EP0125572A1 - Multi-fuel burner - Google Patents

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EP0125572A1
EP0125572A1 EP84105008A EP84105008A EP0125572A1 EP 0125572 A1 EP0125572 A1 EP 0125572A1 EP 84105008 A EP84105008 A EP 84105008A EP 84105008 A EP84105008 A EP 84105008A EP 0125572 A1 EP0125572 A1 EP 0125572A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
outlet
fuel
outlet nozzles
burner
die
Prior art date
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Application number
EP84105008A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0125572B1 (en
Inventor
Hans Dipl.-Ing. Hoffeins
Richard Ing. Grad. Kalbfuss
Bora Dipl.-Ing. Ipek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BBC Brown Boveri AG Switzerland
Original Assignee
BBC Brown Boveri AG Switzerland
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Publication date
Application filed by BBC Brown Boveri AG Switzerland filed Critical BBC Brown Boveri AG Switzerland
Publication of EP0125572A1 publication Critical patent/EP0125572A1/en
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Publication of EP0125572B1 publication Critical patent/EP0125572B1/en
Expired legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
    • F23D17/002—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or liquid fuel

Definitions

  • the invention relates to a multi-fuel burner, in particular for the combustion chamber of a gas turbine, with outlet points for a plurality of fuels, each of which is connected to an associated fuel supply space arranged on the burner head, each outlet point comprising a multiplicity of outlet nozzles which are arranged in a ring in a nozzle head .
  • a known multi-fuel burner of this type has a central outlet in the form of an atomizer nozzle for liquid fuels, which is surrounded by outlet points for two different fuel gases (DE-PS 953 551).
  • simultaneous operation with the aforementioned fuels is possible, but an alternative operation with one of the combustion gases with simultaneous full burner output is not provided.
  • the rigid design of the burner leads to high thermally triggered stresses.
  • GB patent specification 985 739 shows a fuel nozzle for a gas turbine. This fuel nozzle is suitable for the combustion of fuel gas or liquid fuel, the simultaneous combustion of two fuel gases is not disclosed there.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a multi-fuel burner of the type mentioned at the outset which is suitable for the problem-free simultaneous or alternate combustion of different combustion gases at a rated burner output and good efficiency and has a simple, inexpensive structure.
  • the multi-fuel burner is said to be fully capable of withstanding the thermal loads occurring during operation.
  • the arrangement of several exhaust points allows different types of fuel gas to be burned simultaneously or alternately, optionally together with liquid fuels, with good efficiency and with full burner output.
  • an ignitable fuel gas can be supplied for a short time during the ignition process through the other outlet position.
  • the division of the outlet points into a plurality of circular outlet nozzles and their orientation has proven to be very favorable for the desired good Mixing the fuel gases with the supplied combustion air.
  • the firing requirements to be placed on such a multi-fuel burner such as complete and soot-free combustion and adaptability to different fuel gases, are therefore fully met.
  • the annular arrangement of the outlet nozzles in a common annular cylindrical nozzle head results in a simple, inexpensive and compact structure.
  • the minimum possible mutual distance of the outlet points for fuel gases in the radial direction ensures that the mixture between fuel gas and combustion air both when the one outlet point is operated and also has good combustion results largely unchanged when the other exhaust point is operated alone. This also has the same advantageous effect when both outlet points and, if appropriate, additionally the outlet point for liquid fuels are in operation.
  • the connection of the outlet nozzles to the associated fuel supply spaces by pipelines allows, on the one hand, a structurally simple gas supply to the outlet nozzles and, on the other hand, enables the arrangement of expansion compensators in order to relieve thermal stresses in the pipelines, which are long in relation to the diameter of the multi-fuel burner, by fuel gases can occur at different temperatures. This is particularly the case if other hand, gases flow to in a natural gas pipelines at room temperature, in the other pipes of a fuel gasification plant with temperatures between 100 and 350 0 C the nozzle head.
  • the multi-fuel burner according to the invention thus fulfills the essential requirements to be placed on such a burner.
  • outlet nozzles have a constant cross section and accordingly consist of cylindrical channels, for example in the form of bores, or are composed of cylindrical channel pieces of the same diameter.
  • the outlet nozzles can advantageously be connected individually to the associated fuel supply spaces by pipelines.
  • the outlet nozzles of the individual outlet points each have an interposed one, preferably in the nozzle head arranged collector are connected by the pipes to the associated fuel supply rooms.
  • expansion compensators for the pipelines, but the least effort in connection with absolute tightness of the expansion compensators is advantageously given if they each consist of at least one change in direction of the pipeline.
  • the multi-fuel burner shown in FIG. 1 has a nozzle head 10 in the form of an annular cylinder 11, in which the first outlet point 12 and the second outlet point 14 are each arranged for a fuel gas.
  • Both outlet points 12, 14 each consist of a multiplicity of outlet nozzles 16 and 18, respectively.
  • the outlet nozzles of each outlet point 12, 14 are arranged in an annular and evenly distributed manner in the nozzle head 10, the outlet nozzles 16 being the first outlet point concentrically surrounded by the outlet nozzles 18 of the second outlet location and, viewed in the radial direction, are arranged offset with respect to the outlet nozzles 18. It is particularly important that the radial distance d between the outlet nozzles 16 and 18 is as small as possible for a compact structure.
  • the outlets of the outlet nozzles 16, 18 are directed outwards with respect to the longitudinal axis 20 of the multi-fuel burner at an angle oil of 200 to 800.
  • the front outer edge of the ring-cylindrical nozzle head 10 is provided with a chamfer 22 or a circumferential surface inclined to the longitudinal axis 20, which is oriented such that the axes of the openings penetrate this chamfer 22 perpendicularly.
  • the axial length of the thinning area is short compared to the total length of the nozzle head 10 (ratio 1: 4 to 1: 6) as can be clearly seen from FIG.
  • the outlet nozzles 16, 18 are incorporated in the nozzle head 10 as cylindrical bores.
  • a straight pipe 24 is connected at the upper end of the nozzle head, which straight line runs parallel to the longitudinal axis 20 of the multi-fuel burner and the other end of which leads into the essentially ring-cylindrical burner head 26 which is coaxial with the nozzle head.
  • cylindrical bores 28 are provided in the burner head 26 in the direction of the longitudinal axis 20 and open into an annular and concentric first fuel feed chamber 30 arranged at the upper end of the burner head.
  • This is provided with a first connecting piece 32, which points to the left in the sectional plane — FIG. 1 and runs radially.
  • the connecting piece 32 can also run perpendicular to the plane of the drawing, that is, point to the viewer. If necessary, several connecting pieces can be provided.
  • outlet nozzles 18 of the second outlet point 14 are connected to a coaxial second fuel supply space 36 by further pipelines 34.
  • This is also annular and is incorporated in the burner head 26 below the first fuel supply chamber 30.
  • Connected to the second fuel supply space 36 is a radially extending second connecting piece 38 pointing to the right in the sectional plane of FIG. 1.
  • the further pipelines 34 surround the pipelines 24.
  • the further pipelines 34 which are connected to the second Outlet point 14 are connected, are each provided with an expansion compensator 40.
  • Figure 3 which shows a development of some of the annularly arranged tubes 24, 34 in the plane of the drawing, the design of these expansion compensators 40 can be clearly seen.
  • the other tubes 34 are provided with two changes in direction such that these tubes - starting from the nozzle head 10 - initially run straight and parallel to the longitudinal axis 20, then angled and aligned at an angle (from 300 to 60 ° to the longitudinal axis 20 or to the respective tube longitudinal axis) and are finally brought back in the direction of the longitudinal axis 20 by a further angling.
  • the angling is preferably carried out with the largest possible angle to the respective longitudinal axis of the pipeline in order to increase the effectiveness of the expansion compensator formed in this way are angled at the same angle and in the case of the installation-like arrangement on a cylindrical surface there is no overlap of these pipelines, but rather that they run side by side, as can be seen very clearly from Figure 3, to which express reference is made are preferably arranged approximately in the middle of the distance between burner head 26 and nozzle head 10. 6 and 7 and the associated description, further details can be found.
  • a coaxial cylindrical nozzle rod 42 which extends into the interior of the nozzle head 10, the lower end of which forms an outlet 44 for liquid fuels, for example fuel oil an atomizing nozzle 46 forms.
  • the top end of the nozzle assembly 42 can open into a supply space for liquid fuels, which is not shown in the drawing.
  • a plurality of radially extending air guide or swirl plates 48 are provided in the region of the atomizer nozzle.
  • the air baffles 48 have the shape of circular ring segments.
  • the supply and / or guide devices for the combustion air belonging to a multi-fuel burner or forming part of the multi-fuel burner are shown in FIG. 8.
  • the sum of the free flow cross sections of the pipelines 24 or of the associated outlet nozzles 16 is preferably equal to 0.8 to 1 times the free cross section of the associated connecting piece 32.
  • the usually predetermined distances between the burner head and the nozzle head result in approx. 0.5 to 1.5 m expansion differences of the pipes 24, 34 of approx. 0.5 to 1.5 mm, which are absorbed and compensated by the expansion compensators 40. Expansion differences also occur when the combustion air flowing in the intermediate space 76 is preheated (cf. FIG. 8).
  • FIGS. 4 shows the detail IV of Figure 1 in a larger representation as a variant. While in the embodiment according to FIGS. 1 to 3 each of the outlet nozzles 16, 18 is connected directly to the associated fuel supply space 30, 36 by a pipe 24, 34, in the embodiment according to FIGS. 4 and 5 there are collectors 54, 56 between the outlet nozzles 18, 16 and the pipes 34, 24 turned on. The outlet nozzles 16, 18 of each individual outlet point 12, 14 each open into a collector 56 and 54, respectively. The pipes 34, 24 are connected to the collectors 54, 56 and lead to the fuel supply spaces.
  • the number of these pipelines 24, 34 can be less than the number of outlet nozzles 16, 1 &, if the remaining pipelines are advantageously connected evenly distributed to the collectors 54, 56 and have a cross-section sufficient for the transport of fuel gas or for sufficient transport of the fuel gas are dimensioned.
  • the collectors 54, 56 in the nozzle head 10 are circular Cavities formed with a rectangular cross section. This can easily be achieved with nozzle heads which are produced with the aid of a casting process.
  • the following guide values apply to the dimensioning of the multi-fuel burner according to the invention.
  • the diameter of the nozzle head and its thickness in the radial direction should be selected so that the number of outlet nozzles that are required to achieve the intended burner rating can be accommodated.
  • the placement of a central outlet for liquid fuels and / or the central supply of combustion air and the arrangement of baffles must be taken into account.
  • the nozzle head is to be dimensioned in the axial direction only with consideration of the design of the outlet nozzles and, if necessary, with regard to the arrangement of the collectors.
  • FIG. 6 shows a further pipeline 34 as a detail and in a view.
  • the direction of the bend can be seen with a Winkelet from 200 to 800, preferably from 300 to 70 0 to the longitudinal axis 20, is clear.
  • the bend resiliently absorbs changes in length of the pipeline, it should be noted that the bend has such a sufficient length transversely to the longitudinal axis 20 that the bend can be resilient.
  • FIG. 7 shows a view of the further pipeline 34 from the direction VII of FIG. 6 in the ready-to-install state.
  • each further pipeline 34 in particular the area of the bend (expansion compensator 40), is designed in the form of a circular arc. This is necessary in order to be able to connect the outlet nozzles 14 arranged in a ring with the bores in the burner head 26 which are likewise arranged in a ring.
  • FIG. 8 shows a section of a gas turbine plant in vertical section with a multi-fuel burner according to the invention.
  • a plurality of rows of rotor blades 62 are fastened on the turbine shaft 60 and can rotate between associated rows of guide vanes 64.
  • an overflow housing 66 opens and forms a propellant gas inlet 68.
  • This is annular, so that the entire row of guide vanes and rotor blades can be acted upon by propellant gases.
  • the overflow housing 66 is formed approximately in the form of a torus in the region which is adjacent to the rotor blades and has an annular opening which forms the propellant gas inlet 68.
  • a radial cylindrical combustion chamber 74 adjoins the toroidal region of the overflow housing 66.
  • the combustion chamber 74 is bell-shaped and connected to the overflow housing 66 at its lower end.
  • the multi-fuel burner is arranged centrally in the upper closed end region of the combustion chamber 74.
  • the combustion chamber 74 and the overflow housing 66 are surrounded by a jacket 78 to form an intermediate space 76.
  • the combustion air is introduced into this intermediate space 76.
  • the combustion air is in an axial compressor 80 integrated in the gas turbine system with guide vanes 81 and rotor blades 83, which has the common shaft 60 with the turbine, is compressed and fed to the intermediate space 76 via a diffuser 82.
  • the nozzle head 10 of the multi-fuel burner projects into the combustion chamber 74 and is surrounded by radially extending and evenly distributed guide vanes 84 made of sheet metal for the combustion air.
  • the guide vanes 84 are each designed in the manner of proppellers and are arranged at such a mutual distance that combustion air can enter the combustion chamber 74 between the guide vanes 84 from the intermediate space 76.
  • the outline of the guide vanes can be clearly seen from FIG. 8.
  • the number of guide vanes is between 8 and 16 pieces. Further combustion air can enter through the radial openings 88 of the combustion chamber wall. The flow of the combustion air is indicated by arrows.
  • the multi-fuel burner penetrates the intermediate space 76 in a vertical direction up to the outer space 86, and the flange 50 of the burner head 26 is fastened on the outside of the upper horizontal region of the jacket 78.
  • the first connection piece 32 is provided with a pipe 90 through which a fuel gas, for. B. a fuel gas with a low calorific value can be supplied.
  • a pipe 92 is connected through which another fuel gas, for. B. a fuel gas with a higher calorific value can be supplied.
  • the upper end of the burning head 26 is closed by a cover 94, which is penetrated by the nozzle assembly 42.
  • the upper end of the nozzle assembly 42 is also closed with a lid 96 and provided with a pipeline 98 through which a liquid fuel, e.g. B. fuel oil can be supplied.
  • a liquid fuel e.g. B. fuel oil
  • the upper end of the nozzle assembly 42 forms the fuel supply space for liquid fuel.
  • the fuels are burned individually or in any combination by the multi-fuel burner in the combustion chamber 74, and the hot propellant gases produced flow to the propellant gas inlet 68. From here, the propellant gases flow to the left to the guide and moving blades 64, 62 of the gas turbine, see above that the turbine shaft 60 is driven.
  • the burner rating can already be achieved by operating a single outlet point 12, 14, 44. The rated burner output is the output for which the burner is intended and built.

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Abstract

'Ein Brenner mit Auslassstellen (12, 14) für mehrere gasförmige Brennstoffe, wobei

  • a) jede der Auslaßstellen (12, 14) für Brenngase bezüglich der Anzahl und/oder des Auslaßquerschnittes für Brennernennleistung dimensioniert ist,
  • b) die Auslaßdüsen (16, 18) durch Rohrleitungen (24, 34) mit den zugeordneten Brennstoff-Zufuhrräumen (30, 36) verbunden sind,
  • c) die Rohrleitungen (34), welche die Auslaßdüsen (18) der Auslaßstelle (14) für Brenngase mit dezugeordneten Brennstoff-Zufuhrraum (36) verbinden, mit Dehnungsausgleichem (40) versehen sind,
  • d) die Auslaßdüsen (16, 18) unter einem Winkel von 20° bis 80° nach außen gerichtet sind,
  • e) der Düsenkopf (10) die Form eines Ringzylinders aufweist,
  • f) die Auslaßdüsen (16,18) an einer Anfasung (22) des äußeren Randes des Düsenkopfes (10) mit geringen gegenseitigen Abstand angeordnet sind.
    Figure imgaf001
'A burner with outlet points (12, 14) for several gaseous fuels, whereby
  • a) each of the outlet points (12, 14) for fuel gases is dimensioned with respect to the number and / or the outlet cross section for nominal burner output,
  • b) the outlet nozzles (16, 18) are connected by pipes (24, 34) to the associated fuel supply spaces (30, 36),
  • c) the pipelines (34), which connect the outlet nozzles (18) of the outlet point (14) for fuel gases with the associated fuel supply space (36), are provided with expansion compensators (40),
  • d) the outlet nozzles (16, 18) are directed outwards at an angle of 20 ° to 80 °,
  • e) the nozzle head (10) has the shape of a ring cylinder,
  • f) the outlet nozzles (16, 18) are arranged on a chamfer (22) of the outer edge of the nozzle head ( 10 ) with a small mutual distance.
    Figure imgaf001

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrstoffbrenner, insbesondere für die Brennkammer einer Gasturbine, mit Auslaßstellen für mehrere Brennstoffe, die jeweils an einen zugeordneten, am Brennerkopf angeordneten Brennstoff-Zufuhrraum angeschlossen sind, wobei jede Auslaßstelle eine Vielzahl von Auslaßdüsen umfaßt, die ringförmig in einem Düsenkopf angeordnet sind.The invention relates to a multi-fuel burner, in particular for the combustion chamber of a gas turbine, with outlet points for a plurality of fuels, each of which is connected to an associated fuel supply space arranged on the burner head, each outlet point comprising a multiplicity of outlet nozzles which are arranged in a ring in a nozzle head .

Ein bekannter Mehrstoffbrenner dieser Art weist eine zentrische Auslaßstelle in Form einer Zerstäuberdüse für flüssige Brennstoffe auf, die von Auslaßstellen für zwei verschiedene Brenngase umgeben ist (DE-PS 953 551). Hierdurch ist zwar ein gleichzeitiger Betrieb mit den vorgenannten Brennstoffen möglich, ein alternativer Betrieb mit einem der Brenngase bei gleichzeitiger voller Brennerleistung ist jedoch nicht vorgesehen. Hierdurch ist eine Anpassung des Brenners an eine der gerade vorhandenen oder lieferbaren Brenngassorten bei voller Brennerleistung nicht möglich. Darüber hinaus führt die starre Ausbildung des Brenners zu hohen thermisch ausgelösten Beanspruchungen.A known multi-fuel burner of this type has a central outlet in the form of an atomizer nozzle for liquid fuels, which is surrounded by outlet points for two different fuel gases (DE-PS 953 551). As a result, simultaneous operation with the aforementioned fuels is possible, but an alternative operation with one of the combustion gases with simultaneous full burner output is not provided. This means that it is not possible to adapt the burner to one of the currently available or available types of fuel gas at full burner output. In addition, the rigid design of the burner leads to high thermally triggered stresses.

Desweiteren zeigt die GB-Patentschrift 985 739 eine Brennstoffdüse für eine Gasturbine. Diese Brennstoffdüse ist für die Verbrennung von Brenngas oder flüssigem Brennstoff geeignet, die gleichzeitige Verbrennung von zwei Brenngasen ist dort nicht offenbart.Furthermore, GB patent specification 985 739 shows a fuel nozzle for a gas turbine. This fuel nozzle is suitable for the combustion of fuel gas or liquid fuel, the simultaneous combustion of two fuel gases is not disclosed there.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Mehrstoffbrenner der eingangs genannten Art anzugeben, der für die problemlose gleichzeitige oder wechselweise Verfeuerung von verschiedenen Brenngasen bei Brennernennleistung und gutem Wirkungsgrad geeignet ist und dabei einen einfachen, kostengünstigen Aufbau aufweist. Darüberhinaus soll der Mehrstoffbrenner gleichzeitig den im Betrieb auftretenden thermischen Belastungen voll gewachsen sein.The invention is therefore based on the object of specifying a multi-fuel burner of the type mentioned at the outset which is suitable for the problem-free simultaneous or alternate combustion of different combustion gases at a rated burner output and good efficiency and has a simple, inexpensive structure. In addition, the multi-fuel burner is said to be fully capable of withstanding the thermal loads occurring during operation.

Ein Mehrstoffbrenner der eingangs genannten Art, der diese Aufgabe löst, ist erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

  • a) jede der Auslaßstellen für Brenngase ist bezüglich der Anzahl und/oder des Auslaßquerschnittes der zugehörigen Auslaßdüsen für den Durchtritt eines solchen Brenngasstromes dimensioniert, welcher für das Erreichen der Brennernennleistung erforderlich ist,
  • b) die Auslaßdüsen sind durch Rohrleitungen mit den zugeordneten Brennstoff-Zufuhrräumen verbunden,
  • c) die Rohrleitungen, welche die Auslaßdüsen wenigstens einer Auslaßstelle mit dem zugeordneten Brennstoff-Zufuhrraum verbinden, sind mit Dehnungsausgleichern versehen,
  • d) die Ausmündungen der Auslaßdüsen sämtlicher Auslaßstellen sind unter einem Winkel von 200 bis 800, vorzugsweise 50o bis 700, zur Längsachse des Mehrstoffbrenners nach außen gerichtet,
  • e) der Düsenkopf weist die Form eines Ringzylinders auf und
  • f) die Ausmündungen der Auslaßdüsen sind an einer Anfasung der äußeren Kante des ringzylindrischen Düsenkopfes mit möglichst geringem radialen Abstand vorgesehen.
A multi-fuel burner of the type mentioned at the outset which achieves this object is characterized according to the invention by the following features:
  • a) each of the outlet points for fuel gases is dimensioned with regard to the number and / or the outlet cross section of the associated outlet nozzles for the passage of such a fuel gas stream which is necessary for reaching the nominal burner output,
  • b) the outlet nozzles are connected by pipes to the associated fuel feed spaces,
  • c) the pipelines which connect the outlet nozzles of at least one outlet point to the associated fuel supply space are provided with expansion compensators,
  • d) the mouths of the outlet nozzles of all outlet points are at an angle of 200 to 80 0 , preferably 50o to 700, to the longitudinal axis of the Multi-fuel burner facing outwards,
  • e) the nozzle head has the shape of a ring cylinder and
  • f) the outlets of the outlet nozzles are provided on a chamfer on the outer edge of the ring-cylindrical nozzle head with the smallest possible radial distance.

Durch die Anordnung von mehreren Auslaßstellen, deren Anzahl und Dimensionierung auf die zu verfeuernden verschiedenen Brenngassorten abgestimmt ist, können gleichzeitig oder wechselweise verschiedene Brenngassorten, gegebenfalls zusammen mit flüssigen Brennstoffen, mit gutem Wirkungsgrad und mit voller Brennerleistung verfeuert werden. Insbesondere ist es möglich, ein minderwertiges, für sich allein nicht brennfähiges Gas zusammen mit einem hochwertigeren Brenngas zu verfeuern. Darüberhinaus kann bei der alleinigen Verfeuerung eines Brenngases, das schlecht zündet, während des Zündvorganges durch die andere Auslaßstellle kurzzeitig ein zündwilliges Brenngas zugeführt werden, Hierbei erweist sich die Unterteilung der Auslaßstellen in eine Vielzahl von kreisförmigen Auslaßdüsen sowie deren Ausrichtung als sehr günstig für die gewünschte gute Vermischung der Brenngase mit der zugeführten Verbrennungsluft. Es sind daher die an einen solchen Mehrstoffbrenner zu stellenden feuerungstechnischen Anforderungen, wie vollständige und rußfreie Verbrennung sowie Anpassungsfähigkeit an verschiedene Brenngase, vollauf erfüllt. Die ringförmige Anordnung der Auslaßdüsen in einem gemeinsamen ringzylindrischen Düsenkopf ergibt einen einfachen, kostengünstigen und kompakten Aufbau. Durch den möglichst geringen gegenseitigen Abstand der Auslaßstellen für Brenngase in radialer Richtung wird erreicht, daß die Mischung zwischen Brenngas und Verbrennungsluft sowohl beim alleinigen Betrieb der einen Auslaßstelle als auch beim alleinigen Betrieb der anderen Auslaßstelle weitgehend unverändert gute Verbrennungsergebnisse aufweist. Dies wirkt sich auch dann in gleicher Weise vorteilhaft aus, wenn beide Auslaßstellen und gegebenenfalls zusätzlich die Auslaßstelle für flüssige Brennstoffe in Betrieb sind. Die Verbindung der Auslaßdüsen mit den zugeordneten Brennstoff-Zufuhrräumen durch Rohrleitungen erlaubt einerseits eine konstruktiv einfache Gasversorgung der Auslaßdüsen und ermöglicht andererseits die Anordnung von Dehnungsausgleichern, um thermische Spannungen abzubauen, die in den Rohrleitungen, welche im Verhältnis zum Durchmesser des Mehrstoffbrenners lang sind, durch Brenngase mit verschiedener Temperatur auftreten können. Dies ist besonders dann der Fall, wenn in den einen Rohrleitungen Erdgas mit Raumtemperatur, in den anderen Rohrleitungen dagegen Gase aus einer Brennstoff-Vergasungsanlage mit Temperaturen zwischen 100 und 3500 C dem Düsenkopf zuströmen. Der Mehrstoffbrenner gemäß der Erfindung erfüllt somit die wesentlichen, an einen solchen Brenner zu stellenden Anforderungen.The arrangement of several exhaust points, the number and dimensioning of which is matched to the different types of fuel gas to be burned, allows different types of fuel gas to be burned simultaneously or alternately, optionally together with liquid fuels, with good efficiency and with full burner output. In particular, it is possible to burn an inferior, non-combustible gas together with a higher quality fuel gas. In addition, with the sole combustion of a fuel gas that ignites poorly, an ignitable fuel gas can be supplied for a short time during the ignition process through the other outlet position. Here, the division of the outlet points into a plurality of circular outlet nozzles and their orientation has proven to be very favorable for the desired good Mixing the fuel gases with the supplied combustion air. The firing requirements to be placed on such a multi-fuel burner, such as complete and soot-free combustion and adaptability to different fuel gases, are therefore fully met. The annular arrangement of the outlet nozzles in a common annular cylindrical nozzle head results in a simple, inexpensive and compact structure. The minimum possible mutual distance of the outlet points for fuel gases in the radial direction ensures that the mixture between fuel gas and combustion air both when the one outlet point is operated and also has good combustion results largely unchanged when the other exhaust point is operated alone. This also has the same advantageous effect when both outlet points and, if appropriate, additionally the outlet point for liquid fuels are in operation. The connection of the outlet nozzles to the associated fuel supply spaces by pipelines allows, on the one hand, a structurally simple gas supply to the outlet nozzles and, on the other hand, enables the arrangement of expansion compensators in order to relieve thermal stresses in the pipelines, which are long in relation to the diameter of the multi-fuel burner, by fuel gases can occur at different temperatures. This is particularly the case if other hand, gases flow to in a natural gas pipelines at room temperature, in the other pipes of a fuel gasification plant with temperatures between 100 and 350 0 C the nozzle head. The multi-fuel burner according to the invention thus fulfills the essential requirements to be placed on such a burner.

Um die Herstellung zu vereinfachen, ist es empfehlenswert, daß sämtliche Auslaßdüsen gleichbleibenden Querschnitt aufweisen und demnach aus zylindrischen Kanälen, zum Beispiel in Form von Bohrungen, bestehen oder aus zylindrischen Kanalstücken gleichen Durchmessers zusammengesetzt sind.In order to simplify production, it is recommended that all outlet nozzles have a constant cross section and accordingly consist of cylindrical channels, for example in the form of bores, or are composed of cylindrical channel pieces of the same diameter.

In vielen Fällen können die Auslaßdüsen vorteilhaft einzeln durch Rohrleitungen direkt mit den zugeordneten Brennstoff-Zufuhrräumen verbunden sein. Um unterschiedliche Brenngasströme in den Rohrleitungen auszugleichen und somit eine gleichmäßige Brenngaszufuhr zu den Auslaßdüsen zu gewährleisten, ist es ratsam, daß die Auslaßdüsen der einzelnen Auslaßstellen jeweils unter Zwischenschaltung eines vorzugsweise im Düsenkopf angeordneten Sammlers durch die Rohrleitungen mit den zugeordneten Brennstoff-Zufuhrräumen verbunden sind.In many cases, the outlet nozzles can advantageously be connected individually to the associated fuel supply spaces by pipelines. In order to compensate for different fuel gas flows in the pipelines and thus to ensure a uniform supply of fuel gas to the outlet nozzles, it is advisable that the outlet nozzles of the individual outlet points each have an interposed one, preferably in the nozzle head arranged collector are connected by the pipes to the associated fuel supply rooms.

Als Dehnungsausgleicher für die Rohrleitungen sind verschiedene, an sich bekannte Systeme denkbar, der geringste Aufwand in Verbindung mit absoluter Dichtheit der Dehnungsausgleicher ist jedoch vorteilhaft dann gegeben, wenn diese jeweils aus mindestens einer Richtungsänderung der Rohrleitung bestehen.Various systems known per se are conceivable as expansion compensators for the pipelines, but the least effort in connection with absolute tightness of the expansion compensators is advantageously given if they each consist of at least one change in direction of the pipeline.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen hervor.Further advantages and features of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments in conjunction with the schematic drawings.

Hierbei zeigen:

  • Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Mehrstoffbrenner gemäß der Schnittlinie I-I der Fig. 2,
  • Fig. 2 eine Ansicht des Gegenstands der Fig. 1 aus Richtung II
  • Fig. 3 eine Anzahl von Rohrleitungen, welche die Auslaßdüsen mit den Brennstoff-Zufuhrräumen verbinden, in Ansicht aus Richtung III der Fig. 1, wobei die ringförmige Anordnung der Rohrleitungen als Abwicklung in eine Ebene dargestellt ist,
  • Fig. 4 die Einzelheit IV der Fig. 1 als Ausführungsvariante und in vergrößerter Darstellung und
  • Fig. 5 einen Schnitt durch den Gegenstand der Fig. 4' gemäß der Schnittlinie V-V als Abwicklung in die Zeichenebene,
  • Fig. 6 eine mit einem Dehnungsausgleicher versehene Rohrleitung gemäß Fig. 3 als Einzelheit und in Ansicht,
  • Fig. 7 die Ansicht des Gegenstandes der Fig. 6 aus Richtung VII und
  • Fig. 8 einen Vertikalschnitt durch den Bereich der Brennkammer einer Gasturbine mit dem Mehrstoffbrenner gemäß Fig. 1.
Here show:
  • 1 is a vertical longitudinal section through a multi-fuel burner according to the invention along the section line II of FIG. 2,
  • 2 is a view of the object of FIG. 1 from the direction II
  • 3 shows a number of pipelines which connect the outlet nozzles to the fuel supply spaces, in a view from the direction III of FIG. 1, the annular arrangement of the pipelines being shown as a development in one plane,
  • Fig. 4 shows the detail IV of FIG. 1 as a variant and in an enlarged view and
  • 5 shows a section through the object of FIG. 4 'according to the section line VV as a development in the plane of the drawing,
  • 6 shows a pipe provided with an expansion compensator according to FIG. 3 as a detail and in view,
  • Fig. 7 is the view of the subject of Fig. 6 Direction VII and
  • 8 shows a vertical section through the area of the combustion chamber of a gas turbine with the multi-fuel burner according to FIG. 1.

Gleiche Teile sind in den einzelnen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Identical parts are provided with the same reference symbols in the individual figures.

Der in Fig. 1 gezeigte Mehrstoffbrenner weist einen Düsenkopf 10 in Form eines Ringzylinders 11 auf, in dem die erste Auslaßstelle 12 und die zweite Auslaßstelle 14 jeweils für ein Brenngas angeordnet ist. Beide Auslaßstellen 12, 14 bestehen jeweils aus einer Vielzahl von Auslaßdüsen 16 beziehungsweise 18. Wie hauptsächlich aus Fig. 2 zu erkennen ist, sind die Auslaßdüsen jeder Auslaßstelle 12, 14 kreisringförmig und gleichmäßig verteilt im Düsenkopf 10 angeordnet, wobei die Auslaßdüsen 16 der ersten Auslaßstelle konzentrisch von den Auslaßdüsen 18 der zweiten Auslaßstelle umgeben und, in radialer Richtung gesehen, gegenüber den Auslaßdüsen 18 versetzt angeordnet sind. Hierbei ist besonders wichtig, daß der radiale Abstand d zwischen den Auslaßdüsen 16 und 18 möglichst klein ist für einen kompakten Aufbau.The multi-fuel burner shown in FIG. 1 has a nozzle head 10 in the form of an annular cylinder 11, in which the first outlet point 12 and the second outlet point 14 are each arranged for a fuel gas. Both outlet points 12, 14 each consist of a multiplicity of outlet nozzles 16 and 18, respectively. As can be seen mainly from FIG. 2, the outlet nozzles of each outlet point 12, 14 are arranged in an annular and evenly distributed manner in the nozzle head 10, the outlet nozzles 16 being the first outlet point concentrically surrounded by the outlet nozzles 18 of the second outlet location and, viewed in the radial direction, are arranged offset with respect to the outlet nozzles 18. It is particularly important that the radial distance d between the outlet nozzles 16 and 18 is as small as possible for a compact structure.

Die Ausmündungen der Auslaßdüsen 16, 18 sind gegenüber der Längsachse 20 des Mehrstoffbrenners unter einem Winkelolvon 200 bis 800 nach außen gerichtet. Hierzu ist die vordere äußere Kante des ringzylindrischen Düsenkopfes 10 mit einer Anfasung 22 oder einer zur Längsachse 20 geneigten umlaufenden Fläche versehen, die derart ausgerichtet ist, daß die Achsen der Ausmündungen diese Anfasung 22 senkrecht durchdringen. An den zur Längsachse 20 geneigten Ausmündungsbereich der Auslaßdüsen 16, 18 schließt sich im Düsenkopf jeweils ein Bereich 23 an, der parallel zur Längsachse 20 des Mehrstoffbrenners verläuft. Die axiale Länge des Ausmündungsbereiches ist kurz gegenüber der Gesamtlänge des Düsenkopfes 10 (Verhältnis 1:4 bis 1:6) wie dies aus Figur 1 deutlich zu erkennen ist. Die Auslaßdüsen 16, 18 sind im Düsenkopf 10 als zylindrische Bohrungen eingearbeitet.The outlets of the outlet nozzles 16, 18 are directed outwards with respect to the longitudinal axis 20 of the multi-fuel burner at an angle oil of 200 to 800. For this purpose, the front outer edge of the ring-cylindrical nozzle head 10 is provided with a chamfer 22 or a circumferential surface inclined to the longitudinal axis 20, which is oriented such that the axes of the openings penetrate this chamfer 22 perpendicularly. At the mouth area of the outlet nozzles 16, 18, which is inclined to the longitudinal axis 20, there is an area 23 in the nozzle head which runs parallel to the longitudinal axis 20 of the multi-fuel burner. The axial length of the thinning area is short compared to the total length of the nozzle head 10 (ratio 1: 4 to 1: 6) as can be clearly seen from FIG. The outlet nozzles 16, 18 are incorporated in the nozzle head 10 as cylindrical bores.

An jede der ringförmig angeordneten Auslaßdüsen 16 der ersten Auslaßstelle 12 ist am oberen Ende des Düsenkopfes eine gerade Rohrleitung 24 angeschlossen, die jeweils parallel zur Längsachse 20 des Mehrstoffbrenners verläuft und deren anderes Ende in den im wesentlichen ringzylindrischen und zum Düsenkopf koaxialen Brennerkopf 26 mündet. Hierzu sind im Brennerkopf 26 in Richtung der Längsachse 20 verlaufende zylindrische Bohrungen 28 vorgesehen, die in einen am oberen Ende des Brennerkopfes angeordneten, kreisringförmigen und konzentrischen ersten Brennstoff-Zufuhrraum 30 münden. Dieser ist mit einem in der Schnittebene-der Figur 1 nach links zeigenden und radial verlaufenden ersten Anschlußstutzen 32 versehen. Der Anschlußstutzen 32 kann auch senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufen, also zum Betrachter zeigen. Gegebenenfalls können mehrere Anschlußstutzen vorgesehen sein.At each of the annularly arranged outlet nozzles 16 of the first outlet point 12, a straight pipe 24 is connected at the upper end of the nozzle head, which straight line runs parallel to the longitudinal axis 20 of the multi-fuel burner and the other end of which leads into the essentially ring-cylindrical burner head 26 which is coaxial with the nozzle head. For this purpose, cylindrical bores 28 are provided in the burner head 26 in the direction of the longitudinal axis 20 and open into an annular and concentric first fuel feed chamber 30 arranged at the upper end of the burner head. This is provided with a first connecting piece 32, which points to the left in the sectional plane — FIG. 1 and runs radially. The connecting piece 32 can also run perpendicular to the plane of the drawing, that is, point to the viewer. If necessary, several connecting pieces can be provided.

Auf die gleiche Weise sind auch die'Auslaßdüsen 18 der zweiten Auslaßstelle 14 durch weitere Rohrleitungen 34 mit einem koaxialen zweiten Brennstoff-Zufuhrraum 36 verbunden. Dieser ist ebenfalls ringförmig ausgebildet und unterhalb des ersten Brennstoff-Zufuhrraumes 30 im Brennerkopf 26 eingearbeitet. An den zweiten Brennstoff-Zufuhrraum 36 ist ein in der Schnittebene der Figur 1 nach rechts zeigender, radial verlaufender zweiter Anschlußstutzen 38 angeschlossen. Die weiteren Rohrleitungen 34 umgeben die Rohrleitungen 24.In the same way, the outlet nozzles 18 of the second outlet point 14 are connected to a coaxial second fuel supply space 36 by further pipelines 34. This is also annular and is incorporated in the burner head 26 below the first fuel supply chamber 30. Connected to the second fuel supply space 36 is a radially extending second connecting piece 38 pointing to the right in the sectional plane of FIG. 1. The further pipelines 34 surround the pipelines 24.

Die weiteren Rohrleitungen 34, welche an die zweite Auslaßstelle 14 angeschlossen sind, sind jeweils mit einem Dehnungsausgleicher 40 versehen. In Figur 3, welche eine Abwicklung einiger der ringförmig angeordneten Rohre 24, 34 in die Zeichenebene zeigt, ist die Ausbildung dieser Dehnungsausgleicher 40 deutlich zu erkennen. Danach sind die weiteren Rohre 34 mit zwei Richtungsänderungen derart versehen, daß diese Rohre - ausgehend vom Düsenkopf 10 - zunächst geradlinig und parallel zur Längsachse 20 verlaufen, dann abgewinkelt und unter einem Winkelo(von 300 bis 60° zur Längsachse 20 beziehungsweise zur jeweiligen Rohrlängsachse ausgerichtet sind und durch eine weitere Abwinkelung schließlich wieder in Richtung der Längsachse 20 gebracht sind. Vorzugsweise wird die Abwinkelung mit möglichst großem Winkel zur jeweiligen Längsachse der Rohrleitung ausgeführt, um die Wirksamkeit des so gebildeten Dehnungsausgleichers zu erhöhen. Andererseits ist zu beachten, daß sämtliche Rohrleitungen unter dem gleichen Winkel abgewinkelt sind und bei der einbaumäßigen Anordnung auf einer zylindrischen Fläche keine Überschneidungen dieser Rohrleitungen auftreten, sondern daß diese nebeneinanderliegend verlaufen. Dies ist sehr deutlich aus Figur 3 zu erkennen, auf die ausdrücklich Bezug genommen wird. Die Dehnungsausgleicher sind vorzugsweise ungefähr in der Mitte des Abstands zwischen Brennerkopf 26 und Düsenkopf 10 angeordnet. Den Fig. 6 und 7 sowie der zugehörenden Beschreibung können weitere Einzelheiten entnommen werden.The further pipelines 34, which are connected to the second Outlet point 14 are connected, are each provided with an expansion compensator 40. In Figure 3, which shows a development of some of the annularly arranged tubes 24, 34 in the plane of the drawing, the design of these expansion compensators 40 can be clearly seen. Thereafter, the other tubes 34 are provided with two changes in direction such that these tubes - starting from the nozzle head 10 - initially run straight and parallel to the longitudinal axis 20, then angled and aligned at an angle (from 300 to 60 ° to the longitudinal axis 20 or to the respective tube longitudinal axis) and are finally brought back in the direction of the longitudinal axis 20 by a further angling. The angling is preferably carried out with the largest possible angle to the respective longitudinal axis of the pipeline in order to increase the effectiveness of the expansion compensator formed in this way are angled at the same angle and in the case of the installation-like arrangement on a cylindrical surface there is no overlap of these pipelines, but rather that they run side by side, as can be seen very clearly from Figure 3, to which express reference is made are preferably arranged approximately in the middle of the distance between burner head 26 and nozzle head 10. 6 and 7 and the associated description, further details can be found.

Wie weiter aus den Figuren 1 und 2 zu erkennen, ist im Zentrum des Mehrstoffbrenners ein koaxial verlaufender und sich bis in den Innenraum des Düsenkopfes 10 erstreckender zylindrischer Düsenstock 42 angeordnet, dessen unteres Ende eine Auslaßstelle 44 für flüssige Brennstoffe, zum Beispiel Brennöl, in Form einer Zerstäuberdüse 46 bildet. Das obere Ende des Düsenstockes 42 kann in einen Zufuhrraum für flüssige Brennstoffe münden, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Im Ringspalt, der zwischen dem Düsenkopf 10 und dem Düsenstock beziehungsweise der Zerstäuberdüse 46 gebildet ist, sind im Bereich der Zerstäuberdüse mehrere radial verlaufende Luftleit- oder Wirbelbleche 48 vorgesehen. Die Luftleitbleche 48 haben die Form von Kreisringsegmenten. Auch ist am unteren Ende des Brennerkopfes 26 ein äußerer Flansch 50 mit Befestigungsbohrungen 52 - angeordnet zur Festlegung des Mehrstoffbrenners zum Beispiel an der Brennkammer. Die zu einem Mehrstoffbrenner gehörenden oder einen Teil des Mehrstoffbrenners bildenden, Zufuhr- und/oder Leitvorrichtungen für die Verbrennungsluft sind in Fig. 8 dargestellt.As can further be seen from FIGS. 1 and 2, in the center of the multi-fuel burner there is arranged a coaxial cylindrical nozzle rod 42 which extends into the interior of the nozzle head 10, the lower end of which forms an outlet 44 for liquid fuels, for example fuel oil an atomizing nozzle 46 forms. The top end of the nozzle assembly 42 can open into a supply space for liquid fuels, which is not shown in the drawing. In the annular gap, which is formed between the nozzle head 10 and the nozzle assembly or the atomizer nozzle 46, a plurality of radially extending air guide or swirl plates 48 are provided in the region of the atomizer nozzle. The air baffles 48 have the shape of circular ring segments. Also located at the lower end of the burner head 26 is an outer flange 50 with fastening bores 52 - for fixing the multi-fuel burner, for example on the combustion chamber. The supply and / or guide devices for the combustion air belonging to a multi-fuel burner or forming part of the multi-fuel burner are shown in FIG. 8.

Während des Betriebs werden durch die Anschlußstutzen 32 und 38 sowie die Rohrleitungen 24, 34 Brenngase den Auslaßdüsen 16, 18 zur Verbrennung zugeführt. Gleichzeitig kann durch den Düsenstock 42 flüssiger Brennstoff zugeführt und mit Hilfe der Zerstäuberdüse 46 verbrannt werden. Durch entsprechende Dimensionierung von Zerstäuberdüse 46 und Auslaßdüsen 16, 18 samt zugehörigen Brenngas-Zufuhreinrichtungen wie Rohrleitungen 24, 34 sowie Zufuhrräumen 30, 36 ist es möglich, die volle Brennernennleistung durch den Betrieb jeweils einer der Auslaßstellen 12, 14, 44 zu erreichen, selbstverständlich sind auch beliebige Kombinationen denkbar und möglich. Soll hierbei auf eine Verfeuerung von flüssigen Brennstoffen vollständig verzichtet werden, so kann der Düsenstock 42 entfernt und durch eine gleichgeformte Attrappe ersetzt werden, so daß die Strömungsverhältnisse am Düsenkopf unverändert sind. Die Summe der freien Strömungsquerschnitte der Rohrleitungen 24 bzw. der zugehörigen Auslaßdüsen 16 ist vorzugsweise gleich dem 0,8 bis 1-fachen des freien Querschnitts des zugehörigen Anschlußstutzens 32. Entsprechendes gilt für die Rohrleitungen 34, die Auslaßdüsen 18 und den zugehörigen Anschlußstutzen 38.During operation, fuel gases are supplied to the outlet nozzles 16, 18 for combustion through the connecting pieces 32 and 38 and the pipes 24, 34. At the same time, liquid fuel can be supplied through the nozzle assembly 42 and burned with the aid of the atomizing nozzle 46. By appropriate dimensioning of atomizer nozzle 46 and outlet nozzles 16, 18 together with the associated fuel gas supply devices such as pipelines 24, 34 and feed spaces 30, 36, it is possible to achieve the full rated burner output by operating one of the outlet points 12, 14, 44, of course any combination is conceivable and possible. If the combustion of liquid fuels is to be dispensed with completely, the nozzle assembly 42 can be removed and replaced by an identical dummy so that the flow conditions at the nozzle head are unchanged. The sum of the free flow cross sections of the pipelines 24 or of the associated outlet nozzles 16 is preferably equal to 0.8 to 1 times the free cross section of the associated connecting piece 32. The same applies to the pipeline lines 34, the outlet nozzles 18 and the associated connecting piece 38th

Da die gasförmigen Brennstoffe, die den Auslaßstellen 12 und 14 zugeführt werden, meistens unterschiedliche Temperaturen haben, ergeben sich bei den üblicherweise vorgegebenen Abständen zwischen Brennerkopf und Düsenkopf von ca. 0,5 bis 1,5 m Ausdehnungsdifferenzen der Rohre 24, 34 von ca. 0,5 bis 1,5mm, die durch die Dehnungsausgleicher 40 aufgenommen und ausgeglichen werden. Ausdehnungsdifferenzen treten auch dann auf, wenn die im Zwischenraum 76 strömende Verbrennungsluft vorgewärmt ist (vergleiche Fig. 8).Since the gaseous fuels that are fed to the outlet points 12 and 14 usually have different temperatures, the usually predetermined distances between the burner head and the nozzle head result in approx. 0.5 to 1.5 m expansion differences of the pipes 24, 34 of approx. 0.5 to 1.5 mm, which are absorbed and compensated by the expansion compensators 40. Expansion differences also occur when the combustion air flowing in the intermediate space 76 is preheated (cf. FIG. 8).

Figur 4 zeigt die Einzelheit IV der Figur 1 in größerer Darstellung als Ausführungsvariante. Während beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 3 jede der Auslaßdüsen 16, 18 durch eine Rohrleitung 24, 34 unmittelbar mit dem zugeordneten Brennstoff-Zufuhrraum 30, 36 verbunden ist, sind im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 4 und 5 Sammler 54, 56 zwischen die Auslaßdüsen 18, 16 und die Rohrleitungen 34, 24 eingeschaltet. Die Auslaßdüsen 16, 18 jeder einzelnen Auslaßstelle 12, 14 münden hierbei jeweils in einen Sammler 56 beziehungsweise 54. An die Sammler 54, 56 sind die Rohrleitungen 34, 24 angeschlossen, die zu den Brennstoff-Zufuhrräumen führen. Die Anzahl dieser Rohrleitungen 24, 34 kann geringer sein als die Anzahl der Auslaßdüsen 16, 1&, falls vorteilhaft die dann noch verbleibenden Rohrleitungen gleichmäßig verteilt an die Sammler 54, 56 angeschlossen sind und einen für den Brenngastransport ausreichenden Querschnitt aufweisen, beziehungsweise für einen ausreichenden Brenngastransport dimensioniert sind.Figure 4 shows the detail IV of Figure 1 in a larger representation as a variant. While in the embodiment according to FIGS. 1 to 3 each of the outlet nozzles 16, 18 is connected directly to the associated fuel supply space 30, 36 by a pipe 24, 34, in the embodiment according to FIGS. 4 and 5 there are collectors 54, 56 between the outlet nozzles 18, 16 and the pipes 34, 24 turned on. The outlet nozzles 16, 18 of each individual outlet point 12, 14 each open into a collector 56 and 54, respectively. The pipes 34, 24 are connected to the collectors 54, 56 and lead to the fuel supply spaces. The number of these pipelines 24, 34 can be less than the number of outlet nozzles 16, 1 &, if the remaining pipelines are advantageously connected evenly distributed to the collectors 54, 56 and have a cross-section sufficient for the transport of fuel gas or for sufficient transport of the fuel gas are dimensioned.

Wie aus den Figuren 4 und 5 ersichtlich, sind die Sammler 54, 56 in dem Düsenkopf 10 als kreisringförmige Hohlräume mit rechteckförmigem Querschnitt ausgebildet. Dies kann bei Düsenköpfen, die unter Zuhilfenahme eines Gießverfahrens hergestellt werden, leicht erreicht werden.As can be seen from FIGS. 4 and 5, the collectors 54, 56 in the nozzle head 10 are circular Cavities formed with a rectangular cross section. This can easily be achieved with nozzle heads which are produced with the aid of a casting process.

Auf die vorbeschriebene Weise lassen sich selbstverständlich auch mehr als zwei Auslaßstellen für gasförmige Brennstoffe vorsehen, wobei gegebenenfalls in den zugehörigen Rohrleitungen Dehnungsausgleicher vorgesehen sein müssen.In the manner described above, more than two outlet points for gaseous fuels can of course also be provided, expansion compensators possibly having to be provided in the associated pipelines.

Für die Dimensionierung des erfindungsgemäßen Mehrstoffbrenners gelten folgende Richtwerte. Der Durchmesser des Düsenkopfes und seine Dicke in radialer Richtung ist so zu wählen, daß die Anzahl der Auslaßdüsen, die zur Erreichung der vorgesehenen Brennernennleistung erforderlich sind, untergebracht werden kann. Auch ist hierbei gegebenenfalls die Unterbringung einer zentrischen Auslaßstelle für flüssige Brennstoffe und/oder die zentrisehe Zufuhr von Verbrennungsluft und die Anordnung von Leitblechen zu beachten. In axialer Richtung ist der Düsenkopf nur mit Rücksicht auf die Ausbildung der Auslaßdüsen und gegebenenfalls mit Rücksicht auf die Anordnung der Sammler zu bemessen.The following guide values apply to the dimensioning of the multi-fuel burner according to the invention. The diameter of the nozzle head and its thickness in the radial direction should be selected so that the number of outlet nozzles that are required to achieve the intended burner rating can be accommodated. Here, too, the placement of a central outlet for liquid fuels and / or the central supply of combustion air and the arrangement of baffles must be taken into account. The nozzle head is to be dimensioned in the axial direction only with consideration of the design of the outlet nozzles and, if necessary, with regard to the arrangement of the collectors.

In Fig. 6 ist eine weitere Rohrleitung 34 als Einzelheit und in Ansicht dargestellt. Man erkennt den Dehnungsausgleicher 40 in Form der Abwinkelung der weiteren Rohrleitung 34. Die Richtung der Abwinkelung mit einem Winkelet von 200 bis 800, vorzugsweise 300 bis 700 zur Längsachse 20, ist deutlich zu ersehen. Die Abwinkelung nimmt Längenänderungen der Rohrleitung federnd auf, wobei zu beachten ist, daß die Abwinkelung eine solche ausreichende Länge quer zur Längsachse 20 aufweist, die eine Federung der Abwinkelung ermöglicht.6 shows a further pipeline 34 as a detail and in a view. One recognizes the expansion joint 40 in the form of bending of the other pipe 34. The direction of the bend can be seen with a Winkelet from 200 to 800, preferably from 300 to 70 0 to the longitudinal axis 20, is clear. The bend resiliently absorbs changes in length of the pipeline, it should be noted that the bend has such a sufficient length transversely to the longitudinal axis 20 that the bend can be resilient.

Fig. 7 zeigt eine Ansicht der weiteren Rohrleitung 34 aus Richtung VII der Fig. 6 in einbaufertigem Zustand. Man erkennt, daß jede weitere Rohrleitung 34, insbesondere der Bereich der Abwinkelung (Dehnungsausgleicher 40), kreisbogenförmig ausgeführt ist. Dies ist erforderlich, um die kreisringförmig angeordneten Auslaßdüsen 14 mit den ebenfalls kreisringförmig angeordneten Bohrungen im Brennerkopf 26 verbinden zu können.FIG. 7 shows a view of the further pipeline 34 from the direction VII of FIG. 6 in the ready-to-install state. It can be seen that each further pipeline 34, in particular the area of the bend (expansion compensator 40), is designed in the form of a circular arc. This is necessary in order to be able to connect the outlet nozzles 14 arranged in a ring with the bores in the burner head 26 which are likewise arranged in a ring.

Fig. 8 zeigt einen Ausschnitt aus einer Gasturbinenanlage im Vertikalschnitt mit einem Mehrstoffbrenner gemäß der Erfindung. Auf der Turbinenwelle 60 sind mehrere Reihen von Laufschaufeln 62 befestigt, die zwischen zugeordneten Reihen von Leitschaufeln 64 umlaufen können. Vor der ersten Reihe der Leitschaufeln mündet ein Überströmgehäuse 66 und bildet einen Treibgaseinlaß 68. Dieser ist kreisringförmig ausgebildet, so daß die Leit- und Laufschaufelreihen auf ihrem gesamten Umfang durch Treibgase beaufschlagbar sind. Hierzu ist das Überströmgehäuse 66 in jenem Bereich, der den Laufschaufeln benachbart ist, ungefähr in Form eines Torus ausgebildet, der eine ringförmige Öffnung aufweist, welche den Treibgaseinlaß 68 bildet.8 shows a section of a gas turbine plant in vertical section with a multi-fuel burner according to the invention. A plurality of rows of rotor blades 62 are fastened on the turbine shaft 60 and can rotate between associated rows of guide vanes 64. In front of the first row of guide vanes, an overflow housing 66 opens and forms a propellant gas inlet 68. This is annular, so that the entire row of guide vanes and rotor blades can be acted upon by propellant gases. For this purpose, the overflow housing 66 is formed approximately in the form of a torus in the region which is adjacent to the rotor blades and has an annular opening which forms the propellant gas inlet 68.

An den torusartigen Bereich des Überströmgehäuses 66 schließt sich eine radial verlaufende zylindrische Brennkammer 74 an. Die Brennkammer 74 ist glockenartig ausgebildet und an ihrem unteren Ende mit dem Überströmgehäuse 66 verbunden. Im oberen verschlossenen Endbereich der Brennkammer 74 ist der Mehrstoffbrenner zentrisch angeordnet. Die Brennkammer 74 sowie das Überströmgehäuse 66 sind unter Bildung eines Zwischenraums 76 von einem Mantel 78 umgeben. In diesen Zwischenraum 76 wird die Verbrennungsluft eingeleitet. Im Ausführungsbeispiel wird die Verbrennungsluft in einem in die Gasturbinenanlage integrierten Axialkompressor 80 mit Leitschaufeln 81 und Laufschaufeln 83, der mit der Turbine die gemeinsame Welle 60 besitzt, verdichtet und über einen Diffusor 82 dem Zwischenraum 76 zugeführt.A radial cylindrical combustion chamber 74 adjoins the toroidal region of the overflow housing 66. The combustion chamber 74 is bell-shaped and connected to the overflow housing 66 at its lower end. The multi-fuel burner is arranged centrally in the upper closed end region of the combustion chamber 74. The combustion chamber 74 and the overflow housing 66 are surrounded by a jacket 78 to form an intermediate space 76. The combustion air is introduced into this intermediate space 76. In the exemplary embodiment, the combustion air is in an axial compressor 80 integrated in the gas turbine system with guide vanes 81 and rotor blades 83, which has the common shaft 60 with the turbine, is compressed and fed to the intermediate space 76 via a diffuser 82.

Der Düsenkopf 10 des Mehrstoffbrenners ragt in die Brennkammer 74 und ist von radial verlaufenden und gleichmäßig verteilten Leitschaufeln 84 aus Blech für die Verbrennungsluft umgeben. Die Leitschaufeln 84 sind jeweils proppellerartig ausgebildet und mit derartigem gegenseitigem Abstand angeordnet, daß Verbrennungsluft zwischen den Leitschaufeln 84 vom Zwischenraum 76 in die Brennkammer 74 eintreten kann. Der Umriß der Leitschaufeln ist deutlich aus Fig. 8 zu erkennen. Die Anzahl der Leitschaufeln liegt zwischen 8 und 16 Stück. Weitere Verbrennungsluft kann durch die radialen,Öffnungen 88 der Brennkammerwand eintreten. Die Strömung der Verbrennungsluft ist durch Pfeile angedeutet.The nozzle head 10 of the multi-fuel burner projects into the combustion chamber 74 and is surrounded by radially extending and evenly distributed guide vanes 84 made of sheet metal for the combustion air. The guide vanes 84 are each designed in the manner of proppellers and are arranged at such a mutual distance that combustion air can enter the combustion chamber 74 between the guide vanes 84 from the intermediate space 76. The outline of the guide vanes can be clearly seen from FIG. 8. The number of guide vanes is between 8 and 16 pieces. Further combustion air can enter through the radial openings 88 of the combustion chamber wall. The flow of the combustion air is indicated by arrows.

Der Mehrstoffbrenner durchdringt den Zwischenraum 76 in vertikaler Richtung bis zum Außenraum 86, und der Flansch 50 des Brennerkopfes 26 ist auf der Außenseite des oberen horizontalen Bereichs des Mantels 78 befestigt. Der erste Anschlußstutzen 32 ist mit einer Rohrleitung 90 versehen, durch die ein Brenngas, z. B. ein Brenngas mit einem niedrigen Heizwert, zugeführt werden kann. An den zweiten Anschlußstutzen 38 ist eine Rohrleitung 92 angeschlossen, durch die ein anderes Brenngas, z. B. ein Brenngas mit höherem Heizwert, zugeführt werden kann. Das obere Ende des Brennkopfes 26 ist durch einen Deckel 94 verschlossen, der vom Düsenstock 42 durchdrungen wird. Das obere Ende des Düsenstockes 42 ist ebenfalls mit einem Deckel 96 verschlossen und mit einer Rohrleitung 98 versehen, durch die ein flüssiger Brennstoff, z. B. Brennöl zugeführt werden kann. Das obere Ende des Düsenstockes 42 bildet den Brennstoff-Zufuhrraum für flüssigen Brennstoff.The multi-fuel burner penetrates the intermediate space 76 in a vertical direction up to the outer space 86, and the flange 50 of the burner head 26 is fastened on the outside of the upper horizontal region of the jacket 78. The first connection piece 32 is provided with a pipe 90 through which a fuel gas, for. B. a fuel gas with a low calorific value can be supplied. At the second connection piece 38, a pipe 92 is connected through which another fuel gas, for. B. a fuel gas with a higher calorific value can be supplied. The upper end of the burning head 26 is closed by a cover 94, which is penetrated by the nozzle assembly 42. The upper end of the nozzle assembly 42 is also closed with a lid 96 and provided with a pipeline 98 through which a liquid fuel, e.g. B. fuel oil can be supplied. The upper end of the nozzle assembly 42 forms the fuel supply space for liquid fuel.

Während des Betriebes wird durch den Diffusor 82 Luft in den Zwischenraum 76 geleitet, die durch die seitlichen Öffnungen 88 in die Brennkammer 74 eintritt. Gleichzeitig strömt Luft zwischen den Leitschaufeln 84 in die Brennkammer 74 und vermischt sich mit den aus dem Düsenkopf 10 austretenden Brennstoffen. Da die Ausmündungen der Auslaßdüsen 16, 18 nach außen gerichtet sind, ergibt sich eine besonders gute Durchmischung der Brenngase mit der Luft, die zwischen den Leitschaufeln 84 in die Brennkammer 74 eintritt (vergleiche hierzu auch Fig. 1).During operation, air is passed into the intermediate space 76 through the diffuser 82 and enters the combustion chamber 74 through the side openings 88. At the same time, air flows between the guide vanes 84 into the combustion chamber 74 and mixes with the fuels emerging from the nozzle head 10. Since the outlets of the outlet nozzles 16, 18 are directed outwards, there is particularly good mixing of the combustion gases with the air which enters the combustion chamber 74 between the guide vanes 84 (see also FIG. 1).

Weitere Verbrennungsluft strömt durch den Ringraum 100, der zwischen dem Düsenstock 42 und den Rohrleitungen 24 vorhanden ist, in die Brennkammer 74, die kreisförmigen Querschnitt aufweist (vergl. Fig. 1). Die Verbrennungsluft fließt hierbei vom Zwischenraum 76 durch "die Spalte, die zwischen den Rohrleitungen 24 und 34 gebildet sind, in den Ringraum 100 und von hier durch die Wirbelbleche 48 in die Brennkammer. Diese Luft dient in erster Linie zur Verbrennung des flüssigen Brennstoffes, der unter Druck durch die Zerstäuberdüse 46 in die Brennkammer eintritt. Die Wirbelbleche 4ß verlaufen in radialer Richtung und sind in größerer Anzahl, z. B. 8 bis 12 Stück, gleichmäßig um die Zerstäuberdüse 48 angeodnet. Die Form der Wirbelbleche 48 ist in Fig. 1 deutlich dargestellt.Further combustion air flows through the annular space 100, which is present between the nozzle assembly 42 and the pipes 24, into the combustion chamber 74, which has a circular cross section (cf. FIG. 1). The combustion air flows from the intermediate space 76 through "the gaps formed between the pipes 24 and 34 into the annular space 100 and from here through the swirl plates 48 into the combustion chamber. This air is used primarily for the combustion of the liquid fuel, the enters the combustion chamber under pressure through the atomizer nozzle 46. The vortex plates 4ß run in the radial direction and are evenly arranged in larger numbers, for example 8 to 12 pieces, around the atomizer nozzle 48. The shape of the vortex plates 48 is shown in FIG clearly shown.

Während des Betriebes werden die Brennstoffe einzeln oder in beliebiger Kombination durch den Mehrstoffbrenner in der Brennkammer 74 verbrannt, die hierbei entstandenen heißen Treibgase strömen zum Treibgaseinlaß 68. Von hier fließen die Treibgase nach links zu den Leit- und Laufschaueln 64, 62 der Gasturbine, so daß die Turbinenwelle 60 angetrieben wird. Die Brennernennleistung kann bereits durch den Betrieb einer einzigen Auslaßstelle 12, 14, 44 erreicht werden. Unter Brennernennleistung ist jene Leistung zu verstehen, für die der Brenner vorgesehen und gebaut ist.During operation, the fuels are burned individually or in any combination by the multi-fuel burner in the combustion chamber 74, and the hot propellant gases produced flow to the propellant gas inlet 68. From here, the propellant gases flow to the left to the guide and moving blades 64, 62 of the gas turbine, see above that the turbine shaft 60 is driven. The burner rating can already be achieved by operating a single outlet point 12, 14, 44. The rated burner output is the output for which the burner is intended and built.

Claims (6)

1. Mehrstoffbrenner, insbesondere für die Brennkammer einer Gasturbine, mit Auslaßstellen (12, 14, 44) für mehrere Brennstoffe, die jeweils an einem zugeordneten, am Brennerkopf (26) angeordneten Brennstoff-Zufuhrraum (30, 36) angeschlossen sind, wobei jede Auslaßstelle (12, 14) für Brenngase eine Vielzahl von Auslaßdüsen (16, 18) umfaßt, die ringförmig in einem Düsenkopf (10) angeordnet sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) jede der Auslaßstellen (12, 14) für Brenngase ist bezüglich der Anzahl und/oder des Auslaßquerschnittes der zugehörigen Auslaßdüsen (16, 18) für den Durchtritt eines solchen Brenngasstromes dimensioniert, welcher für das Erreichen der Brennernennleistung erforderlich ist, b) die Auslaßdüsen (16, 18) für die gasförmigen Brennstoffe sind durch Rohrleitungen (24, 34) mit den zugeordneten Brennstoff-Zufuhrräumen (30, 36) verbunden, c) die Rohrleitungen (34), welche die Auslaßdüsen (18) wenigstens einer Auslaßstelle (14) für Brenngase mit dem zugeordneten Brennstoff-Zufuhrraum (36) verbinden, sind mit Dehnungsausgleichern (40) versehen, d) die Ausmündungen der Auslaßdüsen (16, 18) sind unter einem Winkel von 200 bis 800, vorzugsweise 500 bis 700, zur Längsachse (20) des Mehrstoffbrenners nach außen gerichtet, e) der Düsenkopf (10) weist die Form eines Ringzylinders (11) auf, und f) die Ausmündungen der Auslaßdüsen (16, 18) sind an einer Anfasung (22) des äußeren Randes des ringzylindrischen Düsenkopfes (10) mit möglichst geringem gegenseitigem Abstand (d) angeordnet. 1. Multi-fuel burner, in particular for the combustion chamber of a gas turbine, with outlet points (12, 14, 44) for several fuels, each of which is connected to an associated fuel feed chamber (30, 36) arranged on the burner head (26), each outlet point (12, 14) for fuel gases comprises a plurality of outlet nozzles (16, 18) which are arranged in a ring in a nozzle head (10), characterized by the following features: a) each of the outlet points (12, 14) for fuel gases is dimensioned with regard to the number and / or the outlet cross section of the associated outlet nozzles (16, 18) for the passage of such a fuel gas flow which is necessary for reaching the nominal burner output, b) the outlet nozzles (16, 18) for the gaseous fuels are connected by pipes (24, 34) to the associated fuel supply spaces (30, 36), c) the pipelines (34), which connect the outlet nozzles (18) of at least one outlet point (14) for fuel gases to the associated fuel supply chamber (36), are provided with expansion compensators (40), d) the outlets of the outlet nozzles (16, 18) are directed outwards at an angle of 200 to 80 0 , preferably 50 0 to 700, to the longitudinal axis (20) of the multi-fuel burner, e) the nozzle head (10) has the shape of a ring cylinder (11), and f) the outlets of the outlet nozzles (16, 18) are arranged on a chamfer (22) of the outer edge of the ring-cylindrical nozzle head (10) with the smallest possible mutual distance (d). 2. Mehrstoffbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßdüsen (16, 18) aus zylindrischen Kanälen bestehen.2. Multi-fuel burner according to claim 1, characterized in that the outlet nozzles (16, 18) consist of cylindrical channels. 3. Mehrstoffbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßdüsen (16, 18) wenigstens einer Auslaßstelle (12) bzw. (14) einzeln und direkt durch die Rohrleitungen (24) bzw. (34) mit den zugeord- neten Brennstoff-Zufuhrräumen (30) bzw. (36) verbunden sind (Fig. 1).3. Multi-fuel burner according to claim 1 or 2, characterized in that the outlet nozzles (16, 18) at least one discharge location (12) or (14) individually and directly by the pipes (24) or (34) with the zugeord - Neten Fuel feed spaces (30) and (36) are connected (Fig. 1). 4. Mehrstoffbrenner nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßdüsen (16, 18) wenigstens einer Auslaßstelle (12, 14) unter Zwischenschaltung jeweils eines Sammelraumes (54, 56) durch die Rohrleitungen (34, 24) mit den zugeordneten Brennstoff-Zufuhrräumen verbunden sind (Fig. 4 und 5).4. Multi-fuel burner according to one of claims 1 or 2, characterized in that the outlet nozzles (16, 18) at least one outlet point (12, 14) with the interposition of a respective collecting space (54, 56) through the pipes (34, 24) with the associated fuel supply rooms are connected (Fig. 4 and 5). 5. Mehrstoffbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoff-Zufuhrräume (30, 36), in Richtung der Längsachse (20) gesehen, hintereinander angeordnet sind.5. Multi-fuel burner according to one of claims 1 to 4, characterized in that the fuel feed spaces (30, 36), seen in the direction of the longitudinal axis (20), are arranged one behind the other. 6. Mehrstoffbrenner nach einem der Ansprüche 1. bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsausgleicher (40) jeweils aus mindestens einer Richtungsänderung der Rohrleitungen (34) bestehen.6. Multi-fuel burner according to one of claims 1 to 5, characterized in that the expansion compensators (40) each consist of at least one change in direction of the pipes (34).
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