DE19516798A1 - Vormischbrenner mit axialer oder radialer Luftzuströmung - Google Patents
Vormischbrenner mit axialer oder radialer LuftzuströmungInfo
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- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
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Description
Die Erfindung betrifft einen Vormischbrenner mit axialer oder
radialer Luftzuströmung für den Gasturbinenbetrieb, bei wel
chem die Verbrennungsluft aus einem Plenum in den Brenner
strömt und ihr auf dem Weg durch den Brenner Brennstoff bei
gemischt wird.
Aus Gründen des Umweltschutzes werden moderne Brennersysteme,
welche in Gasturbinenanlagen eingesetzt werden, als Vormisch
brenner ausgeführt, weil damit die Schadstoffemissionswerte
im Vergleich zu Diffusionsbrennern signifikant gesenkt wer
den. Die Vormischbrenner werden in der Regel axial oder ra
dial mit der Verbrennungsluft angeströmt.
Auf dem Weg durch den Brenner wird dem Luftstrom Brennstoff
beigemischt. Um niedrige NOx- und CO-Emissionswerte bei der
Verbrennung zu erreichen, ist eine homogene Durchmischung von
Brennstoff und Luft notwendig, d. h. die Brennstoff Zugabe ist
der Luftverteilung anzupassen. Damit dies in allen Fällen ge
währleistet bleibt, sollte die Luftzuführung kontrollierbar
sein. Das ist aber bei den Vormischbrennersystemen nicht der
Fall.
Bei dem aus EP 0 321 809 B1 bekannten Vormischbrenner der
Doppelkegel-Bauart strömt die Verbrennungsluft aus einem von
einer Haube umgebenen Plenum über tangentiale Lufteintritts
schlitze in den Brennerinnenraum. Wird gasförmiger Brennstoff
verbrannt, geschieht die Gemischbildung direkt am Ende der
Lufteintrittsschlitze. Bei der Eindüsung von flüssigem Brenn
stoff durch eine im Anfangsteil des Brenners zentral ange
brachte Düse wird im Innenraum des Brenners eine kegelförmige
Flüssigbrennstoffsäule gebildet, welche von einem tangential
in den Brenner strömenden Verbrennungsluftstrom umschlossen
wird. Die Zündung des Gemisches erfolgt am Ausgang des Bren
ners, wobei die Flamme durch eine Rückströmzone im Bereich
der Brennermündung stabilisiert wird. Infolge der komplexen
Strömungssituation in der Haube, die sich daraus ergibt, daß
in die Haube sowohl die Kühlluft, die die Brennkammer gekühlt
hat, als auch zusätzliche Luft über einen Bypass strömt, was
zu Verwirbelungen führt, ergibt sich keine gleichmäßige
Brenneranströmung. Die Zuführung der Verbrennungsluft ist
nicht exakt kontrollierbar, so daß keine vollständig homo
gene Durchmischung von Brennstoff und Luft erreicht wird. Das
führt wiederum zu erhöhten Schadstoffemissionen bei der Ver
brennung.
Die Erfindung versucht, all diese Nachteile zu vermeiden. Ihr
liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Vormischbrenner eine
Vorrichtung zur Strömungsgleichrichtung zu schaffen, mit wel
cher das Strömungsprofil der zuströmenden Verbrennungsluft
vergleichmäßigt, der Turbulenzgrad erhöht und die Luftströ
mung an den Brenner angepaßt werden können, so das eine ho
mogene Durchmischung von Luft und Brennstoff erreicht wird.
Erfindungsgemäß wird dies bei einem Vormischbrenner mit axi
aler oder radialer Luftzuströmung, bei welchem die Verbren
nungsluft aus einem in Strömungsrichtung vor bzw. einem um
den Brenner angeordneten Plenum in den Brenner strömt und ihr
auf dem Weg durch den Brenner Brennstoff eingemischt wird,
dadurch erreicht, daß zwischen dem Plenum und dem Brenner
ein perforiertes Bauteil mit einer bestimmten Wanddicke und
Öffnungen mit einem bestimmten Durchmesser und einem bestimm
ten Abstand zueinander abgeordnet ist, welches die hindurch
strömende Verbrennungsluft in kleine definierte Strahlen auf
teilt, die sich nach einer bestimmten Lauflänge wieder ver
einigen, wobei das Verhältnis von Wanddicke zum Durchmesser
der Öffnungen größer/gleich eins, vorzugsweise 1,5 ist und
wobei das Verhältnis zwischen der Durchströmfläche des perfo
rierten Bauteiles und der möglichen Einströmfläche in den
Brenner in Abhängigkeit von der Brennerart ebenfalls grö
ßer/gleich eins ist.
Die Vorteile der Erfindung bestehen unter anderem darin, daß
nach dem perforierten Bauteil ein gleichförmiges Geschwindig
keitsprofil mit erhöhtem Turbulenzniveau als Zuströmung für
den Brenner erreicht wird. Dadurch wird die Mischung von
Brennstoff und Verbrennungsluft verbessert und intensiviert,
so daß die Emissionswerte an CO und NOx verringert werden.
Die Vormischbrenner haben ein größeres Einsatzspektrum, weil
sie nunmehr auch unter ungünstigen Anströmbedingungen gut be
trieben werden können.
Es ist vorteilhaft, wenn bei einem Vormischbrenner mit radia
ler Luftzuströmung das perforierte Bauteil ein um den Brenner
angeordneter perforierter Korb und bei einem Brenner mit
axialer Luftzuströmung eine vor dem Brenner senkrecht zur
Strömungsrichtung der Verbrennungsluft angeordnete Wand ist.
Es ist besonders zweckmäßig, wenn das Verhältnis von Lauf
länge zum Abstand der Öffnungen größer/gleich 5 ist.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn bei einem axial angeströmten
Vormischbrenner das Verhältnis zwischen der Durchströmfläche
der perforierten Wand und der Einströmfläche in den Brenner
gleich eins ist.
Schließlich ist es von Vorteil, wenn bei einem Vormischbren
ner der Doppelkegelbauart nach EP 0 321 809 B1, bei dem die
Verbrennungsluft über tangentiale Lufteintrittsschlitze in
den Brenner strömt, das Verhältnis zwischen der Durchström
fläche des perforierten Korbes und der Einströmfläche in den
Brenner größer eins, vorzugsweise vier ist. Damit wird ge
währleistet, daß eine ungleichmäßige Luftverteilung entlang
der Zuströmlänge des Brenners sowohl in der Massenverteilung
als auch im Strömungsprofil gleichgerichtet werden kann. Da
durch kann die Brennstoffbemessung entlang des Lufteintritts
schlitzes optimal ausgelegt werden, so daß die Mischung von
Brennstoff und Luft verbessert wird und die NOx-Werte bei der
Verbrennung verringert werden.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand eines radial angeströmten Vormischbrenners der Doppel
kegelbauart für Gasturbinenbrennkammern und anhand eines
axial angeströmten Vormischbrenners dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1a das Strömungsprofil bei gleichförmiger Zuströmung
der Luft über eine perforierte Wand;
Fig. 1b das Strömungsprofil bei ungleichförmiger Zuströmung
der Luft über eine perforierte Wand;
Fig. 1c eine schematische Darstellung des Geschwindigkeits
verlaufes der zuströmenden Luft bei schräger An
strömung;
Fig. 2 einen Vormischbrenner der Doppelkegelbauart in per
spektivischer Darstellung;
Fig. 3 einen vereinfacht dargestellten Schnitt in der Ebe
ne 111-111 gemäß Fig. 2;
Fig. 4 einen vereinfacht dargestellten Schnitt in der Ebe
ne IV-IV gemäß Fig. 2;
Fig. 5 einen vereinfacht dargestellten Schnitt in der Ebe
ne V-V gemäß Fig. 2;
Fig. 6 einen Teillängsschnitt des Vormischbrenners gemäß
Fig. 2 mit dem erfindungsgemäßen Strömungsgleich
richter;
Fig. 7 eine Detailskizze zur Wirkungsweise des Strömungs
gleichrichters bei radialer Anströmung gemäß Fig.
6;
Fig. 8 einen Teillängsschnitt eines axial angeströmten
Vormischbrenners mit Strömungsgleichrichter.
Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentli
chen Elemente gezeigt, so ist z. B. die Brennkammer nur ange
deutet. Die Strömungsrichtung der Luft ist mit Pfeilen be
zeichnet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungs
beispielen und der Fig. 1 bis 8 näher erläutert.
Fig. 1a zeigt zunächst allgemein die Wirkungsweise des wie
ein Strömungsgleichrichter wirkenden perforierten Bauteiles
24 bei einer idealen gleichmäßigen Zuströmung der Luft 15,
während in Fig. 1b die Wirkungsweise des perforierten Bautei
les 24 bei einer ungleichförmigen Zuströmung der Luft 15
dargestellt ist.
Das Bauteil 24 mit einer Wanddicke s weist eine Anzahl von
Öffnungen 25 mit jeweils einem Durchmesser d auf. Diese Öff
nungen 25 sind in einem konstanten Abstand t voneinander an
geordnet. Gemäß Fig. 1a und 1b wird die durch die Öffnungen
25 des Bauteiles 24 hindurchströmende Luft 15 in kleine defi
nierte Strahlen aufgeteilt, die sich nach einer bestimmten
Lauflänge 1 hinter der Bohrung wieder vereinigen. Dabei ist
die Lauflänge 1 abhängig vom Abstand t und dem Durchmesser d
der Öffnungen 25, sowie von der Strahldivergenz. Wie in Fig.
1b gut zu erkennen ist, erfolgt bei einer ungleichförmigen
Zuströmung die Strahlaufweitung schon vor dem perforierten
Bauteil. Nach dem Durchströmen des Wand wird ein gleichför
miges Geschwindigkeitsprofil mit einem erhöhten kleinskaligen
Turbulenzniveau erzielt, was zu einer günstigen Zuströmung
für den in Fig. 1 nicht dargestellten Brenner führt.
Außerdem kann bei gekrümmten Wänden, beispielsweise einem um
den Brenner gelegten perforierten Korb, ein konstanter Aus
trittswinkel der Strömung aus dem Korb vorgegeben und damit
an den Brenner angepaßt werden.
Fig. 1c zeigt eine schematische Darstellung des Geschwindig
keitsverlaufes der zuströmenden Luft bei schräger Anströmung
des perforierten Bauteiles 24. Vor dem Auftreffen der Luft 15
auf das Bauteil 24 setzt sich ihre Geschwindigkeit aus einer
hier vertikalen Komponente v₁ und einer horizontalen Kompo
nente u₁ zusammen, wobei von der Resultierenden und von v₁
ein Winkel eingeschlossen wird. Nach dem Durchströmen des
Bauteiles mit einem festgelegten Mindestverhältnis von Wand
dicke s zu Lochdurchmesser d sind die horizontale Komponente
u₂ und der Winkel β₂ Null, so daß nur noch eine vertikale
Geschwindigkeitskomponente v₂ vorhanden ist, wobei gilt:
v₁<v₂. Würde man dagegen ein perforiertes Bauteil 24 mit sehr
geringer Wandstärke verwenden, dann bleibt die horizontale
Geschwindigkeitskomponente u₁ erhalten und es würde gelten:
u₂ = u₁ und β₂<β₁, während die vertikale Geschwindigkeitskom
ponente v₂ nach dem Bauteil 24 ebenfalls größer als v₁ ist.
In diesem Falle findet keine Strömungsgleichrichtung statt.
Hinsichtlich der Auslegung des perforierten Bauteiles 24 ist
ein festes Flächenverhältnis zwischen der Durchströmfläche
des Bauteiles und der Einströmfläche in den Vormischbrenner
einzuhalten. Der Druckverlust über dem perforierten Bauteil
24 wird nämlich von diesen beiden Flächen bestimmt. Ebenso
darf ein festes Verhältnis zwischen dem Durchmesser d der
Öffnungen 25 und der Wanddicke s nicht unterschritten werden,
weil auch dieses Verhältnis die Höhe des Druckverlustes be
stimmt. Es hat sich gezeigt, daß das Verhältnis d/s 1 . . . 1,5
betragen sollte. Durch diese Forderungen wird der Abstand t
der Öffnungen 25 zueinander festgelegt, der wiederum das
Strömungsprofil hinter dem Bauteil 24 bestimmt, da das Ver
hältnis l/t 5 betragen sollte, denn auf Grund der Strahl
divergenz sind dann die Einzelstrahlen wieder zusammengewach
sen und das Geschwindigkeitsprofil ist sehr gleichmäßig.
Fig. 2 zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in
perspektivischer Darstellung einen Brenner 18 der Doppelke
gelbauart mit integrierter Vormischzone, dessen prinzipieller
Aufbau in EP 0 321 908 B1 beschrieben ist. Zum besseren Ver
ständnis des Brenneraufbaus ist es vorteilhaft, wenn gleich
zeitig Fig. 2 und die darin ersichtlichen Schnitte nach Fig.
3 bis 5 herangezogen werden.
Der Brenner 18 besteht aus zwei Teilkegelkörper 1, 2, die be
züglich ihrer Längssymmetrieachsen 1b, 2b radial versetzt zu
einander angeordnet sind. Dadurch entstehen auf beiden Seiten
der Teilkegelkörper 1, 2 in entgegengesetzter Einströmungsan
ordnung jeweils tangentiale Lufteintrittsschlitze 19, 20,
durch welche die Verbrennungsluft 15 in den Innenraum 14 des
Brenners 18, d. h. in den von den beiden Teilkegelkörpern 1, 2
gebildeten Kegelhohlraum strömt. Die Teilkegelkörper 1, 2 er
weitern sich geradlinig in Strömungsrichtung, d. h. sie weisen
einen konstanten Winkel mit der Brennerachse auf. Die beiden
Teilkegelkörper 1, 2 haben je einen zylindrischen Anfangsteil
1a, 2a, welche ebenfalls versetzt verlaufen. In diesem zylin
drischen Anfangsteil 1a, 2a befindet sich eine Zerstäubungs
düse 3, deren Öffnungen etwa im engsten Querschnitt des ke
gelförmigen Innenraums 14 des Brenners 18 angeordnet ist.
Selbstverständlich kann der Brenner 18 auch ohne zylindri
schen Anfangsteil, also rein kegelig ausgeführt sein. Durch
die Düse 3 wird flüssiger Brennstoff 12 eingedüst, so daß
sich ein Tropfenspray 4 im Innenraum 14 des Brenners 18 aus
bildet.
Die beiden Teilkegelkörper 1, 2 weisen längs der Luftein
trittsschlitze 19, 20 je eine Brennstoffzuleitung 8, 9 auf,
welche längsseitig mit Öffnungen 17 versehen sind, durch wel
che ein weiterer Brennstoff 13 strömt. Dieser gasförmige
Brennstoff 13 wird der durch die tangentialen Lufteintritts
schlitze 19, 20 in den Brennerinnenraum 14 strömenden Ver
brennungsluft 15 zugemischt, was durch die Pfeile 16 darge
stellt wird. Ein Mischbetrieb des Brenners 18 über die Düse 3
und die Brennstoffzuführungen 8, 9 ist möglich. Darüber
hinaus sorgt diese Luftzuführung dafür, daß eine Flammensta
bilisierung am Ausgang des Brenners stattfindet. Dort stellt
sich eine stabile Flammenfront 7 mit einer Rückströmzone 6
ein.
Brennraumseitig ist eine Frontplatte 10 angeordnet mit Öff
nungen 11, durch welche bei Bedarf Verdünnungsluft oder Kühl
luft dem Brennraum 22 zugeführt werden.
Aus den Fig. 3 bis 5 ist die Anordnung von Leitblechen 21 a,
21 b zu entnehmen. Diese können beispielsweise um einen Dreh
punkt 23 geöffnet oder geschlossen werden, so daß dadurch
die ursprüngliche Spaltgröße der tangentialen Lufteintritts
schlitze 19, 20 verändert wird. Selbstverständlich kann der
Brenner auch ohne diese Leitbleche 21a, 21b betrieben werden.
Gemäß Fig. 6 ist der oben beschriebene Brenner 18 von einer
Haube 26 umgeben, welche ein Plenum 27 für die dem Brenner
zuströmende Verbrennungsluft 15 bildet. Dabei setzt sich die
Verbrennungsluft 15 einerseits zusammen aus der Kühlluft 15a,
die zuvor die Wände der Brennkammer 5 konvektiv gekühlt hat,
und andererseits aus der Luft 15b, welche über eine nicht
dargestellte Bypassleitung ebenfalls in das Plenum 27 strömt,
so daß zusätzliche Verwirbelungen entstehen. In der Haube 26
existiert demnach eine sehr komplexe Strömungssituation. Da
mit ist nach dem bisherigen Stand der Technik keine gleich
mäßige Zuströmung der Luft 15 durch die tangentialen Luft
eintrittsschlitze 19, 20 in den Brenner gewährleistet, so
daß der gasförmige Brennstoff 13 und die Verbrennungsluft 15
nicht optimal gemischt werden können, was den Einsatz des
Brenners unter ungünstigen Anströmbedingungen unmöglich macht
bzw. unter günstigeren Abströmbedingungen die NOx-Werte nicht
genügend senkt.
Deshalb wird wie in Fig. 6 dargestellt, ein perforierter Korb
24 um den radial angeströmten Brenner 18 gelegt, welcher eine
Strömungsgleichrichtung bewirkt. Durch eine Konturanpassung
des Korbes 24 wird eine optimale Anströmung des Brenners er
möglicht. Die Brenneranströmung wird durch die Erfindung von
der komplexen Strömungssituation in der Haube entkoppelt.
Das Flächenverhältnis zwischen der Durchströmfläche des per
forierten Korbes 24 und der Einströmfläche in den Brenner 18
(Lufteintrittsschlitze 19, 20) beträgt im dargestellten Aus
führungsbeispiel 4. Damit wird erreicht, daß der Druckver
lust über dem perforierten Korb etwa einem Staudruck ent
spricht. Wäre die Durchströmfläche, d. h. die Fläche der Öff
nungen 25 im Korb 24 bei sonst konstanten Bedingungen wesent
lich geringer, würde ein zu hoher Druckverlust entstehen.
Da das Verhältnis von Wanddicke s zum Lochdurchmesser d grö
ßer/gleich 1, vorzugsweise 1,5 sein muß, wird mit dieser
Forderung neben dem o.g. Flächenverhältnis der Abstand t der
Öffnungen 25 zueinander festgelegt, der wiederum das Strö
mungsprofil hinter dem perforierten Korb 24 bestimmt. Die
Luft 15 wird, wie bereits oben beschrieben, beim Durchströmen
des Korbes 24 in kleine definierte Strahlen aufgeteilt, die
sich nach der Lauflänge 1 hinter der Öffnung 25 wieder verei
nigen. Das gemeinsame Strömungsprofil kann somit genau fest
gelegt und auf die jeweiligen Brennerbedürfnisse abgestimmt
werden. Der Vorteil besteht darin, daß eine ungleichmäßige
Luftverteilung entlang der Zuströmlänge des Brenners 18 so
wohl in der Massenverteilung als auch im Strömungsprofil
gleichgerichtet werden kann. Dadurch kann die Brennstoffbe
messung entlang des Lufteintritts im Brenner 18 optimal aus
gelegt werden, wodurch neben der Turbulenzerhöhung der Luft
die Mischung von Brennstoff und Verbrennungsluft verbessert
und somit die Schadstoffemissionen verringert werden. Der
Brenner kann daher auch unter ungünstigen Anströmbedingungen
eingesetzt werden. Durch eine Konturanpassung des Korbes 24
wird außerdem eine optimale lokale Anströmung des Brenners
möglich.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das eben be
schriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. In Fig. 8 ist des
halb ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, das einen
axial angeströmten Vormischbrenner 18 betrifft. Die Verbren
nungsluft 15 strömt hier aus dem Plenum 27 durch die Öffnun
gen 25 einer vor dem Brenner senkrecht zur Strömungsrichtung
angeordneten perforierten Wand 24, welche z. B. ein Lochblech
sein kann, in den Brenner 18. Dort wird der Brennstoff 13 ra
dial versetzt vor dem Drallkörper 28 eingemischt. Zur Stabi
lisierung des Systemes wird über eine zentrale Zuführung Pi
lotbrennstoff 29 in den Brenner geleitet. Da die Luftströmung
durch die Wand 24 vergleichmäßigt wird und außerdem das
kleinskalige Turbulenzniveau nach der Wand 24 erhöht ist,
kann eine homogene Vermischung von Brennstoff und Verbren
nungsluft erfolgen, was zu den o.g. Vorteilen führt.
Bezugszeichenliste
1, 2 Teilkegelkörper
1a, 2a zylindrischer Anfangsteil
1b, 2b Mittelachse der Teilkegelkörper
3 Zerstäubungsdüse
5 Brennkaminer
4 Brennstofftropfenspray
6 Rückströmzone (vortex breakdown)
7 Flammenfront
8, 9 Brennstoffzuleitung
10 Frontplatte
11 Öffnungen in der Frontplatte
12 flüssiger Brennstoff
13 weiterer Brennstoff (meist gasförmig)
14 Innenraum des Brenners
15 Verbrennungsluftstrom
16 Eindüsung Brennstoff
17 Öffnungen
18 Brenner 19, 20 tangentialer Lufteintrittsschlitz
21a, 21b Leitblech
22 Brennraum abströmseitig des Brenners
23 Drehpunkt
24 perforiertes Bauteil
25 Öffnungen in Pos. 24
26 Haube
27 Plenum
28 Drallkörper
29 Pilotbrennstoff
d Durchmesser von Pos. 25
s Dicke von Pos. 24
t Abstand von zwei Öffnungen
l Lauflänge
v₁ vertikale Geschwindigkeitskomponente vor Pos. 24
u₁ horizontale Geschwindigkeitskomponente vor Pos. 24
β₁ Winkel zwischen v₁ und der Geschwindigkeitsresul tierenden
v₂ vertikale Geschwindigkeitskomponente nach Durch strömung von Pos. 24
u₂ horizontale Geschwindigkeitskomponente nach Durch strömung von Pos. 24
β₂ Winkel zwischen v₂ und der Geschwindigkeitsresul tierenden
1a, 2a zylindrischer Anfangsteil
1b, 2b Mittelachse der Teilkegelkörper
3 Zerstäubungsdüse
5 Brennkaminer
4 Brennstofftropfenspray
6 Rückströmzone (vortex breakdown)
7 Flammenfront
8, 9 Brennstoffzuleitung
10 Frontplatte
11 Öffnungen in der Frontplatte
12 flüssiger Brennstoff
13 weiterer Brennstoff (meist gasförmig)
14 Innenraum des Brenners
15 Verbrennungsluftstrom
16 Eindüsung Brennstoff
17 Öffnungen
18 Brenner 19, 20 tangentialer Lufteintrittsschlitz
21a, 21b Leitblech
22 Brennraum abströmseitig des Brenners
23 Drehpunkt
24 perforiertes Bauteil
25 Öffnungen in Pos. 24
26 Haube
27 Plenum
28 Drallkörper
29 Pilotbrennstoff
d Durchmesser von Pos. 25
s Dicke von Pos. 24
t Abstand von zwei Öffnungen
l Lauflänge
v₁ vertikale Geschwindigkeitskomponente vor Pos. 24
u₁ horizontale Geschwindigkeitskomponente vor Pos. 24
β₁ Winkel zwischen v₁ und der Geschwindigkeitsresul tierenden
v₂ vertikale Geschwindigkeitskomponente nach Durch strömung von Pos. 24
u₂ horizontale Geschwindigkeitskomponente nach Durch strömung von Pos. 24
β₂ Winkel zwischen v₂ und der Geschwindigkeitsresul tierenden
Claims (7)
1. Vormischbrenner (18) mit axialer oder radialer Luftzu
strömung, bei welchem die Verbrennungsluft (15) aus
einem in Strömungsrichtung vor bzw. einem um den Brenner
(18) angeordneten Plenum (27) in den Brenner (18) strömt
und ihr auf dem Weg durch den Brenner (18) Brennstoff
(12, 13) beigemischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen dem Plenum (27) und dem Brenner (18) ein perfo
riertes Bauteil (24) mit einer Wanddicke (s) und Öffnun
gen (25) mit jeweils einem Durchmesser (d) und einem Ab
stand (t) zueinander abgeordnet ist, welches die hin
durchströmende Verbrennungsluft (15) in kleine definier
te Strahlen aufteilt, die sich nach einer bestimmten
Lauflänge (1) wieder vereinigen, wobei das Verhältnis
von Wanddicke (s) zum Durchmesser (d) der Öffnungen (25)
größer/gleich eins ist und wobei das Verhältnis zwi
schen der Durchströmfläche des perforierten Bauteiles
(24) und der möglichen Einströmfläche in den Brenner
(18) in Abhängigkeit von der Brennerart größer/gleich
eins ist.
2. Vormischbrenner (18) mit radialer Luftzuströmung nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das perforierte
Bauteil (24) ein um den Brenner (18) angeordneter per
forierter Korb ist.
3. Vormischbrenner (18) mit axialer Luftzuströmung nach An
spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das perforierte
Bauteil (24) eine vor dem Brenner (18) senkrecht zur
Strömungsrichtung der Verbrennungsluft (15) angeordnete
perforierte Wand, vorzugsweise ein Lochblech ist.
4. Vormischbrenner (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Lauflän
ge (1) zum Abstand (t) der Öffnungen (25) größer/gleich
5 ist.
5. Vormischbrenner (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Wand
dicke (s) zum Durchmesser (d) der Öffnungen (25) vor
zugsweise 1,5 ist.
6. Vormischbrenner (18) nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Durchström
fläche der perforierten Wand (24) und der Einströmfläche
in den Brenner (18) gleich eins ist.
7. Vormischbrenner (18) der Doppelkegelbauart nach EP 0 321
809 B1, bei dem die Verbrennungsluft (15) über tangen
tiale Lufteintrittsschlitze (19, 20) in den Brenner (18)
strömt, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Verhältnis zwischen der Durchströmfläche des per
forierten Korbes (24) und der Einströmfläche in den
Brenner (18) größer eins, vorzugsweise vier ist.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0882932A2 (de) | 1997-05-17 | 1998-12-09 | Abb Research Ltd. | Brennkammer |
DE19817995C1 (de) * | 1998-04-22 | 1999-09-09 | Stoeckert Instr Gmbh | Vorrichtung zur Überwachung des Füllstands eines Blutreservoirs |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19737998A1 (de) * | 1997-08-30 | 1999-03-04 | Abb Research Ltd | Brennervorrichtung |
US6176087B1 (en) * | 1997-12-15 | 2001-01-23 | United Technologies Corporation | Bluff body premixing fuel injector and method for premixing fuel and air |
EP0982544B1 (de) * | 1998-08-27 | 2003-06-18 | ALSTOM (Switzerland) Ltd | Brenneranordnung für eine Gasturbine |
AU2003238524A1 (en) * | 2002-05-16 | 2003-12-02 | Alstom Technology Ltd | Premix burner |
WO2004079264A1 (de) * | 2003-03-07 | 2004-09-16 | Alstom Technology Ltd | Vormischbrenner |
WO2006094939A1 (de) * | 2005-03-09 | 2006-09-14 | Alstom Technology Ltd | Vormischbrenner zum betreiben einer brennkammer |
US8627775B1 (en) | 2010-03-02 | 2014-01-14 | David L. Wilson | Burning apparatus for a solid wood-fueled process heating system |
CH703655A1 (de) * | 2010-08-27 | 2012-02-29 | Alstom Technology Ltd | Vormischbrenner für eine gasturbine. |
EP2685160B1 (de) * | 2012-07-10 | 2018-02-21 | Ansaldo Energia Switzerland AG | Multikonus-Vormischungsbrenner für eine Gasturbine |
EP2685161B1 (de) * | 2012-07-10 | 2018-01-17 | Ansaldo Energia Switzerland AG | Brenneranordnung, insbesondere für eine Gasturbine |
CN110388643A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-10-29 | 合肥工业大学 | 富氢燃料气低污染燃烧的燃气空气预混器 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1401835B2 (de) * | 1962-11-16 | 1970-02-19 | Dr. Schmitz & Apelt, Industrieofenbau GmbH, 5600 Wuppertal-Langerfeld | Zweistoffbrenner |
DE2538512A1 (de) * | 1974-08-29 | 1976-03-11 | United Technologies Corp | Brennkammer mit abgestuften vormischungsrohren |
DE2653410A1 (de) * | 1975-11-29 | 1977-06-08 | Rolls Royce 1971 Ltd | Brennkammer fuer ein gasturbinenstrahltriebwerk |
GB2119077A (en) * | 1982-04-22 | 1983-11-09 | Rolls Royce | Fuel injector for gas turbine engines |
WO1992016798A1 (en) * | 1991-03-22 | 1992-10-01 | Rolls-Royce Plc | Gas turbine engine combustor |
WO1992021919A1 (en) * | 1991-06-07 | 1992-12-10 | Rolls-Royce Plc | Gas turbine engine combustor |
EP0518072A1 (de) * | 1991-06-14 | 1992-12-16 | Asea Brown Boveri Ag | Brenner zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, einer Brennkammer einer Gasturbogruppe oder einer Feuerungsanlage |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3169367A (en) * | 1963-07-18 | 1965-02-16 | Westinghouse Electric Corp | Combustion apparatus |
JPS548139U (de) * | 1977-06-20 | 1979-01-19 | ||
CH659864A5 (de) * | 1982-06-23 | 1987-02-27 | Bbc Brown Boveri & Cie | Lochplatte zur vergleichmaessigung der geschwindigkeitsverteilung in einem stroemungskanal. |
JPS62204128U (de) * | 1986-06-12 | 1987-12-26 | ||
JPS6349608A (ja) * | 1986-08-20 | 1988-03-02 | Toa Nenryo Kogyo Kk | 超音波霧化装置付燃焼器 |
CH674561A5 (de) * | 1987-12-21 | 1990-06-15 | Bbc Brown Boveri & Cie |
-
1995
- 1995-05-08 DE DE19516798A patent/DE19516798A1/de not_active Withdrawn
-
1996
- 1996-03-14 US US08/615,803 patent/US5738509A/en not_active Expired - Fee Related
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- 1996-04-23 EP EP96810258A patent/EP0742411B1/de not_active Expired - Lifetime
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- 1996-05-06 CN CN96110036A patent/CN1158958A/zh active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1401835B2 (de) * | 1962-11-16 | 1970-02-19 | Dr. Schmitz & Apelt, Industrieofenbau GmbH, 5600 Wuppertal-Langerfeld | Zweistoffbrenner |
DE2538512A1 (de) * | 1974-08-29 | 1976-03-11 | United Technologies Corp | Brennkammer mit abgestuften vormischungsrohren |
DE2653410A1 (de) * | 1975-11-29 | 1977-06-08 | Rolls Royce 1971 Ltd | Brennkammer fuer ein gasturbinenstrahltriebwerk |
GB2119077A (en) * | 1982-04-22 | 1983-11-09 | Rolls Royce | Fuel injector for gas turbine engines |
WO1992016798A1 (en) * | 1991-03-22 | 1992-10-01 | Rolls-Royce Plc | Gas turbine engine combustor |
WO1992021919A1 (en) * | 1991-06-07 | 1992-12-10 | Rolls-Royce Plc | Gas turbine engine combustor |
EP0518072A1 (de) * | 1991-06-14 | 1992-12-16 | Asea Brown Boveri Ag | Brenner zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, einer Brennkammer einer Gasturbogruppe oder einer Feuerungsanlage |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0882932A2 (de) | 1997-05-17 | 1998-12-09 | Abb Research Ltd. | Brennkammer |
US6106278A (en) * | 1997-05-17 | 2000-08-22 | Abb Research Ltd. | Combustion chamber |
DE19817995C1 (de) * | 1998-04-22 | 1999-09-09 | Stoeckert Instr Gmbh | Vorrichtung zur Überwachung des Füllstands eines Blutreservoirs |
EP0952433A1 (de) | 1998-04-22 | 1999-10-27 | Stöckert Instrumente GmbH | Vorrichtung zur Überwachung des Füllstands eines Blutreservoirs |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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