EP0851176A2

EP0851176A2 - Boiler for a heat generator

Info

Publication number: EP0851176A2
Application number: EP97810921A
Authority: EP
Inventors: Jürgen Dr. Haumann; Hans Peter Knöpfel; Thomas Dr. Sattelmayer
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland; ABB Research Ltd Sweden
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland; ABB Research Ltd Sweden
Priority date: 1996-12-30
Filing date: 1997-11-27
Publication date: 1998-07-01
Also published as: DE19654741A1; EP0851176A3

Abstract

The combustion air flows into a pre-mixing section formed by the axial extension of the pre-mixing burner through tangential air inlet ducts. The combustion chamber (17) of the boiler unit (100), on the downstream side of the outlet (18) to the pre-mixing burner, contains an appliance (103-105) restricting the spread of a backflow zone (24) formed by the pre-mixing burner. The restricting appliance consists of a disc (103) held by at least one support (104). The pre-mixing burner consists of at least two hollow, conical, interfitting part-bodies with staggered centre axes. The fuel nozzle is at the top of the burner axis.

Description

Technisches GebietTechnical field

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kesselanlage gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a boiler system according to Preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Die Flammenstabilisierung von vielen modernen Low-NOx-Brenners, wie vorzugsweise aus EP-B1-0 321 809 hervorgeht, beruht auf der Erzeugung einer Rückströmzone oder Rückströmblase (= Vortex-Breakdown). Diese Brenner werden oft als Vormischbrenner bezeichnet, ausgehend von der Tatsache, dass die Vormischung des zum Einsatz kommenden Brennstoffes innerhalb einer zum Brenner gehörenden Strecke vorgenommen wird. Bei ungünstiger Auslegung des Drallerzeugers eines solchen Vormischbrenners geht durch die hohe Drallzahl die gewünschte kurze Rückströmzone durch das Aufplatzen des Wirbels in eine lange fast zylindrische Rückströmzone über. Beim Betrieb eines solchen Vormischbrenners ohne eine anschliessende Brennkammer, oder bei einem zu grossen Brennraum, resp. bei einem Brennraum, dessen Brennkammerwände relativ kalt sind, was typischerweise bei Kesseln der Fall ist, wird den zurückströmenden Rauchgasen im Kern die Wärme entzogen. Dies führt, insbesondere beim Start, zu einer ungenügenden Flammenstabilisierung, und beim Betrieb des Vormischbrenners mit einem flüssigen Brennstoff zu einer unzureichenden Vorverdampfung der Brennstofftropfen. Dieses Verhalten lässt sich auch bei Brennern für Kesselanlagen mit einer passiven Rauchgasrezirkulation im Brennraum feststellen. Diese Probleme können zum Flammenabriss oder zu Schwingungen führen, und machen ein unerwünschtes besonderes Startprozedere notwendig. Bei Heizungsfeuerungen muss ausserdem eine sehr lange Startphase vorgesehen werden, welche zu erhöhten Schadstoff-Emissionen führt. Dies hängt im wesentlichen damit zusammen, dass der ganze Kessel mit seiner relativ grossen thermischen Trägheit soweit aufgewärmt werden muss, bis die rückströmenden Abgase eine ausreichende Temperatur aufweisen.The flame stabilization of many modern low NOx burners, as can be seen preferably from EP-B1-0 321 809 on the creation of a backflow zone or backflow bubble (= Vortex breakdown). These burners are often called premix burners referred to, based on the fact that the premix of the fuel used within one route belonging to the Brenner is made. With less favorable Design of the swirl generator of such a premix burner goes through the high swirl number the desired short Backflow zone due to the bursting of the vortex in a long almost cylindrical backflow zone over. When operating one Premix burner without a subsequent combustion chamber, or if the combustion chamber is too large, resp. in a combustion chamber, whose combustion chamber walls are relatively cold, which is typically in the case of boilers, the backflow Flue gases in the core extracted the heat. This leads to, especially at the start, to insufficient flame stabilization, and when operating the premix burner with one liquid fuel to an insufficient pre-evaporation the fuel drop. This behavior can also be seen in Burners for boiler systems with passive flue gas recirculation in the combustion chamber. These problems can lead to Flame rupture or vibrations, and make an undesirable special starting procedure necessary. For heating systems must also have a very long start-up phase are provided which lead to increased pollutant emissions leads. This is essentially due to the fact that the whole boiler with its relatively high thermal inertia must be warmed up until the back-flowing exhaust gases have a sufficient temperature.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist , liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Kesselanlage der eingangs genannten Art Vorkehrungen vorzuschlagen, welche eine zu starke Abkühlung der reagierten Rückströmgase verhindert.The invention seeks to remedy this. The invention how it is characterized in the claims, the task lies the basis for a boiler system of the type mentioned Take measures to prevent excessive cooling the reacted backflow gases prevented.

Dies wird erreicht, indem die vom Vormischbrenner gebildete Rückströmzone durch eine Vorrichtung, welche in der heissen Abgaszone angeordnet ist, in axialer Richtung begrenzt wird.This is achieved by that of the premix burner Backflow zone through a device which in the hot Exhaust zone is arranged, is limited in the axial direction.

Der wesentliche Vorteil einer solchen Vorrichtung, welche gegenüber der Ausdehnung der Rückströmzone einen Körper als Limiter bildet, besteht darin, dass die Flammenstabilisation extrem verbessert wird, und das Aufheizen des gesamten Brennraums während der Startphase entfällt. Somit wird auch möglich, ganz auf eine separate und komplizierte Startvorrichtung oder Startprozedur zu verzichten.The main advantage of such a device, which over the extension of the backflow zone a body as a limiter forms, is that the flame stabilization is extremely improved, and the heating of the entire combustion chamber omitted during the start-up phase. This also makes it possible completely on a separate and complicated starting device or to waive the start procedure.

Vorteilhafte und zweckmässige Weiterbildungen der erfindungsgemässen Aufgabenlösung sind in der weiteren abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet. Advantageous and expedient developments of the inventive Task solution are in the further dependent claims featured.

Im folgenden wird anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind fortgelassen worden. Gleiche Elemente sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Strömungsrichtung der Medien ist mit Pfeilen angegeben.In the following, exemplary embodiments will be described with reference to the drawings the invention explained in more detail. All for immediate understanding are not necessary elements of the invention been left out. The same elements are in the different Figures with the same reference numerals. The The direction of flow of the media is indicated by arrows.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Es zeigt:

Fig. 1: eine Kesselanlage, welche mit einem Vormischbrenner betrieben wird, mit einer Vorrichtung für die Limitierung der Ausdehnung der Rückströmzone,
Fig. 2: eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung für die Limitierung der Ausdehnung der Rückströmzone,
Fig. 3: einen Vormischbrenner zum Betrieb der Kesselanlage, in perspektivischer Darstellung,
Fig. 4: eine weitere perspektivische Darstellung dieses Vormischbrenners aus anderer Ansicht in vereinfachter Form,
Fig. 5: einen Schnitt durch den Vormischbrenner gemäss Fig. 2 oder 3, mit Injektoren bestückt, wobei die Einströmungsebene von Zuführungskanälen parallel zur Brennerachse verlaufen,
Fig. 6: eine Konfiguration des Injektorsystems in Strömungsrichtung,
Fig. 7: eine weitere Ausgestaltung der Einströmungsebene von Zuführungskanälen und
Fig. 8: eine weitere Konfiguration des Injektorsystems in Strömungsrichtung.

It shows:

Fig. 1: a boiler system which is operated with a premix burner, with a device for limiting the extent of the backflow zone,
Fig. 2: a further embodiment of the device for limiting the extent of the backflow zone,
Fig. 3: a premix burner for operating the boiler system, in perspective,
Fig. 4: another perspective view of this premix burner from another view in a simplified form,
Fig. 5: 3 shows a section through the premix burner according to FIG. 2 or 3, equipped with injectors, the inflow plane of supply channels running parallel to the burner axis,
Fig. 6: a configuration of the injector system in the direction of flow,
Fig. 7: a further embodiment of the inflow plane of supply channels and
Fig. 8: a further configuration of the injector system in the flow direction.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche VerwendbarkeitWAYS OF CARRYING OUT THE INVENTION, INDUSTRIAL APPLICABILITY

Fig. 1 zeigt eine Kesselanlage 100, wie sie üblicherweise für Heizugsfeuerungen eingesetzt wird. Diese Kesselanlage 100 besteht im wesentlichen aus einem aus einem Flammrohr 101 gebildeten Brennraum 17, der durch eine wärmebeständige Schottung 106 umgeben ist. Die Kesselanlage wird durch einen Vormischbrenner betrieben, dessen Beschreibung unter Fig. 3 und 4 näher hervorgeht. In der heissen Abgaszone 102, in einem Abstand hinter der Frontplatte 18 des Vormischbrenners ist in der Ausdehnungsebene der Rückströmzone eine Scheibe 103 mit einer abströmungsseitigen stabförmigen Halterung 104 angeordnet, welche als Begrenzung gegenüber der Ausdehnung ebendieser Rückströmzone 24 in Strömungsrichtung wirkt. Diese aus Scheibe 103 und Halterung 104 bestehende Begrenzung weist eine geringe Wärmekapazität aus, und besteht vorzugsweise aus einem wärmebeständigen Material. Hier können beispielsweise hochlegierte Stähle oder keramische Materialien zum Einsatz kommen. Bei einer Blechkonstruktion dieser Begrenzung soll ein aus thermischen Beanspruchungen hervorgerufenes Beulen oder Verbiegen dadurch verhindert werden, dass die Ränder der Scheibe 103 geschlitzt oder umgebördelt werden. Durch die Vorrichtung wird die Flammenstabilisation extrem verbessert, womit das Aufheizen des gesamten Brennraumes 17 während der Startphase entfällt. Die Vorteile beim Einsatz dieser Vorrichtung ergeben sich auch daraus, dass der Startvorgang einfacher zu gestalten ist. Was die nicht dargestellte Einleitung der rückgeströmten Rauchgase betrifft, so wird auf die Rauchgas-Rezirkulation unter Fig. 5-8 verwiesen. 1 shows a boiler system 100, as is usually the case for Heating furnaces is used. This boiler system 100 exists essentially from a flame tube 101 Combustion chamber 17 by a heat-resistant partition 106 is surrounded. The boiler system is powered by a premix burner operated, the description of Fig. 3 and 4 emerges in more detail. In the hot exhaust zone 102, in one Distance behind the front panel 18 of the premix burner is in a disk 103 with the expansion plane of the return flow zone a rod-shaped holder 104 on the outflow side, which is a limitation on the expansion of this Backflow zone 24 acts in the direction of flow. This out Disc 103 and bracket 104 has existing limit a low heat capacity, and preferably consists of a heat-resistant material. Here, for example high-alloy steels or ceramic materials come. In the case of a sheet metal construction, this limitation should a bulge caused by thermal stress or bending can be prevented by the edges of the Slice 103 are slotted or flanged. Through the Device the flame stabilization is extremely improved, whereby the heating of the entire combustion chamber 17 during the Start phase is omitted. The advantages of using this device also result from the fact that the starting process is easier is to be designed. What the not shown Initiation of the back-flowed flue gases concerns, so on the flue gas recirculation is shown in Fig. 5-8.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung zur Begrenzung der strömungsseitigen Ausdehnung der Rückströmzone. Die Scheibe 103 ist durch einzelne Stützen 105 gehalten, welche sich an dem Flammrohr 101 abstützen. Die weiteren Ueberlegungen unter Fig. 1 haben auch hier ihre Gültigkeit.Fig. 2 shows a further embodiment of the device for Limitation of the expansion side of the return flow zone. The disk 103 is held by individual supports 105, which are supported on the flame tube 101. The others Considerations under Fig. 1 are also valid here.

Fig. 3 zeigt einen Vormischbrenner in perspektivischer Darstellung. Zum besseren Verständnis des Gegenstandes ist es vorteilhaft, wenn gleichzeitig bei der Erfassung von Fig. 3 mindestens auch Fig. 4 herangezogen wird. Diese zwei Figuren haben hauptsächlich den Zweck, die Art und die Funktionsweise eines solchen Brenners abzustecken.Fig. 3 shows a premix burner in perspective. It is for a better understanding of the subject advantageous if at the same time in the acquisition of FIG. 3 at least Fig. 4 is used. These two figures have mainly the purpose, the type and the functioning of such a burner.

Der Vormischbrenner gemäss Fig. 3 besteht aus zwei hohlen kegelförmigen Teilkörpern 1, 2, die versetzt zueinander ineinandergeschachtelt sind und mit einem gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoff betrieben wird. Unter dem Begriff "kegelförmig" wird hier nicht nur die gezeigte, durch einen festen Oeffnungswinkel charakterisierte Kegelform verstanden, sondern er schliesst auch andere Konfigurationen der Teilkörper mit ein, so eine Diffusor- oder diffusorähnliche Form sowie eine Konfusor- oder konfusorähnliche Form. Diese Formen sind vorliegend nicht speziell dargestellt, da sie dem Fachmann ohne weiteres geläufig sind. Die Versetzung der jeweiligen Mittelachse oder Längssymmetrieachse der Teilkörper 1, 2 zueinander (Vgl. Fig. 4, Pos. 3, 4) schafft auf beiden Seiten, in spiegelbildlicher Anordnung, jeweils einen tangentialen Lufteintrittskanal 5, 6 frei, durch welche die Verbrennungsluft 7 in Innenraum des Vormischbrenners, d.h. in den Kegelhohlraum 8 strömt. Die beiden kegeligen Teilkörper 1, 2 weisen je einen zylindrischen Anfangsteil 9, 10, die ebenfalls, analog den vorgenannten Teilkörpern 1, 2, versetzt zueinander verlaufen, so dass die tangentialen Lufteintrittskanäle 5, 6 über die ganze Länge des Vormischbrenners vorhanden sind. Im Bereich des zylindrischen Anfangsteils ist eine Düse 11 zur vorzugsweise Zerstäubung eines flüssigen Brennstoffes 12 untergebracht, dergestalt dass deren Eindüsung in etwa mit dem engsten Querschnitt des durch die Teilkörper 1, 2 gebildeten Kegelhohlraumes 8 zusammenfällt. Die Eindüsungskapazität und die Betriebsart dieser Düse 11 richtet sich nach den vorgegebenen Parametern des jeweiligen Vormischbrenners. Der durch die Düse 11 eingedüsten Brennstoff 12 kann bei Bedarf mit einem rückgeführten Abgas angereichert werden; sodann ist es auch möglich, durch die Düse 11 die komplementäre Einspritzung einer Wassermenge zu bewerkstelligen.3 consists of two hollow conical ones Partial bodies 1, 2, which are nested offset from one another are and with a gaseous and / or liquid fuel is operated. Under the term "Cone-shaped" is not only shown here by one understood the defined cone shape, it also closes other configurations of the partial bodies with a, such a diffuser or diffuser-like shape as well a confuser or confuser-like shape. These forms are not specifically shown here because they are the expert are well known. The transfer of the respective Central axis or longitudinal axis of symmetry of the partial bodies 1, 2 to each other (see Fig. 4, Pos. 3, 4) creates on both sides, in a mirror image arrangement, each one tangential Air inlet duct 5, 6 free, through which the combustion air 7 inside the premix burner, i.e. in the cone cavity 8 flows. The two conical partial bodies 1, 2 each have a cylindrical starting part 9, 10, the likewise, analogously to the aforementioned partial bodies 1, 2 run to each other so that the tangential Air inlet channels 5, 6 over the entire length of the premix burner available. In the area of the cylindrical initial part is a nozzle 11 for preferably atomizing a liquid fuel 12 housed such that their injection approximately with the narrowest cross section of the the partial body 1, 2 formed conical cavity 8 coincides. The injection capacity and the operating mode of this Nozzle 11 depends on the given parameters of the respective Premix burner. The injected through the nozzle 11 Fuel 12 can, if necessary, with a recirculated exhaust gas be enriched; then it is also possible through the Nozzle 11 the complementary injection of an amount of water accomplish.

Selbstverständlich kann der Vormischbrenner rein kegelig, also ohne zylindrische Anfangsteile 9, 10 ausgebildet sein. Die Teilkörper 1, 2 weisen des weiteren je eine Brennstoffleitung 13, 14 auf, welche entlang der tangentialen Eintrittskanäle 5, 6 angeordnet und mit Eindüsungsöffnungen 15 versehen sind, durch welche vorzugsweise ein gasförmiger Brennstoff 16 in die dort vorbeiströmende Verbrennungsluft 7 eingedüst wird, wie dies durch Pfeile 16 versinnbildlicht wird, wobei diese Eindüsung zugleich die Brennstoffinjektionsebene (Vgl. Fig. 4, Pos. 22) des Systems bildet. Diese Brennstoffleitungen 13, 14 sind vorzugsweise spätestens am Ende der tangentialen Einströmung, vor Eintritt in den Kegelhohlraum 8, plaziert, dies um eine optimale Luft/Brennstoff-Mischung zu gewährleisten.Of course, the premix burner can be purely conical, thus be designed without cylindrical starting parts 9, 10. The sub-bodies 1, 2 also each have a fuel line 13, 14 on which along the tangential inlet channels 5, 6 arranged and with injection openings 15 are provided, by which preferably a gaseous Fuel 16 into the combustion air 7 flowing there is injected, as symbolized by arrows 16 is, this injection at the same time the fuel injection level (See Fig. 4, item 22) of the system. This Fuel lines 13, 14 are preferably at the latest End of tangential inflow, before entering the cone cavity 8, placed this around an optimal air / fuel mixture to ensure.

Brennraumseitig weist der Vormischbrenner eine als Verankerung für die Teilkörper 1, 2 dienende Frontplatte 18 mit einer Anzahl Bohrungen 19 auf, durch welche bei Bedarf eine Misch- bzw. Kühlluft 20 dem vorderen Teil des Brennraumes 17 bzw. dessen Wand zugeführt wird.On the combustion chamber side, the premix burner has an anchor for the partial body 1, 2 serving front panel 18 with a Number of holes 19 through which, if necessary Mixed or cooling air 20 the front part of the combustion chamber 17th or whose wall is fed.

Wird der Vormischbrenner, wie bereits beschrieben, allein mittels eines flüssigen Brennstoffes 12 betrieben, so geschieht dies über die zentrale Düse 11, wobei dieser Brennstoff 12 dann unter einem spitzen Winkel in den Kegelhohlraum 8 bzw. in den Brennraum 17 eingespritzt wird. Aus der Düse 11 bildet sich sonach ein kegeliges Brennstoffprofil 23, das von der tangential einströmenden rotierenden Verbrennungsluft 7 umschlossen wird. In axialer Richtung wird die Konzentration des eingedüsten Brennstoffes 12 fortlaufend durch die einströmenden Verbrennungsluft 7 zu einer optimalen Gemisch abgebaut.As already described, the premix burner becomes alone operated by means of a liquid fuel 12, so happens this through the central nozzle 11, this fuel 12 then into the cone cavity at an acute angle 8 or is injected into the combustion chamber 17. From the nozzle 11 a conical fuel profile 23 is formed, which is formed by the tangentially flowing rotating combustion air 7 is enclosed. In the axial direction, the concentration of the injected fuel 12 continuously through the inflowing Combustion air 7 degraded to an optimal mixture.

Will man den Vormischbrenner mit einem gasförmigen Brennstoff 16 betreiben, so kann dies grundsätzlich auch über die zentrale Brennstoffdüse 11 geschehen, vorzugsweise soll aber eine solche Betriebsart über die Eindüsungsöffnungen 15 vorgenommen werden, wobei die Bildung dieses Brennstoff/Luft-Gemisches direkt am Ende der Lufteintrittskanäle 5, 6 zustande kommt.If you want the premix burner with a gaseous fuel 16 operate, this can in principle also via the central Fuel nozzle 11 happen, but should preferably such an operating mode is carried out via the injection openings 15 be, the formation of this fuel / air mixture directly at the end of the air inlet ducts 5, 6 is coming.

Bei der Eindüsung des flüssigen Brennstoffes 12 über die Düse 11 wird am Ende des Vormischbrenners die optimale, homogene Brennstoffkonzentration über den Querschnitt erreicht. Ist die Verbrennungsluft 7 zusätzlich vorgeheizt oder mit einem rückgeführten Abgas angereichert, so unterstützt dies die Verdampfung des flüssigen Brennstoffes 12 nachhaltig innerhalb der durch die Länge des Vormischbrenners induzierte Vormischstrecke. Was die Zumischung eines rückgeführten Rauchgas betrifft, so wird auf die Fig. 5-8 verweisen.When the liquid fuel 12 is injected via the nozzle 11 is the optimal, homogeneous at the end of the premix burner Fuel concentration reached across the cross section. Is the combustion air 7 additionally preheated or with a recycled exhaust gas enriched, this supports the Evaporation of the liquid fuel 12 sustainably within the premix distance induced by the length of the premix burner. As for the admixture of a recirculated flue gas concerns, reference is made to FIGS. 5-8.

Die gleichen Ueberlegungen gelten auch, wenn über die Brennstoffleitungen 13, 14 statt gasförmige nun flüssige Brennstoffe zugeführt werden sollten.The same considerations also apply when using the fuel lines 13, 14 instead of gaseous liquid fuels should be fed.

Bei der Gestaltung der kegelförmigen Teilkörper 1, 2 hinsichtlich der Zunahme des Strömungsquerschnittes sowie der Breite der tangentialen Lufteintrittskanäle 5, 6 sind an sich enge Grenzen einzuhalten, damit sich das gewünschte Strömungsfeld der Verbrennungsluft 7 am Ausgang des Vormischbrenners einstellen kann. Die kritische Drallzahl stellt sich am Ausgang des Vormischbrenners ein: Dort bildet sich auch eine Rückströmzone 24 (Vortex Breakdown) mit einem gegenüber der dort wirkenden Flammenfront 25 stabilisierenden Effekt ein, in dem Sinne, dass die Rückströmzone 24 die Funktion eines körperlosen Flammenhalters übernimmt.When designing the conical part body 1, 2 with respect the increase in the flow cross section and the The width of the tangential air inlet channels 5, 6 are per se Adhere to narrow limits so that the desired flow field the combustion air 7 at the outlet of the premix burner can adjust. The critical swirl number arises on Output of the premix burner on: there also forms one Reverse flow zone 24 (vortex breakdown) with one opposite the there acting flame front 25 stabilizing effect, in the sense that the backflow zone 24 has the function of a disembodied flame holder takes over.

Die optimale Brennstoffkonzentration über den Querschnitt wird erst im Bereich des Wirbelaufplatzens, also im Bereich der Rückströmzone 24 erreicht. Erst an dieser Stelle entsteht sodann eine stabile Flammenfront 25. Die flammenstabilisierende Wirkung ergibt sich durch die sich im Kegelhohlraum 8 bildende Drallzahl in Strömungsrichtung entlang der Kegelachse. Ein Rückschlagen der Flamme in das Innere des Vormischbrenners wird damit unterbunden.The optimal fuel concentration across the cross-section is only in the area of vertebral bursting, i.e. in the area the backflow zone 24 reached. Only at this point then a stable flame front 25. The flame stabilizing Effect results from that in the cone cavity 8 forming swirl number in the direction of flow along the cone axis. A backlash of the flame inside the premix burner is prevented.

Allgemein ist zu sagen, dass eine Minimierung der Durchflussöffnung der tangentialen Lufteintrittskanäle 6, 7 prädestiniert ist, die Rückströmzone 24 ab Ende der Vormischstrecke zu bilden. Die Konstruktion des Vormischbrenners eignet sich des weiteren vorzüglich, die Durchflussöffnung der tangentialen Lufteintrittskanäle 5, 6 nach Bedarf zu verändern, womit ohne Veränderung der Baulänge des Vormischbrenners eine relativ grosse betriebliche Bandbreite erfasst werden kann. Selbstverständlich sind die Teilkörper 1, 2 auch in einer anderen Ebene zueinander verschiebbar, wodurch sogar eine Ueberlappung gegenüber der Lufteintrittsebene in den Kegelhohlraum 8 (Vgl. Fig. 4, Pos. 21) derselben im Bereich der tangentialen Lufteintrittskanäle 5, 6, wie dies aus Fig. 4 hervorgeht, bewerkstelligt werden kann. Es ist sodann auch möglich, die Teilkörper 1, 2 durch eine gegenläufige drehende Bewegung spiralartig ineinander zu verschachteln.In general it can be said that the flow opening is minimized of the tangential air inlet ducts 6, 7 is predestined is the backflow zone 24 from the end of the premixing section to build. The design of the premix burner is suitable furthermore excellent, the flow opening of the tangential To change air inlet channels 5, 6 as required, with what without changing the overall length of the premix burner relatively large operational bandwidth can be captured. Of course, the partial bodies 1, 2 are also in another Plane can be shifted towards each other, creating even Overlap in relation to the air inlet plane in the cone cavity 8 (See FIG. 4, item 21) of the same in the area of tangential air inlet ducts 5, 6, as shown in FIG. 4 emerges, can be accomplished. Then it is also possible, the partial body 1, 2 by rotating in opposite directions Interlacing movement in a spiral.

Durch eine in diesem Vormischbrenner erreichbare homogenere Gemischbildung zwischen den eingedüsten Brennstoffen 11, 12 und der Verbrennungsluft 7 erzielt man tiefere Flammentemperaturen und damit tiefere Schadstoff-Emissionen, insbesondere tiefere NOx-Werte. Sodann reduzieren diese tieferen Temperaturen die thermische Belastung für das Material an der Brennerfront und machen beispielweise eine Sonderbehandlung der Oberfläche nicht zwingend.Thanks to a more homogeneous one that can be achieved in this premix burner Mixture formation between the injected fuels 11, 12 and the combustion air 7, lower flame temperatures are achieved and thus lower pollutant emissions, in particular lower NOx values. Then reduce these lower temperatures the thermal load on the material on the burner front and make for example a special treatment of the Surface not mandatory.

Was die Anzahl der Lufteintrittskanäle betrifft, so ist der Vormischbrenner nicht auf die gezeigte Anzahl beschränkt. Eine grössere Anzahl ist beispielsweise dort angezeigt, wo es darum geht, die Vorvermischung breiter anzulegen, oder die Drallzahl und somit die davon abhängige Bildung der Rückströmzone 24 durch eine grössere Anzahl Lufteintrittskanäle entsprechend zu beeinflussen.As far as the number of air inlet ducts is concerned, this is the Premix burner not limited to the number shown. For example, a larger number is displayed where it is is about broadening the pre-mix, or the Swirl number and thus the dependent formation of the backflow zone 24 through a larger number of air inlet ducts to influence accordingly.

Vormischbrenner der hier beschriebenen Art sind auch solche, welche zur Erzielung einer Drallströmung von einem zylindrischen oder quasi-zylindrischen Rohr ausgehen, die Einströmung der Verbrennungsluft ins Innere des Rohres über ebenfalls tangential angelegte Lufteintrittskanäle bewerkstelligt wird, und im Innern des Rohres einen kegelförmigen Körper mit in Strömungsrichtung abnehmenden Querschnitt angeordnet ist, womit auch mit dieser Konfiguration eine kritische Drallzahl am Ausgang des Brenners erzielbar ist.Premix burners of the type described here are also those which is used to achieve a swirl flow from a cylindrical or quasi-cylindrical tube, the inflow the combustion air into the interior of the pipe also tangential air inlet ducts are created, and inside the tube a conical body with in Flow direction decreasing cross section is arranged, with what even with this configuration a critical swirl number on Output of the burner can be achieved.

Fig. 4 zeigt den gleichen Vormischbrenner gemäss Fig. 3, jedoch aus einer anderen Perspektive und in vereinfachter Darstellung. Diese Figur 4 soll im wesentlichen dazu dienen, die Konfiguration dieses Vormischbrenners einwandfrei zu erfassen. Insbesondere ist in dieser Fig. 4 die Versetzung der beiden Teilkörper 1, 2 zueinander, bezogen auf die Hauptmittelachse 26 (= Brennerachse) des Vormischbrenners, welche der Hauptachse der zentralen Brennstoffdüse 11 entspricht, recht gut ersichtlich. Diese Versetzung induziert an sich die Grösse der Durchflussöffnungen der tangentialen Lufteintrittskanäle 5, 6. Die Mittelachse 3, 4 verlaufen hier parallel zueinander. FIG. 4 shows the same premix burner according to FIG. 3, however from a different perspective and in a simplified representation. This Figure 4 is essentially intended to serve the The configuration of this premix burner can be recorded perfectly. In particular, in this Fig. 4 is the displacement of the two sub-bodies 1, 2 to each other, based on the main central axis 26 (= burner axis) of the premix burner, which is the The main axis of the central fuel nozzle 11 corresponds, right well visible. This dislocation in itself induces the Size of the flow openings of the tangential air inlet ducts 5, 6. The central axis 3, 4 run parallel here to each other.

Fig. 5 ist ein Schnitt etwa in der Mitte des Vormischbrenners. Die spiegelbildlich tangential angeordneten Zuführungskanäle 27, 28 erfüllen die Funktion einer Mischstrecke, in welchen die Verbrennungsluft 7, gebildet aus Frischluft 29 und rückgeführtem Rauchgas 30 perfektioniert wird. Die Verbrennungsluft 7 wird in einem Injektorsystem 200 aufbereitet. Stromauf jedes Zuführungskanals 27, 28, der als tangentiale Einströmung in den Innenraum 8 des Vormischbrenners dient, wird die Frischluft 29 auf der ganzen Länge dieses Vormischbrenners gleichmässig über Lochplatten 31, 32 verteilt. In Strömungsrichtung zur tangentialen Eintrittskanäle 5, 6 sind diese Lochplatten 31, 32 perforiert. Die Perforierungen erfüllen die Funktion einzelner Injektordüsen 31a, 32a, welche eine Saugwirkung gegenüber dem umliegenden Rauchgas 30 ausüben, dergestalt, dass jede dieser Injektordüse 31a, 32a jeweils nur einen bestimmten Anteil an Rauchgas 30 ansaugt, worauf über die ganze axiale Länge der Lochplatten 31, 32, die der Brennerlänge entspricht, eine gleichmässige Rauchgas-Zumischung stattfindet. Diese Konfiguration bewirkt, dass bereits am Berührungsort der beiden Medien, also der Frischluft 29 und des Rauchgases 30, eine innige Vermischung stattfindet, so dass die bis zu den tangentialen Lufteintrittsschlitzen 5, 6 reichende Strömungslänge der Zuführungskanäle 27, 28 für die Gemischbildung minimiert werden kann. Danebst zeichnet sich die hiesige Injektor-Konfiguration 200 dadurch aus, dass die Geometrie des Vormischbrenners, insbesondere was die Form und Grösse der tangentialen Lufteintrittskanäle 5, 6 betrifft, formstabil bleibt, d.h. durch die gleichmässig dosierte Verteilung der an sich heissen Rauchgase 30 entlang der ganzen axialen Länge des Vormischbrenners entstehen keine wärmebedingten Verwerfungen. Die gleiche Injektor-Konfiguration, wie die soeben hier beschriebene, kann auch im Bereich der kopfseitigen Brennstoffdüse 11 für eine axiale Zuführung einer Verbrennungsluft vorgesehen werden. Fig. 5 is a section approximately in the middle of the premix burner. The feed channels arranged tangentially in mirror image 27, 28 perform the function of a mixing section, in which the combustion air 7, formed from fresh air 29 and recirculated flue gas 30 is perfected. The combustion air 7 is processed in an injector system 200. Upstream of each feed channel 27, 28, the tangential Inflow into the interior 8 of the premix burner, the fresh air 29 along the entire length of this premix burner evenly distributed over perforated plates 31, 32. In Flow direction to the tangential inlet channels 5, 6 are perforated plates 31, 32. Meet the perforations the function of individual injector nozzles 31a, 32a, which exert a suction effect on the surrounding flue gas 30, such that each of these injector nozzles 31a, 32a, respectively sucks only a certain proportion of flue gas 30, whereupon over the entire axial length of the perforated plates 31, 32, corresponds to the burner length, a uniform flue gas admixture takes place. This configuration already does that at the point of contact of the two media, i.e. the fresh air 29 and the flue gas 30, an intimate mixing takes place, so that up to the tangential air inlet slots 5, 6 reaching flow length of the feed channels 27, 28 can be minimized for the mixture formation. Besides The local injector configuration 200 is characterized by this from that the geometry of the premix burner, in particular what the shape and size of the tangential air intake ducts 5, 6 concerns, remains dimensionally stable, i.e. through the evenly dosed distribution of the hot gases 30 along the entire axial length of the premix burner does not arise thermal distortions. The same injector configuration, like the one just described here, can also be in the area the head-side fuel nozzle 11 for an axial supply a combustion air can be provided.

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung des Vormischbrenners in Strömungsrichtung, worin insbesondere der Verlauf der zum Injektorsystem gehörenden Lochplatten 31, 32 gegenüber den Einströmungsebenen 33 der Zuführungskanäle 27, 28 zum Ausdruck kommt. Dieser Verlauf ist parallel, wobei die Einströmungsebenen 33 selbst über die ganze Brennerlänge parallel zur Brennerachse 26 des Vormischbrenners verlaufen. In dieser Figur ist auch ersichtlich, wie die Injektordüsen 31a, 32a ihren Einströmungswinkel gegenüber der Brennerachse 26 des Vormischbrenners in Strömungsrichtung verändern. Von einer anfänglichen spitzen Winkel im Bereich der Kopfstufe des Vormischbrenners richten sie sich allmählich auf, bis sie im Bereich des Ausganges in etwa senkrecht zur Brennerachse 26 stehen. Durch diese Vorkehrung wird die Mischungsgüte der Verbrennungsluft gesteigert und die Rückströmzone positionsstabil gehalten.6 is a schematic representation of the premix burner in the direction of flow, in particular the course of the Injector system belonging perforated plates 31, 32 compared to the Inflow planes 33 of the feed channels 27, 28 are expressed is coming. This course is parallel, with the inflow planes 33 even parallel over the entire length of the burner run to the burner axis 26 of the premix burner. In this The figure can also be seen how the injector nozzles 31a, 32a their inflow angle with respect to the burner axis 26 of the Change the premix burner in the direction of flow. From one initial acute angle in the head section of the premix burner Gradually sit up until you are in the area of the output approximately perpendicular to the burner axis 26 stand. With this precaution, the mixture quality of the Combustion air increased and the return flow zone stable held.

Fig. 7 und 8 zeigen im wesentlichen die gleiche Konfiguration gemäss Fig. 5 und 6, wobei die Lochplatten 34, 35 mit den dazugehörigen Injektordüsen 34a, 35a ebenfalls parallel über die ganze Brennerlänge zu den Einströmungsebenen 36 der Zuführungskanäle 27, 28 verlaufen. Indessen, diese Einströmungsebenen 36 verlaufen konisch gegenüber der Brennerachse 26 des Vormischbrenners. Der veränderliche Einströmungswinkel der Injektordüsen 34a, 35a in Strömungsrichtung entspricht auch hier weitgehend der Konfiguration gemäss Fig. 5 und 6, wobei sich hier die allmähliche Aufrichtung dieser Injektordüsen 34a, 35a zu einer senkrechten Einströmung im Bereich des Ausganges des Vormischbrenners primär gegenüber der Einströmungsebene 36 des jeweiligen Zuführungskanals richtet.7 and 8 show essentially the same configuration 5 and 6, wherein the perforated plates 34, 35 with the associated Injector nozzles 34a, 35a also parallel over the entire burner length to the inflow planes 36 of the feed channels 27, 28 run. However, these levels of inflow 36 run conically with respect to the burner axis 26 of the premix burner. The variable inflow angle corresponds to the injector nozzles 34a, 35a in the flow direction here too largely the configuration according to FIGS. 5 and 6, whereby here the gradual erection of these injector nozzles 34a, 35a for a vertical inflow in the area the output of the premix burner primarily compared to the Inflow plane 36 of the respective feed channel is aimed.

BezugszeichenlisteReference list

1, 21, 2: Kegelförmige TeilkörperPartial conical body
3, 43, 4: Mittelachse zu 1 resp. 2 Central axis to 1 resp. 2nd
5, 65, 6: Tangentiale LufteintrittskanäleTangential air intake ducts
77: VerbrennungsluftCombustion air
88th: Kegelhohlraum, Innenraum des BrennersCone cavity, interior of the burner
9, 109, 10: Zylindrische Anfangsteile des BrennersCylindrical starting parts of the burner
1111: BrennstoffdüseFuel nozzle
1212th: Brennstoff, Flüssiger BrennstoffFuel, liquid fuel
13, 1413, 14: BrennstoffleitungenFuel lines
1515: Eindüsungsöffnungen der Brennstoffleitung 13, 14Injection openings of the fuel line 13, 14
1616: Brennstoff, gasförmiger BrennstoffFuel, gaseous fuel
1717th: BrennraumCombustion chamber
1818th: FrontplatteFront panel
1919th: Bohrungen in FrontplatteHoles in the front panel
2020th: Luft, Mischluft, KühlluftAir, mixed air, cooling air
2121: LufteintrittsebeneAir inlet level
2222: BrennstoffinjektionsebeneFuel injection level
2323: BrennstoffprofilFuel profile
2424th: Rückströmzone, RückströmblaseBackflow zone, backflow bubble
2525th: FlammenfrontFlame front
2626: Hauptmittelachse, BrennerachseMain central axis, burner axis
27, 2827, 28: ZuführungskanäleFeed channels
2929: FrischluftFresh air
3030th: Rückgeführtes RauchgasRecirculated flue gas
31, 3231, 32: LochplattenPerforated plates
31a, 32a31a, 32a: InjektordüsenInjector nozzles
3333: Einströmungsebene der Züführungskanäle 27, 28Inflow plane of the inlet ducts 27, 28
34, 3534, 35: LochplattenPerforated plates
34a, 35a34a, 35a: InjektordüsenInjector nozzles
3636: Einströmungsebene der Zuführungskanäle 27, 28Inflow plane of the feed channels 27, 28
100100: KesselanlageBoiler system
101101: FlammrohrFlame tube
102102: AbgaszoneExhaust zone
103103: Scheibedisc
104104: Stabförmige HalterungRod-shaped bracket
105105: StützenSupport
106106: SchottungPartitioning
200200: InjektorsystemInjector system

Claims

Boiler plant for heat generation, essentially consisting of a combustion chamber and a head end of the Boiler system premix burner for operation with a liquid and / or gaseous fuel, wherein combustion air through tangential air inlet ducts in a by the axial extension of the Flows into the premixing burner, and wherein the premix burner has a configuration or means that are critical Induce swirl number at its output, characterized in that that in the combustion chamber (17) of the boiler system (100), downstream of the outlet (18) of the premix burner, a limiting device (103, 104, 105) against a spread of one formed by the premix burner Reverse flow zone (24) is arranged.

Boiler system according to claim 1, characterized in that the limiting device consists of at least one a support (104, 105) held in the center Washer (103).

Boiler system according to claim 1, characterized in that the premix burner consists of at least two hollow, conical, nested in the direction of flow Partial body (1, 2) is that the central axes (3, 4) this partial body (1, 2) is offset from one another, such that adjacent walls of the partial body (1, 2) tangential air inlet channels (5, 6) for form a combustion air (7), and that the Premix burner with at least one fuel nozzle (11, 15) is operable.

Boiler system according to claim 3, characterized in that the fuel nozzle (11) on the head side and on the Burner axis (26) is arranged.

Boiler system according to claim 3, characterized in that in the area of the tangential air inlet ducts (5, 6) a number along the length of the premix burner spaced apart from each other fuel nozzles (15) are.

Boiler system according to claim 3, characterized in that the flow area of one of the partial bodies (1, 2) formed cone cavity (8) in the direction of flow increases uniformly.

Boiler system according to claim 3, characterized in that the flow area of one of the partial bodies (1, 2) formed cone cavity (8) a diffuser, a diffuser-like course, a confuser, a confusor-like course.

Boiler system according to claim 3, characterized in that the partial bodies (1, 2) are nested in a spiral are.

Boiler system according to claim 3, characterized in that face each other in the radial or quasi-radial direction the air inlet ducts (5, 6) feed ducts (27, 27), which each have at least one injector system (200) for providing fresh air (29) and flue gas (30) existing combustion air (7) exhibit.

Boiler system according to claim 9, characterized in that perforated plates (31, 32; 34, 35) parallel to the respective inflow plane (33, 36) of the combustion air (7) into the supply channels (27, 28) run that the perforated plates in the area of Inflow planes with injector nozzles (31a, 32a; 34a, 35a) are provided, and that the inflow angle of the Injector nozzles in the axial direction of the premix burner the burner axis (26) can be continuously changed is.

Boiler system according to claim 10, characterized in that the flow plane of the injector nozzles (31a, 32a; 34a, 35a) in the head stage of the premix burner has an acute angle and that this angle in axial direction of the perforated plates (31, 32; 34, 35) gradually increases until this in the area of the exit of the Premix burner largely perpendicular to the inflow planes (33, 36) of the feed channels (25, 26) and / or to the burner axis (26) of the premix burner.