EP0775869B1 - Premix burner - Google Patents
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- EP0775869B1 EP0775869B1 EP96810756A EP96810756A EP0775869B1 EP 0775869 B1 EP0775869 B1 EP 0775869B1 EP 96810756 A EP96810756 A EP 96810756A EP 96810756 A EP96810756 A EP 96810756A EP 0775869 B1 EP0775869 B1 EP 0775869B1
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- premix burner
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- vortex generators
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- 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
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
- F23D14/62—Mixing devices; Mixing tubes
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F23M9/00—Baffles or deflectors for air or combustion products; Flame shields
- F23M9/02—Baffles or deflectors for air or combustion products; Flame shields in air inlets
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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
- 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 invention relates to a premix burner for combustion of gaseous and / or liquid fuel, in which the fuel as a secondary flow in a gaseous, channeled main flow is injected, the secondary flow has a much smaller mass flow than the mainstream.
- a premix burner is known from EP 0 321 809 B1 due to low NOx emission values (approx. 25 ppm) and a high one Flame stability distinguishes.
- This premix burner too Called double cone burner, consists of hollow, one into one Partial conical bodies with tangential air inlet slots for the combustion air flowing in from the compressor on and feeders for gaseous and liquid Fuels, the central axes of the hollow partial cone body a widening taper in the direction of flow have and offset to each other in the longitudinal direction run.
- Inside the burner (cone tip) is one Fuel nozzle arranged for the liquid fuel through which the fuel at an acute angle into the hollow cone is injected.
- the resulting tapered liquid fuel profile is caused by the tangentially rotating combustion air flow enclosed, the concentration in the axial direction of fuel as a result of mixing with the combustion air is constantly decreasing.
- the premix burner can too operated with gaseous fuel or in mixed operation become.
- the mixture of the gaseous forms Fuel with the combustion air already in the tangential Air inlet slots into which the gaseous fuel is introduced via uniformly distributed nozzles.
- EP 0 619 456 A1 describes a fuel supply system for a Combustion chamber with premix combustion known, in which a gaseous and / or liquid fuel as a secondary flow injected into a gaseous, channeled main flow is, the secondary flow being a much smaller one Mass flow has as the main flow and where the flows through premix channel curved walls.
- the channel is annular and on the outer as well as inner ring wall are an equal number of vortex generators strung together in the circumferential direction.
- These vortex generators point three in the direction of flow extending, freely flowed areas, one of which the roof and the other two form the side surfaces.
- the side surfaces are flush with the same duct wall and together form an arrow angle ⁇ .
- the roof area lies with a sell across the channel Edge on the same duct wall as the side surfaces and the longitudinal edges of the roof surface that are flush are with the longitudinal ones protruding into the flow channel Edges of the side surfaces run under one Angle of attack ⁇ to the duct wall.
- They are also half vortex generators possible where only one of the two side surfaces of the vortex generator with an arrow angle ⁇ / 2 while the other side is straight and in Flow direction is aligned.
- the connecting edges of Two opposite vortex generators can do this lie on the same radial or by half a division be offset.
- a device for premixing air and fuel is in a mixing channel prior to combustion in gas turbines known with a number of inner and outer independent and opposite to each other rotating vortex generators.
- the outer vortex generators also contain blades Openings for the supply of liquid or gaseous fuel.
- Compressed air is introduced into the mixing channel via the inner and outer vortex generators, to create an intense shear area.
- the high pressure air becomes uniform there mixed with the fuel, minimizing contamination during combustion arise.
- the flame stability that can be achieved here is not always sufficient.
- the invention has for its object a premix burner for the combustion of gaseous and / or liquid
- the burner is characterized by a simple geometry and reliable operating behavior should honor.
- the burner is said to be within shortest Stretch an intimate mixture of combustion air and Fuel can be achieved with more uniform at the same time Speed distribution in the mixing zone, also with such a burner without using a mechanical Flame holder is certain to kick back the flame should be avoided.
- this is according to a premix burner Preamble of claim 1, which with a fuel supply system works, which is known from EP 0 619 456 A1 is achieved in that the vortex generators used generate such vortices, which after mixing the Fuel with the air of the fuel / air mixture flow leave a residual vortex that of the canal walls formed annular main flow channel with a constant Height a length downstream of the vortex generators and the fuel injection, which in the area between the 5 to 20 times its height and that the ring-shaped Main flow channel then by closing the inner cylinder wall to a circular main flow channel expanded.
- the advantages of the invention are that Fuel supply system and the use of vortex generators on the one hand an intensive complete mixture of fuel and combustion air in a very short mixing section without transfer areas and with a uniform speed profile takes place, which is a prerequisite for minimization is the NOx content and that on the other hand due to the the vortex generators generated residual vertebrae after the Mixture still present in the fuel / air mixture flow is what affects the recirculation zone positively the flame stability increases and the cross mix of the different Improved burner in an annular combustion chamber.
- the annular premix burner according to the invention is characterized by a simple geometry and is therefore structurally easy to manufacture.
- the recirculation zone which is used as an ignition source serves for incoming fresh fuel / air mixture, it is also necessary that after a sufficient Length of the annular pre-mix section of the inner cylinder closes. This can be done gradually in a convenient manner or take place suddenly, so that the main flow channel either gradually expanded or a sudden one Transition from the ring channel to the circular channel.
- the recirculation zone then forms in a circular cross-section.
- vortex generators are an advantage in the premix burner arranged, which is approximately the shape of a rectangular Have triangle of small thickness, the two flowed around triangular side surfaces parallel to each other run and together with the roof surface the connecting surface include, the roof surface with an edge and the Connection surface with an edge on the same duct wall fit like the two side walls.
- He shows a possible embodiment in a longitudinal section of the annular premix burner according to the invention.
- He consists essentially of two cylinders with each other different diameters, which are concentric to each other are arranged so that the inner cylinder wall 21a and outer cylinder wall 21b delimit an annular channel 20.
- Vortex generators 9 are arranged, their shape and mode of action described below becomes.
- the channel 20 has a constant height H and has a length L downstream of the vortex generators, which in the Range between 5 and 20 times its height H and the premixing section for combustion air 1 and gaseous Fuel 2 forms.
- piping 3 is immediate downstream of the vortex generators 9 gaseous fuel 2 via openings 4 in the outer cylinder wall 21b as a secondary flow injected into the main flow of the ring channel 20 and mixed with the combustion air 1.
- the contribution the gaseous fuel 2 could of course also on the inner cylinder wall 21a or best on both Walls 21a and 21b take place, as in the lower part of Fig. 1 is shown.
- the variant shown in FIG. 1 closes the premixing section gradually the inner cylinder wall 21a, so that the inner cylinder is completed by a cone tip becomes.
- the outer cylinder wall 21b narrows in the area the cone tip first, before moving on encloses a circular cross section in which forms a recirculation zone that acts as an ignition source for incoming fresh fuel / air mixture is used.
- FIG. 2 is a further embodiment variant of the annular Premix burner shown.
- the inner cylinder closes after a sufficient long premixing section (length L is approx. 5 to 20 times the channel height H) suddenly, so that the transition from the ring channel 20 to the circular channel, in which the recirculation zone 22 trained, abruptly.
- the gaseous fuel 2 is here through openings on the inner and outer cylinder attached immediately downstream of the vortex generators 9 annular fuel supply lines 5 as Secondary flow into that swirled by the vortex generators Main flow introduced and intense with the air mixed.
- FIG 3 shows a third variant of the premix burner.
- Ring channel 20 vortex generators 9 arranged, via which Air 1 is carried as the main flow and swirled before immediately downstream of the vortex generators 9 gaseous Fuel is injected.
- Air 1 is carried as the main flow and swirled before immediately downstream of the vortex generators 9 gaseous Fuel is injected.
- To enhance the vortex effect are upstream of the vortex generators 9 deflection blades 8 arranged in the ring channel 20.
- the same effect can be achieved when the main flow is tangential over the annulus Slots (not shown here) enters the annular space 20 and thereby receives a tangential speed component.
- the inner cylinder also closes gradually here however not to a cone tip, but to one Hemisphere.
- the vortex generators 9 installed in the ring channel 20 can have different shapes. Essential to the invention is that they create longitudinal vortices with no recirculation area and therefore a complete one within the shortest distance Enable the fuel to be mixed with the combustion air, on the other hand, after mixing in a residual vortex the flow remains, which runs along the wake of the inner Cylinder is present. This residual vortex affects the recirculation zone and on the one hand ensures a high Flame stability and on the other hand for a good cross mix of the various burners in the ring combustion chamber.
- Vortex generators 9 are half delta wings, i.e. (see FIG. 4) that a vortex generator 9 freely flowed around three Surfaces 10, 11, 12 which extends in the direction of flow extend and one of which is the roof surface 10 and the other two form the side surfaces 11, 13 that the Side surfaces 11, 13 flush with the same channel wall 21 are and a side surface 11 provided with an arrow angle ⁇ / 2 while the other side surface 13 is straight and in Direction of flow is aligned that the roof surface 10 with an edge running transversely to the channel 20 through which flow flows 15 abuts the same channel wall 21 as the side surfaces 11, 13, and that the longitudinal edges 12, 14 of the roof surface 10, which are flush with those in the flow channel 21 protruding longitudinal edges of the side surfaces 11, 13 run at an angle of attack ⁇ to the channel wall 21.
- the two side surfaces 11, 13 comprise a connecting edge 16 with each other, which together with the longitudinal Edges 12, 14 of roof surface 10 form a tip 18, the connecting edge in the radial of the curved channel wall 21 runs.
- the connecting edge 16 and / or the longitudinal edges 12, 14 of the roof surface 10 are there at least approximately sharp.
- the vortex generator works as follows: Flow around the edge 14 of the half arrow angle ⁇ / 2 provided side surface 11, the main flow into one Vortex converted, its axis in the axis of the main flow lies. On the straight side surface 13 in the direction of flow the main flow is aligned, there will be no vortex generated so that a swirl is forced on the flow and there is no vortex-neutral field. Will now be immediate downstream of the vortex generators 9 the fuel as described above introduced as a secondary flow into the main flow, this leads to an intensive mixing of the combustion air 1 and fuel 2.
- the vortex generator 9a has approximately the shape of a rectangular triangle of small thickness on, the two flowed around triangular side surfaces 11, 13 run parallel to each other and together with the Roof surface 10 comprise the connecting surface 19, the Roof surface 10 with an edge 15 and the connecting surface 19 rest with an edge 17 on the same channel wall as that two side walls 11, 13 and the side surfaces 11, 13 with the main flow direction of the incoming air form ⁇ .
- the roof surface 10 can also be concave or convex curved his. This has 9a compared to vortex generators with a straight roof surface the advantage of being the same Vortex strength can be generated with a lower pressure drop can.
- vortex generators 9a are extremely easy to manufacture, for example by punching out thin sheets. Because the width the roof area 10 in the vortex generators 9a is small is, vortex formation practically only occurs on one Side and there is a very large vortex that the Fuel / air mixture formation positively influenced.
- FIG. 6 shows a modified embodiment of the one in FIG. 5 shown vortex generator 9a, in which the two side surfaces 11 and 13 are not rectangular in shape Have triangles, but are trapezoidal. Also these vortex generators 9a are excellent for Vortex generation suitable.
- Figures 7 to 10 show different arrangement variants the vortex generators 9 and 9a in the ring channel 20 of the premix burner.
- vortex generators 9 according to FIG. 4 are both on the inner cylinder wall 21a, as well as on the outer cylinder wall 21b arranged. They have a height h that is almost the whole Fills channel height H.
- Fig. 8 are the vortex generators 9 that are on the inner Cylinder wall 21a are arranged smaller than that on the arranged outer wall 21b, its height h is only about H / 2, while the height h of the outer vortex generators 9 is equal to the channel height H.
- vortex generators 9 different geometries create vortices different strength, which is beneficial to flame stabilization necessary residual vertebrae.
- FIG. 9 shows an arrangement of vortex generators 9a with a 6.
- the height h corresponds to the channel height H, i.e. they fill the entire channel height H.
- the flattened part of the roof surface 13 is adjacent to the inner Cylinder wall 21a.
- the resulting eddies are with arrows characterized.
- FIG. 10 there is a variant of the arrangement of the vortex generators 9a shown in FIG. 5 in the ring channel 20.
- the vortex generators 9a are both on the inner cylinder wall 21a, and also arranged on the outer cylinder wall 21b, for example welded on.
- Two opposite Vortex generators 9a are each divided by half offset to each other in the circumferential direction, so that the twist direction Outside and inside is the same and the vertebrae are like add up to a large vortex that is both sufficient is for the complete mixing of air and fuel and then as a residual vortex for flame stabilization contributes.
- the premix burner is also excellent for operation with Partial load suitable because it is due to the geometry of the burner is easily possible, pilot gas or secondary gas directly into the recirculation zone. This will limit the stability of the burner enlarged.
Description
Die Erfindung betrifft einen Vormischbrenner für die Verbrennung von gasförmigem und/oder flüssigem Brennstoff, bei welchem der Brennstoff als Sekundärströmung in eine gasförmige, kanalisierte Hauptströmung eingedüst wird, wobei die Sekundärströmung einen wesentlich kleineren Massenstrom aufweist als die Hauptströmung.The invention relates to a premix burner for combustion of gaseous and / or liquid fuel, in which the fuel as a secondary flow in a gaseous, channeled main flow is injected, the secondary flow has a much smaller mass flow than the mainstream.
Aus EP 0 321 809 B1 ist ein Vormischbrenner bekannt, der sich durch niedrige NOx-Emissionswerte (ca. 25 ppm) und eine hohe Flammenstabilität auszeichnet. Dieser Vormischbrenner, auch Doppelkegelbrenner genannt, besteht aus hohlen, sich zu einem Körper ergänzenden Teilkegelkörpern mit tangentialen Lufteintrittsschlitzen für die vom Verdichter heranströmende Verbrennungsluft auf sowie Zuführungen für gasförmige und flüssige Brennstoffe, wobei die Mittelachsen der hohlen Teilkegelkörper eine in Strömungsrichtung sich erweiternde Kegelneigung aufweisen und in Längsrichtung zueinander versetzt verlaufen. Im Inneren des Brenners (Kegelspitze) ist eine Brennstoffdüse für den flüssigen Brennstoff angeordnet, durch die der Brennstoff in einem spitzen Winkel in den Hohlkegel eingedüst wird. Das entstehende kegelige Flüssigbrennstoffprofil wird von dem tangential rotierenden Verbrennungsluftstrom umschlossen, wobei in axialer Richtung die Konzentration des Brennstoffes infolge der Vermischung mit der Verbrennungsluft ständig abnimmt. Der Vormischbrenner kann auch mit gasförmigen Brennstoff bzw. im Mischbetrieb betrieben werden. Dabei geschieht die Gemischbildung des gasförmigen Brennstoffes mit der Verbrennungsluft bereits in den tangentialen Lufteintrittsschlitzen, in die der gasförmige Brennstoff über gleichmässig verteilte Düsen eingebracht wird.A premix burner is known from EP 0 321 809 B1 due to low NOx emission values (approx. 25 ppm) and a high one Flame stability distinguishes. This premix burner, too Called double cone burner, consists of hollow, one into one Partial conical bodies with tangential air inlet slots for the combustion air flowing in from the compressor on and feeders for gaseous and liquid Fuels, the central axes of the hollow partial cone body a widening taper in the direction of flow have and offset to each other in the longitudinal direction run. Inside the burner (cone tip) is one Fuel nozzle arranged for the liquid fuel through which the fuel at an acute angle into the hollow cone is injected. The resulting tapered liquid fuel profile is caused by the tangentially rotating combustion air flow enclosed, the concentration in the axial direction of fuel as a result of mixing with the combustion air is constantly decreasing. The premix burner can too operated with gaseous fuel or in mixed operation become. The mixture of the gaseous forms Fuel with the combustion air already in the tangential Air inlet slots into which the gaseous fuel is introduced via uniformly distributed nozzles.
Um eine verlässliche Zündung des Gemisches am Ausgang des Brenners und einen genügenden Ausbrand zu erzielen, ist eine innige Mischung des Brennstoffes mit der Luft erforderlich. Durch die Art der Eindüsung entstehen im Innenraum des Doppelkegelbrenners axial ausgerichtete Wirbel des Brennstoff/Luft-Gemisches. Wenn die Wirbelzahl einen kritischen Wert erreicht hat, erfolgt der Vortex Breakdown (Aufplatzen der Wirbel) und es bildet sich stromab des Brennerausganges eine stabile Flammenfront.To ensure reliable ignition of the mixture at the exit of the Achieving burners and sufficient burnout is one an intimate mixture of fuel and air is required. The type of injection creates inside the double-cone burner axially aligned vortex of the fuel / air mixture. If the vortex number is a critical value has reached, the vortex breakdown takes place Vortex) and it forms downstream of the burner outlet stable flame front.
Eine weitere dauerhafte Absenkung der Schadstoffemissionswerte der Doppelkegelbrenner, beispielsweise auf NOx-Werte kleiner 9 ppm, durch Veränderung der Betriebsbedingungen ist wegen der auftretenden Probleme bezüglich Flammenstabilität, Pulsation und der immer höheren Verbrennungstemperaturen nicht möglich.Another permanent reduction in pollutant emissions the double cone burner, for example to NOx values less than 9 ppm due to changes in operating conditions because of the problems with flame stability, Pulsation and the ever higher combustion temperatures not possible.
Ein weiterer Nachteil der Doppelkegelbrenner besteht in ihrer komplizierten geometrischen Form und den dadurch bedingten fertigungstechnischen Schwierigkeiten.Another disadvantage of the double-cone burner is its complicated geometric shape and the resulting manufacturing difficulties.
Aus EP 0 619 456 A1 ist ein Brennstoffzufuhrsystem für eine Brennkammer mit Vormischverbrennung bekannt, in welcher ein gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoff als Sekundärströmung in eine gasförmige, kanalisierte Hauptströmung eingedüst wird, wobei die Sekundärströmung einen wesentlich kleineren Massenstrom aufweist als die Hauptströmung und wobei der durchströmte Vormischkanal gekrümmte Wände aufweist. In einer Ausführungsform ist der Kanal ringförmig und an der äusseren als auch inneren Ringwand sind eine gleiche Anzahl von Wirbel-Generatoren in Umfangsrichtung aneinandergereiht.EP 0 619 456 A1 describes a fuel supply system for a Combustion chamber with premix combustion known, in which a gaseous and / or liquid fuel as a secondary flow injected into a gaseous, channeled main flow is, the secondary flow being a much smaller one Mass flow has as the main flow and where the flows through premix channel curved walls. In a Embodiment, the channel is annular and on the outer as well as inner ring wall are an equal number of vortex generators strung together in the circumferential direction.
Diese Wirbel-Generatoren weisen drei sich in Strömungsrichtung erstreckende, frei umströmte Flächen auf, von denen eine die Dach- und die beiden anderen die Seitenflächen bilden. Die Seitenflächen sind mit einer gleichen Kanalwand bündig und schliessen miteinander einen Pfeilwinkel α ein. Die Dachfläche liegt mit einer quer zum durchströmten Kanal verkaufenden Kante an dergleichen Kanalwand an wie die Seitenflächen und die längsgerichteten Kanten der Dachfläche, die bündig sind mit den in den Strömungskanal hineinragenden längsgerichteten Kanten der Seitenflächen, verlaufen unter einem Anstellwinkel Θ zur Kanalwand. Es sind auch halbe Wirbel-Generatoren möglich, bei denen nur die eine der beiden Seitenflächen des Wirbel-Generators mit einem Pfeilwinkel α/2 versehen ist, während die andere Seitenfläche gerade und in Strömungsrichtung ausgerichtet ist. Die Verbindungskanten von je zwei gegenüberliegenden Wirbel-Generatoren können dabei auf der gleichen Radialen liegen oder um eine halbe Teilung versetzt sein.These vortex generators point three in the direction of flow extending, freely flowed areas, one of which the roof and the other two form the side surfaces. The side surfaces are flush with the same duct wall and together form an arrow angle α. The roof area lies with a sell across the channel Edge on the same duct wall as the side surfaces and the longitudinal edges of the roof surface that are flush are with the longitudinal ones protruding into the flow channel Edges of the side surfaces run under one Angle of attack Θ to the duct wall. They are also half vortex generators possible where only one of the two side surfaces of the vortex generator with an arrow angle α / 2 while the other side is straight and in Flow direction is aligned. The connecting edges of Two opposite vortex generators can do this lie on the same radial or by half a division be offset.
Mit diesem bekannten Brennstoffzufuhrsystem nach EP 0 619 456 A1 wird erreicht, dass in einer sehr kurzen Strecke Brennluft und Brennstoff innig vermischt werden und gleichzeitig in der Mischzone eine gleichmässige Geschwindigkeitsverteilung erreicht wird. Aussagen bezüglich Erreichen einer ausreichenden Flammenstabilität fehlen aber hier. Da dieses Brennstoffzufuhrsystem für eine selbstzündende Brennkammer angewendet wird, ist in diesem Falle auch keine Flammenstabilisierung notwendig. With this known fuel supply system according to EP 0 619 456 A1 is achieved that combustion air in a very short distance and fuel are intimately mixed and at the same time in the Mixing zone achieved an even speed distribution becomes. Statements regarding reaching a sufficient Flame stability is missing here. Because this fuel delivery system used for a self-igniting combustion chamber is not flame stabilization in this case necessary.
Aus US 5 351 477 ist eine Vorrichtung zur Vormischung von Luft und Brennstoff in einem Mischkanal vor der Verbrennung in Gasturbinen bekannt mit einer Anzahl von inneren und äusseren voneinander unabhängigen und zueinander entgegengesetzt rotierenden Wirbelerzeugern. Die äusseren Wirbelerzeuger enthalten Schaufeln mit Öffnungen zur Zufuhr von flüssigem bzw. gasförmigem Brennstoff. Komprimierte Luft wird über die inneren und äusseren Wirbelerzeuger in den Mischkanal eingebracht, um ein intensives Schergebiet zu erzeugen. Dort wird die Hochdruckluft gleichförmig mit dem Brennstoff gemischt, wodurch minimale Verunreinigungen bei der Verbrennung entstehen. Allerdings ist die hierbei erreichbare Flammenstabilität nicht immer ausreichend. From US 5 351 477 a device for premixing air and fuel is in a mixing channel prior to combustion in gas turbines known with a number of inner and outer independent and opposite to each other rotating vortex generators. The outer vortex generators also contain blades Openings for the supply of liquid or gaseous fuel. Compressed air is introduced into the mixing channel via the inner and outer vortex generators, to create an intense shear area. The high pressure air becomes uniform there mixed with the fuel, minimizing contamination during combustion arise. However, the flame stability that can be achieved here is not always sufficient.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vormischbrenner für die Verbrennung von gasförmigem und/oder flüssigem Brennstoff zu entwickeln, mit dem extrem niedrige NOx-Emissionen erreicht werden, wobei sich der Brenner durch eine einfache Geometrie und ein zuverlässiges Betriebsverhalten auszeichnen soll. Bei dem Brenner soll innerhalb kürzester Strecke eine innige Vermischung von Verbrennungsluft und Brennstoff erreicht werden bei gleichzeitiger gleichmässiger Geschwindigkeitsverteilung in der Mischzone, wobei ferner mit einem solchen Brenner ohne Verwendung eines mechanischen Flammenhalters ein Rückschlagen der Flamme mit Sicherheit vermieden werden soll.The invention has for its object a premix burner for the combustion of gaseous and / or liquid To develop fuel with extremely low NOx emissions can be reached, the burner is characterized by a simple geometry and reliable operating behavior should honor. The burner is said to be within shortest Stretch an intimate mixture of combustion air and Fuel can be achieved with more uniform at the same time Speed distribution in the mixing zone, also with such a burner without using a mechanical Flame holder is certain to kick back the flame should be avoided.
Erfindungsgemäss wird dies bei einem Vormischbrenner gemäss
Oberbegriff des Patentanspruches 1, welcher mit einem Brennstoffzufuhrsystem
arbeitet, das aus EP 0 619 456 A1 bekannt
ist, dadurch erreicht, dass die verwendeten Wirbel-Generatoren
solche Wirbel erzeugen, welche nach der Mischung des
Brennstoffes mit der Luft der Brennstoff/Luft-Gemischströmung
einen Restwirbel hinterlassen, dass der von den Kanalwänden
gebildete ringförmige Hauptströmungskanal mit einer konstanten
Höhe eine Länge stromabwärts der Wirbel-Generatoren und
der Brennstoffeindüsung aufweist, die im Bereich zwischen dem
5- bis 20-fachen seiner Höhe liegt und dass sich der ringförmige
Hauptströmungskanal anschliessend durch Schliessung der
inneren Zylinderwand zu einem kreisförmigen Hauptströmungskanal
erweitert.According to the invention, this is according to a premix burner
Preamble of
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass durch das Brennstoffzufuhrsystem und den Einsatz der Wirbel-Generatoren einerseits eine intensive vollständige Mischung von Brennstoff und Verbrennungsluft in einer sehr kurzen Mischstrecke ohne Ablösegebiete und mit gleichmässigem Geschwindigkeitsprofil erfolgt, was eine Voraussetzung für eine Minimierung der NOx-Gehalte ist und dass andererseits auf Grund des von den Wirbel-Generatoren erzeugten Restwirbels, der nach der Mischung in der Brennstoff/Luft-Gemischströmung noch vorhanden ist, die Rezirkulationszone positiv beeinflusst wird, was die Flammenstabilität erhöht und die Quermischung der verschiedenen Brenner in einer ringförmigen Brennkammer verbessert. Der erfindungsgemässe ringförmige Vormischbrenner zeichnet sich weiterhin durch eine einfache Geometrie aus und ist deshalb konstruktiv leicht herstellbar.The advantages of the invention are that Fuel supply system and the use of vortex generators on the one hand an intensive complete mixture of fuel and combustion air in a very short mixing section without transfer areas and with a uniform speed profile takes place, which is a prerequisite for minimization is the NOx content and that on the other hand due to the the vortex generators generated residual vertebrae after the Mixture still present in the fuel / air mixture flow is what affects the recirculation zone positively the flame stability increases and the cross mix of the different Improved burner in an annular combustion chamber. The annular premix burner according to the invention is characterized by a simple geometry and is therefore structurally easy to manufacture.
Zur Ausbildung der Rezirkulationszone, welche als Zündquelle für heranströmendes frisches Brennstoff/Luft-Gemisch dient, ist es ausserdem notwendig, dass sich nach einer ausreichenden Länge des ringförmigen Vormischstrecke der innere Zylinder schliesst. Das kann in zweckmässiger Weise allmählich oder sprunghaft erfolgen, so dass sich der Hauptströmungskanal entweder allmählich erweitert oder aber ein plötzlicher Übergang vom Ringkanal zum Kreiskanal erfolgt. Die Rezirkulationszone bildet sich dann im kreisförmigen Querschnitt aus.To form the recirculation zone, which is used as an ignition source serves for incoming fresh fuel / air mixture, it is also necessary that after a sufficient Length of the annular pre-mix section of the inner cylinder closes. This can be done gradually in a convenient manner or take place suddenly, so that the main flow channel either gradually expanded or a sudden one Transition from the ring channel to the circular channel. The recirculation zone then forms in a circular cross-section.
Es ist vorteilhaft, wenn "halbe" Wirbel-Generatoren des Deltawing-Typs verwendet werden, wobei ein Wirbel-Generatoren drei frei umströmte Flächen aufweist, die sich in Strömungsrichtung erstrecken und von denen eine die Dachfläche und die beiden anderen die Seitenflächen bilden, dass die Seitenflächen mit einer gleichen Kanalwand bündig sind und eine Seitenfläche mit einem halben Pfeilwinkel versehen ist, während die andere Seitenfläche gerade und in Strömungsrichtung ausgerichtet ist, dass die Dachfläche mit einer quer zum durchströmten Ringkanal verlaufenden Kante an der gleichen Kanalwand anliegt wie die Seitenflächen, und dass die längsgerichteten Kanten der Dachfläche, die bündig sind mit den in den Strömungskanal hineinragenden längsgerichteten Kanten der Seitenflächen unter einem Anstellwinkel zur Kanalwand verlaufen. It is advantageous if "half" vortex generators of the Deltawing type be used with a vortex generator has three freely flowing surfaces, which are in the direction of flow extend and one of which is the roof area and the the other two form the side faces that the side faces are flush with the same duct wall and one side surface is provided with a half arrow angle, while the other side surface is aligned straight and in the direction of flow is that the roof area with a cross to the flow Ring channel running edge on the same channel wall rests like the side faces, and that the longitudinal Edges of the roof surface that are flush with those in the Flow channel protruding longitudinal edges of the Side surfaces run at an angle to the duct wall.
Bei Verwendung dieses Typs von Wirbel-Generatoren, die in Umfangsrichtung aneinandergereiht sind, kombinieren sich die Wirbel, die alle den gleichen Drehsinn aufweisen, zu einen grossen rotierenden Wirbel.When using this type of vortex generators working in the circumferential direction are strung together, they combine Vertebrae, which all have the same sense of rotation, in one large rotating vortex.
Schliesslich werden mit Vorteil im Vormischbrenner Wirbel-Generatoren angeordnet, welche annähernd die Form eines rechtwinkligen Dreieckes geringer Dicke aufweisen, wobei die beiden umströmten dreieckigen Seitenflächen parallel zueinander verlaufen und gemeinsam mit der Dachfläche die Verbindungsfläche umfassen, wobei die Dachfläche mit einer Kante und die Verbindungsfläche mit einer Kante an der gleichen Kanalwand anliegen wie die beiden Seitenwände.Finally, vortex generators are an advantage in the premix burner arranged, which is approximately the shape of a rectangular Have triangle of small thickness, the two flowed around triangular side surfaces parallel to each other run and together with the roof surface the connecting surface include, the roof surface with an edge and the Connection surface with an edge on the same duct wall fit like the two side walls.
Werden diese Wirbel-Generatoren über den Umfang der beiden Zylinderwänden gleichmässig verteilt angeordnet und zwar so, dass zwei sich gegenüberliegende Wirbelgeneratoren jeweils um eine halbe Teilung versetzt sind, dann ist die Drallrichtung an den sich gegenüberliegenden Wirbel-Generatoren gleich und die Hauptströmung bekommt einen recht grossen Drall aufgezwungen, der sowohl für eine vollständige Mischung mit dem Brennstoff reicht, als auch einen Restwirbel für die Flammenstabilisation bereitstellt.These vortex generators are beyond the scope of the two Cylinder walls arranged evenly distributed and so that that two opposite vortex generators each around half a pitch are offset, then the twist direction on the opposite vortex generators the same and the mainstream is forced to swirl a lot, of both for a complete mix with the Fuel is enough, as well as a residual vortex for flame stabilization provides.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantages of the invention emerge from the subclaims.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt.In the drawing are several embodiments of the invention shown schematically.
Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Längsschnitt eines erfindungsgemässen Vormischbrenners;
- Fig. 2
- einen Teillängsschnitt einer zweiten Ausführungsvariante des Vormischbrenners;
- Fig. 3
- einen Teillängsschnitt einer dritten Ausführungsvariante des Vormischbrenners;
- Fig. 4
- eine perspektivische Darstellung eines "halben" Wirbel-Generators des Delta-Flügel-Typs;
- Fig. 5
- eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsvariante des Wirbel-Generators;
- Fig. 6
- eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsvariante des Wirbel-Generators;
- Fig. 7
- eine Anordnungsvariante der Wirbel-Generatoren nach Fig. 4 im Ringkanal;
- Fig. 8
- eine weitere Anordnungsvariante der Wirbel-Generatoren nach Fig. 4 im Ringkanal;
- Fig. 9
- eine Anordnungsvariante der Wirbel-Generatoren nach Fig. 6 im Ringkanal;
- Fig. 10
- eine Anordnungsvariante der Wirbel-Generatoren nach Fig. 5 im Ringkanal.
- Fig. 1
- a longitudinal section of a premix burner according to the invention;
- Fig. 2
- a partial longitudinal section of a second embodiment of the premix burner;
- Fig. 3
- a partial longitudinal section of a third embodiment of the premix burner;
- Fig. 4
- a perspective view of a "half" vortex generator of the delta wing type;
- Fig. 5
- a perspective view of another embodiment of the vortex generator;
- Fig. 6
- a perspective view of a further embodiment of the vortex generator;
- Fig. 7
- an arrangement variant of the vortex generators according to Figure 4 in the ring channel.
- Fig. 8
- a further arrangement variant of the vortex generators according to Figure 4 in the ring channel.
- Fig. 9
- a variant of the arrangement of the vortex generators of Figure 6 in the ring channel.
- Fig. 10
- a variant of the arrangement of the vortex generators according to FIG. 5 in the ring channel.
Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind erfindungsunwesentliche Elemente, beispielsweise Gehäuse, Befestigungen und Leitungsdurchführungen. Die Strömungsrichtung der Arbeitsmittel ist mit Pfeilen bezeichnet.It is only essential for understanding the invention Elements shown. Not essential to the invention are not shown Elements such as housings, fastenings and Cable bushings. The flow direction of the work equipment is marked with arrows.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der Fig. 1 bis 10 näher erläutert.The invention is described below using exemplary embodiments and FIGS. 1 to 10 explained in more detail.
Fig. 1 zeigt in einem Längsschnitt eine mögliche Ausführungsform
des erfindungsgemässen ringförmigen Vormischbrenners. Er
besteht im wesentlichen aus zwei Zylindern mit voneinander
verschiedenem Durchmesser , welche konzentrisch zueinander
angeordnet sind, so dass die inneren Zylinderwand 21a und die
äussere Zylinderwand 21b einen Ringkanal 20 begrenzen. Im
Eintrittsbereich des Kanals 20 sind Wirbel-Generatoren 9 angeordnet,
deren Form und Wirkungsweise weiter unten beschrieben
wird. Der Kanal 20 weist eine konstante Höhe H auf und
hat stromabwärts der Wirbel-Generatoren eine Länge L, die im
Bereich zwischen dem 5- bis 20-fachen seiner Höhe H liegt und
die Vormischstrecke für Verbrennungsluft 1 und gasförmigen
Brennstoff 2 bildet. Über Rohrleitungen 3 wird unmittelbar
stromabwärts der Wirbel-Generatoren 9 gasförmiger Brennstoff
2 über Öffnungen 4 in der äusseren Zylinderwand 21b als Sekundärströmung
in die Hauptströmung des Ringkanals 20 eingedüst
und mit der Verbrennungsluft 1 vermischt. Die Einbringung
des gasförmigen Brennstoffes 2 könnte selbstverständlich
auch an der inneren Zylinderwand 21a bzw. am besten an beiden
Wänden 21a und 21b erfolgen, wie im unteren Teilbild von Fig.
1 dargestellt ist.1 shows a possible embodiment in a longitudinal section
of the annular premix burner according to the invention. He
consists essentially of two cylinders with each other
different diameters, which are concentric to each other
are arranged so that the
Bei der in Fig. 1 dargestellten Variante schliesst sich nach
der Vormischstrecke die innere Zylinderwand 21a allmählich,
so dass der innere Zylinder von einer Kegelspitze abgeschlossen
wird. Die äussere Zylinderwand 21b verengt sich im Bereich
der Kegelspitze zunächst ebenfalls, bevor sie dann
einen kreisförmigen Querschnitt umschliesst, in welchem sich
eine Rezirkulationszone ausbildet, die als Zündquelle für ankommendes
frisches Brennstoff/Luft-Gemisch dient.The variant shown in FIG. 1 closes
the premixing section gradually the
In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsvariante des ringförmigen
Vormischbrenners dargestellt. Im Unterschied zu Fig. 1
schliesst sich hier der innere Zylinder nach einer genügend
langen Vormischstrecke (Länge L ist ca. das 5- bis 20-fache
der Kanalhöhe H) plötzlich, so dass der Übergang vom Ringkanal
20 zum Kreiskanal, in dem sich die Rezirkulationszone
22 ausbildet, abrupt erfolgt. Der gasförmige Brennstoff 2
wird hierbei über Öffnungen von am inneren und äusseren Zylinder
unmittelbar stromabwärts der Wirbel-Generatoren 9 angebrachten
ringförmigen Brennstoffzuführungsleitungen 5 als
Sekundärströmung in die durch die Wirbel-Generatoren verwirbelte
Hauptströmung eingebracht und intensiv mit der Luft
vermischt.2 is a further embodiment variant of the annular
Premix burner shown. In contrast to Fig. 1
here the inner cylinder closes after a sufficient
long premixing section (length L is approx. 5 to 20 times
the channel height H) suddenly, so that the transition from the
Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsvariante des Vormischbrenners.
Wie in den obigen Beispielen sind auch hier im
Ringkanal 20 Wirbel-Generatoren 9 angeordnet, über die die
Luft 1 als Hauptströmung geführt und verwirbelt wird, bevor
unmittelbar stromab der Wirbel-Generatoren 9 gasförmiger
Brennstoff eingedüst wird. Zwecks Verstärkung des Wirbel-Effektes
sind stromauf der Wirbel-Generatoren 9 Umlenkschaufeln
8 im Ringkanal 20 angeordnet. Der gleiche Effekt kann erzielt
werden, wenn die Hauptströmung den Ringraum über tangentiale
Schlitze (hier nicht dargestellt) in den Ringraum 20 gelangt
und dadurch eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente erhält.
Der innere Zylinder schliesst sich auch hier allmählich,
allerdings nicht zu einer Kegelspitze, sondern zu einer
Halbkugel. Im inneren Zylinder sind Leitungen 6 für die Zufuhr
von flüssigem Brennstoff 7 angeordnet, welcher am Ende
der Vormischstrecke für die Verbrennungsluft 1 und den gasförmigen
Brennstoff 2 aus im halbkugelförmigen Ende des inneren
Zylinders angeordneten Düsen in den kreisförmigen Querschnitt
des Brenners eingedüst wird.3 shows a third variant of the premix burner.
As in the examples above, here too
Selbstverständlich kann in einer anderen, nicht zeichnerisch
dargestellten Ausführungsvariante anstelle der Eindüsung von
gasförmigem Brennstoff 2 in den Ringkanal 20 auch flüssiger
Brennstoff 7, beispielsweise über eine Brennstofflanze eingebracht
werden und mit der durch die Wirbel-Generatoren verwirbelten
Luft im Ringraum 20 vermischt werden.Of course, in another, not drawing
shown embodiment instead of the injection of
Die im Ringkanal 20 installierten Wirbel-Generatoren 9 können
unterschiedliche Formen aufweisen. Wesentlich für die Erfindung
ist, dass sie Längswirbel ohne Rezirkulationsgebiet erzeugen
und dadurch innerhalb kürzester Strecke eine vollständige
Mischung des Brennstoffes mit der Verbrennungsluft ermöglichen,
andererseits nach dem Mischen ein Restwirbel in
der Strömung verbleibt, welcher längs des Nachlaufes des inneren
Zylinders vorhanden ist. Dieser Restwirbel beeinflusst
die Rezirkulationszone und sorgt einerseits für eine hohe
Flammenstabilität und andererseits für eine gute Quermischung
der verschiedenen Brenner in der Ringbrennkammer.The
Die in den obigen Ausführungsbeispielen schematisch abgebildete
Wirbel-Generatoren 9 sind halbe Delta-Flügel, d.h.
(siehe Fig. 4) dass ein Wirbel-Generator 9 drei frei umströmte
Flächen 10, 11, 12 aufweist, die sich in Strömungsrichtung
erstrecken und von denen eine die Dachfläche 10 und
die beiden anderen die Seitenflächen 11, 13 bilden, dass die
Seitenflächen 11, 13 mit einer gleichen Kanalwand 21 bündig
sind und eine Seitenfläche 11 mit einem Pfeilwinkel α/2 versehen
ist, während die andere Seitenfläche 13 gerade und in
Strömungsrichtung ausgerichtet ist, dass die Dachfläche 10
mit einer quer zum durchströmten Kanal 20 verlaufenden Kante
15 an der gleichen Kanalwand 21 anliegt wie die Seitenflächen
11, 13, und dass die längsgerichteten Kanten 12, 14 der Dachfläche
10, die bündig sind mit den in den Strömungskanal 21
hineinragenden längsgerichteten Kanten der Seitenflächen 11,
13 unter einem Anstellwinkel Θ zur Kanalwand 21 verlaufen.
Die beiden Seitenflächen 11, 13 umfassen eine Verbindungskante
16 miteinander, welche zusammen mit den längsgerichteten
Kanten 12, 14 der Dachfläche 10 eine Spitze 18 bildet,
wobei die Verbindungskante in der Radialen der gekrümmten Kanalwand
21 verläuft. Die Verbindungskante 16 und/oder die
längsgerichteten Kanten 12, 14 der Dachfläche 10 sind dabei
zumindestens annähernd scharf ausgebildet.The schematically depicted in the above exemplary
In den Figuren 4 bis 6 ist der eigentliche Kanal, der von einer mit grossem Pfeil symbolisierten Hauptströmung durchströmt ist, nicht dargestellt. In Figures 4 to 6 is the actual channel that of one flows through the main flow symbolized by a large arrow is not shown.
Es ist von Vorteil, wenn die Verbindungskante 16 der in der
Fig. 4 beschriebenen Wirbel-Generatoren 9 die stromabwärtige
Kante des Wirbel-Generators 9 bildet und die quer zum durchströmten
Kanal 20 verlaufende Kante 15 der Dachfläche 10 die
von der Hauptströmung zuerst beaufschlagte Kante ist, weil
sich dadurch der Wirbel besonders gut aufbauen kann.It is advantageous if the connecting
Die Wirkungsweise des Wirbel-Generators ist folgende: Beim
Umströmen der Kante 14 der mit dem halben Pfeilwinkel α/2
versehenen Seitenfläche 11 wird die Hauptströmung in einen
Wirbel umgewandelt, dessen Achse in der Achse der Hauptströmung
liegt. An der geraden Seitenfläche 13, die in Strömungsrichtung
der Hauptströmung ausgerichtet ist, wird kein Wirbel
erzeugt, so dass der Strömung ein Drall aufgezwungen wird und
kein wirbelneutrales Feld vorliegt. Wird nun unmittelbar
stromab der Wirbel-Generatoren 9 der Brennstoff wie oben beschrieben
als Sekundärströmung in die Hauptströmung eingeleitet,
so kommt es zu einer intensiven Vermischung der Verbrennungsluft
1 und des Brennstoffes 2.The vortex generator works as follows:
Flow around the
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Wirbel-Generators
9a, welcher für den erfindungsgemässen Vormischbrenner
eingesetzt werden kann. Der Wirbel-Generator 9a weist annähernd
die Form eines rechtwinkligen Dreiecks geringer Dicke
auf, wobei die beiden umströmten dreieckigen Seitenflächen
11, 13 parallel zueinander verlaufen und gemeinsam mit der
Dachfläche 10 die Verbindungsfläche 19 umfassen, wobei die
Dachfläche 10 mit einer Kante 15 und die Verbindungsfläche 19
mit einer Kante 17 an der gleichen Kanalwand anliegen wie die
beiden Seitenwände 11, 13 und die Seitenflächen 11, 13 mit
der Hauptströmungsrichtung der ankommenden Luft einen Winkel
β bilden. Die Dachfläche 10 kann auch konkav oder konvex gekrümmt
sein. Das hat im Vergleich zu Wirbel-Generatoren 9a
mit einer geraden Dachfläche den Vorteil, dass die gleiche
Wirbelstärke bei einem geringeren Druckabfall erzeugt werden
kann. Ein weiterer Vorteil der Wirbel-Generatoren 9a besteht
darin, dass sie äusserst einfach hergestellt werden können,
beispielsweise durch Ausstanzen dünner Bleche. Da die Breite
der Dachfläche 10 bei den Wirbel-Generatoren 9a äussert gering
ist, erfolgt praktisch die Wirbelbildung nur an einer
Seite und es entsteht ein sehr grosser Wirbel, der die
Brennstoff/Luft-Gemischbildung positiv beeinflusst.5 shows a further embodiment of a
Fig. 6 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des in Fig. 5
dargestellten Wirbel-Generators 9a, bei dem die beiden Seitenflächen
11 und 13 nicht die Form eines rechtwinkligen
Dreiecks haben, sondern trapezförmig ausgebildet sind. Auch
diese Wirbel-Generatoren 9a sind hervorragend zur
Wirbelerzeugung geeignet.FIG. 6 shows a modified embodiment of the one in FIG. 5
shown
Die Figuren 7 bis 10 zeigen verschiedene Anordnungsvarianten
der Wirbel-Generatoren 9 bzw. 9a im Ringkanal 20 des Vormischbrenners.Figures 7 to 10 show different arrangement variants
the
In Fig. 7 sind Wirbel-Generatoren 9 nach Fig. 4 sowohl an der
inneren Zylinderwand 21a, als auch an der äusseren Zylinderwand
21b angeordnet. Sie haben eine Höhe h, die fast die gesamte
Kanalhöhe H ausfüllt.In FIG. 7,
In Fig. 8 sind die Wirbel-Generatoren 9, die an der inneren
Zylinderwand 21a angeordnet sind kleiner als die an der
äusseren Wand 21b angeordneten, ihre Höhe h beträgt nur ca.
H/2, während die Höhe h der äusseren Wirbel-Generatoren 9
gleich der Kanalhöhe H ist. Durch den Einsatz von Wirbel-Generatoren
9 unterschiedlicher Geometrie entstehen Wirbel
unterschiedlicher Stärke, was sich günstig auf den zur Flammenstabilisierung
notwendigen Restwirbel auswirkt.In Fig. 8 are the
Fig. 9 zeigt eine Anordnung von Wirbel-Generatoren 9a mit einer
Geometrie gemäss Fig. 6. Ihre Höhe h entspricht der Kanalhöhe
H, d.h sie füllen die gesamte Kanalhöhe H aus. Der
abgeflachte Teil der Dachfläche 13 grenzt dabei an die innere
Zylinderwand 21a. Die entstehenden Wirbel sind mit Pfeilen
gekennzeichnet.9 shows an arrangement of
Schliesslich ist in Fig. 10 eine Anordnungsvariante der Wirbel-Generatoren
9a gemäss Fig. 5 im Ringkanal 20 dargestellt.
Die Wirbel-Generatoren 9a sind sowohl an der inneren Zylinderwand
21a, als auch an der äusseren Zylinderwand 21b angeordnet,
beispielsweise aufgeschweisst. Zwei gegenüberliegenden
Wirbel-Generatoren 9a sind jeweils um eine halbe Teilung
zueinander in Umfangsrichtung versetzt, so dass die Drallrichtung
Aussen und Innen gleich ist und die Wirbel sich wie
gewünscht zu einem grossen Wirbel summieren, der sowohl ausreichend
ist zur vollständigen Mischung von Luft und Brennstoff
als auch anschliessend als Restwirbel zur Flammenstabilisierung
beiträgt.Finally, in FIG. 10 there is a variant of the arrangement of the
Der Vormischbrenner ist auch vorzüglich für den Betrieb bei Teillast geeignet, weil es aufgrund der Geometrie des Brenners problemlos möglich ist, Pilotgas bzw. Sekundärgas direkt in die Rezirkulationszone einzudüsen. Dadurch wird die Stabilitätsgrenze des Brenners vergrössert.The premix burner is also excellent for operation with Partial load suitable because it is due to the geometry of the burner is easily possible, pilot gas or secondary gas directly into the recirculation zone. This will limit the stability of the burner enlarged.
Eine mögliche Rückschlaggefahr existiert beim erfindungsgemässen Brenner nicht, da hohe Strömungsgeschwindigkeiten in der Mischzone vorherrschen und durch die Wahl des oben beschriebenen Wirbel-Generator-Typs keine Rezirkulationsgebiete in der Mischzone erzeugt werden. Es ist ausserdem problemlos möglich, mit mehreren erfindungsgemässen Vormischbrennern eine Ringbrennkammer zu betreiben. A possible risk of kickback exists in the case of the invention Burner not because high flow rates in prevail in the mixing zone and by choosing the one described above Vortex generator type no recirculation areas generated in the mixing zone. It is also easy possible with several premix burners according to the invention to operate an annular combustion chamber.
- 11
- VerbrennungsluftCombustion air
- 22nd
- Brennstofffuel
- 33rd
- Rohrleitungpipeline
- 44th
- Öffnung in Pos. 21Opening in pos. 21
- 55
- RingleitungLoop
- 66
- Leitung für flüssigen BrennstoffLiquid fuel line
- 77
- flüssiger Brennstoffliquid fuel
- 88th
- UmlenkschaufelDeflector blade
- 9,9a9.9a
- Wirbel-GeneratorVortex generator
- 1010th
- DachflächeRoof area
- 1111
- SeitenflächeSide surface
- 1212th
- LängskanteLong edge
- 1313
- SeitenflächeSide surface
- 1414
- LängskanteLong edge
- 1515
-
quer verlaufende Kante von Pos. 10transverse edge of
item 10 - 1616
- VerbindungskanteConnecting edge
- 1717th
- Kante von 19Edge of 19th
- 1818th
- Spitzetop
- 1919th
- VerbindungsflächeInterface
- 2020th
- RingkanalRing channel
- 21a,b21a, b
- ZylinderwandCylinder wall
- 2222
- RezirkulationszoneRecirculation zone
- αα
- PfeilwinkelArrow angle
- ββ
-
Winkel zwischen Hauptströmungsrichtung und Pos. 13Angle between the main flow direction and
item 13 - ΘΘ
- AnstellwinkelAngle of attack
- hH
- Höhe von Pos. 9, 9aHeight of pos. 9, 9a
- HH
-
Höhe von Pos. 20Height of
item 20 - LL
-
Länge von Pos. 20Length of
item 20
Claims (17)
- Premix burner for the combustion of gaseous and/or liquid fuel, the premix burner working with a fuel-feed system, in which the fuel is injected as secondary flow into a gaseous, ducted main flow, the secondary flow having a substantially smaller mass flow than the main flow, the premix duct (20) through which flow occurs being annular and being defined by an inner (21a) and an outer cylinder wall (21b), which cylinder walls (21a, 21b) each have a constant radius along the length (L) of the duct (20), and the main flow being guided via vortex generators (9, 9a) which generate longitudinal vortices without a recirculation area and of which a plurality are arranged next to one another over the periphery of the annular duct (20) on at least one duct wall (21), and means for injecting fuel being arranged directly downstream of the vortex generators (9, 9a) on the inner and/or outer duct wall (21a, 21b), whereinthe vortex generators (9, 9a) generate such vortices which leave behind a residual vortex after the complete mixing of the fuel with the air of the fuel/air mixture flow,the length (L) of the annular main flow duct (20) of constant height (H) and formed by the duct walls (21a, 21b) downstream of the vortex generators (9) and the fuel injection is in the region of 5 to 20 times its height (H), andthe annular main flow duct (20) subsequently widens by closing the inner cylinder wall (21a) to form a circular main flow duct.
- Premix burner according to Claim 1, characterized in that the main flow duct widens gradually.
- Premix burner according to Claim 1, characterized in that the main flow duct widens abruptly.
- Premix burner according to Claim 1, characterized in thata vortex generators [sic] (9) has three surfaces (10, 11, 12) around which flow occurs freely and which extend in the direction of flow and of which one forms the top surface (10) and the other two form the side surfaces (11, 13),in that the side surfaces (11, 13) are flush with the same duct wall (21) and one side surface (11) is provided with a half sweepback angle (α/2), whereas the other side surface (13) is straight and oriented in the direction of flow,in that the top surface (10), with an edge (15) running transversely to the duct (20) through which flow occurs, bears against the same duct wall (21) as the side surfaces (11, 13),and in that the longitudinally directed edges (12, 14) of the top surface (10), which are flush with the longitudinally directed edges of the side surfaces (11, 13) projecting into the flow duct (21) [sic], run at a setting angle () to the duct wall (21).
- Premix burner according to Claim 4, characterized in that the two side surfaces (11, 13) enclose a connecting edge (16) with one another which together with the longitudinally directed edges (12, 14) of the top surface (10) forms a point (18), and in that the connecting edge runs in the radial line of the curved duct wall (21).
- Premix burner according to Claim 4, characterized in that the connecting edge (16) and/or the longitudinally directed edges (12, 14) of the top surface are designed to be more or less sharp.
- Premix burner according to Claim 6, characterized in that the connecting edge (16) forms the downstream edge of the vortex generator (9), and the edge (15) of the top surface (10) running transversely to the duct (20) through which flow occurs is the edge acted upon first by the main flow.
- Premix burner according to Claim 1, characterized in that the vortex generators (9a) have approximately the shape of a right-angled triangle of small thickness, the two triangular side surfaces (11, 13) around which flow occurs run parallel to one another and enclose together with the top surface (10) the connecting surface (19), the top surface (10) with an edge (15) and the connecting surface (19) with an edge (17) bearing against the same duct wall as the two side walls (11, 13), and the side surfaces (11, 13) forming an angle (β) with the main flow direction of the incoming air.
- Premix burner according to Claim 8, characterized in that the side surfaces (11, 13) of the vortex generators (9a) are of trapezoidal design.
- Premix burner according to Claim 8, characterized in that the top surface (10) is designed to be convex or concave.
- Premix burner according to Claim 8 or 9, characterized in that the connecting surface (19) forms the downstream surface of the vortex generator (9a), and the edge (15) of the top surface (10) running transversely to the duct (20) through which flow occurs is the edge acted upon first by the main flow.
- Premix burner according to one of Claims 4, 8 or 9, characterized in that the height (h) of the vortex generator (9, 9a) corresponds to the height (H) of the duct (20).
- Premix burner according to Claim 4 or 9, characterized in that an identical number of vortex generators (9, 9a) are arranged on the inner duct wall (21a) and on the outer duct wall (21b), in which case two opposite vortex generators (9, 9a) each are offset by half a pitch.
- Premix burner according to Claim 4 or 9, characterized in that an identical number of vortex generators (9, 9a) are arranged on the inner duct wall (21a) and on the outer duct wall (21b), the inner and the outer vortex generators (9, 9a) having a different geometry.
- Premix burner according to Claim 1, characterized in that gaseous fuel is fed via openings in the inner and/or outer duct wall (21a, 21b) downstream of the vortex generators (9, 9a).
- Premix burner according to Claim 1, characterized in that liquid fuel is injected via a lance arranged downstream of the vortex generators (9, 9a).
- Premix burner according to Claim 15 or 16, characterized in that additionally, liquid fuel is injected at the end of the inner cylinder.
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