EP0641971B1

EP0641971B1 - Method for operating a premix burner and premix burner for execution of the method

Info

Publication number: EP0641971B1
Application number: EP94112811A
Authority: EP
Inventors: Klaus Dr. Döbbeling; Hans Peter Knöpfel; Thomas Dr. Sattelmayer
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland; ABB Research Ltd Sweden
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland; ABB Research Ltd Sweden
Priority date: 1993-09-06
Filing date: 1994-08-17
Publication date: 1998-05-13
Anticipated expiration: 2014-08-17
Also published as: JPH07208710A; EP0641971A3; DE4330083A1; EP0641971A2; DE59405946D1; US5489203A

Description

Technical area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft auch einen Brenner zur Durchführung des Verfahrens. The present invention relates to a method according to Preamble of claim 1. It also relates to a burner to carry out the procedure.

State of the art

Im Hinblick auf die vorgeschriebenen, extrem niedrige NOx-, CO- und UHC-Emissionen beim Betrieb eines Wärmeerzeugers ist man dazu übergegangen, die Diffusionsverbrennung durch eine Vormischstrecke, und dementsprechend durch eine Vormischverbrennung zu ersetzen. Eine wichtige Neuerung auf diesem Gebiet ist seit Publikation der Druckschrift EP-0 321 809 bekanntgeworden. Der Vorschlag aus dieser Druckschrift geht dahin, die herkömmlichen Vormischstrecken durch einen Vormischbrenner zu ersetzen, der im wesentlichen in Strömungsrichtung aus mindestens zwei aufeinander positionierten hohlen kegelförmigen Teilkörpern besteht, wobei die Mittelachsen dieser Teilkörper zueinander versetzt verlaufen. Dadurch entstehen entlang des so gebildeten Vormischbrenners strömungsmässig entgegengesetzte tangentiale Eintrittsschlitze, durch welche ein Luftstrom in den Innenraum des Vormischbrenners strömt. Die Gemischbildung aus Frischluft, allenfalls durch eine Menge rückgeführtem Abgas angereichert, und Brennstoff zur Bildung eines Verbrennungsluftstromes geschieht dergestalt, dass der Vormischbrenner verschiedene Brennstoffeindüsungen aufweisen kann. Eine erste Möglichkeit besteht darin, dass am Anfang des Vormischbrenners, also im Bereich seines kleinsten Querschnittes, mindestens eine Brennstoffdüse vorgesehen ist, welche mittig der zueinander versetzt verlaufenden Mittelachsen der Teilkörper plaziert ist. Eine weitere Brennstoff-Eindüsung, welche entweder individuell betreibbar ist, oder in Wirkverbindung mit der vorgenannten Brennstoffdüse steht, wird bereitgestellt, indem entlang der tangentialen Eintrittsschlitze, am Uebergang in den Innenraum, eine Reihe Brennstoffdüsen vorgesehen werden. Beispielsweise die Eindüsung eines flüssigen Brennstoffes durch die mittig plazierte Düse geschieht so, dass sich in Strömungsrichtung des Vormischbrenners eine kegelige sprayartige Brennstoffsäule bildet, welche indessen die Innenwände des Kegelhohlraumes nicht benetzt. Diese Brennstoffsäule wird von dem in den Innenraum einströmenden Luftstrom und allenfalls von einem axial herangeführten weiteren Luftstrom umschlossen, dergestalt, dass innerhalb des Vormischbrenners eine Gemischbildung stattfindet. Dieses Gemisch kommt am Ausgang des Vormischbrenners zur Zündung, wobei im Bereich dieser Brennermündung durch eine sich dort bildende Rückströmzone eine Stabilisierung der Flammenfront induziert wird. With regard to the prescribed, extremely low NOx, CO and UHC emissions when operating a heat generator one started to diffusion combustion by a Premixing section, and accordingly by a Premix combustion to replace. An important innovation has been in this area since the publication of EP-0 321 809 became known. The proposal from this publication the traditional premixing lines go through one To replace premix burner which is essentially in Flow direction from at least two on top of each other positioned hollow conical partial bodies, the central axes of these partial bodies being offset from one another run. This creates along the way so formed Premix burner with opposite flow tangential entry slots through which an air flow in the interior of the premix burner flows. The Mixture formation from fresh air, at best by a lot recycled exhaust gas, and fuel for formation of a combustion air flow occurs in such a way that the Premix burners have different fuel injections can. A first option is that in the beginning of the premix burner, i.e. in the area of its smallest Cross section, at least one fuel nozzle provided is which is the center of the staggered Central axes of the partial body is placed. Another Fuel injection, which can either be operated individually is, or in operative connection with the aforementioned Fuel nozzle is provided by being along the tangential entry slots, at the transition into the Interior, a number of fuel nozzles are provided. For example, the injection of a liquid fuel through the nozzle in the middle happens that in Flow direction of the premix burner is a conical one forms spray-like fuel column, which, however, the Inner walls of the cone cavity are not wetted. This Fuel column is from the inflowing into the interior Airflow and possibly from an axially brought up enclosed further airflow, such that within a mixture formation takes place in the premix burner. This Mixture comes to ignition at the outlet of the premix burner, being in the area of this burner mouth by one there backflow zone forming a stabilization of the flame front is induced.

Werden bei einem solchen Vormischbrenner aber Brennstoffe mit einem hohen Wasserstoffgehalt verbrannt, so ergeben sich Probleme mit der oben erläuterten Flammenstabilisation. Der Brenner geht, bedingt durch die höhere Flammengeschwindigkeit des Wasserstoffes, von einem Vormischbetrieb in einen Diffusionsbetrieb über. Daraus ergeben sich folgende Probleme:

Der Brenner überhitzt,
Die NOx-Emissionen steigen kräftig an,
Im Uebergangsbereich zwischen Diffusions- und Vormischbetrieb treten Pulsationen auf.

However, if fuels with a high hydrogen content are burned in such a premix burner, problems arise with the flame stabilization explained above. Due to the higher flame speed of the hydrogen, the burner changes from a premix operation to a diffusion operation. This leads to the following problems:

The burner overheats
NOx emissions are rising sharply,
Pulsations occur in the transition area between diffusion and premix operation.

Presentation of the invention

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren sowie bei einem Brenner zur Durchführung des Verfahrens der eingangs genannten Art Mittel vorzuschlagen, welche eine stabile Vormischverbrennung mit möglichst kleinem Turbulenzgrad und minimierten NOx-Emissionen gewährleisten. The invention seeks to remedy this. The invention how it is characterized in the claims, the task lies on the basis of a method and a burner for Implementation of the procedure of the type mentioned at the beginning To propose means that are stable Premixed combustion with the smallest possible degree of turbulence and ensure minimized NOx emissions.

Die Abhilfe wird bei vorliegender Erfindung durch Einführung an geeigneter Stelle eines Venturimischers, welcher im Verbrennungsluftstrom dem Innenraum des Brenners vorgeschaltet ist. Dabei kann der Venturimischer mit einem Kühlluftstrom erweitert werden. Die Auslegungsart bietet insbesondere dann grosse Vorteile, wenn der Brennstoff hohe Wasserstoffanteile aufweist. Der Brennstoff wird dabei an eine Stelle eingedüst, wo die höchste Verbrennungsluft-Geschwindigkeit vorherrscht. The remedy is in the present invention by introduction at a suitable point in a venturi mixer, which Combustion air flow to the interior of the burner is connected upstream. The Venturi mixer can be used with a Cooling air flow can be expanded. The design type offers especially great advantages when the fuel is high Has hydrogen portions. The fuel turns on injected a place where the highest combustion air speed prevails.

Weitere Vorteile der Erfindung sind des weiteren insbesondere darin zu sehen, dass sich die Brennstoff-Eindüsungsstelle im Bereich der Venturistrecke befindet; dort herrscht eine relativ hohe Geschwindigkeit der Verbrennungsluft vor, wodurch eine schnelle und umfassende Durchmischung des eingegebenen Brennstoffes mit dem anderen Medium stattfindet. Other advantages of the invention are further especially seen in the fact that the fuel injection point located in the area of the Venturi line; there is a relatively high speed of the Combustion air in front, creating a quick and comprehensive Mixing the input fuel with the other Medium takes place.

Ferner vermögen die kleineren Flammengeschwindigkeiten am Ausgang des Brenners eine bessere Flammenstabilität zu induzieren, d.h. geringere Pulsationen auslösen. Furthermore, the smaller flame speeds are able to Burner output to better flame stability induce, i.e. trigger lower pulsations.

Durch den Venturimischer ist eine gute Gemischbildung zwischen Brennstoff und Luft bei geringem Druckverlust realisierbar. The venturi mixer ensures good mixture formation between fuel and air with low pressure loss realizable.

Die Erfindung weist ferner einen weiteren wesentlichen Vorteil auf, der darin besteht, dass oberhalb der tangentialen Eintrittsschlitze keine Vormischstrecke für einen dort eingedüsten Brennstoff vorgesehen werden muss, womit die ursprüngliche Kompaktheit des Brenners durch die Erweitereung auf Brennstoffe mit hohem Wasserstoffgehalt nicht verloren geht. The invention further has another essential Advantage on that is that above the tangential entry slots no premix section for a fuel injected there must be provided, with which the original compactness of the burner through the Extension to fuels with a high hydrogen content is not lost.

Auch erübrigt sich durch die Erfindung, den Brennstoffdruck, zwecks Hilfebeistellung zu einer besseren Gemischbildung, vor Eindüsung des Brennstoffes zu erhöhen, wie dies bei üblichen Vormischstrecken stets der Fall ist. The invention also eliminates the need for fuel pressure, to provide help for a better mixture formation, before injecting the fuel to increase as this usual pre-mixing sections is always the case.

Weitere Vorteile hinsichtlich Minimierung der Turbulenzen im Bereich der Eintrittsschlitze zum Innenraum des Brenners ergeben sich dann, wenn der Venturimischer im Bereich ebendieser Eintrittsschlitze plaziert ist oder dort seine Wirkung zu entfalten vermag. Further advantages with regard to minimizing the turbulence in the Area of the entry slots to the interior of the burner arise when the venturi mixer is in the area this entry slot is placed or his is there Can have an effect.

Vorteilhafte zweckmässige Weiterbildungen der erfindungsgemässen Aufgabenlösung sind in den weiteren abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet. Advantageous further developments of the The task solution according to the invention are in the further dependent claims marked.

Im folgenden wird anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind fortgelassen. In den verschiedenen Figuren sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Strömungsrichtung der Medien ist mit Pfeilen gekennzeichnet. The following is based on the drawings Embodiments of the invention explained in more detail. All for the immediate understanding of the invention is not necessary elements are omitted. In the different figures are the same elements with the same Provide reference numerals. The direction of flow of the media is marked with arrows.

Brief description of the figures

Es zeigt:

Fig. 1: einen Vormischbrenner von der Form eines Doppelkegelbrenners, in perspektivischer Darstellung, entsprechend aufgeschnitten, wobei hier nur der Hauptkörper des Vormischbrenners ersichtlich ist,
Fig. 2: einen Schitt durch die Ebene II-II aus Fig. 1 und
Fig 3: eine weitere Ausführung des Verbrennungsluft-Zuführung oberhalb der tangentialen Eintrittsschlitze.

It shows:

Fig. 1: a premix burner in the form of a double-cone burner, correspondingly cut open in a perspective view, only the main body of the premix burner being visible here,
Fig. 2: a step through the plane II-II of Fig. 1 and
Fig 3: a further embodiment of the combustion air supply above the tangential inlet slots.

Ways of carrying out the Invention, Commercial Usability

Um den Aufbau des Vormischbrenners X besser zu verstehen ist es von Vorteil, wenn gleichzeitig zu Fig. 1 die Fig. 2, allenfalls auch Fig. 3, welche einen radialen Schnitt durch den Vormischbrenner X zeigen, herangezogen werden. Des weiteren, um Fig. 1 nicht unnötigerweise unübersichtlich zu gestalten, sind in ihr die aus Fig. 2 und 3 hervorgehenden Venturimischer im Bereich oder oberhalb der tangentialen Lufteintrittsschlitze sowie die Verbrennungsluft-Zuführung nicht dargestellt worden. Im folgenden wird auch bei der Beschreibung von Fig. 1, nach Bedarf für die Klarstellung, auf die anderen Figuren verwiesen. To better understand the structure of the premix burner X. it is advantageous if, at the same time as FIG. 1, FIG. at most also Fig. 3, which is a radial section show the premix burner X, are used. Of further, not unnecessarily confusing to Fig. 1 design, in it are those shown in Figs. 2 and 3 Venturi mixer in the area or above the tangential Air inlet slots and the combustion air supply not shown. The following also applies to the Description of Fig. 1, as needed for clarification, referred to the other figures.

Der Vormischbrenner X gemäss Fig. 1 besteht aus zwei halben kegeligen Teilkörpern 1, 2, die versetzt zueinander aufeinander liegen. Selbstverständlich ist die zur Bildung des Vormischbrenners X benötigte Anzahl an kegeligen Teilkörpern nicht auf zwei beschränkt. Die Kegelform der gezeigten Teilkörper 1, 2 weist in Strömungsrichtung einen bestimmten festen Winkel auf. Selbstverständlich können die Teilkörper 1, 2 in Strömungsrichtung eine andere Oeffnungskonfiguration aufweisen, beispielsweise eine regelmässige oder unregelmässige zunehmende Kegelneigung, welche bildlich etwa zu einer Trompetenform führt, oder eine regelmässige oder unregelmässige abnehmende Kegelneigung, welche bildlich in etwa zu einer Tulpenform führt. Die beiden letztgenannten Formen sind zeichnerisch nicht erfasst, da sie ohne weiteres nachzuempfinden sind. Welche Form schlussendlich gewählt wird, hängt von den verschiedenen Parametern der jeweiligen Verbrennung ab. Die Versetzung der jeweiligen Mittelachse 1b, 2b der kegeligen Teilkörper 1, 2 zueinander schafft auf beiden Seiten in achsensymmetrischer Anordnung jeweils einen tangentialen Lufteintrittschlitz 21, 22 (Fig.2+3) und einen axialen Einströmungsquerschnitt 18 frei, durch welche die aus einem Frischluft oder einem Gemisch aus Frischluft und Rauchgas bestehende Verbrennungsluft 15, 16 in den Innenraum 14 des Vormischbrenners X strömt. Die beiden kegeligen Teilkörper 1, 2 haben je einen zylindrischen Anfangsteil 1a, 2a, welche ebenfalls analog zu den Teilkörpern 1, 2 versetzt verlaufen, so dass die tangentialen Lufteintrittsschlitze 21, 22 über die ganze Länge des Vormischbrenners X vorhanden sind. Selbstverständlich kann der Vormischbrenner X rein kegelig, also ohne zylindrische Anfangsteile 1a, 2a ausgebildet sein. Innnerhalb dieses zylindrischen Anfangsteils 1a, 2a, der sich beispielsweise besonders gut als Sitz für die Verankerung des ganzen Vormischbrenners X eignet, ist mindestens eine Brennstoffdüse 3 untergebracht. Beide Teilkörper 1, 2 weisen nach Bedarf je eine in axialer Richtung sich erstreckende Brennstoffleitung 8, 9 auf, welche mit einer Anzahl Düsen 17 versehen sind. Durch diese Leitungen wird vorzugweise ein gasförmiger Brennstoff 13 geleitet, der durch die genannten Düsen 17 im Bereich der tangentialen Lufteintrittsschlitze 21, 22 (Vgl. Fig. 2) der dort durchströmenden Verbrennungsluft 15 beigegeben wird. Der Vormischbrenner X kann indessen auch allein mit der Brennstoffzuführung über der Düse 3, oder über die Düsen 17 betrieben werden. Selbstverständlich ist ein Mischbetrieb über beide Düsen 3, 17 möglich, insbesondere dann, wenn über die einzelnen Düsen verschiedenen Brennstoffe zugeführt werden sollen. Brennraumseitig 11 weist der Vormischbrenner X eine kragenförmige Platte 10 auf, welche eine Anzahl Bohrungen 10a aufweist, durch welche Verdünnungs- oder Kühlluft dem vorderen Teil des Vormischbrenners X zugeführt wird. Wird über die Düse 3 ein flüssiger Brennstoff zugeführt, so wird dieser in einem spitzen Winkel in den Innenraum 14 des Vormischbrenners X eingedüst, dergestalt, dass sich bis zur Brenneraustrittsebene ein möglichst homogenes kegeliges Spraybild 5 einstellt. Bei der Brennstoffeindüsung 4 kann es sich um eine luftunterstützte Düse oder um eine Düse handeln, welche nach einem Druckzerstäubungsprinzip arbeitet. Das kegelige Spraybild 5 wird, entsprechend der Anzahl der Lufteintrittsschlitze 21, 22, von tangential einströmenden Verbrennungsluftströmen 15 und von der axial herangeführten weiteren Verbrennungsluft 16 umschlossen. In Strömungsrichtung des Vormischbrenners X wird die Konzentration des eingedüsten Brennstoffes 12 fortlaufend durch die genannten Verbrennungsluftströme 15, 16 abgebaut. Wird allgemein ein gasförmiger Brennstoff 13 im Bereich der tangentialen Eintrittsschlitze 21, 22 eingebracht, beginnt die Gemischbildung mit der Verbrennungsluft 15 bereits in diesem Bereich. Beim Einsatz eines flüssigen Brennstoffes 12 wird im Bereich des Wirbelaufplatzens, also im Bereich der Rückströmzone 6 am Ende des Vormischbrenners X, die optimale, homogene Brennstoff-Konzentration über den Querschnitt erreicht. Die Zündung des Brennstoff/Verbrennungsluft-Gemisches beginnt an der Spitze der Rückströmzone 6. Erst an dieser Stelle kann eine stabile Flammenfront 7 entstehen. Ein Rückschlag der Flamme ins Innere des Vormischbrenners X, wie dies bei den bis anhin bekanntgewordenen Vormischstrecken stets zu befürchten ist, wogegen dort mit komplizierten Flammenhaltern nach Abhilfe gesucht wird, ist hier nicht zu befürchten. Ist die Verbrennungsluft 15, 16 allenfalls vorgewärmt, so stellt sich eine beschleunigte ganzheitliche Verdampfung des flüssigen Brennstoffes 12 ein, bevor der Punkt am Ausgang des Vormischbrenners X erreicht ist, an welchem die Zündung des Gemisches stattfinden. Der Grad der Verdampfung ist von der Grösse des Vormischbrenners X, der Tropfengrösse des eingedüsten Brennstoffes 12 und von der Temperatur der Verbrennungsluftströme 15, 16 und deren Intensität abhängig. Die Minimierung der Schadstoff-Emissionen hängt gewichtig auch von der Rauchgasrezirkulation ab, welche dazu beiträgt, dass eine vollständige Verdampfung des Brennstoffes vor Eintritt in die Verbrennungszone stattfinden kann. Bei der Gestaltung der kegeligen Teilkörper 1, 2 hinsichtlich Kegelneigung und Breite der tangentialen Lufteintrittsschlitze 21, 22 ist es von Vorteil, wenn hier enge Grenzen eingehalten werden, damit sich das gewünschte Strömungsfeld der Verbrennungsluft mit ihrer Rückströmzone 6 im Bereich der Mündung des Vormischbrenners X zur Flammenstabilisierung einstellt. Allgemein ist zu sagen, dass eine Verkleinerung der Lufteintrittsschlitze 21, 22 die Rückströmzone 6 weiter stromaufwärts verschiebt, wodurch dann allerdings das Gemisch früher zur Zündung kommt. Immerhin ist hier zu sagen, dass die einmal örtlich fixierte Rückströmzone 6 an sich positionsstabil ist, denn die Drallzahl nimmt in Strömungsrichtung im Bereich der Kegelform des Vormischbrenners X zu. Die Axialgeschwindigkeit des Gemisches lässt sich des weiteren durch die bereits genannte axiale Zuführung von Verbrennungsluft 16 beeinflussen. Die Konstruktion des Vormischbrenners X eignet sich bei vorgegebner, nicht zu überschreitender Baulänge des Brenners vorzüglich, die Spaltbreite der tangentailen Lufteintrittsschlitze 21, 22 zu verändern, indem die kegeligen Teilkörper 1, 2 zu- oder auseinander verschoben werden können, wodurch sich der Abstand der beiden Mittelachsen 1b, 2b, als Folge davon, verkleinert resp. vergrössert, wie dies aus Fig. 2 gut ableitbar ist. Es ist auch ohne weiteres möglich, die kegeligen Teilkörper 1, 2 durch eine drehende Bewegung ineinander zu verschieben. Somit ist es möglich, bei entsprechender Vorkehrung, die Form und die Grösse der tangentialen Lufteintrittsschlitze 21, 22 während des Betriebes zu variieren, womit, ohne Veränderung der Baulänge, der gleiche Vormischbrenner X eine breite Funktionalität abdecken kann. The premix burner X according to FIG. 1 consists of two halves tapered partial bodies 1, 2, which are offset from one another lie on one another. Of course it is for education of premix burner X required number of tapered Partial bodies are not limited to two. The cone shape of the Part body 1, 2 shown has a in the flow direction certain fixed angle. Of course they can Partial body 1, 2 in the flow direction another Have opening configuration, for example one regular or irregular increasing taper, which figuratively leads to a trumpet shape, or a regular or irregular decreasing taper, which figuratively leads to a tulip shape. The the latter two forms are not drawn recorded because they are easy to understand. Which The final form chosen depends on the different parameters of the respective combustion. The Displacement of the respective central axis 1b, 2b of the tapered Partial body 1, 2 creates each other on both sides in Axially symmetrical arrangement each a tangential Air inlet slot 21, 22 (Fig. 2 + 3) and an axial Inflow cross section 18 free, through which the one Fresh air or a mixture of fresh air and flue gas existing combustion air 15, 16 in the interior 14 of the Premix burner X flows. The two conical partial bodies 1, 2 each have a cylindrical starting part 1a, 2a, which also run in an analogous manner to the partial bodies 1, 2, so that the tangential air inlet slots 21, 22 over the entire length of the premix burner X is present. Of course, the premix burner X can be purely conical, thus be formed without cylindrical starting parts 1a, 2a. Within this cylindrical initial part 1a, 2a, the is particularly good as a seat for Anchoring of the whole premix burner X is suitable at least one fuel nozzle 3 housed. Both Partial bodies 1, 2 have one in the axial as required Direction extending fuel line 8, 9 on, which are provided with a number of nozzles 17. Through this Lines are preferably a gaseous fuel 13 passed through the said nozzles 17 in the area of tangential air inlet slots 21, 22 (see FIG. 2) of the combustion air 15 flowing there is added. The premix burner X can also be used alone with the Fuel supply via the nozzle 3, or via the nozzles 17th operate. Of course, a mixed operation possible via both nozzles 3, 17, in particular if via the individual nozzles are supplied with different fuels should be. The premix burner has combustion chamber side 11 X a collar-shaped plate 10, which a number Has holes 10a, through which dilution or Cooling air is supplied to the front part of the premix burner X. becomes. Is a liquid fuel via the nozzle 3 fed, so this is at an acute angle in the Interior 14 of the premix burner X injected, in such a way that as far as possible up to the burner outlet level sets homogeneous conical spray pattern 5. In the Fuel injection 4 can be an air-assisted one Nozzle or a nozzle, which after a Pressure atomization principle works. The conical spray pattern 5 is, according to the number of air inlet slots 21, 22, of combustion air flows flowing in tangentially 15 and from the axially brought in further combustion air 16 enclosed. In the direction of flow of the premix burner X becomes the concentration of the injected fuel 12th continuously through the combustion air streams 15 mentioned, 16 mined. Is generally a gaseous fuel 13 in Area of the tangential entry slots 21, 22 introduced, the mixture formation begins with the Combustion air 15 already in this area. When using a liquid fuel 12 is in the range of Vortex running, ie in the area of the backflow zone 6 am End of the premix burner X, the optimal, homogeneous Fuel concentration reached across the cross section. The Ignition of the fuel / combustion air mixture begins the tip of the backflow zone 6. Only at this point can a stable flame front 7 arise. A setback to the Flame inside the premix burner X, as with the previously known premixing lines always closed is to be feared, whereas there with complicated ones Flame holders looking for a remedy is not too here fear. Is the combustion air 15, 16 at most preheated, so there is an accelerated holistic Evaporation of the liquid fuel 12 before the Point at the outlet of the premix burner X is reached which the ignition of the mixture take place. The degree of Evaporation is the size of the premix burner X, the Drop size of the injected fuel 12 and of Temperature of the combustion air streams 15, 16 and their Intensity dependent. Minimizing pollutant emissions depends heavily on the Flue gas recirculation, which contributes to the fact that a complete evaporation of the fuel before entering the combustion zone can take place. When designing the tapered body 1, 2 with respect to taper and It is the width of the tangential air inlet slots 21, 22 an advantage if narrow limits are observed here, so that the desired flow field of the combustion air with its backflow zone 6 in the area of the mouth of the Pre-mix burner X for flame stabilization. Generally speaking, a downsizing of the Air inlet slots 21, 22 continue the backflow zone 6 moves upstream, which then causes the Mixture comes to ignition earlier. After all, here is too say that the once-fixed backflow zone 6 on is stable in position, because the number of twists increases Flow direction in the area of the cone shape of the Premix burner X too. The axial speed of the Mixture can furthermore be mentioned by the already mentioned influence the axial supply of combustion air 16. The Construction of the premix burner X is suitable for given length of the burner which should not be exceeded excellent, the gap width of the tangentailen Air inlet slots 21, 22 change by the tapered body 1, 2 moved to or apart can be, which makes the distance between the two Central axes 1b, 2b, as a result, reduced or. enlarged, as can be derived from Fig. 2 well. It is also easily possible, the tapered body 1, 2nd to move into each other by a rotating movement. It is therefore possible, with appropriate precautions, to Shape and size of the tangential air inlet slots 21, 22 to vary during operation, with what without Change in length, the same premix burner X one can cover wide functionality.

Wie bereits weiter oben dargelegt, treten beim Betrieb des Vormischbrenners X mit einem Brennstoff mit hohem Wasserstoffgehalt Probleme hinsichtlich der Flammenstabilisation auf, weshalb der Vormischbrenner X im Bereich der tangentialen Lufteintrittsschlitze 21, 22 eine Erweiterung erfahren soll. Diese Erweiterungen sind in den folgenden Figuren 2 und 3 dargestellt, wobei bei diesen Ausführungsformen die ursprüngliche Brennstoffeindüsung über die Düsen 17 (Vgl. Fig. 1) entfällt. Selbstverständlich ist nach wie vor möglich, die Brennstoffdüse 3 mit in Betrieb zu nehmen.
Gemäss Fig. 2 wird der Brennstoff 31 am Ort der höchstens Gemischwindigkeit des Verbrennungsluftstromes 15 eingedüst, also ebenfalls im Bereich der tangentialen Lufteintrittsschlitze 21, 22. In diesem Bereich wird ein Venturimischer 32 über die ganze Länge des Vormischbrenners vorgesehen, der aus einer zweifachen Passage, d.h. aus Durchströmungen 33, 34 besteht. Der mittlere Venturikörper 35 dient zugleich als Brennstoffzuleitung. Er ist des weiteren beidseitig in Richtung der genannten Durchströmungen 33, 34 mit Düsen 36 versehen. Die Durchströmungen 33, 34 entfalten eine Venturiwirkung, indem die beiden anderen benachbarten Körper 37, 38 ebenfalls venturimässig ausgebildet sind. Schon diese einfache Aufspaltung des Venturimischers 32 bewirkt, dass die Baulänge des gemischbildenden Bereichs nachhaltig minimiert werden kann, ohne auf die Vorteile einzelner Venturistrecke verzichtet zu müssen. Diese Aufspaltung kann eine Mehrfache sein, und auch im Sinne einer nicht dargestellten Venturimatrix ausgeführt werden. Bei letztgenannter möglicher Ausführungsform geht es darum, die Durchströmung in den Innenraum 14 des Vormischbrenners X mit vielen kleinen Rohrventuries zu belegen. As already explained above, when operating the premix burner X with a fuel with a high hydrogen content, problems arise with regard to flame stabilization, which is why the premix burner X is to be expanded in the region of the tangential air inlet slots 21, 22. These extensions are shown in the following FIGS. 2 and 3, with the original fuel injection via the nozzles 17 being omitted in these embodiments (cf. FIG. 1). Of course, it is still possible to put the fuel nozzle 3 into operation.
2, the fuel 31 is injected at the location of the maximum mixture speed of the combustion air flow 15, that is also in the area of the tangential air inlet slots 21, 22. In this area, a venturi mixer 32 is provided over the entire length of the premix burner, which consists of a double passage, ie consists of flows 33, 34. The middle venturi body 35 also serves as a fuel feed line. It is further provided with nozzles 36 on both sides in the direction of the above-mentioned flows 33, 34. The flows 33, 34 develop a venturi effect in that the two other adjacent bodies 37, 38 are also designed in a venturi manner. Even this simple splitting of the venturi mixer 32 has the effect that the overall length of the mixture-forming area can be minimized sustainably without having to forego the advantages of individual venturi sections. This splitting can be a multiple and can also be carried out in the sense of a Venturi matrix, not shown. In the latter possible embodiment, it is a matter of covering the flow into the interior 14 of the premix burner X with many small pipe venturies.

Fig. 3 unterscheidet sich grundsätzlich gegenüber Fig. 2 dadurch, dass die kegeligen Teilkörper 1, 2 mit zusätzlichen Leitblechen 41, 42 erweitert werden, durch welche zusätzlich ein Kühlluftstrom 43 strömt, der die Teilkörper 1, 2 unter anderen kühlt. Beim hier gezeigten Venturimischer 44 entsteht gegenüber der Verbrennungsluft 15 eine einfache venturimässige Durchströmung 45, weshalb die Brennstoffdüsen 46 auch nur hierein wirken. Eine andere Venturiwirkung ensteht gegenüber dem Kühlluftstrom 43. Der Venturikörper 47 ist auch hier als Brennstoffzuführungsrohr ausgebildet. 3 differs fundamentally from FIG. 2 in that the tapered partial body 1, 2 with additional Baffles 41, 42 are expanded, through which additional a cooling air flow 43 flows, the sub-body 1, 2 under another cools. In the Venturi mixer 44 shown here creates a simple compared to the combustion air 15 Venturi-like flow 45, which is why the fuel nozzles 46 only work here. Another venturi effect arises in relation to the cooling air flow 43. The venturi body 47 is also designed as a fuel feed pipe.

Allgemein wird postuliert, dass die Venturimischer 32, 44, unabhängig ihrer Ausführungsform, dem Innenraum 14 des Vormischbrenners X vorgeschaltet sind. It is generally postulated that the Venturi mixers 32, 44, regardless of their embodiment, the interior 14 of the Premix burner X are connected upstream.

Label list

XX: Vormischbrenner Premix burner
1, 21, 2: Teilkörper Partial body
1a, 1b1a, 1b: Anfangsteil des kegeligen Teilkörpers Initial part of the tapered body
1b, 2b1b, 2b: Mittelachse des kegeligen Teilkörpers Central axis of the tapered body
33rd: Brenstoffdüse Fuel nozzle
44th: Brennstoffeindüsung Fuel injection
55: Kegeliges Spraybild Conical spray pattern
66: Rückströmzone Backflow zone
77: Flammenfront Flame front
8, 98, 9: Brennstoffleitungen Fuel lines
1010th: Platte plate
10a10a: Bohrungen, Oeffnungen Holes, openings
1111: Brennraum Combustion chamber
1212th: Brennstoff fuel
1313: Brennstoff fuel
1414: Innenraum des Vormischbrenners Interior of the premix burner
15, 1615, 16: Verbrennungsluft Combustion air
1717th: Brennstoffdüse Fuel nozzle
1818th: Axiale Einströmung, Querschnitt des Brenners Axial inflow, cross section of the burner
21, 2221, 22: Tangentiale Lufteintrittsschlitze Tangential air inlet slots
3131: Brennstoff fuel
3232: Venturimischer Venturi mixer
33, 3433, 34: Durchströmungen Flows
3535: Venturikörper Venturi body
3636: Brennstoffdüsen Fuel nozzles
37, 3837, 38: Venturikörper Venturi body
41, 4241, 42: Leitblechen Baffles
4343: Kühlluftstrom Cooling air flow
4444: Venturimischer Venturi mixer
4545: Durchströmung Flow
4646: Brennstoffdüsen Fuel nozzles
4747: Venturikörper Venturi body

Claims

Method of operating a premixing burner, which consists essentially of at least two hollow partial bodies, which are positioned one upon the other and whose centre line [sic] extend offset relative to one another in the longitudinal direction of the partial bodies, such that by this means an axial inlet flow cross-section and tangential inlet slots respectively occur for the supply of a combustion airflow into the internal space of the premixing burner, the premixing burner being operated by means of at least one fuel supply, characterized in that the fuel supply (36, 46) takes place in the region of at least one venturi section (33, 34, 45) which acts above the internal space (14) of the premixing burner (X), and in that the combustion airflow (15) flows through this venturi section (33, 34, 45).
Method according to Claim 1, characterized in that the premixing burner (X) is operated with a fuel (31) of high hydrogen content.
Premixing burner for carrying out the method according to Claim 1, the premixing burner (X) consisting, in the flow direction, of at least two hollow partial bodies (1, 2) which are positioned one upon the other and whose centre lines (1b, 2b) extend offset relative to one another in the longitudinal direction of the partial bodies (1, 2) in such a way that tangential inlet slots (21, 22) and an axial inlet flow cross-section (18) occur, characterized in that at least one venturi mixer (32, 44) is arranged in the region of the tangential inlet slots (21, 22) and in that at least one fuel nozzle (36, 46) is in effective connection with the venturi mixer (32, 44).
Premixing burner according to Claim 3, characterized in that the premixing burner (X) is provided with at least one fuel nozzle (3) placed at the head end and/or with a number of fuel nozzles (17) arranged in the region of the tangential inlet slots (21, 22).
Premixing burner according to Claims 3 and 4, characterized in that a gaseous fuel (31) can be introduced through the fuel nozzle (36, 46) in the region of the venturi mixer (32, 44), a liquid fuel (12) can be introduced through the fuel nozzle (3) arranged at the head end and a gaseous fuel (13) can be introduced through the fuel nozzles (17) arranged in the region of the tangential inlet slots (21, 22).
Premixing burner according to Claim 3, characterized in that the partial bodies (1, 2) have a uniformly increasing flow cross-section in the flow direction.
Premixing burner according to Claim 3, characterized in that the partial bodies (1, 2) have a non-uniformly increasing flow cross-section in the flow direction.
Premixing burner according to Claim 3, characterized in that the partial bodies (1, 2) have a uniformly decreasing flow cross-section in the flow direction.
Premixing burner according to Claim 3, characterized in that the partial bodies (1, 2) have a non-uniformly decreasing flow cross-section in the flow direction.