專利名稱：燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器，尤其涉及適合用于燃燒器入口的空氣溫度較高時(shí)的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器。
背景技術(shù)：
一直以來(lái)，即使燃燒器入口的空氣溫度高也可進(jìn)行穩(wěn)定的燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器，已經(jīng)提出如專利文獻(xiàn)-日本特開2002-257344號(hào)公報(bào)所公開的那方案。
根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器，能夠使燃燒緩慢地進(jìn)行，其結(jié)果，即使使用高溫的空氣也能進(jìn)行穩(wěn)定的燃燒。
然而，根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器，由于由引火噴嘴的燃料和空氣的噴出方向與由緩慢燃燒用噴嘴的燃料和空氣的噴出方向大致平行，因此，引火噴嘴的燃燒氣體與緩慢燃燒用噴嘴的混合氣平行地流動(dòng)而使混合推遲，其結(jié)果，難于進(jìn)行穩(wěn)定的燃燒。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種即使使用高溫空氣也能進(jìn)行穩(wěn)定的燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器。
本發(fā)明為了達(dá)到上述目的，設(shè)置有將燃料和空氣噴射到燃燒室內(nèi)的第一噴嘴和在與該第一噴嘴噴出的火焰的前端部相對(duì)應(yīng)的位置上產(chǎn)生燃料和空氣的循環(huán)噴流的第二噴嘴。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)將第二噴嘴設(shè)置在對(duì)應(yīng)于由第一噴嘴噴出的火焰的前端部的位置上，使第二噴嘴噴出的燃料和空氣的混合氣與第一噴嘴噴出的燃燒氣體以較大的接觸面積相接觸，利用源于噴流沖突形成的較強(qiáng)的紊流進(jìn)行混合。其結(jié)果，即使燃燒器入口一側(cè)的空氣溫度高，也能在燃燒器內(nèi)進(jìn)行不會(huì)產(chǎn)生局部高溫區(qū)域的緩慢的燃燒，并能進(jìn)行不發(fā)生回火或自燃的穩(wěn)定的燃燒。


圖1是表示本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器的第一實(shí)施方式的縱向側(cè)剖視圖。
圖2是表示圖1所示的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器的一氧化碳濃度和燃燒氣體溫度的根據(jù)反應(yīng)計(jì)算的變化的圖表。
圖3是表示在圖1所示的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器的第二次燃燒區(qū)域的當(dāng)量比和混合平均溫度之間的關(guān)系的圖表。
圖4是表示在圖1所示的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器的第二次燃燒區(qū)域的來(lái)自第二燃料噴嘴的燃料的到達(dá)距離和噴射角之間的關(guān)系的圖表。
圖5是表示本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器的第二實(shí)施方式的縱向側(cè)剖視圖。
圖6是表示圖5所示的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器的一氧化碳濃度和燃燒氣體溫度的反應(yīng)計(jì)算的變化的圖表。
圖7是表示本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器的第三實(shí)施方式的縱向側(cè)剖視圖。
具體實(shí)施例方式
下面，結(jié)合圖1所示的逆流罐型再生式燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器的第一實(shí)施方式。本實(shí)施方式為燃燒器入口的空氣溫度為659℃、燃燒器出口截面的平均燃?xì)鉁囟葹?80℃，并以管道煤氣[13A」作為燃料的標(biāo)準(zhǔn)的燃燒器，是進(jìn)行較小功率的發(fā)電并適合用于負(fù)荷運(yùn)行范圍狹小的再生式燃汽輪機(jī)發(fā)電設(shè)備的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器。而且，本實(shí)施方式的燃燒器出口截面上的燃燒氣體的平均流速、燃燒器整體的當(dāng)量比及空氣與燃料的分配如表1所表1

根據(jù)本實(shí)施方式的燃燒器1，具備形成燃燒室2的截面呈圓形的筒狀的燃燒器襯套3；堵塞該燃燒器襯套3的上游一側(cè)的襯套蓋4；由形成于該襯套蓋4的中心的引火噴嘴構(gòu)成的第一噴嘴5；設(shè)置于該第一噴嘴5的上游一側(cè)的端蓋6；一端固定于該端蓋6而另一端隔著間隙在上述燃燒器襯套3的外周部一側(cè)延伸的外筒7以及貫穿上述燃燒器襯套3的圓周壁而形成的多個(gè)第二噴嘴8。
上述第一噴嘴5承擔(dān)從燃燒器1的點(diǎn)火到起動(dòng)、預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)以及例如直到80％的局部負(fù)荷運(yùn)行。該第一噴嘴5與上述燃燒器襯套3同軸地形成，其中央部位具有下游端位于上述襯套蓋4的中央、而上游端貫通上述端蓋6的中心部并延伸的第一燃料噴嘴9。在該第一燃料噴嘴9的下游端設(shè)置有第一燃料噴出孔10，在第一燃料噴嘴9的外周隔著間隙形成有與該第一燃料噴嘴9同軸的空氣導(dǎo)入筒11，旋轉(zhuǎn)葉片12設(shè)置于該間隙中。在該空氣導(dǎo)入筒11的下游一側(cè)，從襯套蓋4向燃燒襯套3內(nèi)開口，且其上游一側(cè)由端蓋6堵塞。而且，在靠近該空氣導(dǎo)入筒11的端蓋6一側(cè)，設(shè)置有第一空氣導(dǎo)入孔13。
上述燃燒器襯套3，其下游側(cè)通過(guò)彈性密封部件14與未圖示的過(guò)渡件連接。而且，為使出口一側(cè)的燃?xì)鉁囟确植计交?，在該燃燒器襯套3的下游的例如沿圓周方向設(shè)有的6處用于導(dǎo)入已升溫的空氣的稀釋孔15。此外，實(shí)際上，雖然在燃燒器襯套3上設(shè)置有用于固定位置的制動(dòng)器、用于確?？煽啃缘谋∧だ鋮s槽，但因變得煩雜而省略圖示。
上述多個(gè)第二噴嘴8由設(shè)置于上述燃燒器襯套3的圓周壁上的第二空氣導(dǎo)入孔16和設(shè)置成貫通分別與該第二空氣導(dǎo)入孔16相對(duì)的上述外筒7的圓周壁的第二燃料噴嘴17構(gòu)成。這些第二噴嘴8位于第一噴嘴5附近，例如，沿圓周方向設(shè)有3處。
在上述結(jié)構(gòu)的燃燒器1中，燃燒用空氣在通過(guò)未圖示的壓縮機(jī)壓縮，進(jìn)而用未圖示的再生熱交換器升溫的狀態(tài)下，從圖中右側(cè)的燃燒器襯套3和外筒7之間的間隙引導(dǎo)到圖中的左方。該引導(dǎo)的燃燒用空氣的一部分通過(guò)上述稀釋孔15及上述第二空氣導(dǎo)入孔16導(dǎo)入到燃燒器襯套3內(nèi)的燃燒室2，剩下的燃燒用空氣從上述第一空氣導(dǎo)入孔13導(dǎo)入到空氣導(dǎo)入筒11并由旋轉(zhuǎn)葉片12賦予旋轉(zhuǎn)力后，從襯套蓋4噴出到燃燒室2內(nèi)。通入燃燒室2內(nèi)而供燃燒后的燃燒氣體，向過(guò)渡件流出。再有，從上述第一空氣導(dǎo)入孔13導(dǎo)入到空氣導(dǎo)入筒11并由旋轉(zhuǎn)葉片12賦予旋轉(zhuǎn)力的高溫高壓的空氣，由于在進(jìn)入燃燒室2后急劇地膨脹，因此，在第一燃料噴嘴9的下游側(cè)形成循環(huán)流區(qū)域。
再有，燃料從第一燃料噴嘴9及第二燃料噴嘴17噴射到燃料室2內(nèi)，來(lái)自第一燃料噴嘴9的燃料對(duì)先前噴射的空氣的循環(huán)區(qū)域進(jìn)行噴射。包括來(lái)自該第一燃料噴嘴9的燃料在內(nèi)的噴射到燃燒室2內(nèi)的燃料與先前的燃燒用空氣混合成稀薄混合氣而燃燒。燃料由于不是在燃燒室外與空氣混合，因此，不會(huì)發(fā)生自燃或回火。
然而，由于引火噴嘴5不僅左右燃燒器整體的燃燒穩(wěn)定性，而且在承載從點(diǎn)火起動(dòng)直到80％的局部負(fù)荷的較寬范圍內(nèi)使用，因此，在本實(shí)施方式中，作為擴(kuò)散燃燒方式的噴嘴使用。尤其是在必須將氮氧化物(以下簡(jiǎn)稱NOX)的排出量抑制得很低的情況下，有效的方法是，將第一燃料噴嘴9的第一燃料噴出孔10做成許許多多的小孔徑的孔。再有，在要求低NOX的燃燒性能的情況下，有效的方法是，不僅在第一燃料噴嘴9的前端，也要在空氣導(dǎo)入筒11的出口附近設(shè)置第一燃料噴出孔10，以促進(jìn)燃料/空氣的混合。但，如果將所有的第一燃料噴出孔10都設(shè)置在空氣導(dǎo)入筒11的出口附近，由于損傷了點(diǎn)火性能及耐吹滅性能，因此，應(yīng)該將設(shè)置于空氣導(dǎo)入筒11的出口附近的第一燃料噴出孔10的數(shù)量限定在整個(gè)設(shè)置數(shù)量的半數(shù)左右。
另一方面，對(duì)由第二空氣導(dǎo)入孔16噴出到燃燒室2內(nèi)的空氣，從設(shè)置于相同位置上的第二燃料噴嘴17呈放射狀地噴射燃料。但，從第二燃料噴嘴17剛剛噴射后的燃料，由于從第二空氣導(dǎo)入孔16噴射的空氣的流速大，且與周圍的燃燒氣體之間的剪切也較強(qiáng)，因此，即使燃燒反應(yīng)開始火焰也隨即被吹滅。其結(jié)果，在第二燃料噴嘴17附近無(wú)法保持火焰，因此，由于在靠近第二燃料噴嘴17的燃燒器襯套3的壁面上不發(fā)生局部性的高溫區(qū)域，因此，從確保可靠性的觀點(diǎn)來(lái)講是有利的。還有，從圓周方向的三處第二空氣導(dǎo)入孔16噴出的空氣，與來(lái)自引火噴嘴5的燃燒氣體在燃燒器襯套3的中心部附近相互沖突而形成滯留區(qū)域，并分別在第二空氣導(dǎo)入孔16的上流側(cè)和下游側(cè)形成循環(huán)流區(qū)域。在這些循環(huán)流區(qū)域內(nèi)，由于空氣的流速降低，形成能充分地維持傳播火焰的條件，因此，從第二燃料噴嘴17噴出的燃料在循環(huán)流內(nèi)開始燃燒反應(yīng)。此時(shí)，由于在開始反應(yīng)的時(shí)刻的燃料/空氣形成當(dāng)量比為0.41的稀薄混合氣，因此，對(duì)依賴于熱向混合氣的擴(kuò)散的緩慢的氧化反應(yīng)形成反應(yīng)速度受控的反應(yīng)方式，從而能實(shí)現(xiàn)不產(chǎn)生局部高溫的低NOX的燃燒。此時(shí)，通過(guò)使第二空氣導(dǎo)入孔16和第二燃料噴嘴17的設(shè)置位置與由引火噴嘴5噴出的火焰的前端部相對(duì)，通過(guò)使從第二空氣導(dǎo)入孔16導(dǎo)入的空氣與從第二燃料噴嘴17噴射的燃料的混合氣體，利用從第二空氣導(dǎo)入孔16導(dǎo)入的空氣噴流因沖突而滯留所產(chǎn)生的較大的紊流，由于由引火噴嘴5噴出的火焰對(duì)燃燒氣體以較廣的接觸面積形成接觸混合，因此，可得到快速的混合效果。
下面，結(jié)合圖2對(duì)上述的稀薄混和氣的緩慢燃燒反應(yīng)進(jìn)行了化學(xué)反應(yīng)模擬試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。在圖2中，橫軸為從第二空氣導(dǎo)入孔到稀釋孔15的距離與燃燒器襯套3的全長(zhǎng)之比值，在圖1所示的燃燒器中，稀釋孔15的位置在0.668上。在圖2中，下方的曲線表示沿燃燒器內(nèi)的燃燒氣體流通方向的燃燒氣體溫度的變化，上方的曲線是以沿燃燒氣體流通方向的一氧化碳的濃度作為反應(yīng)的指標(biāo)表示的。
由來(lái)自第二噴嘴8的燃料和空氣形成的當(dāng)量比為0.41的稀薄混和氣，在燃燒器襯套3的徑向中心部附近的滯留區(qū)域與來(lái)自引火噴嘴5的1152℃的燃燒氣體相混合，成為混合平均溫度為866℃的稀薄混合氣。如上所述，該稀薄混和氣，其燃料邊緩慢地氧化而產(chǎn)生一氧化碳邊徐徐發(fā)熱而升溫，當(dāng)一氧化碳濃度達(dá)到極大值后，便急速進(jìn)發(fā)熱而降低一氧化碳濃度。其間所需要的滯留時(shí)間，在圖1所示的燃燒器1的混合氣平均溫度為866℃的情況下，大約為30ms，為抑制未燃物的排出，將稀釋孔15的位置設(shè)置于第二空氣導(dǎo)入孔16的下游，以便能確保35ms。
圖3表示，在將從第二空氣導(dǎo)入孔16到稀釋孔15的區(qū)域(第二次燃料區(qū)域)的滯留時(shí)間設(shè)為35ms時(shí)，對(duì)于用來(lái)自第二噴嘴8的燃料和空氣定義的當(dāng)量比與來(lái)自第二噴嘴8的燃料及空氣和來(lái)自引火噴嘴5的燃燒氣體的混合平均溫度，可得到99％以上的高燃燒效率的條件。對(duì)于圖3所示的近似直線的右上側(cè)的條件，即混合平均溫度Tmix及當(dāng)量費(fèi)，當(dāng)≥0.001034567+Tmix+1.27181時(shí)，雖能確保高燃燒率，但當(dāng)混合平均溫度太高或混合比過(guò)大時(shí)，則反應(yīng)急速進(jìn)行而增加氮氧化物的排出量。還有，若加長(zhǎng)滯留時(shí)間，雖以比圖3所示的上述條件的稀薄的當(dāng)量比也能得到高燃燒效率，但將導(dǎo)致燃燒器1的長(zhǎng)度增加。
對(duì)于本實(shí)施方式的燃燒器1，為了實(shí)現(xiàn)低NOX的燃燒性能，至關(guān)重要的是確保從第二燃料噴嘴17供給的燃料在噴射之后不立即進(jìn)行擴(kuò)散燃燒，并使從第二空氣導(dǎo)入孔16噴出的空氣的流速為50m/s以上。另外，從確保燃燒穩(wěn)定性的角度來(lái)講，從第二空氣導(dǎo)入孔16噴出的空氣流，在由引火噴嘴形成的燃燒氣體(火焰)的前端部，噴至燃燒器襯套3的徑向的中心部，并在那里相互沖突而形成滯留區(qū)域，并在其上游側(cè)及下游側(cè)形成循環(huán)流區(qū)域也是至關(guān)重要的。
為了使來(lái)自第二空氣導(dǎo)入孔16的空氣噴出到燃燒器襯套3的徑向中心部，使來(lái)自第二空氣導(dǎo)入孔16的空氣的流速與由燃燒器襯套3的截面定義的平均空氣流速之比設(shè)計(jì)成3倍以上是適當(dāng)?shù)?，理想的是，將開口部面積與燃燒器襯套3的表面積的的比率設(shè)計(jì)成20～30％，將燃燒器1的全壓損失系數(shù)設(shè)計(jì)成40～50。
在圖1所示的實(shí)施方式中，開口面積率為21.04％，全壓損失系數(shù)為44.6，從第二空氣導(dǎo)入孔16噴出的空氣的流速為69.2m/s。但是，在開口面積率或全壓損失系數(shù)的選定上，由于要兼顧到燃燒器1能夠允許的壓力損失的限制，因此，不能一概決定最佳值。作為空氣導(dǎo)入孔16噴出的空氣的流速，考慮到由預(yù)熱引起的高溫和由紊流引起的燃燒速度的增加，以50～70m/s較為適當(dāng)。
從第二燃料噴嘴17呈放射狀噴射的燃料，如上所述，由于噴射流速大，因而不能立即燃燒，在到達(dá)燃燒器襯套3的徑向中心部附近的滯留區(qū)域的過(guò)程中，與來(lái)自第二空氣導(dǎo)入孔16的空氣混合而成為混和氣。此時(shí)，如果燃燒的噴射角過(guò)小，燃料集中于一處而不能與空氣混合。其結(jié)果，由于在到達(dá)燃燒器襯套3的徑向中心部附近的空氣滯留區(qū)域附近的循環(huán)流區(qū)域內(nèi)之后，才變成擴(kuò)散混合而燃燒的所謂擴(kuò)散燃燒，因此，出現(xiàn)局部高溫部并排出高濃度的NOX。因此，在本實(shí)施方式中，為了實(shí)現(xiàn)低NOX的燃燒性能，至關(guān)重要的是適當(dāng)?shù)剡x擇第二燃料噴嘴17的噴射角度。
于是，關(guān)于第二燃料噴嘴17的噴射角度，研討了從空氣導(dǎo)入孔16噴出的空氣流中的燃料到達(dá)距離，將其結(jié)果示于圖4。橫軸為沿著從第二空氣導(dǎo)入孔16噴出的空氣流的軸的燃料移動(dòng)距離與燃燒器襯套3的半徑之比的值，縱軸為來(lái)自第二燃料噴嘴17的燃料的到達(dá)距離與第二空氣導(dǎo)入孔16的半徑之比的值。
在本實(shí)施方式的燃燒器1中，當(dāng)沿著從第二空氣導(dǎo)入孔16噴出的空氣流的軸的燃料行進(jìn)到燃燒器襯套3的徑向中心部時(shí)，將第二燃料噴嘴17的噴射角選定為35°，從而使燃料到達(dá)從第二空氣導(dǎo)入孔16噴出的空氣流的外緣。
一般來(lái)講，再生式燃?xì)廨啓C(jī)，其燃燒器的入口空氣溫度雖高，但燃燒器的出口(燃?xì)廨啓C(jī)的入口)的燃燒氣體溫度卻較低，由于燃燒器中的溫度上升較小，因此，燃燒器整體的當(dāng)量比較小，對(duì)火焰的吹滅有嚴(yán)格的要求。采用本實(shí)施方式所示的燃燒器的再生式燃?xì)廨啓C(jī)，盡管再生效率很高，而且燃燒器入口的空氣溫度也很高，但由于燃燒器出口的燃燒氣體溫度卻比一般產(chǎn)業(yè)用燃?xì)廨啓C(jī)低得多，因此，因空氣過(guò)剩而容易產(chǎn)生吹滅。為此，將燃燒器出口處的截面平均燃燒氣體流速設(shè)成比通常的燃?xì)廨啓C(jī)還低的28m/s。當(dāng)實(shí)際使用本實(shí)施方式的燃燒器時(shí)，從防止吹滅、確保燃燒效率的角度出發(fā)，理想的是，將燃燒器出口截面的平均燃燒氣體流速設(shè)定為20～50m/s，設(shè)計(jì)成比通常的燃燒器出口的燃燒氣體流速40～70m/s慢。
下面，根據(jù)圖5所示的逆流罐型再生式燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器說(shuō)明本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器的第二實(shí)施方式。
采用本實(shí)施方式的燃燒器1的再生式燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器的規(guī)格為，燃燒器1的入口空氣溫度為654℃，出口截面的平均燃燒氣體溫度為960℃，以管道煤氣「13A」作為燃料。另外，將本實(shí)施方式的燃燒器出口截面處的燃燒氣體平均流速、燃燒器整體的當(dāng)量比及空氣與燃料的組成比例示于表2。而且，雖然型號(hào)比第一實(shí)施方式的燃燒器稍大，卻是適于進(jìn)行較小功率的發(fā)電的再生式燃汽輪機(jī)的燃燒器。
表2

本實(shí)施方式與第一實(shí)施方式的不同點(diǎn)在于，為了使形成低NOX的燃燒的運(yùn)行范圍在從60％負(fù)荷到額定負(fù)荷的較廣范圍，除了第一噴嘴5和第二噴嘴8以外，還在上述第二噴嘴8的下游一側(cè)設(shè)置有與上述第二噴嘴8相同結(jié)構(gòu)的第三噴嘴19。因此，用與圖1相同的符號(hào)代表同一物，而省略重復(fù)的說(shuō)明。
圖5所示的燃燒器1也與圖1的燃燒器相同，大體上，具備形成燃燒室2的截面呈圓形的筒狀的燃燒器襯套3；堵塞該燃燒器襯套3的上游一側(cè)的襯套蓋4；由形成于該襯套蓋4中心的引火噴嘴構(gòu)成的第一噴嘴5；設(shè)置于該第一噴嘴5的上游一側(cè)的端蓋6；一端固定于該端蓋6且另一端隔著間隙在上述燃燒器襯套3的外周部延伸的外筒7；貫通上述燃燒器襯套3的圓周壁而形成的多個(gè)第二噴嘴8；還具有貫通上述燃燒器襯套3的圓周壁而形成于第二噴嘴8的下游側(cè)的多個(gè)第三噴嘴。
上述第一噴嘴5承擔(dān)從點(diǎn)火到起動(dòng)、預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)以及60％部分的負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，在第一燃料噴嘴9的周圍在與空氣導(dǎo)入筒11之間設(shè)有具有旋轉(zhuǎn)葉片12的旋回通道，并在空氣導(dǎo)入筒11的圓周方向設(shè)有2列6處與該旋回通道連通的第一空氣導(dǎo)入孔13。為了遮蔽來(lái)自該第一噴嘴5的熱，在襯套蓋4上設(shè)置有具有旋轉(zhuǎn)葉片4W的隔熱用空氣槽4S。
在上述燃燒器襯套3上，除了設(shè)有稀釋孔15、對(duì)過(guò)渡件的彈性密封件14及用于第二噴嘴8的第二空氣導(dǎo)入孔16以外，還在第二空氣導(dǎo)入孔16的下游一側(cè)形成有第三噴嘴19用的第三空氣導(dǎo)入孔20。而且，在第二空氣導(dǎo)入孔16和第三空氣導(dǎo)入孔20上，為了使導(dǎo)入的空氣能到達(dá)燃燒器襯套3的徑向中心部位，在燃燒室2內(nèi)凸出地設(shè)有導(dǎo)向筒21，并在其上游側(cè)及下游側(cè)的附近設(shè)有保護(hù)空氣孔22，以便使這些導(dǎo)向筒21不被燃燒氣體燒損。
上述多個(gè)第二噴嘴8，由設(shè)置成分別與設(shè)置于上述燃燒器襯套3的圓周壁上的沿圓周方向的6處第二空氣導(dǎo)入孔16相對(duì)的貫通上述外筒7的圓周壁的第二燃料噴嘴17構(gòu)成。上述第三噴嘴19與上述第二噴嘴8一樣，由設(shè)置成分別與設(shè)置于上述燃燒器襯套3的圓周壁上的沿圓周方向的6處第三空氣導(dǎo)入孔20相對(duì)的貫通上述外筒7的圓周壁的第三燃料噴嘴23構(gòu)成。
在上述結(jié)構(gòu)的燃燒器1中，燃燒用空氣在被未圖示的壓縮機(jī)壓縮，進(jìn)而利用未圖示的再生熱交換器升溫的狀態(tài)下，從圖中右側(cè)的燃燒器襯套3和外筒7之間的間隙被引導(dǎo)到圖中的左方。該被引導(dǎo)的燃燒用空氣的一部分，從設(shè)置于圓周方向的6處稀釋孔15及設(shè)置于圓周方向的6處第三空氣導(dǎo)入孔20及設(shè)置于圓周方向的6處第二空氣導(dǎo)入孔16導(dǎo)入到燃燒室2內(nèi)，進(jìn)而從設(shè)置于圓周方向的2列6處第一空氣導(dǎo)入孔13經(jīng)由空氣導(dǎo)入筒11導(dǎo)入到燃燒室2內(nèi)，并向過(guò)渡件流出。
另一方面，燃料從第一燃料噴嘴9、第二燃料噴嘴17及第三燃料噴嘴23噴射到燃料室2內(nèi)。所有的燃料都直接噴射到燃燒室2內(nèi)，由于不存在在燃燒室2的外部與空氣混合的預(yù)混合氣之類的構(gòu)成部件，因此，在原理上不會(huì)發(fā)生自燃或回火之類的事故這一點(diǎn)上與第一實(shí)施方式相同。
對(duì)于本實(shí)施方式所示的第一噴嘴5，將第一燃料噴嘴9的噴射孔做成小口徑且多孔化，將半數(shù)噴射孔設(shè)置于空氣導(dǎo)入筒11的出口附近，從而做成促進(jìn)燃料與空氣的混合的結(jié)構(gòu)。
圖6表示對(duì)本實(shí)施方式的燃燒器1的稀薄混和氣的緩慢燃燒反應(yīng)進(jìn)行了化學(xué)反應(yīng)模擬試驗(yàn)的結(jié)果。圖6中，橫軸為從第二空氣導(dǎo)入孔16到稀釋孔15的距離與燃燒器襯套3的全長(zhǎng)之比的值，在圖5所示的燃燒器1中，稀釋孔15的位置在0.60的位置上。圖6下方的曲線表示燃燒氣體溫度沿燃燒器內(nèi)的燃燒氣體流通方向的變化，上方的曲線是以沿燃燒氣體流通方向的一氧化碳的濃度作為反應(yīng)的指標(biāo)予以表示的。
稀薄混合氣的緩慢的燃燒反應(yīng)的進(jìn)行情況雖與圖2所示的第一實(shí)施方式相同，但在本實(shí)施方式中，將混合平均溫度對(duì)第二噴嘴8設(shè)計(jì)為931℃，對(duì)第三噴嘴19設(shè)計(jì)為961℃，由于這些均比第一實(shí)施方式高，因此，必要的滯留時(shí)間短、反應(yīng)進(jìn)行得快。如上述的表2所示，盡管第三噴嘴19的當(dāng)量比比第二噴嘴8低而反應(yīng)卻進(jìn)行得更快，這是因?yàn)閷?duì)于第三噴嘴19，由第一噴嘴5和第二噴嘴8雙方的燃料的發(fā)熱起了作用而使混合平均溫度增高。
如上所述，通過(guò)使在第一噴嘴5噴出的火焰的下游側(cè)以交叉方式噴出燃料和空氣的噴嘴，如第二噴嘴8及第三噴嘴19那樣，使之多級(jí)化，由于這樣能減少該級(jí)上的混合流量，因此，能夠提高各級(jí)噴嘴的混合平均溫度。并且，在燃燒氣體的下流一側(cè)，由于能夠利用上流一側(cè)的發(fā)熱，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的混合平均溫度，可使稀薄的混合器進(jìn)一步燃燒。再有，此時(shí)，為了將燃燒器出口的燃燒氣體的溫度的偏差抑制得很小，各級(jí)的噴嘴8、19的空氣導(dǎo)入孔16、20的沿圓周方向的配置理想的是交錯(cuò)配置。
根據(jù)圖7說(shuō)明本發(fā)明的第三實(shí)施方式。圖7所示的燃燒器1也與圖1及圖5所示的燃燒器一樣，是逆流罐型燃燒器。本實(shí)施方式的燃燒器1與先前的兩個(gè)實(shí)施方式相比，是進(jìn)行極小規(guī)模發(fā)電的再生式燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器，燃燒器的規(guī)格為，燃燒器入口的空氣溫度為470℃、燃燒器出口的截面平均燃燒氣體溫度為860℃并以煤油作為燃料。
在本實(shí)施方式中，由于燃料為液體燃料煤油，因此，為了防止堵縫，除了在第一燃料噴嘴24的周圍為使空氣流通而設(shè)置了導(dǎo)流筒25及將第一燃料噴嘴24及第二燃料噴嘴26做成適合于液體燃料的結(jié)構(gòu)之外，其它均與第一實(shí)施方式的燃燒器1的結(jié)構(gòu)以及燃料和空氣的流通大致相同。
如上所述，本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器，適合使用于燃燒器入口的空氣溫度較高的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器。
權(quán)利要求
1.一種燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器，其特征在于，設(shè)有將燃料和空氣噴出到燃燒室內(nèi)的第一噴嘴；和在與該第一噴嘴噴出的火焰的前端部相對(duì)應(yīng)的位置上，使燃料和空氣形成循環(huán)噴流的第二噴嘴。
2.一種燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器，其特征在于，設(shè)有將燃料和空氣噴出到燃燒室內(nèi)的第一噴嘴；和在該第一噴嘴噴出的火焰的下游一側(cè)，以交叉方式噴出燃料和空氣的第二噴嘴。
3.一種燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器，其特征在于，設(shè)有將燃料和空氣噴出到燃燒室內(nèi)的第一噴嘴；和引導(dǎo)燃料和空氣使之與該第一噴嘴噴出的火焰的流通方向交叉的第二噴嘴。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所記載的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器，其特征在于，上述第二噴嘴以貫通形成上述燃燒室的圓周壁的方式設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所記載的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器，其特征在于，上述第二噴嘴由多個(gè)噴嘴構(gòu)成；這些多個(gè)噴嘴的配置使燃料和空氣在上述燃燒室的中心部附近相沖突。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所記載的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器，其特征在于，上述第二噴嘴具備在上述燃燒室的中心部附近使燃料位于空氣的噴出流的外側(cè)的燃料噴射噴嘴。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所記載的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器，其特征在于，上述第二噴嘴，在形成上述燃燒室的圓周壁上設(shè)有將燃料和空氣引導(dǎo)到燃燒室中心部的引導(dǎo)筒；該引導(dǎo)筒凸出于上述燃燒室內(nèi)。
8.一種燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器，其特征在于，設(shè)有將燃料和空氣噴出到燃燒室內(nèi)的第一噴嘴；和在與該第一噴嘴噴出的火焰的前端部相對(duì)應(yīng)的位置上，形成燃料和空氣的循環(huán)噴流的第二噴嘴；而且，在上述燃燒室內(nèi)的反應(yīng)區(qū)域的終端部附近設(shè)有使之產(chǎn)生混合氣的循環(huán)噴流的第三噴嘴。
9.一種燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器，其特征在于，在燃燒室的上游一側(cè)設(shè)有確保燃燒穩(wěn)定性的引火噴嘴的同時(shí)，在上述引火噴嘴噴出的火焰的前端部設(shè)有產(chǎn)生稀薄混合氣的循環(huán)噴流的稀薄混合氣引導(dǎo)單元。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種即使使用高溫空氣也能進(jìn)行穩(wěn)定的燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)用燃燒器。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明設(shè)置有將燃料和空氣噴射到燃燒室(2)內(nèi)的第一噴嘴(5)和在與該第一噴嘴(5)噴出的火焰的前端部相對(duì)應(yīng)的位置上產(chǎn)生燃料和空氣的循環(huán)噴流的第二噴嘴(8)。
文檔編號(hào)F23R3/44GK1878987SQ20038011083
公開日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2003年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月16日
發(fā)明者百百聰, 中野晉, 坪內(nèi)邦良, 吉田正平, 平田義隆 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所