲線4449表示在第四驗證用燃燒器4440中分別改變從兩 個燃燒嘴噴出的燃料和空氣的量時在NOx發(fā)生量最少的條件下的NOx排出特性，曲線4448 表示在第四驗證用燃燒器444中在NOx發(fā)生量最多的條件下的NOx排出特性。
根據(jù)這些圖可知，若使用本參考例的第二驗證用燃燒器4420，則通過使用其它的 燃燒器，可以將NOx排出量降低為1/3以下。
從NOx發(fā)生的區(qū)域及其生成速度方面考慮，熱的NOx分為如下兩類根據(jù)捷里多維 奇( ldovi ch)機(jī)理形成的NOx及瞬態(tài)的NOx。
根據(jù)捷里多維奇Geldovich)機(jī)理形成的NOx是在火焰尾流以比較慢的速度生成 的，是燃燒空氣中的氮被氧氧化而生成的N0X。根據(jù)捷里多維奇(kldovich)機(jī)理形成的 NOx的生成對溫度的依存性高，當(dāng)火焰溫度增高時其發(fā)生量增加。為了使投入空氣量與燃 料完全燃燒所需要的與空氣量之比即空氣比為1左右，若在該量比附近燃燒則火焰溫度最 高，NOx濃度也最大。
瞬態(tài)的NOx是碳?xì)湎等剂纤赜械?，是在火焰的反?yīng)區(qū)域中或其附近以比較快的 速度生成的N0X。瞬態(tài)的NOx是燃燒空氣中的氮被火焰中存在的反應(yīng)活性高的碳?xì)渥杂苫?等分解后，又被氧化而生成的N0X。瞬態(tài)的NOx的生成對溫度的依存性比較低，由反應(yīng)活性 高的自由基的濃度及存在高濃度的自由基的區(qū)域的大小所支配。
一般來說，相對于燃燒用空氣，雖然燃料量越多瞬態(tài)的NOx的發(fā)生量增加，燃料量 越少根據(jù)捷里多維奇Geldovich)機(jī)理形成的NOx的發(fā)生量有增加的傾向，但根據(jù)圖38和 圖40可知，若使用本參考例的第二驗證用燃燒器，任意一種NOx都可以降低。因此，在本參 考例的燃燒器中，無論空氣比大的條件下的燃料的燃燒，還是空氣比小的條件下的燃料的 燃燒，都能降低N0X，即使不進(jìn)行稀薄預(yù)混合燃燒也能充分地降低N0X。另外，若采用稀薄預(yù) 混合燃燒法，則能進(jìn)一步降低N0X。
此外，在第二驗證用燃燒器4420中，以甲烷為燃料，噴出的預(yù)混合氣體溫度約為 240°C，燃燒室中的空氣比為1.0 1. 1，只供給燃燒用空氣和燃料的預(yù)混合氣體使其完全 燃燒時的NOx排出濃度約為60ppm(0% 02換算值)以下。
參考例5
下面，對圖43表示整體的參考例5進(jìn)行詳細(xì)說明。圖43以剖面表示燃?xì)廨啓C(jī)所 使用的燃燒裝置及其周圍情況。燃燒裝置主要包括主燃燒室5101、副燃燒室5102、燃料噴 嘴(5003a、5003b、5003C)及混合器5104，并且在主燃燒室5101的下游側(cè)配置有燃?xì)廨啓C(jī)葉 片5006，還在其上游側(cè)配置有壓縮機(jī)5001。
在這樣的主燃燒室5101的上游側(cè)且在其外周部配置有預(yù)混合器5004，有關(guān)該預(yù) 混合器5004及其周圍的情況詳細(xì)形成如下。
S卩，如圖41及圖42所示，在預(yù)混合器5004的內(nèi)部設(shè)有用于促進(jìn)燃料與空氣混合 的旋流器5005，或在預(yù)混合器的下游側(cè)設(shè)有火焰穩(wěn)定器(渦流發(fā)生裝置)5006。
火焰穩(wěn)定器5006支撐在預(yù)混合器5004的端部外周，在傾斜部5006a及其下游側(cè) 具有迅速擴(kuò)大部5006b的面。
混合氣如箭頭AF所示從上游側(cè)向火焰穩(wěn)定器5006 —側(cè)流動，從該火焰穩(wěn)定器的 迅速擴(kuò)大部5006b成為渦流，向下游側(cè)漂移。即，該迅速擴(kuò)大部成為渦流的始點(發(fā)生渦流的部分)，起著穩(wěn)定火焰的作用。
另外，在火焰穩(wěn)定器5006的外周側(cè)設(shè)有冷媒槽5006d，冷卻空氣CA在該冷媒槽中 流動。利用該冷卻空氣進(jìn)行火焰穩(wěn)定器的冷卻，并進(jìn)行向燃燒室供給空氣。
火焰穩(wěn)定器5006以上述方式形成，設(shè)置在預(yù)混合器的下游側(cè)。另外，在此，重要的 是火焰穩(wěn)定器5006的渦流的始點5006c以距旋流器5005的下游側(cè)端面500 離開規(guī)定的 距離1的方式設(shè)置。換言之，在旋流器5005的下游側(cè)端面500 與火焰穩(wěn)定器5006的渦 流的始點之間設(shè)有間隙。下面對這樣構(gòu)成的燃燒裝置的動作進(jìn)行敘述。首先對總體的燃燒 動作說明如下。
S卩，在圖43中，從壓縮機(jī)5001向下游側(cè)流入的高壓空氣呈U字形逆流并上升之后 進(jìn)入到形成了燃燒室的套筒5002內(nèi)。該燃燒裝置是分成三級供給燃料而使其燃燒的多級 燃燒裝置。即，燃料的供給分為第一級燃料5003a、第二級燃料5003b、起動輔助燃料5003c 三個系統(tǒng)進(jìn)行供給。燃料5003a主要在副燃燒室5102燃燒，燃料5003b由預(yù)混合器5004 中的第二級用燃料噴嘴5004b噴出，與從外周流入的燃燒用空氣混合而在主燃燒室5101中 燃燒。燃料5003c是只在起動時使用的輔助燃料。在套筒5002內(nèi)、即在燃燒室5101中燃 燒的燃燒氣體通過尾筒5007流入到燃?xì)廨啓C(jī)的初級葉片5006中而使燃?xì)廨啓C(jī)旋轉(zhuǎn)。
第一級燃料5003a以擴(kuò)散燃燒方式燃燒，進(jìn)行NOx高的穩(wěn)定的燃燒。第二級燃料 5003b以預(yù)混合燃燒方式進(jìn)行NOx低的燃燒。從起動到某一定的負(fù)荷在第一級燃燒及其一 部分中使用起動用燃料5003c進(jìn)行。其后，直到額定負(fù)荷都進(jìn)行第一級、第二級的燃燒。為 了抑制燃燒裝置的NOx的發(fā)生，當(dāng)然，在增大進(jìn)行第二級的預(yù)混合燃燒的燃料5003b占燃料 總量的比率的同時，需要減小燃料空氣比(燃料流量/空氣流量)。
雖然在總體上進(jìn)行這樣的燃燒，但本燃燒裝置尤其要進(jìn)行如下的燃燒動作。
S卩，如圖41及圖42所示，從預(yù)混合器5004流出燃料與空氣的混合氣AF并在燃燒 室5101燃燒的場合，該混合氣在火焰穩(wěn)定器5006 (渦流發(fā)生裝置)的下游側(cè)成為渦流，利 用該渦流以穩(wěn)定火焰的方式產(chǎn)生火焰。
這種場合，該火焰穩(wěn)定器的產(chǎn)生渦流的部分，即火焰穩(wěn)定器的突出端以距旋流器 5005的下游側(cè)端面某個距離的方式形成。因此，火焰不會移向上述的形成于旋流器端面的 小的渦流，燃燒器5101內(nèi)的火焰保持穩(wěn)定。
另外，該場合，雖然火焰穩(wěn)定器5006相對于混合氣的流向具有向內(nèi)的傾斜角，但 該方向、角度并非總是一定的，對于方向可以是內(nèi)外的任意的方向，對于角度可以根據(jù)燃燒 室的大小選擇各種值。但是，如本參考例那樣，在二級燃燒的場合若為朝向第一級燃燒氣體 一側(cè)，則在從第一級燃燒向第二級燃燒切換時，因能順利地實現(xiàn)火焰的轉(zhuǎn)換而是有效的。此 外，該傾斜并非是必須特別設(shè)置的，只要是在其下游側(cè)能產(chǎn)生渦流5008的方式即可。
下面，對這樣形成的火焰穩(wěn)定器5006的冷卻進(jìn)行說明。
在設(shè)置于預(yù)混合器5004上的彈簧密封部件5009的安裝部設(shè)有冷卻空氣通道 5010，使冷卻空氣從彈簧密封部件5009的上游側(cè)流入來冷卻火焰穩(wěn)定器5006的背面。為 了不減小渦流5008的強(qiáng)度，進(jìn)行冷卻作用后的空氣避開渦流5008而噴射到套筒5002b中。 由此，能夠盡可能不損害渦流5008的效果地使冷卻空氣流入燃燒器內(nèi)。隔壁5011具有作 為用于引導(dǎo)冷卻空氣，有效地進(jìn)行冷卻的弓I導(dǎo)板的作用。
參考例6
下面，對參考例6進(jìn)行詳細(xì)說明。圖44以剖面表示參考例的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器。
燃燒器主要由以下部件構(gòu)成。
即，燃燒器包括燃燒筒6007 ；包圍該燃燒筒的外筒6016a、6016b ；端蓋6006 ；配 置在上述燃燒筒6007內(nèi)部而形成燃燒主室的主室壁6002a ；形成燃燒副室6001的副室壁 6001a;設(shè)置在副室內(nèi)的上游側(cè)(圖中的左側(cè))燃料噴嘴6003 ；以及設(shè)置在主室內(nèi)的上游側(cè) 燃料噴嘴6005。
并且，設(shè)置在燃燒筒6007上游側(cè)的內(nèi)部的燃燒副室6001形成為由設(shè)置在其下游 側(cè)的主室直徑縮小的形狀，對向副室的上游側(cè)供給的Fl燃料1進(jìn)行燃燒。另一方面，燃燒 筒6007下游側(cè)的主室的直徑形成為比副室6001的直徑大，對由副室的下游側(cè)(主室的上 游側(cè))供給的F2燃料6032及在副室6001內(nèi)未燃燒的CO等可燃成分進(jìn)行燃燒。另外，在 該主室6002中，利用由配置在主室下游部的稀釋空氣孔6014流入的空氣g將燃燒氣體h 的溫度降低到規(guī)定的溫度。在本參考例中，燃料供給系統(tǒng)采取三級供給方式。即，主要是如 下三級供給涉及在副室6001的燃燒的Fl燃料噴嘴6003，涉及在主室6002內(nèi)的燃燒的F2 燃料噴嘴6005，以及燃?xì)廨啓C(jī)起動時所使用的Fs燃料噴嘴6012。通常，F(xiàn)l燃料噴嘴6003 為單獨的噴嘴并由端蓋6006的外部插入副室6001中，F(xiàn)2燃料噴嘴6005固定在連接副室 6001與主室6002的部分，并相同地設(shè)定多個。若對該部分進(jìn)行詳細(xì)敘述，則是在主室6002 和副室6001中的空間中配置空氣回旋器6004，在該上游側(cè)連接燃料儲存管6018，向燃料儲 存管6018輸送燃料經(jīng)由外部的燃料供給管6040進(jìn)行。燃料儲存管6018下游側(cè)的燃料噴 嘴6005配置成突出于空氣回旋器6004內(nèi)，并相同地固定安裝多個。Fs燃料噴嘴6012設(shè)置 在與副室6001同心地設(shè)置的柱狀體(內(nèi)筒圓錐體)6010的軸心線上且靠其下游側(cè)前端。Fs 燃料噴嘴6012的噴出在比F2燃料噴嘴6005稍微靠上游側(cè)進(jìn)行，燃料本身的供給由與F1、 F2燃料系統(tǒng)不同的另外的系統(tǒng)進(jìn)行。
在Fs燃料噴嘴6012的周邊設(shè)有向下游側(cè)突出的筒6012a，并加工有用于減少外部 氣流的影響，使火焰穩(wěn)定性良好的所謂凹槽。
下面，對Fs燃料噴嘴6012的起動過程的運轉(zhuǎn)方法進(jìn)行說明。圖45表示的是一種 燃料投入圖案。起動時，投入Fl燃料1(圖44)，進(jìn)行交叉火點火(A點)。接著，若增大Fl 燃料使Fl燃料1達(dá)到上限吹滅極限流量附近，則Fl燃料1保持一定，投入Fs燃料m(B點)。 若達(dá)到Fl燃料噴嘴6003可以單獨燃燒的轉(zhuǎn)數(shù)(作為轉(zhuǎn)數(shù)的參數(shù)是壓縮機(jī)排出空氣的溫 度)，則增加Fl燃料1的流量(C點)，減少Fs燃料m。在達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)而無負(fù)荷之前Fs燃 料m的流量為0。
圖46表示的是Fs燃料噴嘴6012的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的例子，圖46 (a)、圖46 (b)中，作為 提高火焰穩(wěn)定性的方法之一是在8個燃料噴出孔的外部設(shè)有空氣回旋器6044?？諝饣匦?器6044的外周與內(nèi)筒圓錐體6010吻合。燃燒氣體從m的方向流入，以某個角度噴射。e是 空氣流，在冷卻內(nèi)筒圓錐體6010的同時通過空氣回旋器6044，與m擴(kuò)散混合。內(nèi)筒圓錐體 6010的周圍雖然被Fl燃料氣體流f包圍，但Fs燃料m在空氣回旋器6044與噴嘴管6042 的下游形成穩(wěn)定的火焰。
參考例7
下面，使用圖47說明參考例7。
燃?xì)廨啓C(jī)由壓縮機(jī)7001、渦輪機(jī)7002及燃燒器7003構(gòu)成，燃燒器7003由將燃燒氣體7007引導(dǎo)到內(nèi)筒7004、外筒7005及渦輪機(jī)定葉7006的尾筒7008構(gòu)成，在尾筒7005 的側(cè)封閉端安裝有裝著第一級的燃料噴嘴體7009的蓋7010。此外，雖未圖示，但還裝有點 火用的點火栓、探測火焰的火焰檢測器等。內(nèi)筒7004分為頭部燃燒室7011和比其直徑更大 的后部燃燒室7012，在頭部燃燒室7011的中央部插入有內(nèi)筒圓錐體7013。用壓縮機(jī)7001 壓縮了的空氣流7014通過擴(kuò)散器7015圍繞在尾筒7008的周圍，再從向內(nèi)筒7004開口的 冷卻孔7015、稀薄空氣孔7016及用于燃燒第二級燃料7017的空氣孔7018以及向頭部燃燒 室開口的燃燒用空氣孔7019和冷卻用空氣孔7020分別引導(dǎo)到各自的燃燒室內(nèi)。安裝在蓋 7010上的第一級燃料噴嘴7022具備貫通頭部燃燒室側(cè)壁(套筒罩)7021將燃料噴出到頭 部燃燒室內(nèi)的多個燃料噴出口。
在內(nèi)筒圓錐體7013上開有導(dǎo)入空氣的入口孔7023，并開有從內(nèi)筒圓錐體7013的 表面沿著表面流動的多個、多列冷卻用空氣孔70M。
另外，圖48表示燃燒器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
貫通套筒罩7021的多個燃料噴出部位于頭部燃燒室7011的上游，所噴出的燃料 7027與來自燃料噴出部貫通了的套筒罩的開孔的空氣70 和來自開口于頭部燃燒室壁的 空氣孔7019a、7019b、7019c、7019d的空氣混合而進(jìn)行燃燒。燃料噴出部7022與現(xiàn)有技術(shù) 的來自單一噴嘴的燃料不同，其本身處于靠近頭部燃燒室的側(cè)壁的位置。因此，與來自空氣 孔7019a、7019b、7019c、7019d的空氣和空氣流70 的混合迅速地進(jìn)行，可以在燃燒過程 的初期利用空氣得到冷卻效果。因此，由于能抑制熱點的發(fā)生而能實現(xiàn)叫的降低。這樣， 通過將多個燃料噴出部安裝在靠近頭部燃燒室的側(cè)壁的位置，從而可以促進(jìn)上述的混合效 果，并且通過具有多個燃料噴出部7022的所謂分開燃燒來實現(xiàn)火焰的分散化。由于這些效 果的疊加可以達(dá)到使NOx大幅度地降低。再有，作為降低NOxW措施，通過在燃燒器的中心 部設(shè)置做成圓錐臺形狀的內(nèi)筒圓錐體，從而可以抑制起因于來自開口于頭部燃燒室的側(cè)壁 的空氣孔7019a、7019b、7019c、7019d的空氣到達(dá)不了中心部的冷卻效果的降低。并且，由 于產(chǎn)生利用內(nèi)筒圓錐體本身的冷卻及從內(nèi)筒圓錐體7013表面噴出的冷卻空氣7020b從內(nèi) 面有效地冷卻火焰的效果，可以進(jìn)行大幅度的低NOx化。再有，第一級燃料噴出部7022向燃 燒器內(nèi)的突出由于其長度能促進(jìn)與從燃料噴出口的上游流入的空氣混合的效果，這是支配 低NOxK的主要因素。燃料噴出口的位置只要是在包含空氣孔7019a、7019b的位置附近， 混合效果就好，降低NOx的效果就大。
下面，說明有關(guān)頭部燃燒室和內(nèi)筒圓錐體7013與第二級燃料供給位置的效果。
頭部燃燒室的長度與第二級燃料供給位置的關(guān)系也包含位于頭部燃燒室內(nèi)的內(nèi) 筒圓錐體7013發(fā)揮如下所述的作用。即，在頭部燃燒室7011的環(huán)狀空間部7025中，第一 級燃料幾乎完全燃燒，并且，第二級燃料與供給的空氣即使燃燒也受到抑制而向第一級的 頭部燃燒室7011內(nèi)的流動很少變動。在被頭部燃燒室內(nèi)壁和內(nèi)筒圓錐體7013外壁圍成的 環(huán)狀空間部7025內(nèi)，第一級燃料7017與從空氣孔7019a 7019d流入的空氣混合，需要決 定頭部燃燒室7011以大致進(jìn)行完全的燃燒。
圖50表示從第二級供給的燃料和空氣的位置與NOx濃度的關(guān)系。當(dāng)頭部燃燒室 7011的長度較短時，則來自第二級的燃料和空氣被導(dǎo)入頭部燃燒室7011內(nèi)的燃燒未結(jié)束 的氣體中。因此，頭部的燃燒被來自第二級的空氣阻止且A部所示的部分急劇地冷卻，CO 及HC等未燃燒成分的生成增多，燃燒效率有降低的危險。另外，若在這種狀態(tài)下進(jìn)行第二級的燃燒，則第一級的燃燒與第二級的燃燒同時進(jìn)行，在第二級燃燒的開始部產(chǎn)生高溫?zé)?點的場合，則具有NOx的產(chǎn)生增多的缺點。另外，當(dāng)頭部燃燒室的長度增長時，則頭部燃燒 室壁的冷卻面積增加。因此，冷卻空氣的量增多。這樣通過增多冷卻空氣，在第二級投入時 可將冷卻用空氣導(dǎo)入第一級火焰與第二級燃料氣體之間。于是，由于火焰從第一級火焰向 第二級燃料氣體的移動性有可能變壞，因而不能使頭部燃燒室的長度過長而超過需要。通 過進(jìn)行燃燒用壓力到lOata、空氣溫度到350°C的試驗，頭部燃燒室的長度還受到內(nèi)筒圓錐 體7013的直徑和長度的支配，作為代表性的長度優(yōu)選為頭部燃燒室7011外徑的1. 2 2. 0 倍左右，更優(yōu)選為1. 5倍左右。另一方面，雖然內(nèi)筒圓錐體7013的長度與頭部燃燒室7011 的容積也相關(guān)，但基本上是當(dāng)該長度比頭部燃燒室7011更長時，則在開始了第二級的燃燒 的場合，在后部燃燒室70112內(nèi)的燃燒氣體回產(chǎn)生膨脹。這樣一來，由于在頭部燃燒室7011 的出口部因燃燒氣體加速而引起壓力損失(阻力)增大，因而從頭部燃燒室7011導(dǎo)入的空 氣流量減少。因此，由于在頭部燃燒室7011中因空氣過剩導(dǎo)致的不能進(jìn)行低溫度燃燒而增 加NOx的發(fā)生。另外，由于氣體溫度增高，且空氣流量減少，則頭部燃燒室7011外周壁的溫 度增高，導(dǎo)致燃燒器的可靠性、壽命縮短。
因此，需要抑制內(nèi)筒圓錐體7013的長度對第二級燃燒的氣體加速損失帶來的影 響。因此，頭部燃燒室的容積需要做成，使內(nèi)筒圓錐體7013的長度比頭部燃燒室7011短， 即使從內(nèi)筒圓錐體的前端到頭部燃燒室的出口產(chǎn)生燃燒氣體的加速，也能經(jīng)受所謂燃燒氣 體的急劇膨脹。通過實驗，內(nèi)筒圓錐體7013的長度1與頭部燃燒室7011的長度L之比最 好是1/L = 0. 7左右，最好采用具有這種尺寸關(guān)系的從內(nèi)筒圓錐體前端到頭部燃燒室后端 的空間。在此，在1/L變小的狀態(tài)，即若內(nèi)筒圓錐體變短，則由于第一級燃燒火焰形成在內(nèi) 筒圓錐體前端部的軸心部，則因在軸心部形成高溫部而使NOx的發(fā)生增多。另外，如上所述 在1/L = 1附近，則具有NOx發(fā)生量增多，且頭部壁溫度增高的缺點。因此，內(nèi)筒圓錐體7013 最好比頭部燃燒室7011的長度短。
在與上述同樣的燃燒試驗中，第一、第二級的向能降低NOx、且CO及HC發(fā)生少的頭 部燃燒室的空氣開口面積相對于總開口面積之比為50 55%。另外，最好是向兩級的空氣 孔面積為20 30%，以及開口于后部燃燒室的空氣流通面積為20 30%，開口于內(nèi)筒圓 錐體的冷卻孔面積為7 10%。尤其是當(dāng)在內(nèi)筒圓錐體上除了冷卻用空氣外還開有燃燒 用空氣孔時，則形成了用于利用該空氣流促進(jìn)燃燒的熱點部，發(fā)現(xiàn)了空氣孔附近被加熱的 現(xiàn)象。因此，希望為在內(nèi)筒圓錐體上僅開有冷卻用空氣孔的結(jié)構(gòu)。再有，在向第二級的空氣 面積增加而達(dá)到30%以上的場合，則有火焰移動性能降低的缺點，在20%以下時則降低NOx 的效果減小。另一方面，若向頭部燃燒室7011的空氣量達(dá)到60%以上，則混合氣體變得稀 薄，CO、HC的生成量增多，而在40%以下時則產(chǎn)生NOx且金屬溫度上升。
再有，使用圖51至圖53對第二級的燃燒進(jìn)行說明。燃料7017通過通道部7030而 弓丨導(dǎo)到燃料積存部7031。然后，通過將燃料供給第二級空氣通道7032及開口于后部燃燒室 7012的空氣孔7033的附近的多個燃料噴嘴7034，從燃料噴出孔7035沿空氣孔7033的空 氣流供給第二級的燃料。第二級的空氣流7036在向燃燒室供給時最好是以回旋流供給，以 便盡可能延長燃燒時間。例如，利用多個回旋葉片7037隔開空氣通道，在各自的空氣通道 開有燃料噴出口 7035并實現(xiàn)促進(jìn)空氣與燃料的混合。然后，作為空氣過剩的混合氣體7038 供給主燃料室，向頭部燃燒室的火焰引火進(jìn)行低溫稀釋燃燒而實現(xiàn)NOx的降低。第二級燃燒的NOx的降低的關(guān)鍵之處在于空氣與燃料如何較好地混合。為此，最佳的方法是延長混 合時間，在本參考例中作為加長空氣通道的措施是設(shè)置回旋葉片7037，形成回旋流7038做 成向其中供給燃料的結(jié)構(gòu)。另一方面，對于第二級燃燒重要的是，不向第二級空氣通道，尤 其是不向葉片7037中引入火焰。即，被葉片7037包圍的空氣通道成為燃料也能供給并得 到充分地燃燒的條件。然而，通過葉片7037的空氣與燃料的混合氣的噴出速度約為IOOm/ s,另一方面紊流場的火焰的傳播速度至多為5m/s，因而在理想的這種狀態(tài)下不會產(chǎn)生火焰 的逆火現(xiàn)象。
由于葉片的形狀和表面的加工精度的降低等，在葉片的壁面附近產(chǎn)生渦流等淤流 處，以此為火點而產(chǎn)生將火焰引入葉片之中的所謂逆火現(xiàn)象。作為與此應(yīng)對的方法如圖51 及圖52所示，重要的是從第二級燃料噴嘴7034噴射燃料7017是將其噴射口 7035朝向被 回旋葉片7037包圍的空氣通道之中噴出而實現(xiàn)混合。為此，最好將噴出口的位置設(shè)置在回 旋葉片附近。雖然取決于第二級燃料供給結(jié)構(gòu)，但通過在回旋葉片7037的上游側(cè)設(shè)置彎曲 部7041a、7041b、7041c……并使其與燃料噴嘴7034的安裝方向一致，則能進(jìn)一步促進(jìn)空氣 與燃料的混合。而且，不會在回旋葉片7037的表面附近產(chǎn)生渦流、淤流，也未見逆火現(xiàn)象， 為良好的結(jié)構(gòu)。這樣，通過使開口于燃料噴嘴7034的噴出口 7035的位置位于被回旋葉片 7037包圍的空氣通道的中央部，則可以提高均勻混合的效果。因此，重要的是，通過由于 燃燒時的內(nèi)筒7004和支撐第二級的燃料噴嘴7035外筒7005的熱膨脹差導(dǎo)致的回旋葉片 7037與燃料噴嘴7035偏移而不降低均勻混合的效果。
圖53表示這種結(jié)構(gòu)的參考例。形成第二級燃燒用空氣通道的回旋葉片7037等的 部件，尤其是連接內(nèi)周側(cè)的推壓部件7038及噴嘴突緣7039，總是將回旋葉片7037與燃料噴 嘴7035的位置保持在恒定位置。根據(jù)本結(jié)構(gòu)，即使在燃?xì)廨啓C(jī)長時間使用的過程中，由于 總是能進(jìn)行第二級燃料與空氣均勻的混合的促進(jìn)，因而能得到穩(wěn)定的低NOx的效果。因此， 頭部燃燒室7011和后部燃燒室7012分別夾住形成第二級空氣通道的部件，通過用如圖53 所示的彈簧密封部件7042a、7042b連接，可以得到均勻的效果。此外，由于還可以抑制空氣 通道部內(nèi)的燃料濃度的偏差，因而也可以抑制因局部燃料濃度大導(dǎo)致的熱點的發(fā)生。此外， 為了空氣的流動能順利地進(jìn)行，只要將空氣通道部做成與流道一致的彎曲部7043a、7043b 的形狀則能實現(xiàn)良好均勻的混合的同時，由于能抑制渦流、淤積等的形成而可以防止逆火 現(xiàn)象。
參考例8
下面，使用圖M、圖55說明參考例8。在燃燒器外筒8001、端蓋8002、燃料噴嘴本 體8003、燃料噴射管8004、內(nèi)筒8005、內(nèi)筒圓錐體8006及點火栓8007構(gòu)成的燃?xì)廨啓C(jī)燃 燒器中，在內(nèi)筒8005的頭部設(shè)有內(nèi)筒罩8008，在比頭部上游端靠下游側(cè)，在內(nèi)筒8005的頭 部附近形成環(huán)狀燃燒室8009，使尖細(xì)狀的內(nèi)筒圓錐體8006與上述內(nèi)筒8005相對應(yīng)地留有 間隙地呈同心圓狀向內(nèi)周側(cè)突出。另外，在內(nèi)筒8005的頭部壁面?zhèn)仍O(shè)有第一級的燃燒用 空氣導(dǎo)入孔組8010，在其下游側(cè)設(shè)有第二級的燃燒用空氣導(dǎo)入孔組8011和內(nèi)筒冷卻孔組 8012，在與上述內(nèi)筒罩8008的環(huán)狀燃燒室8009對應(yīng)的壁面上呈環(huán)狀地設(shè)有多個空氣導(dǎo)入 孔8013。還在內(nèi)筒圓錐體8006的壁面上設(shè)有冷卻孔組8014。燃料噴嘴本體8003固定在端 蓋8002上，從燃料噴嘴本體8003相連的燃料噴射管8004貫通設(shè)置于上述內(nèi)筒罩8008上 的空氣導(dǎo)入孔8013而向環(huán)狀燃燒室8009內(nèi)突出。在該燃料噴射管8004的前端附近設(shè)有向內(nèi)筒8005的方向和內(nèi)筒圓錐體8006的方向噴射燃料的噴射孔8015，設(shè)置于內(nèi)筒罩8008 上的空氣導(dǎo)入孔8013與燃料噴射管8004的外壁留有較大的間隙地設(shè)置。另外，如圖56所 示，在燃料噴射管8004的構(gòu)成為，將長的燃料噴射管800 和短的燃料噴射管8004b交替 地組合，使向燃燒室內(nèi)噴射燃料的位置變化。例如，在將第一級的燃燒用空氣導(dǎo)入孔組8010 作為噴射燃料的位置的基準(zhǔn)的場合，其構(gòu)成為上述燃料噴射管800 處于可向比空氣導(dǎo)入 孔組8010靠下游側(cè)噴射燃料，而燃料噴射管8004b可向相同方向或上游側(cè)噴射燃料的狀 態(tài)。
接著，說明本燃燒器的工作狀況。首先將空氣8016導(dǎo)入外筒8001和內(nèi)筒8005 之間的間隙，將空氣8010a、8011a、80Ua、8013a、80Ha從設(shè)置于內(nèi)筒8005的壁面、內(nèi)筒罩 8008及內(nèi)筒圓錐體8006上的各空氣導(dǎo)入孔組導(dǎo)入燃燒室內(nèi)。
另一方面，將燃料8017從燃料噴嘴本體8003引導(dǎo)到燃料噴射管8004a、8004b等， 由設(shè)置于各燃料噴射管上的噴射孔8015噴射到內(nèi)筒頭部環(huán)狀燃燒室8009內(nèi)，使點火栓 8007工作而使點火燃燒繼續(xù)。
該燃燒器的特征是，在形成頭部燃燒室的環(huán)狀空間部中，通過有效地向利用從燃 燒器頭部及環(huán)狀內(nèi)筒側(cè)流動的空氣所形成的渦流及噴射流中注入燃料，在燃料比較稀薄的 條件的基礎(chǔ)上保持火焰穩(wěn)定，以及在燃料已稀薄化的區(qū)域的注入燃料的組合來實現(xiàn)穩(wěn)定且 低NOx化的燃燒。
圖57、圖58表示的是本參考例的點的燃燒室頭部附近的空氣及燃料的流動圖案 的一個例子。圖中的實線表示空氣的流動狀態(tài)，點劃線表示燃料的流動狀態(tài)。
通過由設(shè)置于頭部燃燒的內(nèi)筒罩8008上的空氣導(dǎo)入孔8013與燃料噴射管8004 形成的間隙流入的空氣沿著燃料噴射管流動，由于噴射流與空間部的壓力差而產(chǎn)生向內(nèi)外 方向卷入而形成逆流的效果，在燃料噴射管的上游側(cè)周圍形成比較弱的渦流。這種渦流因 來自燃燒室內(nèi)筒8005外壁的空氣噴射流形成的逆流成分而進(jìn)一步增強(qiáng)。在上述空氣的流 動狀態(tài)中，在通過燃料噴射管8004向第一級的空氣導(dǎo)入孔8010的上游部(LA > LF)注入 的場合，卷入渦流區(qū)域A的燃料多，燃料濃度增高。另外，在將燃料噴射位置設(shè)置在通過設(shè) 置于燃燒室內(nèi)筒外壁上的空氣導(dǎo)入孔8010而流動的空氣噴射流之后(LA<LF)的場合，則 流入形成于燃料噴射管的上游側(cè)的渦流區(qū)域A的燃料極少。很明顯，該渦流區(qū)域的燃料濃 度差對保持火焰穩(wěn)定性及燃燒特性具有顯著的影響。
圖59、圖60表示從燃料噴射管8004的內(nèi)筒罩8008突出的突出長度LF與保持火 焰穩(wěn)定性及燃燒特性的關(guān)系的實驗結(jié)果。就保持火焰穩(wěn)定性的方向而言，雖然燃料噴射管 的LF越短越好，但存在NOx發(fā)生量增大的傾向。另外，若加長燃料噴射管，則雖然成為低NOx 化方向，但CO等未燃燒部分的排出量增加，保持火焰穩(wěn)定性也降低。
另一方面，就本燃燒器的結(jié)構(gòu)而言，構(gòu)成燃燒室的內(nèi)筒圓錐體的長度成為除空氣 導(dǎo)入孔的位置等對燃燒特性具有大的影響之外的其它主要因素。
首先，設(shè)置于燃燒室頭部內(nèi)筒罩上的空氣導(dǎo)入孔在燃料噴射管的周圍設(shè)有多個， 即使從燃燒室的內(nèi)外方向的位置導(dǎo)入，也不會妨礙形成于內(nèi)部的渦流區(qū)域。相反，只要是增 強(qiáng)的措施都能充分地達(dá)到目的。特別在本結(jié)構(gòu)中，第一級的空氣導(dǎo)入孔的位置成為左右渦 流區(qū)域大小、強(qiáng)度的因素，對保持火焰穩(wěn)定性具有大的影響。圖61表示的是在相對于形成 燃燒室頭部的內(nèi)筒罩部的寬度LC的直到下游側(cè)的第一級的空氣導(dǎo)入孔的距離LA中，燃料噴射位置一定時的火焰的吹滅特性。在應(yīng)用范圍為LA/LC = 0. 6 1. 7，LA/LC < 0. 6的場 合，有利于保持火焰穩(wěn)定性的渦流區(qū)域縮小，尤其是由于來自周圍的空氣的流動引起的混 合氣的稀薄化及燃燒溫度的降低等導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定，在0. 5以下時還不能開始點火。另外， 若為LA/LC < 1. 7，則外表上渦流區(qū)域擴(kuò)大，但形成局部死區(qū)，因該區(qū)域成為局部高溫區(qū)而 對低NOx化方向是不利的。
特別是本燃燒中的保持火焰穩(wěn)定性的機(jī)構(gòu)，由于從周圍流入的空氣的流動而從下 游向上游卷入的燃燒生成物(高溫氣體)使在燃料噴射管的燃料噴射孔附近產(chǎn)生的火焰繼 續(xù)燃燒，對火焰的穩(wěn)定化起著重要的作用。
下面，對設(shè)置于內(nèi)筒中央部的內(nèi)筒圓錐體與燃料噴射管的突起部的長度進(jìn)行說 明。與沒有內(nèi)筒圓錐體的場合比較，由于內(nèi)筒圓錐體的存在而成為在燃燒室中央部難以產(chǎn) 生燃燒高溫部的構(gòu)造。再有，由于形成環(huán)狀燃燒室，燃料的分散注入必然變得容易，其結(jié)果， 可以促進(jìn)從內(nèi)筒壁面流入的空氣和燃料的混合，可以在燃料比較稀薄一側(cè)進(jìn)行燃燒。因此， 可以實現(xiàn)對未伴隨極端的局部高溫的發(fā)生的低NOx化有利的緩慢燃燒。圖62表示的是相 對于燃料噴射管的最大突出長度LF的內(nèi)筒圓錐體的長度LB與NOx發(fā)生濃度的關(guān)系。若內(nèi) 筒圓錐體的長度LB增大，則NOx生成量雖有減少的傾向，但若非常長，則在頭部燃燒室側(cè)附 近空氣流入量減少。因此，由于金屬的溫度上升與頭部附近的內(nèi)筒及內(nèi)筒圓錐體部的壁面 冷卻性能降低相關(guān)聯(lián)而在可靠性方面是不利的。另一方面，當(dāng)內(nèi)筒圓錐體的長度LB較短 時，燃料與空氣不能很好的混合，在燃燒過程階段，由于在內(nèi)筒的內(nèi)外伴隨著從環(huán)狀燃燒室 向圓筒燃燒室擴(kuò)大變化而產(chǎn)生的壓力差的增大而成為空氣導(dǎo)入量較多的區(qū)域，在內(nèi)筒圓錐 體前端附近由于燃燒急劇地進(jìn)行而呈現(xiàn)為NOx生成量的增加。內(nèi)筒圓錐體部的應(yīng)用范圍需 要使用在LB/LF = 2.0 5.0范圍內(nèi)。
圖63表示的是參考例的具有各部功能的燃燒室頭部附近的空氣流動狀態(tài)的一個 例子。在燃?xì)廨啓C(jī)工作時的低負(fù)荷及高負(fù)荷燃燒中，總是將各空氣導(dǎo)入量設(shè)定為進(jìn)入到可 燃燒范圍內(nèi)。相對于燃燒室內(nèi)的一次燃燒區(qū)域的總空氣量，最佳的分配方案是，設(shè)置在頭部 內(nèi)筒罩上的空氣導(dǎo)入孔的量為8 20%，在第一級的燃燒用空氣導(dǎo)入孔的量為10 23%， 設(shè)置在其下游側(cè)的第二級及第三級的一次燃燒區(qū)域內(nèi)的燃燒用空氣量的比例為57 82%。特別是就本燃燒室頭部而言，來自設(shè)置于內(nèi)筒罩上的空氣導(dǎo)入孔的空氣和來自第一 級的燃燒用空氣導(dǎo)入孔的空氣量的相互關(guān)系支配著形成于頭部燃燒室的渦流區(qū)域的強(qiáng)度 等。因此，在上述的下限值之外的場合，火焰穩(wěn)定性能有主要由于渦流強(qiáng)度的降低而降低的 危險。再有，在低負(fù)荷燃燒時有可能從理論混合比(λ = 1.0)向燃料過剩方向轉(zhuǎn)移，而在 高負(fù)荷燃燒時則有可能進(jìn)入燃燒范圍外而不能良好的燃燒。另一方面，在達(dá)到上限值以上 的場合，在高負(fù)荷燃燒時雖然由于接近理論混合比(λ = 1.0)而沒有其它問題，但在低負(fù) 荷燃燒時則由于處于燃料比較稀薄側(cè)燃燒的狀態(tài)而使火焰不能保持穩(wěn)定。因此，燃燒時，需 要通過上述空氣量的分配來進(jìn)行工作。
以上，對本參考例的各要素的特性進(jìn)行了敘述，下面對作為本燃燒器的結(jié)構(gòu)中最 重要的燃料供給機(jī)構(gòu)進(jìn)行說明。首先，當(dāng)對上述參考例進(jìn)行說明時，則其構(gòu)成如下保持火 焰穩(wěn)定性用的短的燃料噴射管突起到第一級的燃燒用空氣導(dǎo)入孔附近，以燃燒為主體的燃 料噴射管具有由第一級的空氣導(dǎo)入孔的位置起的長度的1. 5倍的長度，以與保持火焰穩(wěn)定 性用的突起部的長度大體相同的間距向環(huán)狀方向?qū)⑴c保持火焰穩(wěn)定性用和燃燒用的燃料噴射管交替排列，各噴射管的燃料噴射方向?qū)霝榕c燃燒室軸線基本上垂直的方向。就該 燃燒方式的燃燒形式而言，由于火焰穩(wěn)定部的火焰與燃燒用的火焰在燃燒室內(nèi)離開軸向及 環(huán)狀方向形成，因而能夠利用火焰分散效果在接近低NOxK燃燒的均勻低溫方向燃燒。作 為有效地進(jìn)行這種燃燒形式的方法，使燃料的軸向及環(huán)狀方向間隔更密(燃料噴射管的多 級化)雖然也能得到良好的性能，但受到燃燒器的大小等形狀的制約。進(jìn)而由于火焰的干 涉而形成局部高溫化等。
此外，就減少燃料噴射管的數(shù)量的方向而言，燃料的分散效果喪失，不能進(jìn)行低 NOxK方向的燃燒。因此，如本參考例所示，在對于從燃燒室頭部流入的空氣與來自第一級 的燃燒用空氣導(dǎo)入孔的空氣量的區(qū)域內(nèi)在軸向具有分成3 4級的導(dǎo)入機(jī)構(gòu)，而且在環(huán)狀 方向的排列盡可能以決不干涉火焰的間隔構(gòu)成。
圖64表示的是在單一的燃料噴射管4C上具有穩(wěn)定火焰用及燃燒用的燃料噴射 管8004d及8004e的結(jié)構(gòu)。圖65 (a)及圖65(b)表示的是使燃料噴射管8004f、8004g及 8004h、8004i從內(nèi)筒側(cè)或內(nèi)筒圓錐體側(cè)突起的情況的應(yīng)用例子。
權(quán)利要求
1.一種燃燒器，具備使空氣與燃料燃燒的燃燒室；以及從上述燃燒室的上游側(cè)向上述燃燒室供給燃料的第一燃料噴嘴，其特征在于， 在上述燃燒室的壁面上具備向燃燒室內(nèi)供給含氫燃料的第二燃料供給孔。
2.一種燃燒器，具備使空氣與燃料燃燒的燃燒室；以及從上述燃燒室的上游側(cè)向上述燃燒室供給燃料的第一燃料噴嘴，其特征在于， 構(gòu)成為使從上述第一燃料噴嘴供給的燃料在燃料過濃條件下燃燒， 具備第二燃料供給孔，該第二燃料供給孔用于向在燃料過濃條件下燃燒的氣體中供給 含氫燃料。
3.一種燃燒器，具備使空氣與燃料燃燒的燃燒室；以及從上述燃燒室的上游側(cè)向上述燃燒室供給燃料的第一燃料噴嘴，其特征在于， 具備供給還元劑的第二燃料供給孔，該還原劑用于使從上述第一燃料噴嘴供給的燃料 通過燃燒而產(chǎn)生的NOx進(jìn)行還元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的燃燒器，其特征在于，在比上述第二燃料供給孔靠燃燒氣體流向的下游側(cè)，設(shè)有向上述燃燒室供給空氣的空 氣孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的燃燒器，其特征在于，具有減少比上述第二燃料供給孔靠燃燒氣體流向的上游側(cè)的氧濃度的機(jī)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃燒器，其特征在于， 作為上述減少氧濃度的機(jī)構(gòu)，具有惰性介質(zhì)噴射機(jī)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃燒器，其特征在于，上述惰性介質(zhì)噴射機(jī)構(gòu)構(gòu)成為向上述燃燒室噴射惰性介質(zhì)與空氣的混合物。
8.一種發(fā)電設(shè)備，具備權(quán)利要求1至7所述的燃燒器； 向上述燃燒器供給壓縮空氣的壓縮機(jī)； 利用由上述燃燒器生成的燃燒氣體驅(qū)動的渦輪機(jī)；以及 利用上述渦輪機(jī)的驅(qū)動力發(fā)電的發(fā)電機(jī)，其特征在于， 具備提高燃料的氫濃度的機(jī)構(gòu)，向上述燃燒器的上述第二燃料供給孔供給利用上述提高氫濃度的機(jī)構(gòu)提高了氫濃度 的燃料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，上述提高氫濃度的機(jī)構(gòu)是利用了碳成分與水蒸汽的變換反應(yīng)的機(jī)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于， 上述含氫燃料是在煉鐵過程中產(chǎn)生的氣體燃料。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，上述含氫燃料是通過利用氧對煤進(jìn)行氣化而精制得到的氣體。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)電設(shè)備，其特征在于，上述含氫燃料是在石油的精制過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物燃料。
13.一種燃料的燃燒方法，使空氣與燃料燃燒而生成燃燒氣體，其特征在于，通過向上述燃燒氣體供給含氫燃料，從而借助于還元反應(yīng)使通過空氣與燃料的燃燒產(chǎn) 生的NOx減少。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的燃料的燃燒方法，其特征在于，在通過供給含氫燃料使NOx減少之后，通過供給空氣，使未燃燒部分的燃料燃燒。
15.一種燃燒器的運轉(zhuǎn)方法，其特征在于， 在權(quán)利要求1 7所述的燃燒器的運轉(zhuǎn)方法中，基于燃料中所含的氫濃度和上述燃燒室內(nèi)NOx濃度的至少一方，控制從上述第一燃料 噴嘴供給的燃料流量和從上述第二燃料噴嘴供給的燃料流量的至少一方。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種可與燃燒速度快的含氫燃料相對應(yīng)，既無損燃燒嘴的可靠性又能進(jìn)行低NOx燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器。本發(fā)明在燃燒室(12)的上游配置供給啟動用燃料(51)及含氫燃料(62a)的第一燃料噴嘴(301)，在燃料過濃條件下對從第一燃料噴嘴供給的燃料進(jìn)行燃燒而形成生成低氧濃度的燃燒氣體的一次燃燒區(qū)域(區(qū)域A)。接著，使用第二燃料供給孔(12a)從第二燃料噴嘴(302)向燃燒室噴射含氫燃料(62b)，形成通過氫的氧化反應(yīng)而還元在一次燃燒區(qū)域產(chǎn)生的NOx的還元區(qū)域(B區(qū)域)。最后，向燃燒室供給貧燃燒用空氣(102a)，形成在燃料稀薄條件下對未燃燒部分的燃料進(jìn)行燃燒二次燃燒區(qū)域(區(qū)域C)。
文檔編號F01D15/10GK102032568SQ20101026057
公開日2011年4月27日 申請日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者吉田正平, 小泉浩美, 小金澤知己, 淺井智廣, 百百聰, 高橋宏和 申請人:株式會社日立制作所