燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，其具有預(yù)混燃燒嘴，能夠形成圓錐形的火焰，并且降低襯套和燃燒器端面的金屬溫度。本發(fā)明的燃燒器具備至少一個(gè)對(duì)氣體燃料和空氣進(jìn)行預(yù)混合而向燃燒室噴射混合氣體使其燃燒的預(yù)混燃燒嘴，在安裝于上述燃燒嘴的端面外周部的圓筒導(dǎo)流體上設(shè)置空氣供應(yīng)孔，使相鄰的空氣供應(yīng)孔的間隔（D1）和空氣供應(yīng)孔與燃燒嘴出口端面的間隔（D2）小于從預(yù)混燃燒器噴射的預(yù)混氣體的消焰距離。
【專(zhuān)利說(shuō)明】燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器。
【背景技術(shù)】
[0002]從環(huán)保的觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)謀求進(jìn)一步的低NOx化。作為用于使燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器低NOx化的一個(gè)措施，例如有預(yù)混燃燒器。另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)I中公開(kāi)了這樣的燃燒器，即，該燃燒器具有向燃燒器供應(yīng)燃料的燃料噴嘴和位于該燃料噴嘴的下游側(cè)并供應(yīng)空氣的多個(gè)空氣孔，由將燃料噴嘴的噴射孔和空氣孔配置在同軸上的燃料燃燒用噴嘴形成的燃燒器，兼具耐逆火性和低NOx燃燒。
[0003]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0005]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:特開(kāi)2003-148734號(hào)公報(bào)
[0006]發(fā)明要解決的課題
[0007]但在專(zhuān)利文獻(xiàn)I中，對(duì)于在空氣孔內(nèi)部促進(jìn)燃料與空氣混合的情況下產(chǎn)生的火焰的保焰位置的變化和金屬溫度上升等課題沒(méi)有進(jìn)行研究。
[0008]因此，本發(fā)明的目的在于提供可以穩(wěn)定地形成火焰，降低襯套和燃燒器出口端面的金屬溫度的燃燒器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]用于解決課題的方案
[0010]本發(fā)明是一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，其具備至少一個(gè)對(duì)氣體燃料和空氣進(jìn)行預(yù)混合并向燃燒室噴射混合氣體的預(yù)混燃燒嘴，其中，燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器具備與上述預(yù)混燃燒嘴的上述燃燒室側(cè)的端面、即燃燒嘴出口端面連接并且被配置在上述預(yù)混燃燒嘴的外周而包圍上述預(yù)混燃燒嘴的圓筒，在上述圓筒上具有多個(gè)空氣供應(yīng)孔，相鄰的上述空氣供應(yīng)孔彼此的間隔和上述空氣供應(yīng)孔與上述燃燒嘴出口端面的間隔小于從上述預(yù)混燃燒嘴噴射的預(yù)混氣體的消焰距離。
[0011]發(fā)明效果
[0012]根據(jù)本發(fā)明，可以提供能夠形成穩(wěn)定的火焰、能夠降低襯套或燃燒嘴端面的金屬溫度的燃燒器。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是表示第一實(shí)施例的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的燃燒嘴部的具體截面圖和燃料系統(tǒng)以及控制裝置的圖。
[0014]圖2是從燃燒室側(cè)看圖1所示的第一實(shí)施例的燃燒嘴的正視圖。
[0015]圖3是表示適用第一實(shí)施例的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的燃?xì)廨啓C(jī)裝置的概略結(jié)構(gòu)的裝置系統(tǒng)圖。[0016]圖4是燃燒器的外側(cè)燃燒嘴截面放大圖。
[0017]圖5是燃燒器的外側(cè)燃燒嘴截面放大圖。
[0018]圖6是燃燒器的外側(cè)燃燒嘴截面放大圖。
[0019]圖7是第一實(shí)施例的外側(cè)燃燒嘴截面放大圖。
[0020]圖8是第一實(shí)施例的外側(cè)燃燒嘴端面和圓筒導(dǎo)流體的立體圖。
[0021]圖9是第一實(shí)施例的外側(cè)燃燒嘴截面放大圖。
[0022]圖10是表示預(yù)混氣體中的天然氣濃度和消焰距離的關(guān)系圖，該關(guān)系圖來(lái)自對(duì)比文件:Lewis, B.，von Elbe, G.: Combustion, Flames and Explosion of Gases (氣體的燃燒，火焰和爆炸)，2ns ed.，Academic Press (1961)。
[0023]圖11是燃燒器的外側(cè)燃燒嘴的截面放大圖。
[0024]圖12是表示第一實(shí)施例的一個(gè)變形的外側(cè)燃燒嘴的截面放大圖。
[0025]圖13是就第一實(shí)施例的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的變形中的一個(gè)，表示燃燒嘴部的詳細(xì)截面圖和燃料系統(tǒng)以及控制裝置的圖。
[0026]圖14是第二實(shí)施例的外側(cè)燃燒嘴截面放大圖。
[0027]圖15是第三實(shí)施例的從燃燒室側(cè)看燃燒嘴的正視圖。
[0028]圖16是第三實(shí)施例的外側(cè)燃燒嘴端面和圓柱導(dǎo)流體的立體圖。
[0029]圖17是第四實(shí)施例的外側(cè)燃燒嘴端面和圓柱導(dǎo)流體的立體圖。
[0030]圖18是第五實(shí)施例中的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的燃燒嘴部的詳細(xì)截面圖。
[0031]圖19是從燃燒室側(cè)看圖18所示的第五實(shí)施例的燃燒嘴的正視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下就各實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
[0033](第一實(shí)施例)
[0034]圖3是發(fā)電用的燃?xì)廨啓C(jī)裝置的整體結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)圖。
[0035]在圖3中，發(fā)電用的燃?xì)廨啓C(jī)具備:對(duì)吸入空氣15加壓而生成高壓空氣16的壓縮機(jī)I ;使在壓縮機(jī)I生成的高壓空氣16和氣體燃料50燃燒、生成高溫燃燒氣體18的燃燒器2 ;由在燃燒器2生成的高溫燃燒氣體18驅(qū)動(dòng)的渦輪3 ;由渦輪3的驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)8 ;將壓縮機(jī)1、潤(rùn)輪3和發(fā)電機(jī)8連接成一體的軸7。
[0036]燃燒器2被容納在殼體4的內(nèi)部。另外，燃燒器2在其頭部具有由多個(gè)燃燒嘴構(gòu)成的多燃燒嘴6，在位于該多燃燒嘴6的下游側(cè)的燃燒器2的內(nèi)部具有將高壓空氣和燃燒氣體隔開(kāi)的近似圓筒形的燃燒器襯套10。
[0037]在該燃燒器襯套10的外周配置流動(dòng)套管11，作為形成使高壓空氣向下流的空氣流路的外周壁。流動(dòng)套管11的直徑大于燃燒器襯套10的直徑，被配置成與燃燒器襯套10基本是同心圓的圓筒形。
[0038]燃燒器襯套10的下游側(cè)配置尾筒內(nèi)筒12，用于將在燃燒器2的燃燒室5產(chǎn)生的高溫燃燒氣體18向渦輪3引導(dǎo)。在尾筒內(nèi)筒12的外周側(cè)配置尾筒外筒13。
[0039]吸入空氣15被壓縮機(jī)I壓縮后成為高壓空氣16。高壓空氣16充滿(mǎn)殼體4內(nèi)之后，流入尾筒內(nèi)筒12和尾筒外筒13之間的空間，從外壁面對(duì)尾筒內(nèi)筒12進(jìn)行對(duì)流冷卻。
[0040]而且，高壓空氣16通過(guò)形成在流動(dòng)套管11與燃燒器襯套10之間的環(huán)形流路向著燃燒器的頭部流動(dòng)。流入多燃燒嘴6的高壓空氣16流入設(shè)置在位于燃燒室5的上游側(cè)壁面的空氣孔板31上的多個(gè)空氣孔32。
[0041]流入了空氣孔32的高壓空氣16與從燃料噴嘴20噴射的氣體燃料混合，作為預(yù)混氣體17流入燃燒室5。預(yù)混氣體17在燃燒室5燃燒，生成高溫燃燒氣體18。該高溫燃燒氣體18通過(guò)尾筒內(nèi)筒12向渦輪3供應(yīng)。供應(yīng)給渦輪3的高溫燃燒氣體18在驅(qū)動(dòng)了渦輪3之后被排出，成為排氣氣體19。
[0042]由渦輪3獲得的驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)軸7向壓縮機(jī)I和發(fā)電機(jī)8傳遞。由渦輪3獲得的驅(qū)動(dòng)力的一部分驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)I對(duì)空氣加壓，生成高壓空氣。另外，由渦輪3獲得的驅(qū)動(dòng)力的另一部分使發(fā)電機(jī)8旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電力。
[0043]多燃燒嘴6具有氣體燃料系統(tǒng)51?53的三個(gè)燃料系統(tǒng)。各個(gè)燃料系統(tǒng)都具有燃料流量調(diào)整閥61?63，各個(gè)氣體燃料系統(tǒng)的流量利用控制裝置64的信號(hào)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度來(lái)控制，并控制燃?xì)廨啓C(jī)裝置9的發(fā)電量。另外，在分成三個(gè)燃料系統(tǒng)的上游側(cè)具有用于截?cái)嗳剂系娜剂辖財(cái)嚅y60。
[0044]圖1的截面圖表不多燃燒嘴6的具體情況，圖2表不從燃燒室5側(cè)看空氣孔板31的正視圖。本實(shí)施例的多燃燒嘴6由中央燃燒嘴76和6個(gè)外側(cè)燃燒嘴77形成。每個(gè)燃燒嘴由多個(gè)燃料噴嘴20、將氣體燃料向多個(gè)燃料噴嘴20分配的燃料箱23以及使空氣和燃料所通過(guò)的空氣孔32與燃料噴嘴一一對(duì)應(yīng)地配置的空氣孔板31形成。另外，如圖2的正視圖所示，各燃燒嘴的空氣孔32配置在三列同心圓上。在中央燃燒嘴上連接氣體燃料系統(tǒng)51，外側(cè)燃燒嘴被分成內(nèi)周部與外周部?jī)山M，分別連接氣體燃料系統(tǒng)52、53。
[0045]如圖7的外側(cè)燃燒嘴77的截面放大圖所示，在燃料噴嘴20的前端安裝凸緣28，而且燃料噴嘴20的前端插入到空氣孔32的內(nèi)部。因此，空氣16在通過(guò)燃料噴嘴前端的凸緣28時(shí)產(chǎn)生旋渦，可以促進(jìn)燃料射流和空氣16的混合。并且，可以利用短的空氣孔長(zhǎng)度進(jìn)行燃料與空氣的預(yù)混合。
[0046]如圖1所示，設(shè)置在空氣孔板31上的空氣孔32，由于形成圓錐形的火焰，因此在面向燃燒室5的出口相對(duì)于燃燒嘴中心軸傾斜，在燃燒嘴下游形成旋流40。旋流40的中心部形成負(fù)壓，因此形成循環(huán)流41，循環(huán)流41將高溫燃燒氣體從燃燒室下游向上游側(cè)輸送，向預(yù)混合氣供應(yīng)熱。通過(guò)該作用可以穩(wěn)定地對(duì)火焰43進(jìn)行保焰，并且從燃燒嘴的中心起以第i列的空氣孔為起點(diǎn)形成圓錐形的火焰43。通過(guò)形成圓錐形的火焰43，可以增加從空氣孔32的出口到達(dá)火焰43的距離，因此從空氣孔32噴射之后，燃料與空氣也進(jìn)一步混合，可以進(jìn)行低NOx燃燒。
[0047]在燃燒器內(nèi)部成為非常高的溫度，另外，根據(jù)地點(diǎn)的不同溫度也不同，因此，在襯套10與流動(dòng)套管11之間產(chǎn)生熱伸縮差。因此，如果完全固定燃燒嘴與襯套10，則因熱伸縮差在固定部產(chǎn)生應(yīng)力，有可能發(fā)生破損。因此，可以使用在燃燒嘴的外周部安裝彈簧狀的密封部件，將燃燒嘴插入襯套10內(nèi)部進(jìn)行固定的方法。在此情況下，利用彈簧狀密封部件既可以將襯套10相對(duì)于燃燒器半徑方向固定，又可以相對(duì)于軸方向不進(jìn)行約束，因此可以吸收襯套10與流動(dòng)套管11的熱伸縮差。
[0048]在本實(shí)施例中，如果增加空氣孔板31的厚度，就有在空氣孔內(nèi)火焰倒流燒壞的危險(xiǎn)，因此，將空氣孔板31做成了用于混合燃料和空氣所需的最小限的厚度。從混合燃料與空氣的角度出發(fā)，通過(guò)將空氣孔板31的厚度做成了所需要的最小限的厚度，單靠空氣孔板31不能固定彈簧狀的密封部件。因此，在本實(shí)施例中，將具有空氣供應(yīng)孔38的圓筒形的導(dǎo)流體36安裝在空氣孔板31的外周部。然后，在圓筒導(dǎo)流體36的外周安裝彈簧狀密封部件37，在襯套10的內(nèi)部插入燃燒嘴。另外，圓筒導(dǎo)流體36構(gòu)成為與燃燒嘴出口端面30連接，并包圍多燃燒嘴6。
[0049]在此,與本實(shí)施例不同地，圖4表不空氣供應(yīng)孔38未被配置在圓筒導(dǎo)流體36時(shí)的外側(cè)燃燒嘴77的詳細(xì)的截面圖。隨著從外側(cè)燃燒嘴的空氣孔噴射的預(yù)混氣體17的流動(dòng)，在外側(cè)燃燒嘴77的最外周的空氣孔和圓筒導(dǎo)流體36之間的區(qū)域產(chǎn)生循環(huán)流42。而且，為了相對(duì)于專(zhuān)利文獻(xiàn)I進(jìn)一步減少NOx，在燃料噴嘴前端設(shè)置凸緣28并插入空氣孔32的內(nèi)部，從而在進(jìn)行燃料與空氣的預(yù)混合的同時(shí)，使空氣孔相對(duì)于燃燒嘴中心軸傾斜，在燃燒嘴下游形成旋流，從而形成圓錐形的火焰43，增加在燃燒室5內(nèi)的混合距離。
[0050]從燃燒嘴的外周部空氣孔噴射的預(yù)混氣體17在到達(dá)火焰43之前向周?chē)鷶U(kuò)散，因此預(yù)混氣體17的一部分被吸入燃燒嘴外周部的循環(huán)流42并滯留。另外，在多燃燒嘴的情況下，如圖2所示，在燃燒嘴與燃燒嘴之間具有很大的死區(qū)35，形成更大的循環(huán)流。燃燒室5內(nèi)的流動(dòng)場(chǎng)所因旋流而發(fā)生很大的變化。因此如圖4所示，由于該變化，火焰43產(chǎn)生的高溫燃燒氣體18有可能在外側(cè)燃燒嘴77與圓筒導(dǎo)流體36之間的空間暫時(shí)向上游側(cè)倒流。
[0051]此時(shí)，由于循環(huán)流42充滿(mǎn)預(yù)混氣體17，因此，預(yù)混氣體通過(guò)高溫燃燒氣體被點(diǎn)燃，整個(gè)循環(huán)流成為高溫。一旦循環(huán)流內(nèi)成為高溫，則如圖5所示，火焰43變形，以外側(cè)燃燒嘴最外周的空氣孔出口周?chē)?7為起點(diǎn)被進(jìn)行保焰。以外側(cè)燃燒嘴最外周的空氣孔出口周?chē)?7為起點(diǎn)被進(jìn)行保焰的火焰43利用燃燒嘴外側(cè)的循環(huán)流42被供應(yīng)高溫燃燒氣體，因此被穩(wěn)定地保焰。其結(jié)果，因?yàn)榛鹧?3與圓筒導(dǎo)流體36和襯套10鄰近所以金屬溫度上升。另夕卜，由于火焰位置向上游側(cè)移動(dòng)，所以燃料與空氣的凈混合距離縮短，NOx排放量有可能增加。
[0052]另外，如圖6所示，即使在空氣孔板厚且無(wú)圓筒導(dǎo)流體的情況下，隨著從空氣孔32噴射的預(yù)混氣體17的流動(dòng)，在燃燒嘴外周部形成循環(huán)流42。雖然通過(guò)了彈簧狀密封部件37的漏泄空氣45流入燃燒室5內(nèi)部，但由于沿著襯套10流動(dòng)，幾乎不與循環(huán)流42混合，因此預(yù)混氣體滯留在循環(huán)流42內(nèi)，高溫燃燒氣體18暫時(shí)向上游倒流，從而循環(huán)流42中的預(yù)混氣體被點(diǎn)燃，與圖5 —樣，火焰以外側(cè)燃燒嘴最外周的空氣孔出口周?chē)?7為起點(diǎn)被進(jìn)行保焰。
[0053]因此，在本實(shí)施例中，如圖7、圖8所示，在安裝于燃燒室5側(cè)的燃燒嘴外周的圓筒導(dǎo)流體36上設(shè)置空氣供應(yīng)孔38?？諝夤?yīng)孔38在燃燒嘴出口端面30附近并且相對(duì)于燃燒嘴出口端面30在水平方向上開(kāi)口。彈簧狀密封部件37為了具有彈性功能而設(shè)置狹縫，通過(guò)了襯套10與空氣孔板31的間隙的空氣44通過(guò)彈簧狀密封部件37，一部分直接通過(guò)彈簧狀密封部件、被作為漏泄空氣45向燃燒室5供應(yīng)，其余的空氣通過(guò)空氣供應(yīng)孔38，被作為空氣噴射流46向燃燒室5噴射。
[0054]空氣噴射流46沿著燃燒嘴出口端面30向著燃燒嘴中心方向流動(dòng)，流入外側(cè)燃燒嘴77的燃燒嘴最外周部的空氣孔出口周?chē)?7。另外，在本實(shí)施例中，使相鄰的空氣供應(yīng)孔38的間隔Dl小于火焰的消焰距離，使空氣供應(yīng)孔38與燃燒嘴出口端面30的間隔D2也小于火焰的消焰距離。
[0055]在可以成為保焰起點(diǎn)的外側(cè)燃燒嘴最外周的空氣孔出口周?chē)?7，在空氣噴射流46直接到達(dá)的區(qū)域不存在燃料而不能對(duì)火焰進(jìn)行保焰。另外，由于相鄰的空氣噴射流46的間隔、空氣噴射流46與燃燒嘴出口端面30的間隔在消焰距離以下，因此即使該空間的空燃比高，也不能對(duì)火焰進(jìn)行保焰。因此，可以抑制火焰形狀的變化，保持圓錐形的火焰43。
[0056]如圖9所示，到達(dá)燃燒嘴外周部的空氣噴射流46被預(yù)混氣流17改變了流動(dòng)方向，預(yù)混氣流17的一部分被吸入空氣噴射流46，而不是被吸入循環(huán)流42。因此，循環(huán)流42的空燃比大幅度降低，可以防止火焰在循環(huán)流內(nèi)傳播。
[0057]但是，在空氣噴射流46的噴射流速與從空氣孔32噴射的預(yù)混氣流17相比非?？?，而且空氣供應(yīng)孔38與空氣孔32的出口非常接近的情況下，有可能阻礙預(yù)混氣流17的流動(dòng)而引起燃燒不穩(wěn)定。另外，從更接近空氣孔32的空氣供應(yīng)孔38噴射的空氣噴射流46有可能不被吸入循環(huán)流42。
[0058]對(duì)于這樣的問(wèn)題例如可以考慮使彈簧狀密封部件上游側(cè)37a的通過(guò)截面積小于空氣供應(yīng)孔38與彈簧狀密封部件下游側(cè)37b的通過(guò)截面積，降低空氣噴射流46的噴射流速。通過(guò)這樣可以削弱空氣噴射流的慣性力，使對(duì)空氣孔32所噴射的預(yù)混氣流的流動(dòng)的影響降到最小限，可靠地被吸入循環(huán)流42。
[0059]如上所述，在包圍燃燒嘴的圓筒導(dǎo)流體上設(shè)置空氣供應(yīng)孔38，構(gòu)成為使相鄰的空氣供應(yīng)孔38彼此的間隔Dl和空氣供應(yīng)孔38與燃燒嘴出口端面30的間隔D2小于預(yù)混氣體的消焰距離，從而可以抑制因火焰的形狀變化、因接近引起的金屬溫度上升，而且空氣噴射流46沿著燃燒嘴出口端面30流動(dòng)，從而可以在燃燒嘴表面形成空氣層，降低燃燒嘴出口端面30的溫度。即，可以形成穩(wěn)定的火焰，可以降低襯套和燃燒嘴端面的金屬溫度。
[0060]而且，在通過(guò)在空氣孔板31上設(shè)置的多個(gè)空氣孔向燃燒室供應(yīng)燃料和空氣的預(yù)混氣體的預(yù)混燃燒嘴中，如果增加空氣孔板31的厚度，就有在空氣孔內(nèi)火焰倒流燒壞的風(fēng)險(xiǎn)。另外，如果單純降低板的厚度，有可能難以安裝密封部件。根據(jù)本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，利用圓筒導(dǎo)流體可以確保密封部件的安裝空間，可以使空氣孔板31形成混合燃料和空氣所需要的最低厚度。因此，也可以降低空氣孔內(nèi)火焰倒流的風(fēng)險(xiǎn)，可以形成穩(wěn)定的火焰以及進(jìn)一步明顯地降低襯套和燃燒嘴端面的金屬溫度。
[0061]由于燃?xì)廨啓C(jī)的效率提高，渦輪入口的氣體溫度有上升的趨勢(shì)。但是，如果火焰的溫度超過(guò)1600°C，即使是預(yù)混燃燒，也排放大量的NOx，與擴(kuò)散燃燒一樣，或根據(jù)條件的不同排放更多，因此燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器的預(yù)混燃燒方式基本上適用于1600°C以下。在此，燃?xì)廨啓C(jī)額定負(fù)載條件下的壓縮機(jī)出口的平均溫度即空氣溫度為400°C時(shí)，火焰溫度成為1600°C的預(yù)混氣體中的天然氣濃度約為5%。在這種情況下，如圖10的預(yù)混氣體中的天然氣濃度與消焰距離的曲線(xiàn)圖所示，天然氣濃度為5%時(shí)的消焰距離約為1cm。但是，在采用了以上述條件應(yīng)用的預(yù)混燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器上，使Dl和D2小于Icm可以有效地防止火焰附著在預(yù)混燃燒嘴的外周部。
[0062]圖10的消焰距離是氣壓、室溫的數(shù)據(jù)，根據(jù)壓力、空氣溫度的上升，消焰距離有縮小的趨勢(shì)，但如圖8所示，空氣噴射流46 —面向周?chē)鷶U(kuò)散一面被射出，進(jìn)而空氣供應(yīng)孔38被向著燃燒器的中心噴射。因此，空氣噴射流46的間隔越接近中心越窄，到達(dá)燃燒嘴外周部時(shí)的相鄰的空氣噴射流46的間隔D1’和空氣噴射流46與燃燒嘴出口端面30的間隔D2’比Dl和D2更小。
[0063]另外，當(dāng)空氣噴射流46被從空氣供應(yīng)孔38噴射時(shí)產(chǎn)生滑流48，空氣噴射流46的一部分也向空氣噴射流46與空氣噴射流46之間流出。并且，在燃燒嘴最外周空氣孔出口附近，固定量的空氣流入空氣噴射流46與空氣噴射流46之間，通過(guò)降低局部空燃比可以得到延長(zhǎng)消焰距離的效果。因此，通過(guò)使Dl和D2小于1cm，可以使D1’和D2’遠(yuǎn)小于消焰距離，可以得到有效地防止火焰附著的效果。使Dl和D2在Icm以下在其他實(shí)施例中也同樣可以得到有效的效果。
[0064]彈簧狀密封部件37是阻礙圓筒導(dǎo)流體36和襯套10之間的空氣流動(dòng)的部件。因此，如圖11所示，將空氣供應(yīng)孔38配置在彈簧狀密封部件下游側(cè)37b的更下游的情況下，由于在空氣供應(yīng)孔的前后幾乎不產(chǎn)生壓差，因此大部分空氣44通過(guò)彈簧狀密封部件37之后直接沿著下游方向流動(dòng)而成為漏泄空氣45。因此，由于沒(méi)有足夠的空氣流入空氣供應(yīng)孔，有不能防止火焰附著在燃燒嘴外周部的危險(xiǎn)。
[0065]與此相對(duì)地，在本實(shí)施例中，如圖9所示，在襯套10與圓筒導(dǎo)流體36之間向下流動(dòng)的空氣44、45的流動(dòng)方向，將空氣供應(yīng)孔38配置在彈簧狀密封部件的上游側(cè)37a到下游側(cè)37b的范圍。因此，彈簧狀密封部件下游側(cè)37b成為阻力，可以使足夠的空氣流入空氣供應(yīng)孔38，可以抑制火焰向外側(cè)燃燒嘴外周附著。
[0066]如圖12所示，空氣供應(yīng)孔38也可以向著燃燒嘴出口端面30開(kāi)口。從空氣供應(yīng)孔38噴射的空氣噴射流46與燃燒嘴出口端面30碰撞，然后沿著燃燒嘴出口端面30向燃燒嘴中心方向流動(dòng)，流入燃燒嘴外周。與燃燒嘴出口端面30碰撞的空氣噴射流46相對(duì)于噴射方向也向垂直方向擴(kuò)散，因此空氣噴射流間的間隔變窄，圖8所示的Dl和D2進(jìn)一步縮小，可以進(jìn)一步抑制火焰的附著。
[0067]另外，如圖1所示，本實(shí)施例具有多個(gè)燃料系統(tǒng)，可以在從外側(cè)燃燒嘴的中心起第一列的燃料噴嘴上連接燃料系統(tǒng)52，在外周第二、第三列燃料噴嘴上連接燃料系統(tǒng)53，分別供應(yīng)氣體燃料。因此，向外周第二、第三列燃料噴嘴的每一個(gè)供應(yīng)的燃料比例少于第一列，可以降低從燃燒嘴最外周空氣孔噴射的預(yù)混氣體中的燃料濃度。
[0068]被吸入燃燒嘴外側(cè)的循環(huán)流42的預(yù)混氣體是從燃燒嘴最外周空氣孔噴射的預(yù)混氣體，因此在燃燒外周對(duì)火焰進(jìn)行保焰的情況下，火焰的特性受到從燃燒嘴最外周空氣孔噴射的預(yù)混氣體的空燃比支配。因此，向外周第二、第三列燃料噴嘴的每一個(gè)供應(yīng)的燃料比例少于第一列，從而可以延長(zhǎng)消焰距離，可以進(jìn)一步抑制火焰向外側(cè)燃燒嘴外周附著。
[0069]本實(shí)施例表示了具有多個(gè)燃燒嘴的多燃燒嘴的結(jié)構(gòu)，但如圖13所示，在只具有一個(gè)預(yù)混燃燒嘴的燃燒器上也是有效的。即使像多燃燒嘴那樣的沒(méi)有大的死區(qū)35的情況下，在燃燒嘴外周部也和多燃燒嘴一樣，隨著從空氣孔32噴射的預(yù)混氣體的流動(dòng)形成循環(huán)流42。因此，在沒(méi)有空氣供應(yīng)孔38的情況下，預(yù)混氣體滯留在循環(huán)流42內(nèi)，火焰有可能在燃燒嘴出口的外周部進(jìn)行保焰。但是，如本實(shí)施例所示，在圓筒導(dǎo)流體36上設(shè)置空氣供應(yīng)孔38，使Dl和D2小于從燃燒嘴噴射的預(yù)混氣體的消焰距離(例如小于Icm)，從而可以防止在燃燒嘴出口的外周部對(duì)火焰進(jìn)行保焰，防止襯套和燃燒嘴端面的金屬溫度上升。
[0070]在使用含有大量的氫氣等煤氣化氣體或焦?fàn)t煤氣等作為燃?xì)廨啓C(jī)的燃料的情況下，本實(shí)施例所示的結(jié)構(gòu)也是有效的。氫氣的燃燒速度非?？欤虼?，在燃燒嘴外周部的循環(huán)流中傳播，容易在空氣孔出口周?chē)M(jìn)行保焰。但是，通過(guò)應(yīng)用本發(fā)明，可以降低形成在外側(cè)燃燒嘴外周的循環(huán)流的空燃比，防止火焰順著外側(cè)循環(huán)流向上游側(cè)傳播。另外，由于氫氣與天然氣相比消焰距離非常短，因此，在圓筒導(dǎo)流體36上設(shè)置空氣供應(yīng)孔38的同時(shí)，減少向圖1所示的燃料系統(tǒng)53供應(yīng)的燃料流量，使外側(cè)燃燒嘴外周部上的局部空燃比小于燃燒嘴中心部，從而增加從最外周的空氣孔噴射的預(yù)混氣體的消焰距離是有效的。
[0071](第二實(shí)施例)
[0072]圖14表示第二實(shí)施例。如圖14所示，通過(guò)了彈簧狀密封部件的空氣44通過(guò)空氣供應(yīng)孔38而流入燃燒室5，一部分直接再次通過(guò)彈簧狀密封部件，作為漏泄空氣45流入燃燒室5。在本實(shí)施例中，相對(duì)于第一實(shí)施例，在襯套10與圓筒導(dǎo)流體36之間，在空氣供應(yīng)孔38的下游設(shè)置凸緣39，阻礙向燃燒嘴軸方向的流動(dòng)。這樣，在空氣供應(yīng)孔38的入口恢復(fù)靜壓，使更多的空氣從空氣供應(yīng)孔38流入燃燒室5。
[0073]漏泄空氣45無(wú)助于防止火焰附著在燃燒嘴外周端面，如果漏泄空氣量增加，燃燒用空氣就減少，火焰溫度上升，NOx排放量增加。因此，將漏泄空氣量控制在最小限，從空氣供應(yīng)孔38供應(yīng)防止火焰附著所需要的空氣量，從而既可以抑制NOx排放量增加，又防止火焰向燃燒嘴附著。
[0074]另外，在本實(shí)施例中，作為更有效地將空氣引入空氣導(dǎo)入孔38的結(jié)構(gòu)，以在圓筒導(dǎo)流體36上設(shè)置了凸緣39的情況為例子進(jìn)行了說(shuō)明。但是，凸緣也不一定非要設(shè)置在圓筒導(dǎo)流體36上，通過(guò)設(shè)置在襯套10與圓筒導(dǎo)流體36之間且位于空氣導(dǎo)入孔38的下游側(cè)，可以增加流入空氣供應(yīng)孔38的空氣量。
[0075](第三實(shí)施例)
[0076]圖15、圖16表不第三實(shí)施例。如圖15所不，由于外側(cè)燃燒嘴附近區(qū)域49的空氣導(dǎo)入孔38與外側(cè)燃燒嘴77的距離近，因此空氣噴射流46對(duì)預(yù)混氣體射流17的流動(dòng)的影響比相對(duì)于其他空氣供應(yīng)孔的空氣噴射流的影響相對(duì)大。因此，在本實(shí)施例中，為了使空氣噴射流46對(duì)預(yù)混氣體射流17流動(dòng)的影響為最小限，如圖16所示，與第一實(shí)施例一樣，使相鄰的空氣供應(yīng)孔38的間隔Dl和空氣供應(yīng)孔與燃燒嘴出口端面30的間隔D2小于從燃燒嘴最外周空氣孔噴射的預(yù)混氣體的消焰距離的同時(shí)，使外側(cè)燃燒嘴附近區(qū)域49的空氣供應(yīng)孔48的直徑小于其他區(qū)域的空氣供應(yīng)孔的直徑。
[0077]由于噴射流的勢(shì)核的長(zhǎng)度與直徑成比例，因此直徑越小噴射流的衰減越快，可以防止阻礙預(yù)混氣體17的流動(dòng)。另外，雖然從外側(cè)燃燒嘴附近區(qū)域49供應(yīng)的空氣量減少，但如圖15所示，外側(cè)燃燒嘴附近區(qū)域49的圓筒導(dǎo)流體36與外側(cè)燃燒嘴77之間的死區(qū)比其他區(qū)域窄，形成在該死區(qū)下游的循環(huán)流也更小。因此，利用來(lái)自更少的空氣供應(yīng)孔38的空氣量可以降低燃燒嘴外周側(cè)循環(huán)流的空燃比。
[0078]因此，利用來(lái)自所需最小限的空氣供應(yīng)孔38的空氣量可以抑制火焰附著在燃燒嘴外周部的整個(gè)周?chē)⑶倚纬蓤A錐形的火焰。而且，通過(guò)使從空氣供應(yīng)孔38供應(yīng)的空氣量為最小限，可以增加流入空氣孔32的空氣量，通過(guò)降低火焰區(qū)上的局部空燃比，可以降低NOx排放量。
[0079](第四實(shí)施例)
[0080]圖17表示第四實(shí)施例。本實(shí)施例相對(duì)于第一實(shí)施例，空氣供應(yīng)孔38在燃燒嘴的周向成為長(zhǎng)孔，可以擴(kuò)大空氣供應(yīng)孔38的全部開(kāi)口面積。另外,與第一實(shí)施例一樣,相鄰的空氣供應(yīng)孔38的間隔Dl和空氣供應(yīng)孔38與燃燒嘴出口端面30的間隔D2小于從燃燒嘴最外周空氣孔噴射的預(yù)混氣體的消焰距離。
[0081]本實(shí)施例與第一實(shí)施例相比，可以在周向更均勻地供應(yīng)空氣，且使空氣供應(yīng)孔38的開(kāi)口面積遠(yuǎn)大于彈簧狀密封部件的空氣通過(guò)截面積，從而可以降低空氣噴射流46的噴射流速。因此，可以使從空氣孔32噴射的預(yù)混氣流的流動(dòng)阻礙降低到最小限地向空氣孔出口周?chē)?yīng)空氣。
[0082]由此，與第一實(shí)施例一樣，排除能夠在外側(cè)燃燒嘴的最外周空氣孔的出口周?chē)鷮?duì)火焰進(jìn)行保焰的區(qū)域，可以防止火焰在燃燒嘴外周部進(jìn)行保焰，形成穩(wěn)定的圓錐火焰，防止金屬溫度上升。
[0083](第五實(shí)施例)
[0084]圖18、圖19表示第五實(shí)施例的燃燒器。本實(shí)施例的燃燒器是既可以使用液體燃料也可以使用氣體燃料的燃燒器，在襯套10的上游的軸中心位置設(shè)置擴(kuò)散燃燒嘴72，在其周?chē)渲枚鄠€(gè)對(duì)降低NOx排放有效的預(yù)混燃燒嘴73。在擴(kuò)散燃燒嘴72和預(yù)混燃燒嘴73的外周配置用于支撐各燃燒嘴的燃燒嘴本體75。另外，在各燃燒嘴的軸中心上游位置配置用于噴射液體燃料56、57的液體燃料噴嘴70、71。
[0085]本實(shí)施例的預(yù)混燃燒嘴73具有促進(jìn)燃料與空氣的混合且促進(jìn)從液體燃料噴嘴71噴射的液體燃料57的蒸發(fā)的混合室74。在混合室74的壁面，在軸方向形成三列(也可以是I列或多列)，在周向形成多個(gè)用于向其內(nèi)部導(dǎo)入空氣15的空氣孔34。形成在預(yù)混燃燒嘴73上的空氣孔34為了在混合室74內(nèi)部形成旋流，偏向周向配置。
[0086]在預(yù)混燃燒嘴73的空氣孔34的內(nèi)部壁面開(kāi)設(shè)氣體燃料噴射孔24，向空氣孔34內(nèi)部噴射氣體燃料52、53。氣體燃料與空氣在混合室74 一面形成旋流一面進(jìn)行混合，成為預(yù)混氣體而向燃燒室5噴射。當(dāng)預(yù)混氣體被向燃燒室5噴射時(shí)，由于流路的急劇擴(kuò)大，可以在燃燒嘴下游形成強(qiáng)循環(huán)流41，形成穩(wěn)定的火焰43。并且，在燃燒嘴外周部也形成循環(huán)流42。
[0087]為了支撐彈簧狀密封部件37，在燃燒嘴本體75的前端安裝圓筒導(dǎo)流體36。另外，本實(shí)施例與第二實(shí)施例相同，在導(dǎo)流體36的燃燒嘴出口端面30附近使空氣供應(yīng)孔38在燃燒嘴出口端面30水平地開(kāi)口。相鄰的空氣供應(yīng)孔38的間隔和空氣供應(yīng)孔38與燃燒嘴出口端面30的間隔小于火焰43的消焰距離。
[0088]通過(guò)將這樣的空氣供應(yīng)孔38設(shè)置在圓筒導(dǎo)流體36上，可以向燃燒嘴出口周?chē)?yīng)空氣噴射流46，通過(guò)排除能夠成為保焰起點(diǎn)的區(qū)域，且降低燃燒嘴外側(cè)循環(huán)流42內(nèi)的空燃比，可以防止火焰附著在燃燒嘴出口周?chē)?。并且可以抑制襯套10和燃燒嘴出口端面30的金屬溫度上升。
[0089]如上所述，各實(shí)施例中所述的燃燒器具備預(yù)混燃燒嘴，在燃燒嘴前端具有圓筒導(dǎo)流體的燃燒器中，通過(guò)在圓筒導(dǎo)流體上設(shè)置空氣供應(yīng)孔，從而可以防止火焰在預(yù)混燃燒嘴出口周?chē)Ｑ妫梢砸种埔r套和燃燒嘴端面的金屬溫度上升。
[0090]附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0091 ] I壓縮機(jī)，2燃燒器，3渦輪，4殼體，5燃燒室，6多燃燒嘴，7軸，8發(fā)電機(jī)，9燃?xì)廨啓C(jī)裝置，10燃燒器襯套，11流體套管，12尾筒內(nèi)筒，13尾筒外筒，15吸入空氣，16高壓空氣，17預(yù)混氣體，18高溫燃燒氣體，19排氣氣體，20,21燃料噴嘴，23燃料箱，24氣體燃料噴射孔，28,29凸緣，30燃燒嘴出口端面，31空氣孔板，32、33、34空氣孔，35燃燒嘴外周死區(qū)，36圓筒導(dǎo)流體，37彈簧狀密封部件，38空氣供應(yīng)孔，40旋流，41、42循環(huán)流，43火焰，44、45、46空氣，47燃燒嘴出口周?chē)?9外側(cè)燃燒嘴附近區(qū)域，50?53氣體燃料系統(tǒng)，56、57液體燃料，60燃料截?cái)嚅y，61?63燃料流量調(diào)節(jié)閥，64控制裝置，70、71液體燃料噴嘴，72擴(kuò)散燃燒嘴，73預(yù)混燃燒嘴，74混合室，75燃燒嘴本體，76中央燃燒嘴，77外側(cè)燃燒嘴
【權(quán)利要求】
1.一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，其具備至少一個(gè)對(duì)氣體燃料和空氣進(jìn)行預(yù)混合并向燃燒室噴射混合氣體的預(yù)混燃燒嘴，其特征在于， 該燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器具備與所述預(yù)混燃燒嘴的所述燃燒室側(cè)的端面、即燃燒嘴出口端面連接并且被配置在所述預(yù)混燃燒嘴的外周而包圍所述預(yù)混燃燒嘴的圓筒， 在所述圓筒上具有多個(gè)空氣供應(yīng)孔，相鄰的所述空氣供應(yīng)孔彼此的間隔和所述空氣供應(yīng)孔與所述燃燒嘴出口端面的間隔小于從所述預(yù)混燃燒嘴噴射的預(yù)混氣體的消焰距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，其特征在于， 所述預(yù)混燃燒嘴具備具有多個(gè)空氣孔的空氣孔板和向所述空氣孔板的空氣孔噴射氣體燃料的燃料噴嘴，所述空氣孔中的一個(gè)與所述燃料噴嘴中的一個(gè)成為一對(duì)，至少具有一個(gè)以上的將成對(duì)的多個(gè)所述燃料噴嘴和所述空氣孔集中配置而構(gòu)成的燃燒嘴。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，其特征在于， 相鄰的所述空氣供應(yīng)孔彼此的間隔以及所述空氣供應(yīng)孔與所述燃燒嘴的出口端面的間隔小于1cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，其特征在于， 上述燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器具備由多個(gè)所述預(yù)混燃燒嘴構(gòu)成的多燃燒嘴。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，其特征在于，該燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器具備: 襯套，所述襯套包圍燃燒室； 密封部件，所述密封部件被設(shè)置在所述襯套與被插入所述襯套的所述圓筒之間，固定所述圓筒和所述襯套，阻礙所述襯套與所述圓筒之間的空氣流動(dòng)， 設(shè)置在所述圓筒上的所述空氣供應(yīng)孔在所述襯套與所述圓筒之間向下流動(dòng)的空氣的流動(dòng)方向被配置在從所述密封部件的上游端到下游端的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，其特征在于， 所述空氣供應(yīng)孔平行于所述燃燒嘴出口端面，或向著所述燃燒嘴出口端面開(kāi)口。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，其特征在于， 所述空氣供應(yīng)孔為在所述圓筒的周向較長(zhǎng)的長(zhǎng)孔形。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，其特征在于， 在所述襯套與所述圓筒導(dǎo)流體之間的所述空氣供應(yīng)孔的下游具有阻礙空氣流動(dòng)的凸緣。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，其特征在于， 在所述空氣供應(yīng)孔中，鄰近燃燒嘴的所述空氣供應(yīng)孔的直徑小于離開(kāi)燃燒嘴的空氣供應(yīng)孔的直徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，其特征在于， 該燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器具備多個(gè)燃料系統(tǒng)，各燃燒嘴的空氣孔和燃料噴嘴被配置在多列圓周上，在所述燃料噴嘴中，由內(nèi)周側(cè)燃料噴嘴和外周側(cè)燃料噴嘴與各自的燃料系統(tǒng)連接，并且向所述外周燃料噴嘴供應(yīng)的每一個(gè)的燃料流量少于向所述內(nèi)周燃料噴嘴供應(yīng)的每一個(gè)的燃料流量。
【文檔編號(hào)】F23R3/04GK103672965SQ201310371155
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月24日
【發(fā)明者】三浦圭祐, 百百聰, 小金澤知己, 平田義隆, 阿部一幾 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所