DE19542164A1

DE19542164A1 - Burner with premixing of gaseous or liquid fuel in air

Info

Publication number: DE19542164A1
Application number: DE1995142164
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr Sattelmayer
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1995-11-11
Filing date: 1995-11-11
Publication date: 1997-05-15

Abstract

The burner has a mixing zone (2) which is downstream of equipment to inject a fuel into an airstream, and equipment to cause spinning, and which is upstream of a combustion chamber (19). The zone is divided into part channels (2a-2c) in the region in which the airstream flows in. The part channels have spin generators (7-9), and each have at least one opening (1b,3b,10a,10b,12a,12b,11a,13a) for injecting the fuel into the airstream. Each part channel may have at least one spin generator, and the openings may be downstream from the latter. The part channels may be formed in the direction of flow by vanes (5,6) which are arranged between the spin generators.

Description

Technical field

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Vormischbrenner gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a premix burner according to the preamble of claim 1.

State of the art

Aus EP-A1-0 321 809 ist ein aus mehreren Schalen bestehender Vormischbrenner zur Erzeugung einer geschlossenen Drallströ mung im Kegelkopf bekanntgeworden, welche aufgrund des zuneh menden Dralls entlang der Kegelspitze instabil wird und in eine annulare Drallströmung mit Rückströmung im Kern über geht. Brennstoffe, wie bespielsweise gasförmige Brennstoffe, werden entlang der durch die einzelnen benachbarten Schalen gebildeten Kanäle, auch Lufteintrittsschlitze genannt, einge düst und mit der durch die Kanäle einströmenden Luft ver mischt, bevor die Verbrennung durch Zündung am Staupunkt der Rückströmzone, auch Rückströmblase genannt, welche als Flam menhalter benutzt wird, einsetzt. Flüssige Brennstoffe werden vorzugsweise über eine zentrale Düse am Brennerkopf eingedüst und verdampfen dann im Kegelhohlraum. Unter gasturbinentypi schen Bedingungen findet die Zündung dieser flüssigen Brenn stoffe schon früh in der Nähe der Brennstoffdüse statt, womit nicht zu umgehen ist, daß die NOX-Emissionswerte gerade auf grund dieser mangelnden Vormischung kräftig ansteigen, was dann beispielsweise das Einspritzen von Wasser notwendig macht. Auch im Hinblick auf die Einbringung eines gasförmigen Brennstoffes im Bereich der Lufteintrittsschlitze ergeben sich hinsichtlich einer homogenen Vermischung etwelche Unzu länglichkeiten, die mit dem Ort der Eindüsung des Brennstof fes zusammenhängen. So läßt sich der im Bereich der Mündung des Vormischbrenners in den Brennraum eingedüste Brennstoff wegen der relativ kurze Strecke bis zur Flammenfront nicht mehr homogen mit der Luft vermischen, so daß mindestens die Verbrennung nicht optimal abläuft. Auch sonst muß bei diesem Vormischbrenner für die Stabilisierung der Rückströmzone ver schiedene Zusatzmaßnahmen ergriffen werden, die darin beste hen, daß beispielsweise die Bereitstellung einer geometri schen Konfiguration des Brenners vorgenommen werden muß, bei welcher die kritische Drallzahl mit dem Ende des Vormisch brenners zusammenfallen muß, oder bei welcher am Übergang zwischen Brennerende und Brennraum ein Querschnittssprung vorgesehen wird.EP-A1-0 321 809 describes a shell consisting of several shells Premix burner for generating a closed swirl flow mung in the cone head, which due to the increasing swirl along the cone tip becomes unstable and in an annular swirl flow with backflow in the core over goes. Fuels, such as gaseous fuels, are along the through the individual neighboring shells formed channels, also called air inlet slots, turned bleak and with the air flowing in through the channels mixes before the combustion by ignition at the stagnation point of the Backflow zone, also called backflow bubble, which as a flam menu holder is used. Liquid fuels will be preferably injected via a central nozzle on the burner head and then evaporate in the cone cavity. Among gas turbine types conditions, the ignition of this liquid burning takes place substances take place early near the fuel nozzle, with what It is unavoidable that the NOX emission levels are just up due to this lack of premixing, what then, for example, the injection of water is necessary makes. Also with regard to the introduction of a gaseous one Fuel in the area of the air inlet slots result with regard to homogeneous mixing elongations associated with the location of the fuel injection fes related. So it can be in the area of the mouth of the premix burner fuel injected into the combustion chamber not because of the relatively short distance to the flame front Mix more homogeneously with the air so that at least the Combustion is not optimal. Otherwise, this must Premix burner for stabilizing the backflow zone ver various additional measures are taken, the best in it hen that, for example, the provision of a geometri configuration of the burner must be made at which is the critical swirl number at the end of the premix burner must collapse, or at which at the transition a cross-sectional jump between the end of the burner and the combustion chamber is provided.

Presentation of the invention

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Vormischbrenner der eingangs genannten Art die Erzeugung einer stabilen Vormischflamme sowohl für gasförmige als auch für flüssige Brennstoffe zu bewerkstelli gen.The invention seeks to remedy this. The invention how it is characterized in the claims, the task lies the basis for a premix burner of the type mentioned Kind of generating a stable premix flame for both gaseous as well as liquid fuels gene.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß zur Erzeugung einer Vormischflamme eine einfache Konfi guration bereitgestellt wird. Derselbe Vormischbrenner ist sowohl für gasförmige als auch für flüssige Brennstoffe taug lich, wobei die Umstellung von einem zum anderen Brennstoff keine Veränderung am Grundprinzip dieses Vormischbrenners notwendig macht. The main advantages of the invention can be seen in that a simple confi to generate a premix flame guration is provided. The same premix burner is Suitable for both gaseous and liquid fuels Lich, switching from one fuel to another no change to the basic principle of this premix burner makes necessary.

Die einfache Konfiguration des Vormischbrenners ist darin zu sehen, daß dieser grundsätzlich aus einem Außenrohr und ei nem Innenkörper besteht, wobei der hierdurch gebildete Durch flußquerschnitt entweder zylindrisch ist oder auch jede an dere konische Form einnehmen kann. Am stromaufseitigen Ende des Vormischbrenners werden beide Teile durch eine Reihe von Drallerzeugern miteinander verbunden, wobei dazwischen Mittel für Brennstoffeindüsungen angeordnet sind.The simple configuration of the premix burner is too see that this basically consists of an outer tube and egg Nem inner body, the through formed thereby river cross section is either cylindrical or each whose conical shape can take. At the upstream end of the premix burner, both parts are replaced by a series of Swirl generators connected to each other, with means in between are arranged for fuel injection.

Die Umstellung von einem Brennstoff zum anderen ist lediglich eine Sache der Regelung. Demnach kann der selbe Vormischbren ner verschiedene Funktionen übernehmen, welcher das ganze Spektrum von der Inbetriebsetzung bis zur Vollast abdeckt.The switch from one fuel to another is only a matter of regulation. Accordingly, the same premixing can ner take on different functions, which the whole Covers the spectrum from commissioning to full load.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß der Vormischbrenner ohne besondere Schwierigkei ten jene Auslegung erfährt, welche ein Zurückspringen der Flamme in die Rückströmzone vermeidet.Another important advantage of the invention is that see that the premix burner without any particular difficulty experienced the interpretation that would cause the Avoids flame in the backflow zone.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungs gemäßen Aufgabenlösung sind in den weiteren abhängigen An sprüchen gekennzeichnet.Advantageous and expedient developments of the Invention Appropriate task solutions are in the other dependent appendix sayings marked.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbei spiel der Erfindung näher erläutert. Alle für das unmittel bare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind fortgelassen worden. Die Strömungsrichtung der Medien ist mit Pfeilen angegeben.In the following, an execution example is made with reference to the drawing game of the invention explained in more detail. All for the immediate bare understanding of the invention not necessary elements have been omitted. The flow direction of the media is indicated with arrows.

Brief description of the drawing

Die einzige Figur zeigt einen Vormischbrenner, der als Ein zelbrenner oder im Verbund mit anderen bei einer Ringbrenn kammer einer Gasturbine zum Einsatz kommt. The only figure shows a premix burner, which as an single burner or in combination with others in a ring burner chamber of a gas turbine is used.

WAYS OF CARRYING OUT THE INVENTION, INDUSTRIAL APPLICABILITY

Der Vormischbrenner gemäß Figur besteht aus einem Außenrohr 1 und einem Innenkörper 3. Der von den beiden Teilen gebil dete Hauptdurchflußquerschnitt 2 ist, wie dies von der Achse 4 versinnbildlicht wird, von annularer Ausgestaltung im Sinne einer Ringbrennkammer, in Strömungsrichtung verläuft er zy lindrisch und erfüllt die Funktion einer Mischstrecke. Selbstverständlich kann die Strömungswand des Außenrohres 1 und/oder des Innenkörpers 3 in Strömungsrichtung dergestalt verlaufen, daß die Mischstrecke 2 eine beliebige konische Form einnimmt, wobei diese Strecke auch einen progressiven oder degressiven Verlauf haben kann. Somit sind für die Bil dung eines optimalen Luft/Brennstoff-Gemisch, zur Vermeidung eines Zurückspringen der Flamme in die Rückströmzone oder um ein Rückzünden der Flamme in die Vormischzone zu verhindern, entsprechende Optionen vorhanden. Im Bereich des stromaufsei tigen Endes des Vormischbrenners weist die Mischstrecke 2 sowohl außenrohrseitig als auch innenkörperseitig eine stromaufwärts verlaufende konische Erweiterung auf. Auf die Größe der hier zugrundegelegten Drallwinkel 17a, 17b wird weiter unten näher eingegangen. Schließlich geht jeder Drallwinkel 17a, 17b im Bereich der stromaufseitigen Ende des Vormischbrenners in einen Radius 18a, 18b über. Im Bereich dieser konischen Erweiterung, am stromaufseitigen Ende dem Vormischbrenners, wird der dort durch die Drallwinkel 17a, 17b induzierte Durchflußquerschnitt anhand einer Reihe von Hilfsteilen überbrückt. Zunächst tragen Außenrohr 1 und In nenkörper 3 je einen Drallerzeuger 7, 9. Beide Drallerzeuger 7, 9 tragen ihrerseits je eine Schaufel 5, 6, welche als Drallschaufel ausgebildet ist. Schließlich wird der Abstand zwischen den beiden gegenüberliegenden Flächen der Drall schaufeln 5, 6 durch einen weiteren Drallerzeuger 8 über brückt. Demnach wird der stromaufseitigen Bereich des Vor mischbrenners in drei Teilkanäle 2a, 2b, 2c aufteilt, welche analog der Mischstrecke 2 annular verlaufen, und welche sich bis in den Bereich des Auslaufes der konischen Erweiterung in den Hauptdurchflußquerschnitt erstrecken. Die Drallschaufeln 5, 6 sind mehrfach hohl ausgebildet. Diese Hohlräume 10, 12, welche sich unmittelbar anströmungsseitig der Drallschaufeln 5, 6 befinden, werden von einem gasförmigen Brennstoff durch strömt. Stromab sind weitere Hohlräume 11, 13 vorgesehen, durch welche ein flüssiger Brennstoff herangeführt wird. Eine weitere Beistellung eines gasförmigen Brennstoffes geschieht über Hohlräume 1a, welche im Außenrohr 1 verlaufen, und/oder über Hohlräume 3a, welche im Innenkörper 3 vorgesehen sind. Die Eindüsungsöffnungen 1b, 3b aus den letztgenannten Hohl räumen 1a, 3a stehen zwangsläufig nur mit den äußeren Teilkanälen 2a, 2b in Wirkverbindung. Demgegenüber weisen die Hohlräume 10, 12 beidseitige Eindüsungsöffnungen 10a, 10b resp. 12a, 12b auf, so daß dadurch sämtliche Teilkanäle 2a, 2b, 2c mit Brennstoff versorgt werden. Die Einbringung des flüssigen Brennstoffes über die Hohlräume 11, 13 geschieht über einseitige Eindüsungsöffnungen 11a, 13a, welche dement sprechend auch nur je einen Teilkanal mit Brennstoff versor gen. Die Luft teilt sich beim Eintritt in den Vormischbrenner in drei Teilströme 14a, 14b, 14c auf, welche jeweils durch den entsprechenden Drallerzeuger 7, 8, 9 und anschließend durch die von den Drallschaufeln 5, 6 gebildeten Teilkanäle 2a, 2b, 2c strömen. Am Ende dieser Teilkanäle durchströmt das Luft/Brennstoff-Gemisch 15 die Mischstrecke 2, in welcher die Gemischbildung optimiert wird. Am Ende derselben stellt sich im anschließenden Brennraum eine Flammenfront 16 ein. Im Falle von Flüssigbrennstoff 11a, 13a erfolgt die Eindüsung in Form des klassischen Airblaszerstäubungsprinzips. Hier wird der Brennstoff zuerst dem bereits erwähnten Hohlraum 11 bzw. 13 und danach einer Oberfläche zugeführt, welche einer Luft ausgesetzt ist. Im der Figur betrifft die Oberfläche jeweils die eine mit den Eindüsungsöffnungen 11a, 13a versehene Wand der entsprechenden Drallschaufel 5, 6, während die Luft hier von den Teilströmen 14b, 14c gebildet wird. Auf der Wand bil det sich ein Flüssigkeitsfilm, der am stromabseitigen Ende zu Tropfen zerfällt. Aufgrund des geringen Ausbreitungswinkels eines solchen Tropfensprays kann es notwendig sein, mehrere zueinander konzentrische Zerstäubungskanten zu verwenden. In der Figur verdampfen die Tropfen einerseits im Teilkanal 2c und andererseits im Teilkanal 2b. Selbstverständlich ist es auch möglich, jede Wand der Drallschaufeln 5, 6 mit Eindü sungsöffnungen für einen flüssigen Brennstoff zu versehen. Die in den Vormischbrenner einströmende Luft 14a, 14b, 14c wird sonach in jedem Luftkanal 2a, 2b, 2c über die Draller zeuger 7, 8, 9 verdrallt. Durch einen unterschiedlichen Drall innerhalb der einzelnen Kanäle 2a, 2b, 2c können die dort sich bildenden Geschwindigkeitsprofile entsprechend angepaßt werden.The premix burner according to the figure consists of an outer tube 1 and an inner body 3 . The main flow cross-section 2 formed by the two parts is, as is symbolized by the axis 4 , of an annular configuration in the sense of an annular combustion chamber, in the flow direction it is cylindrical and fulfills the function of a mixing section. Of course, the flow wall of the outer tube 1 and / or the inner body 3 can run in the flow direction such that the mixing section 2 takes any conical shape, which section can also have a progressive or degressive course. Corresponding options are thus available for the formation of an optimal air / fuel mixture, in order to avoid the flame jumping back into the backflow zone or to prevent the flame from reigniting in the premixing zone. In the area of the upstream end of the premix burner, the mixing section 2 has an upstream tapered widening on both the outer tube side and the inner body side. The size of the swirl angles 17 a, 17 b on which this is based will be discussed in more detail below. Finally, each swirl angle 17 a, 17 b merges into a radius 18 a, 18 b in the region of the upstream end of the premix burner. In the area of this conical extension, at the upstream end of the premix burner, the flow cross-section induced there by the swirl angles 17 a, 17 b is bridged using a number of auxiliary parts. First, outer tube 1 and inner body 3 each have a swirl generator 7 , 9 . Both swirl generators 7 , 9 in turn each carry a blade 5 , 6 , which is designed as a swirl blade. Finally, the distance between the two opposite surfaces of the swirl blades 5 , 6 is bridged by a further swirl generator 8 . Accordingly, the upstream region of the pre-mixing burner is divided into three subchannels 2 a, 2 b, 2 c, which run annularly analogously to the mixing section 2 , and which extend into the region of the outlet of the conical extension into the main flow cross section. The swirl blades 5 , 6 are hollow several times. These cavities 10 , 12 , which are located on the inflow side of the swirl blades 5 , 6 , are flowed through by a gaseous fuel. Further cavities 11 , 13 are provided downstream, through which a liquid fuel is introduced. A further provision of a gaseous fuel takes place via cavities 1 a, which run in the outer tube 1 , and / or via cavities 3 a, which are provided in the inner body 3 . The injection openings 1 b, 3 b from the latter cavities 1 a, 3 a are inevitably only in operative connection with the outer subchannels 2 a, 2 b. In contrast, the cavities 10 , 12 injection openings 10 a, 10 b on both sides, respectively. 12a, 12b, thereby all the sub-channels 2 a, 2 b, 2 c supplied with fuel. The introduction of liquid fuel via the cavities 11, 13 is done by unilateral injection openings 11 a, 13 a, which accordingly only each gene one subchannel with fuel versor. The air is divided on entry into the premix into three partial streams 14 a, 14 b, 14 c, which each flow through the corresponding swirl generator 7 , 8 , 9 and then through the subchannels 2 a, 2 b, 2 c formed by the swirl blades 5 , 6 . At the end of these subchannels, the air / fuel mixture 15 flows through the mixing section 2 , in which the mixture formation is optimized. At the end of the same, a flame front 16 appears in the subsequent combustion chamber. In the case of liquid fuel 11 a, 13 a, the injection takes place in the form of the classic air-atomization principle. Here the fuel is first fed to the already mentioned cavity 11 or 13 and then to a surface which is exposed to air. In the figure, the surface relates in each case to the wall of the corresponding swirl vane 5 , 6 provided with the injection openings 11 a, 13 a, while the air here is formed by the partial flows 14 b, 14 c. A film of liquid forms on the wall, which disintegrates into drops at the downstream end. Due to the small spreading angle of such a drop spray, it may be necessary to use several atomizing edges which are concentric with one another. In the figure, the droplets evaporate on the one hand in the sub-channel 2 c and b on the other hand in the sub-channel. 2 Of course, it is also possible to provide each wall of the swirl blades 5 , 6 with injection openings for a liquid fuel. The air flowing into the premix burner 14 a, 14 b, 14 c is then swirled in each air duct 2 a, 2 b, 2 c via the swirl generator 7 , 8 , 9 . By means of a different twist within the individual channels 2 a, 2 b, 2 c, the speed profiles formed there can be adapted accordingly.

Unmittelbar stromab dieser Drallerzeuger 7, 8, 9 setzt be reits über die Drallschaufeln 5, 6 und über die Hohlräume 1a, 3a die Eindüsung des gasförmigen Brennstoffes 10a, 10b bzw. 12a, 12b bzw. 1b, 3b ein. Selbstverständlich kann der Innen körper als zentrale Brennstofflanze ausgebildet sein, die am stromabseitigen Ende eine Einrichtung zum Eindüsen von Luft, und/oder eines gasförmigen, und/oder eines flüssigen Brenn stoffes in den Brennraum 19 aufweist. Die Luft kann darüber hinaus beispielsweise mit einem Anteil rückgeführten Abgases oder Rauchgases angereichert sein. Mit einer solchen Ausbil dung kann der Betriebsbereich des Vormischbrenners entsprechend erweitert werden.Immediately downstream of this swirl generator 7 , 8 , 9 , the injection of the gaseous fuel 10 a, 10 b or 12 a, 12 b or 1 b, 3 is already via the swirl blades 5 , 6 and the cavities 1 a, 3 a b a. Of course, the inner body can be designed as a central fuel lance, which has a device for injecting air and / or a gaseous and / or a liquid fuel into the combustion chamber 19 at the downstream end. The air can also be enriched, for example, with a proportion of recirculated exhaust gas or flue gas. With such training, the operating range of the premix burner can be expanded accordingly.

Da unter allen Umständen ein Zurückspringen der Flamme in die durch die oben beschriebene Verdrallung gebildete Rückström zone vermieden werden muß, muß der Drallwinkel 17a, 17b entsprechend ausgelegt werden. Bei dieser Ausgelung spielt indessen auch das Radienverhältnis zwischen Rohrradius und Lanzenradius eine eminent wichtige Rolle. Wird dieses Ver hältnis kleiner 2 gewählt, so darf der mittlere Drallwinkel nicht größer 30 sein. In diesem Zusammenhang darf nicht verkannt werden, daß ein höherer Drallwinkel eine dickere Lanze erfordert. Außerdem stellt sich dann das Problem der niedrigen Axialgeschwindigkeit ein. Eine Rückzündung der Flamme ins Innere der Mischstrecke 2 läßt sich zusätzlich vermeiden, wenn deren Wandzone mit Frischluft von außen ver sorgt werden.Since under all circumstances the flame must jump back into the backflow zone formed by the swirl described above, the swirl angle 17 a, 17 b must be designed accordingly. The radius ratio between pipe radius and lance radius also plays an eminently important role in this gelling. If this ratio is less than 2, the mean swirl angle must not be greater than 30. In this context it should not be overlooked that a higher swirl angle requires a thicker lance. In addition, the problem of low axial speed then arises. A re-ignition of the flame inside the mixing section 2 can also be avoided if its wall zone is provided with fresh air from the outside.

Was die Filmaufbringung und Filmbildung des flüssigen Brenn stoffes 11a, 13a betrifft, ist bei Flüssigkeiten mit guter Benetzbarkeit eine Filmbildung bis zu einem auf die Film lauflänge bezogenen Volumenstrom von 0,1 g/s/cm möglich. Ver schmutzungen der Filmoberfläche verbessern indessen die Be netzbarkeit. Bei hoher Schubspannung lösen sich über 0,5 g/s/cm Tropfen aus der Oberfläche. Die Filmaufbringung kann auch durch eine Reihe von Eindüsungsöffnungen geschehen, wo bei der Austrittsimpuls klein sein muß, soll eine einwand freie Filmbildung erreicht werden. Die Eindüsungsöffnungen können auch im Ringspalt sein, durch den der Brennstoff ver drallt oder unverdrallt den filmbildenden Strecken zugeführt wird.As far as the film application and film formation of the liquid fuel 11 a, 13 a is concerned, with liquids with good wettability, film formation is possible up to a volume flow of 0.1 g / s / cm based on the film length. Contamination of the film surface, however, improves wettability. At high shear stress, over 0.5 g / s / cm drops come off the surface. The film can also be applied through a series of injection openings, where the exit impulse must be small if perfect film formation is to be achieved. The injection openings can also be in the annular gap through which the fuel swirls or is swirled into the film-forming sections.

In einem drallfreien Strömungsfeld hohen Impulses breitet sich der zerfallende Film des flüssigen Brennstoffes 11a, 13a nur mit einem sehr kleinen Winkel aus. Der Winkel wird nach der Zerfallskante nicht größer als 10-15° sein. Er wird stromab im Bereich des turbulenten Luftfreistrahls weiter zu rückgehen. Pro 100 mm Rohrlänge wird dann eine Kanalhöhe von nur etwa 15 mm mit Tropfen versorgt, was dann unter Umständen mehrere konzentrische Brennstoffeindüsungen nötig macht. Bei gleichsinniger Verdrallung und kleinen Tropfen (12-45 µm) stellt man fest, daß der Vorgang der Zerstäubung sich nicht wesentlich von demjenigen ohne Drall unterscheidet. Kleine Tropfengröße und hoher Druck verhindern starke Relativbewe gungen zwischen Tropfen und Luft aufgrund der hohen Beschleu nigung. Dennoch ist der Ausschleuderungseffekt der Tropfen durch die Drallströmung nicht zu vernachlässigen. Die Länge des Brenners sowie die Aufteilung des Brennstoffes muß so vorgenommen werden, daß sich ein optimales Öldampfprofil am Austritt ergibt. In diesem Zusammenhang darf nicht unerwähnt bleiben, daß die größeren charakteristischen Tropfendurch messer etwa mit der Potenz -1 bis -1,2 zur Geschwindigkeit skalieren. Demnach sind Luftgeschwindigkeiten von ca. 90 m/s mit dem zur Verfügung stehenden Druckabfall möglich. Die Ver dampfungslänge kann daher auf eine Tropfengröße von 30-40 µm ausgelegt werden.In a swirl-free flow field of high momentum, the decaying film of liquid fuel 11 a, 13 a spreads only at a very small angle. The angle after the decay edge will not be larger than 10-15 °. It will decrease further downstream in the area of the turbulent air jet. A channel height of only about 15 mm is then supplied with drops per 100 mm pipe length, which may then necessitate several concentric fuel injections. With swirling in the same direction and small drops (12-45 µm), it is found that the atomization process does not differ significantly from that without swirl. Small droplet size and high pressure prevent strong relative movements between droplets and air due to the high acceleration. Nevertheless, the ejection effect of the droplets due to the swirl flow cannot be neglected. The length of the burner and the distribution of the fuel must be made so that there is an optimal oil vapor profile at the outlet. In this context it should not be left unmentioned that the larger characteristic droplet diameters scale to the speed with the potency -1 to -1, 2 . Accordingly, air speeds of approx. 90 m / s are possible with the available pressure drop. The evaporation length can therefore be designed for a droplet size of 30-40 µm.

BezugszeichenlisteReference list

1 Außenrohr
1a Hohlraum für einen gasförmigen Brennstoff
1b Eindüsungsöffnung, gasförmiger Brennstoff
2 Mischstrecke
2a Teilkanal außen
2b Teilkanal innen
2c Teilkanal Mitte
3 Innenkörper
3a Hohlraum für einen gasförmigen Brennstoff
3b Eindüsungsöffnung, gasförmiger Brennstoff
4 Mittelachse
5 Drallschaufel außen
6 Drallschaufel innen
7 Drallerzeuger, Drallkörper außen
8 Drallerzeuger, Drallkörper Mitte
9 Drallerzeuger, Drallkörper innen
10 Hohlraum in Drallschaufel 5 für gasförmigen Brennstoff
11 Hohlraum im Drallschaufel 5 für flüssigen Brennstoff
12 Hohlraum im Drallschaufel 6 für gasförmigen Brennstoff
13 Hohlraum im Drallschaufel 6 für flüssigen Brennstoff
14a Luftteilstrom außen zu Teilkanal 2a
14b Luftteilstrom innen zu Teilkanal 2b
14c Luftteilstrom Mitte zu Teilkanal 2c
15 Luft/Brennstoff-Gemisch
16 Flammenfront
17a Drallwinkel im Außenrohr 1
17b Drallwinkel im Innenkörper 3
18a Radius bei der Einströmung in Teilkanal 2a
18b Radius bei der Einströmung in Teilkanal 2b
19 Brennraum 1 outer tube
1 a cavity for a gaseous fuel
1 b injection opening, gaseous fuel
2 mixing section
2 a subchannel outside
2 b subchannel inside
2 c subchannel middle
3 inner bodies
3 a cavity for a gaseous fuel
3 b injection opening, gaseous fuel
4 central axis
5 swirl vane outside
6 swirl vane inside
7 swirl generator, swirl body outside
8 swirl generator, swirl body center
9 swirl generator, swirl body inside
10 cavity in swirl vane 5 for gaseous fuel
11 Cavity in the swirl vane 5 for liquid fuel
12 cavity in the swirl vane 6 for gaseous fuel
13 Cavity in the swirl vane 6 for liquid fuel
14 a partial air flow outside to sub-duct 2 a
14 b partial air flow inside to sub-duct 2 b
14 c partial air flow from center to sub-duct 2 c
15 Air / fuel mixture
16 flame front
17 a swirl angle in the outer tube 1
17 b helix angle in the inner body 3
18 a radius when flowing into subchannel 2 a
18 b radius when flowing into subchannel 2 b
19 combustion chamber

Claims

1. premix burner, consisting essentially of means for injecting a fuel into an air stream, means for generating a swirl and consisting of the said means downstream of the mixing section, said mixing section being arranged upstream of a combustion chamber, characterized in that the mixing section ( 2 ) in the area of the inflow of the air flow ( 14 a-c) into the premix burner is divided into a plurality of subchannels ( 2 a-c) which are equipped with swirl generators ( 7 , 8 , 9 ) and that each subchannel ( 2 ac) at least one opening ( 1 b, 3 b; 10 a, 10 b, 12 a, 12 b; 11 a, 13 a) for the injection of a fuel into the air flow is assigned.

2. premix burner according to claim 1, characterized in that each sub-channel ( 2 a-c) is assigned at least one swirl generator ( 7 , 8 , 9 ).

3. Premix burner according to claim 1, characterized in that the openings for injecting the fuel are arranged downstream of the swirl generator ( 7 , 8 , 9 ).

4. Premix burner according to Claim 1, characterized in that the part channels (2 a-c) are formed in the direction of flow through are arranged between each swirl generators swirl blades (5, 6).

5. premix burner according to claim 4, characterized in that the swirl blades ( 5 , 6 ) have cavities ( 10 , 11 , 12. 13 ) for the flow of fuel.

6. premix burner according to claim 1, characterized in that the mixing section ( 2 ) in the flow area at least in the direction of the outer tube ( 1 ) or inner body ( 3 ) has an expansion of the flow cross-section.

7. premix burner according to claim 6, characterized in that the expansion of the flow cross section over at least one swirl angle ( 17 a, 17 b) is conical.

8. premix burner according to claim 6, characterized in that the extension of the flow cross-section extends into the region of the axial outlet of the swirl blades ( 5 , 6 ).

9. premix burner according to claim 1, characterized in that the premix burner is part of an annular combustion chamber.

10. premix burner according to claim 9, characterized in that the annular combustion chamber has several premix burners in the circumferential direction ner, which are arranged side by side.