EP0321809A1 - Procédé pour la combustion de combustible liquide dans un brûleur - Google Patents
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- F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
- F23C2900/07002—Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners
Definitions
- the present invention relates to a method for the premix-like combustion of liquid fuel in a burner without a premixing section and a burner for hot gas production, consisting of hollow partial cone bodies which complement one another, with tangential air inlet slots and feeds for gaseous and liquid fuels.
- a burner is known from EP-A1-0 210 462, which is formed from at least two double-curved hollow partial cone bodies acted upon with tangential air entry. These bodies are folded in the direction of flow along diagonals that open outwards in the shape of a cone. One curved fold side forms an inner cone with an increasing cone inclination in the outflow direction, while the other curved fold side forms an outer cone with a decreasing cone inclination in the outflow direction.
- the inner cones each carry a burner over their entire axial extent Material line for the supply of the gaseous fuel, which flows through several fuel nozzles into the interior of the burner in order to mix there with the tangentially flowing combustion air.
- the burner also has a separate supply of a liquid fuel, which is a dual burner.
- the injection of the liquid fuel is directed axially onto the outer cone in such a way that, depending on the strength of the injection, a different length of fuel film is formed.
- weighty mixing is carried out by the tangentially introduced combustion air, which rolls up the fuel film in layers due to its swirling movement in the axial direction, making the generation of a strong mixture superfluous. Because the impulse of the injection of liquid fuel is adapted to the load of the machine, the mixture is never too lean or too rich.
- this burner results in a vortex flow which is low in swirl in the center but has an excess of axial speed. Because the number of swirls increases strongly in the axial direction and reaches the breakdown value or the critical value at the end of the burner, this results in a positionally stable vortex backflow.
- the oil injection is structurally relatively complex. But the design of the folded cone sections and their coordination with each other is also not easy to handle.
- the object of the invention is to simplify the physical configuration of the burner in a method and a burner of the types mentioned at the beginning and at the same time to minimize the NO x emission values from the premixed combustion of liquid fuel, without changing the flow field in the burner with the stable vortex backflow zone.
- Another advantage of the invention results from the possibility that the burner according to the invention can also be used in gas turbines whose pressure ratio - above about 12 - is so high that, due to the principle, no pre-evaporation of the liquid fuel is possible because the fuel has previously ignited would. Finally, the burner according to the invention can also be used in those cases in which no or only insufficient air preheating for evaporation can be achieved.
- an essential advantage of the invention is that the burner according to the invention consists of a few components that are easy to manufacture and assemble.
- FIG. 1 In order to better understand the structure of the burner, it is advantageous if the reader simultaneously uses the individual sections according to FIGS. 2-4 in FIG. 1. Furthermore, in order not to make FIG. 1 unnecessarily confusing, the guide plates 21a, 21b shown schematically according to FIGS. 2-4 are only hinted at in it. In the following, the description of FIG. 1 will optionally refer to the remaining FIGS. 2-4 as required.
- the burner according to FIG. 1 consists of two half hollow tapered bodies 1, 2 which are offset from one another.
- the offset of the respective central axis 1b, 2b of the partial cone bodies 1, 2 to each other creates a tangential air inlet slot 19, 20 on both sides in a mirror-image arrangement (FIGS. 2-4), through which the combustion air 15 enters the interior of the burner, ie flows into the cone cavity 14.
- the two partial cone bodies 1, 2 each have a cylindrical initial part 1a, 2a, which likewise run offset to one another analogously to the partial cone bodies 1, 2, so that the tangential air inlet slots 19, 20 are present from the beginning.
- a nozzle 3 is accommodated, the fuel injection 4 of which coincides with the narrowest cross section of the conical cavity 14 formed by the two partial cone bodies 1, 2.
- the burner can be made purely conical, that is to say without cylindrical initial parts 1a, 2a.
- Both partial cone bodies 1, 2 each have a fuel line 8, 9, which are provided with openings 17 through which the gaseous fuel 13, which is mixed with the combustion air 15 flowing through the tangential air inlet slots 19, 20. The position of these fuel lines 8, 9 is shown schematically in FIGS.
- the fuel lines 8, 9 are attached to the end of the tangential air inlet slots 19, 20, so that the admixture 16 of the gaseous fuel 13 with the inflowing combustion air 15 also takes place there .
- the burner On the combustion chamber side 22, the burner has a collar-shaped anchoring for the partial cone body 1, 2 serving end plate 10 with a number of holes 11 through which, if necessary, dilution air or cooling air 18 can be supplied to the front part of the combustion chamber 22 or its wall.
- the liquid fuel 12 flowing through the nozzle 3 is injected into the cone cavity 14 at an acute angle, in such a way that a cone-shaped fuel spray which is as homogeneous as possible is obtained in the burner outlet plane, with strict care being taken to ensure that the inner walls of the partial cone bodies 1, 2 from injected liquid fuel 12 are not wetted.
- the fuel injector 4 can be an air-assisted nozzle or a pressure atomizer.
- the conical liquid fuel profile 5 is enclosed by a rotating combustion air stream 15 flowing in tangentially. In the axial direction, the concentration of the liquid fuel 12 is continuously reduced by the mixed-in combustion air 15. If gaseous fuel 13/16 is burned, the mixture is formed with the combustion air 15 directly at the end of the air inlet slots 19, 20.
- the nitrogen oxide and carbon monoxide emissions are low if the excess air is at least 60%. In the case of complete evaporation before entering the combustion zone, the pollutant emission values are lowest. The same also applies to near-stoichiometric operation when the excess air is replaced by recirculating exhaust gas.
- the partial cone bodies 1, 2 with regard to the taper inclination and the width of the tangential air inlet slots 19, 20, narrow limits must be observed so that the desired flow field of the air with its return flow zone 6 is established in the area of the burner mouth for flame stabilization.
- the backflow zone 6 which is once geometrically fixed, is inherently position-stable, because the swirl number increases in the direction of flow in the region of the cone shape of the burner.
- the design of the burner is particularly suitable for changing the size of the tangential air inlet slots 19, 20 for a given overall length of the burner, in that the partial cone bodies 1, 2 are fixed to the end plate 10 by means of a releasable connection.
- the distance between the two central axes 1b, 2b decreases or increases as a result of radial displacement of the two partial cone bodies 1, 2 to and from one another, and the gap size of the tangential air inlet slots 19, 20 changes accordingly, as can be seen particularly well from FIGS. 2-4 emerges.
- the partial cone bodies 1, 2 can also be displaced relative to one another in another plane, as a result of which even an overlap thereof can be controlled. Yes, it is even possible to spirally move the partial cone bodies 1, 2 with one another by means of a counter-rotating movement. It is therefore in your hand to vary the shape and size of the tangential air inlets 19, 20 as desired, so that the burner can be used universally without changing its overall length.
- the position of the guide plates 21a, 21b also appears from FIGS. 2-4. They have flow introduction functions, whereby they, of different lengths, extend the respective end of the partial cone bodies 1 and 2 in the direction of flow of the combustion air 15.
- the channeling of the combustion air into the cone cavity 14 can be optimized by opening or closing the guide plates 21a, 21b about the pivot point 23, in particular this is necessary if the original gap size of the tangential air inlet slots 19, 20 is changed.
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