EP1002992A1 - Burner - Google Patents
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- EP1002992A1 EP1002992A1 EP98811144A EP98811144A EP1002992A1 EP 1002992 A1 EP1002992 A1 EP 1002992A1 EP 98811144 A EP98811144 A EP 98811144A EP 98811144 A EP98811144 A EP 98811144A EP 1002992 A1 EP1002992 A1 EP 1002992A1
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
- F23C7/002—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
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- F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
- F23C2900/07002—Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2210/00—Noise abatement
Definitions
- the invention relates to a burner for operating a unit for generating a Hot gas.
- the cooling air flowing into the combustion chamber has a sound-absorbing effect and thus contributes to damping thermoacoustic vibrations.
- an increasing proportion of the air is passed through the burners themselves in modern gas turbines and the cooling air flow is reduced.
- the problems mentioned at the outset occur increasingly in modern combustion chambers.
- One way of soundproofing is to connect Helmholtz dampers in the combustion chamber hood or in the area of the cooling air supply. In tight Space, as is typical for modern, compact combustion chambers such dampers can be difficult to accommodate and is associated with great design effort.
- thermoacoustic vibrations through active acoustic excitation.
- the one that develops in the area of the burner Scher für acoustically excited With a suitable phase position between the Thereby, damping of thermoacoustic vibrations and excitation can be achieved of the combustion chamber vibrations.
- damping of thermoacoustic vibrations and excitation can be achieved of the combustion chamber vibrations.
- such a solution requires the installation of additional elements in the combustion chamber.
- the modulation of the fuel mass flow is also suitable.
- Fuel out of phase with measured signals in the combustion chamber e.g. the pressure
- Fuel out of phase with measured signals in the combustion chamber e.g. the pressure
- injected into the burner so that at a pressure minimum additional heat is released. This causes the amplitude of the pressure vibrations reduced.
- the invention as characterized in the claims is the task of creating a device that is effective Suppression of thermoacoustic vibrations possible and with as possible low design effort. This object is achieved according to the invention solved by the burner according to claim 1.
- Coherent structures play a crucial role in mixing processes between air and fuel.
- the spatial and temporal dynamics of these structures affects combustion and heat release.
- the invention is now the Based on the idea of disturbing the formation of coherent vortex structures the periodic heat release fluctuation and thus the amplitude of the reduce thermoacoustic fluctuations.
- a burner according to the invention for operating a unit for generating a Hot gas consists essentially of at least two hollow, in the direction of flow nested partial bodies, the center axes of which are offset from one another run in such a way that adjacent walls of the partial body tangential Air inlet ducts for the inflow of combustion air into one of the part bodies form predetermined interior.
- the burner has at least one fuel nozzle on.
- the inside shows a plurality of the burner outlet along the circumference of the burner outlet of nozzles for introducing axial eddy strength into the flow, the nozzles arranged to inject air at an angle to the direction of flow are.
- the invention is therefore based on the idea of forming coherent vortex structures by introducing vortex strength in the axial direction.
- the vortex strength is thereby according to the invention introduced that through a plurality of nozzles air at an angle to the direction of flow is injected. These nozzles are as close as possible to the burner outlet appropriate to be able to develop their effect as fully as possible.
- the relative position of the direction of flow and direction of air injection can be completely described by two angles ⁇ , ⁇ (FIGS. 2, 3).
- cp provides the angle between the direction of air injection and a plane perpendicular to the direction of flow, a the angle between the direction of air injection and the direction pointing radially to the central axis.
- the nozzles are so advantageous arranged that ⁇ between - 45 ° and + 45 °, preferably between -20 ° and + 20 °, is particularly preferably about 0 °.
- ⁇ is advantageously between - 45 ° and + 45 °, preferably between -20 ° and + 20 °, particularly preferably at about 0 °.
- ⁇ and ⁇ each about 0 ° the injection the air therefore takes place in a plane perpendicular to the direction of flow radially to the central axis inside.
- the cross section of the nozzles is arbitrary, but an elliptical one is preferred, in particular a circular cross section.
- the nozzles along the The circumference of the burner outlet is arranged not only in one but in several rows his.
- the flow instabilities in the burner mostly have a dominant mode.
- the damping of this dominant mode is a priority for the suppression of thermoacoustic vibrations.
- the relevant frequencies are between a few 10 Hz and a few kHz.
- the convection speed depends on the burner and is typically a few 10 m / s, for example 30 m / s.
- the dominant fashion suppresses particularly effectively when the distances s of adjacent nozzles along the circumference of the Burner outlet less than or equal to half the wavelength of the dominant Are fashion, so s.
- a particularly effective suppression was also found, if the largest diameter D of the nozzles is greater than about a quarter of the boundary layer thickness ⁇ is in the area of the nozzles.
- the largest is in the case of elliptical nozzles Diameter twice the large semi-axis, in the case of circular nozzles double Radius.
- the boundary layer thickness is about 1 mm for a typical burner.
- the largest diameter D is the Nozzles is less than about a fifth of the distance s between adjacent nozzles. Even though a significant suppression of thermoacoustic vibrations the fulfillment of one of the three conditions mentioned, one particularly fulfills preferred embodiment all condition at the same time.
- the boundary conditions such as the existing air mass flow or the Available space may require the distances and the However, the diameter of the nozzles can also be adapted to these boundary conditions.
- Figure 1 shows a burner according to the invention, which consists of two half hollow conical bodies 1, 2, which are arranged offset to one another.
- the partial cone bodies 1, 2 have cylindrical starting parts 9, 10 which have a fuel nozzle 11 contain through which liquid fuel 12 is injected.
- the burner has a collar-shaped, as anchoring for the Partial cone body 1, 2 serving front plate 18 with a number of holes 19, through which, if necessary, dilution air or cooling air 20 the front part of the Combustion chamber or its wall can be supplied.
- the fuel injection can be an air-assisted nozzle or one Act nozzle working according to the pressure atomization principle.
- the conical spray pattern is enclosed by the combustion air flows 7 flowing in tangentially.
- the concentration of the injected fuel 12 is in the direction of flow 30 continuously degraded by the combustion air streams 7.
- Becomes a gaseous Fuel 16 introduced in the region of the tangential air inlet ducts 5, 6 begins the mixture formation with the combustion air 7 already in this area.
- the optimal homogeneous fuel concentration achieved across the cross-section.
- the ignition of the fuel / combustion air mixture begins at the top of the backflow zone 24. Only at this point can a stable flame front 25 arise.
- FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a burner according to the invention, where ⁇ and ⁇ are each about 0 °. The flow direction from the In FIG. 4, nozzles 32, which are not shown in FIG radially inwards.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Brenner zum Betrieb eines Aggregats zur Erzeugung eines Heißgases.The invention relates to a burner for operating a unit for generating a Hot gas.
Thermoakustische Schwingungen stellen eine Gefahr für jede Art von Verbrennungsanwendungen dar. Sie führen zu Druckschwankungen hoher Amplitude, zu einer Einschränkung des Betriebsbereiches und können die mit der Verbrennung verbundenen Emissionen erhöhen. Diese Probleme treten besonders in Verbrennungssystemen mit geringer akustischer Dämpfung, wie sie moderne Gasturbinen oft darstellen, auf. Thermoacoustic vibrations pose a threat to any type of combustion application They lead to pressure fluctuations of high amplitude, too a limitation of the operating range and can with combustion increase associated emissions. These problems occur particularly in combustion systems with low acoustic damping, as used in modern gas turbines often represent on.
In herkömmlichen Brennkammern wirkt die in die Brennkammer einströmende Kühlluft schalldämpfend und trägt damit zur Dämpfung von thermoakustischen Schwingungen bei. Um niedrige NOx-Emissionen zu erzielen, wird in modernen Gasturbinen ein zunehmender Anteil der Luft durch die Brenner selbst geleitet und der Kühlluftstrom reduziert. Durch die damit einhergehende geringere Schalldämpfung treten die eingangs angesprochenen Probleme in modernen Brennkammern demnach verstärkt auf.In conventional combustion chambers, the cooling air flowing into the combustion chamber has a sound-absorbing effect and thus contributes to damping thermoacoustic vibrations. In order to achieve low NO x emissions, an increasing proportion of the air is passed through the burners themselves in modern gas turbines and the cooling air flow is reduced. As a result of the associated lower sound damping, the problems mentioned at the outset occur increasingly in modern combustion chambers.
Eine Möglichkeit der Schalldämpfung besteht im Ankoppeln von Helmholtz-Dämpfern in der Brennkammerhaube oder im Bereich der Kühlluftzuführung. Bei engen Platzverhältnissen, wie sie für moderne, kompakt gebaute Brennkammern typisch sind, kann die Unterbringung solcher Dämpfer jedoch Schwierigkeiten bereiten und ist mit großem konstruktiven Aufwand verbunden.One way of soundproofing is to connect Helmholtz dampers in the combustion chamber hood or in the area of the cooling air supply. In tight Space, as is typical for modern, compact combustion chambers such dampers can be difficult to accommodate and is associated with great design effort.
Eine weitere Möglichkeit besteht in einer Kontrolle thermoakustischer Schwingungen durch aktive akustische Anregung. Dabei wird die sich im Bereich des Brenners ausbildende Scherschicht akustisch angeregt. Bei geeigneter Phasenlage zwischen den thermoakustischer Schwingungen und der Anregung läßt sich dadurch eine Dämpfung der Brennkammerschwingungen erreichen. Eine solche Lösung erfordert allerdings den Anbau zusätzlicher Elemente im Bereich der Brennkammer.Another option is to control thermoacoustic vibrations through active acoustic excitation. Thereby, the one that develops in the area of the burner Scherschicht acoustically excited. With a suitable phase position between the Thereby, damping of thermoacoustic vibrations and excitation can be achieved of the combustion chamber vibrations. However, such a solution requires the installation of additional elements in the combustion chamber.
Desgleichen eignet sich die Modulierung des Brennstoffmassenstroms. Hierbei wird Brennstoff phasenverschoben zu gemessenen Signalen in der Brennkammer (beispielsweise dem Druck) in den Brenner eingedüst, so daß bei einem Druckminimum zusätzlich Wärme freigesetzt wird. Dadurch wird die Amplitude der Druckschwingungen reduziert.The modulation of the fuel mass flow is also suitable. Here will Fuel out of phase with measured signals in the combustion chamber (e.g. the pressure) injected into the burner so that at a pressure minimum additional heat is released. This causes the amplitude of the pressure vibrations reduced.
Hier setzt die Erfindung an. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet
ist, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die eine wirkungsvolle
Unterdrückung thermoakustischer Schwingungen ermöglicht und mit möglichst
geringem konstruktiven Aufwand verbunden ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
durch den Brenner gemäß Anspruch 1 gelöst.This is where the invention comes in. The invention as characterized in the claims
is the task of creating a device that is effective
Suppression of thermoacoustic vibrations possible and with as possible
low design effort. This object is achieved according to the invention
solved by the burner according to
Kohärente Strukturen spielen eine entscheidende Rolle bei Mischungsvorgängen zwischen Luft und Brennstoff. Die räumliche und zeitliche Dynamik dieser Strukturen beeinflußt die Verbrennung und die Wärmefreisetzung. Der Erfindung liegt nun die Idee zugrunde, die Ausbildung von kohärenten Wirbelstrukturen zu stören um dadurch die periodische Wärmefreisetzungsschwankung und damit die Amplitude der thermoakustischen Schwankungen zu reduzieren.Coherent structures play a crucial role in mixing processes between air and fuel. The spatial and temporal dynamics of these structures affects combustion and heat release. The invention is now the Based on the idea of disturbing the formation of coherent vortex structures the periodic heat release fluctuation and thus the amplitude of the reduce thermoacoustic fluctuations.
Ein erfindungsgemäßer Brenner zum Betrieb eines Aggregats zur Erzeugung eines Heißgases, besteht im wesentlichen aus mindestens zwei hohlen, in Strömungsrichtung ineinandergeschachtelten Teilkörpern, deren Mittelachsen zueinander versetzt verlaufen, dergestalt, daß benachbarte Wandungen der Teilkörper tangentiale Lufteintrittskanäle für die Einströmung von Verbrennungsluft in einen von den Teilkörpern vorgegebenen Innenraum bilden. Der Brenner weist zumindest eine Brennstoffdüse auf. Zur Kontrolle von Strömungsinstabilitäten im Brenner weist die Innenseite des Brenneraustritts entlang des Umfangs des Brenneraustritts eine Mehrzahl von Düsen zum Einbringen axialer Wirbelstärke in die Strömung auf, wobei die Düsen zur Eindüsung von Luft unter einem Winkel zur Strömungsrichtung angeordnet sind.A burner according to the invention for operating a unit for generating a Hot gas, consists essentially of at least two hollow, in the direction of flow nested partial bodies, the center axes of which are offset from one another run in such a way that adjacent walls of the partial body tangential Air inlet ducts for the inflow of combustion air into one of the part bodies form predetermined interior. The burner has at least one fuel nozzle on. To check the flow instabilities in the burner, the inside shows a plurality of the burner outlet along the circumference of the burner outlet of nozzles for introducing axial eddy strength into the flow, the nozzles arranged to inject air at an angle to the direction of flow are.
Die Erfindung beruht also auf dem Gedanken, die Ausbildung kohärenter Wirbelstrukturen durch das Einbringen von Wirbelstärke in axialer Richtung zu stören. Bei einem gattungsgemäßen Brenner wird die Wirbelstärke erfindungsgemäß dadurch eingebracht, daß über eine Mehrzahl von Düsen Luft unter einem Winkel zur Strömungsrichtung eingedüst wird. Diese Düsen sind dabei möglichst dicht am Brenneraustritt angebracht um ihre Wirkung möglichst voll entfalten zu können.The invention is therefore based on the idea of forming coherent vortex structures by introducing vortex strength in the axial direction. At a vortex of the generic type, the vortex strength is thereby according to the invention introduced that through a plurality of nozzles air at an angle to the direction of flow is injected. These nozzles are as close as possible to the burner outlet appropriate to be able to develop their effect as fully as possible.
Die relative Lage von Strömungsrichtung und Eindüsungsrichtung der Luft kann durch zwei Winkel ϕ, α vollständig beschrieben werden (Figuren 2,3). cp stellt dabei den Winkel zwischen der Eindüsungsrichtung der Luft und einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung dar, a den Winkel zwischen der Eindüsungsrichtung der Luft und der radial zur Mittelachse weisenden Richtung. Die Düsen sind vorteilhaft so angeordnet, daß ϕ zwischen - 45° und + 45°, bevorzugt zwischen -20° und + 20°, besonders bevorzugt bei etwa 0° liegt. α liegt vorteilhaft zwischen - 45° und + 45°, bevorzugt zwischen -20° und + 20°, besonders bevorzugt bei etwa 0°. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind ϕ und α jeweils etwa 0°, die Eindüsung der Luft erfolgt also in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung radial zur Mittelachse nach innen.The relative position of the direction of flow and direction of air injection can can be completely described by two angles ϕ, α (FIGS. 2, 3). cp provides the angle between the direction of air injection and a plane perpendicular to the direction of flow, a the angle between the direction of air injection and the direction pointing radially to the central axis. The nozzles are so advantageous arranged that ϕ between - 45 ° and + 45 °, preferably between -20 ° and + 20 °, is particularly preferably about 0 °. α is advantageously between - 45 ° and + 45 °, preferably between -20 ° and + 20 °, particularly preferably at about 0 °. In one particularly preferred embodiment are ϕ and α each about 0 °, the injection the air therefore takes place in a plane perpendicular to the direction of flow radially to the central axis inside.
Der Querschnitt der Düsen ist beliebig, bevorzugt ist jedoch ein elliptischer, insbesondere eine kreisförmiger Querschnitt. Mit Vorteil können die Düsen entlang des Umfangs des Brenneraustritts nicht nur in einer, sondern in mehreren Reihen angeordnet sein.The cross section of the nozzles is arbitrary, but an elliptical one is preferred, in particular a circular cross section. Advantageously, the nozzles along the The circumference of the burner outlet is arranged not only in one but in several rows his.
Die Strömungsinstabilitäten im Brenner weisen zumeist eine dominante Mode auf. Die Dämpfung dieser dominanten Mode ist für die Unterdrückung thermoakustischer Schwingungen vordringlich. Die Wellenlänge λ der dominante Mode der Instabilität ergibt sich aus ihrer Frequenz f und der Konvektionsgeschwindigkeit uc über λ = uc /f. Die relevanten Frequenzen liegen zwischen einigen 10 Hz und einigen kHz. Die Konvektionsgeschwindigkeit hängt vom Brenner ab und beträgt typischerweise einige 10 m/s, beispielsweise 30 m/s.The flow instabilities in the burner mostly have a dominant mode. The damping of this dominant mode is a priority for the suppression of thermoacoustic vibrations. The wavelength λ of the dominant mode of instability results from its frequency f and the convection speed u c via λ = u c / f . The relevant frequencies are between a few 10 Hz and a few kHz. The convection speed depends on the burner and is typically a few 10 m / s, for example 30 m / s.
Es wurde nun gefunden, daß die dominante Mode besonders wirkungsvoll unterdrückt wird, wenn die Abstände s benachbarter Düsen entlang des Umfangs des Brenneraustritts kleiner oder etwa gleich der halben Wellenlänge der dominanten Mode sind, also s .It has now been found that the dominant fashion suppresses particularly effectively when the distances s of adjacent nozzles along the circumference of the Burner outlet less than or equal to half the wavelength of the dominant Are fashion, so s.
Weiter wurde gefunden eine besonders wirkungsvolle Unterdrückung gefunden, wenn der größte Durchmesser D der Düsen größer als etwa ein Viertel der Grenzschichtdicke δ im Bereich der Düsen ist. Im Fall elliptischer Düsen ist der größte Durchmesser die doppelte große Halbachse, im Fall kreisförmiger Düsen der doppelte Radius. Die Grenzschichtdicke beträgt für eine typischen Brenner etwa 1 mm. A particularly effective suppression was also found, if the largest diameter D of the nozzles is greater than about a quarter of the boundary layer thickness δ is in the area of the nozzles. The largest is in the case of elliptical nozzles Diameter twice the large semi-axis, in the case of circular nozzles double Radius. The boundary layer thickness is about 1 mm for a typical burner.
Ferner hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der größte Durchmesser D der Düsen kleiner als etwa ein Fünftel des Abstands s benachbarter Düsen ist. Obwohl eine signifikante Unterdrückung der thermoakustischen Schwingungen bereits bei der Erfüllung einer der drei genannten Bedingungen erreicht wird, erfüllt eine besonders bevorzugte Ausführungsform alle Bedingung zugleich.It has also proven to be advantageous if the largest diameter D is the Nozzles is less than about a fifth of the distance s between adjacent nozzles. Even though a significant suppression of thermoacoustic vibrations the fulfillment of one of the three conditions mentioned, one particularly fulfills preferred embodiment all condition at the same time.
Falls die Randbedingungen wie etwa der vorhandene Luftmassenstrom oder das zur Verfügung stehende Platzangebot es erfordern, können die Abstände und die Durchmesser der Düsen jedoch auch an diese Randbedingungen angepaßt werden.If the boundary conditions such as the existing air mass flow or the Available space may require the distances and the However, the diameter of the nozzles can also be adapted to these boundary conditions.
Das erfindungsgemäße Einbringen von Wirbelstärke in axialer Richtung zur Störung kohärenter Wirbelstrukturen durch das Eindüsen von Luft unter einem Winkel zur Strömungsrichtung läßt sich nicht nur bei dem hier beschriebenen Doppelkegelbrenner, sondern ebenso bei anderen Brennertypen anwenden.The introduction of vortex strength in the axial direction to the disturbance coherent vortex structures by injecting air at an angle to the Flow direction can not only be used with the double-cone burner described here, but also apply to other types of burners.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und der Zeichnungen. Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es sind jeweils nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt. Dabei zeigt
- Fig. 1
- ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brenners in perspektivischer Darstellung entsprechend aufgeschnitten;
- Fig. 2
- eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Brenners aus Richtung II-II von Fig. 1;
- Fig. 3
- eine schematische Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Brenners aus Richtung III-III von Fig. 2;
- Fig. 4
- eine Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brenners;
- Fig. 1
- an embodiment of a burner according to the invention correspondingly cut open in perspective;
- Fig. 2
- is a schematic side view of a burner according to the invention from the direction II-II of Fig. 1;
- Fig. 3
- is a schematic front view of a burner according to the invention from the direction III-III of Fig. 2;
- Fig. 4
- a front view of an embodiment of a burner according to the invention;
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Brenner, der aus zwei halben hohlen Teilkegelkörpern
1, 2, besteht, die versetzt zueinander angeordnet sind. Die Versetzung
der jeweiligen Mittelachse der Teilkegelkörper 1, 2 zueinander schafft auf beiden
Seiten in spiegelbildlicher Anordnung jeweils einen tangentialen Lufteintrittskanal 5,
6, durch welchen die Verbrennungsluft 7 in den Innenraum 8 des Brenners strömt.
Die Teilkegelkörper 1, 2 weisen zylindrische Anfangsteile 9, 10 auf, die eine Brennstoffdüse
11 beinhalten durch die flüssiger Brennstoff 12 eingedüst wird. Weiter weisen
die Teilkegelkörper 1, 2 nach Bedarf je eine Brennstoffleitung 13, 14 auf, die mit
Öffnungen 15 versehen sind, durch welche gasförmiger Brennstoff 16 der durch die
tangentialen Lufteintrittskanäle 5, 6 strömenden Verbrennungsluft 7 zugemischt wird.Figure 1 shows a burner according to the invention, which consists of two half hollow
Brennraumseitig 17 weist der Brenner eine kragenförmige, als Verankerung für die
Teilkegelkörper 1, 2 dienende Frontplatte 18 mit einer Anzahl von Bohrungen 19 auf,
durch welche bei Bedarf Verdünnungsluft oder Kühlluft 20 dem vorderen Teil des
Brennraumes bzw. dessen Wand zugeführt werden kann.
Bei der Brennstoffeindüsung kann es sich um eine luftunterstüzte Düse oder um eine
nach dem Druckzerstäubungsprinzip arbeitende Düse handeln. Das kegelige Spraybild
wird von den tangential einströmenden Verbrennungsluftströmen 7 umschlossen.
Die Konzentration des eingedüsten Brennstoffs 12 wird in Strömungsrichtung
30 fortlaufend durch die Verbrennungsluftströme 7 abgebaut. Wird ein gasförmiger
Brennstoff 16 im Bereich der tangentialen Lufteintrittskanäle 5, 6 eingebracht, beginnt
die Gemischbildung mit der Verbrennungsluft 7 bereits in diesem Bereich.
Beim Einsatz eines flüssigen Brennstoffs 12 wird im Bereich des Wirbelaufplatzens,
also im Bereich der Rückströmzone 24 am Ende des Vormischbrenners die optimale,
homogene Brennstoffkonzentration über den Querschnitt erreicht. Die Zündung
des BrennstoffNerbrennungsluft-Gemisches beginnt an der Spitze der Rückströmzone
24. Erst an dieser Stelle kann eine stabile Flammenfront 25 entstehen. The fuel injection can be an air-assisted nozzle or one
Act nozzle working according to the pressure atomization principle. The conical spray pattern
is enclosed by the combustion air flows 7 flowing in tangentially.
The concentration of the injected
An der Innenseite des Brenneraustritts 17 ist eine Mehrzahl von Düsen 32 mit kreisförmigen
Querschnitt angeordnet. Durch die Düsen 32 wird Luft 34 rechtwinklig zur
Strömungsrichtung 30 in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung eingedüst.
Figuren 2 und 3 zeigen die Definitionen der Winkel ϕ und α, durch die die relative
Lage der Strömungsrichtung und der Eindüsungsrichtung vollständig beschrieben
werden kann.. Dabei stellt ϕ den Winkel zwischen der Eindüsungsrichtung der Luft
und einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung dar und a den Winkel zwischen
der Eindüsungsrichtung der Luft und der radial zur Mittelachse nach innen weisenden
Richtung. Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brenners,
bei dem ϕ und α jeweils etwa 0° betragen. Die Strömungsrichtung der aus den
in Fig. 4 nicht gezeigten Düsen 32 austretenden Störluft 34 weist in diesem Ausführungsbeispiel
radial nach innen. On the inside of the
- 1,21.2
- TeilkegelkörperPartial cone body
- 5,65.6
- LufteintrittskanalAir inlet duct
- 77
- VerbrennungsluftCombustion air
- 88th
- Innenrauminner space
- 9,109.10
- zylindrische Anfangsteilecylindrical initial parts
- 1111
- BrennstoffdüseFuel nozzle
- 1212th
- flüssiger Brennstoffliquid fuel
- 13,1413.14
- BrennstoffleitungFuel line
- 1515
- Öffnungenopenings
- 1616
- gasförmiger Brennstoffgaseous fuel
- 1717th
- BrennraumCombustion chamber
- 1818th
- FrontplatteFront panel
- 1919th
- BohrungenHoles
- 2020th
- KühlluftCooling air
- 2424th
- RückströmzoneBackflow zone
- 2525th
- FlammenfrontFlame front
- 3030th
- StrömungsrichtungFlow direction
- 3232
- Öffnungen für StörluftDisturbance air openings
- 3434
- StörluftInterference air
Claims (7)
und wobei der Brenner zumindest eine Brennstoffdüse (11) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
zur Kontrolle von Strömungsinstabilitäten im Brenner die Innenseite des Brenneraustritts (17) entlang des Umfangs des Brenneraustritts (17) eine Mehrzahl von Düsen (32) zum Einbringen axialer Wirbelstärke in die Strömung aufweist, wobei die Düsen (32) zur Eindüsung von Luft (34) unter einem Winkel zur Strömungsrichtung (30) angeordnet sind.Burner for operating a unit for generating a hot gas, the burner essentially consisting of at least two hollow partial bodies (1, 2) nested one inside the other in the direction of flow (30), the central axes of which are offset from one another, such that adjacent walls of the partial bodies (1, 2) form tangential air inlet channels (5, 6) for the inflow of combustion air (7) into an interior space (8) predetermined by the partial bodies (1, 2),
and wherein the burner has at least one fuel nozzle (11),
characterized in that
to control flow instabilities in the burner, the inside of the burner outlet (17) along the circumference of the burner outlet (17) has a plurality of nozzles (32) for introducing axial eddy strength into the flow, the nozzles (32) for injecting air (34) are arranged at an angle to the direction of flow (30).
bei dem der Querschnitt der Düsen (32) elliptisch, bevorzugt kreisförmig ist.Burner according to claim 1,
in which the cross section of the nozzles (32) is elliptical, preferably circular.
bei dem der Winkel zwischen der Strömungsrichtung (30) und der Eindüsungsrichtung der Luft (34) durch Winkel (ϕ, α) gegeben ist, wobei ϕ den Winkel zwischen der Eindüsungsrichtung der Luft (34) und einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung darstellt, α den Winkel zwischen der Eindüsungsrichtung der Luft (34) und der radial zur jeweiligen Mittelachse nach innen weisenden Richtung darstellt, und die Düsen (32) so angeordnet sind, daß
in which the angle between the direction of flow (30) and the direction of injection of the air (34) is given by angles (ϕ, α), where ϕ represents the angle between the direction of injection of the air (34) and a plane perpendicular to the direction of flow, α den Represents angle between the injection direction of the air (34) and the direction radially inward to the respective central axis, and the nozzles (32) are arranged such that
bei dem die Düsen (32) entlang des Umfangs des Brenneraustritts (17) in mehreren Reihen angeordnet sind.Burner according to one of the preceding claims,
in which the nozzles (32) are arranged in several rows along the circumference of the burner outlet (17).
bei dem die Strömungsinstabilitäten eine dominante Mode aufweisen und die Abstände s benachbarter Düsen (32) entlang des Umfangs des Brenneraustritts (17) kleiner oder etwa gleich der halben Wellenlänge der dominanten Mode sind.Burner according to one of the preceding claims,
in which the flow instabilities have a dominant mode and the distances s between adjacent nozzles (32) along the circumference of the burner outlet (17) are less than or approximately equal to half the wavelength of the dominant mode.
bei dem der größte Durchmesser D der Düsen (32) größer als etwa ein Viertel der Grenzschichtdicke δ im Bereich der Düsen (32) ist.Burner according to one of the preceding claims,
in which the largest diameter D of the nozzles (32) is greater than about a quarter of the boundary layer thickness δ in the region of the nozzles (32).
bei dem der größte Durchmesser D der Düsen (32) kleiner als etwa ein Fünftel des Abstands s benachbarter Düsen (32) ist.Burner according to one of the preceding claims,
in which the largest diameter D of the nozzles (32) is smaller than approximately one fifth of the distance s between adjacent nozzles (32).
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP98811144A EP1002992B1 (en) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | Burner |
| DE59812039T DE59812039D1 (en) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | burner |
| US09/438,588 US6183240B1 (en) | 1998-11-18 | 1999-11-12 | Burner |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP98811144A EP1002992B1 (en) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | Burner |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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