專利名稱：燃燒裝置及燒嘴的燃燒方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃燒裝置及燒嘴的燃燒方法。
背景技術(shù)：
近幾年，關(guān)于大氣污染物質(zhì)的排出的限制越來越嚴(yán)格。例如，在燃?xì)廨啓C(jī)
燃燒器中，為了減少包含在排出氣體中的氮氧化物(NOx)的排出量，研究了 各式各樣的燃燒方式。
作為一種燃燒方式，有將燃料噴嘴和空氣孔配置在同軸上，并向燃燒室內(nèi) 供給燃料和空氣的同軸噴流而使其燃燒的同軸噴流燃燒方式。這種同軸噴流燃 燒方式與現(xiàn)有的預(yù)混合燃燒方式進(jìn)行比較，可以在非常短的距離內(nèi)促進(jìn)燃料和 空氣的混合，并可以減少NOx的排出量。
專利文獻(xiàn)1:日本特開2003 - 148734號(hào)公才艮。
由于同軸噴流燃燒方式的燃燒裝置可以快速混合燃料和空氣，因此能夠降 低NOx排出量。今后，將要求進(jìn)一步減少NOx排出量。
NOx生成量伴隨著燃燒氣體溫度的上升呈指數(shù)函數(shù)增加。因此，為了進(jìn)一 步減少NOx排出量，有效的方法是在提高燃料和空氣的混合度的同時(shí)，進(jìn)一 步增加相對(duì)于燃料的空氣的流量，并降低燃燒室中的燃燒氣體的溫度。
但是，若提高相對(duì)于燃料流量的空氣流量的比例，在燃料稀薄的條件下運(yùn) 轉(zhuǎn)，則火焰的狀態(tài)變得不穩(wěn)定。因此，在NOx減少上是有限度的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于在同軸噴流燃燒方式的燃燒裝置中實(shí)現(xiàn)更低的NOx。 本發(fā)明的特征為，、具有在燃料及空氣一同通過空氣孔時(shí)使上述燃料及上 述空氣混合的燒嘴板；作為該燒嘴板的一部分延伸至從上述空氣孔分離的燃燒 室一側(cè)的燒嘴板延長部；以及，在該燒嘴板延長部的燃燒室一側(cè)向上述燃料流 的通過方向突出的突起部，并且相對(duì)的上述突起部的間隙比上述空氣孔的直徑 還大，且在上述燒嘴板、上述燒嘴板延長部以及上述突起部之間形成火種形成區(qū)域。
本發(fā)明具有以下效果。
根據(jù)本發(fā)明，在同軸噴流燃燒方式的燃燒裝置中，能夠?qū)崿F(xiàn)更低的NOx。


圖1是在實(shí)施例1中放大了燃料噴嘴和空氣孔的周邊部位的圖。
圖2是在實(shí)施例2中放大了燃料噴嘴和空氣孔的周邊部位的圖。
圖3是在實(shí)施例3中放大了燃料噴嘴和空氣孔的周邊部位的圖。
圖4是在實(shí)施例4中放大了燃料噴嘴和空氣孔的周邊部位的圖。
圖5是在實(shí)施例5中放大了燃料噴嘴和空氣孔的周邊部位的圖。
圖6是在實(shí)施例6中放大了燃料噴嘴和空氣孔的周邊部位的圖。
圖7是表示了突起部附近的燃料流和空氣流的流動(dòng)狀態(tài)的圖。
圖8是在實(shí)施例1中放大了燃料噴嘴和空氣孔的周邊部位的圖(變形例)。
圖9是在實(shí)施例1中放大了燃料噴嘴和空氣孔的周邊部位的圖(變形例)。
圖10是在實(shí)施例5中放大了燃料噴嘴和空氣孔的周邊部位的圖(變形例)。
圖11是燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖12是實(shí)施例3中的空氣孔的構(gòu)造圖。
圖13是在實(shí)施例1的燒嘴板中，火焰?zhèn)鞑ブ镣黄鸩康纳嫌蝹?cè)的場(chǎng)合的圖。 圖14是表示了在實(shí)施例1的燒嘴板中，從燃料噴嘴噴出的燃料流流入燃 燒室內(nèi)的情況的圖。 圖中
1~7-突起部，10-燃料噴嘴，11-燒嘴板，12-空氣孔，21-空氣流， 22-燃料流，30-預(yù)混合氣體，31-已燃?xì)怏w，32-循環(huán)流，40-火焰， 51、 52-熱能，110-空氣壓縮機(jī)，120-高壓空氣，180-燃燒室。
具體實(shí)施例方式
圖11是在作為一種燃燒裝置的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器上應(yīng)用了同軸噴流燃燒方
式的圖，是燃?xì)廨啓C(jī)的整體概略圖。
燃?xì)廨啓C(jī)具有空氣壓縮機(jī)110、燃燒裝置302以及渦輪190。 空氣壓縮機(jī)110壓縮外部的空氣而生成高壓空氣120,并從擴(kuò)散器130導(dǎo)
入機(jī)室140內(nèi)。然后，高壓空氣120在流過了尾筒150和設(shè)置在其外周的尾筒流動(dòng)套筒151之間的間隙之后，流過襯套160和配置在襯套外周的同心圓上的 外筒250之間的間隙。尾筒150和襯套160、尾筒流動(dòng)套筒151和外筒25X)分 別進(jìn)行連接。高壓空氣120在流過了上述間隙之后反向流動(dòng)，從設(shè)置在燒嘴板 11上的空氣孔12導(dǎo)入燃燒室180內(nèi)。
另一方面，在燃料系統(tǒng)170中，燃料被燃料泵171升壓并利用流量調(diào)節(jié)閥 172調(diào)節(jié)流量。然后，燃料從燃料噴嘴10向空氣孔12的入口部噴出。此時(shí)， 燃料噴嘴IO和空氣孔12同軸地配置。所謂"同軸配置"是指，在燃料噴嘴10 的下游側(cè)配置具有空氣孔12的燒嘴板11,并從燃料噴嘴10大致向空氣孔入 口面的中心噴出燃料，從而以在空氣孔12的內(nèi)部在燃料流的外周側(cè)形成g氣 流的方式，配置了燃料噴嘴IO及燒嘴板11的構(gòu)造。而且，"同軸噴流，，是指， 在空氣孔12的內(nèi)部，在燃料流的外周側(cè)形成了圓環(huán)狀的空氣流的噴流。
從空氣孔12噴出的燃料流和空氣流供給到襯套160內(nèi)部的燃燒室180內(nèi)， 并燃燒而形成火焰，從而生成高溫高壓的燃燒氣體181。在燃燒裝置302中生 成的燃燒氣體181從尾筒150導(dǎo)入渦輪190內(nèi)。
在渦輪190中，利用高溫高壓的燃燒氣體181旋轉(zhuǎn)渦輪軸。另外，利用與 渦輪軸連結(jié)的發(fā)電機(jī)200從燃燒氣體181得到輸出功率?？諝鈮嚎s機(jī)110和發(fā) 電機(jī)200通過一個(gè)軸與渦輪190連結(jié)。但是，空氣壓縮機(jī)IIO、渦輪190、發(fā) 電才幾200也可以是兩個(gè)軸的結(jié)構(gòu)。
另外，雖然在圖11中燃料系統(tǒng)170做成了一個(gè)系統(tǒng)，但也存在燃料系統(tǒng) 分成多個(gè)系統(tǒng)并向多個(gè)燃料集管供給的多燃燒器構(gòu)造。例如，在火力發(fā)電站等 廣泛使用的燃?xì)廨啓C(jī)，相對(duì)于渦輪旋轉(zhuǎn)軸以放射狀排列了多個(gè)燃燒器。
在上述同軸噴流燃燒方式中，可以將NOx排出量抑制得比較低。可是， 由于NOx排出量的環(huán)境限制值逐年變得嚴(yán)格，因此即便是同軸噴流燃燒方式 也希望進(jìn)一步減少NOx排出量。
這里，NOx生成量伴隨著燃燒氣體溫度的上升呈指數(shù)函數(shù)增加。因此，為 了進(jìn)一步減少NOx排出量，需要在提高燃料和空氣的混合度的同時(shí)，相對(duì)于 燃料增加空氣的流量，并降低燃燒室中的燃燒氣體的溫度?？墒?，若在燃料稀 薄的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，則火焰的狀態(tài)變得不穩(wěn)定。因而，在同軸噴流燃燒方式中為
了實(shí)現(xiàn)NOx排出量的減少，需要提高燃燒裝置的火焰穩(wěn)定性。[實(shí)施例1]
圖1 (b)是從燃燒室180觀察了燒嘴板11的主^L圖。圖1 (a)是圖11 的燃?xì)廨啓C(jī)整體概略圖中的放大了燃料噴嘴IO和空氣孔12的周邊部位的概略 剖視圖，并且是圖1 (b)的A-A剖視圖。
本實(shí)施例的燒嘴具有燃料噴嘴10;具有空氣孔12的燒嘴板11;設(shè)置在 燒嘴板ll上的突起部l;以及形成燃燒室180的襯套160。在燒嘴板ll和襯 套160之間設(shè)有彈簧密封圈161。
燃料流22從燃料噴嘴10向空氣孔12的入口部射出。空氣流21從燃料噴 嘴10的外周側(cè)流入空氣孔12的入口部。流入到空氣孔12的空氣流21以包住 燃料流22的外周側(cè)的方式流過空氣孔12的內(nèi)部，并從空氣孔12向燃燒室180 噴出。然后，由燃料流和空氣流引起的同軸噴流從空氣孔12的出口部噴出， 并在燃燒室180內(nèi)形成火焰。在這里，空氣孔12的入口部設(shè)置在與燃料噴嘴 IO的噴出口相對(duì)的位置上。另外，空氣孔12的出口部面向燃燒室180。
空氣孔12形成在燒嘴板11上。另外，如圖1 (b),空氣孔12以同心圓 狀配置成3列，并從燒嘴的內(nèi)周側(cè)設(shè)置有6個(gè)、12個(gè)、18個(gè)空氣孔12。此外， 各空氣孔列從內(nèi)周側(cè)依次是第一列空氣孔12-1、第二列空氣孔12-2、第三 列空氣孔12-3。然后，圖1 (b)構(gòu)成一個(gè)燒嘴板。
燒嘴板11相對(duì)于燒嘴的外周側(cè)燒嘴的內(nèi)周側(cè)(燒嘴的軸中心側(cè))上的厚 度薄。即，燒嘴板11的一部分(外周側(cè))形成延伸至從第一列空氣孔12-1 分離的燃燒室一側(cè)的燒嘴板延長部。這樣，通過改變燒嘴板11的厚度，可以 使燒嘴軸方向上的空氣孔12的出口部的位置不同。
另外，如圖1 (a)所示，通過燒嘴板ll具有階梯形狀，在燒嘴軸中心一 側(cè)形成凹部200。在該凹部200上配置有設(shè)置在燒嘴的軸中心一側(cè)的6個(gè)空氣 孔12-1 (第一列)的出口部。另外，在相對(duì)于凹部200設(shè)置有階梯的燒嘴板 11的階梯部201上，配置有第二列空氣孔12-2及第三列空氣孔12-3的出 o部。
并且，在燒嘴板11上作為連接凹部200和階梯部201的面設(shè)置有側(cè)面部
202。
在這里，凹部200相對(duì)于燒嘴軸中心呈圓形。另外，側(cè)面部202做成從燒嘴板11挖出圓柱的形狀。因此，燒嘴板11的階梯形狀沿著圓周方向連續(xù)形成。
另外，在本實(shí)施例中，在燒嘴板11的側(cè)面部202的下游側(cè)設(shè)有在燒嘴板延長 部的燃燒室一側(cè)向燃料流及空氣流的通過方向突出的突起部1,從而利用燒嘴 板11的階梯形狀，使從第一列空氣孔12-1噴出的燃料流和空氣流碰撞在燒 嘴板ll的階梯部上。該突起部1的間隙比空氣孔的直徑還大。另外，在相對(duì) 于由燒嘴板11的階梯部201形成的面垂直地切斷了燒嘴板的場(chǎng)合，突起部1 的前端成為銳角。而且，突起部1也與燒嘴板11的階梯形狀相同地沿圓周方 向連續(xù)形成。
另外，如圖1 (b)所示，設(shè)置在燒嘴板11的側(cè)面部202上的突起部1以 阻礙從第一列空氣孔12-1噴出的燃料流和空氣流的一部分的方式設(shè)置，并具 有擾亂燃燒流和空氣流的障礙物的作用。而且，在突起部1的下游側(cè)形成有高 溫的循環(huán)流。該循環(huán)流成為火種，并通過向未燃燒的預(yù)混合氣體提供熱能，對(duì) 未燃燒的預(yù)混合氣體進(jìn)行點(diǎn)火。因此，提高燒嘴整體的火焰穩(wěn)定性。其結(jié)果， 可以在燃料更稀薄的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，并能夠減少NOx排出量。
利用圖7對(duì)提高該火焰穩(wěn)定性的機(jī)械裝置進(jìn)行說明。圖7是表示突起部1 及第一列空氣孔12-1中的熱能及流動(dòng)的狀態(tài)的圖。
從燃料噴嘴IO噴出的燃料流流入第一列空氣孔12-1內(nèi)。然后，在空氣 孔12-l的內(nèi)部，在燃料流的外周側(cè)形成了空氣流的同軸噴流流到下游側(cè)，并 且進(jìn)行預(yù)混合。從第一列空氣孔12 - 1噴出的空氣流21和燃料流22的預(yù)混合 氣體30，向由燒嘴板ll的凹部200和側(cè)面部202包圍的空間噴出。然后，從 上述空間噴出的預(yù)混合氣體30在燃燒室180內(nèi)形成火焰40,成為高溫的已燃 氣體31。這樣，由燒嘴板、燒嘴板延長部、突起部包圍的空間成為形成火種 的區(qū)域。
從空氣孔12 - 1噴出的預(yù)混合氣體30沿著燒嘴板11的側(cè)面部202流到下 游側(cè)。然后，利用設(shè)置在側(cè)面部202的下游側(cè)的銳角狀的突起部1，預(yù)混合氣 體30向內(nèi)側(cè)改變彎曲方向。其結(jié)果，突起部1的下游側(cè)成為負(fù)壓，從而形成 從已燃?xì)怏w31的下游側(cè)朝向負(fù)壓狀態(tài)的上游側(cè)的循環(huán)流32。認(rèn)為該循環(huán)流32 從高溫的已燃?xì)怏w31接受熱能51而起到向未燃燒狀態(tài)的預(yù)混合氣體30提供 熱能52的作用。預(yù)混合氣體30通過得到點(diǎn)火所需的熱能51而能形成火焰40。由于對(duì)預(yù)混合氣體30連續(xù)地提供熱能52,因此預(yù)混合氣體30容易著火，從 而提高著火特性。由于在突起部1預(yù)混合氣體30容易著火，因此燒嘴中央部 的火焰穩(wěn)定性提高，并將燒嘴中央部的火焰作為火種還提高燒嘴外周部的火焰 穩(wěn)定性。其結(jié)果提高了整個(gè)燒嘴的火焰穩(wěn)定性。另外，由于能夠提高相對(duì)于燃 料流量的空氣流量的比率而在燃料更稀薄的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，因此可以進(jìn)一步減少 從燃燒裝置排出的NOx排出量。
如圖8 (a)所示，突起部1不做成銳角狀的三角形，而做成四邊形的突 起部5也可以。由此，簡化了突起部5的制作性，從而可以降低制作成本。
另外，如圖8 (b)所示，突起部6也可以是緩和的錐形形狀。錐形形狀 的突起部6在整個(gè)側(cè)面部202的范圍設(shè)有斜坡。在使用突起部(火焰穩(wěn)定器) 穩(wěn)定火焰的場(chǎng)合，存在如下可能性若在突起部的上游側(cè)產(chǎn)生紊流(二次流動(dòng))， 則火焰順著紊流的低流速部到達(dá)突起部的上游側(cè)。在這種場(chǎng)合，還存在燒壞突 起部(火焰穩(wěn)定器)的情況?？墒?，通過如圖8 (b)所示做成緩和的錐形形 狀，可以抑制產(chǎn)生在突起部6的上游側(cè)的紊流，從而能夠防止突起部6的燒壞。
圖13是表示了在使用本實(shí)施例的燒嘴板的場(chǎng)合，火焰40傳播至突起部1 的上游側(cè)的情況的圖。側(cè)面部202與火焰40接觸的壁面被火焰40加熱。因此， 在沒有冷卻突起部1的場(chǎng)合，存在突起部1被熔損的可能性。因而，通過使燃 料流22和空氣流21流過燒嘴板延長部的空氣孔12,溫度比火焰40特別低的 空氣和燃料冷卻突起部l。另外，在從空氣孔以外供給冷卻突起部1的流體的 場(chǎng)合，流道的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。從而，通過使燃料和空氣流過設(shè)置在燒嘴板延長 部上的空氣孔，能夠以簡單的構(gòu)造防止突起部1的熔損。
其次，為了說明本發(fā)明的作用和效果，對(duì)具有凹槽型火焰穩(wěn)定器的預(yù)混合 器(比較例)和本發(fā)明的不同點(diǎn)進(jìn)行說明。在比較例中，預(yù)混合器具有設(shè)置在 引火燒嘴的外周側(cè)上的圓環(huán)形狀的流道。而且，凹槽型火焰穩(wěn)定器設(shè)置在預(yù)混 合器的出口部上。在這種比較例中，預(yù)混合器的內(nèi)部預(yù)先被連結(jié)，并在預(yù)混合 器的內(nèi)部充滿了預(yù)混合氣體。因此，若火焰?zhèn)鞑ブ涟疾坌突鹧娣€(wěn)定器的上游側(cè)， 則火焰一 口氣傳播至預(yù)混合器內(nèi)而可能使火焰穩(wěn)定器熔損。
相對(duì)于這種比較例，在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中突起部1和燃料噴嘴IO之間由一 個(gè)一個(gè)分離的空氣孔12構(gòu)成。圖14 (a)表示從燃料噴嘴向燃燒室噴出的燃料流。在本發(fā)明中，2個(gè)空氣孔12在上游(圖14的左側(cè))與一個(gè)空間連接， 并且燃料流22從燃料噴嘴10向空氣孔12的入口中心噴出。因此，在比空氣 孔12的入口面靠上游側(cè)的位置，從燃料噴嘴IO噴出的燃料流被抑制與空氣流 的混合。而且，若燃料流流入到空氣孔12內(nèi)，則燃料流22在逐漸擴(kuò)散的同時(shí) 與周圍的空氣流進(jìn)行混合。即，在比空氣孔12的入口面靠上游側(cè)的位置，且 在鄰接的空氣孔之間的空間211內(nèi)不存在燃料。因此，即便火焰?zhèn)鞑ブ烈徊糠?空氣孔12的上游側(cè)，也能夠防止火焰?zhèn)鞑ブ料噜彽目諝饪住?br> 另外，在燃料及空氣一同通過空氣孔12時(shí)，混合燃料及空氣的燒嘴板U 和燃料噴嘴10的配置關(guān)系具有防止火焰進(jìn)入空氣孔的特性，比起比較例的預(yù) 混合器可靠性非常高。將圖14 (a)中的H-H截面上的燃料濃度分布212和 速度分布213表示在圖14(b)中?？v軸為空氣入口面的坐標(biāo)，并且從空氣孔 入口的中心將半徑作為r表示。另外，橫軸為燃料濃度和速度的相對(duì)值。另夕卜， 虛線214表示空氣孔壁面的位置。如圖所示，在壁面214的近旁由于壁面剪切 應(yīng)力的影響，流動(dòng)的流體的速度變慢。因此，存在火焰順著速度慢的區(qū)域進(jìn)入 空氣孔內(nèi)部的可能性?？墒?，根據(jù)本發(fā)明中的燒嘴板11和燃料噴嘴10的配置 關(guān)系，在速度慢的壁面近旁區(qū)域，燃料濃度分布212非常低。而且，還存在通 過被壁面奪取熱量而猝滅的效果，從而火焰不會(huì)在空氣孔壁面近旁的區(qū)域傳 播。因此，通過沿著從空氣孔12噴出的燃料流通過的方向設(shè)置突起部，即便 火焰?zhèn)鞑サ酵黄鸩康纳嫌蝹?cè)，也能夠防止傳播至燃料噴嘴10的燃料噴孔。根 據(jù)以上所述，利用突起部穩(wěn)定火焰，并且起到耐逆火性也良好的效果。
而且，希望將燃料噴嘴插入到空氣孔的內(nèi)部。若將燃料噴嘴插入到空氣孔 的內(nèi)部，則可以提高燃料和空氣的混合度。因此，通過如圖9所示將燃料噴嘴 IO插入到空氣孔12的內(nèi)部，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的混合度的提高和火焰穩(wěn)定 性的提高。
另外，相對(duì)于燒嘴的中心軸，傾斜空氣孔12的中心軸也是很有效的。尤 其是，通過傾斜地配置空氣孔12，以使從空氣孔12噴出的燃料流和空氣流具 有相對(duì)于燒嘴中心軸旋轉(zhuǎn)的速度成分，從而可以進(jìn)一步提高火焰的穩(wěn)定性。實(shí)施例2
圖2 (b)是從燃燒室180觀察了燒嘴板11的主一見圖。圖2 (a)是圖11的燃?xì)廨啓C(jī)整體概略圖中的放大了燃料噴嘴IO和空氣孔12的周邊部位的概略
剖視圖，并且是圖2 ( b )的B-B剖視圖。
在實(shí)施例1中，將由第一列空氣孔12-1形成的火焰穩(wěn)定化，并且提高了 由第二列空氣孔12-2及第三列空氣孔12-3形成的火焰的穩(wěn)定性。對(duì)此，本 實(shí)施例通過在第二列空氣孔12-2設(shè)置突起部2，還提高了由第二列空氣孔12 -2形成的火焰的穩(wěn)定性。其結(jié)果，可以進(jìn)一步提高燒嘴整體的火焰穩(wěn)定性。
該提高火焰穩(wěn)定性的基本的機(jī)械裝置與圖7中說明的內(nèi)容相同。即，不僅 在燒嘴內(nèi)周側(cè)(第一列空氣孔12- 1 )，而且在燒嘴外周側(cè)(第二列空氣孔12 -2)也形成有高溫的循環(huán)流。因此，循環(huán)流成為火種，還向從第_^列空氣孔 噴出的預(yù)混合氣體提供熱能，從而提高著火特性。
此外，在圖2中設(shè)置有2級(jí)的突起部。但是，根據(jù)空氣孔的孔數(shù)或配置也 可以設(shè)置3級(jí)、4級(jí)、多級(jí)的突起部。
另外，實(shí)施例2所示的突起部不僅可以是銳角狀，也可以考慮制作性而做 成四邊形。而且，也可以是緩和的錐形形狀的突起部。
另外，在實(shí)施例2中，通過將燃料噴嘴插入空氣孔的內(nèi)部，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn) 進(jìn)一 步的混合度提高和火焰穩(wěn)定性的提高。實(shí)施例3
圖3 (b)是從燃燒室180觀察了燒嘴板11的主視圖。圖3 (a)是圖11 的燃?xì)廨啓C(jī)整體概略圖中的放大了燃料噴嘴IO和空氣孔12的周邊部位的概略 剖視圖，并且是圖3 (b)的C-C剖視圖。圖12是表示了空氣孔12的形狀的 圖。
在本實(shí)施例中，燒嘴板ll的形狀做成挖出了圓錐的形狀。即，如圖12所 示，空氣孔12的出口部301所在的燒嘴板11的面是向燃燒室方向擴(kuò)展的形狀。 因此，由空氣孔12的出口部301形成的面，相對(duì)于燒嘴的中心軸傾斜。
另外，在比空氣孔12的出口部301靠下游側(cè)的位置設(shè)有擾亂燃料流和空 氣流的障礙物。該障礙物相當(dāng)于突起部l。該突起部1呈圓環(huán)狀的形狀，并設(shè) 置在每個(gè)列的空氣孔上。此外，突起部1位于傾斜的空氣孔12的出口部301 中的最下游側(cè)。
通常，在使用了火焰穩(wěn)定器的燃燒器中，若在火焰穩(wěn)定器的上游部產(chǎn)生紊流(二次流動(dòng))，則還存在火焰順著該紊流的低流速部到達(dá)火焰穩(wěn)定器的上游
部而燒壞火焰穩(wěn)定器的情況?？墒?，因?yàn)橛煽諝饪?2的出口部301形成的面
相對(duì)于燒嘴的中心軸傾斜，所以沒有在障礙物(突起部)的上游側(cè)引起紊流的 銳角部或滯流部位，從而可以防止突起部的燒壞而提高燃燒器的可靠性。另夕卜， 通過在各空氣孔列上設(shè)置突起部1,不僅提高燒嘴中央部的火焰穩(wěn)定性，而且 還提高外周部的火焰穩(wěn)定性，從而可以提高燒嘴整體的火焰穩(wěn)定性。
實(shí)施例4
圖4 (b)是從燃燒室180觀察了燒嘴板11的主視圖。圖4 (a)是圖11 的燃?xì)廨啓C(jī)整體概略圖中的放大了燃料噴嘴10和空氣孔12的周邊部位的概略 剖視圖，并且是圖4(b)的D - D剖視圖。
本實(shí)施例與實(shí)施例1不同，將突起部3設(shè)置在燒嘴中心側(cè)。另外，燒嘴板 11相對(duì)于燒嘴外周側(cè)增加了燒嘴內(nèi)周側(cè)(燒嘴的軸中心側(cè))的厚度。這樣， 通過改變燒嘴板11的厚度，可以使燒嘴軸方向上的空氣孔12的出口部的位置 不同。
另外，如圖4(b)所示，燒嘴板ll通過設(shè)置階梯形狀，在燒嘴軸中心側(cè) 形成階梯部201，在燒嘴外周一側(cè)形成凹部200。在該凹部200上配置有第二 列及第三列空氣孔12-2、 12-3的出口部。另外，在相對(duì)于凹部200設(shè)有階 梯的燒嘴板11的階梯部201上，配置有第一列空氣孔12-1的出口部。在本 實(shí)施例中，具有燒嘴板的第一列空氣孔12-1的階梯部201相當(dāng)于燒嘴板延長 部。
另外，階梯部201相對(duì)于燒嘴軸中心呈圓形狀。因此，燒嘴板ll的階梯 形狀沿著圓周方向連續(xù)形成。另外，側(cè)面部202為圓柱形狀。
在本實(shí)施例中，在燒嘴板11的側(cè)面部202上設(shè)有銳角狀的突起部3，以 利用燒嘴板11的階梯形狀使從第二列空氣孔12-2噴出的燃料流和空氣流碰 撞在燒嘴板11的側(cè)面部202。該銳角狀的突起部3也與燒嘴板11的階梯形狀 相同地沿著圓周方向連續(xù)形成。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在突起部3的下游側(cè)形成高溫的循環(huán)流。而且，作為比第二 列及第三列空氣孔靠下游側(cè)的空間的被夾在襯套160和燒嘴板延長部之間的 環(huán)狀空間成為火種形成區(qū)域。即，由于循環(huán)流成為火種并向從位于燒嘴外周側(cè)的第二列及第三列空氣孔12噴出的未燃燒的預(yù)混合氣體提供熱能，因此提高 了燒嘴外周側(cè)的火焰穩(wěn)定性?；镜幕鹧娣€(wěn)定性的機(jī)械裝置與實(shí)施例l相同。 在本實(shí)施例中，由于燒嘴板11相對(duì)于燒嘴的外周側(cè)，燒嘴的內(nèi)周側(cè)(燒嘴的 軸中心一側(cè))上的厚度更厚，因此難以受到面積上的制約，可根據(jù)空氣孔的孔
數(shù)、位置而在各位置上設(shè)置多個(gè)突起部3。實(shí)施例5
圖5 (b)是從燃燒室180觀察了燒嘴板11的主視圖。圖5 (a)是圖11 的燃?xì)廨啓C(jī)整體概略圖中的放大了燃料噴嘴10和空氣孔12的周邊部位的概略 剖視圖，并且是圖5 ( b )的E - E剖視圖。
在本實(shí)施例中，燒嘴板ll的厚度是一定的。因此，空氣孔12的流道長度 相同。而且，在燒嘴板11的端面上設(shè)置圓錐狀的突起部4。如圖5(b)所示， 圓錐狀的突起部4設(shè)置在燒嘴中心部上，并配置呈可阻礙從第一列空氣孔12 -1噴出的燃料流和空氣流。在突起部4的下游側(cè)形成高溫的循環(huán)流。該循環(huán) 流通過向未燃燒的預(yù)混合氣體提供熱能，促進(jìn)著火并提高火焰穩(wěn)定性。
由于涉及本實(shí)施例的突起部4為簡單的構(gòu)造，因此不僅是新設(shè)置的燃燒 器，而且在已設(shè)置的燃燒器上追加設(shè)置突起部4，可以提高火焰穩(wěn)定性。
另夕卜，在圖5中，突起部4為一個(gè)。可是，通過根據(jù)空氣孔的孔數(shù)或配置 而設(shè)置多個(gè)突起部4，也可以進(jìn)一步提高火焰穩(wěn)定性。
而且，如圖10所示，也可以通過在第一列空氣孔12-1和第二列空氣孔 12-2之間設(shè)置圓環(huán)形狀的突起部7，同時(shí)提高內(nèi)外周的火焰穩(wěn)定性。實(shí)施例6
本實(shí)施例將應(yīng)用了從實(shí)施例1至實(shí)施例5所述的構(gòu)造的燃料噴嘴和空氣孔 的結(jié)合體作為一個(gè)燒嘴，并組合多個(gè)這些燒嘴而構(gòu)成一個(gè)燃燒裝置。
圖6 (b)是從燃燒室180觀察了燒嘴板11的主視圖。圖6 (a)是圖11 的燃?xì)廨啓C(jī)整體概略圖中的放大了燃料噴嘴10和空氣孔12的周邊部位的概略 剖視圖。
如圖6(b)所示，在燃燒裝置的中心側(cè)配置一個(gè)燒嘴，并且在該燒嘴的 外周側(cè)配置6個(gè)燒嘴。在這些燒嘴上分別連接有燃料系統(tǒng)。另外，全部燒嘴采 用了圖l的燒嘴構(gòu)造。如圖6(a)所示，將燃料系統(tǒng)分配給每個(gè)燒嘴，通過控制根據(jù)負(fù)荷燃燒 的燒嘴個(gè)數(shù)，使燃料從燃?xì)廨啓C(jī)的起動(dòng)條件變化至100%負(fù)荷條件，從而可以 穩(wěn)定地繼續(xù)燃燒。另外，由于各個(gè)燒嘴燃燒穩(wěn)定性高，因此能夠降低供給到一 個(gè)燒嘴的燃料流量的下限值。而且，通過增加燃料噴嘴數(shù)，能夠比較容易地提 供每一罐的容量不同的燃燒裝置。
另外，也可以在燃燒裝置的中心側(cè)配置應(yīng)用了本發(fā)明的燒嘴，并且將配置 在該燒嘴外周側(cè)的6個(gè)燒嘴做成燒嘴板的厚度一定且未設(shè)置突起部的構(gòu)造。在 這種配置中，設(shè)置在燃燒裝置的中心側(cè)的燒嘴起到火種的作用。因此，即便在 外周側(cè)的燒嘴不能單獨(dú)地穩(wěn)定火焰的狀態(tài)下，也能從中心側(cè)的燒嘴向外側(cè)的燒 嘴供給熱能。從而，在燃燒裝置整體可以提高燃燒穩(wěn)定性。
從實(shí)施例1至實(shí)施例6所示的燃燒裝置，不僅應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器，而 且還可以應(yīng)用于搭載在燃料電池上的燃料改性用燃燒器、鍋爐用燃燒器、熱風(fēng) 取暖器或焚燒爐等，以甲烷等氣體作為燃料的各式各樣的燃燒裝置。
本發(fā)明具有如下產(chǎn)業(yè)上的可利用性。
本燃燒器構(gòu)造不僅僅限于燃?xì)廨啓C(jī)，還可以對(duì)應(yīng)于鍋爐的燃燒器或燃料電 池的改性器用燃燒器等，燃燒氣體燃料的所有燃燒器。
權(quán)利要求
1.一種燃燒裝置，其特征在于，具有在燃料及空氣一同通過空氣孔時(shí)使上述燃料及上述空氣混合的燒嘴板；作為該燒嘴板的一部分延伸至從上述空氣孔分離的燃燒室一側(cè)的燒嘴板延長部；以及在該燃燒板延長部的燃燒室一側(cè)向上述燃料流的通過方向突出的突起部，并且相對(duì)的上述突起部的間隙比上述空氣孔的直徑還大，在上述燒嘴板、上述燒嘴板延長部以及上述突起部之間形成火種形成區(qū)域。
2. —種燃燒裝置，其特征在于，具有在燃料及空氣一 同通過空氣孔時(shí)使上述燃料及上述空氣混合的階梯 形狀的燒嘴板；在該燒嘴板的外周側(cè)延伸至從上述空氣孔分離的燃燒室一側(cè)的 燒嘴板延長部；以及在該燒嘴板延長部的燃燒室一側(cè)向上述燃料流的通過方向 突出的銳角狀突起部，并且相對(duì)的上述突起部的間隙比上述空氣孔的直徑還 大，在上述燒嘴板、上述燒嘴板延長部以及上述突起部之間形成火種形成區(qū)域。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒裝置，其特征在于， 上述燒嘴板延長部由相對(duì)于上述燒嘴的外周側(cè)加大了軸中心一側(cè)的上述燒嘴板的厚度的階梯形狀形成，在上述階梯形狀的外周側(cè)設(shè)置了突起部。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒裝置，其特征在于， 上述燒嘴板的厚度一定，將阻礙從配置在上述燒嘴的軸中心一側(cè)的上述空氣孔噴出的上述燃料流 和空氣流的上述燒嘴板的突起部，設(shè)置在比上述空氣孔的噴出部靠下游側(cè)的位 置上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒裝置，其特征在于， 上述空氣孔相對(duì)于上述燒嘴的軸中心傾斜。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒裝置，其特征在于， 上述突起部為四邊形的突起部。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒裝置，其特征在于， 具備多個(gè)具有上述燒嘴板的燒嘴。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃燒裝置，其特征在于， 在上述燃燒裝置的軸中心，配置具有階梯形狀的燒嘴板的上述燒嘴， 并且在上述燃燒裝置的外周側(cè)，配置上述燒嘴板的厚度一定的燒嘴。
9. 一種燒嘴的燃燒方法，其特征在于，具備在設(shè)置于燒嘴板上的空氣孔的內(nèi)部，形成在燃料流的外周側(cè)形成了空氣流的同軸噴流的第一工序；該同軸噴流從上述空氣孔向燃燒室噴出的第二工序；以及，上述同軸噴流碰撞在延伸至從上述空氣孔分離的燃燒室一側(cè)的燒嘴板延長部的突起部上，并且形成火種的第三工序。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的燒嘴的燃燒方法，其特征在于， 從上述空氣孔噴出的燃料流和空氣流，具有相對(duì)于上述燒嘴的中心軸旋轉(zhuǎn)的速度成分。
全文摘要
本發(fā)明涉及燃燒裝置及燒嘴的燃燒方法。本發(fā)明的目的在于在同軸噴流燃燒方式的燃燒裝置中實(shí)現(xiàn)更低的NO_X。本發(fā)明的特征是，具有在燃料及空氣一同通過空氣孔時(shí)使上述燃料及上述空氣混合的燒嘴板；作為該燒嘴板的一部分延伸至從上述空氣孔分離的燃燒室一側(cè)的燒嘴板延長部；以及在該燃燒板延長部的燃燒室一側(cè)向上述燃料流的通過方向突出的突起部，并且相對(duì)的上述突起部的間隙比上述空氣孔的直徑還大，在上述燒嘴板、上述燒嘴板延長部以及上述突起部之間形成火種形成區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明，在同軸噴流燃燒方式的燃燒裝置中，能夠?qū)崿F(xiàn)更低的NO_X。
文檔編號(hào)F23R3/58GK101294715SQ20081009237
公開日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2008年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月26日
發(fā)明者三浦圭佑, 井上洋, 小山一仁, 齋藤武雄 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所