EP0125572B1 - Multi-fuel burner - Google Patents

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Publication number
EP0125572B1
EP0125572B1 EP84105008A EP84105008A EP0125572B1 EP 0125572 B1 EP0125572 B1 EP 0125572B1 EP 84105008 A EP84105008 A EP 84105008A EP 84105008 A EP84105008 A EP 84105008A EP 0125572 B1 EP0125572 B1 EP 0125572B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
outlet
burner
pipes
fuel
fuel supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
EP84105008A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0125572A1 (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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
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
Application granted granted Critical
Publication of EP0125572B1 publication Critical patent/EP0125572B1/en
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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, which are connected by pipelines to associated fuel supply spaces arranged on the burner head, an expansion compensator being inserted into the connection between at least one outlet point and the associated fuel supply space, and wherein at least one outlet point comprises a plurality of outlet nozzles, which are arranged in a ring on a nozzle head.
  • a known multi-fuel burner of this type has a complex structure, in particular with regard to the design of the expansion compensators (WO-A-8 000 593).
  • the multi-fuel burner is intended for the combustion of fuel gas during commissioning, whereas the actual operation takes place with the combustion of liquid fuel, so that the nominal burner output required for the nominal operation of the burner is not required when burning fuel gases.
  • a burner for a liquid and a gaseous fuel has become known, in which a swirling of the fuel is to be achieved through different exit velocities of air and fuel (FR-A-1 249 283).
  • the fuel supply and the fuel outlet take place through straight, annular channels or through tubular channels which are arranged in a circular ring, the ends of the tubular channels not being connected to one another and therefore being able to expand freely.
  • This burner is not intended for the combustion of several combustion gases, each of which can achieve the full rated burner output.
  • a toroid burner has become known, which is provided for melting or heating material in furnaces (DE-A-2106 448).
  • This toroidal burner has an annular combustion chamber into which a fuel-air mixture enters in the direction of the longitudinal axis of the combustion chamber. Since the bottom of the annular combustion chamber is inclined to the longitudinal axis of the overall arrangement, the impression is given that the fuel or the fuel-air mixture would enter the combustion chamber at an angle to the axis of the combustion chamber.
  • our object of the invention is to provide a multi-fuel burner which, with a simple, inexpensive construction, enables problem-free simultaneous or alternate combustion of different combustion gases with a rated burner output and good efficiency.
  • the multi-fuel burner should be fully washed against the thermal loads that occur.
  • the outlet nozzles Due to the circular arrangement of the outlet nozzles, the openings of which are inclined outwards to the longitudinal axis of the multi-fuel burner, good mixing with the inflowing combustion air is achieved both when burning a single fuel and when burning several fuels, so that there is good combustion efficiency.
  • the dimensioning of the outlet points or nozzles for a full burner nominal output gives the possibility that the multi-fuel burner can be adapted to existing types of fuel gas.
  • outlet nozzles are part of the nozzle head, their mutual position remains itself thermally triggered movements of the burner head unchanged. The movements of the burner head therefore have no influence on the good mixing ratio between fuel and combustion air.
  • the outlet points are connected to the associated fuel supply spaces of the burner head by a large number of thin pipes. Since the pipes of one outlet point surround the pipes of the other outlet point in a ring shape, this results in a compact design.
  • the bends provided in the thin pipes provide expansion compensators in a particularly simple manner, which can also accommodate larger expansion differences without the risk of leaks.
  • the multi-fuel burner according to the invention therefore meets the combustion requirements placed on it with a simple, inexpensive construction.
  • more than two outlet points for fuel gases can be arranged in a simple manner on the stated solution. This ensures that the burner can be used in a wide variety of operating conditions.
  • the outlet nozzles consist of cylindrical channels.
  • the outlet nozzles of at least one outlet point can be connected individually and directly through the pipelines to the associated fuel supply spaces.
  • the outlet nozzles are connected to the associated fuel feed chambers by at least one outlet point with the interposition of a collecting space through the pipelines.
  • an outlet point for liquid fuels in the form of an atomizer nozzle is arranged in the central opening of the nozzle head. This measure significantly increases the usability of the multi-fuel burner according to the invention.
  • 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 point 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 at an angle a of 20 ° to 80 ° with respect to the longitudinal axis 20 of the multi-fuel burner.
  • 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 mouth 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. 1.
  • 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, each parallel to the longitudinal Axis 20 of the multi-fuel burner extends and its other end opens into the essentially ring-cylindrical burner head 26 which is coaxial with the nozzle head.
  • cylindrical bores 28 extending in the direction of the longitudinal axis 20 are provided in the burner head 26 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 connection piece 32 pointing to the left in the sectional plane of FIG. 1 and running 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 feed chamber 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 pipes 34 which are connected to the second outlet point 14, 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 of direction such that these tubes - starting from the nozzle head 10 - initially run straight and parallel to the longitudinal axis 20, then angled and at an angle a of 30 ° to 60 ° to the longitudinal axis 20 or to the respective tube longitudinal axis are aligned and are finally brought back in the direction of the longitudinal axis 20 by a further bend.
  • the bending 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 thus formed.
  • all pipelines are angled at the same angle and, when installed on a cylindrical surface, there is no overlap between these pipelines, but that they run side by side. This can be seen very clearly from FIG. 3, to which express reference is made.
  • the expansion compensators are preferably arranged approximately in the middle of the distance between the burner head 26 and the nozzle head 10. 6 and 7 and the associated description, further details can be found.
  • a coaxial cylindrical nozzle nozzle 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 upper 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.
  • An outer flange 50 with fastening bores 52 is also arranged at the lower end of the burner head 26 for fixing the multi-fuel burner to the combustion chamber, for example.
  • 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.
  • FIG. 4 shows the detail IV of Figure 1 in a larger representation as a variant. While each of the outlet nozzles 16, 18 in the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 3 is directly connected to the associated fuel supply chamber 30, 36 by a pipe 24, 34, in the exemplary embodiment according to FIGS. 4 and 5 collectors 54, 56 are switched on between the outlet nozzles 18, 16 and the pipes 34, 24.
  • 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, which lead to the fuel supply spaces, are connected to the collectors 54, 56.
  • the number of these pipelines 24, 34 can be less than the number of outlet nozzles 16, 18, if the remaining pipelines are advantageously evenly distributed and connected 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 designed as annular cavities 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 must 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 expansion compensator 40 can be seen in the form of the bend in the further pipeline 34.
  • the direction of the bend with an angle a of 20 ° to 80 °, preferably 30 ° to 70 ° to the longitudinal axis 20, can be clearly seen.
  • 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 compressed 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, and is 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 spacing that combustion air can enter the combustion chamber 74 from the intermediate space 76 between the guide vanes 84.
  • 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 space 76 in a vertical direction as far as 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 connecting 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 attached closed, through which another fuel gas, e.g. 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.
  • 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, which enters the combustion chamber under pressure through the atomizing nozzle 46.
  • the vortex plates 48 run in the radial direction and are in large numbers, for. B. 8 to 12 pieces, evenly arranged around the atomizer nozzle 48.
  • the shape of the swirl plates 48 is clearly shown in FIG. 1.
  • 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 rotor 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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Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrstoffbrenner, insbesondere für die Brennkammer einer Gasturbine, mit Auslaßstellen für mehrere Brennstoffe, die mit zugeordneten, am Brennerkopf angeordneten Brennstoffzufuhrräumen durch Rohrleitungen verbunden sind, wobei in die Verbindung zwischen mindestens einer Auslaßstelle und dem zugeordneten Brennstoffzufuhrraum ein Dehnungsausgleicher eingefügt ist, und wobei mindestens eine Auslaßstelle eine Vielzahl von Auslaßdüsen umfaßt, die kreisringförmig an 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, which are connected by pipelines to associated fuel supply spaces arranged on the burner head, an expansion compensator being inserted into the connection between at least one outlet point and the associated fuel supply space, and wherein at least one outlet point comprises a plurality of outlet nozzles, which are arranged in a ring on a nozzle head.

Ein bekannter Mehrstoffbrenner dieser Art weist insbesondere bezüglich der Ausbildung der Dehnungsausgleicher einen aufwendigen Aufbau auf (WO-A-8 000 593). Der Mehrstoffbrenner ist während der Inbetriebnahme für die Verfeuerung von Brenngas vorgesehen, wogegen der eigentliche Betrieb unter Verfeuerung von flüssigem Brennstoff erfolgt, so daß die für den Nennbetrieb des Brenners erforderliche Brennernennleistung bei der Verfeuerung von Brenngasen nicht erforderlich ist. Darüber hinaus ist es nicht möglich, das beim bekannten Mehrstoffbrenner verwirklichte Brennerkonzept auf einfache Weise um die Möglichkeit einer gleichzeitigen Verfeuerung mehrerer gasförmiger Brennstoffe zu erweitern.A known multi-fuel burner of this type has a complex structure, in particular with regard to the design of the expansion compensators (WO-A-8 000 593). The multi-fuel burner is intended for the combustion of fuel gas during commissioning, whereas the actual operation takes place with the combustion of liquid fuel, so that the nominal burner output required for the nominal operation of the burner is not required when burning fuel gases. In addition, it is not possible to extend the burner concept implemented in the known multi-fuel burner in a simple manner by the possibility of simultaneous combustion of several gaseous fuels.

Desweiteren ist ein Brenner für einen flüssigen und einen gasförmigen Brennstoff bekanntgeworden, bei dem eine Verwirbelung des Brennstoffes durch unterschiedliche Austrittsgeschwindigkeiten von Luft und Brennstoff erreicht werden soll (FR-A-1 249 283). Die Brennstofführung und der Brennstoffaustritt erfolgt durch gerade, ringförmige Kanäle oder durch rohrförmige Kanäle, die in einem Kreisring angeordnet sind, wobei die Enden der rohrförmigen Kanäle nicht miteinander verbunden sind und sich daher frei ausdehnen können. Dieser Brenner ist für die Verfeuerung mehrerer Brenngase, von denen jedes die volle Brennernennleistung erbringen kann, nicht vorgesehen.Furthermore, a burner for a liquid and a gaseous fuel has become known, in which a swirling of the fuel is to be achieved through different exit velocities of air and fuel (FR-A-1 249 283). The fuel supply and the fuel outlet take place through straight, annular channels or through tubular channels which are arranged in a circular ring, the ends of the tubular channels not being connected to one another and therefore being able to expand freely. This burner is not intended for the combustion of several combustion gases, each of which can achieve the full rated burner output.

Schließlich ist ein Toroidbrenner bekanntgeworden, der zum Schmelzen oder Erwärmen von Material in Öfen vorgesehen ist (DE-A-2106 448). Dieser Toroidbrenner weist eine ringförmige Verbrennungskammer auf, in die ein Brennstoff-Luftgemisch in Richtung der Längsachse der Verbrennungskammer eintritt. Da der Boden der ringförmigen Verbrennungskammer zur Längsachse der Gesamtanordnung geneigt ist, wird der Eindruck erweckt, der Brennstoff bzw. das Brennstoff-Luftgemisch würde unter einem Winkel zur Achse der Verbrennungskammer in diese eintreten.Finally, a toroid burner has become known, which is provided for melting or heating material in furnaces (DE-A-2106 448). This toroidal burner has an annular combustion chamber into which a fuel-air mixture enters in the direction of the longitudinal axis of the combustion chamber. Since the bottom of the annular combustion chamber is inclined to the longitudinal axis of the overall arrangement, the impression is given that the fuel or the fuel-air mixture would enter the combustion chamber at an angle to the axis of the combustion chamber.

Ausgehend vom eingangs genannten Stand der Technik liegt unserer Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Mehrstoffbrenner anzugeben, der bei einfachem, kostengünstigem Aufbau die problemlose gleichzeitige oder wechselweise Verfeuerung von verschiedenen Brenngasen bei Brennernennleistung und gutem Wirkungsgrad ermöglicht. Darüber hinaus soll der Mehrstoffbrenner den auftretenden thermischen Belastungen voll gewaschen sein.Based on the prior art mentioned at the outset, our object of the invention is to provide a multi-fuel burner which, with a simple, inexpensive construction, enables problem-free simultaneous or alternate combustion of different combustion gases with a rated burner output and good efficiency. In addition, the multi-fuel burner should be fully washed against the thermal loads that occur.

Bei einem Mehrstoffbrenner der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst :

  • es sind Auslaßstellen für mindestens zwei gasförmige Brennstoffe mit jeweils einer Vielzahl von kreisringförmig angeordneten Auslaßdüsen vorgesehen,
  • die Ausmündungen der Auslaßdüsen sind unter einem Winkel von 20° bis 80°, vorzugsweise 50° bis 70°, zur Längsachse des Mehrstoffbrenners nach außen gerichtet und an einer Anfasung der äußeren Kante des Düsenkopfes mit möglichst geringem gegenseitigen Abstand angeordnet,
  • 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,
  • jede der Auslaßstellen für Brenngase ist durch eine Vielzahl von im Verhältnis zur Dicke des Düsenkopfes dünnen Rohrleitungen mit dem zugeordneten Brennstoffzufuhrraum verbunden,
  • die Rohrleitungen der einen Auslaßstelle umgeben kreisringförmig die ebenfalls kreisringförmig angeordneten Rohrleitungen der anderen Auslaßstelle,
  • der in der Verbindung vorgesehene Dehnungsausgleicher ist durch zwei Abbiegungen der Rohrleitungen gebildet, wobei die Rohrleitungen, ausgehend vom Düsenkopf, zunächst geradlinig und parallel zur Längsachse des Mehrstoffbrenners geführt sind, dann eine Abbiegung von 30° bis 60° zur Rohrlängsachse aufweisen und anschließend durch eine zweite Abbiegung wieder in Richtung der Längsachse gebracht und zu dem mit dem Düsenkopf fluchtenden Brennerkopf geführt sind.
In a multi-fuel burner of the type mentioned at the outset, this object is achieved according to the invention by the following features:
  • there are outlet points for at least two gaseous fuels, each with a plurality of outlet nozzles arranged in a ring,
  • the outlets of the outlet nozzles are directed outwards at an angle of 20 ° to 80 °, preferably 50 ° to 70 °, to the longitudinal axis of the multi-fuel burner and are arranged on a chamfer on the outer edge of the nozzle head with the smallest possible mutual distance,
  • 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,
  • each of the outlet points for fuel gases is connected to the associated fuel supply space by a plurality of pipelines which are thin in relation to the thickness of the nozzle head,
  • the pipes of one outlet point surround the pipes of the other outlet point, which are also arranged in a ring,
  • The expansion compensator provided in the connection is formed by two bends in the pipes, the pipes, starting from the nozzle head, initially being straight and parallel to the longitudinal axis of the multi-fuel burner, then having a bend of 30 ° to 60 ° to the pipe longitudinal axis and then by a second one Bend brought back in the direction of the longitudinal axis and to the burner head aligned with the nozzle head.

Durch die kreisringförmige Anordnung der Auslaßdüsen, deren Ausmündungen zur Längsachse des Mehrstoffbrenners nach außen geneigt sind, wird sowohl bei der Verfeuerung eines einzigen Brennstoffes als auch bei der Verfeuerung mehrerer Brennstoffe eine gute Durchmischung mit der zuströmenden Verbrennungsluft erzielt, so daß ein guter Verbrennungswirkungsgrad gegeben ist. Hierbei gibt die Dimensionierung der Auslaßstellen bzw. Düsen für eine volle Brennernennleistung die Möglichkeit, daß der Mehrstoffbrenner an gerade vorhandene Brenngassorten angepaßt werden kann. Insbesondere ist es möglich, ein minderwertiges, für sich allein nicht brennfähiges Gas zusammen mit einem hochwertigeren Brenngas zu verteuern, wobei infolge der angegebenen Dimensionierung der Auslaßstellen die Zufuhr dieser Brenngase in großem Ausmaß variiert werden kann. Da sämtliche Auslaßdüsen Bestandteil des Düsenkopfes sind, bleibt deren gegenseitige Lage selbst bei thermisch ausgelösten Bewegungen des Brennerkopfes unverändert. Die Bewegungen des Brennerkopfes haben daher keinen Einfluß auf die guten Mischungsverhältnisse zwischen Brennstoff und Verbrennungsluft. Um die Brenngaszufuhr zum Düsenkopf, die für das Erreichen der Brennernennleistung erforderlich ist, zu sichern und gleichzeitig den Gesamtaufbau unter Berücksichtigung von Ausdehnungsmöglichkeiten kompakt zu halten, sind die Auslaßstellen durch eine Vielzahl von dünnen Rohrleitungen mit den zugeordneten Brennstoffzufuhrräumen des Brennerkopfes verbunden. Da die Rohrleitungen der einen Auslaßstelle die Rohrleitungen der anderen Auslaßstelle kreisringförmig umgeben, ergibt sich hierbei eine kompakte Ausbildung. Die in den dünnen Rohrleitungen vorgesehenen Abbiegungen ergeben auf besonders einfache Weise Dehnungsausgleicher, die ohne die Gefahr von Undichtheiten auch größere Ausdehnungsunterschiede aufnehmen können. Der Mehrstoffbrenner gemäß der Erfindung erfüllt daher mit einfachem, kostengünstigem Aufbau die an ihn gestellten verbrennungstechnischen Anforderungen. Darüber hinaus ist noch zu beachten, daß sich auf dem angegebenen Lösungsweg gegebenenfalls mehr als zwei Auslaßstellen für Brenngase auf einfache Weise anordnen lassen. Hierdurch ist die Einsatzfähigkeit des Brenners an verschiedenste Einsatzbedingungen gewährleistet.Due to the circular arrangement of the outlet nozzles, the openings of which are inclined outwards to the longitudinal axis of the multi-fuel burner, good mixing with the inflowing combustion air is achieved both when burning a single fuel and when burning several fuels, so that there is good combustion efficiency. Here, the dimensioning of the outlet points or nozzles for a full burner nominal output gives the possibility that the multi-fuel burner can be adapted to existing types of fuel gas. In particular, it is possible to make an inferior, non-combustible gas together with a higher-quality fuel gas more expensive, and the supply of these fuel gases can be varied to a large extent as a result of the dimensioning of the outlet points. Since all outlet nozzles are part of the nozzle head, their mutual position remains itself thermally triggered movements of the burner head unchanged. The movements of the burner head therefore have no influence on the good mixing ratio between fuel and combustion air. In order to secure the supply of fuel gas to the nozzle head, which is required to achieve the nominal burner output, and at the same time to keep the overall structure compact while taking expansion options into account, the outlet points are connected to the associated fuel supply spaces of the burner head by a large number of thin pipes. Since the pipes of one outlet point surround the pipes of the other outlet point in a ring shape, this results in a compact design. The bends provided in the thin pipes provide expansion compensators in a particularly simple manner, which can also accommodate larger expansion differences without the risk of leaks. The multi-fuel burner according to the invention therefore meets the combustion requirements placed on it with a simple, inexpensive construction. In addition, it should also be noted that, if necessary, more than two outlet points for fuel gases can be arranged in a simple manner on the stated solution. This ensures that the burner can be used in a wide variety of operating conditions.

Um die Herstellung des Mehrstoffbrenners zu vereinfachen, ist es empfehlenswert, daß die Auslaßdüsen aus zylindrischen Kanälen bestehen.In order to simplify the manufacture of the multi-fuel burner, it is recommended that the outlet nozzles consist of cylindrical channels.

In vielen Fällen können die Auslaßdüsen wenigstens einer Auslaßstelle einzeln und direkt durch die Rohrleitungen mit den zugeordneten Brennstoffzufuhrräumen verbunden sein. Um unterschiedliche Brenngasströme in den Rohrleitungen auszugleichen und somit eine gleichmäßige Brenngaszufuhr zu den Auslaßdüsen zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, daß die Auslaßdüsen wenigstens einer Auslaßstelle unter Zwischenschaltung jeweils eines Sammelraumes durch die Rohrleitungen mit den zugeordneten Brennstoffzufuhrräumen verbunden sind.In many cases, the outlet nozzles of at least one outlet point can be connected individually and directly through the pipelines to the associated fuel supply spaces. 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 expedient that the outlet nozzles are connected to the associated fuel feed chambers by at least one outlet point with the interposition of a collecting space through the pipelines.

Auch ist es empfehlenswert, daß die Brennstoffzufuhrräume, in Richtung der Längsachse gesehen, hintereinander angeordnet sind. Hierdurch wird eine schlanke Bauweise des Brenners erreicht.It is also recommended that the fuel supply spaces, as seen in the direction of the longitudinal axis, be arranged one behind the other. This results in a slim design for the burner.

Schließlich ist es vorteilhaft, daß in der zentrischen Öffnung des Düsenkopfes eine Auslaßstelle für flüssige Brennstoffe in Form einer Zerstäuberdüse angeordnet ist. Durch diese Maßnahme wird die Einsatzfähigkeit des erfindungsgemäßen Mehrstoffbrenners wesentlich erweitert.Finally, it is advantageous that an outlet point for liquid fuels in the form of an atomizer nozzle is arranged in the central opening of the nozzle head. This measure significantly increases the usability of the multi-fuel burner according to the invention.

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 connection with the schematic drawings.

Hierbei zeigt :

  • Figur 1 einen vertikalen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Mehrstoffbrenner gemäß der Schnittlinie I-I der Fig. 2,
  • Figur 2 eine Ansicht des Gegenstands der Fig. 1 aus Richtung II,
  • Figur 3 eine Anzahl von Rohrleitungen, welche die Auslaßdüsen mit den Brennstoffzufuhrräumen verbinden, in Ansicht aus Richtung 111 der Fig. 1, wobei die ringförmige Anordnung der Rohrleitungen als Abwicklung in eine Ebene dargestellt ist,
  • Figur 4 die Einzelheit IV der Fig. 1 als Ausführungsvariante und in vergrößerter Darstellung,
  • Figur 5 einen Schnitt durch den Gegenstand der Fig. 4 gemäß der Schnittlinie V-V als Abwicklung in die Zeichenebene,
  • Figur 6 eine mit einem Dehnungsausgleicher versehene Rohrleitung gemäß Fig. 3 als Einzelheit und in Ansicht,
  • Figur 7 die Ansicht des Gegenstands der Fig. 6 aus Richtung VII und
  • Figur 8 einen Vertikalschnitt durch den Bereich der Brennkammer einer Gasturbine mit dem Mehrstoffbrenner gemäß Fig. 1.
Here shows:
  • 1 shows a vertical longitudinal section through a multi-fuel burner according to the invention along section line II of FIG. 2,
  • FIG. 2 shows a view of the object of FIG. 1 from direction II,
  • FIG. 3 shows a number of pipelines which connect the outlet nozzles to the fuel supply spaces, viewed from the direction 111 of FIG. 1, the annular arrangement of the pipelines being shown as a development in one plane,
  • FIG. 4 shows detail IV of FIG. 1 as an embodiment variant and in an enlarged representation,
  • 5 shows a section through the object of FIG. 4 along 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,
  • 7 shows the view of the object of FIG. 6 from the 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 point 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 Winkel a von 20° bis 80° 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 at an angle a of 20 ° to 80 ° with respect to the longitudinal axis 20 of the multi-fuel burner. 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 mouth 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. 1. 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, each parallel to the longitudinal Axis 20 of the multi-fuel burner extends and its other end opens into the essentially ring-cylindrical burner head 26 which is coaxial with the nozzle head. For this purpose, cylindrical bores 28 extending in the direction of the longitudinal axis 20 are provided in the burner head 26 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 connection piece 32 pointing to the left in the sectional plane of FIG. 1 and running 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 feed chamber 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 Winkel a von 30° 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 könner weitere Einzelheiten entnommen werden.The further pipes 34, which are connected to the second outlet point 14, 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 of direction such that these tubes - starting from the nozzle head 10 - initially run straight and parallel to the longitudinal axis 20, then angled and at an angle a of 30 ° to 60 ° to the longitudinal axis 20 or to the respective tube longitudinal axis are aligned and are finally brought back in the direction of the longitudinal axis 20 by a further bend. The bending 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 thus formed. On the other hand, it should be noted that all pipelines are angled at the same angle and, when installed on a cylindrical surface, there is no overlap between these pipelines, but that they run side by side. This can be seen very clearly from FIG. 3, to which express reference is made. The expansion compensators are preferably arranged approximately in the middle of the distance between the burner head 26 and the 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 nozzle 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 upper 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. An outer flange 50 with fastening bores 52 is also arranged at the lower end of the burner head 26 for fixing the multi-fuel burner to the combustion chamber, for example. 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 nominal 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 the associated outlet nozzles 16 is preferably equal to 0.8 to 1 times the free cross section of the associated connection piece 32. The same applies to the pipes 34, the outlet nozzles 18 and the associated connection piece 38.

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 1,5 mm, 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 supplied to the outlet points 12 and 14 usually have different temperatures, the usual 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, 18, 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 each of the outlet nozzles 16, 18 in the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 3 is directly connected to the associated fuel supply chamber 30, 36 by a pipe 24, 34, in the exemplary embodiment according to FIGS. 4 and 5 collectors 54, 56 are switched on between the outlet nozzles 18, 16 and the pipes 34, 24. 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, which lead to the fuel supply spaces, are connected to the collectors 54, 56. The number of these pipelines 24, 34 can be less than the number of outlet nozzles 16, 18, if the remaining pipelines are advantageously evenly distributed and connected 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 designed as annular cavities 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 zentrische 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 must 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 Winkel a von 20° bis 80°, vorzugsweise 30° bis 70° 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. The expansion compensator 40 can be seen in the form of the bend in the further pipeline 34. The direction of the bend with an angle a of 20 ° to 80 °, preferably 30 ° to 70 ° to the longitudinal axis 20, can be clearly seen. 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 compressed 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, and is 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 spacing that combustion air can enter the combustion chamber 74 from the intermediate space 76 between the guide vanes 84. 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 space 76 in a vertical direction as far as 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 connecting 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 attached closed, through which another fuel gas, e.g. 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 48 verlaufen in radialer Richtung und sind in größerer Anzahl, z. B. 8 bis 12 Stück, gleichmäßig um die Zerstäuberdüse 48 angeordnet. 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, which enters the combustion chamber under pressure through the atomizing nozzle 46. The vortex plates 48 run in the radial direction and are in large numbers, for. B. 8 to 12 pieces, evenly arranged around the atomizer nozzle 48. The shape of the swirl plates 48 is clearly shown in FIG. 1.

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 Laufschaufeln 64, 62 der Gasturbine, so daß die Turbinenwelle 60 angetrieben wird.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 rotor blades 64, 62 of the gas turbine, see above that the turbine shaft 60 is driven.

Die Brennernennleistung kann bereits durch den Betrieb einer einzigen Auslaßstelle 12, 14, 44 erreicht werden.The burner rating can already be achieved by operating a single outlet point 12, 14, 44.

Unter Brennernennleistung ist jene Leistung zu verstehen, für die der Brenner vorgesehen und gebaut ist.The rated burner output is the output for which the burner is intended and built.

Claims (6)

1. Multifuel burner, in particular for the combustion chamber of a gas turbine, having outlet positions (12, 14) for several fuels, which outlet positions are connected by pipes (24, 34) to fuel supply spaces (30, 36) located at the burner head (26), an expansion compensator (40) being inserted in the connection between at least one outlet position (14) and the associated fuel supply space (36) and at least one outlet position (12, 14) encompassing a multiplicity of outlet nozzles (16, 18) which are located in annular formation on a nozzle head (10), characterised by the following features :
outlet positions (12, 14) for at least two gaseous fuels, and each having a multiplicity of outlet nozzles (16, 18) arranged in annular formation, are provided,
the outlets of the outlet nozzles (16, 18) are directed outwards at an angle of between 20° and 80°, preferably between 50° and 70°, to the longitudinal axis (20) of the multifuel burner and are arranged on a chamfer (22) of the outer edge of the nozzle head (10) with the smallest possible mutual distance apart (d),
each of the outlet positions (12, 14) for combustion gases is dimensioned, with respect to the number and/or the outlet cross-section of the associated outlet nozzles (16, 18), for the emergence of that fuel gas flow which is necessary to achieve the burner nominal output,
each of the outlet positions (12, 14) for combustion gases is connected to the associated fuel supply space (30, 36) by a multiplicity of pipes (24, 34) which are thin relative to the thickness of the burner head (10),
the pipes (34) of one outlet position (14) surround, in annular formation, the pipes (24) of the other outlet position (12), which are also arranged in annular formation,
the expansion compensator (40) provided in the connection is formed by two bends in the pipes (34), the pipes, starting from the nozzle head (10), being first run in a straight line and parallel to the longtidudinal axis (20) of the multifuel burner and then exhibiting a bend of between 30° and 60° to the longitudinal axis of the pipe and being finally brought back by a second bend into the direction of the longitudinal axis (20) and being brought to the burner head (26) which is aligned with the nozzle head (10).
2. Multifuel burner according to Claim 1, characterised in that the outlet nozzles (16, 18) consist of cylindrical ducts.
3. Multifuel burner according to Claim 1 or 2. characterised in that the outlet nozzles (16, 18) of at least one outlet position (12 and 14) are connected individually and directly by the pipes (24 and 34) to the associated fuel supply spaces (30 and 36).
4. Multifuel burner according to Claim 1 or 2, characterised in that the outlet nozzles (16, 18) of at least one outlet position (12, 14) are connected by the pipes (34, 24) to the associated fuel supply spaces with the insertion of a collector space (54, 56) in each case.
5. Multifuel burner according to one of the Claims 1 to 4, characterised in that the fuel supply spaces (30, 36) are located one behind the other as seen in the direction of the longitudinal axis (20).
6. Multifuel burner according to one of the Claims 1 to 5, characterised in that an outlet position (44) for liquid fuels is arranged in the form of an atomizer nozzle (46) in the central opening of the nozzle head (10).
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