EP0638769A2 - Fuel injector for liquid and/or gaseous fuels and method for its operation - Google Patents

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EP0638769A2
EP0638769A2 EP19940110938 EP94110938A EP0638769A2 EP 0638769 A2 EP0638769 A2 EP 0638769A2 EP 19940110938 EP19940110938 EP 19940110938 EP 94110938 A EP94110938 A EP 94110938A EP 0638769 A2 EP0638769 A2 EP 0638769A2
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fuel
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nozzle
lance
gas
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EP19940110938
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Adnan Dr. Eroglu
Franz Joos
Peter Novacek
Peter Dr. Senior
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ASEA BROWN BOVERI AG
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ABB Management AG
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    • F23D11/10Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F23D11/101Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting before the burner outlet
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23D14/20Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
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    • F23D14/78Cooling burner parts
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    • F23D17/00Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
    • F23D17/002Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or liquid fuel

Abstract

In a fuel lance (injector) for liquid and/or gaseous fuels for use in a combustion chamber, good fuel injection is achieved by means of (a) a liquid-fuel tube (7) which extends along a lance axis (5) and which surrounds a liquid-fuel passage (6) for carrying a liquid fuel; (b) a gas tube (9) which surrounds the liquid-fuel tube (7) and which, between itself and the liquid-fuel tube (7), forms a gas passage for carrying a gaseous fuel; (c) a lance casing (11) which surrounds the gas tube (9) and which forms between itself and the gas tube (9) an air duct (10) for carrying cooling or atomization air; (d) at least one air/fuel nozzle (12) provided at the downstream end of the fuel lance (1) in the casing (11) of the latter, through which nozzle air can flow out of the air passage (10) into the combustion chamber surrounding the fuel lance (1); there being arranged in the gas tube (9) at least one gas nozzle (15), through which gas can flow out of the gas passage (8), through the air passage (10) and the air/fuel nozzle (12) or nozzles into the combustion chamber with the air; and (f) each air/fuel nozzle (12) is assigned in the liquid-fuel tube (7) a liquid-fuel nozzle (18) through which liquid fuel can flow out of the liquid-fuel passage (6), through the air passage (19) and the associated air/fuel nozzle (12), into the combustion chamber with the air. <IMAGE>

Description

    TECHNISCHES GEBIET TECHNICAL FIELD
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Verbrennungstechnik. The present invention relates to the field of combustion technology. Sie betrifft eine Brennstofflanze für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe zum Einsatz in einer Brennkammer, wie sie beispielsweise bei Gasturbinen Verwendung findet. It relates to a fuel lance for liquid and / or gaseous fuels for use in a combustion chamber, as found for example in gas turbines use.
  • STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART
  • Für die Injektion von flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoffen in die Brennkammer eines Vormischbrenners werden Brennstofflanzen verwendet, die in die Brennkammer hineinragen und den oder die Brennstoffe in die vorbeiströmende Verbrennungsluft in geeigneter Verteilung einbringen. Fuel lances are used for the injection of liquid and / or gaseous fuels into the combustion chamber of a premix burner, which protrude into the combustion chamber and bring the or the fuels in the passing combustion air in a suitable distribution.
  • Bei der Auslegung derartiger Brennstofflanzen sind verschiedene Forderungen zu erfüllen, die sich teilweise aus den Umgebungsbedingungen und teilweise aus den gestellten Anforderungen ergeben: In the design of fuel lances various requirements have to be met, resulting in part from the environmental conditions and in part from the stated requirements:
    • Die an der Brennstofflanze vorbeiströmende Verbrennungsluft hat eine Temperatur, die weitgehend unabhängig ist von der Strömung des Brennstoffes in der Lanze. The flowing past the fuel lance combustion air has a temperature that is largely independent of the flow of fuel in the lance. Es kann notwendig sein, die Lanze selbst und auch die in ihr geführten Brennstoffe vor einer zu hohen Temperatur der Verbrennungsluft zu schützen. It may be necessary also to protect the lance itself and guided in it fuels from too high temperature of the combustion air.
    • Wenn die Brennkammer mit einem hohen Verhältnis der Brennstoffmengen zwischen Vollast und Teillast betrieben werden soll, muss dafür Sorge getragen werden, dass in jedem Betriebszustand der Brennstoff in geeigneter Verteilung vorliegt und auf dieselbe Weise in den Strom der Verbrennungsluft eingebracht und gemischt werden kann. If the combustion chamber with a high ratio of amounts of fuel between full load and partial load is to be operated, care must be taken that in each operating state of the fuel is present in a suitable distribution and can be introduced in the same way in the stream of combustion air and mixed. Da die Aerodynamik des Brenners praktisch unabhängig vom Brennstoff ist, muss zur Erzielung einer optimalen Verbrennung sowohl der gasförmige als auch der flüssige Brennstoff in gleicher Weise in den Strom der Verbrennungsluft injiziert werden können. Since the aerodynamics of the burner is practically independent of the fuel, then to achieve an optimum combustion, the liquid fuel can be injected into the stream of combustion air in the same way both the gaseous and.
    • Damit der Wirkungsgrad des Brenners möglichst gross wird, sollte so wenig wie möglich Träger- bzw. Hilfsluft in der Lanze verwendet werden. Thus the efficiency of the burner is as large as possible, should the carrier or auxiliary air can be used in the lance as little as possible.
    • Weiterhin ist darauf zu achten, dass sich im Bereich der Brennstofflanze möglichst keine Rezirkulationszonen oder Nachläufe bilden, die mit brennstoffhaltigem Gas gefüllt sind und zu Flammenrückschlägen oder thermoakustischen Schwingungen fuhren können. Furthermore, it must be ensured that possible form no recirculation zones or lags in the fuel lance, which are filled with fuel-containing gas and lead to flashbacks or thermoacoustic oscillations can.
    • Bei der Injektion von Flüssigbrennstoff, dh insbesondere Oel, muss vermieden werden, das die fein verteilte Oel-Luft-Mischung frühzeitig zündet. When injecting liquid fuel, ie, in particular oil, must be avoided, which ignites the finely dispersed oil-air mixture at an early stage.
    • Für die flüssigen Brennstoffe muss auch vermieden werden, dass sich im Inneren der Lanze aufgrund erhöhter Temperaturen und Verdampfen des Brennstoffes störende Ablagerungen bilden, da dies den Betrieb der Lanze auf lange Sicht beeinträchtigen oder ganz unmöglich machen könnte. For liquid fuels must be avoided that form deposits in the interior of the lance due to increased temperatures and evaporation of the fuel, as this could affect the operation of the lance in the long run or even impossible.
    DARSTELLUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION
  • Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Brennstofflanze sowie ein Verfahren zu deren Betrieb anzugeben, welche die og Anforderungen erfüllen und eine sichere Injektion von gasförmigem und/oder flüssigem Brennstoff bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad und geringen Schadstoffemissionen gewährleisten. It is an object of the invention to provide a fuel lance and a method to provide for the operation thereof, which meet the above requirements and provide a safe injection of gaseous and / or liquid fuel with a high efficiency and low emissions.
  • Die Aufgabe wird bei einer Brennstofflanze für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe zum Einsatz in der Brennkammer eines Vormischbrenners gelöst durch The object is achieved with a fuel lance for liquid and / or gaseous fuels for use in the combustion chamber by a premix burner
    • (a) ein entlang einer Lanzenachse verlaufendes Flüssigbrennstoffrohr, welches einen Flüssigbrennstoffkanal zur Führung eines flüssigen Brennstoffes umschliesst; (A) extending along a lance center line liquid fuel tube which encloses a liquid fuel passage for carrying a liquid fuel;
    • (b) ein das Flüssigbrennstoffrohr umgebendes Gasrohr, welches zwischen sich und dem Flüssigbrennstoffrohr einen Gaskanal zur Führung eines gasförmigen Brennstoffes bildet; (B) a liquid fuel pipe the gas surrounding tube, which forms a gas channel for guiding a gaseous fuel between itself and the liquid fuel pipe;
    • (c) einen das Gasrohr umgebenden Lanzenmantel, welcher zwischen sich und dem Gasrohr einen Luftkanal zur Führung von Kühl- bzw. Zerstäuberluft bildet; (C) forming a lance outer shell surrounding the gas pipe between itself and the gas pipe has an air duct for guiding cooling or atomizing air;
    • (d) wenigstens eine, seitlich am stromabwärts gelegenen Ende der Brennstofflanze vorgesehene Luft/Brennstoff-Düse im Lanzenmantel, durch welche Luft aus dem Luftkanal in die die Brennstofflanze umgebende Brennkammer ausströmen kann; (D) through which air from the air passage into which the fuel lance can flow surrounding the combustion chamber at least one laterally provided at the downstream end of the fuel lance air / fuel nozzle in the lance outer shell; wobei in which
    • (e) wenigstens eine Gasdüse im Gasrohr angeordnet ist, durch welche Gas aus dem Gaskanal durch den Luftkanal und die wenigstens eine Luft/Brennstoff-Düse hindurch mit der Luft in die Brennkammer ausströmen kann; (E) a gas nozzle is arranged in the gas pipe at least through which gas can flow from the gas port through the air passage and the at least one air / fuel nozzle through the air into the combustion chamber; und wobei and wherein
    • (f) wenigstens eine Flüssigbrennstoffdüse im Flüssigbrennstoffrohr angeordnet ist, durch welche Flüssigbrennstoff aus dem Flüssigbrennstoffkanal durch den Luftkanal und die wenigstens eine Luft/Brennstoff-Düse hindurch mit der Luft in die Brennkammer ausströmen kann. (F) at least one liquid fuel nozzle is disposed in the liquid fuel pipe through which the liquid fuel from the liquid fuel passage through the air duct and the at least one air / fuel nozzle therethrough can flow into the combustion chamber with the air.
  • Der Kern der Erfindung besteht darin, die Lanze mit einer geeigneten Düsenanordnung und einer speziellen, die Lanze mantelförmig umgebenden Kühlluftzufuhr auszustatten, die es ermöglichen, Kühlluft gleichzeitig zur Kühlung von Lanze und Brennstoff, zur Zerstäubung von Flüssigbrennstoff, zur Verhinderung einer Frühzündung und zur allgemeinen Förderung des Mischprozesses einzusetzen. The essence of the invention is to equip the lance with a suitable nozzle arrangement and a special, the lance jacket-like surrounding supply of cooling air, which allow cooling air at the same time for cooling the lance and fuel for the atomization of liquid fuel, to prevent pre-ignition, and to generally promote use the mixing process. Hieraus ergibt sich eine optimale Mischung und Verbrennung, die zu einem hohen Wirkungsgrad bei gleichzeitig niedrigen Schadstoffemissionen führt. This results in optimum mixing and combustion, which leads to a high efficiency combined with low emissions.
  • Eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Brennstofflanze zeichnet sich dadurch aus, dass die wenigstens eine Luft/Brennstoff-Düse und die wenigstens eine Gasdüse kreisförmig ausgebildet und hintereinander auf einer gemeinsamen Düsenachse angeordnet sind, und der Durchmesser der Gasdüse kleiner ist als der Durchmesser der Luft/Brennstoff-Düse. A first preferred embodiment of the inventive fuel lance is characterized in that the at least one air / fuel nozzle and which are at least circularly formed a gas nozzle and arranged one after another on a common nozzle axis, and the diameter of the gas nozzle is smaller than the diameter of the air / fuel nozzle. Der aus der Gasdüse heraustretende Gasstrom wird auf diese Weise beim Durchtritt durch die Luft/Brennstoff-Düse von einem mantelförmigen Luftstrom umgeben. The emerging from the gas nozzle gas stream is surrounded in this manner when it passes through the air / fuel nozzle of a jacket-shaped air flow. Hierdurch wird einerseits erreicht, dass sich für den gasförmigen Brennstoff praktisch derselbe Injektionsweg ergibt wie für den flüssigen Brennstoff. This will on the one hand achieved that practically the same results in injection path for the gaseous fuel, such as for the liquid fuel. Andererseits unterstützt der Luftstrom weitgehend unabhängig von der Gasmenge die Gasinjektion, so dass sich auch bei kleinen Gasströmen die aerodynamischen Verhältnisse in der Brennkammer kaum ändern. On the other hand, the air flow is largely independent of the amount of gas supports the gas injection, so unlikely to change the aerodynamic conditions in the combustion chamber even with small gas streams.
  • Besonders einfache und gleichförmige Strömungsverhältnisse innerhalb der Lanze und an den Düsen ergeben sich für die verschiedenen Brennstoffe, wenn gemäss einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auch die Flüssigbrennstoffdüse zusammen mit den beiden anderen Düsen auf der gemeinsamen Düsenachse angeordnet ist, und der Durchmesser der Flüssigbrennstoffdüse kleiner ist als der Durchmesser der Gasdüse, und wenn das Flüssigbrennstoffrohr und das Gasrohr im Bereich der Düsen mit dem Lanzenmantel fest verbunden sind. Particularly simple and uniform flow conditions within the lance and the nozzle are obtained for the various fuels, even if the liquid fuel nozzle is arranged together with the two other nozzles on the common nozzle axis according to a second preferred embodiment of the invention, and the diameter of the liquid fuel nozzle is smaller than the diameter of the gas nozzle, and when the liquid fuel pipe and the gas pipe are firmly connected in the region of the nozzle to the lance sheath. Die feste Verbindung zwischen den inneren Rohren und dem Lanzenmantel sorgt dabei dafür, dass sich die Düsen in ihrer Lage zueinander auch bei thermischen Ausdehnungen praktisch nicht verschieben können. The fixed connection between the inner pipes and the lance outer shell in this case ensures that the nozzle to each other and practically can not move in their position during thermal expansion.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gasrohr und das Flüssigbrennstoffrohr in Strömungsrichtung vor der wenigstens einen Luft/Brennstoff-Düse enden, dass die Gasdüse und Flüssigbrennstoffdüse am Ende des jeweiligen Rohres angeordnet und parallel zur Lanzenachse orientiert sind, und dass für jede Luft/Brennstoff-Düse und die weiteren Düsen ein schaufelförmiges Leitblech vorgesehen ist, welches die aus den weiteren Düsen austretenden Gas- bzw. Flüssigkeitsströme um etwa 90° umlenkt und in die jeweilige Luft/Brennstoff-Düse einleitet. A further preferred embodiment of the invention is characterized in that the gas pipe and the liquid fuel pipe in the flow direction before the forming at least one air / fuel nozzle are that the gas nozzle and liquid fuel nozzle arranged at the end of the respective tube and oriented parallel to the lance axis and that, for each air / fuel nozzle and the further nozzles are provided a blade-shaped baffle which deflects the emerging from the further nozzles of gas or liquid streams by approximately 90 ° and is passed into the respective air / fuel nozzle. Hierdurch wird für die Verteilung und Mischung des Flüssigbrennstoffs ein luftbetriebener Zerstäuber realisiert, der in der angelsächsischen Literatur als "prefilming atomizer" bekannt ist (siehe dazu auch AH Lefebvre, Airblast Atomization, Prog.Energy Combust.Sci., Vol.6, S.233-261 (1980)). In this way, an air-driven nebulizer is realized for the distribution and mixing of the liquid fuel in the Anglo-Saxon literature as "prefilming atomizer" is known (see also AH Lefebvre, Atomization Airblast, Prog.Energy Combust.Sci., Vol.6, S. 233-261 (1980)).
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Brennstofflanze ist der Luftkanal um das stromabwärts gelegene Ende der Brennstofflanze herumgeführt, und in diesem Ende wenigstens eine, weitgehend parallel zur Lanzenachse orientierte Hilfsdüse vorgesehen, durch welche Luft aus dem Luftkanal in die Brennkammer ausströmen kann. In a further preferred embodiment of the inventive fuel lance of the air duct to the downstream end of the fuel lance is guided, and is provided in this end at least one, largely oriented parallel to the lance axis auxiliary nozzle through which air from the air passage can flow into the combustion chamber. Durch die Hilfsdüse wird brennstoffreie Luft in den Raum hinter der Lanzenspitze injiziert, um an dieser kritischen Stelle die Bildung von brennstoffhaltigen Nachläufen und/oder Rezirkulationszonen zu verhindern. By the auxiliary nozzle brennstoffreie air is injected into the space behind the lance tip to prevent at this critical point, the formation of fuel-containing heavy ends and / or recirculation zones.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren zum Betrieb der Brennstofflanze nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Kühlen der Lanze und zum Verteilen des Brennstoffs durch den Luftkanal Luft mit einer Temperatur bis zu mehreren 100°C, jedoch vorzugsweise von weniger als 600°C, zur Luft/Brennstoff-Düse geführt und dort als ein den Brennstoffstrom umgebender Mantelstrom in die Brennkammer geblasen wird. The inventive method for operating the fuel lance according to the invention is characterized in that to cool the lance and distribute the fuel through the air passage of air at a temperature up to several 100 ° C, but preferably less than 600 ° C, for air / out fuel nozzle, where the fuel stream surrounding sheath flow is blown into the combustion chamber as a. Hierdurch wird eine sichere Kühlung der Lanze auch bei höheren Temperaturen der an der Lanze vorbeistreichenden Verbrennungsluft bzw. Verbrennungsgase erreicht. This makes reliable cooling of the lance and at higher temperatures the sweeping past on the lance combustion air and combustion gases is achieved.
  • Weitere Ausführungsformen der erfindungsgemässen Brennstofflanze sowie Ausführungsformen des erfindungsgemässen Betriebsverfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Further embodiments of the inventive fuel lance as well as embodiments of the inventive method of operation will be apparent from the dependent claims.
  • KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN BRIEF EXPLANATION OF THE FIGURES
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden. The invention will be explained in more detail with reference to embodiments in connection with the figures. Es zeigen Show it
  • Fig. 1 Fig. 1
    in der Seitenansicht eine in einer Brennkammer angeordnete Brennstofflanze nach der Erfindung; in the side view of a combustion chamber arranged in a fuel lance according to the invention;
    Fig. 2 Fig. 2
    im Längsschnitt die Spitze eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Brennstofflanze mit den durch Pfeilen angedeuteten Gas- und Flüssigkeitsströmungen, wobei in der oberen Hälfte der Betrieb mit gasförmigem Brennstoff, und in der unteren Hälfte der Betrieb mit flüssigem Brennstoff dargestellt ist; in longitudinal section the top of a first preferred embodiment of an inventive fuel lance with the directions indicated by arrows gas and liquid flows, being illustrated in the upper half of operation with gaseous fuel, and in the lower half of the operation with liquid fuel;
    Fig. 3 Fig. 3
    im Längsschnitt (Fig. 3A) und teilweisen Querschnitt (Fig. 3B) ein zu Fig. 2 analoges zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel in den zwei Betriebsarten; in longitudinal section (Fig. 3A) and partial cross-section (Fig. 3B), an analog to 2 second preferred embodiment in the two modes.
    Fig. 4 Fig. 4
    im Längsschnitt (Fig. 4A) und mit separater Darstellung der Leitbleche (Fig. 4B) ein zu Fig. 2 analoges drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel in den zwei Betriebsarten; in longitudinal section (Fig. 4A) and with a separate representation of the guide plates (FIG. 4B), an analog to Fig 2 third preferred embodiment in the two modes. und and
    Fig. 5 Fig. 5
    ein mit Fig. 2 vergleichbares Ausführungsbeispiel, bei welchem die Gasdüsen in Strömungsrichtung vor den anderen Düsen angeordnet sind. comparable with FIG. 2 embodiment, wherein the gas nozzles are arranged in the flow direction before the other nozzles.
    WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG WAYS OF IMPLEMENTING THE INVENTION
  • In Fig. 1 ist in Seitenansicht eine mögliche Anordnung einer beispielhaften Brennstofflanze nach der Erfindung in einer von einem Gehäuse 3 begrenzten Brennkammer 2 einer Gasturbine oder dgl. dargestellt (gezeigt ist dabei nur ein Teilausschnitt der Kammer). In Fig. 1 in side view a possible arrangement of an exemplary fuel lance according to the invention in a limited by a housing 3 combustion chamber 2 of a gas turbine or the like. Shown (shown only part section of the chamber). Die Brennstofflanze 1 ist in diesem Beispiel mit ihrer Lanzenachse 5 in der Mittelachse der Brennkammer 2 angeordnet und wird (wie durch die drei langen Pfeile in Fig. 1 angedeutet ist) von heisser Verbrennungsluft umströmt. The fuel lance 1 is arranged in this example, with their lance axis 5 in the central axis of the combustion chamber 2, and is (as indicated by the three long arrows in Fig. 1) flows around hot combustion air. Die Brennstofflanze 1 ist daher den aerodynamischen Verhältnissen in der Brennkammer 2 angepasst und strömungsgünstig gestaltet. The fuel lance 1 is therefore adapted to the aerodynamic conditions in the combustion chamber 2 and aerodynamically designed. Sie ist von einem länglichen Lanzenmantel 11 umgeben und über einen seitlich abgehenden Tragarm 4 am Gehäuse 3 befestigt. It is surrounded by an elongated lance outer shell 11 and attached via a laterally outgoing arm 4 on the housing. 3 Der Tragarm 4 ist ebenfalls strömungsgünstig gestaltet und kann im eingezeichneten Querschnitt ein flügelähnliches Tragarmprofil 14 aufweisen. The support arm 4 is also designed streamlined and can be drawn in cross-section having a wing-like Tragarmprofil fourteenth
  • Durch den Tragarm 4 und die Brennstofflanze 1 selbst verlaufen - wie durch den in Fig. 1 gezeigten aufgebrochen Teil der Lanze deutlich wird - mehrere Rohre, durch welche gasförmiger bzw. flüssiger Brennstoff und Kühl- bzw. Zerstäubungsluft zur stromabwärts gelegenen Lanzenspitze geführt und dort in einer später näher zu beschreibenden Weise durch entsprechende Luft/Brennstoff-Düsen 12 und eine Hilfsdüse 13 in die Brennkammer 2 injiziert wird. Through the mounting arm 4 and the fuel lance 1 itself run -. As indicated by the results shown in Figure 1 broken part of the lance is considerably - a plurality of tubes through which gaseous or liquid fuel and cooling or atomizing air to the downstream lance tip, where in a manner to be described later in more detail with the appropriate air / fuel nozzle 12 and an auxiliary nozzle 13 is injected into the combustion chamber. 2 Die Rohre umfassen ein in Achsenrichtung verlaufendes, innenliegendes Flüssigbrennstoffrohr 7 und ein das Flüssigbrennstoffrohr 7 konzentrisch in einem Abstand umgebendes Gasrohr 9. Das Gasrohr 9 seinerseits ist in einem Abstand konzentrisch vom Lanzenmantel 11 umgeben. The tubes comprise a extends in the axis direction, inboard liquid fuel pipe 7 and the liquid fuel pipe 7 concentrically surrounding at a distance the gas pipe 9. The gas pipe 9 in turn is concentrically surrounded at a distance from the lance jacket. 11 Durch die konzentrische und beabstandete Anordnung von Rohren und Mantel werden drei Kanäle gebildet, der innere Flüssigbrennstoffkanal 6, der Gaskanal 8 und der Luftkanal 10. Die Kanäle übernehmen je nach Betriebsart der Brennstofflanze 1 unterschiedliche Funktionen, die nachfolgend anhand von drei in den Figuren 2 bis 4 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden sollen. The concentric and spaced array of tubes and jacket three channels are formed, the inner liquid-fuel passage 6, the gas channel 8 and the air channel 10. The channels take on, depending on the operating mode of the fuel lance 1 different functions, the below on the basis of three in the figures 2 to preferred embodiments shown in Figure 4 will be explained in more detail.
  • Fig. 2 zeigt für das erste Ausführungsbeispiel im Längsschnitt die Lanzenspitze, die zur Erläuterung verschiedener Betriebsfälle entlang der Lanzenachse 5 in zwei separate Hälften unterteilt worden ist. Fig. 2 shows the lance tip that has been divided for explaining various cases of operation along the lance axis 5 into two separate halves of the first embodiment in longitudinal section. Die obere Hälfte bezieht sich mit den eingezeichneten (durch Pfeile markierten) Strömungen auf den Betriebsfall mit ausschliesslich gasförmigem Brennstoff, die untere Hälfte auf den Betriebsfall mit ausschliesslich flüssigem Brennstoff. The upper half relates to the marked (marked by arrows) flows to the operation case with only gaseous fuel, the lower half of the case of operation with only liquid fuel. Eine entsprechende zweigeteilte Darstellung ist aus denselben Gründen auch bei den anderen Figuren 3 und 4 gewählt worden. A corresponding two-part representation is chosen for the same reasons in the other figures 3 and 4. FIG.
  • Von links kommend enden in der Lanzenspitze das innere Flüssigbrennstoffrohr 7, das Gasrohr 9 und der Lanzenmantel 11. Das Gasrohr 9 geht am Ende in einen halbkugelförmigen Rohrkopf 17 über, der das Rohr abschliesst. Coming from the left in the lance tip inner liquid fuel pipe 7, the gas pipe 9 and the lance outer shell end 11. The gas pipe 9 is at the end in a hemispherical head pipe 17 via which closes the pipe. Das Flüssigbrennstoffrohr 7 ist stumpf auf die Innenfläche des Rohrkopfes 17 geschweisst (oder gelötet) und auf diese Weise zum Ende hin abgeschlossen. The liquid fuel pipe 7 is butt-welded to the inner surface of the pipe head 17 (or soldered) and thus completed to the end. Der Lanzenmantel 11 umschliesst den Rohrkopf 17 in einem Abstand in Form einer Halbkugelschale, so dass der zwischen Lanzenmantel 11 und Gasrohr 9 gebildete Luftkanal 10 bis in die unmittelbare Lanzenspitze reicht und den Rohrkopf 17 aussen umschliesst. The lance sheath 11 surrounds the tube head 17 at a distance in the form of a hemispherical shell, so that the air channel formed between the lance outer shell 11 and gas pipe 9 10 up to the immediate lance tip extends and surrounds the outside 17 to the tube head. Zwischen dem Rohrkopf 17 und der vorderen Halbkugelschale des Lanzenmantels 11 sind eine Mehrzahl von Verbindungsstegen 16 eingeschweisst oder - gelötet. Between the tube head 17 and the front hemispherical shell of the lance sheath 11 are welded a plurality of connecting webs 16 or - soldered. Auf diese Weise bilden die beiden Rohre 7 und 9 und der Lanzenmantel 11 im Bereich der Lanzenspitze eine stabile, fest verbundene Einheit, die eine durch thermische Ausdehnung verursachte Verschiebung der Rohre untereinander verhindert. In this way, the two pipes 7 and 9 and the lance outer shell 11 form a stable, permanently connected unit with each other prevents caused by thermal expansion displacement of the pipes in the region of the lance tip.
  • Im Bereich der Rohrenden sind mehrere (vorzugsweise 4) Sätze von Düsen vorgesehen, die jeweils entlang einer senkrecht (oder schräg) zur Lanzenachse 5 stehenden Düsenachse 24 angeordnet sind. In the region of the tube ends more (preferably 4) are provided sets of nozzles, the nozzle axis projecting respectively along a direction perpendicular (or oblique) to the lance axis 5 24 are arranged. Die Düsensätze sind entlang dem Umfang der Brennstofflanze 1 nach Anzahl und Winkelabstand so verteilt, dass sie bei einem vorgegebenen Sekundärmuster der Brennkammerströmung eine optimale Vermischung unter Vermeidung von Nachläufen gewährleisten. The sets of nozzles distributed along the periphery of the fuel lance 1 according to the number and angular distance so as to ensure optimum mixing, while avoiding heavy ends at a predetermined secondary pattern of the combustor flow. Jeder Düsensatz umfasst eine im Flüssigbrennstoffrohr 7 eingelassene Flüssigbrennstoffdüse 18, eine im Gasrohr eingelassene Gasdüse 15 und eine im Lanzenmantel 11 eingelassene Luft/Brennstoff-Düse 12. Jede der Düsen 12, 15 und 18 ist vorzugsweise kreisrund. Each nozzle set comprises a sunken in the liquid fuel pipe 7 liquid fuel nozzle 18, an inset in the gas pipe the gas nozzle 15 and an inset in the lance sheath 11 air / fuel nozzle 12. Each of the nozzles 12, 15 and 18 is preferably circular. Ihre Durchmesser sind abgestuft, wobei die innere Flüssigbrennstoffdüse 18 den kleinsten und die äussere Luft/Brennstoff-Düse den grössten Durchmesser aufweist. Their diameters are stepped, with the inner liquid fuel nozzle 18 the smallest, and the outer air / fuel nozzle having the largest diameter. Zahl und Durchmesser der Flüssigbrennstoffdüsen 18 richten sich nach der im Normalfall auftretenden Durchflussmenge des Flüssigbrennstoffs. Number and diameter of the liquid fuel nozzles 18 are based on the normally occurring flow rate of the liquid fuel. Es ist dabei darauf zu achten, dass die Düsendurchmesser nicht zu klein werden damit die Düsen bei der Bildung von festen Ablagerungen nicht verstopfen. It is important to ensure that the nozzle diameter so that the nozzles are not too small not clog in the formation of solid deposits. Im übrigen darf die Anzahl der durch die Düsen in die Brennkammer injizierten Brennstoffstrahlen nicht zu gross sein, damit nicht die Aerodynamik um die Brennstofflanze 1 herum so weit gestört wird, dass sich vermehrt brennstoffhaltige Nachläufe hinter der Lanze bilden. Incidentally, the number of injected through the nozzles into the combustion chamber fuel jets must not be too large, lest the aerodynamics around the fuel lance 1 around will be disturbed to the extent that increased form fuel-containing heavy ends behind the lance.
  • Bei dem in der oberen Hälfte von Fig. 2 dargestellten Betriebsfall mit reiner Gasinjektion wird der innere Flüssigbrennstoffkanal 6 überhaupt nicht verwendet. In the upper half in Fig. 2 operating case shown with pure gas injection, the inner liquid-fuel passage 6 is not used at all. Das brennbare Gas strömt durch den Gaskanal 8 und die Gasdüse 15 und bildet dort einen radial nach aussen gerichteten Gasstrahl, der durch die Luft/Brennstoff-Düse 12 in die Brennkammer 2 tritt. The combustible gas flows through the gas passage 8 and the gas nozzle 15 and forms a radially outwardly directed gas jet, passes through the air / fuel nozzle 12 into the combustion chamber. 2 Gleichzeitig wird durch den Luftkanal 10 Kühlluft mit einer Temperatur bis zu mehreren 100°C, jedoch vorzugsweise weniger als 600°C, geschickt, die ebenfalls aus der Luft/Brennstoff-Düse radial in die Brennkammer austritt und den Gasstrahl zunächst als mantelförmiger Strom umgibt. Simultaneously, through the air duct 10 the cooling air at a temperature up to several 100 ° C, but preferably less than 600 ° C, ball, which also exits radially from the air / fuel nozzle into the combustion chamber and initially surrounding the gas jet as a coat-shaped current. Die Kühlluft hat dabei mehrere Funktionen: Zum einen kühlt sie den Lanzenmantel 11 und bildet einen thermischen Schutzmantel für die weiter innenliegenden Brennstoffkanäle. The cooling air has several functions: First, it cools the lance outer shell 11 and forms a thermal protective jacket for the more inner fuel channels. Zum anderen erzeugt sie an der Luft/Brennstoff-Düse 12 einen stabilen, gleichbleibenden Luftstrahl, unabhängig davon, wieviel Gas durch die Lanze eingespeist wird ,so dass selbst bei geringen Durchflussmengen von gasförmigem Brennstoff die Konfiguration der Injektionsstrahlen weitgehend unverändert bleibt. On the other hand it produces in the air / fuel nozzle 12 a stable, steady jet of air, regardless of how much gas is injected through the lance, so that even at low flowrates of gaseous fuel, the configuration of the injection beam remains largely unchanged. Schliesslich ermöglicht und unterstützt der Mantel relativ kühler Luft eine für eine effiziente Verbrennung notwendige, ausreichend lange Durchmischung des gasförmigen Brennstoffes mit der Verbrennungsluft in der Brennkammer 2, weil eine frühzeitige Selbstzündung des Gemisches sicher vermieden wird. Finally allows and the casing relatively cool air supports necessary for efficient combustion, long enough mixing of the gaseous fuel with the combustion air in the combustion chamber 2 because early ignition of the mixture is avoided.
  • Bei dem in Fig. 2 in der unteren Hälfte dargestellten Betriebsfall mit reiner Flüssigbrennstoffinjektion wird durch den inneren Flüssigbrennstoffkanal 6 ein flüssiger Brennstoff, meist eine Oel-Wasser-Emulsion, zur Flüssigbrennstoffdüse 18 geführt und dort als Flüssigkeitsstrahl radial nach aussen ausgestossen. In the example shown in Fig. 2 in the lower half of the operating case with pure liquid fuel injection through the inner liquid fuel passage 6, a liquid fuel, usually an oil-water emulsion, led to the liquid fuel nozzle 18 and ejected there as a jet of liquid radially outwards. Durch den Gaskanal 8 wird in diesem Fall Luft herangeführt, die durch die Gasdüse 15 austritt und in Wechselwirkung mit dem gleichfalls durch die Gasdüse 15 durchtretenden Flüssigkeitsstrahl eine feine Zerstäubung des Flüssigbrennstoffs in lauter kleine Tröpfchen bewirkt ("plain-jet airblast atomization"). Through the gas duct 8 air is introduced in this case, which exits through the gas nozzle 15 and in interaction with the likewise passing through the gas nozzle 15 liquid jet fine atomization of the liquid fuel into small droplets causes ( "plain-jet airblast atomization"). Der Zerstäubungsstrahl wird dann an der Luft/Brennstoff-Düse 12 in gleicher Weise wie oben beschrieben von einem Kühlluftmantel umgeben (der auch zur Zerstäubung beiträgt) und endgültig in die Brennkammer 2 injiziert. The atomized jet will then be described at the air / fuel nozzle 12 in the same manner as described above, surrounded by a cooling jacket (which also contributes to the atomization) and finally injected into the combustion chamber. 2 Zusätzlich zu der Kühlung durch die im Luftkanal 10 strömende Luft wird durch die Hilfsluft im Gaskanal 8 eine weitere thermische Abschirmstufe zur Verfügung gestellt. In addition to the cooling by the air flowing in the air channel 10 air, a further thermal Abschirmstufe is provided by the auxiliary air in the gas passage. 8 Hierdurch kann der Flüssigbrennstoff im Flüssigbrennstoffkanal 6 auf Temperaturen werden, bei denen feste Ablagerungen sicher vermieden werden. In this way, the liquid fuel can be to temperatures at which solid deposits are reliably avoided in the liquid fuel passage. 6
  • Wie aus den obigen Darlegungen hervorgeht, hat die Kühl- bzw. Hilfsluft in der erfindungsgemässen Lanze gleichzeitig mehrere Funktionen: (i) Sie kühlt die Lanze und schützt die innenliegenden Brennstoffkanäle vor zu hohen Temperaturen. As is evident from the above statements, the cooling or air assist in the inventive lance has several functions simultaneously: (i) cools the lance and protects the internal fuel passages from excessive temperatures. (ii) Sie kühlt bei der Injektion die Brennstoffstrahlen und verzögert damit deren Erhitzung, so dass vor der Selbstzündung eine ausreichende Durchmischung mit der Verbrennungsluft stattfinden kann. (Ii) cools the fuel jets in the injection and delayed so that its heating can so that prior to the ignition take place adequate mixing with the combustion air. (iii) Sie treibt als Hilfsluft die notwendige Zerstäubung eines Flüssigbrennstoffes. (Iii) It drives as an auxiliary air the necessary atomization of a liquid fuel. (iv) Sie unterstützt beim Austritt durch die Luft/Brennstoff-Düsen 12 als Mantelstrom die Vermischung des Brennstoffstrahles in der Brennkammer. (Iv) supports at the outlet by the air / fuel nozzle 12 as the sheath flow, the mixing of the fuel jet in the combustion chamber. (v) Sie erhält auch bei geringen Brennstoffströmen das aus den Düsensätzen austretende Strahlsystem aufrecht. (V) It receives the light emerging from the nozzle sets beam system upright even at low fuel flows.
  • Beim all diesen Vorgängen wird durch die spezielle Anordnung der Düsen 12, 15 und 18 erreicht, dass sich, unabhängig davon, ob gasförmiger oder flüssiger Brennstoff verwendet wird, stets dieselbe aerodynamische Konfiguration ergibt, dh, die Brennstoffstrahlen in gleicher Weise in die Brennkammer 2 injiziert werden. When all these processes of the nozzles 12, 15 and 18 is achieved by the special arrangement that, regardless of whether gaseous or liquid fuel is used, always the same aerodynamic configuration results, ie, the fuel jets injected in the same manner in the combustion chamber 2 become. Wegen der stabilen Verbindung der Rohre 7, 9 untereinander und mit dem Lanzenmantel 11 bleibt die einachsige Anordnung der Düsensätze und damit die aerodynamische Konfiguration auch dann erhalten, wenn durch unterschiedliche Temperaturverteilungen thermische Spannungen in der Lanze vorhanden sind. Because of the stable connection of the tubes 7, 9 with each other and with the lance outer shell 11 remains the single axis arrangement of the nozzle sets and thus then obtain the aerodynamic configuration when thermal stresses in the lance are available through different temperature distributions.
  • Die Luft aus dem Luftkanal 10 kann vorteilhafterweise noch eine weitere Funktion übernehmen: In Strömungsrichtung hinter der Lanzenspitze können sich aus strömungstechnischen Gründen grundsätzlich brennstoffhaltige Nachläufe bilden, die zu Flammenrückschlägen oder thermoakustischen Schwingungen (Pulsationen) führen. The air from the air passage 10 can advantageously also take over another function: Downstream of the lance tip may form basically fuel containing heavy ends which lead to flashbacks or thermo-acoustic oscillations (pulsations) fluidic reasons. Derartige Erscheinungen sind nicht tolerierbar, weil sie die Brennkammer belasten und vor allem zu erhöhten Schadstoffemissionen führen. Such phenomena can not be tolerated because they pollute the combustion chamber and lead mainly to increased pollutant emissions. Zu ihrer Verhinderung wird an der Lanzenspitze vorzugsweise eine zentral in der Lanzenachse 5 angeordnete Hilfsdüse 13 vorgesehen, durch die ein brennstoffreier Luftstrom aus dem Luftkanal 10 in den hinter der Spitze liegenden Teil der Brennkammer injiziert wird. To prevent them a centrally disposed in the lance axis 5 subnozzle 13 is provided at the lance tip preferably, a fuel Reier air flow from the air passage 10 is injected into the lying behind the tip part of the combustion chamber through the. Zugleich wird mit dieser Massnahme auch erreicht, dass die Brennstofflanze 1 bis in die vorderste Spitze gekühlt wird. At the same time is also achieved with this measure is that the fuel lance is cooled 1 to the foremost tip.
  • In Fig. 3 ist ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Brennstofflanze nach der Erfindung wiedergegeben. In Fig. 3, another preferred embodiment of a fuel lance according to the invention is shown. Fig. 3A entspricht dabei in seiner Darstellungsform der Fig. 2; Fig. 3A corresponds in its form of presentation of Fig. 2; Fig. 3B ist ein teilweiser Querschnitt durch die Lanze entlang der Linie AA aus Fig. 3A, wobei der Bereich mit den Flüssigbrennstoffdüsen 18 in Fig. 3A um die Lanzenachse 5 verdreht dargestellt ist. Fig. 3B is a partial cross-section of the lance along the line AA of Fig. 3A, in which the area with the liquid fuel nozzles 18 in Fig. 3A around the lance axis 5 is shown rotated. Die gezeigte Ausführungsform weicht von der aus Fig. 2 vor allem hinsichtlich der Anordnung der Flüssigbrennstoffdüsen 18 ab: Die Düsen 18 sind hier nicht länger mit den anderen Düsen 12 und 15 zusammen auf einer gemeinsamen Düsenachse 24 angeordnet, sondern von der Lanzenspitze weg nach hinten verschoben und gleichzeitig um die Lanzenachse 5 gedreht (Fig. 3B), so dass ein aus Ihnen heraustretender Strahl auch nicht länger direkt durch die beiden anderen Düsen 15, 12 nach aussen tritt. The embodiment shown differs from that of Figure 2 particularly as regards the arrangement of the liquid fuel nozzles 18 from:. The nozzles 18 are no longer here arranged together with the other nozzles 12 and 15 on a common nozzle axis 24, but displaced from the lance tip rearwardly away occurs and at the same time rotated about the lance axis 5 (Fig. 3B), so that a kicking out from you beam also no longer directly by the other two nozzles 15, 12 to the outside. Da eine starre Lage der Flüssigbrennstoffdüsen 18 zu den anderen Luft/Brennstoff-Düsen 12, 15 in diesem Fall nicht mehr nötig ist, kann das Flüssigbrennstoffrohr 7 bereits vor dem Rohrkopf 17 enden und braucht nicht am Rohrkopf 17 befestigt zu werden. Since a rigid position of the liquid fuel nozzle 18 to the other air / fuel nozzles 12, 15 is no longer necessary in this case, the liquid fuel tube 7 can end before the tube head 17 and does not need to be attached to the tube head 17th
  • Eine weitere Abweichung im Bezug auf das Beispiel aus Fig. 2 ergibt sich dadurch, dass in die Gasdüsen 15 jeweils ein Leitrohr 19 eingepasst ist, welches von der Gasdüse 15 aus durch den Luftkanal 10 hindurch in die zugeordnete Luft/Brennstoff-Düse 12 hineinreicht. Another difference with respect to the example of Fig. 2 results from the fact that the gas nozzles 15 each have a guide tube is fitted 19 which extends from the gas nozzle 15 through the air passage 10 therethrough into the associated air / fuel nozzle 12. Hierdurch wird die bereits oben beschriebene Mantelstrombildung begünstigt, so dass ein durch das Leitrohr 19 strömender Gasstrom beim Austritt aus der Luft/Brennstoff-Düse 12 relativ geschützt in die Brennkammer 2 gelangt. Thereby, the sheath current formation already described above is promoted, so that a flowing gas stream as it exits the air / fuel nozzle 12 relative protected passes through the guide tube 19 in the combustion chamber. 2
  • Im oberen Teilbild der Fig. 3A ist - wie in Fig. 2 - der Betriebsfall mit gasförmigem Brennstoff dargestellt, in dem das Flüssigbrennstoffrohr 7 leer ist und nicht benutzt wird. . The operating case shown with gaseous fuel, in which the liquid fuel pipe 7 is empty and is not used - in the upper part image of Figure 3A is - as shown in Fig. 2. Die Bildung des Injektionsstrahles erfolgt hier vollkommen analog zu Fig. 2. Im unteren Teilbild ist der Betriebsfall mit Flüssigbrennstoff wiedergegeben: der Flüssigbrennstoff tritt als Strahl aus der Flüssigbrennstoffdüse 18 aus, wird durch im Gaskanal 8 herangeführte Hilfsluft an der Innenwand des Gasrohres 9 entlang zur Gasdüse 15 mitgerissen und dort zusammen mit der Hilfsluft durch das Leitrohr 19 abgeblasen, wobei gleichzeitig eine Zerstäubung stattfindet ("air assist atomizer"). The formation of the injection jet is carried out here completely analogous to Figure 2. In the lower part image of the operation case is shown with liquid fuel. The liquid fuel occurs as a jet from the liquid fuel nozzle 18 from, is zoom out in the gas channel 8 auxiliary air to the inner wall of the gas tube 9 along the gas nozzle 15 and entrained there blown off together with the auxiliary air through the draft tube 19, at the same time atomization takes place ( "air assist atomizer"). Zusätzliche Ringbleche 20 auf beiden Seiten der Flüssigbrennstoffdüsen 18 verbessern dabei die Strömungsverhältnisse. Additional ring plates 20 on both sides of the liquid fuel nozzles 18 while improving the flow conditions.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Brennstofflanze nach der Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt. Another preferred embodiment of a fuel lance according to the invention is shown in Fig. 4. Fig. 4A entspricht wieder Fig. 2 bzw. Fig. 3A, während in Fig. 4B aus einer Sicht in Strömungsrichtung die besondere Form der verwendeten Leitbleche und ihr Zusammenwirken mit den Düsen gezeigt wird. FIG. 4A again corresponds to Fig. 2 and Fig. 3A, while from a point of view, the particular form of baffles used and their interaction is in the direction of flow in Fig. 4B with the nozzles. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 sind die Luft/Brennstoff-Düsen 12 an derselben Stelle angeordnet wie bei den Ausführungsbeispielen aus den Figuren 2 und 3. Deutlich anders dagegen ist die Anordnung der anderen Düsen: Das Gasrohr 9 und das Flüssigbrennstoffrohr 7 enden in Strömungsrichtung bereits vor den Luft/Brennstoff-Düsen 12. Die jeder Luft/Brennstoff-Düse 12 zugeordnete Gasdüse 15 und Flüssigbrennstoffdüse 18 befinden sich am Ende des jeweiligen Rohres (9 bzw. 7) und sind parallel zur Lanzenachse 5 orientiert. . In the embodiment of Figure 4, the air / fuel nozzles 12 are arranged at the same position as in the embodiments of Figures 2 and 3 clearly different, however, the arrangement of the other nozzles: The gas pipe 9 and the liquid fuel pipe 7 in the flow direction already 12, before the air / fuel nozzle, the each air / fuel nozzle 12 associated with the gas nozzle 15 and liquid fuel nozzle 18 located at the end of the respective pipe (9 or 7) and are parallel to the lance axis 5 oriented. Für jede Luft/Brennstoff-Düse 12 und die zugeordneten Düsen 15, 18 ist ein schaufelförmiges Leitblech 22 vorgesehen, welches die aus den zugeordneten Düsen 15, 18 austretenden Gas- bzw. Flüssigkeitsströme um etwa 90° umlenkt und in die jeweilige Luft/Brennstoff-Düse 12 einleitet. For each air / fuel nozzle 12 and the associated nozzle 15, 18 is a blade-shaped baffle plate 22 is provided which deflects the emerging from the associated nozzles 15, 18 of gas or liquid streams by approximately 90 ° and into the respective air / fuel nozzle 12 initiates. Wie man aus Fig. 4B erkennt, sind die Leitbleche 22 kleeblattartig um die Lanzenachse 5 herum angeordnet. As seen from Fig. 4B, the guide plates are arranged around the lance axis 5 around cloverleaf 22nd
  • Jedes Leitblech 22 läuft vorzugsweise im Bereich der Luft/Brennstoff-Düse 12 in einem geschlossenen Blechring 23 aus, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Luft/Brennstoff-Düse 12. Die umgelenkten Ströme aus den zugeordneten Düsen 15, 18 sind so beim Austreten aus der Luft/Brennstoff-Düse 12 wiederum mantelförmig von einem Luftstrom umgeben. Each baffle 22 running preferably in the range of the air / fuel nozzle 12 in a closed sheet-metal ring 23 of a diameter smaller than the diameter of the air / fuel nozzle 12. The diverted flow from the associated nozzles 15, 18 are on emergence in turn surrounded jacket-like from the air / fuel nozzle 12 from an air stream. In die Gasdüsen 15 kann jeweils zusätzlich ein Leitrohr 19 eingepasst sein, um eine sichere Umlenkung der Gasströme durch die Leitbleche 22 zu gewährleisten. In the gas nozzles 15, a guide tube 19 may be fitted in each case in addition to ensure a safe deflection of the gas flows by the baffles 22nd Die Leitbleche 22 sind im Bereich der Düsen (12, 15, 18) mit dem Lanzenmantel 11 fest verbunden, so dass sie sich relativ zur Luft/Brennstoff-Düse 12 nicht verschieben können. The baffles 22 are in the range of the nozzles (12, 15, 18) firmly connected to the lance outer shell 11 so that they can move relative to the air / fuel nozzle 12 is not. Die Verbindung erfolgt über einen Rohrkopf 21 in Form einer Halbkugelschale, der die Stelle des Rohrkopfes 17 aus Fig. 2 bzw. Fig. 3 einnimmt und mittels der bereits erwähnten Verbindungsstege 16 am Lanzenmantel 11 verankert ist. The connection is via a pipe head 21 in the form of a hemispherical shell, which takes the place of the tubular head 17 of FIG. 2 or FIG. 3, and is anchored by means of the aforementioned connecting legs 16 on the lance jacket 11.
  • Im oberen Teilbild der Fig. 4 ist wiederum der reine Gasbetrieb dargestellt, bei dem das Flüssigbrennstoffrohr 7 nicht verwendet wird. In the upper part image of Fig. 4 of the pure gas operation is again shown, in which the liquid fuel pipe 7 is not used. Der Gasstrom tritt hier aus dem Gaskanal 8 durch das Leitrohr 19 aus, wird von dem Leitblech 22 umgelenkt, durch den Blechring 23 gebündelt und durch die Luft/Brennstoff-Düse 12 mit einem Luftstrom ummantelt in die Brennkammer ausgestossen. The gas stream passes here from the gas port 8 through the guide pipe 19 made of, is deflected by the baffle plate 22, condensed by the sheet ring 23 and through the air / fuel nozzle 12 encased ejected into the combustion chamber with an air stream. Beim Flüssigbrennstoffbetrieb im unteren Teilbild wird in diesem Fall der Gaskanal 8 nicht benutzt: Der aus der Flüssigbrennstoffdüse 18 austretende Strahl wird ohne Hilfsluft als Flüssigkeitsfilm an der Innenwand des Leitbleches 22 zur Luft/Brennstoff-Düse 12 geleitet und dort durch Abriss feinster Tröpfchen an der Aussenkante des Blechrings zerstäubt ("prefilmer atomizer"). During liquid fuel operation in the lower part of the image in this case, the gas channel 8 is not used: The emerging from the liquid fuel nozzle 18 beam is directed without auxiliary air as a liquid film on the inner wall of the guide plate 22 to the air / fuel nozzle 12 and thence through demolition of very fine droplets at the outer edge the sheet metal ring atomized ( "prefilmer atomizer").
  • Ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Brennstofflanze nach der Erfindung ist in der Fig. 5 dargestellt. Another preferred embodiment of a fuel lance according to the invention is shown in FIG. 5. In diesem Beispiel sind nur die Flüssigbrennstoffdüsen 18 und die entsprechenden Luft/Brennstoff-Düsen 12 in einer Düsenachse 24 angeordnet. In this example, only the liquid fuel nozzles 18 and the respective air / fuel nozzle arranged in a nozzle axis 24 12th Die Gasdüsen 15 sind unabhängig davon in Strömungsrichtung vor den anderen Düsen 12, 18 plaziert. The gas nozzles 15 are placed independently of the flow direction in front of the other nozzles 12, 18th Im Falle des Gasbetriebs (obere Hälfte der Figur) vermischt sich das Gas bereits vor der Luft/Brennstoff-Düse 12 im Luftkanal 10 intensiv mit der Kühlluft. In the case of gas operation (upper half of the figure), the gas already mixed before the air / fuel nozzle 12 in the air duct 10 intensively with the cooling air. Die Gas-Luft-Mischung tritt dann durch die Luft/Brennstoff-Düse 12 in die Brennkammer aus. The gas-air mixture then passes through the air / fuel nozzle 12 into the combustion chamber. Ein vor der Gasdüse 15 beginnendes und an der Gasdüse vorbeilaufendes Luftrohr 20 führt dabei brennstoffreie Kühlluft in den Kopfbereich der Lanze, wo sie zur Verhinderung von Nachläufen durch die Hilfsdüse 13 in die Brennkammer injiziert wird. An incipient before the gas nozzle 15 and running past the gas nozzle to the air pipe 20 leads brennstoffreie cooling air into the head region of the lance where it is injected to prevent heavy ends by the auxiliary nozzle 13 in the combustion chamber. Im Falle des Flüssigbrennstoffbetriebs (unteres Teilbild von Fig. 5) strömt der Flüssigbrennstoff aus der im Rohrkopf 17 untergebrachten Flüssigbrennstoffdüse 18 am Luftrohr 20 vorbei direkt in die Luft/Brennstoff-Düse 12, wo er in der bereits beschriebenen Weise mit der Kühlluft aus dem Luftkanal 10 zusammenwirkt. In the case of liquid fuel operation (bottom part of FIG. 5) flowing the liquid fuel from the accommodated in the tube head 17 liquid fuel nozzle 18 on the air tube 20 pass into the air / fuel nozzle 12 where it in the manner already described with the cooling air from the air duct 10 cooperates.
  • Insgesamt ergibt sich mit der Erfindung eine Brennstofflanze, die in derselben aerodynamischen Konfiguration gasförmige und flüssige Brennstoffe injizieren kann, auch bei hohen Brenngastemperaturen sicher arbeitet, eine optimale Zerstäubung von Flüssigbrennstoffen erlaubt und durch einen verlängerten Mischvorgang sehr niedrige Schadstoffemissionen ermöglicht. Overall, the invention results in a fuel lance capable of injecting gaseous and liquid fuels in the same aerodynamic configuration, even at high fuel gas temperatures certainly works, optimum atomization of liquid fuels permitted and made possible by a prolonged mixing very low pollutant emissions.
  • BEZEICHNUNGSLISTE NAME LIST
  • 1 1
    Brennstofflanze fuel lance
    2 2
    Brennkammer combustion chamber
    3 3
    Gehäuse casing
    4 4
    Tragarm support arm
    5 5
    Lanzenachse lance axis
    6 6
    Flüssigbrennstoffkanal Liquid fuel passage
    7 7
    Flüssigbrennstoffrohr Liquid fuel pipe
    8 8th
    Gaskanal gas channel
    9 9
    Gasrohr gas pipe
    10 10
    Luftkanal air duct
    11 11
    Lanzenmantel lance outer shell
    12 12
    Luft/Brennstoff-Düse Air / fuel nozzle
    13 13
    Hilfsdüse auxiliary nozzle
    14 14
    Tragarmprofil Tragarmprofil
    15 15
    Gasdüse gas nozzle
    16 16
    Verbindungssteg connecting web
    17,21 17.21
    Rohrkopf pipehead
    18 18
    Flüssigbrennstoffdüse liquid fuel nozzle
    19 19
    Leitrohr guide tube
    20 20
    Luftrohr air pipe
    22 22
    Leitblech baffle
    23 23
    Blechring sheet metal ring
    24 24
    Düsenachse nozzle axis

Claims (18)

  1. Brennstofflanze für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe zum Einsatz in einer Brennkammer (2), gekennzeichnet durch Fuel lance for liquid and / or gaseous fuels for use in a combustion chamber (2), characterized by
    (a) ein entlang einer Lanzenachse (5) verlaufendes Flüssigbrennstoffrohr (7), welches einen Flüssigbrennstoffkanal (6) zur Führung eines flüssigen Brennstoffes umschliesst; (A) along a lance center line (5) extending liquid fuel pipe (7), which encloses a liquid fuel passage (6) for guiding a liquid fuel;
    (b) ein das Flüssigbrennstoffrohr (7) umgebendes Gasrohr (9), welches zwischen sich und dem Flüssigbrennstoffrohr (7) einen Gaskanal zur Führung eines gasförmigen Brennstoffes bildet; (B) the liquid fuel pipe (7) surrounding the gas pipe (9), which (7) forms between itself and the liquid fuel pipe has a gas channel for guiding a gaseous fuel;
    (c) einen das Gasrohr (9) umgebenden Lanzenmantel (11), welcher zwischen sich und dem Gasrohr (9) einen Luftkanal (10) zur Führung von Kühl- bzw. Zerstäuberluft bildet; (C) a surrounding the gas pipe (9) lance outer shell (11) which between itself and the gas pipe (9) forms an air channel (10) for guiding cooling or atomizing air;
    (d) wenigstens eine, seitlich am stromabwärts gelegenen Ende der Brennstofflanze (1) vorgesehene Luft/Brennstoff-Düse (12) im Lanzenmantel (11), durch welche Luft aus dem Luftkanal (10) in die die Brennstofflanze (1) umgebende Brennkammer (2) ausströmen kann; (D) provided on at least one side of the downstream end of the fuel lance (1) air / fuel nozzle (12) in the lance outer shell (11) through which air from the air channel (10) into which the fuel lance (1) surrounding the combustion chamber ( can flow 2); wobei in which
    (e) wenigstens eine Gasdüse (15) im Gasrohr (9) angeordnet ist, durch welche Gas aus dem Gaskanal (8) durch den Luftkanal (10) und die wenigstens eine Luft/Brennstoff-Düse (12) hindurch mit der Luft in die Brennkammer (2) ausströmen kann; (E) at least one gas nozzle (15) is arranged in the gas pipe (9) through which gas from the gas channel (8) through the air passage (10) and the at least one air / fuel nozzle (12) therethrough with the air in the combustion chamber (2) can flow out; und wobei and wherein
    (f) wenigstens eine Flüssigbrennstoffdüse (18) im Flüssigbrennstoffrohr (7) angeordnet ist, durch welche Flüssigbrennstoff aus dem Flüssigbrennstoffkanal (6) durch den Luftkanal (10) und die wenigstens eine Luft/Brennstoff-Düse (12) hindurch mit der Luft in die Brennkammer (2) ausströmen kann. (F) at least one liquid fuel nozzle (18) is arranged in the liquid fuel pipe (7) through which liquid fuel from the liquid fuel passage (6) through the air passage (10) and the at least one air / fuel nozzle (12) therethrough with the air in the can flow combustion chamber (2).
  2. Brennstofflanze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Luft/Brennstoff-Düse (12) und die wenigstens eine Gasdüse (15) kreisförmig ausgebildet und hintereinander auf einer gemeinsamen Düsenachse (24) angeordnet sind, und der Durchmesser der Gasdüse (15) kleiner ist als der Durchmesser der Luft/Brennstoff-Düse (12). Fuel lance according to claim 1, characterized in that the at least one air / fuel nozzle (12) and the at least one gas nozzle (15) circular and one behind the other on a common nozzle axis (24) are arranged, and the diameter of the gas nozzle (15) is smaller than the diameter of the air / fuel nozzle (12).
  3. Brennstofflanze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Gasdüse (15) ein Leitrohr (19) eingepasst ist, welches von der Gasdüse (15) aus durch den Luftkanal (10) hindurch in die Luft/Brennstoff-Düse (12) hineinreicht, derart, dass ein durch das Leitrohr (19) strömender Gasstrom beim Austritt aus der Luft/Brennstoff-Düse (12) mantelförmig von einem Luftstrom umgeben ist. Fuel lance according to claim 2, characterized in that in the gas nozzle (15) is fitted a guide tube (19), which through the air passage (10) therethrough extends from the gas nozzle (15) into the air / fuel nozzle (12), such that through the guide tube (19) gas stream as it exits the air / fuel nozzle (12) is flowing in jacket-like surrounded by an air stream.
  4. Brennstofflanze nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass auch die Flüssigbrennstoffdüse (18) zusammen mit den beiden anderen Düsen (12, 15) auf der gemeinsamen Düsenachse (24) angeordnet ist, und der Durchmesser der Flüssigbrennstoffdüse (18) kleiner ist als der Durchmesser der Gasdüse (15). Fuel lance according to one of claims 2 and 3, characterized in that the liquid fuel nozzle (18) together with the two other nozzles (12, 15) on the common nozzle axis (24) is arranged, and the diameter of the liquid fuel nozzle (18) is smaller than the diameter of the gas nozzle (15).
  5. Brennstofflanze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigbrennstoffrohr (7) und das Gasrohr (9) im Bereich der Düsen (12, 15, 18) mit dem Lanzenmantel (11) fest verbunden sind. Fuel lance according to claim 4, characterized in that the liquid fuel pipe (7) and the gas pipe (9) in the region of the nozzles (12, 15, 18) are firmly connected to the lance outer shell (11).
  6. Brennstofflanze nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigbrennstoffdüse (18) gegenüber der Gasdüse (15) aus der Düsenachse (24) heraus seitlich verschoben ist, und das Gasrohr (9) im Bereich der Düsen (12, 15, 18) mit dem Lanzenmantel (11) fest verbunden ist. Fuel lance according to one of claims 2 and 3, characterized in that the liquid fuel nozzle (18) relative to the gas nozzle (15) from the nozzle axis (24) out is displaced sideways, and the gas pipe (9) in the region of the nozzles (12, 15, 18) is firmly connected to the lance outer shell (11).
  7. Brennstofflanze nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasrohr (9) am stromabwärts gelegenen Ende der Brennstofflanze (1) in einen abgerundeten, geschlossenen Rohrkopf (17) übergeht, welcher von dem Luftkanal (10) und dem Lanzenmantel (11) umgeben wird und mittels einer Mehrzahl von den Luftkanal (10) durchquerenden Verbindungsstegen (16) am Lanzenmantel (11) befestigt ist. Fuel lance according to one of claims 5 and 6, characterized in that the gas pipe (9) merges, at the downstream end of the fuel lance (1) into a rounded, closed pipe head (17) which from the air channel (10) and the lance outer shell (11 ) is surrounded by and (by means of a plurality of the air duct 10) passing through connecting webs (16) on the lance outer shell (11) is attached.
  8. Brennstofflanze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasrohr (9) und das Flüssigbrennstoffrohr (7) in Strömungsrichtung vor der wenigstens einen Luft/Brennstoff-Düse (12) enden, dass die Gasdüse (15) und Flüssigbrennstoffdüse (18) am Ende des jeweiligen Rohres (9 bzw. 7) angeordnet und parallel zur Lanzenachse (5) orientiert sind, und dass für jede Luft/Brennstoff-Düse (12) und die weiteren Düsen (15, 18) ein schaufelförmiges Leitblech (22) vorgesehen ist, welches die aus den weiteren Düsen (15, 18) austretenden Gas- bzw. Flüssigkeitsströme um etwa 90° umlenkt und in die jeweilige Luft/Brennstoff-Düse (12) einleitet. Fuel lance according to claim 1, characterized in that the gas pipe (9) and the liquid fuel pipe (7) upstream of the at least one air / fuel nozzle (12) end, that the gas nozzle (15) and liquid fuel nozzle (18) at the end of respective pipe (9 or 7) and parallel to the lance axis (5) are oriented and that, for each air / fuel nozzle (12) and the further nozzles (15, 18) is a shovel-shaped baffle (22) is provided, which from the further nozzles (15, 18) emerging gas or liquid streams deflects about 90 ° and into the respective air / fuel nozzle (12) initiates.
  9. Brennstofflanze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitblech im Bereich der Luft/Brennstoff-Düse (12) in einem geschlossenen Blechring (23) ausläuft, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Luft/Brennstoff-Düse (12), derart, dass die umgelenkten Ströme aus den weiteren Düsen (15, 18) beim Austreten aus der Luft/Brennstoff-Düse (12) mantelförmig von einem Luftstrom umgeben sind. Fuel lance according to claim 8, characterized in that the guide plate in the region of the air / fuel nozzle (12) ends in a closed sheet-metal ring (23) whose diameter is smaller than the diameter of the air / fuel nozzle (12), in such a way that the deflected flows from the further nozzles (15, 18) upon emergence from the air / fuel nozzle (12) are surrounded by a jacket-like air flow.
  10. Brennstofflanze nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass in die Gasdüse (15) zusätzlich ein Leitrohr (19) eingepasst ist, und dass das Leitblech (22) im Bereich der Düsen (12, 15, 18) mit dem Lanzenmantel (11) fest verbunden ist. Fuel lance according to one of claims 8 and 9, characterized in that in the gas nozzle (15) is also fitted a guide tube (19), and that the guide plate (22) in the region of the nozzles (12, 15, 18) (with the lance outer shell 11) is fixedly connected.
  11. Brennstofflanze nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Umfang der Brennstofflanze (1) eine Mehrzahl von Düsen, vorzugsweise 4, nach Massgabe der die Brennstofflanze (1) umgebenden Strömung verteilt angeordnet sind. Fuel lance according to one of claims 1 to 10, characterized in that on the circumference of the fuel lance (1) a plurality of nozzles, preferably 4, in accordance with the fuel lance (1) surrounding the flow are distributed.
  12. Brennstofflanze nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal (10) um das stromabwärts gelegene Ende der Brennstofflanze (1) herumgeführt ist, und in diesem Ende wenigstens eine, weitgehend parallel zur Lanzenachse (5) orientierte Hilfsdüse (13) vorgesehen ist, durch welche Luft aus dem Luftkanal (10) in die Brennkammer (2) ausströmen kann. Fuel lance according to one of claims 1 to 11, characterized in that the air duct (10) to the downstream end of the fuel lance (1) is guided, and oriented at this end at least one, substantially parallel to the lance axis (5) auxiliary nozzle (13) is provided through which air from the air channel (10) in the combustion chamber (2) can flow.
  13. Brennstofflanze nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstofflanze (1) über einen seitlichen Tragarm (4) mit einem strömungsgünstigen Tragarmprofil (14) an einem die Brennkammer (2) umgebenden Gehäuse (3) befestigt ist, und dass die Rohre (7, 9) im Inneren des Tragarms (4) aus der Brennkammer (2) herausgeführt sind. Fuel lance according to one of claims 1 to 12, characterized in that the fuel lance (1) via a lateral support arm (4) with a streamlined Tragarmprofil (14) to a combustion chamber (2) surrounding the housing (3) is fixed, and that the tubes (7, 9) in the interior of the support arm (4) from the combustion chamber (2) are led out.
  14. Brennstofflanze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Gasdüse (15) in Strömungsrichtung vor den anderen Düsen (12, 18) angeordnet ist. Fuel lance according to claim 1, characterized in that the at least one gas nozzle (15) upstream of the other nozzles (12, 18) is arranged.
  15. Brennstofflanze nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass am stromabwärts gelegenen Ende der Brennstofflanze (1) wenigstens eine, weitgehend parallel zur Lanzenachse (5) orientierte Hilfsdüse (13) vorgesehen ist, durch welche Luft aus dem Luftkanal (10) in die Brennkammer (2) ausströmen kann, und dass Luftrohre (20) vorgesehen sind, über welche brennstoffreie Kühlluft an der Gasdüse (15) vorbei zur Hilfsdüse (13) geleitet werden kann. Fuel lance according to claim 14, characterized in that oriented towards the downstream end of the fuel lance (1) at least one, substantially parallel to the lance axis (5) auxiliary nozzle (13) is provided, through which air from the air passage (10) (in the combustion chamber 2 can flow out), and that air pipes (20) are provided, via which brennstoffreie cooling air at the gas nozzle (15) over to the auxiliary nozzle (13) can be passed.
  16. Verfahren zum Betrieb einer Brennstofflanze nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Kühlen der Lanze und zum Verteilen des Brennstoffs durch den Luftkanal (10) Luft mit einer Temperatur von bis zu mehreren 100°C, jedoch vorzugsweise von weniger als 600°C, zur Luft/Brennstoff-Düse (12) geführt und dort als ein den Brennstoffstrom umgebender Mantelstrom in die Brennkammer (2) geblasen wird. A method of operating a fuel lance according to one of claims 1 to 13, characterized in that to cool the lance and distribute the fuel through the air passage (10) air having a temperature of up to several 100 ° C, but preferably less than 600 is guided ° C to the air / fuel nozzle (12) and blown therein as a fuel flow surrounding sheath flow in the combustion chamber (2).
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Brennstoff Gas durch den Gaskanal (8) und die Gasdüse (15) zur Luft/Brennstoff-Düse (12) geführt und dort mit dem Luftstrom vermischt wird, während der Flüssigbrennstoffkanal (6) unbenutzt bleibt. A method according to claim 16, characterized in that as a fuel gas through the gas channel (8) and the gas nozzle (15) for air / fuel nozzle (12) out and mixed there with the air flow, while the liquid fuel passage (6) remains unused ,
  18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Brennstoff Flüssigbrennstoff, vorzugsweise in Form einer Emulsion, durch den Flüssigbrennstoffkanal (6) und die Flüssigbrennstoffdüse (18) zur Luft/Brennstoff-Düse (12) geführt und dort mit dem Luftstrom vermischt wird, und dass zum besseren Verteilen und zusätzlichen Kühlen des Flüssigbrennstoffes zusätzlich Luft durch den Gaskanal (8) zur Luft/Brennstoff-Düse (12) geführt wird. A method according to claim 16, characterized in that is passed as fuel liquid fuel, preferably in the form of an emulsion, through the liquid fuel passage (6) and the liquid fuel nozzle (18) for air / fuel nozzle (12) and mixed there with the air flow, and is performed that for a better distribution and additional cooling of the liquid fuel in additional air through the gas channel (8) for air / fuel nozzle (12).
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