EP0783089B1 - Cone-shaped burner - Google Patents
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- EP0783089B1 EP0783089B1 EP96810821A EP96810821A EP0783089B1 EP 0783089 B1 EP0783089 B1 EP 0783089B1 EP 96810821 A EP96810821 A EP 96810821A EP 96810821 A EP96810821 A EP 96810821A EP 0783089 B1 EP0783089 B1 EP 0783089B1
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- EP
- European Patent Office
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- cone
- burner
- outlet diffuser
- fuel
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- F23D17/002—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or liquid fuel
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- 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 cone burner for gaseous and / or liquid fuels, according to the preamble of the claim 1.
- EP-B1-0321809 discloses a gas for combustion and / or liquid fuels suitable double cone burners known.
- This burner consists of two hollow, one into one Partial conical bodies which are tangential Have air inlet slots. At the radial end of each air inlet slot is a line for gaseous fuel arranged. Mixing the gaseous fuel into the combustion air flowing in tangentially therefore takes place within the air inlet slots, and that in the entire interior of the burner. When using liquid fuel this via a centrally arranged nozzle into the interior of the burner injected.
- the invention tries to avoid all of these disadvantages. It is based on the task of a cone burner for gaseous and / or to create liquid fuels, the one has reduced NOx and CO emissions.
- the partial cone body a common one at its downstream end Have outlet diffuser.
- the partial cone bodies have one Transition area to the outlet diffuser, in which the size of the air inlet slots continuously in the direction of flow decreases.
- the outlet diffuser is circular and has no air inlet slots educated.
- the cone burner now has a circular exit cross-section to the combustion chamber, which is compared to the known double-cone burners the cooling air requirement for those used there Sickles are eliminated.
- the outlet diffuser provides an additional advantage a stronger shielding of the reaction zone the neighboring burners, resulting in increased flame stability is achieved.
- the diameter of the Fuel supply decreases in the direction of flow.
- the gas perforation in the transition area according to the local slot width adjusted and an even distribution of the gaseous fuel in the combustion air.
- the outlet diffuser has a length from about 10 to 25 percent of the total length of the cone burner has and has an exit surface which is not greater than 1.3 times one at the beginning of the transition area formed cross-sectional area of the partial cone bodies formed double cone part. Such, relative short diffuser results in a small boundary layer thickness, preventing the flame from kicking back in the boundary layer becomes.
- the outlet diffuser has an opening angle that increases continuously in the direction of flow, which is initially equal to the cone angle of the burner and downstream continuously larger than this is. This stabilizes the wall boundary layer and thus minimizing the risk of flow separation.
- FIG. 1 shows one known from the prior art Double cone burner shown. It consists of two halves, hollow partial cone bodies 1, 2 which are laterally offset from one another, lie on top of each other and complement each other to form a body. Therefore, the partial cone bodies 1, 2 have in the flow direction 3 offset central axes 4, 5 (Fig. 2). The double-cone burner points in the direction of flow 3 conical burner interior 6. Between the partial cone bodies 1, 2 are tangential air inlet slots 7, 8 formed.
- both partial cone bodies 1, 2 and there at the outer end of the Air inlet slots 7, 8 are each a fuel line 9, 10 arranged for gaseous fuel 11 (Fig. 1).
- the Fuel lines 9, 10 are with several, in the entire area of the air inlet slots 7, 8 evenly distributed and fuel feeds formed as openings 12 are provided.
- Both partial cone bodies 1, 2 each have a cylindrical one Initial part 13, 14, which are also offset from one another are arranged.
- the tangential air inlet slots 7, 8 upstream over the entire length of the double cone burner.
- the double cone burner i.e. in its cylindrical beginning 13, 14, is an opening into the burner interior 6, central liquid fuel nozzle 15 arranged.
- Both Partial cone bodies 1, 2 have a flat, in the range of 10 ° up to 30 ° trained cone angle 16.
- Combustion chamber side 17 is a collar-shaped on the double-cone burner, as anchoring for the partial cone body 1, 2 serving end plate 18th arranged.
- end plate 18 is a number of Bores 19 formed through which cooling air 20 for the Immediately upstream of the end plate 18, crescent-shaped Ends of the partial cone bodies 1, 2 to the combustion chamber 17 is derived.
- liquid fuel 21 When liquid fuel 21 is used, its injection takes place at an acute angle, at the narrowest cross section of the burner interior 6. This forms a conical fuel profile 22, which is surrounded by rotating combustion air 23 flowing in via the tangential air inlet slots 7, 8. In the axial direction, the concentration of the liquid fuel 21 is continuously reduced by the mixed-in combustion air 23. At the downstream end of the double-cone burner, a central backflow zone 24 of the fuel mixture is formed, which causes the conical fuel profile 22 to burst (vortex breakdown). As a result, a good fuel concentration over the burner cross section is achieved in this area. The combustion mixture is ignited at the top of the reverse flow zone 24. Only at this point can a stable flame front 25 arise. If gaseous fuel 11 is burned, it passes through the openings 12 into the burner interior 6, where it is mixed with the combustion air 23. A conical fuel profile 22 is also formed in the burner interior 6.
- FIG. 3 shows a schematic representation of a device according to the invention Double cone burner.
- Double cone burner For the sake of clarity are only the essential components or the opposite the prior art shown in FIGS. 1 and 2 changed Components shown.
- the two half, hollow partial cone bodies 1, 2 of the burner complement each other to form a body designed as a double cone part 26, which downstream in a common, circular Outlet diffuser 27 merges.
- a transition region 28 from the double cone part 26 to the outlet diffuser 27 is Immediately upstream of the outlet diffuser 27.
- this transition area 28 takes the size of the air inlet slots 7, 8 continuously in the direction of flow 3.
- the burner cross section is continuously expanded, making the Area through which the fuel mixture flows also in the transition area 28 becomes larger or at least remains constant.
- the outlet diffuser 27 has a length 29 of approximately 15 percent the total length 30 of the double-burner. Its exit surface 31 corresponds to approximately 1.3 times the cross-sectional area 32 at the beginning of the transition area 28. He owns an opening angle 33 which is initially equal to the cone angle 16 of the burner and in the flow direction 3 continuously increases.
- transition region 28 to the outlet diffuser 27 is shown in FIG shown enlarged, whereby the arrangement and design of the ending at the downstream end of the transition region 28 Fuel line 9 become clear.
- Figures 5 to 7 show three partial cross sections of the double cone part 26 in its transition region 28.
- Fig. 5 is the beginning, in Fig. 6 the middle part and in Fig. 7 the end of the transition area 28 shown.
- the transition area 28 becomes the diameter of the fuel line 9 and the openings 12 reduced in the direction of flow 3.
- the air inlet slots 7, 8 are completely closed.
- At downstream adjoining circular outlet diffuser 27 neither air inlet slots 7, 8 nor fuel lines 9, 10 arranged (Fig. 3).
- the flow of the fuel mixture is in the outlet diffuser 27 slightly delayed and therefore unstable at its center. Thereby it only comes close to the downstream end of the outlet diffuser 27 to form the central backflow zone 24 of the fuel mixture and thus to burst the conical Fuel profile 22. Because the outlet diffuser 27 is trumpet-shaped is formed, there is a constant surface course from transition area 28 to the entry of the fuel mixture reached in the combustion chamber 17. As a result, the boundary layer resolves does not decrease in its interior, so that is advantageous a stable flame front only downstream of the double-cone burner 25 can train. By changing the length of the double cone part 26, the slot width, the opening angle 33 or the number of air inlet slots 7, 8 can be the location the vortex burst according to the specific conditions to be influenced.
- Air inlet slots 7, 8 become a fluid transition from the double-cone burner geometry to the circular one Outlet diffuser 27 reached. This makes sudden cross-sectional jumps avoided.
- the adjustment of the gas perforation the local size of the air inlet slots 7, 8 takes place through the corresponding reduction in the opening diameter. Naturally the distance between the openings 12 can also be increased become.
- An additional advantage of the trumpet-shaped trained outlet diffuser 27 is the stabilizing one Effect of its convex curved wall.
- the outlet diffuser has 27 an opening angle 34, which is equal to the cone angle 16 of the burner is formed (Fig. 8). Because of the simple, Straight shape of the outlet diffuser 27 can this double cone burner manufactured much lighter and cheaper become.
- a cooling air baffle is outside the combustion chamber wall 35 36 arranged, which is upstream to the outlet diffuser 27 is sufficient and at the downstream end of the air inlet slots 7, 8 ends.
- the outlet diffuser 27 is with in the space between combustion chamber wall 35 and cooling air baffle 36 back-flowing cooling air cooled from the outside, the latter finally in a plenum formed upstream of the burner 37 opens. Because of this convective cooling of the outlet diffuser 27, the operational security compared to first embodiment further improved.
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Description
Die Erfindung betrifft einen Kegelbrenner für gasförmige
und/oder flüssige Brennstoffe, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs
1.The invention relates to a cone burner for gaseous
and / or liquid fuels, according to the preamble of the
Aus dem EP-B1-0321809 ist ein für die Verbrennung gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoffe geeigneter Doppelkegelbrenner bekannt. Dieser Brenner besteht aus zwei hohlen, sich zu einem Körper ergänzenden Teilkegelkörpern, welche tangentiale Lufteintrittschlitze aufweisen. Am radialen Ende jedes Lufteintrittschlitzes ist eine Leitung für gasförmigen Brennstoff angeordnet. Das Zumischen des gasförmigen Brennstoffs in die tangential einströmende Verbrennungsluft erfolgt daher innerhalb der Lufteintrittschlitze, und zwar im gesamten Innenraum des Brenners. Bei Verwendung von flüssigem Brennstoff wird dieser über eine zentral angeordnete Düse in den Brennerinnenraum eingedüst.EP-B1-0321809 discloses a gas for combustion and / or liquid fuels suitable double cone burners known. This burner consists of two hollow, one into one Partial conical bodies which are tangential Have air inlet slots. At the radial end of each air inlet slot is a line for gaseous fuel arranged. Mixing the gaseous fuel into the combustion air flowing in tangentially therefore takes place within the air inlet slots, and that in the entire interior of the burner. When using liquid fuel this via a centrally arranged nozzle into the interior of the burner injected.
Am Brennerende eines solchen Doppelkegelbrenners kommt es zur Ausbildung einer zentralen Rückströmzone des Brenngemisches. In diesem Bereich ist bereits ein im zeitlichen Mittel homogenes Brennstoffprofil über den Brennerquerschnitt erreicht. Die Zündung des Brenngemisches erfolgt an der Spitze der Rückströmzone, so dass dort eine stabile Flammenfront entsteht. Durch die plötzliche Flächenerweiterung zur Brennkammer bildet sich zudem auch ein äusseres Rezirkulationsgebiet, welches ebenfalls zur Flammenstabilisierung beiträgt. At the burner end of such a double-cone burner, Formation of a central return flow zone of the fuel mixture. In this area there is already a homogeneous one over time Fuel profile reached across the burner cross section. The ignition of the fuel mixture takes place at the top of the Backflow zone, so that there is a stable flame front. Due to the sudden expansion of the area to the combustion chamber an outer recirculation area also forms, which also contributes to flame stabilization.
Bei Verwendung von flüssigem Brennstoff wird die Brennstoffkonzentration durch die tangential eingeleitete Verbrennungsluft in axialer Richtung abgebaut, so dass ein gut vorgemischtes Brenngemisch entsteht. Wird jedoch gasförmiger Brennstoff eingesetzt, so ist der Abstand zumindest von den im stromabwärtigen Bereich des Brenners angeordneten Einmischstellen des Brennstoffes bis zur Flamme nur sehr gering. Deshalb führt das dort vorliegende, zeitlich und örtlich noch nicht vollständig homogenisierte Brenngemisch zu einer erhöhten Produktion von Stickoxiden und von Kohlenmonoxid.When using liquid fuel, the fuel concentration through the tangentially introduced combustion air degraded in the axial direction so that a well premixed Firing mixture is created. However, it becomes more gaseous Used fuel, the distance is at least from the Mixing points arranged in the downstream area of the burner of the fuel to the flame only very little. That is why the present there still leads in terms of time and location not completely homogenized fuel mixture to an increased Production of nitrogen oxides and carbon monoxide.
Die Erfindung versucht, alle diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kegelbrenner für gasförmige und/oder flüssige Brennstoffe zu schaffen, der eine verringerte NOx- und CO-Emission aufweist.The invention tries to avoid all of these disadvantages. It is based on the task of a cone burner for gaseous and / or to create liquid fuels, the one has reduced NOx and CO emissions.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass bei einer
Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die Teilkegelkörper
an ihrem stromabwärtigen Ende einen gemeinsamen
Auslassdiffusor besitzen. Die Teilkegelkörper weisen einen
Übergangsbereich zum Auslassdiffusor auf, in dem die Grösse
der Lufteintrittschlitze in Strömungsrichtung kontinuierlich
abnimmt. Der Auslassdiffusor ist kreisrund und ohne Lufteintrittschlitze
ausgebildet.According to the invention, this is achieved in that
Device according to the preamble of
Aufgrund dieser Ausbildung des Kegelbrenners wird bei geeigneter Wahl der Schlitzweite das Wirbelaufplatzen und damit die Zündung des Brenngemisches weiter stromab, in die Nähe des Auslassdiffusorendes verlagert. Dadurch wird die am Brennerende zur Verfügung stehende Mischstrecke und Mischzeit wesentlich verlängert. Somit entsteht ein besser homogenisiertes Brenngemisch, was zu einer deutlichen Verringerung der NOx- und der CO-Emissionen führt. Dies betrifft sowohl den Einsatz von flüssigem als auch von gasförmigem Brennstoff, wobei der Vorteil bei letzterem bedeutend grösser ist. Mit der kontinuierlichen Verringerung der Grösse der Lufteintrittschlitze werden plötzliche Querschnittsprünge im Übergangsbereich von der Kegelbrennergeometrie zum kreisrunden Auslassdiffusor verhindert. Auf diese Weise lassen sich Ablösegebiete der Strömung des Frisch-Brenngemisches und somit eine dort unerwünschte Flammenhaltung vermeiden. Der Kegelbrenner weist nunmehr einen kreisförmigen Austrittsquerschnitt zum Brennraum auf, womit gegenüber den bekannten-Doppelkegelbrennern der Kühlluftbedarf für die dort eingesetzten Sicheln entfällt. Als zusätzlichen Vorteil bewirkt der Auslassdiffusor eine stärkere Abschirmung der Reaktionszone gegenüber den benachbarten Brennern, wodurch eine erhöhte Flammenstabilität erreicht wird.Due to this design of the cone burner is suitable Choice of the slot width, the vortex bursting and thus the ignition of the fuel mixture further downstream, in the vicinity of the outlet diffuser end. This will be the end of the burner available mixing distance and mixing time essential extended. This creates a better homogenized Fuel mixture, which leads to a significant reduction in NOx and CO emissions. This affects both Use of liquid as well as gaseous fuel, the advantage of the latter being significantly greater. With the continuous reduction in the size of the air inlet slots there are sudden cross-sectional jumps in the transition area from the cone burner geometry to the circular one Outlet diffuser prevented. In this way, transfer areas can be the flow of the fresh fuel mixture and thus avoid undesired flame control there. The cone burner now has a circular exit cross-section to the combustion chamber, which is compared to the known double-cone burners the cooling air requirement for those used there Sickles are eliminated. The outlet diffuser provides an additional advantage a stronger shielding of the reaction zone the neighboring burners, resulting in increased flame stability is achieved.
Es ist besonders zweckmässig, wenn im Übergangsbereich der Teilkegelkörper zum Auslassdiffusor der Durchmesser der Brennstoffzuführungen in Strömungsrichtung abnimmt. Damit wird die Gasbelochung im Übergangsbereich entsprechend der lokalen Schlitzweite angepasst und eine gleichmässige Verteilung des gasförmigen Brennstoffes in der Verbrennungsluft erreicht.It is particularly useful if the Partial cone body to the outlet diffuser the diameter of the Fuel supply decreases in the direction of flow. In order to is the gas perforation in the transition area according to the local slot width adjusted and an even distribution of the gaseous fuel in the combustion air.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Auslassdiffusor eine Länge von etwa 10 bis 25 Prozent der Gesamtlänge des Kegelbrenners aufweist und eine Austrittsfläche besitzt, welche nicht grösser als das 1,3-fache einer am Anfang des Übergangsbereiches ausgebildeten Querschnittsfläche des von den Teilkegelkörpern gebildeten Doppelkegelteils ist. Ein solcher, relativ kurzer Diffusor hat eine geringe Grenzschichtdicke zur Folge, so dass ein Rückschlagen der Flamme in der Grenzschicht verhindert wird.It is also advantageous if the outlet diffuser has a length from about 10 to 25 percent of the total length of the cone burner has and has an exit surface which is not greater than 1.3 times one at the beginning of the transition area formed cross-sectional area of the partial cone bodies formed double cone part. Such, relative short diffuser results in a small boundary layer thickness, preventing the flame from kicking back in the boundary layer becomes.
In einer zweiten Ausführungsform besitzt der Auslassdiffusor einen in Strömungsrichtung kontinuierlich zunehmenden Öffnungswinkel, der anfänglich gleich dem Kegelwinkel des Brenners und stromab kontinuierlich grösser als dieser ausgebildet ist. Dadurch wird die Wandgrenzschicht stabilisiert und so die Gefahr der Strömungsablösung minimiert.In a second embodiment, the outlet diffuser has an opening angle that increases continuously in the direction of flow, which is initially equal to the cone angle of the burner and downstream continuously larger than this is. This stabilizes the wall boundary layer and thus minimizing the risk of flow separation.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand eines mit einer Brennkammer verbundenen Doppelkegelbrenners dargestellt.In the drawing are two embodiments of the invention using a double-cone burner connected to a combustion chamber shown.
Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Doppelkegelbrenner des Standes der Technik, perspektivisch und entsprechend aufgeschnitten dargestellt;
- Fig. 2
- einen Schnitt II-II durch den in Fig. 1 gezeigten Brenner, schematisch vereinfacht dargestellt;
- Fig. 3
- eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Doppelkegelbrenners in Seitenansicht;
- Fig. 4
- einen Ausschnitt von Fig. 3 mit vergrösserter Darstellung des Übergangsbereiches zum Auslassdiffusor;
- Fig. 5 bis Fig. 7
- Teilquerschnitte des Übergangsbereiches, entlang der Linien V-V, VI-VI, VII-VII in Fig. 4;
- Fig. 8
- eine Darstellung entsprechend Fig. 3, jedoch in einer anderen Ausführungsform.
- Fig. 1
- a double-cone burner of the prior art, shown in perspective and cut accordingly;
- Fig. 2
- a section II-II through the burner shown in Figure 1, shown schematically simplified.
- Fig. 3
- a schematic representation of a double-cone burner according to the invention in side view;
- Fig. 4
- a detail of Figure 3 with an enlarged view of the transition area to the outlet diffuser.
- 5 to 7
- Partial cross sections of the transition area, along the lines VV, VI-VI, VII-VII in Fig. 4;
- Fig. 8
- a representation corresponding to FIG. 3, but in another embodiment.
Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Die Strömungsrichtung der Arbeitsmittel ist mit Pfeilen bezeichnet.It is only essential for understanding the invention Elements shown. The flow direction of the work equipment is marked with arrows.
In der Figur 1 ist ein aus dem Stand der Technik bekannter
Doppelkegelbrenner dargestellt. Er besteht aus zwei halben,
hohlen Teilkegelkörpern 1, 2, die seitlich versetzt zueinander,
aufeinander liegen und sich zu einem Körper ergänzen.
Daher besitzen die Teilkegelkörper 1, 2 in Strömungsrichtung
3 versetzt zueinander angeordnete Mittelachsen 4, 5 (Fig. 2).
Der Doppelkegelbrenner weist einen sich in Strömungsrichtung
3 kegelförmig erweiternden Brennerinnenraum 6 auf. Zwischen
den Teilkegelkörpern 1, 2 sind tangentiale Lufteintrittschlitze
7, 8 ausgebildet.FIG. 1 shows one known from the prior art
Double cone burner shown. It consists of two halves,
hollow
An beiden Teilkegelkörpern 1, 2 und dort am äusseren Ende der
Lufteintrittschlitze 7, 8 ist jeweils eine Brennstoffleitung
9, 10 für gasförmigen Brennstoff 11 angeordnet (Fig. 1). Die
Brennstoffleitungen 9, 10 sind mit mehreren, im gesamten Bereich
der Lufteintrittschlitze 7, 8 gleichmässig verteilten
und als Öffnungen ausgebildeten Brennstoff zuführungen 12 versehen.
Beide Teilkegelkörper 1, 2 besitzen jeweils einen zylindrischen
Anfangsteil 13, 14, welche ebenfalls versetzt zueinander
angeordnet sind. Somit sind die tangentialen Lufteintrittschlitze
7, 8 anströmseitig über die gesamte Länge
des Doppelkegelbrenners ausgebildet. Am stromaufwärtigen Ende
des Doppelkegelbrenners, d.h. in dessen zylindrischem Anfangsteil
13, 14, ist eine in den Brennerinnenraum 6 mündende,
zentralen Flüssigbrennstoffdüse 15 angeordnet. Beide
Teilkegelkörper 1, 2 weisen einen flachen, im Bereich von 10°
bis 30° ausgebildeten Kegelwinkel 16 auf. Brennkammerseitig
17 ist am Doppelkegelbrenner eine kragenförmige, als Verankerung
für die Teilkegelkörper 1, 2 dienende Abschlussplatte 18
angeordnet. In der Abschlussplatte 18 ist eine Anzahl von
Bohrungen 19 ausgebildet, durch welche Kühlluft 20 für die
unmittelbar stromauf der Abschlussplatte 18 befindlichen, sichelförmigen
Enden der Teilkegelkörper 1, 2 zur Brennkammer
17 abgeleitet wird.On both
Bei Verwendung von flüssigem Brennstoff 21 erfolgt dessen
Eindüsung in einem spitzen Winkel, am engsten Querschnitt des
Brennerinnenraumes 6. Dadurch bildet sich ein kegeliges
Brennstoffprofil 22 aus, welches von über die tangentialen
Lufteintrittschlitze 7, 8 einströmender, rotierender Verbrennungsluft
23 umschlossen wird. In axialer Richtung wird die
Konzentration des flüssigen Brennstoffes 21 fortlaufend durch
die eingemischte Verbrennungsluft 23 abgebaut. Am stromabwärtigen
Ende des Doppelkegelbrenners kommt es zur Ausbildung
einer zentralen Rückströmzone 24 des Brenngemisches, welches
das kegelige Brennstoffprofil 22 zum Aufplatzen (Vortex-Breakdown)
bringt. Dadurch wird in diesem Bereich eine gute
Brennstoffkonzentration über den Brennerquerschnitt erreicht.
Die Zündung des Brenngemisches erfolgt an der Spitze der-Rückströmzone
24. Erst an dieser Stelle kann eine stabile
Flammenfront 25 entstehen.
Wird gasförmiger Brennstoff 11 verbrannt, gelangt dieser
durch die Öffnungen 12 in den Brennerinnenraum 6, wobei er
der Verbrennungsluft 23 zugemischt wird. Dabei bildet sich im
Brennerinnenraum 6 ebenfalls ein kegeliges Brennstoffprofil
22 aus.When
If
Die Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Doppelkegelbrenners. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur die wesentlichen Bauteile bzw. die gegenüber dem in Fig. 1 und 2 aufgezeigten Stand der Technik veränderten Bauteile dargestellt.3 shows a schematic representation of a device according to the invention Double cone burner. For the sake of clarity are only the essential components or the opposite the prior art shown in FIGS. 1 and 2 changed Components shown.
Die beiden halben, hohlen Teilkegelkörper 1, 2 des Brenners
ergänzen sich zu einem als Doppelkegelteil ausgebildeten Körper
26, welcher stromab in einen gemeinsamen, kreisrunden
Auslassdiffusor 27 übergeht. Unmittelbar stromauf des Auslassdiffusors
27 ist ein Übergangsbereich 28 vom Doppelkegelteil
26 zum Auslassdiffusor 27 ausgebildet. In diesem Übergangsbereich
28 nimmt die Grösse der Lufteintrittschlitze 7,
8 in Strömungsrichtung 3 kontinuierlich ab. Dabei wird jedoch
der Brennerquerschnitt kontinuierlich erweitert, wodurch die
vom Brenngemisch durchströmte Fläche auch im Übergangsbereich
28 grösser wird oder zumindest konstant bleibt. The two half, hollow
Der Auslassdiffusor 27 weist eine Länge 29 von etwa 15 Prozent
der Gesamtlänge 30 des Doppelkelbrenners auf. Seine Austrittsfläche
31 entspricht etwa dem 1,3-fachen der Querschnittsfläche
32 am Anfang des Übergangsbereiches 28. Er besitzt
einen Öffnungswinkel 33, der zunächst gleich dem Kegelwinkel
16 des Brenners ist und in Strömungsrichtung 3 kontinuierlich
zunimmt.The
In Figur 4 ist der Übergangsbereich 28 zum Auslassdiffusor 27
vergrössert dargestellt, wodurch Anordnung und Ausbildung der
am stromabwärtigen Ende des Übergangsbereichs 28 endenden
Brennstoffleitung 9 deutlich werden.The transition region 28 to the
Die Figuren 5 bis 7 zeigen drei Teilquerschnitte des Doppelkegelteils
26 in seinem Übergangsbereich 28. In Fig. 5 ist
der Beginn, in Fig. 6 der Mittelteil und in Fig. 7 das Ende
des Übergangsbereiches 28 dargestellt. Im Übergangsbereich 28
wird der Durchmesser der Brennstoffleitung 9 sowie der Öffnungen
12 in Strömungsrichtung 3 reduziert. Bereits am Ende
des Übergangsbereiches 28 sind die Lufteintrittschlitze 7, 8
und die Öffnungen 12 vollständig verschlossen. Am sich stromabwärts
anschliessenden, kreisrunden Auslassdiffusor 27 sind
weder Lufteintrittschlitze 7, 8 noch Brennstoffleitungen 9,
10 angeordnet (Fig. 3).Figures 5 to 7 show three partial cross sections of the
Im Unterschied zur bereits oben beschriebenen Funktion eines
bekannten Doppelkegelbrenners wird durch die Anordnung des
Auslassdiffusors 27 zusätzlich Zeit und Raum für die Einmischung
auch des erst im stromabwärtigen Bereich des Doppelkegelteils
26 eingeführten, gasförmigen Brennstoffes 11 gewonnen.
Auf diese Weise wird eine optimale Brennstoffkonzentration
über den Brennerquerschnitt erreicht. Bei Verbrennung
eines solchen, homogenisierten Brenngemisches werden die NOx-
und die CO-Emissionen deutlich gesenkt. Auch bei Verwendung
von flüssigem Brennstoff 21 wird eine Verringerung der Emissionen
erreicht, jedoch ist der Vorteil in diesem Fall nicht
so gross. In contrast to the function of a
known double cone burner is by the arrangement of the
Im Auslassdiffusor 27 wird die Strömung des Brenngemisches
leicht verzögert und somit in ihrem Zentrum instabil. Dadurch
kommt es erst in die Nähe des stromabwärtigen Endes des Auslassdiffusors
27 zur Ausbildung der zentralen Rückströmzone
24 des Brenngemisches und somit zum Aufplatzen des kegeligen
Brennstoffprofils 22. Weil der Auslassdiffusor 27 trompetenförmig
ausgebildet ist, wird ein stetiger Oberflächenverlauf
vom Übergangsbereich 28 bis zum Eintritt des Brenngemisches
in die Brennkammer 17 erreicht. Demzufolge löst die Grenzschicht
in seinem Inneren nicht ab, so dass sich vorteilhaft
erst stromab des Doppelkegelbrenners eine stabile Flammenfront
25 ausbilden kann. Durch Veränderung der Länge des Doppelkegelteils
26, der Schlitzweite, des Öffnungswinkels 33
oder der Anzahl der Lufteintrittschlitze 7, 8 kann der Ort
des Wirbelaufplatzens entsprechend der konkreten Bedingungen
beeinflusst werden.The flow of the fuel mixture is in the
Wegen der im Übergangsbereich 28 vom Doppelkegelteil 26 zum
Auslassdiffusor 27 kontinuierlich verringerten Grösse der
Lufteintrittschlitze 7, 8 wird ein strömungsgünstiger Übergang
von der Doppelkegelbrenner-Geometrie zum kreisrunden
Auslassdiffusor 27 erreicht. Damit werden plötzliche Querschnittsprünge
vermieden. Die Anpassung der Gasbelochung an
die lokale Grösse der Lufteintrittschlitze 7, 8 erfolgt durch
die entsprechende Verringerung der Öffnungsdurchmesser. Natürlich
kann auch der Abstand zwischen den Öffnungen 12 erhöht
werden. Ein zusätzlicher Vorteil des trompetenförmig
ausgebildeten Auslassdiffusors 27 ist die stabilisierende
Wirkung seiner konvex gekrümmten Wand.Because of the transition region 28 from the
In einem zweiten Ausführungsbeispiel besitzt der Auslassdiffusor
27 einen Öffnungswinkel 34, der gleich dem Kegelwinkel
16 des Brenners ausgebildet ist (Fig. 8). Aufgrund der einfachen,
geraden Form des Auslassdiffusors 27 kann dieser Doppelkegelbrenner
wesentlich leichter und billiger gefertigt
werden. Zudem ist ausserhalb der Brennkammerwand 35 ein Kühlluftleitblech
36 angeordnet, welches stromauf bis zum Auslassdiffusor
27 reicht und am stromabwärtigen Ende der Lufteintrittschlitze
7, 8 endet. Der Auslassdiffusor 27 wird mit
im Raum zwischen Brennkammerwand 35 und Kühlluftleitblech 36
zurückströmender Kühlluft von aussen gekühlt, wobei letztere
schliesslich in ein stromauf des Brenners ausgebildetes Plenum
37 mündet. Aufgrund dieser konvektiven Kühlung des Auslassdiffusors
27 wird die Betriebssicherheit gegenüber dem
ersten Ausführungsbeispiel weiter verbessert.In a second embodiment, the outlet diffuser has
27 an
- 11
- TeilkegelkörperPartial cone body
- 22nd
- TeilkegelkörperPartial cone body
- 33rd
- StrömungsrichtungFlow direction
- 44th
- MittelachseCentral axis
- 55
- MittelachseCentral axis
- 66
- BrennerinnenraumBurner interior
- 77
- LufteintrittschlitzAir inlet slot
- 88th
- LufteintrittschlitzAir inlet slot
- 99
- BrennstoffleitungFuel line
- 1010th
- BrennstoffleitungFuel line
- 1111
- gasförmiger Brennstoffgaseous fuel
- 1212th
- Brennstoffzuführung, ÖffnungFuel supply, opening
- 1313
- AnfangsteilInitial part
- 1414
- AnfangsteilInitial part
- 1515
- FlüssigbrennstoffdüseLiquid fuel nozzle
- 1616
- KegelwinkelCone angle
- 1717th
- BrennkammerCombustion chamber
- 1818th
- AbschlussplatteEnd plate
- 1919th
- Bohrungdrilling
- 2020th
- KühlluftCooling air
- 2121
- flüssiger Brennstoffliquid fuel
- 2222
- kegeliges Brennstoffprofiltapered fuel profile
- 2323
- VerbrennungsluftCombustion air
- 2424th
- Rückströmzone Backflow zone
- 2525th
- FlammenfrontFlame front
- 2626
- Körper, DoppelkegelteilBody, double cone part
- 2727
- AuslassdiffusorOutlet diffuser
- 2828
- ÜbergangsbereichTransition area
- 2929
- Länge von 27Length of 27
- 3030th
- Gesamtlänge von 26 und 27Total length of 26 and 27
- 3131
- Austrittsfläche von 27Exit area of 27
- 3232
- QuerschnittsflächeCross sectional area
- 3333
- Öffnungswinkel von 27Opening angle of 27
- 3434
- Öffnungswinkel von 27Opening angle of 27
- 3535
- BrennkammerwandCombustion chamber wall
- 3636
- KühlluftleitblechCooling air baffle
- 3737
- Plenumplenum
Claims (5)
- Cone burner for gaseous and/or liquid fuels (11, 21), consisting ofa) at least two hollow sectional cone bodies (1, 2) which complement one another to form one body (26) and whose centre axes (4, 5) are arranged offset from one another in the direction (3) of flow,b) tangential air-inlet slots (7, 8) arranged between the sectional cone bodies (1, 2),c) a plurality of fuel feeds (12), uniformly distributed in the entire region of the air-inlet slots (7, 8), for gaseous fuel (11),d) a burner interior space (6) widening conically in the direction (3) of flow,e) a central liquid-fuel nozzle (15) arranged at the upstream end of the cone burner and leading into the burner interior space (6),f) the sectional cone bodies (1, 2) have a common outlet diffuser (27) at their downstream end,g) the sectional cone bodies (1, 2) have a transition region (28) to the outlet diffuser (27), in which the size of the air-inlet slots (7, 8) decreases continuously in the direction (3) of flow,h) the outlet diffuser (27) is designed to be circular and without air-inlet slots (7, 8).
- Cone burner according to Claim 1, characterized in that the diameter of the fuel feeds (12) decreases in the direction (3) of flow in the transition region (28) of the sectional cone bodies (1, 2).
- Cone burner according to Claim 2, characterized in that the outlet diffuser (27) has a length (29) of about 10 to 25 per cent of the overall length (30) of the cone burner and has an outlet area (31) which is not greater than 1.3 times a cross-sectional area (32), formed at the start of the transition region (28), of the body (26).
- Cone burner according to Claim 3, characterized in that the outlet diffuser (27) has an opening angle (34) which is equal to the cone angle (16) of the burner.
- Cone burner according to Claim 3, characterized in that the outlet diffuser (27) has an opening angle (33) which is initially equal to the cone angle (16) of the burner and increases continuously in the direction (3) of flow.
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