Gasbrenner, vorzugsweise für Brennkammern von Gasturbinenanlagen Bei
den Gasbrennern, die in ortsgebundenen Gasturbinenanlagen für Krafterzeugung Verwendung
finden, wird üblicherweise die Mischung des Brenngases und der Verbrennungsluft
in der Flammenzone der Brennkammer vorgenommen, wobei die gute Durchmischung dieser
Betriebsmittel durch Verwirbelung der Verbrennungsluft mittels beschaufelter »Drallkörper«
erreicht wird. Es sind auch Parallelstrombrenner mit bienenwabenartiger Anordnung
der Luft- und Gasdüsen bekannt, bei welchen die sehr feine Aufteilung der Betriebsmittel
in Luft- und Gasstrahlen deren Vermischung bewirkt. Bei den zuletzt erwähnten drallfreien
Brennern sind der Regelung des Gasdurchsatzes wegen der engen Zündgrenzen der gasförmigen
Brennstoffe jedoch Grenzen gesetzt, welche deren Verwendung in großen, der Krafterzeugung
dienenden Gasturbinenanlagen weitgehend ausschließt. Weil wegen der niedrigen Verbrennungsgeschwindigkeit
der meisten Brenngase bei diesen Brennern leicht unbeständige Flammen auftreten,
ist bei ihnen der erreichbare Gasdurchsatz ebenfalls stark begrenzt. Bei Verwendung
von »Drallkörpern« für die Verwirbelung der Betriebsmittel können hohe Gasdurchsätze
und ein großer Regelungsbereich erreicht werden, doch ist ihre Einrichtung ziemlich
kompliziert und kostspielig.Gas burners, preferably for combustion chambers of gas turbine systems
the gas burners, which are used in stationary gas turbine systems for power generation
find, is usually the mixture of the fuel gas and the combustion air
made in the flame zone of the combustion chamber, the good mixing of these
Equipment by swirling the combustion air by means of bladed "swirl bodies"
is achieved. There are also parallel flow burners with a honeycomb arrangement
of the air and gas nozzles, in which the very fine division of the operating resources
causes their mixing in air and gas jets. In the case of the last-mentioned twist-free ones
Burners are used to regulate the gas flow rate because of the narrow ignition limits of the gaseous
Fuels, however, set limits to their use in large, the power generation
serving gas turbine plants largely excludes. Because because of the low burning rate
inconsistent flames easily occur with most of the combustion gases with these burners,
the achievable gas throughput is also severely limited in them. Using
of "swirl bodies" for the swirling of the equipment can result in high gas throughputs
and a large area of regulation can be achieved, yet their establishment is quite
complicated and expensive.
Für die Verwendung in Gasheizapparaten ist ein Gasbrenner mit einem
innerhalb des Gaszuführungsrohres angeordneten Luftzuführungsrohr bekannt, bei welchem
zwischen einer in Abstand vor den Mündungen der Rohre liegenden Prallplatte und
einer parallel zu dieser verlaufenden und unterhalb dieser liegenden sowie mit Luftdurchlaßöffnungen
versehenen zweiten Platte ein Mischraum angeordnet ist, in welchem der sich fächerartig
ausbreitende Gasstrom zwischen zwei Luftschichten zu liegen kommt, von denen die
obere den Gasstrom bestreicht und die untere senkrecht auf ihn auftrifft, wodurch
eine gute Durchmischung des Gases mit der Verbrennungsluft erzielt werden soll.
Dabei ist ein Gasschleier einerseits oben von einem fächerartig sich radial ausbreitenden
Luftschleier überlagert, und anderseits dringt Luft von unten durch verschieden
groß ausgeführte Öffnungen der unteren Platte in den Gasschleier ein oder durch
diesen hindurch. Bei diesem Gasbrenner muß sich das Gas schließlich mit der gesamten
zugeführten Luftmenge vermischen. Dessen Mengenregelung ist deshalb nur innerhalb
der für ein bestimmtes Gasgemisch charakteristischen Zündgrenzen (z. B. etwa 6 bis
13,5 % Volumen in Luft bei Methan) durchführbar. Im ganzen Querschnitt, worin die
Vermischung von Gas und Luft stattfindet, treten große Durchflußgeschwindigkeiten
auf, die eine Flammenstabilisierung beeinträchtigen. Somit würde sich dieser Gasbrenner
für die Brennkammer einer Gasturbinenanlage seinem Prinzip nach überhaupt nicht
eignen, indem er nur verhältnismäßig kleine Gasmengen zu verbrennen vermag.A gas burner with a
within the gas supply pipe arranged air supply pipe is known in which
between a baffle plate located at a distance in front of the mouths of the pipes and
one running parallel to this and lying below it and with air passage openings
provided second plate a mixing space is arranged in which the fan-like
spreading gas flow comes to lie between two layers of air, of which the
the upper one sweeps the gas stream and the lower one strikes it perpendicularly, whereby
a thorough mixing of the gas with the combustion air is to be achieved.
A gas curtain is on the one hand at the top of a fan-like radially expanding one
Air curtains are superimposed, and on the other hand, air penetrates from below through different
large openings of the lower plate in or through the gas curtain
this through. In the case of this gas burner, the gas has to end up with the entire
Mix the amount of air supplied. Its quantity control is therefore only within
the ignition limits characteristic of a certain gas mixture (e.g. about 6 to
13.5% volume in air with methane). In the whole cross-section, in which the
Mixing of gas and air occurs, high flow rates occur
that affect flame stabilization. Thus, this gas burner would
for the combustion chamber of a gas turbine plant, according to its principle, not at all
suitable in that it is only able to burn relatively small amounts of gas.
Die Erfindung betrifft nun einen Gasbrenner, vorzugsweise für Brennkammern
von Gasturbinenanlagen, bei welchem ein Teil der Verbrennungsluft in axialer Richtung
durch eine Lochplatte und das Gas in radialer Richtung zugeführt wird, und der die
Nachteile der bekannten Gasbrenner vermeidet. Er ist gekennzeichnet durch eine derartige
Anordnung der Luft- und Gaseintrittsöffnungen, daß je ein Gasstrahl zwischen zwei
Reihen von Luftstrahlen zu liegen kommt, wobei die Richtungen der Gasstrahlen und
der Luftstrahlen senkrecht zueinander stehen und sich die Strahlen nur an ihren
Randbegrenzungen treffen, wo die Turbulenz groß und die Strömungsgeschwindigkeiten
niedrig sind.The invention now relates to a gas burner, preferably for combustion chambers
of gas turbine plants, in which part of the combustion air in the axial direction
through a perforated plate and the gas is supplied in the radial direction, and the
Avoids disadvantages of the known gas burners. It is characterized by such
Arrangement of the air and gas inlet openings that each a gas jet between two
Rows of air jets come to lie, with the directions of the gas jets and
of the air jets are perpendicular to each other and the jets are only at their
Edge boundaries meet where the turbulence is great and the flow velocities
are low.
Beim beschriebenen Gasbrenner treten Brennstoff und Luft in Form von
senkrecht zueinander gerichteten Strahlen in den Flammenraum der Brennkammer ein,
und zwar so, daß diese Strahlen sich nur an ihren Randbegrenzungen treffen, wo die
Turbulenz groß und die Strömungsgeschwindigkeiten niedrig sind. Trotz großer Geschwindigkeit
der Luft im Kern der einzelnen Strahlen wird dadurch der kleinen Fortpflanzungsgeschwindigkeit
der Gasflamme Rechnung getragen, daß diese sich in den Zwischenräumen. der radial
geordneten Luftstrahlen, und zwar im Randgebiet jedes einzelnen Strahles, entwickelt.
Die Vermischung von Gas und Luft findet in den Mischzonen
der einzelnen
Strahlen statt, und die Flammenfront stabilisiert sich in dem Raum, der in der Längsrichtung
der Brennkammer von, der Lochplatte an so weit reicht, als jeder Luftstrahl von
einer Wirbelungszone (einem Totwasserraum) umgeben ist. Durch geeignete Wahl der
Größe der Luftdurchtrittsöffnungen in jeder radial geordneten Reihe derselben kann
die Stabilität der Flamme beeinflußt werden. Mit Vorteil werden die in, der Lochplatte
radial geordneten Eintrittsöffnungen für die Verbrennungsluft mit wachsendem Abstand
von der Längsachse des Flammenraumes größer gemacht. Diese Anordnung gestattet eine
genaue Dosierung des Luft-Brennstoff-Gemisches in Richtung der Halbmesser des Flammenraumes,
wobei der Impulsaustausch bei der Vermischung die Brennstoff-Gas-Strahlen so umlenkt,
daß sie in einer Zone mit stöchiometrischen Verbrennungsverhältnissen bleiben. Beim
beschriebenen drallfreien Gasbrenner können sowohl die Gasmenge wie auch die Luftmenge
innerhalb weiter Grenzen sich ändern, ohne daß die Güte der Verbrennung und die
Stabilität der Flamme beeinträchtigt werden. -Überdies wird mit diesem Brenner gegenüber
den bekannten Einrichtungen eine wesentliche Verbilligung und Vereinfachung erreicht.In the gas burner described, fuel and air occur in the form of
rays directed perpendicular to each other into the flame space of the combustion chamber,
in such a way that these rays only meet at their margins where the
Turbulence is large and the flow velocities are low. Despite great speed
the air in the core of the individual rays thereby becomes the small speed of propagation
the gas flame taken into account that this is in the interstices. the radial
ordered air jets, namely in the edge area of each individual jet, developed.
The mixing of gas and air takes place in the mixing zones
the individual
Rays take place, and the flame front stabilizes in the space that is in the longitudinal direction
the combustion chamber from, the perforated plate to as far as each air jet from
a swirl zone (a dead water space) is surrounded. By suitable choice of
Size of the air passage openings in each radially ordered row of the same can
the stability of the flame can be influenced. The in, the perforated plate
radially arranged inlet openings for the combustion air with increasing distance
made larger from the longitudinal axis of the flame chamber. This arrangement allows one
precise metering of the air-fuel mixture in the direction of the radius of the flame chamber,
the momentum exchange during mixing deflects the fuel-gas jets in such a way that
that they remain in a zone with stoichiometric combustion ratios. At the
The swirl-free gas burner described can be both the amount of gas and the amount of air
change within wide limits without affecting the quality of the combustion and the
Flame stability may be impaired. -Besides, is opposite with this burner
the known facilities achieved a substantial reduction in price and simplification.
Die Zeichnung zeigt am Beispiel eines für die Anwendung in Gasturbinenbrennkarnmern
ausgebildeten Gasbrenners eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, wobei
Fig. 1 einen Schnitt durch den oberen Teil einer solchen vertikal angeordneten Brennkammer
darstellt, während Fig. 2 in etwas vergrößertem Maßstab eineAnsicht des Brenners
gemäß den Pfeilen A-A der Fig. 1 widergibt.The drawing shows an example for use in gas turbine combustors
trained gas burner an embodiment of the subject matter of the invention, wherein
Fig. 1 is a section through the upper part of such a vertically arranged combustion chamber
while Fig. 2 shows, on a somewhat enlarged scale, a view of the burner
according to the arrows A-A of FIG.
In Fig. 1 ist 1 der Außenmantel einer zylindrischen Brennkammer, innerhalb
welchem ein Flammrohr 2 achsgleich angeordnet ist. Die Verbrennungsluft wird der
Brennkammer durch die Leitung 3 zugeführt, das Brenngas durch die Leitung 4. Der
Flammenzone im oberen Teil des Flammrohres wird die Verbrennungsluft durch die Öffnungen
5 in der Lochplatte 6 zugeführt, während die Mischluft, die der Abkühlung der heißen
Brenngase dient, durch weitere Öffnungen 7 im Mantel des Flammrohres in dessen Innenraum
eintritt. Durch Öffnungen 8 in dem in der Flammenzone gelegenen Teil der Brenngaszuführung
4 strömt das Brenngas in die Flammenzone ein. Die öffnungen 5 sind, wie Fig. 2 zeigt,
radial geordnet und bilden Reihen, die in radialer Richtung von der Längsachse des
Flammrohres abstehen. Durch diese Öffnungen treten Strahlen von Verbrennungsluft
in Richtung seiner Längsachse in den Flammenraum ein. Die Öffnungen 8 in der Brenngaszuführung
4 sind so angeordnet, daß Gasstrahlen in radialer Richtung in den Flammenraum eintreten,
und zwar so, daß je ein Gasstrahl zwischen zwei Reihen von Luftstrahlen zu liegen
kommt. Die Richtungen der Gasstrahlen und der Luftstrahlen stehen also senkrecht
zueinander. Das Gas verbrennt in den Mischräumen zwischen den Strahlen, in denen
die Turbulenzzonen der einzelnen Gas- und Luftstrahlen sich gegenseitig durchdringen.
Es ist vorteilhaft, die Lufteintrittsöffnungen wie in Fig. 2 dargestellt mit wachsendem
Abstand von der Längsachse des Flammrohres größer zu machen.In Fig. 1, 1 is the outer shell of a cylindrical combustion chamber, within
which a flame tube 2 is arranged coaxially. The combustion air becomes the
Combustion chamber fed through line 3, the fuel gas through line 4. The
Flame zone in the upper part of the flame tube is the combustion air through the openings
5 fed in the perforated plate 6, while the mixed air that cools the hot
Fuel gases are used through further openings 7 in the jacket of the flame tube in its interior
entry. Through openings 8 in the part of the fuel gas supply located in the flame zone
4 the fuel gas flows into the flame zone. The openings 5 are, as FIG. 2 shows,
arranged radially and form rows extending in the radial direction from the longitudinal axis of the
The flame tube. Combustion air jets pass through these openings
in the direction of its longitudinal axis into the flame chamber. The openings 8 in the fuel gas supply
4 are arranged so that gas jets enter the flame chamber in a radial direction,
in such a way that a gas jet each lies between two rows of air jets
comes. The directions of the gas jets and the air jets are therefore perpendicular
to each other. The gas burns in the mixing spaces between the jets in which
the turbulence zones of the individual gas and air jets penetrate each other.
It is advantageous to increase the air inlet openings as shown in FIG
To make the distance from the longitudinal axis of the flame tube larger.