EP0694730A2 - Brenner - Google Patents

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EP0694730A2
EP0694730A2 EP95810443A EP95810443A EP0694730A2 EP 0694730 A2 EP0694730 A2 EP 0694730A2 EP 95810443 A EP95810443 A EP 95810443A EP 95810443 A EP95810443 A EP 95810443A EP 0694730 A2 EP0694730 A2 EP 0694730A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
burner
flow
bodies
tangential
burner according
Prior art date
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Granted
Application number
EP95810443A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0694730B1 (de
EP0694730A3 (de
Inventor
Klaus Dr. Döbbeling
Hans Peter Knöpfel
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Alstom SA
Original Assignee
ABB Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
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Publication date
Application filed by ABB Research Ltd Switzerland, ABB Research Ltd Sweden filed Critical ABB Research Ltd Switzerland
Publication of EP0694730A2 publication Critical patent/EP0694730A2/de
Publication of EP0694730A3 publication Critical patent/EP0694730A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F23C7/002—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/40—Mixing tubes or chambers; Burner heads
    • F23D11/402—Mixing chambers downstream of the nozzle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
    • F23D17/002—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or liquid fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04—Air inlet arrangements
    • F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
    • F23R3/12—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/07002—Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners

Definitions

  • the present invention relates to a burner according to the preamble of claim 1.
  • the invention seeks to remedy this.
  • the invention as characterized in the claims, is based on the object of proposing precautions for a burner of the type mentioned at the outset, which ensures flame stability even in the transient load range.
  • the geometry of the tangential channels undergoes a change: These run conically in the direction of flow towards the burner outlet, with the flow cross-section increasing upstream from the burner outlet.
  • the swirl number which defines the relationship between the tangential and axial speed components, experiences a steeper course along the tangential channels compared to a uniform flow cross section.
  • the flow cross-section there has the original size, which is usually used as a basis.
  • the main advantages of the invention can be seen in the fact that better flame stability can be achieved over the entire load range, in particular in the lower load range. As soon as the flame front remains 100% stable, there is no longer any risk of the burner overheating due to the flame traveling upstream.
  • This maximized flame stabilization also makes the burner less susceptible to vibrations, which can be amplified, for example, by combustion processes via the combustion chamber and chimney system.
  • Another important advantage of the invention is that a restriction of the load range no longer has to be taken into account.
  • FIGS. 2-4 In order to better understand the structure of the premix burner 100, it is advantageous if the individual cuts according to FIGS. 2-4 are used simultaneously with FIG. 1, if necessary also FIG. 5. Furthermore, in order to avoid unnecessary confusion in FIG. 1 shape, the baffles 121a, 121b shown schematically in FIGS. 2-4 have only been hinted at in it. In the description of FIG. 1, reference is made below to the remaining figures as required.
  • the premix burner 100 consists of two hollow, conical partial bodies 101, 102 which are nested in one another offset from one another.
  • the offset of the respective central axis or longitudinal axis of symmetry 201b, 202b of the conical partial bodies 101, 102 to one another creates a tangential air inlet slot 119, 120 on both sides, in a mirror-image arrangement (FIGS. 2-4), through which the combustion air 115 enters the interior of the Premix burner 100, ie flows into the cone cavity 114.
  • the flow cross section of these air inlet slots 119, 120 decreases in the direction of flow, it being possible for the course to be continuously conical or intermittent.
  • FIG. 5 shows such a configuration as far as the conical shape of the air inlet slots 119, 120 is concerned.
  • the conical shape of the partial bodies 101, 102 shown in the flow direction has a specific fixed angle.
  • the partial bodies 101, 102 can have an increasing or decreasing cone inclination in the direction of flow, similar to a trumpet or. Tulip.
  • the above-mentioned shapes are not included in the drawing, since they can easily be reproduced.
  • the two tapered partial bodies 101, 102 each have a cylindrical starting part 101a, 102a, which, similarly to the tapered partial bodies 101, 102, also run offset from one another, so that the tangential air inlet slots 119, 120 are present over the entire length of the premix burner 100.
  • a nozzle 103 is accommodated, the injection 104 of which coincides approximately with the narrowest cross section of the conical cavity 114 formed by the conical partial bodies 101, 102.
  • the injection capacity and the type of this nozzle 103 depend on the specified parameters of the respective premix burner 100.
  • the premix burner can be of a purely conical design, that is to say without cylindrical starting parts 101a, 102a.
  • the conical sub-bodies 101, 102 further each have a fuel line 108, 109, which are arranged along the tangential inlet slots 119, 120 and are provided with injection openings 117, through which a gaseous fuel 113 is preferably injected into the combustion air 115 flowing through there, such as arrows 116 symbolize this.
  • These fuel lines 108, 109 are preferably placed at the latest at the end of the tangential inflow, before entering the cone cavity 114, in order to obtain an optimal air / fuel mixture.
  • the outlet opening of the premix burner 100 merges into a front wall 110, in which a number of bores 110a are provided.
  • the latter come into operation when necessary and ensure that dilution air or cooling air 110b is supplied to the front part of the combustion chamber 122.
  • this air supply ensures flame stabilization at the outlet of the premix burner 100. This flame stabilization becomes important when it comes to supporting the compactness of the flame due to a radial flattening.
  • the fuel supplied through the nozzle 103 is a liquid fuel 112, which may be enriched with a recirculated exhaust gas. This fuel 112 is injected into the cone cavity 114 at an acute angle.
  • a conical fuel profile 105 is thus formed from the nozzle 103 and is enclosed by the rotating combustion air 115 flowing in tangentially.
  • the concentration of the fuel 112 is continuously reduced to an optimal mixing by the incoming combustion air 115.
  • the premix burner 100 is operated with a gaseous fuel 113, this is preferably done via opening nozzles 117, the formation of this fuel / air mixture taking place directly at the end of the air inlet slots 119, 120.
  • the optimal, homogeneous fuel concentration over the cross section is achieved in the region of the vortex run, that is to say in the region of the backflow zone 106 at the end of the premix burner 100.
  • the ignition takes place at the tip of the backflow zone 106. Only at this point can a stable flame front 107 arise. A flashback of the flame into the interior of the premix burner 100, as is latently the case with known premixing sections, while remedial measures are sought there with complicated flame holders, is not to be feared here.
  • the design of the air inlet slots 119, 120 makes a lasting contribution to this: the flow cross section of these air inlet slots 119, 120 decreases in the direction of flow, that is, from the burner head to the burner outlet in the sense of a conical shape, as can be seen particularly well from FIG. 5.
  • the other FIGS. 2-4 also show the decreasing cross section of the air inlet slots 119, 120 very well in the direction of flow.
  • the swirl number which defines the ratio between the tangential and axial speed components, experiences a steeper course along the tangential air inlet slots compared to a uniform flow cross section.
  • the flow cross section of the tangential air inlet slots 119, 120 must in any case be kept within narrow limits so that the desired flow field of the combustion air 115 with the return flow zone 106 can be set at the outlet of the premix burner 100.
  • the decreasing flow cross-section of the tangential air inlet slots 119, 120 in the flow direction increases the persistence of the flame front in the area of the burner outlet.
  • the backflow zone 106 once fixed, is inherently position-stable, because the swirl number increases in the direction of flow in the region of the cone shape of the premix burner 100, which is additionally due to the decreasing flow cross section of the tangential ones Air inlet slots 119, 120 is supported in the direction of flow, which is particularly noticeable in the transient area.
  • the axial speed within the premix burner 100 can also be changed by a corresponding supply, not shown, of an axial combustion air flow, ie, in order to stabilize the backflow zone 106 at the burner outlet, this axial flow can be amplified.
  • the design of the premix burner 100 is furthermore particularly suitable for adapting the size and the course of the tangential air inlet slots 119, 120, with which A relatively large operating bandwidth can be recorded without changing the overall length of the premix burner 100.
  • the partial bodies 101, 102 can also be displaced relative to one another in another plane, as a result of which even an overlap thereof can be controlled. It is even possible, if necessary, to interleave the partial bodies 101, 102 in a spiral manner by counter-rotating movement.
  • FIG. 2-4 now shows the geometrical configuration of the guide plates 121a, 121b. They have a flow introduction function, which, depending on their length, extend the respective end of the tapered partial bodies 101, 102 in the direction of flow relative to the combustion air 115.
  • the channeling of the combustion air 115 into the cone cavity 114 can be optimized by opening or closing the guide plates 121a, 121b about a pivot point 123 located in the region of the entry of this channel into the cone cavity 114, in particular this can be necessary if the flow cross section of the tangential air inlet slots 119, 120 in the sense of Figures 2-4.
  • these dynamic arrangements can also be provided statically, in that guide baffles as required form a fixed component with the tapered partial bodies 101, 102.
  • the premix burner 100 can also be operated without baffles, or other aids can be provided for this.
  • FIG. 5 which has already been tapped several times, shows schematically how the course of the tangential air inlet slots 119, 120 should preferably be provided.
  • a certain alternative to the effect of the decreasing flow cross-section of the tangential air inlet slots 119, 120 can be achieved by forming the partial bodies 101, 102 of the premix burner 100 according to the trumpet shape already recognized.

Abstract

Bei einem Brenner (100), der im wesentlichen aus mindestens zwei hohlen, kegelförmigen, in Strömungsrichtung ineinandergeschatelten Teilkörpern (101, 102) besteht, verlaufen die jeweiligen Längssymmetrieachsen (101b, 102b) der Teilkörper (101, 102) zueinander versetzt, dergestalt, dass die benachbarten Wandungen der Teilkörper (101, 102) in deren Längserstreckung tangentiale Lufteintrittsschlitze (119, 120) für einen Verbrennungsluftstrom (115) in Innenraum (114) des Brenners. Der Durchflussquerschnitt dieser tangentialen Lufteintrittsschlitze (119, 120) ist in Strömungsrichtung des Brenners (100) abnehmend, dergestalt, dass sich dies positiv auf eine Stabilisierung der Rückströmzone (106) am Ausgang des Brenners (100) auswirkt. <IMAGE>

Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenner gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.
    • Stand der Technik
  • Aus EP-A1-0 321 809 ist ein Vormischbrenner von doppelkegeliger Bauart bekanntgeworden, der im wesentlichen aus zwei hohlen, kegelförmigen, in Strömungsrichtung ineinandergeschachtelten Teilkörpern besteht, deren jeweilige Längssymmetrieachsen gegeneinander versetzt verlaufen. Diese gegeneinander verlaufende Versetzung bildet entlang benachbarter Wandungen der Teilkörper in Längserstreckung tangentiale Kanäle oder Lufteintrittsschlitze, durch welche ein Verbrennungsluftstrom in den Kegelhohlraum strömt. In diesem Kegelhohlraum ist mindestens eine Brennstoffdüse untergebracht. Dieser Brenner stellt gegenüber den vorgängigen Stand der Technik betreffend Flammenstabilisierung, Wirkungsgrad und Schadstoff-Emissionen einen Qualitätssprung dar. Indessen, wenn der Lastbereich eines solchen Brenners, beispielsweise bei einem modulierten Betrieb, verändert werden muss, kann es bei bestimmten Randbedingungen vorkommen, dass die an sich stabile Flammenfront stromauf wandert und sich an einem für den Brenner selbst sowie für die Emissionsbildung schlechten Ort stabilisiert. Daraus ergeben sich Probleme, welche die Ueberhitzung des Brenners, eine Verschlechterung der Schadstoff-Emissionen und das Auftreten von Pulsationen implizieren. Bei einer solchen Konstellation ist es zwangsläufig vorgegeben, dass der mögliche Lastbereich eingeschränkt ist.
    • Darstellung der Erfindung
  • Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde bei einem Brenner der eingangs genannten Art Vorkehrungen vorzuschlagen, welche eine Flammenstabilität auch in transientem Lastbereich gewährleistet.
  • Gegenüber dem Standard-Brenner erfährt die Geometrie der tangentialen Kanäle eine Aenderung: Diese verlaufen in Strömungsrichtung zum Brenneraustritt hin konisch, wobei der Durchflussquerschnitt vom Brenneraustritt aus stromaufwärts zunimmt. Durch diese Massnahme erfährt die Drallzahl, welche das Verhältnis zwischen den tangentialen und axialen Geschwindigkeitskomponenten definiert, entlang der tangentialen Kanäle gegenüber einem gleichmässigen Durchflussquerschnitt einen steileren Verlauf. Um die Flamme sicher am Brenneraustritt zu stabilisieren, weist dort der Durchflussquerschnitt die ursprüngliche Grösse auf, die üblicherweise zugrundegelegt wird.
  • Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, dass damit eine bessere Flammenstabilität über den ganzen Lastbereich, insbesondere im unteren Lastbereich zu erzielen ist. Sobald die Flammenfront 100%ig stabil bleibt, ist eine mögliche Ueberhitzung des Brenners durch Wanderung der Flamme stromaufwärts nicht mehr zu befürchten.
  • Diese Flammenstabilität am optimalen Ort sichert auch eine Minimierung sämtlicher Schadstoff-Emissionen, insbesondere was den NOx-, UHC- (= ungesättigte Kohlen-Wasserstoffe) und CO-Ausstoss betrifft, zu.
  • Durch diese maximierte Flammenstabilisation wird der Brenner auch weniger anfällig auf Schwingungen, welche beispielsweise durch Verbrennungsprozesse angeregt über das Brennraum- und Kamin-System verstärkt werden können.
  • Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass eine Einschränkung des Lastbereiches nicht mehr in Betracht gezogen werden muss.
  • Vorteilhafte und zweckmässige Weiterbildungen der erfindungsgemässen Aufgabenstellung sind in den weiteren Ansprüchen gekennzeichnet.
  • Im folgenden wird anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht wesentlichen Merkmale sind fortgelassen. In den verschiedenen Figuren sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Strömungsrichtung der Medien ist mit Pfeilen angegeben.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • Fig. 1
    einen Vormischbrenner in der Ausführung als "Doppelkegelbrenner", in perspektivischer Darstellung, entsprechend aufgeschnitten,
    Fig. 2-4
    entsprechende Schnitte durch verschiedene Ebenen des Vormischbrenners, gemäss Fig. 1 und
    Fig. 5
    eine schematische Darstellung des konischen Verlaufs der Lufteintrittsschlitze.
  • Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwertbarkeit
  • Um den Aufbau des Vormischbrenners 100 besser zu verstehen, ist es von Vorteil, wenn gleichzeitig zu Fig. 1 die einzelnen Schnitte nach den Figuren 2-4 herangezogen werden, allenfalls auch Fig. 5. Des weiteren, um Fig. 1 nicht unnötig unübersichtlich zu gestalten, sind in ihr die nach den Figuren 2-4 schematisch gezeigten Leitbleche 121a, 121b nur andeutungsweise aufgenommen worden. Im folgenden wird bei der Beschreibung von Fig. 1 nach Bedarf auf die restlichen Figuren hingewiesen.
  • Der Vormischbrenner 100 nach Fig. 1 besteht aus zwei hohlen kegelförmigen Teilkörpern 101, 102, die versetzt zueinander ineinandergeschachtelt sind. Die Versetzung der jeweiligen Mittelachse oder Längssymmetrieachse 201b, 202b der kegeligen Teilkörper 101, 102 zueinander schafft auf beiden Seiten, in spiegelbildlicher Anordnung, jeweils einen tangentialen Lufteintrittsschlitz 119, 120 frei (Fig. 2-4), durch welche die Verbrennungsluft 115 in Innenraum des Vormischbrenners 100, d.h. in den Kegelhohlraum 114 strömt. Der Durchflussquerschnitt dieser Lufteintrittsschlitze 119, 120 nimmt in Strömungsrichtung ab, wobei der Verlauf kontinuierlich konisch oder intermittierend sein kann. Fig. 5 zeigt, was den konischen Verlauf der Lufteintrittsschlitze 119, 120 anbelangt, eine solche Konfiguration. Die Kegelform der gezeigten Teilkörper 101, 102 in Strömungsrichtung weist einen bestimmten festen Winkel auf. Selbstverständlich, je nach Betriebseinsatz, können die Teilkörper 101, 102 in Strömungsrichtung eine zunehmende oder abnehmende Kegelneigung aufweisen, ähnlich einer Trompete resp. Tulpe.
  • Die vorgenannten Formen sind zeichnerisch nicht erfasst, da sie sich ohne weiteres nachempfinden lassen. Die beiden kegeligen Teilkörper 101, 102 weisen je einen zylindrischen Anfangsteil 101a, 102a, die ebenfalls, analog den kegeligen Teilkörpern 101, 102, versetzt zueinander verlaufen, so dass die tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 über die ganze Länge des Vormischbrenners 100 vorhanden sind. Im Bereich des zylindrischen Anfangsteils ist eine Düse 103 untergebracht, deren Eindüsung 104 in etwa mit dem engsten Querschnitt des durch die kegeligen Teilkörper 101, 102 gebildeten Kegelhohlraum 114 zusammenfällt. Die Eindüsungskapazität und die Art dieser Düse 103 richtet sich nach den vorgegebenen Parametern des jeweiligen Vormischbrenners 100. Selbstverständlich kann der Vormischbrenner rein kegelig, also ohne zylindrische Anfangsteile 101a, 102a, ausgeführt sein. Die kegeligen Teilkörper 101, 102 weisen des weiteren je eine Brennstoffleitung 108, 109 auf, welche entlang der tangentialen Eintrittsschlitze 119, 120 angeordnet und mit Eindüsungsöffnungen 117 versehen sind, durch welche vorzugsweise ein gasförmiger Brennstoff 113 in die dort durchströmende Verbrennungsluft 115 eingedüst wird, wie dies die Pfeile 116 versinnbildlichen wollen. Diese Brennstoffleitungen 108, 109 sind vorzugsweise spätestens am Ende der tangentialen Einströmung, vor Eintritt in den Kegelhohlraum 114, plaziert, dies um eine optimale Luft/Brennstoff-Mischung zu erhalten. Brennraumseitig 122 geht die Ausgangsöffnung des Vormischbrenners 100 in eine Frontwand 110 über, in welcher eine Anzahl Bohrungen 110a vorhanden sind. Die letztgenannten treten bei Bedarf in Funktion, und sorgen dafür, dass Verdünnungsluft oder Kühlluft 110b dem vorderen Teil des Brennraumes 122 zugeführt wird. Darüber hinaus sorgt diese Luftzuführung für eine Flammenstabilisierung am Ausgang des Vormischbrenners 100. Diese Flammenstabilisierung wird dann wichtig, wenn es darum geht, die Kompaktheit der Flamme infolge einer radialen Verflachung zu stützen. Bei dem durch die Düse 103 herangeführten Brennstoff handelt es sich um einen flüssigen Brennstoff 112, der allenfalls mit einem rückgeführten Abgas angereichert sein kann. Dieser Brennstoff 112 wird unter einem spitzen Winkel in den Kegelhohlraum 114 eingedüst. Aus der Düse 103 bildet sich sonach ein kegeliges Brennstoffprofil 105, das von der tangential einströmenden rotierenden Verbrennungsluft 115 umschlossen wird. In axialer Richtung wird die Konzentration des Brennstoffes 112 fortlaufend durch die einströmenden Verbrennungsluft 115 zu einer optimalen Vermischung abgebaut. Wird der Vormischbrenner 100 mit einem gasförmigen Brennstoff 113 betrieben, so geschieht dies vorzugsweise über Oeffnungsdüsen 117, wobei die Bildung dieses Brennstoff/Luft-Gemisches direkt am Ende der Lufteintrittsschlitze 119, 120 zustande kommt. Bei der Eindüsung des Brennstoffes 112 über die Düse 103 wird im Bereich des Wirbelaufplatzens, also im Bereich der Rückströmzone 106 am Ende des Vormischbrenners 100, die optimale, homogene Brennstoffkonzentration über den Querschnitt erreicht. Die Zündung erfolgt an der Spitze der Rückströmzone 106. Erst an dieser Stelle kann eine stabile Flammenfront 107 entstehen. Ein Rückschlag der Flamme ins Innere des Vormischbrenners 100, wie dies bei bekannten Vormischstrecken latent der Fall ist, wogegen dort mit komplizierten Flammenhaltern Abhilfe gesucht wird, ist hier nicht zu befürchten. Nachhaltig trägt hierzu die Auslegung der Lufteintrittsschlitze 119, 120 bei: Der Durchflussquerschnitt dieser Lufteintrittsschlitze 119, 120 nimmt in Strömungsrichtung, also vom Brennerkopf zum Brenneraustritt im Sinne eines konischen Verlaufs ab, wie dies aus Fig. 5 besonders gut ersichtlich ist. Aber auch die anderen Figuren 2-4 zeigen den abnehmenden Querschnitt der Lufteintrittsschlitze 119, 120 in Strömungsrichtung sehr gut auf. Durch diese Massnahme erfährt die Drallzahl, welche das Verhältnis zwischen den tangentialen und axialen Geschwindigkeitskomponenten definiert, entlang der tangentialen Lufteintrittsschlitze gegenüber einem gleichmässigen Durchflussquerschnitt einen steileren Verlauf. Bei der Gestaltung der kegeligen Teilkörper 101, 102 hinsichtlich des Kegelwinkels und des Durchflussquerschnittes der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 sind auf alle Fälle enge Grenzen einzuhalten, damit sich das gewünschte Strömungsfeld der Verbrennungsluft 115 mit der Rückströmzone 106 am Ausgang des Vormischbrenners 100 einstellen kann. Der abnehmende Durchflussquerschnitt der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 in Strömungsrichtung verstärkt im Bereich des Brenneraustrittes das Verharrungsvermögen der Flammenfront. Hierzu muss noch nachgeführt werden, dass eine Verkleinerung des Durchflussquerschnittes innerhalb der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 die Rückströmzone zwangsläufig stromaufwärts verschiebt, wodurch dann allerdings das Gemisch früher zur Zündung kommt, was aus vorne gewürdigten Aspekten nicht erwünscht ist. Ist die Verbrennungsluft 115 zusätzlich vorgeheizt oder mit einem rückgeführten Abgas angereichert, so unterstützt dies die Verdampfung des flüssigen Brennstoffes 112 nachhaltig, bevor die Verbrennungszone erreicht wird. Die gleichen Ueberlegungen gelten auch, wenn über die Leitungen 108, 109 statt gasförmige, flüssige Brennstoffe zugeführt werden. Zurückkommend auf die Gestaltung der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 lässt sich allgemein festzustellen, dass die einmal fixierte Rückströmzone 106 an sich positionsstabil ist, denn die Drallzahl nimmt in Strömungsrichtung im Bereich der Kegelform des Vormischbrenners 100 zu, was hier zusätzlich durch den abnehmenden Durchflussquerschnitt der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 in Strömungsrichtung unterstützt wird, was sich insbesondere positiv im transienten Bereich bemerkbar macht. Die Axialgeschwindigkeit innerhalb des Vormischbrenners 100 lässt sich ferner durch eine entsprechende nicht gezeigte Zuführung eines axialen Verbrennungsluftstromes verändern, d.h., zu Gunsten einer Stabilisierung der Rückströmzone 106 am Brenneraustritt kann eine Verstärkung dieser Axialströmung vorgenommen werden. Die Konstruktion des Vormischbrenners 100 eignet sich des weiteren vorzüglich, die Grösse und der Verlauf der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 anzupassen, womit ohne Veränderung der Baulänge des Vormischbrenners 100 eine relativ grosse betriebliche Bandbreite erfasst werden kann. Selbstverständlich sind die Teilkörper 101, 102 auch in einer anderen Ebene zueinander verschiebbar, wodurch sogar eine Ueberlappung derselben angesteuert werden kann. Es ist sogar bei Bedarf möglich, die Teilkörper 101, 102 durch eine gegenläufige drehende Bewegung spiralartig ineinander zu verschachteln.
  • Aus Fig. 2-4 geht nunmehr die geometrische Konfiguration der Leitbleche 121a, 121b hervor. Sie haben Strömungseinleitungsfunktion, wobei diese, entsprechend ihrer Länge, das jeweilige Ende der kegeligen Teilkörper 101, 102 in Anströmungsrichtung gegenüber der Verbrennungsluft 115 verlängern. Die Kanalisierung der Verbrennungsluft 115 in den Kegelhohlraum 114 kann durch Oeffnen bzw. Schliessen der Leitbleche 121a, 121b um einen im Bereich des Eintritts dieses Kanals in den Kegelhohlraum 114 plazierten Drehpunkt 123 optimiert werden, insbesondere kann dies vonnöten werden, wenn der Strömungsquerschnitt der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 im Sinne der Figuren 2-4 gestaltet wird. Selbstverständlich können diese dynamische Vorkehrungen auch statisch vorgesehen werden, indem bedarfsmässige Leitbleche einen festen Bestandteil mit den kegeligen Teilkörpern 101, 102 bilden. Ebenfalls kann der Vormischbrenner 100 auch ohne Leitbleche betrieben werden, oder es können andere Hilfsmittel hierfür vogesehen werden.
  • Die bereits mehrfach angetippte Fig. 5 will schematisch zeigen, wie der Verlauf der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 vorzugsweise vorzusehen ist. Eine gewisse Alternativität gegenüber der Wirkung des abnehmenden Durchflussquerschnittes der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 lässt sich erreichen, indem die Teilkörper 101, 102 des Vormischbrenners 100 nach der bereits gewürdigten Trompetenform gebildet werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 100
    Brenner
    101, 102
    Teilkörper
    101a, 102a
    Zylindrische Angangsteile
    101b, 102b
    Längssymmetrieachsen
    103
    Brennstoffdüse
    104
    Brennstoffeindüsung
    105
    Brennstoffeindüsungsprofil
    106
    Rückströmzone (Vortex Breakdown)
    107
    Flammenfront
    108, 109
    Brennstoffleitungen
    110
    Frontwand
    110a
    Luftbohrungen
    110b
    Kühlluft
    112
    Flüssiger Brennstoff
    113
    Gasförmiger Brennstoff
    114
    Kegelhohlraum
    115
    Verbrennungsluft
    116
    Brennstoff-Eindüsung
    117
    Brennstoffdüsen
    119, 120
    Tangentiale Lufteintrittsschlitze, Kanäle
    121a, 121b
    Leitbleche
    122
    Brennraum
    123
    Drehpunkt der Leitbleche

Claims (7)

  1. Brenner aus mindestens zwei hohlen, kegelförmigen, in Strömungsrichtung ineinandergeschachtelten Teilkörpern, deren jeweilige Längssymmetrieachsen zueinander versetzt verlaufen, dergestalt, dass die benachbarten Wandungen der Teilkörper in deren Längserstreckung tangentiale Kanäle für einen Verbrennungsluftstrom bilden, wobei im von den Teilkörpern gebildeten Kegelhohlraum mindestens eine Brennstoffdüse vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussquerschnitt der tangentialen Kanäle (119, 120) in Strömungsrichtung des Brenners (100) abnehmend ist.
  2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der tangentialen Kanäle (119, 120) in deren Längserstreckung weitere Brennstoffdüsen (117) angeordnet sind.
  3. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussquerschnitt der tangentialen Kanäle (119, 120) in Strömungsrichtung des Brenners (100) konisch verläuft.
  4. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Teilkörper (101, 102) in Strömungsrichtung unter einem festen Winkel kegelig erweitern.
  5. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkörper (101, 102) in Strömungsrichtung eine zunehmende Kegelneigung aufweisen.
  6. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkörper (101, 102) in Strömungsrichtung eine abnehmende Kegelneigung aufweisen.
  7. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkörper (101, 102) spiralartig ineinander geschachtelt sind.
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