DE2448235C2

DE2448235C2 - Brenner zur direkten Erwärmung eines Fluids durch Verbrennung

Info

Publication number: DE2448235C2
Application number: DE2448235A
Authority: DE
Inventors: Lucien Sevres Delaplace; Jean-Claude Sarcelles Mevel
Original assignee: Stein Industrie Sa 78140 Velizy-Villacoublay Fr
Current assignee: Stein Industrie Sa 78140 Velizy-Villacoublay Fr
Priority date: 1973-10-11
Filing date: 1974-10-09
Publication date: 1983-03-31
Also published as: LU71014A1; NO743633L; NL7413441A; CH589257A5; NL175460B; NL175460C; ES430945A1; DE2448235A1; FR2247940A5; US3942945A; BE820195A

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner zur direkten Erwärmung eines Fluids durch die Wirkung der Verbrennung der zu verbrennenden Fluide in Kontakt mit diesem Fluid, wobei der Brenner eine Vielzahl paralleler unter Abstand zueinander für den Durchtritt des Sauerstoffträgerfluids angeordneter Rampen umfaßt und jede Rampe Zerstäuber für den flüssigen Brennstoff, Düsen oder Injektoren für den gasförmigen Brennstoff und Düsen für das Zerstäuberfluid, jeweils mit unabhängigen Zuführungen für den flüssigen Brennstoff, den gasförmigen Brennstoff und das Zerstäuberfluid aufweist (FR-PS 21 07 733).

Die direkte Erwärmung eines bereits heißen Mediums stößt auf die Schwierigkeit, daß dann, wenn zur Speisung eines Brenners ein flüssiger Brennstoff, insbesondere Schweröl, verwendet wird, die Brennerldtungen die Temperatur des heißen Mediums erreichen können, die bei mehreren hundert Grad liegen, ts besteht die Gefahr, daß der flüssige Brennstoff übermäßig verdampft oder sogar verkokt

Mehrfach gewundene Leitungen, die die unterschiedlichen Wärmeausdehnungsverhältnisse kompensieren sollen, neigen dazu, zu verstopfen.

Man ist also dazu übergegangen, für jeden Brennstoff

ι» eine besondere Verbrennungsdüse zu verwenden, wobei die Brennstoffzuleitung für den einen Brennstoff neben der Brennstoffzuleitung für den anderen Brennstoff liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner anzugeben, bei dem die Verbrennung eine gleichmäßige Wärmefreisetzung hervorruft und für eine homogene Erwärmung dieses die Verbrennung unierhaltenden Mediums sorgt.

Erreicht wird dies erfindimgsgemäß dadurch, daß der Rampenkörper einen isolierenden Kasten für cie jeweiligen Leitungen bildet: und daß diese Zerstäuber. diese Düsen oder Injektoren für das gasförmige· Fluid sowie die Düsen oder Injektoren für das Zersiäubertiuid in einer Reihe abwechselnd und in gleichen Abstanden auf den Rampen angeordnet sind.

Zerstäubungs- und Einblasdüsen sind >.-:> unabhn-v.it in beliebiger Zahl bezüglich einander und gleichzeitig mit den entsprechenden Brennstoffen speisbar und sind im kaum so angeordnet, daß die Verbrennung eine gleichmäßige Wärmefreisetzung hervorruft und für eine homogene Erwärmung dieses die Verbrennung unterhaltenden Mediums sorgt, wobei mit Hilfe von Konvektionsmitteln die Vermischung verbessert wird. Die Brennerdüsen zweier Bauarten nach der Erfindung sorgen für die Unabhängigkeit der Brennstoffe. Die Rampenkörper stützen thermisch die Verteiler sowie die Speiseleitungen.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigt in

Fig. 1 einen Dampfgenerator. bei dem ein Brenner nach der Erfindung zum Erwärmen der Abgase einer Gasturbine verwendet wird;

F i g. 2 und 3 Ausführungsformen eines Brenners von oben, bzw. im Schnitt längs der Linie VI-VI der F i g. 2; F i g. 4 eine Seitenansicht einer Brennerrampe, wobei das Vorderteil des Rampenkörpers fortgelassen wurde; und

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII der Rampe der Fig. 4, ausgestattet mit zusätzlichen Reflektoren.

Gemäß Fig. 1 ist ein Brenner 1 in einem Feuerungskanal 2 untergebracht, der die Abgasaustrittsöffnung 3 einer Gasturbine 4 mit einem Wärmespeicher 5 über einen Feuerungskanal 6 verbindet. Die Abgase der Turbine 4 treten entlang dem Pfeil 7 aus, durchlaufen den Brenner 1, wo sie mit einem Teil des in ihnen enthaltenen überschüssigen Sauerstoffs an der Verbrennung teilnehmen und einen Flammenvorhang bilden, in dem sie erwärmt werden; sie folgen dann den Pfeilen 8 und durchlaufen einen Wärmespeicher 5, wo sie einen guten Teil ihrer Wärme an ein Wärmespeichermedium, das durch die ankommenden Pfeile 9 und austretenden Pfeile 10 dargestellt ist, abgeben und entlang den Pfeilen 11 mit niedrigerer Temperatur austreten und durch den Schornstein 13 entlang dem Pfeil 12 in die Atmosphäre gelangen.

Mit einer Zweigleitung 14 können die Abgase

nötigenfalls abgeleitet werden, ohne daß sie den Brenner 1 und den Wärmespeicher 5 durchfließen.

Gemäß den Fi g. 2 und 3 ist eine Reihe von gleichen Rampen 36 im Gehäuse 37 des Brenners 1 angeordnet, die zwischen die beiden Anschlußstücke des Feuerungskanals 2 gesetzt werden, durch die die Abgase von einer Turbine 4 (Fig. 1) beispielsweise zu sinem Wärmespeicher 5 geleitet werden, der ein Dampferzeuger sein könnte.

Die Rampen 36 umfassen Hauptdeflekloren 33, die auf dem Rampenkörper 39 (F i g. 5) angeordnet sind und in deren Innern die drei Zuführungsleitungen für die Brennerdüsen angeordnet sind: die Leitung 40 für den flüssigen Brennstoff, in der sich die Rückleitung 41 befindet, die Leitung 42 für das Mittel, mit dem der flüssige Brennstoff zerstäubt wird, und die Leitung 43 für den gasförmigen Brennstoff. Die Zerstäubungsdüsen 44 für den flüssigen Brennstoff und die Einblasdüsen 45 für den gasförmigen Brennstoff (Fig.4) sind an der Stelle 46 auf dem Zuleitungsrohr 41 füi den flüssigen Brennstoff angeordnet.

Am unteren Teil des Gehäuses 37 des Brenners 1 ist ein Gitter 47 angeordnet, mit dem die zu erwärmenden Gase gleichmäßig verteilt werden.

Wie aus den F i g. 4 und 5 zu ersehen ist, umfaßt jede Brennerrampe 36 einen Rampenkörper 39 und drei Verteilungsleitungen: die Leitung 40 für den flüssigen Brennstoff, die Leitung 42 für das Zerstäubungsmittel und die Leitung 43 für den gasförmigen Brennstoff.

Die Deflektoren 38 bilden zueinander einen Winkel von etwa 90 Grad und bewirken einen Unterdruck, durch den die Flamme gehalten wird, während äußere Nebendeflektoren 48 an der Bildung eines aerodynamischen Kreislaufs teilnehmen, durch den das zu erwärmende, die Verbrennung unterhaltende Gas entlang dem oberen Teil des Rampenkörpers 39 und der Hauptdeflektoren 38 in einer gewünschten Menge geführt wird, damit für die Stabilität der Flamme und den Schutz des oberen Teils des Rampenkörpers 39 und der Hauptdeflektoren 38 gegen die Wärmeausdehnungsunterschiede, die die Strahlung des Flammenvorhangs hervorrufen könnte, gesorgt wird. In den Hauptdeflektoren 38 sorgen Schlitze 49, die sich nach außen erweitern, dafür, daß ein kleiner Teil des die Verbrennung unterhaltenden Gases in den Unterdruckbereich gelangt, während der andere Teil im Zwischenraum zwischen zwei nebeneinanderliegenden Rampen durchmischt wird.

So wird das zwischen dem Rampenkörper 39 und die Nebendeflektoren 48 entlang Pfeil 61 aufströmende zu erwärmende Medium in zwei TdIe aufgespalten, von denen einer entlang Pfeil 62 an der Außenseite des oberen Bereichs des Rampenkörpers 39 und der Deflektoren 38 entlangstreicht und -der andere entlang Pfeil 63 die Deflektoren 38 durch die Schlitze 49 durchströmt

Der Rampenkörper 39 bildet einen Behälter, der für eine gewisse Wärmeisolierung der in seinem Innern angeordneten Leitungen 40, 42 und 43 sorgt, die

untereinander nur geringe Temperaturunterschiede aufweisen, jedoch einen hohen Temperaturunterschied zum Rampenkörper 39 besitzen, der direkt von den au erwärmenden Abgasen, die oft bereits eine sehr hohe Temperatur aufweisen, überstrichen wird.

Zur Vermeidung von aufgrund der Wärmeausdehnungsunterschiede entstehenden Verformungen werden die Leitungen 40,42 und 43 freischwebend montiert d. h., sie sind vom Rampenkörper 39 unabhängig.

Die Leitung 40 für den flüssigen Brennstoff ist starr mit einem Flansch 50 verbunden, der mit Hilfe von Schrauben 52 fest an die Wandung 51 des Gehäuses 37 gedrückt wird.

Die Leitungen 42 und 43 sind untereinander und mit der Leitung 40 mit Hilfe von Profilstäben 53 starr verbunden, die in einem Abstand D von der Wandung 51 liegen; dieser Abstand ist so bestimmt, daß die Wärmeausdehnungsunterschiede zwischen den Leitungen möglichst gering wirksam werden. Weiter sind entsprechende Verbindungsleitungen 54 von der Leitung 42 des Zerstäubungsmediums, beispielsweise Wasserdampf, zur Zerstäubungsdüse 44 und Verbindungsleitungen 55 von der Leitung 43 des gasförmigen Brennstoffs zur Einblasdüse lediglich im unteren Bereich 56 bzw. 57 mit Windungen versehen, die Wärmeausdehnungsunterschiede aufnehmen sollen.

Das Risiko, daß diese kurzen Leitungen verstopft werden, ist gering. Darüber hinaus werden zur Vermeidung jeglicher Beanspruchung einerseits die Leitungen 42 und 43 über elastische Verbindungen 58 mit dem Flansch 50 verbunden; andererseits sorgen Abstandshalter 59, die eine freie Wärmeausdehnung der Leitungen 40, 42 und 43 zulassen, für Verbindungen, durch die die Leitungen in ihrer Lage gehalten werden.

Schließlich ist die gesamte Gruppe der am stirnseitigen Flansch 50 befestigten Leitungen, Zerstäubungsdüsen und Einblasdüsen nach Entfernen der Muttern der Schrauben 52 abnehmbar; die Führung für die Höhenanordnung wird durch auf dem Boden des Rampenkörpers 39 liegende Anschläge 60 gewährleistet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brenner zur direkten Erwärmung eines Fluids durch die Wirkung der Verbrennung der zu verbrennenden Fluide in Kontakt mit diesem Fiuid, wobei der Brenner eine Vielzahl paralleler unier Abstand zueinander für den Durchtritt des Sauei- stofflrägerfluids angeordneter Rampen umfaßt und jede Rampe Zerstäuber für den flüssigen Brennstoff. Düsen oder Injektoren für den gasförmigen Brennstoff und Düsen für das 21erstäuberfluid, jeweils mit unabhängigen Zuführungen für den flüssigen Brennstoff, den gasförmigen Brennstoff und aas Zerstäuberfluid aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rampenkörper einen isolierenden Kasten für die jeweiligen Leitungen bildet; und daß diese Zerstäuber, diese Düsen oder Injektoren für das gasförmige Fluid sowie die Düsen oder Injektoren für das Zerstäuberfluid in einer Reihe abwechselnd und in gleichen Abständen auf den Rampen (36) angeordnet sind.

2. Brenner nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen oder Düsen in dem Rampengehäuse übereinander angeordnet sind und daß die Speisung mit flüssigem Brennstoff eine Leitung zu dessen dauernder Rückführung zur zusätzlichen Verringerung der Erwärmung aufweist.

3. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen jeder Rampe (36) freischwebend im Rampenkörper (39) montiert sind und daß eine der Leitungen (40, 42, 43) mit einem ihrer Enden mit dem Befestigungsflansch des Brenners verbunden ist, während die beiden anderen mit der ersten in einem Abstand (D) vom genannten Ende über Profilsläbe (53) verbunden sind, die einen optimalen Ausgleich für ihre unterschiedliche Wärmeausdehnung gewährleisten.

4. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungsdüse (44) und die Einblasdüsen (45) jeder Rampe auf der Leitung (41) für den flüssigen Brennstoff befestigt sind, die in Höhe des offenen Endes des Rampenkörpers liegt, und daß die Speisung der Zerstäubungsdüsen bzw. der Einblasdüsen mit dem Zerstäubungsmediuni bzw. mit dem Gas durch Leitungen (54, 55) erfolgt, die um die entsprechenden Zuleitungen (42, 43) herumgewickelt sind, ohne jedoch dabei eine vollständige Windung zu bilden.