EP0778445A2 - Premix burner - Google Patents
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- EP0778445A2 EP0778445A2 EP96810791A EP96810791A EP0778445A2 EP 0778445 A2 EP0778445 A2 EP 0778445A2 EP 96810791 A EP96810791 A EP 96810791A EP 96810791 A EP96810791 A EP 96810791A EP 0778445 A2 EP0778445 A2 EP 0778445A2
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- premix burner
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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
- 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
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- 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, consisting essentially of at least two partial cone bodies nested one inside the other in the flow direction, the respective cone axes of which are offset from a central axis, as a result of which tangential slots are formed for the combustion air.
- Such premix burners are known, for example, from EP-B1-0 321 809.
- the flame itself is stabilized by the recirculation zone in front of the burner without the need for a mechanical flame holder.
- the thermoacoustic behavior of such burners is normally stable and they are characterized by a simple and inexpensive construction.
- gas inflow openings distributed in the longitudinal direction are provided in the region of the tangential slots formed by the two conical half-shells in the walls of the two partial bodies.
- the mixture formation with the combustion air therefore begins in the zone of the inlet slots.
- a fuel nozzle for liquid fuel is arranged at the tip of the conical half-shells.
- the fuel is injected into the hollow cone at an acute angle.
- the resulting conical fuel profile is enclosed by the tangentially flowing air.
- concentration of the fuel is continuously reduced due to the mixing with the compressed air.
- the injection angle of the fuel is determined by the opening angle of the premix burner.
- the small opening angle makes it difficult to mix liquid and gaseous fuel well, which can lead to increased pollutant emissions.
- the invention has for its object to reduce the pollutant emission in a premix burner of the type mentioned and to stabilize the backflow zone.
- a feed lance is arranged which extends downstream into the interior of the premix burner and runs essentially symmetrically to the central axis and that at least one fuel nozzle is arranged at the downstream end of the feed lance.
- the advantages of the invention can be seen, inter alia, in that the axial distance between the backflow zone and the fuel nozzle is shortened by the feed lance projecting into the interior of the burner. As a result, the backflow zone is stabilized in the axial direction in each load area and pulsations are avoided.
- By injecting the fuel through the fuel nozzle in the vicinity of the backflow zone less fuel is also required to stabilize the flame. It is therefore possible to operate the premix burner with low nitrogen oxide emissions even at partial load.
- the outer surface of the feed lance also serves as a shear surface, which supports the mixing of gaseous fuel and combustion air and thus reduces pollutant emissions.
- the injection angle of the fuel nozzle for liquid fuel can be increased. This improves premixing when using liquid fuels and reduces nitrogen oxide emissions.
- the feed lance is located downstream at least into the lower third of the premix burner extends. This prevents the flame front from kicking back into the interior of the burner.
- the feed lance from a lance tube and a fuel line arranged therein.
- part of the combustion air can be blown through the lance tube, which supports the mixing of fuel and air. It also prevents the flame from attaching to the end of the feed lance.
- the premix burner has a circular cross section at least in the area of the burner outlet.
- the circular burner outlet creates an axially symmetrical flow with respect to the central axis. This prevents pulsations caused by the partial cone axes and further stabilizes the backflow zone.
- a premix burner 11 is shown schematically in FIGS. 1 and 2. It is essentially a so-called double-cone burner, as is known from EP-B1-0 321 809 mentioned at the beginning.
- the premix burner is used to mix combustion air and fuel prior to combustion, for example in a gas turbine group.
- Such a premix burner 11 consists of two hollow, semi-conical partial bodies 12 and 13 which are nested one inside the other in the direction of flow.
- the respective cone axes 14 and 15 of the two partial bodies are offset with respect to the central axis 10 of the premix burner 11.
- the adjacent walls of the two partial bodies form tangential slots 16 for the compressed in their longitudinal extension Combustion air 9, which gets into the interior of the burner in this way.
- gas supply lines 18 running in the longitudinal direction are provided on the walls of the two partial bodies.
- the gaseous fuel is injected via gas inflow openings, not shown, branching off from the gas supply line 18.
- a feed lance 1 extending downstream is arranged symmetrically to the central axis 10 of the premix burner 11, starting from the tip formed by the partial cone bodies 12, 13. It consists of a lance tube 2 and a fuel line 3 arranged therein.
- the axial position of the downstream end of the feed lance 1 is preferably at least in the lower third of the premix burner 11, i.e. the feed lance can also protrude from the premix burner 11.
- the feed lance 1 can protrude up to twenty percent of the axial height of the premix burner from the premix burner 11.
- a swirl body 6 is arranged in the interior of the lance tube 2, preferably in the vicinity of the downstream end.
- the swirl body 6 consists of a plurality of deflection bodies 7 which are arranged between the inner wall of the lance tube and the fuel line 3.
- An annular outer fuel feed channel 5 and an inner fuel feed channel 4 are arranged inside the fuel line 3.
- a fuel nozzle 8 located at the downstream end of the fuel line 3 is supplied with fuel.
- This nozzle 8 is designed as a dual nozzle for the injection of liquid and gaseous fuels.
- the outer channel 5 branches off via the deflection bodies 7 into an outer fuel supply channel 5a in the interior of the downstream end of the lance tube 2.
- the liquid fuel 30 conveyed through the outer channel 5 is thereby turned on the downstream end of the lance tube 2 out.
- the outer edge of the lance tube located at the downstream end of the lance tube 2 serves as the atomizing edge 17.
- the compressed combustion air 9 generated in a compressor enters the interior of the premix burner 11 via the tangential slots 16.
- the design of the premix burner 11 causes the air 9 to rotate, the swirl number increasing in the direction of flow.
- the mixture formation with the combustion air 9 begins in the zone of the inlet slots 16.
- the outer wall of the lance tube 2 serves as an additional shear surface, which further supports the mixing of combustion air 9 and gaseous fuel.
- a fuel concentration that is as homogeneous as possible is established over the cross section acted upon.
- a defined dome-shaped backflow zone 21 is formed, at the tip of which the ignition takes place.
- the axial position of the backflow zone 21 is fixed by the axial position of the downstream end of the feed lance 1. This prevents the backflow zone from axially shifting and thus pulsating.
- gaseous fuel is injected via the nozzle 8.
- the gaseous fuel is thereby injected in the vicinity of the backflow zone 21, thereby avoiding pulsations between full-load and part-load operation.
- the required amount of fuel that has to be injected through the nozzle 8 is reduced, since the fuel is injected directly into the backflow zone 21.
- Combustion air 9a is also conveyed through the cavity between lance tube 2 and fuel line 3.
- the combustion air portion 9a conveyed through the lance tube can amount to up to 25% of the total air flow.
- the combustion air 9a is set in rotation by the swirl body 6.
- the type and strength of the swirl must be adapted to the respective conditions of the premix burner.
- the swirl body 6 can be designed such that the swirl generated by it runs opposite to the swirl of the premix burner 11. This increases the mixing of combustion air 9, 9a and fuel and additionally prevents the smoke flow zone 21 and thus the flame from striking back to the downstream end of the feed lance 1.
- the premix burner 11 is operated with liquid fuel
- the fuel is injected by means of the feed lance 1. This takes place by means of the outer channel 5, via which liquid fuel 30 is conveyed to the atomizing edge 17 '.
- the air 9a conveyed through the lance tube 2
- an air-assisted atomizing nozzle 22 is thereby formed.
- the air 9a may have to be compressed further with respect to the air 9.
- liquid fuel can be injected via the fuel nozzle 8. Because of the axial position of the nozzle 8 inside the premix burner 11, the spray angle of the nozzle 8 can be chosen to be very large. This improves the mixing of air 9, 9a and fuel.
- the premix burner can be equipped with a circular outlet at least at the burner outlet 20.
- the two axes 14, 15 of the partial cone bodies 12, 13 must be brought together, for example on the central axis 10.
- the return flow zone 21 is further stabilized by the circular outlet and pulsations are avoided.
- an adapter 39 can be attached to convert the cross section of the premix burner 11 into a circular cross section at the downstream end of the premix burner 11.
- the inner radius R i of the two partial cone bodies 12, 13 at the transition to the adapter 39 is larger than the exit radius R a of the adapter 39.
- the height h and the size of the angle ⁇ of the adapter 39 depend on the shape of the entry into the adapter 39.
- the angle ⁇ corresponds to the average flow angle, so that no separation can occur.
- the flowable free area of the adapter 39 decreases in the direction from the inlet to the outlet of the adapter 39, therefore the flow through the adapter is additionally accelerated here.
- the premix burner can of course be provided with several tangential inlet slots.
- the feed lance can also be installed in premix burners other than the double cone burner.
- the dual nozzle can also be constructed from two nozzles, in which case the inner feed channel must be adapted accordingly.
- the outer fuel supply channel can also be laid from the fuel line into the lance tube.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Vormischbrenner, am wesentlichen bestehend aus mindestens zwei in Strömungsrichtung ineinandergeschachtelten Teilkegelkörpern, deren jeweilige Kegelachsen gegenüber einer Mittelachse versetzt sind, wodurch tangentiale Schlitze für die Verbrennungsluft gebildet werden.The invention relates to a premix burner, consisting essentially of at least two partial cone bodies nested one inside the other in the flow direction, the respective cone axes of which are offset from a central axis, as a result of which tangential slots are formed for the combustion air.
Derartige Vormischbrenner sind beispielsweise bekannt-aus der EP-B1-0 321 809. Durch den als Drallbrenner ausgelegten Vormischbrenner, der im wesentlichen aus zwei Kegelhalbschalen besteht, wird die Verbrennungsluft in Rotation versetzt. Der Brennstoff wird in die rotierende Luft eingeblasen und dort mit ihr vermischt. Am Brenneraustritt entsteht eine definierte kalottenförmige Rezirkulationszone, an deren Spitze die Zündung erfolgt. Die Flamme selbst wird durch die Rezirkulationszone vor dem Brenner stabilisiert, ohne einen mechanischen Flammenhalter zu benötigen. Das thermoakustische Verhalten solcher Brenner ist normalerweise stabil und sie zeichnen sich durch einen einfachen und kostengünstigen Aufbau aus.Such premix burners are known, for example, from EP-B1-0 321 809. The premix burner designed as a swirl burner, which essentially consists of two conical half-shells, causes the combustion air to rotate. The fuel is blown into the rotating air and mixed there with it. At the burner outlet there is a defined dome-shaped recirculation zone, at the top of which the ignition takes place. The flame itself is stabilized by the recirculation zone in front of the burner without the need for a mechanical flame holder. The thermoacoustic behavior of such burners is normally stable and they are characterized by a simple and inexpensive construction.
Wird der Brenner mit gasförmigem Brennstoff betrieben, sind hierzu im Bereich der durch die beiden Kegelhalbschalen gebildeten tangentialen Schlitze in den Wandungen der beiden Teilkörper in Längsrichtung verteilte Gaseinströmöffnungen vorgesehen. Im Gasbetrieb beginnt die Gemischbildung mit der Verbrennungsluft somit bereits in der Zone der Eintrittsschlitze.If the burner is operated with gaseous fuel, gas inflow openings distributed in the longitudinal direction are provided in the region of the tangential slots formed by the two conical half-shells in the walls of the two partial bodies. In gas operation, the mixture formation with the combustion air therefore begins in the zone of the inlet slots.
An der Spitze der Kegelhalbschalen ist eine Brennstoffdüse für flüssigen Brennstoff angeordnet. Der Brennstoff wird in einem spitzen Winkel in die Hohlkegel eingedüst. Das entstehende kegelige Brennstoffprofil wird von der tangential einströmenden Luft umschlossen. In axialer Richtung wird die Konzentration des Brennstoffes fortlaufend infolge der Vermischung mit der verdichteten Luft abgebaut. Der Eindüsungswinkel des Brennstoffes wird dabei durch den Oeffnungswinkel des Vormischbrenners bestimmt. Durch den geringen Oeffnungswinkel wird jedoch eine gute Vermischung zwischen flüssigem und gasförmigem Brennstoff erschwert, was zu erhöhter Schadstoffemission führen kann.A fuel nozzle for liquid fuel is arranged at the tip of the conical half-shells. The fuel is injected into the hollow cone at an acute angle. The resulting conical fuel profile is enclosed by the tangentially flowing air. In the axial direction the concentration of the fuel is continuously reduced due to the mixing with the compressed air. The injection angle of the fuel is determined by the opening angle of the premix burner. However, the small opening angle makes it difficult to mix liquid and gaseous fuel well, which can lead to increased pollutant emissions.
Bei Teillast, wenn der Betrieb des Vormischbrenners durch Eindüsung von gasförmigem Brennstoff im Bereich der tangentialen Schlitze nicht mehr gewährleistet ist, wird über die an der Spitze der Kegelhalbschalen angeordnete Brennstoffdüse gasförmiger Brennstoff eingedüst. Durch den grossen axialen Abstand zwischen Rückströmzone und Brennstoffdüse besteht jedoch die Gefahr, das sich die axiale Position der Flamme ändert und es dadurch zu Pulsationen kommt. Weiter steigt, bedingt durch den grossen axialen Abstand zwischen Rückströmzone und Brennstoffdüse, die Menge an benötigtem Brennstoff, was zu erhöhter Schadstoffemission führen kann.At partial load, when the operation of the premix burner is no longer guaranteed due to the injection of gaseous fuel in the area of the tangential slots, gaseous fuel is injected via the fuel nozzle arranged at the tip of the conical half-shells. However, due to the large axial distance between the backflow zone and the fuel nozzle, there is a risk that the axial position of the flame will change and this will cause pulsations. Furthermore, due to the large axial distance between the backflow zone and the fuel nozzle, the amount of fuel required increases, which can lead to increased pollutant emissions.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Vormischbrenner der eingangs genannten Art die Schadstoffemission zu senken und die Rückströmzone zu stabilisieren.The invention has for its object to reduce the pollutant emission in a premix burner of the type mentioned and to stabilize the backflow zone.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass ausgehend von der Spitze der Teilkegelkörper eine sich stromabwärts ins Innere des Vormischbrenners erstreckende Speiselanze angeordnet ist, die im wesentlichen symmetrisch zur Mittelachse verläuft und dass am stromabwärtigen Ende der Speiselanze mindestens eine Brennstoffdüse angeordnet ist.This is achieved according to the invention in that, starting from the tip of the partial cone body, a feed lance is arranged which extends downstream into the interior of the premix burner and runs essentially symmetrically to the central axis and that at least one fuel nozzle is arranged at the downstream end of the feed lance.
Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, dass die axiale Distanz zwischen Rückströmzone und Brennstoffdüse durch die in den Brennerinnenraum ragende Speiselanze verkürzt wird. Dadurch wird die Rückströmzone in jedem Lastbereich in axialer Richtung stabilisiert und Pulsationen werden vermieden. Indem die Eindüsung des Brennstoffes durch die Brennstoffdüse in der Nähe der Rückströmzone erfolgt, wird zudem weniger Brennstoff zur Stabilisierung der Flamme benötigt. Somit ist es auch bei Teillastbetrieb möglich, den Vormischbrenner mit geringem Stickoxidausstoss zu betreiben. Die Aussenfläche der Speiselanze dient zudem als Scherfläche, die die Durchmischung von gasförmigem Brennstoff und Verbrennungsluft unterstützt und damit die Schadstoffemission senkt. Durch die Positionierung der Brennstoffdüse in der Nähe der Rückströmzone kann der Eindüsungswinkel der Brennstoffdüse für flüssigen Brennstoff erhöht werden. Dadurch wird die Vormischung bei der Verwendung flüssiger Brennstoffe verbessert und der Stickoxidausstoss gesenkt.The advantages of the invention can be seen, inter alia, in that the axial distance between the backflow zone and the fuel nozzle is shortened by the feed lance projecting into the interior of the burner. As a result, the backflow zone is stabilized in the axial direction in each load area and pulsations are avoided. By injecting the fuel through the fuel nozzle in the vicinity of the backflow zone, less fuel is also required to stabilize the flame. It is therefore possible to operate the premix burner with low nitrogen oxide emissions even at partial load. The outer surface of the feed lance also serves as a shear surface, which supports the mixing of gaseous fuel and combustion air and thus reduces pollutant emissions. By positioning the fuel nozzle in the vicinity of the backflow zone, the injection angle of the fuel nozzle for liquid fuel can be increased. This improves premixing when using liquid fuels and reduces nitrogen oxide emissions.
Es ist besonders zweckmässig, wenn sich die Speiselanze stromabwärts mindestens bis ins untere Drittel des Vormischbrenners erstreckt. Dies verhindert ein Zurückschlagen der Flammenfront ins Brennerinnere.It is particularly expedient if the feed lance is located downstream at least into the lower third of the premix burner extends. This prevents the flame front from kicking back into the interior of the burner.
Weiter ist es zweckmässig, die Speiselanze aus einem Lanzenrohr und einer darin angeordneten Brennstoffleitung zu bilden. Dadurch kann durch das Lanzenrohr ein Teil der Verbrennungsluft eingeblasen werden, wodurch die Durchmischung von Brennstoff und Luft unterstützt wird. Zudem wird verhindert, dass die Flamme sich an das Ende der Speiselanze anlagert.It is also expedient to form the feed lance from a lance tube and a fuel line arranged therein. As a result, part of the combustion air can be blown through the lance tube, which supports the mixing of fuel and air. It also prevents the flame from attaching to the end of the feed lance.
Es ist vorteilhaft, zwischen dem Lanzenrohr und der Brennstoffleitung einen Drallkörper anzuordnen. Dadurch kann der durch das Lanzenrohr eingeblasenen Luft ein beliebiger Drall verliehen werden, wodurch die Durchmischung weiter optimiert wird.It is advantageous to arrange a swirl body between the lance tube and the fuel line. This allows the air blown through the lance tube to be given any swirl, which further optimizes the mixing.
Zudem ist es zweckmässig, am stromabwärtigen Ende des Lanzenrohres eine luftunterstützte Zerstäubungsdüse anzuordnen. Dies erlaubt flüssigen Brennstoff mit geringen Schadstoffemissionen zu verbrennen.In addition, it is expedient to arrange an air-assisted atomizing nozzle at the downstream end of the lance tube. This allows burning liquid fuel with low pollutant emissions.
Es ist von Vorteil, dass der Vormischbrenner zumindest im Bereich des Brenneraustrittes einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Der kreisförmige Brenneraustritt erzeugt eine axial-symmetrische Strömung bezüglich der Mittelachse. Dadurch werden Pulsationen, bedingt durch die Teilkegelachsen vermieden und die Rückströmzone weiter stabilisiert.It is advantageous that the premix burner has a circular cross section at least in the area of the burner outlet. The circular burner outlet creates an axially symmetrical flow with respect to the central axis. This prevents pulsations caused by the partial cone axes and further stabilizes the backflow zone.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Vormischbrenners dargestellt.In the drawing, an embodiment of the invention is shown using a premix burner.
Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Teillängsschnitt durch den Vormischbrenner;
- Fig. 2
- einen Teilquerschnitt durch den Vormischbrenner entlang der Linie II-II in Fig.1;
- Fig. 3
- das Detail III aus Fig.1;
- Fig. 4
- einen Teilquerschnitt entlang Linie IV-IV in Fig.4;
- Fig. 5
- einen Teilquerschnitt durch den Vormischbrenner entlang der Linie V-V in Fig.1;
- Fig. 6
- einen Teilquerschnitt eines Adapters;
- Fig. 7
- eine schematische, perspektivische Darstellung des Adapters.
- Fig. 1
- a partial longitudinal section through the premix burner;
- Fig. 2
- a partial cross section through the premix burner along the line II-II in Fig.1;
- Fig. 3
- the detail III from Fig.1;
- Fig. 4
- a partial cross section along line IV-IV in Figure 4;
- Fig. 5
- a partial cross section through the premix burner along the line VV in Figure 1;
- Fig. 6
- a partial cross section of an adapter;
- Fig. 7
- is a schematic, perspective view of the adapter.
Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Die Strömungsrichtungen der Arbeitsmittel sind durch Pfeile wiedergegeben.Only the elements essential for understanding the invention are shown. The flow directions of the work equipment are shown by arrows.
In Fig. 1 und Fig. 2 ist schematisch ein Vormischbrenner 11 dargestellt. Es handelt sich im wesentlichen um einen sogenannten Doppelkegelbrenner, wie er aus der eingangs genannten EP-B1-0 321 809 bekannt ist. Der Vormischbrenner wird zur Vermischung von Verbrennungsluft und von Brennstoff vorgängig der Verbrennung eingesetzt, beispielsweise bei einer Gasturbogruppe. Ein solcher Vormischbrenner 11 besteht aus zwei hohlen, halbkegelförmigen Teilkörpern 12 und 13, die in Strömungsrichtung ineinandergeschachtelt sind. Dabei sind die jeweiligen Kegelachsen 14 und 15 der beiden Teilkörper gegenüber der Mittelachse 10 des Vormischbrenners 11 versetzt. Die benachbarten Wandungen der beiden Teilkörper bilden in deren Längserstreckung tangentiale Schlitze 16 für die verdichtete Verbrennungsluft 9, die auf diese Weise in das Brennerinnere gelangt.A premix burner 11 is shown schematically in FIGS. 1 and 2. It is essentially a so-called double-cone burner, as is known from EP-B1-0 321 809 mentioned at the beginning. The premix burner is used to mix combustion air and fuel prior to combustion, for example in a gas turbine group. Such a premix burner 11 consists of two hollow, semi-conical
Im Bereich der tangentialen Schlitze 16 sind an den Wandungen der beiden Teilkörper in Längsrichtung verlaufende Gaszuführungsleitungen 18 vorgesehen. Die Eindüsung des gasförmigen Brennstoffes erfolgt über nicht dargestellte, von der Gaszuführungsleitung 18 abzweigende Gaseinströmungsöffnungen.In the region of the
Symmetrisch zur Mittelachse 10 des Vormischbrenners 11 ist ausgehend von der durch die Teilkegelkörper 12, 13 gebildeten Spitze eine sich stromabwärts erstreckende Speiselanze 1 angeordnet. Sie besteht aus einem Lanzenrohr 2 und einer darin angeordneten Brennstoffleitung 3. Die axiale Position des stromabwärtigen Endes der Speiselanze 1 liegt dabei vorzugsweise mindestens im unteren Drittel des Vormischbrenners 11, d.h. die Speiselanze kann auch aus dem Vormischbrenner 11 herausragen. Beispielsweise kann die Speiselanze 1 bis zu zwanzig Prozent der axialen Höhe des Vormischbrenners aus dem Vormischbrenner 11 herausragen. Im Innern des Lanzenrohres 2, vorzugsweise in der Nähe des stromabwärtigen Endes, ist ein Drallkörper 6 angeordnet.A feed lance 1 extending downstream is arranged symmetrically to the
Nach Fig. 3 und Fig. 4 besteht der Drallkörper 6 aus mehreren Umlenkkörpern 7, die zwischen Innenwand des Lanzenrohres und der Brennstoffleitung 3 angeordnet sind. Im Innern der Brennstoffleitung 3 ist ein ringförmiger äusserer Brennstoffzuführkanal 5 und ein innerer Brennstoff zuführkanal 4 angeordnet. Mittels des inneren Kanales 4 wird einer am stromabwärtigen Ende der Brennstoffleitung 3 befindlichen Brennstoffdüse 8 Brennstoff zugeführt. Diese Düse 8 ist als duale Düse zur Eindüsung von flüssigen und gasförmigen Brennstoffen ausgelegt. Der äussere Kanal 5 zweigt über die Umlenkkörper 7 in einen äusseren Brennstoff zuführkanal 5a im inneren des stromabwärtigen Endes des Lanzenrohres 2 ab. Der durch den äusseren Kanal 5 geförderte flüssige Brennstoff 30 wird dadurch an das stromabwärtige Ende des Lanzenrohres 2 geführt. Die am stromabwärtigen Ende des Lanzenrohres 2 gelegene Aussenkante des Lanzenrohres dient als Zerstäubungskante 17.According to FIGS. 3 and 4, the
Die in einem nicht dargestelltem Verdichter erzeugte verdichtete Verbrennungsluft 9 tritt über die tangentialen Schlitze 16 ins Innere des Vormischbrenners 11 ein. Durch die Ausgestaltung des Vormischbrenners 11 wird die Luft 9 in Rotation versetzt, wobei die Drallzahl in Strömungsrichtung zunimmt. Bei Gasbetrieb beginnt die Gemischbildung mit der Verbrennungsluft 9 in der Zone der Eintrittsschlitze 16. Die Aussenwand des Lanzenrohres 2 dient als zusätzliche Scherfläche, die die Durchmischung von Verbrennungsluft 9 und gasförmigem Brennstoff weiter unterstützt. Am Brenneraustritt 20 stellt sich eine möglichst homogene Brennstoffkonzentration über dem beaufschlagten Querschnitt ein. Es entsteht am Brenneraustritt 20, in der durch eine Brennkammerwand 19 gebildeten Brennkammer, eine definierte kalottenförmige Rückströmzone 21, an deren Spitze die Zündung erfolgt. Die axiale Position der Rückströmzone 21 wird durch die axiale Position des stromabwärtigen Endes der Speiselanze 1 fixiert. Dadurch wird die Rückströmzone daran gehindert, sich axial zu verschieben und damit zu pulsieren.The
Bei Teillast, wenn der Betrieb des Vormischbrenners 11 durch Eindüsung von gasförmigem Brennstoff 31 im Bereich der tangentialen Schlitze 16 nicht mehr gewährleistet ist, wird gasförmiger Brennstoff über die Düse 8 eingedüst. Der gasförmige Brennstoff wird dadurch in der Nähe der Rückströmzone 21 eingedüst, wodurch Pulsationen zwischen Vollast- und Teillastbetrieb vermieden werden. Weiter wird die benötigte Menge an Brennstoff, der durch die Düse 8 eingedüst werden muss,,reduziert, da der Brennstoff direkt in die Rückströmzone 21 eingedüst wird.At partial load, when the operation of the premix burner 11 is no longer guaranteed by the injection of
Durch den Hohlraum zwischen Lanzenrohr 2 und Brennstoffleitung 3 wird ebenfalls Verbrennungsluft 9a gefördert. Der durch das Lanzenrohr geförderte Verbrennungsluftanteil 9a kann dabei bis zu 25% des Gesamtluftstromes betragen. Durch den Drallkörper 6 wird die Verbrennungsluft 9a in Rotation versetzt. Die Art und Stärke des Dralles muss dabei den jeweiligen Verhältnissen des Vormischbrenners angepasst werden. So kann beispielsweise der Drallkörper 6 ausgelegt werden, dass der durch ihn erzeugte Drall entgegengesetzt zum Drall des Vormischbrenners 11 verläuft. Dies erhöht die Durchmischung von Verbrennungsluft 9, 9a und Brennstoff und verhindert zusätzlich das Zurückschlagen der Rüchströmzone 21 und somit der Flamme an das stromabwärtige Ende der Speiselanze 1.
Wird der Vormischbrenner 11 mit flüssigem Brennstoff betrieben, wird der Brennstoff mittels der Speiselanze 1 eingedüst. Dies erfolgt mittels des äusseren Kanales 5, über den flüssiger Brennstoff 30 zur Zerstäubungskante 17' gefördert wird. Mittels der durch das Lanzenrohr 2 geförderten Luft 9a wird dadurch eine luftunterstützte Zerstäubungsdüse 22 (engl. airblast atomizer) gebildet. Zur Verbesserung der Zerstäubung muss eventuell die Luft 9a gegenüber der Luft 9 weiter verdichtet werden.If the premix burner 11 is operated with liquid fuel, the fuel is injected by means of the feed lance 1. This takes place by means of the
Weiter kann flüssiger Brennstoff über die Brennstoffdüse 8 eingedüst werden. Wegen der axialen Position der Düse 8 im Inneren des Vormischbrenners 11 kann der Sprühwinkel der Düse 8 sehr gross gewählt werden. Dadurch wird die Durchmischung von Luft 9, 9a und Brennstoff verbessert.Furthermore, liquid fuel can be injected via the
Nach Fig. 5 kann der Vormischbrenner zumindest am Brenneraustritt 20 mit einem kreisförmigen Austritt ausgestattet Sein. Die beiden Achsen 14, 15 der Teilkegelkörper 12, 13 müssen dazu zusammengebracht werden, beispielsweise auf die Mittelachse 10. Durch den kreisförmigen Austritt wird die Rückströmzone 21 weiter stabilisiert und Pulsationen vermieden.According to FIG. 5, the premix burner can be equipped with a circular outlet at least at the
Nach Fig. 6 und Fig. 7 kann zur Ueberführung des Querschnittes des Vormischbrenners 11 in einen kreisförmigen Querschnitt am stromabwärtigen Ende des Vormischbrenners 11 ein Adapter 39 angebracht werden. Der Innenradius Ri der beiden Teilkegelkörper 12, 13 am Uebergang zum Adapter 39 ist dabei grösser als der Austrittsradius Ra des Adapters 39. Die Höhe h und die Grösse des Winkels α des Adapters 39 sind von der Eintrittsform in den Adapter 39 abhängig. Der Winkel α entspricht dem durchschnittlichen Strömungswinkel, so dass keine Ablösung auftreten kann. Die durchströmbare freie Fläche des Adapters 39 verringert sich in Richtung vom Eintritt bis zum Austritt des Adapters 39, daher wird hier die Strömung durch den Adapter zusätzlich beschleunigt.6 and 7, an
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Der Vormischbrenner kann natürlich mit mehreren tangentialen Eintrittsschlitzen versehen werden. Die Speiselanze kann auch in andere Vormischbrenner als in den Doppelkegelbrenner eingebaut werden. Die duale Düse kann auch aus zwei Düsen aufgebaut werden, wobei dann der innere Zuführkanal entsprechend angepasst werden muss. Der äussere Brennstoff zuführkanal kann auch von der Brennstoffleitung in das Lanzenrohr verlegt werden.Of course, the invention is not limited to the exemplary embodiment shown and described. The premix burner can of course be provided with several tangential inlet slots. The feed lance can also be installed in premix burners other than the double cone burner. The dual nozzle can also be constructed from two nozzles, in which case the inner feed channel must be adapted accordingly. The outer fuel supply channel can also be laid from the fuel line into the lance tube.
- 11
- SpeiselanzeDining lance
- 22nd
- LanzenrohrLance tube
- 33rd
- BrennstoffleitungFuel line
- 44th
- innerer Brennstoff zuführkanalinner fuel feed channel
- 5, 5a5, 5a
- äusserer Brennstoffzuführkanalouter fuel supply channel
- 66
- DrallkörperSwirl body
- 77
- UmlenkkörperDeflector
- 88th
- BrennstoffdüseFuel nozzle
- 9, 9a9, 9a
- verdichtete Verbrennungsluftcompressed combustion air
- 1010th
- MittelachseCentral axis
- 1111
- VormischbrennerPremix burner
- 1212th
- TeilkegelkörperPartial cone body
- 1313
- TeilkegelkörperPartial cone body
- 1414
- Kegel achseTaper axis
- 1515
- KegelachseCone axis
- 1616
- tangentiale Schlitzetangential slots
- 1717th
- ZerstäubungskanteAtomizing edge
- 1818th
- GaszuführungsleitungGas supply line
- 1919th
- BrennkammerwandCombustion chamber wall
- 2020th
- BrenneraustrittBurner outlet
- 2121
- kalottenförmige Rückströmzonedome-shaped backflow zone
- 2222
- luftunterstützte Zerstäubungsdüseair-assisted atomizing nozzle
- 3030th
- flüssiger Brennstoffliquid fuel
- 3131
- gasförmiger Brennstoffgaseous fuel
- 3939
- Adapteradapter
- αα
- durchschnittlicher Strömungswinkelaverage flow angle
- Ri R i
- Innenradius TeilkegelkörperInner radius of partial cone body
- Ra R a
- Austrittsradius AdapterExit radius adapter
- hH
- Höhe AdapterHeight adapter
Claims (10)
dadurch gekennzeichnet,
dass ausgehend von der Spitze der Teilkegelkörper (12, 13) eine sich stromabwärts ins Innere des Vormischbrenners (11) erstreckende Speiselanze (1) angeordnet ist, die im wesentlichen symmetrisch zur Mittelachse (10) verläuft und dass am stromabwärtigen Ende der Speiselanze (1) mindestens eine Brennstoffdüse (8) angeordnet ist.Premix burner (11), consisting essentially of at least two partial cone bodies (12, 13) nested one inside the other in the flow direction, the respective cone axes (14, 15) of which are offset from a central axis (10), as a result of which tangential slots (16) for the combustion air (9) be formed
characterized,
that starting from the tip of the partial cone bodies (12, 13) is arranged a feed lance (1) which extends downstream into the interior of the premix burner (11) and runs essentially symmetrically to the central axis (10) and that at the downstream end of the feed lance (1) at least one fuel nozzle (8) is arranged.
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die Speiselanze (1) stromabwärts mindestens bis ins untere Drittel des Vormischbrenners (11) erstreckt.Premix burner according to claim 1,
characterized,
that the feed lance (1) extends downstream at least into the lower third of the premix burner (11).
dadurch gekennzeichnet,
dass die Speiselanze (1) im wesentlichen aus einem Lanzenrohr (2) und einer darin angeordneten Brennstoffleitung (3) besteht und dass am stromabwärtigen Ende der Brennstoffleitung (3) die Brennstoffdüse (8) angeordnet ist.Premix burner according to claim 1,
characterized,
that the feed lance (1) consists essentially of a lance tube (2) and a fuel line (3) arranged therein and that the fuel nozzle (8) is arranged at the downstream end of the fuel line (3).
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Brennstoffleitung (3) ein innerer Brennstoffzuführkanal (4) und ein äusserer Brennstoffzuführkanal angeordnet ist.Premix burner according to claim 3,
characterized,
that an inner fuel feed channel (4) and an outer fuel feed channel are arranged in the fuel line (3).
dadurch gekennzeichnet,
dass am stromabwärtigen Ende des Lanzenrohres (2) eine luftunterstützte Zerstäubungsdüse (22) angeordnet ist.Premix burner according to claim 3,
characterized,
that an air-assisted atomizing nozzle (22) is arranged at the downstream end of the lance tube (2).
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen dem Lanzenrohr (2) und der Brennstoffleitung (3) ein Drallkörper angeordnet ist.Premix burner according to claim 3,
characterized,
that a swirl body is arranged between the lance tube (2) and the fuel line (3).
dadurch gekennzeichnet,
dass der Drallkörper aus mehreren Umlenkkörpern (7) besteht.Premix burner according to claim 6,
characterized,
that the swirl body consists of several deflecting bodies (7).
dadurch gekennzeichnet,
dass der Vormischbrenner (11) zumindest im Bereich des Brenneraustrittes (20) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.Premix burner according to claim 1,
characterized,
that the premix burner (11) has a circular cross section at least in the region of the burner outlet (20).
dadurch gekennzeichnet,
dass am stromabwärtigen Ende des Vormischbrenners (11) ein Adapter (39) angeordnet ist, dessen stromabwärtiges Ende einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.Premix burner according to claim 1,
characterized,
that an adapter (39) is arranged at the downstream end of the premix burner (11), the downstream end of which has a circular cross section.
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Innenradius (Ri) der beiden Teilkegelkörper (12, 13) des Vormischbrenners (11) am Uebergang zum Adapter (39) grösser ist, als ein Austrittsradius (Ra) des Adapters (39).Premix burner according to claim 9,
characterized,
that an inner radius (R i ) of the two partial cone bodies (12, 13) of the premix burner (11) at the transition to the adapter (39) is larger than an exit radius (R a ) of the adapter (39).
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