EP0908671A1 - Combustion process for gaseous, liquid fuels and fuels having medium or low calorific value in a burner - Google Patents

Combustion process for gaseous, liquid fuels and fuels having medium or low calorific value in a burner Download PDF

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EP0908671A1
EP0908671A1 EP97810752A EP97810752A EP0908671A1 EP 0908671 A1 EP0908671 A1 EP 0908671A1 EP 97810752 A EP97810752 A EP 97810752A EP 97810752 A EP97810752 A EP 97810752A EP 0908671 A1 EP0908671 A1 EP 0908671A1
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swirl generator
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fuels
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Timothy Dr. Griffin
Dieter Winkler
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
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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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    • F23D—BURNERS
    • F23D2209/00—Safety arrangements
    • F23D2209/10—Flame flashback

Definitions

  • the invention relates to a method for the combustion of gaseous, liquid as well as medium or low calorific fuels in one burner a swirl generator. Furthermore, the invention relates to a burner for Execution of the procedure.
  • DE 195 47 913 A1 describes a generic burner for a heat generator 1, which provides a swirl generator 100 according to FIG. 1, into the axially liquid fuel through a fuel nozzle 103 in the shape of a cone Liquid fuel jet is injected. Tangential and angular to that Liquid fuel jets become combustion air flows between the swirl shells of the swirl generator introduced into the swirl generator, via the corresponding outlet nozzle openings 117 are preferably mixed with gaseous fuel can.
  • the nozzle openings 117 are mainly used for the injection of natural gas, that is, fuel with a high calorific value, which is typically 46 MJ / kg, used.
  • a dual burner will expressly refer to the above-mentioned German published specification referred.
  • Burner systems for a heat generator are preferred for gas turbine operation designed.
  • in addition to natural gas and heating oil, which are used as fuels for Dual burners are used, also preferably medium or low calorific To use fuels (Mbtu or LBtu fuels) that are as it were conventional Fuels should be burned with low emissions.
  • Mbtu resp. LBtu fuels for example as gases from coal or heavy oil gasification come from, have large amounts of hydrogen and carbon monoxide, the The calorific value of MBtu fuels is only about a third - about 15 MJ / kg - of which of natural gas.
  • the invention is based on the idea of using gaseous fuels, for example Natural gas, liquid fuels such as petroleum, as well as medium or low calorific Fuels, so-called Mbtu resp. LBtu fuels in one burner burn together with a swirl generator by the latter Fuel is injected axially and / or coaxially into the burner or swirl generator. These fuels are preferably injected into the interior of the swirl generator near the liquid fuel injector that is injected in State within the swirl generator or burner the shape of a conical Liquid fuel column. This ensures that in addition to the finely atomized liquid fuel inside the swirl generator injected medium or low calorific fuels sufficiently well this is mixed.
  • gaseous fuels for example Natural gas, liquid fuels such as petroleum, as well as medium or low calorific Fuels, so-called Mbtu resp. LBtu fuels in one burner burn together with a swirl generator by the latter Fuel is injected axially and / or coaxially into the burner or swirl generator.
  • the feed of medium or low calorific fuels upstream in the area of the liquid fuel injector also leads to a good mixing with the injected fuels and the combustion air flow injected into the swirl generator.
  • the long mixing section leads to premix combustion, which has comparable good NO x emission values that can be achieved with natural gas premix combustion.
  • the burner according to the invention which is used to carry out the invention Method is designed as an extension to that described in the above German published patent application DE 195 47 913 A1 described dual burner view and points in addition to the fuel systems according to the invention for natural gas and liquid fuel, a third fuel system for feeding a medium or low calorie fuel in the swirl generator. So it ends preferably near the area of the central injector through which liquid fuel is injected into the interior of the swirl generator through the swirl shells of the swirl generator, through which medium or low calorie Fuel is injected into the interior of the swirl generator.
  • the injection of the middle resp. low-calorific fuel takes place axially and / or coaxially with the injection of the liquid fuel or to the axis of symmetry of the swirl generator.
  • the burner shown in Fig. 1 consists of a swirl generator 1 and one Mixing section 2, which adjoins the swirl generator 1 in the flow direction.
  • a conical structure that is tangential several times from a tangentially flowing combustion air flow 3 (see Fig. 2) is applied.
  • Shape and shape of the swirl generator 1 and by the shape of the swirl generator flow kinetics is extensively in the German Offenlegungsschrift DE 195 47 913 A1 with reference to FIGS. 1 to 5 to which express reference is made here.
  • the formation of the swirl generator 1 adjacent mixing section 2 which consists of a transition piece 21 with transition channels 22 and a directly adjacent transition tube 23 is.
  • the mention of these burner components is only for the complete Representation of the burner unit for feeding in the combustion process required fuels.
  • an injection nozzle 4 for the introduction of liquid fuel into the interior of the Swirl generator 1 is provided.
  • Feed lines 5 are coaxial around the injection nozzle 4 the supply of medium-calorific fuel is provided (see arrow representations), which penetrate the swirl generator shells 6, 7.
  • Via appropriate injection nozzles 8 also arrives at the air flow which forms inside the swirl generator 1 (not shown in the figure) finely divided medium calorific fuel axially or coaxially into the swirl generator and mixes with it.
  • supply channels 9 are provided for the gaseous fuel tangentially from the outside together with the combustion air flow into the swirl generator is fed (see Fig. 2).
  • the additional coaxial feed compared to the prior art medium calorific fuel leads to an increase in the axial component of the Flow that after passage through the transition piece 21, in the preferably the transition channels 22 are introduced, and after passing through the mixing tube 23 leads to the so-called "swirl breakdown” (backflow bubble), which occurs at known dual burners in the area of the combustion chamber 10 in the immediate vicinity the mixing tube 23 forms, is literally blown away.
  • a highly efficient feeding of the medium-calorific fuel is preferably carried out by coaxially introduced into the twister cups 6, 6 ', 7, 7' Fuel nozzle openings 8.
  • Medium-calorific fuel is injected via one or more nozzles per swirl suction cup.
  • Fig. 2 shows a cross section through a swirl generator designed according to the invention 1.
  • the liquid fuel nozzle 4 is provided to the angularly several swirl generator shells 6, 6 ', 7, 7' are arranged.
  • Tangential Combustion air 3 is generated between the adjacent swirl generator shells introduced tangentially into the interior of the swirl generator 1, with the help of separate Feed lines 9 with corresponding inlet nozzles is mixed with natural gas.
  • the Swirl generator shells 6, 6 ', 7, 7' are each with one in the example shown Fuel injection for medium-calorific fuel penetrated.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pressure-Spray And Ultrasonic-Wave- Spray Burners (AREA)

Abstract

Fuel is injected into the turbulence generator and supplied with the combustion air, forming a column of nebulised fuel surrounded by an air vortex. Fuel is burnt inside a burner provided with a turbulence generator (1), in which a conical column of liquid fuel (5) is nebulised and surrounded by an incoming spiraling flow of combustion air arriving at a tangent to the generator. Additional fuel is injected into the combustion air. At least one injection nozzle (8) is provided inside the turbulence generator to allow fuel to be injected in a coaxial direction. An Independent claim is also included for the burner.

Description

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbrennung von gasförmigen, flüssigen sowie mittel- oder niederkalorischen Brennstoffen in einem Brenner mit einem Drallerzeuger. Ferner bezieht sich die Erfindung auf einen Brenner zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for the combustion of gaseous, liquid as well as medium or low calorific fuels in one burner a swirl generator. Furthermore, the invention relates to a burner for Execution of the procedure.

Stand der TechnikState of the art

Aus der DE 195 47 913 A1 geht ein gattungsgemäßer Brenner für einen Wärmeerzeuger hervor, der gemäß Fig. 1 der Druckschrift einen Drallerzeuger 100 vorsieht, in den axial flüssiger Brennstoff durch eine Brennstoffdüse 103 in Art eines kegelförmigen Flüssigbrennstoffsstrahls eingedüst wird. Tangential und angulär zu dem Flüssigbrennstoffstrahl werden zwischen den Drallschalen des Drallerzeugers Verbrennungsluftströme in den Drallerzeuger eingeleitet, die über entsprechende Auslaßdüsenöffnungen 117 vorzugsweise mit gasförmigem Brennstoff vermischt werden können. Die Düsenöffnungen 117 werden hauptsächlich zur Eindüsung von Erdgas, also Brennstoff mit einem hohen Heizwert, der typischerweise bei 46 MJ/kg liegt, benutzt. Bezüglich aller weiteren konstruktiven Einzelheiten des mit zwei Brennstoffarten zu betreibenden bekannten Brenners, der auch als Dualbrenner bezeichnet wird, wird ausdrücklich auf die vorstehend genannte deutsche Offenlegungsschrift verwiesen.DE 195 47 913 A1 describes a generic burner for a heat generator 1, which provides a swirl generator 100 according to FIG. 1, into the axially liquid fuel through a fuel nozzle 103 in the shape of a cone Liquid fuel jet is injected. Tangential and angular to that Liquid fuel jets become combustion air flows between the swirl shells of the swirl generator introduced into the swirl generator, via the corresponding outlet nozzle openings 117 are preferably mixed with gaseous fuel can. The nozzle openings 117 are mainly used for the injection of natural gas, that is, fuel with a high calorific value, which is typically 46 MJ / kg, used. Regarding all other design details of the two fuel types known burner to be operated, also known as a dual burner will expressly refer to the above-mentioned German published specification referred.

Brennersysteme für einen Wärmeerzeuger, wie sie beispielsweise aus der vorstehend genannten Druckschrift entnehmbar sind, sind bevorzugt für den Gasturbinenbetrieb ausgelegt. Gerade auf dem Gebiet der Gasturbinenanwendungen besteht in Zukunft die Anforderung, zusätzlich zu Erdgas und Heizöl, die als Brennstoffe für Dualbrenner eingesetzt werden, auch vorzugsweise mittel- oder niederkalorische Brennstoffe (Mbtu- resp. LBtu-Bennstoffe) zu verwenden, die gleichsam den herkömmlichen Brennstoffen schadstoffarm verbrannt werden sollen. Diese Mbtu-resp. LBtu-Brennstoffe, die beispielsweise als Gase aus Kohle- oder Schwerölvergasung entstammen, weisen große Wasserstoff- und Kohlenmonoxyd-Anteile auf, wobei der Heizwert bei MBtu-Brennstoffen nur bei etwa einem Drittel - etwa 15 MJ/kg - dessen von Erdgas liegt.Burner systems for a heat generator, as for example from the above can be removed are preferred for gas turbine operation designed. In the field of gas turbine applications in particular Future requirements, in addition to natural gas and heating oil, which are used as fuels for Dual burners are used, also preferably medium or low calorific To use fuels (Mbtu or LBtu fuels) that are as it were conventional Fuels should be burned with low emissions. This Mbtu resp. LBtu fuels, for example as gases from coal or heavy oil gasification come from, have large amounts of hydrogen and carbon monoxide, the The calorific value of MBtu fuels is only about a third - about 15 MJ / kg - of which of natural gas.

Zwar ist es grundsätzlich möglich, gasförmige mittelkalorische Brennstoffe analog dem Erdgas durch die tangentialen Eindüsungsöffnungen dem Verbrennungsluftstrom beizumengen, doch hätte dies zur Folge, daß aufgrund des damit verbundenen höheren Volumenstromes im Drallerzeuger ein sehr hoher lokaler Druckverlust entsteht, der die Strömungsstabilität der sich ausbildenden Luftstrahlströmung nachhaltig beeinflußt. Ferner würde der hohe Wasserstoffanteil des beigemischten mittelkalorischen Brennstoffes, der eine hohe Reaktionsfähigkeit aufweist, ein großes Gefahrenpotential für ein Rückschlagen der Flamme in den Brenner darstellen. Derartige Irritationen im Strömungsfluß führen zur einer anormalen Verbrennung der eingespeisten Brennstoffe, wodurch sich die Emissionswerte des Verbrennungsvorganges deutlich verschlechtern würden, beispielsweise durch deutlichen Anstieg des NOx-Anteils in den Abgasen. Schließlich führt ein Rückschlagen der Flamme in den Verbrenner zu einer Überhitzung des Brenners, wodurch einzelnen Brennerbauteile starken thermischen Belastungen ausgesetzt sind und nahe an ihre thermische Belastungsgrenzen stoßen.Although it is fundamentally possible to add gaseous medium-calorific fuels to the combustion air flow analogously to natural gas through the tangential injection openings, this would result in a very high local pressure loss due to the associated higher volume flow in the swirl generator, which sustainably maintains the flow stability of the air jet flow that forms influenced. Furthermore, the high hydrogen content of the medium-calorific fuel added, which has a high reactivity, would represent a great danger potential for the flame to flash back into the burner. Such irritations in the flow flow lead to an abnormal combustion of the fuels fed in, as a result of which the emission values of the combustion process would deteriorate significantly, for example due to a significant increase in the NO x content in the exhaust gases. Finally, a flashback of the flame into the burner leads to overheating of the burner, as a result of which individual burner components are exposed to strong thermal loads and come close to their thermal load limits.

Selbst bei Eindüsung von MBtu-Brennstoffen nahe des Brenneraustrittes würde zwar die Stabilität der Luftdrallströmung nicht wesentlich beeinflussen und auch weitgehend ein Rückschlagen der Flamme in den Brenner vermeiden, doch wäre die Mischung zwischen MBtu-Brennstoff und Verbrennungsluft aufgrund der nur kurzen Mischstrecke unvollständig, was zu einer diffusionsähnlichen Verbrennung mit überaus hohen NOx-Emissionen führen würde. Zwar könnten die NOx-Emissionen durch entsprechend hohe Beimischung des mittelkalorischen Brennstoffes mit Stickstoff oder Wasserdampf verringert werden, doch führt eine derartige Verdünnung des Brennstoffes zu einer Wirkungsgradverminderung der Gasturbinenanlage. Die gleichen Ueberlegungen gelten im vermehrten Masse auch beim Einsatz eines LBtu-Brennstoffes.Even if MBtu fuels were injected close to the burner outlet, the stability of the air swirl flow would not be significantly influenced and the flame would not largely kick back into the burner, but the mixture between MBtu fuel and combustion air would be incomplete due to the short mixing distance, which would result a diffusion-like combustion with extremely high NO x emissions. Although the NO x emissions could be reduced by appropriately high admixture of the medium-calorific fuel with nitrogen or water vapor, such a dilution of the fuel leads to a reduction in the efficiency of the gas turbine system. The same considerations apply to an increasing extent also when using an LBtu fuel.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie einen Brenner zur Verbrennung von gasförmigen, flüssigen sowie mittel- oder niederkalorischen Brennstoffen mit einem Drallerzeuger, in dem flüssiger Brennstoff in Art einer kegelförmigen Flüssigbrennstoffsäule zerstäubt wird, die von einem tangential in den Drallerzeuger einströmenden rotierenden Verbrennungsluftstrom umschlossen wird, derart weiterzubilden, daß eine Verbrennung der vorstehend genannten Brennstoffarten gemäß der folgenden Gesichtspunkte unter Einsatz eines einzigen Brenners erfolgen kann:

  • a) Deutliche Reduzierung von, die Umwelt belastenden Emissionswerte, insbesondere Herabsetzung der NOx- und CO-Emissionswerte,
  • b) Stabilisierung der sich im Drallerzeuger ausbildenden Strömungsverhältnisse, insbesondere Verminderung bzw. Beseitigung der Flammenrückschlaggefahr in den Brenner,
  • c) Gewährleistung der Flammenstabilität,
  • d) Steigerung des Energiegewinns durch vollständige Verbrennung der Brennstoffe, sowie
  • e) Steigerung des Wirkungsgrades einer Gasturbinenanlage durch unverdünntes Eindüsen eines mittelkalorischen Brennstoffes in den Brenner.
    • The invention has for its object a method and a burner for the combustion of gaseous, liquid and medium or low calorific fuels with a swirl generator, in which liquid fuel is atomized in the manner of a conical liquid fuel column, which flows from a rotating combustion air stream tangentially flowing into the swirl generator is encompassed in such a way that combustion of the aforementioned types of fuel can take place using a single burner in accordance with the following aspects:
  • a) Significant reduction in emissions that pollute the environment, in particular reducing NO x and CO emissions,
  • b) stabilization of the flow conditions developing in the swirl generator, in particular reduction or elimination of the risk of flashback in the burner,
  • c) ensuring flame stability,
  • d) increasing the energy gain through complete combustion of the fuels, as well
  • e) Increasing the efficiency of a gas turbine system by undiluted injection of a medium calorific fuel into the burner.

    • Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben, in dem ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben ist. Ein nach dem Verfahren arbeitender erfindungsgemäßer Brenner ist Gegenstand des Anspruchs 6.The solution to the problem on which the invention is based is specified in claim 1, in which a method according to the invention is described. One after the Process burner according to the invention is the subject of claim 6.

    Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.Features which advantageously further develop the inventive concept are the subject of Subclaims.

    Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, gasförmige Brennstoffe, wie beispielsweise Erdgas, flüssige Brennstoffe, wie beispielsweise Erdöl, sowie auch mittel- oder niederkalorische Brennstoffe, sogenannte Mbtu- resp. LBtu-Brennstoffe in einem Brenner mit einem Drallerzeuger zusammen zu verbrennen, indem die letztgenannten Brennstoffe axial und/oder koaxial in den Brenner bzw. Drallerzeuger eingedüst weden. Das Eindüsen dieser Brennstoffe in das Innere des Drallerzeugers erfolgt vorzugsweise nahe der Einspritzdüse für den flüssigen Brennstoff, der im eingedüsten Zustand innerhalb des Drallerzeugers respektive Brenners die Gestalt einer kegelförmigen Flüssigbrennstoffsäule annimmt. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der zusätzlich zu dem fein zerstäubten flüssigen Brennstoff in das Innere des Drallerzeugers eingedüste mittel- oder niederkalorische Brennstoffe ausreichend gut mit diesen vermischt wird.The invention is based on the idea of using gaseous fuels, for example Natural gas, liquid fuels such as petroleum, as well as medium or low calorific Fuels, so-called Mbtu resp. LBtu fuels in one burner burn together with a swirl generator by the latter Fuel is injected axially and / or coaxially into the burner or swirl generator. These fuels are preferably injected into the interior of the swirl generator near the liquid fuel injector that is injected in State within the swirl generator or burner the shape of a conical Liquid fuel column. This ensures that in addition to the finely atomized liquid fuel inside the swirl generator injected medium or low calorific fuels sufficiently well this is mixed.

    Die axiale bzw. koaxiale Eindüsung des mittel- resp. niederkalorischen Brennstoffes innerhalb des Drallerzeugers führt zu einer signifikanten Änderung des Brennerströmungsfeldes, dessen axialer Strömungsanteil durch die zusätzliche Eindüsung des mittelkalorischen Brennstoffes vergrößert wird und dessen Drallanteil in nahezu gleicher Weise verkleinert wird. Eine Verkleinerung des Drallanteils führt jedoch in an sich bekannter Weise, wie es beispielsweise aus der vorstehend zitierten deutschen Offenlegungsschrift DE 195 47 913 A1, insbesondere aus Spalte 4, Zeilen 55-66, hervorgeht, zu einer Destabilisierung der sogenannten Rückströmblase, die sich zur Stabilisierung der Flamme in der Rückströmzone ausbildet. The axial or coaxial injection of the middle resp. low calorific fuel within the swirl generator leads to a significant change in the burner flow field, its axial flow share through the additional injection of the medium calorific fuel is increased and its swirl share in almost is reduced in the same way. However, a reduction in the amount of swirl leads to in a known manner, such as from the German cited above Publication DE 195 47 913 A1, in particular from column 4, lines 55-66, emerges, to a destabilization of the so-called backflow bubble, which trained to stabilize the flame in the backflow zone.

    Im Unterschied zum vorstehend beschriebenen Dualbrennerprinzip vermag die Strömung aufgrund ihres erhöhten axialen Strömungsanteils die sich in der Rückströmzone ausbildende Rückströmblase regelrecht wegzublasen, so daß auf diese Weise die Flammenrückschlaggefahr erheblich vermindert wird.In contrast to the dual burner principle described above, the Flow due to its increased axial flow share which is in the backflow zone to blow away the forming backflow bubble, so that on this Way the risk of flashback is significantly reduced.

    Da mittel- resp. niederkalorische Brennstoffe, wie bereits einleitend erwähnt, hohe Anteile an Wasserstoff aufweisen und daher über eine hohe Reaktionsfähigkeit verfügen, garantieren diese Brennstoffe dennoch die für die Verbrennung erforderliche Flammenstabilität, da sich eine stabile Flamme auch ohne aktive Ausbildung einer Rückströmzone bildet.Since medium or low calorific fuels, as already mentioned in the introduction, high Have proportions of hydrogen and therefore a high reactivity , these fuels still guarantee what is required for combustion Flame stability, since there is a stable flame even without active training forms a backflow zone.

    Auch führt die Einspeisung von mittel- oder niederkalorischen Brennstoffen stromauf im Bereich der Flüssigbrennstoff-Einspritzdüse zu einer guten Vermischung mit den eingedüsten Brennstoffen sowie dem in den Drallerzeuger eingedüsten Verbrennungsluftstrom. Auf diese Weise kommt es aufgrund der langen Mischstrecke zu einer Vormischverbrennung, die vergleichbar gute NOx-Emissionswerte aufweist, die bei Erdgasvormischverbrennungen erzielt werden können.The feed of medium or low calorific fuels upstream in the area of the liquid fuel injector also leads to a good mixing with the injected fuels and the combustion air flow injected into the swirl generator. In this way, the long mixing section leads to premix combustion, which has comparable good NO x emission values that can be achieved with natural gas premix combustion.

    Auch kann auf das zusätzliche Beimischen von Stickstoff oder Wasserdampf zur Reduzierung entsprechender Emissionswerte verzichtet werden. Dies hat insbesondere den Vorteil, daß die mit der Verdünnung verbundene Verschlechterung des Wirkungsgrades der gesamten Gasturbinenanlage vermieden wird.You can also add nitrogen or water vapor Reduction of corresponding emission values can be dispensed with. This has in particular the advantage that the deterioration associated with the dilution of Efficiency of the entire gas turbine system is avoided.

    Der erfindungsgemäße Brenner, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist, ist als Erweiterung zu dem in der vorstehend beschriebenen deutschen Offenlegungsschrift DE 195 47 913 A1 beschriebenen Dualbrenner anzusehen und weist erfindungsgemäß zusätzlich zu den Brennstoffsystemen für Erdgas und Flüssigbrennstoff ein drittes Brennstoffsystem zur Einspeisung eines mittel- oder niederkalorischen Brennstoffes in den Drallerzeuger auf. So münden vorzugsweise nahe dem Bereich der zentralen Einspritzdüse, durch die Flüssigbrennstoff in das Innere des Drallerzeugers eingedüst wird, durch die Drallschalen des Drallerzeugers Einspritzdüsen, durch welche mittel- oder niederkalorischer Brennstoff in das Innere des Drallerzeugers eingedüst wird. Die Eindüsung des mittel- resp. niederkalorischen Brennstoffes erfolgt axial und/oder koaxial zur Eindüsung des Flüssigbrennstoffes respektive zur Symmetrieachse des Drallerzeugers.The burner according to the invention, which is used to carry out the invention Method is designed as an extension to that described in the above German published patent application DE 195 47 913 A1 described dual burner view and points in addition to the fuel systems according to the invention for natural gas and liquid fuel, a third fuel system for feeding a medium or low calorie fuel in the swirl generator. So it ends preferably near the area of the central injector through which liquid fuel is injected into the interior of the swirl generator through the swirl shells of the swirl generator, through which medium or low calorie Fuel is injected into the interior of the swirl generator. The injection of the middle resp. low-calorific fuel takes place axially and / or coaxially with the injection of the liquid fuel or to the axis of symmetry of the swirl generator.

    Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention

    Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch. Es zeigen:

    Fig. 1
    schematisierter Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Brenner und
    Fig. 2
    schematisierter Querschnitt durch einen Drallerzeuger mit Eindüsung eines MBtu-Brennstoffes.
    The invention is exemplified below without restricting the general inventive concept using an exemplary embodiment with reference to the drawings. Show it:
    Fig. 1
    schematic longitudinal section through a burner designed according to the invention and
    Fig. 2
    schematic cross section through a swirl generator with injection of an MBtu fuel.

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

    Der in Fig. 1 dargestellte Brenner besteht aus einem Drallerzeuger 1 sowie einer Mischstrecke 2, die sich am Drallerzeuger 1 in Strömungsrichtung anschließt. Bei dem Drallerzeuger 1 handelt es sich um ein kegelförmiges Gebilde, das tangential mehrfach von einem tangential einströmenden Verbrennungsluftstrom 3 (siehe Fig. 2) beaufschlagt wird. Ausformung und Gestalt des Drallerzeugers 1 sowie die durch die Form des Drallerzeugers erzeugbare Strömungskinetik ist ausführlich in der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 47 913 A1 in Bezug auf die Figuren 1 bis 5 beschrieben, auf die an dieser Stelle ausdrücklich Bezug genommen wird. Auch ist nicht Gegenstand dieser Erfindung, die Ausbildung der von dem Drallerzeuger 1 angrenzende Mischstrecke 2, die aus einem Übergangsstück 21 mit Übergangskanälen 22 sowie einem unmittelbar daran angrenzenden Übergangsrohr 23 zusammengesetzt ist. Die Erwähnung dieser Brennerkomponenten dient lediglich der vollständigen Darstellung der Brennereinheit zur Einspeisung der für den Verbrennungsvorgang erforderlichen Brennstoffe.The burner shown in Fig. 1 consists of a swirl generator 1 and one Mixing section 2, which adjoins the swirl generator 1 in the flow direction. At the swirl generator 1 is a conical structure that is tangential several times from a tangentially flowing combustion air flow 3 (see Fig. 2) is applied. Shape and shape of the swirl generator 1 and by the shape of the swirl generator flow kinetics is extensively in the German Offenlegungsschrift DE 195 47 913 A1 with reference to FIGS. 1 to 5 to which express reference is made here. Is too not the subject of this invention, the formation of the swirl generator 1 adjacent mixing section 2, which consists of a transition piece 21 with transition channels 22 and a directly adjacent transition tube 23 is. The mention of these burner components is only for the complete Representation of the burner unit for feeding in the combustion process required fuels.

    Im oberen Bereich des kegelförmig ausgebildeten Drallerzeugers 1 ist mittig axial eine Einspritzdüse 4 für das Einbringen von Flüssigbrennstoff in das Innere des Drallerzeugers 1 vorgesehen. Koaxial um die Einspritzdüse 4 sind Zuleitungen 5 für die Zufuhr von mittelkalorischem Brennstoff ( siehe Pfeildarstellungen) vorgesehen, die die Drallerzeugerschalen 6, 7 durchsetzen. Über entsprechende Einspritzdüsen 8 gelangt zusätzlich zu der sich im Inneren des Drallerzeugers 1 ausbildenden Luftströmung (nicht in der Figur dargestellt) feinstverteilter mittelkalorischer Brennstoff axial bzw. koaxial in den Drallerzeuger und vermischt sich mit diesem.In the upper area of the conical swirl generator 1 is axial in the middle an injection nozzle 4 for the introduction of liquid fuel into the interior of the Swirl generator 1 is provided. Feed lines 5 are coaxial around the injection nozzle 4 the supply of medium-calorific fuel is provided (see arrow representations), which penetrate the swirl generator shells 6, 7. Via appropriate injection nozzles 8 also arrives at the air flow which forms inside the swirl generator 1 (not shown in the figure) finely divided medium calorific fuel axially or coaxially into the swirl generator and mixes with it.

    Ebenso sind Zuleitungskanäle 9 für den gasförmigen Brennstoff vorgesehen, der tangential von Außen zusammen mit dem Verbrennungsluftstrom in den Drallerzeuger eingespeist wird (siehe Fig. 2).Likewise, supply channels 9 are provided for the gaseous fuel tangentially from the outside together with the combustion air flow into the swirl generator is fed (see Fig. 2).

    Die vergleichsweise zum Stand der Technik zusätzliche koaxiale Einspeisung von mittelkalorischem Brennstoff führt zu einer Verstärkung der axialen Komponente der Strömung, die nach Durchgang durch das Übergangsstück 21, in der vorzugsweise die Übergangskanäle 22 eingebracht sind, sowie nach Passieren des Mischrohres 23 dazu führt, daß der sogenannte "Drall-Breakdown" (Rückströmblase), der sich bei bekannten Dualbrennern im Bereich der Brennkammer 10 in unmittelbarer Nähe an das Mischrohr 23 ausbildet, regelrecht weggeblasen wird.The additional coaxial feed compared to the prior art medium calorific fuel leads to an increase in the axial component of the Flow that after passage through the transition piece 21, in the preferably the transition channels 22 are introduced, and after passing through the mixing tube 23 leads to the so-called "swirl breakdown" (backflow bubble), which occurs at known dual burners in the area of the combustion chamber 10 in the immediate vicinity the mixing tube 23 forms, is literally blown away.

    Eine höchst effiziente Einspeisung des mittelkalorischen Brennstoffes erfolgt vorzugsweise durch koaxial in den Drallerseugerschalen 6, 6', 7, 7' eingebrachten Brennstoffdüsenöffnungen 8. Die Eindüsung von mittelkalorischem Brennstoff erfolgt über eine oder mehrere Düsen pro Drallerseugerschale. A highly efficient feeding of the medium-calorific fuel is preferably carried out by coaxially introduced into the twister cups 6, 6 ', 7, 7' Fuel nozzle openings 8. Medium-calorific fuel is injected via one or more nozzles per swirl suction cup.

    Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Drallerzeuger 1. Axial zum Drallerzeuger 1 ist die Flüssigbrennstoffdüse 4 vorgesehen, um die angulär mehrere Drallerzeugerschalen 6, 6', 7, 7' angeordnet sind. Tangential zwischen den jeweils benachbarten Drallerzeugerschalen wird Verbrennungsluft 3 tangential in das Innere des Drallerzeugers 1 eingebracht, die mit Hilfe gesonderter Zuleitungen 9 mit entsprechenden Einlaßdüsen mit Erdgas vermischt wird. Die Drallerzeugerschalen 6, 6', 7, 7' werden im gezeigten Beispiel mit jeweils einer Brennstoffeindüsung für mittelkalorischen Brennstoff durchsetzt. Je nach Anwendungsfall können auch mehrere Düsen pro Drallerzeugerschale vorgesehen werden, so daß die Menge der koaxialen Einspeisung mittelkalorischen Brennstoffes in Richtung des Brenners über weite Bereiche variiert werden kann.Fig. 2 shows a cross section through a swirl generator designed according to the invention 1. Axial to the swirl generator 1, the liquid fuel nozzle 4 is provided to the angularly several swirl generator shells 6, 6 ', 7, 7' are arranged. Tangential Combustion air 3 is generated between the adjacent swirl generator shells introduced tangentially into the interior of the swirl generator 1, with the help of separate Feed lines 9 with corresponding inlet nozzles is mixed with natural gas. The Swirl generator shells 6, 6 ', 7, 7' are each with one in the example shown Fuel injection for medium-calorific fuel penetrated. Depending on the application it is also possible to provide several nozzles per swirl generator shell, so that the amount of coaxial feed of medium calorific fuel in Direction of the burner can be varied over a wide range.

    BezugszeichenlisteReference list

    11
    DrallerzeugerSwirl generator
    22nd
    MischstreckeMixing section
    33rd
    ÜbergangsstückTransition piece
    44th
    ÜbergangskanalTransition channel
    55
    Übergangsrohr, MischrohrTransition pipe, mixing pipe
    66
    VerbrennungsluftCombustion air
    77
    Einspritzdüse f. flüssiger BrennstoffInjector f. liquid fuel
    4'4 '
    kegelförmige Flüssigbrennstoffsäulecone-shaped liquid fuel column
    88th
    Zuleitung f. mittelkalorischer BrennstoffSupply line f. medium calorific fuel
    6, 6', 7, 7'6, 6 ', 7, 7'
    DrallerzeugerschalenSwirl generator shells
    88th
    Einspritzdüse f. mittelkalorischer BrennstoffInjector f. medium calorific fuel
    99
    Zuleitung f. gasförmiger BrennstoffSupply line f. gaseous fuel
    1010th
    BrennkammerCombustion chamber

    Claims (10)

    Verfahren zur Verbrennung von gasförmigen, flüssigen sowie mittel- oder niederkalorischen Brennstoffen in einem Brenner mit einem Drallerzeuger (1), in dem flüssiger Brennstoff in Art einer kegelförmigen Flüssigbrennstoffsäule (4') zerstäubt wird, die von einem tangential in den Drallerzeuger (1) einströmenden rotierenden Verbrennungsluftstrom (3) umschlossen wird, zu dem zusätzlich gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoff eingedüst wird, sowie mit wenigstens einer Eindüsungsvorkehrung (8) innerhalb des Drallerzeugers, durch die der mittel- oder niederkalorische Brennstoff in axialer und/oder koaxialer eingedüst wird.Process for the combustion of gaseous, liquid and medium or low calorific fuels in a burner with a swirl generator (1), in the liquid fuel in the manner of a cone-shaped liquid fuel column (4 ') is atomized, which flows tangentially into the swirl generator (1) rotating combustion air flow (3) is enclosed to the additionally gaseous and / or liquid fuel is injected, as well as with at least one injection arrangement (8) within the swirl generator, through which the medium or low calorific fuel in axial and / or is injected coaxially. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittel- oder niederkalorische Brennstoff unverdünnt, d.h. ohne Zugabe von Zusatzstoffen, z.B. Stickstoff und/oder Wasserdampf, eingedüst wird.A method according to claim 1, characterized in that the middle or low calorific fuel undiluted, i.e. without the addition of additives, e.g. Nitrogen and / or water vapor is injected. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Drallerzeugers (1) der eingedüste mittel- oder niederkalorische Brennstoff mit dem flüssigen und gasförmigen Brennstoff sowie der Verbrennungsluft (3) derart gemischt wird, daß es zu einer Vormischverbrennung kommt.Method according to claim 1 or 2, characterized in that within the swirl generator (1) the injected medium or low calorific fuel with liquid and gaseous fuel and combustion air (3) is mixed in such a way that premix combustion occurs. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das sich axial im Brenner ausbreitende Strömungsfeld bestehend aus Brennstoffen und Verbrennungsluft (3) eine derart große axiale Strömungskomponente aufweist, daß dadurch eine Flammenrückschlaggefahr vermindert bzw. vermieden wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the flow field consisting of fuels that spreads axially in the burner and combustion air (3) is such a large axial flow component has that reduces the risk of a flashback or is avoided. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mittel- oder niederkalorischer Brennstoff Gas aus Kohle- oder Schwerölvergasung gewonnen wird. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that medium or low calorific fuel Gas from coal or heavy oil gasification is won. Brenner für einen Wärmeerzeuger zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 5, mit einem Drallerzeuger (1) für einen Verbrennungsluftstrom (3) und Mitteln zur Eindüsung von Brennstoffen, mit wenigstens einer ersten Eindüsungsvorrichtung (4) für flüssigen Brennstoff, der in Art einer kegelförmigen Flüssigbrennstoffsäule (4') axial in den Drallerzeuger (1) zerstäubt wird, sowie wenigstens einer zweiten Eindüsungsvorrichtung (9) für gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoff, der zusammen mit dem Verbrennungsluftstrom (3) tangential in den Drallerzeuger (1) eingedüst wird, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Drallerzeuger (1) wenigstens eine dritte Eindüsungsvorrichtung (8) vorgesehen ist, durch die axial und/oder koaxial in Richtung der Flüssigbrennstoffsäule (4') mittel- oder niederkalorischer Brennstoff in das Innere des Drallerzeugers (1) einbringbar ist.Burner for a heat generator to carry out the method according to one of claims 1-5, with a swirl generator (1) for a combustion air flow (3) and means for fuel injection, with at least a first injection device (4) for liquid fuel, which in Kind of a conical liquid fuel column (4 ') axially in the swirl generator (1) is atomized, and at least one second injection device (9) for gaseous and / or liquid fuel, which together with the combustion air flow (3) is injected tangentially into the swirl generator (1), thereby characterized in that in the swirl generator (1) at least a third Injection device (8) is provided, through which axially and / or coaxially Direction of the liquid fuel column (4 ') medium or low calorie Fuel can be introduced into the interior of the swirl generator (1). Brenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Eindüsungsvorrichtung (8) stromauf nahe der ersten Eindüsungsvorrichtung (4) am Drallerzeuger (1) vorgesehen ist.Burner according to claim 6, characterized in that the third injection device (8) upstream near the first injection device (4) is provided on the swirl generator (1). Brenner nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Drallerzeuger (1) aus einzelnen Drallschalen (6, 6', 7, 7') besteht, durch die die Eindüsung des mittel- oder niederkalorischen Brennstoffes erfolgt.Burner according to claim 6 or 7, characterized in that the swirl generator (1) consists of individual swirl shells (6, 6 ', 7, 7') through which the injection of the medium or low calorie fuel. Brenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß pro Drallschale eine oder mehrere Eindüsungsvorrichtungen (8) vorgesehen sind.Burner according to claim 8, characterized in that one per swirl bowl or several injection devices (8) are provided. Brenner nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindüsungsvorrichtung (8) wenigstens einen Düsenauslaß aufweisen, durch die der Brennstoff feinstverteilt wird.Burner according to one of claims 6 to 9, characterized in that the Injection device (8) have at least one nozzle outlet, through which distributes the fuel finely.
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