EP1070914B1

EP1070914B1 - Premix burner

Info

Publication number: EP1070914B1
Application number: EP99114376A
Authority: EP
Inventors: Bettina Dr. Paikert; Richard Strässle; Christian Dr. Steinbach; Dieter Winkler
Original assignee: Alstom Schweiz AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 1999-07-22
Filing date: 1999-07-22
Publication date: 2003-12-03
Anticipated expiration: 2019-07-22
Also published as: US6331109B1; EP1070914A1; DE59907942D1

Description

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung betrifft Vormischbrenner gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.The invention relates to premix burners according to the preamble of independent claim.

Stand der TechnikState of the art

Aus der EP 0 321 809, der EP 0 780 629, oder der WO 93/17279 sind jeweils Vormischbrenner zum Betrieb mit gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffen bekannt geworden, die wesentliche Merkmale gemeinsam haben. So schliesst jeweils ein Drallerzeuger mit tangentialen Lufteintrittsöffnungen einen Hohlraum ein, dessen Querschnittsfläche sich in axialer Strömungsrichtung erweitert. In EP 0 321 809 und EP 0 780 629 wird dies realisiert, indem der Drallerzeuger kegelförmig ausgebildet ist, während die vollkommen äquivalente in WO 93/17279 vorgeschtagene Lösung die ist, den Drallerzeuger selbst zylindrisch zu bauen, und ins Innere des Hohlraums einen kegelförmigen, sich in axiale Durchströmungsrichtung verjüngenden Verdrängungskörper einzusetzen. Innerhalb des Drallerzeugers wird der Drallströmung Brennstoff zugeführt. Es ist bekannt, Mittel zur Zuführung eines Flüssigbrennstoffs in der Nähe der Brennerachse anzuordnen, und radial aussen, bevorzugt im Bereich der tangentialen Lufteintrittsöffnungen, Mittel zur Einbringung gasförmiger Brennstoffe vorzusehen. Die Einbringung der Brennstoffe in eine stark verdrallte Strömung zielt auf eine gute Vormischung des Brennstoff-Luft-Gemisches ab, wobei die Axialkomponente der Strömungsgeschwindigkeiten natürlich so hoch sein muss, dass die Flamme nicht in den Hohlraum der Brenners zurückschlägt. Zur weiteren Intensivierung der Vermischung von Brennstoff und Luft schlägt die EP 0 780 629 vor, dem Drallerzeuger eine Mischstrecke nachzuschalten, und die Drallströmung möglichst verlustfrei in diese Mischstrecke zu überführen. An einem stromabwärtigen Ende münden die zitierten Brennerbauarten mit einer - mehr oder weniger sprunghaften - Erweiterung des Strömungsquerschnittes auf kurzer axialer Distanz in einem Brennraum. Die stark verdrallte Strömung platzt an diesem Querschnittssprung auf, und es bildet sich eine Rückströmblase, die, ohne latent thermisch gefährdete mechanische Flammenhalter, eine Stabilisierung einer Flamme bewirkt. Eine derartige Stabilisierung ist auch durch die EP-A-0 918 190 bekannt.From EP 0 321 809, EP 0 780 629, or WO 93/17279 are each Premix burner for operation with gaseous and / or liquid fuels become known who have essential features in common. So closes each a swirl generator with tangential air inlet openings a cavity a whose cross-sectional area widens in the axial flow direction. In EP 0 321 809 and EP 0 780 629 this is realized by the swirl generator is conical, while the completely equivalent in WO 93/17279 proposed solution that is, the swirl generator itself cylindrical build, and inside the cavity a conical, extending in axial Use flow tapering displacement body. Fuel is supplied to the swirl flow within the swirl generator. It is known means for supplying a liquid fuel near the Arrange burner axis, and radially outside, preferably in the area of tangential air inlet openings, means for introducing gaseous To provide fuels. The introduction of the fuels in a strong swirled flow aims at a good premixing of the fuel-air mixture starting with the axial component of the flow velocities must of course be so high that the flame does not enter the cavity Brenners strikes back. To further intensify the mixing of EP 0 780 629 proposes fuel and air, one for the swirl generator Downstream mixing section, and the swirl flow in lossless as possible to transfer this mixing section. Mouth at a downstream end the burner types cited with a - more or less abrupt - expansion of the flow cross-section over a short axial distance in one Combustion chamber. The strongly swirled flow bursts at this cross-sectional jump on, and a backflow bubble forms, which is latent without thermal endangered mechanical flame holder, stabilization of a flame causes. Such stabilization is also due to the EP-A-0 918 190 is known.

Brenner der aus der EP 0 321 809 bekannten Bauart haben sich seit Jahren in der praktischen Anwendung in Gasturbinen und atmosphärischen Feuerungsanlagen bewährt. Die aus EP 0 321 809 und aus der EP 0 780 629 bekannten Brenner wurden stetig weiterentwickelt, und Verbesserungsvorschläge finden sich in einer Vielzahl veröffentlichter Dokumente.Burners of the type known from EP 0 321 809 have been in use for years practical application in gas turbines and atmospheric Firing systems proven. That from EP 0 321 809 and from EP 0 780 629 well-known burners have been continuously developed, and Suggestions for improvement can be found in a large number of published Documents.

Aus der Funktionsweise der Brenner resultiert aber auch, dass sie im Betrieb hohe Wärmespannungen aufbauen. So verfügt ein derartiger Brenner über eine Frontplatte, auf welcher der Drallerzeuger und gegebenenfalls ein Mischrohr montiert sind. Die Frontplatte stellt dabei den Abschluss des Brenners zum Brennraum dar, und sie trennt einen Raum, aus dem Luft durch die tangentialen Öffnungen ins Innere des Brenners strömt, vom Brennraum. Dabei ist sowohl eine Leckage von Verbrennungsluft als auch ein unkontrolliertes Eindringen von Rauchgasen in die Frischluft unter allen Umständen zu vermeiden. Zudem muss der gesamte Brenner auf eine Weise an der Brennraumwand verankert werden. Daher ist bei den heute bekannten Brennern der Drallerzeuger oder - sofern vorhanden, ein Mischrohr - fest mit der Frontplatte verbunden, beispielsweise auf diese aufgeschweist. Im Betrieb wird nunmehr die Frontplatte mit heissen Verbrennungsgasen beaufschlagt, während der Rest der Struktur von einem Medium mit deutlich niedrigerer Temperatur umgeben ist. Der Drallerzeuger beziehungsweise das Mischrohr hindern die Frontplatte an einer freien thermischen Dehnung, und gerade an der Verbindungsstelle, die eben aus Fertigungsgründen oft eine Schweissnaht ist, werden hohe mechanische Spannungen induziert.The functioning of the burners also means that they are in operation Build up high thermal stresses. Such a burner has a front panel on which the swirl generator and, if applicable, a Mixing tube are installed. The front plate marks the end of the Brenners to the combustion chamber, and it separates a room from which air passes the tangential openings flow into the interior of the burner, from the combustion chamber. There is both a leakage of combustion air and a uncontrolled penetration of smoke gases into the fresh air among all To avoid circumstances. In addition, the entire burner must be in one way be anchored to the combustion chamber wall. Therefore, the known today Burner of the swirl generator or - if available, a mixing tube - firmly with connected to the front panel, for example welded onto this. Operational hot combustion gases are now applied to the front panel, while the rest of the structure from a medium with significantly lower Temperature is surrounded. The swirl generator or the mixing tube prevent the front panel from free thermal expansion, and straight on the connection point, which is often a weld seam for manufacturing reasons high mechanical stresses are induced.

Bei modernen Gasturbinen erreichen die Temperaturen der Verbrennungsluft eine Grössenordnung von rund 500°C. Mit steigendem Druckverhältnis des Arbeitsprozesses aber, oder mit einer starken externen Vorwärmung der Verbrennungsluft - beides Massnahmen, die den Prozesswirkungsgrad günstig beeinflussen - ist eine effiziente Kühlung der Frontplatte zusehends aufwendiger zu realisieren.In modern gas turbines, the temperatures of the combustion air reach an order of magnitude of around 500 ° C. With increasing pressure ratio of the Work process, or with a strong external preheating of the Combustion air - both measures that reduce process efficiency influence - efficient cooling of the front panel is visibly increasing to implement more complex.

Zusammenfassend bleibt festzuhalten, dass bei weiter gesteigerten Prozesseckdaten mit einer Begrenzung der Lebensdauer von Vormischbrennern in den heute bekannten Ausführungsformen zu rechnen ist, und zwar einerseits aufgrund von Wärmespannungen in den Bauteilen aufgrund behinderter thermischer Dehnung, und zum anderen, weil die Kühlung heissgasexponierter Bauteile immer aufwendiger befriedigend zu lösen sein wird. In summary it can be said that with further increased Process key data with a lifetime limitation of Premix burners can be expected in the embodiments known today, on the one hand due to thermal stresses in the components due to disabled thermal expansion, and second because the Cooling components exposed to hot gas satisfactorily will be solve.

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, einen Vormischbrenner der eingangs genannten Art so aufzubauen, dass Relativverschiebungen der einzelnen Komponenten des Brenners aufgrund von thermischen Dehnungen unbehindert erfolgen können. Weiterhin ist die Kühlung heissgasexponierter Teile sicherzustellen, respektive schlecht kühlbare Teile sind vor übermässigen thermischen Belastungen zu schützen.The invention seeks to remedy this. The invention as in the Is characterized, the task is based on one To build premix burner of the type mentioned in such a way that Relative shifts of the individual components of the burner due to thermal expansion can take place unhindered. Furthermore, the Ensure cooling of hot gas-exposed parts, or poorly Coolable parts must be protected against excessive thermal loads.

Erfindungsgemäss wird dies durch die Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.According to the invention, this is achieved by the features of claim 1.

Kern der Erfindung ist also, die Frontplatte als Trägerstruktur auszubilden, auf welcher Trägerstuktur der Drallerzeuger oder gegebenenfalls ein dem Drallerzeuger nachgeschaltetes Mischrohr befestigt ist. Wie bereits im Stand der Technik diskutiert, ist es aus verschiedenen Gründen zweckmässig, diese Strukturbestandteile fest mit der Trägerstruktur zu verbinden. Erfindungsgemäss ist stromab der Trägerstruktur ein Hitzeschutzschild angeordnet, der so mit der Trägerstruktur verbunden ist, dass in den Grenzen der zu erwartenden thermischen Dehnungen die freie gegenseitliche Verschieblichkeit von Trägerstruktur und Hitzeschild nur gering behindert ist. Diese Bauweise bietet eine Reihe von Vorteilen. Die als Trägerstruktur ausgebildete Frontplatte wird in wesentlich geringerem Ausmasse thermisch belastet. Dadurch ist wesentlich weniger Kühlung notwendig, um die Trägerstruktur auf einer Temperatur zu halten, die mit derjenigen der angrenzenden Bestandteile des Brenners kompatibel ist. Unter Umständen kann auch auf eine spezielle keramische Wärmeschutzbeschichtung der Trägerstruktur verzichtet werden, wodurch an dieser Stelle Werkstoffe mit kompatiblen Wärmeausdehnungskoeffizienten eingesetzt werden. Im Gegenzug wäre vorstellbar, den Hitzeschutzschild, der ja keine mechanischen Lasten zu tragen hat, aus einer hochtemperaturbeständigen Vollkeramik herzustellen, und auf Kühlung ganz zu verzichten. Da eine weitgehend unbehinderte Relatiwerschieblichkeit von Trägerstruktur und Hitzeschutzschild gewährleistet ist, können hier prinzipiell Werkstoffe mit vollkommen unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten eingesetzt werden.The essence of the invention is therefore to design the front panel as a support structure which support structure the swirl generator or, if applicable, a Swirl generator downstream mixing tube is attached. As in the booth discussed the technology, it is appropriate for various reasons, this Structural components to be firmly connected to the support structure. According to the invention, a heat protection shield is located downstream of the support structure arranged, which is connected to the support structure that in the limits of the expected thermal expansions the free mutual Slidability of the support structure and heat shield is only slightly impaired. This design offers a number of advantages. The as a support structure trained front panel is thermal to a much lesser extent loaded. As a result, much less cooling is required to achieve To maintain the support structure at a temperature which is the same as that of the adjacent components of the burner is compatible. In certain circumstances can also be applied to a special ceramic thermal protection coating Support structure are dispensed with, which means that materials with compatible coefficients of thermal expansion can be used. in the A countermove would be conceivable, the heat shield, which is not a mechanical one Has to carry loads from a high-temperature-resistant all-ceramic to manufacture, and to do without cooling entirely. Because a largely unobstructed relative flexibility of the support structure and heat shield is guaranteed, in principle, materials with perfect different coefficients of thermal expansion can be used.

Eine möglicherweise erforderliche Kühlung der Trägerstruktur und des Hitzeschutzschildes kann auf zweckmässige Weise kombiniert werden. Hierzu wird die Trägerstuktur mit einer Vielzahl von Öffnungen versehen, durch die ein Kühlmedium, im allgemeinen bevorzugt Luft, zum Brennraum hin ausströmt. Auf diese Weise dient die Trägerstruktur als Lochblech für eine Prallkühlung des Hitzeschutzschildes, während das durchströmende Kühlmittel gleichzeitig Wärme aus der Trägerstruktur aufnimmt. Der Zwischenraum zwischen der Trägerstruktur und dem Hitzeschild ist dann als Kühlkanal ausgebildet, der zur Vermeidung von Radialströmungen mit Vorteil durch einen umlaufenden Steg unterteilt ist.A possibly required cooling of the support structure and the Heat protection shield can be combined in a practical way. For this the support structure is provided with a plurality of openings through which a Cooling medium, generally preferably air, flows out to the combustion chamber. In this way, the support structure serves as a perforated plate for impingement cooling of the heat shield while the coolant flowing through it at the same time Absorbs heat from the support structure. The space between the Carrier structure and the heat shield is then designed as a cooling channel which for Avoidance of radial flows, which is advantageous due to a circumferential web is divided.

Die Trägerstruktur ihrerseits kann, wenn die konstruktiven Bedingungen dies erlauben, unmittelbar mit der Brennkammerwand verbunden sein. Sollten die Temperaturverteilungen in den Brennraumwänden dies nicht oder nur mit Nachteilen erlauben, wird die Trägerstruktur bevorzugt durch eine Anzahl von der Trägerstruktur stromauf orientierter Rohre oder Stangen an der Brennraumwand gehalten. Hierdurch ist gleichermassen die Aufnahme thermischer Dehnungen gewährleistet. Werden diese Rohre in axialer Strömungsrichtung durch den Hitzeschild hindurchgeführt, so können sie als Brenngaszuführung für einen sogenannten Pilotbetrieb des Brenners genutzt werden. In diesem Betriebszustand ist das Brennstoff-Luftgemisch des Brenners zu mager für eine stabile Vormischverbrennung. Gasförmiger Brennstoff wird dann nicht nur der Drallströmung zugeführt und vorgemischt, sondern der Brennstoff wird auch durch besagte Rohre in den Brennraum eingebracht und in einer Diffusionsflamme verbrannt. Hierbei entstehen zwar wesentlich grössere Mengen an Stickoxiden als bei der Vormischverbrennung, jedoch ist die Diffusionsflamme bei hohen Luftzahlen ungleich stabiler als eine Vormischflamme. The support structure in turn can, if the structural conditions so allow to be connected directly to the combustion chamber wall. Should that Temperature distributions in the combustion chamber walls do not do this or only with Allow disadvantages, the support structure is preferred by a number of the support structure of upstream oriented pipes or rods on the Combustion chamber wall held. This also makes the recording thermal expansion guaranteed. These tubes are in axial Flow direction passed through the heat shield, so they can be Fuel gas supply used for a so-called pilot operation of the burner become. In this operating state, the fuel-air mixture is the Brenner too lean for stable premix combustion. gaseous Fuel is then not only added to the swirl flow and premixed, but the fuel is also in the combustion chamber through said pipes introduced and burned in a diffusion flame. Here arise much larger amounts of nitrogen oxides than in premix combustion, however, the diffusion flame is much more stable than one at high air numbers Premixed.

Bei sehr hohen Verbrennungslufttemperaturen, beispeilsweise oberhalb von 500°C, kann es auch im Bereich einer Brenngaszuführung für den Vormischbetrieb des Brenners zu kritischen thermischen Dehnungsverhältnissen kommen, wenn, wie dies heute üblicherweise realisiert wird, die Gasversorgungsleitung fest mit dem Drallerzeuger des Brenners verbunden oder in diesen integriert ist. Während nämlich der Drallerzeuger von der Verbrennungsluft sehr hoher Temperatur umströmt wird, und dessen Komponenten die Temperatur der Verbrennungsluft annehmen, werden die Brennstoffleitungen von Brenngas durchströmt, das aus verschiedenen Gründen nur auf vergleichweise geringe Temperaturen vorgewärmt werden kann. Daher stellen sich in diesem Bereich wiederum starke Temperaturgradienten im Material des Brenners, und somit erhebliche mechanische Belastungen durch Differenzdehnungen ein. Es wird daher vorgeschlagen, die Versorgung mit gasförmigem Brennstoff für den Vormischbetrieb mechanisch vom Drallerzeuger zu entkoppeln. Mit Vorteil wird, anstatt wie bei den konventionellen Bauarten, eine Brennstoffleitung mit einer Vielzahl von Gasbohrungen in den Drallerzeuger zu integrieren, der Drallerzeuger mit einer Reihe von Öffnungen versehen, und Brennstoffleitungen für den Gas-Vormischbetrieb werden als Rohrleitungen ausgeführt, die durch eben jene Öffnungen ins Innere des Drallerzeugers hineinragen, und dort der verdrallten Strömung der Verbrennungsluft gasförmigen Brennstoff zuführen. Bevorzugt ist pro tangentialem Einlassschlitz des Drallerzeugers wenigstens ein Gaszuführrohr angeordnet. Die offenen Enden der Gasleitungen werden mit Vorteil als Düsen gestaltet.At very high combustion air temperatures, for example above 500 ° C, it can also be in the area of a fuel gas supply for the Premix operation of the burner to critical thermal Elongation ratios come when, as is commonly realized today the gas supply line is fixed to the swirl generator of the burner connected or integrated into this. While the swirl generator from the combustion air flows around a very high temperature, and its Components take on the temperature of the combustion air Flows through the fuel lines from fuel gas that comes from various Reasons should only be preheated to comparatively low temperatures can. Therefore, there are strong ones in this area Temperature gradients in the material of the burner, and thus considerable mechanical loads due to differential expansion. It will therefore proposed the supply of gaseous fuel for the Decouple the premix mode mechanically from the swirl generator. With advantage, instead of a conventional fuel line with a fuel line Integrate a variety of gas holes in the swirl generator Swirl generator provided with a series of openings, and Fuel lines for gas premixing are called pipelines executed through those openings into the interior of the swirl generator protrude into it, and there the swirled flow of combustion air supply gaseous fuel. Preferred is per tangential inlet slot the swirl generator arranged at least one gas supply pipe. The open ones The ends of the gas lines are advantageously designed as nozzles.

In Verbindung mit der Erfindung bevorzugte Drallerzeugergeometrien ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung kann gleich realisiert werden bei Vormischbrennern mit oder ohne dem Drallerzeuger nachgeschaltete Mischstrecke. Preferred swirl generator geometries result in connection with the invention itself from the subclaims. The invention can be implemented at the same time Premix burners with or without the swirl generator downstream Mixing section.

Kurze Beschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger ausgewählter in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Im einzelnen zeigen

Fig. 1 und Fig. 2 einen erfindungsgemässen Vormischbrenner in perspektivischer Ansicht, in zwei unterschiedlichen Darstellungsarten.

Fig. 3 einen erfindungsgemässen Vormischbrenner im Längsschnitt

Fig. 4 einen Vormischbrenner mit einer alternativen Bauform des Drallerzeugers

Fig. 5 einen erfindungsgemässen Vormischbrenner mit der Drallerzeugerbauform aus Fig. 4, mit einer anderen Variante der Brennstoffzufuhr.

Fig. 6 bis Fig. 9 Querschnitte durch mögliche Ausführungsformen von Drallerzeugern

Fig. 10 einen Vormischbrenner mit allen erfindungswesentlichen Merkmalen, und einem dem Drallerzeuger nachgeschalteten Mischrohr

Fig. 11 ein Element aus Figur 10 in vergrösserter Darstellung

The invention is explained in more detail below on the basis of a few selected exemplary embodiments shown in the drawing. Show in detail

1 and 2 show a premix burner according to the invention in a perspective view, in two different types of representation.

Fig. 3 shows a premix burner according to the invention in longitudinal section

Fig. 4 shows a premix burner with an alternative design of the swirl generator

5 shows a premix burner according to the invention with the swirl generator design from FIG. 4, with another variant of the fuel supply.

Fig. 6 to Fig. 9 cross sections through possible embodiments of swirl generators

10 shows a premix burner with all the features essential to the invention, and a mixing tube connected downstream of the swirl generator

11 shows an element from FIG. 10 on an enlarged scale

Die in der Zeichnung dargestellten und nachfolgend diskutierten Ausführungsbeispiele sind lediglich illustrativ zu verstehen. Die Ausführungsbeispiele zeigen einige wenige Vorzugsvarianten der Erfindung. Sie erheben keinen Anspruch darauf, alle Ausführungsformen der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, erschöpfend darzustellen, und sollen nicht einschränkend verstanden werden.Those shown in the drawing and discussed below Exemplary embodiments are only to be understood as illustrative. The Exemplary embodiments show a few preferred variants of the invention. You make no claim to all embodiments of the invention, as set out in the claims, to be exhaustive, and should not be understood as restrictive.

Weg zur Ausführung der ErfindungWay of carrying out the invention

Eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Vormischbrenners findet sich in Fig. 1. Es handelt sich dabei im wesentlichen um den aus der EP 0 321 809 bekannten Vormischbrenner, dessen Drallerzeuger aus ineinandergeschachtelten Kegelhalbkörpern 101, 102 besteht. Dabei ist der Brenner teilweise geschnitten dargestellt. Die Teilkörper 101, 102 schliessen einen Hohlraum 14 ein, dessen Querschnitt sich in axialer Richtung des Brenners zum Brennraum 22 hin erweitert. Ein gasförmiges Oxydationsmedium - im allgemeinen Luft oder ein anderes sauerstoffhaltiges Gas - 15 strömt durch tangentiale Schlitze 19, die sich in axialer Richtung des Brenners erstecken, in diesen Hohlraum ein. Im Hohlraum 14 bildet sich eine Drallströmung aus. Beim Übergang in den Brennraum 22 erfährt die Strömung eine plötzliche starke Erweiterung des axialen Strömungsquerschnittes, und die Drallströmung wird instabil und bricht zusammen. Aufgrund dieses sogenannten "Vortex Breakdown" bildet sich an der Mündung des Brenners in den Brennraum eine Rückströmblase 6 aus, die zur Stabilisierung einer Flamme genutzt werden kann. Hierzu wird der Drallströmung innerhalb des Hohlraums 14 wenigstens ein Brennstoff zugemischt. Im Beispiel ist sowohl eine auf der stromaufwärtigen Seite des Brenners zentral angeordnete Zerstäuberdüse 3 vorgesehen, die mit einem Flüssigbrennstoff 12 versorgt wird, und einen Flüssigbrennstoffspray 4 in die Drallströmung einbringt. Weiterhin sind die Teilkörper 101, 102 des Drallerzeugers mit Öffnungen 31 versehen. Durch diese Öffnungen sind Rohre 32 hindurchgeführt. Diese Rohre sind extern gehalten, auf eine Weise die hier nicht dargestellt ist, und die auch nicht erfindungswesentlich ist. Hingegen besteht keine feste Verbindung zwischen einem Rohr 32 und einem der Teilkörper 101, 102 des Drallerzeugers. Über die Rohre 32 wird ein Brennstoff für den Vormischbetrieb des Brenners mit gasförmigen Brennstoffen 17 herangeführt und in die verdrallte Verbrennungsluft 15 eingebracht. Bevorzugt ist das Ende des Rohres, aus dem der Brennstoff ausströmt, leicht düsenförmig ausgebildet. Dies beeinflusst die Druck- und Strömungsverhältnisse auf eine Weise, damit kein Brennstoff an der Aussenwand des Rohres 32 entlang durch die Öffnung 31 in den Aussenraum des Brenners zurückströmt.A first preferred embodiment of an inventive Premix burner can be found in Fig. 1. It is essentially around the premix burner known from EP 0 321 809, whose Swirl generator made of nested conical half-bodies 101, 102 consists. The burner is shown partially cut. The partial body 101, 102 enclose a cavity 14, the cross section of which is axial Extended direction of the burner to the combustion chamber 22. A gaseous one Oxidation medium - generally air or another oxygen-containing Gas - 15 flows through tangential slots 19 which extend in the axial direction of the Insert the burner into this cavity. A forms in the cavity 14 Swirl flow out. The flow experiences at the transition into the combustion chamber 22 a sudden sharp widening of the axial flow cross-section, and the Swirl flow becomes unstable and breaks down. Because of this The so-called "Vortex Breakdown" forms at the mouth of the burner the combustion chamber a backflow bladder 6, which is used to stabilize a Flame can be used. For this purpose, the swirl flow within the Cavity 14 admixed at least one fuel. In the example is both one centrally located on the upstream side of the burner Atomizer nozzle 3 is provided, which supplies a liquid fuel 12 is, and introduces a liquid fuel spray 4 in the swirl flow. Furthermore, the partial bodies 101, 102 of the swirl generator have openings 31 Mistake. Tubes 32 are passed through these openings. These pipes are held externally, in a way that is not shown here, and also is not essential to the invention. On the other hand, there is no fixed connection between a tube 32 and one of the partial bodies 101, 102 of the Swirl generator. A fuel for the premix operation is supplied via the pipes 32 of the burner with gaseous fuels 17 and brought into the swirled combustion air 15 introduced. The end of the Pipe from which the fuel flows out, slightly nozzle-shaped. This affects the pressure and flow conditions in a way so no fuel along the outer wall of tube 32 through the opening 31 flows back into the outer space of the burner.

In Fig. 2 ist derselbe Brenner ohne Schnitt dargestellt. Im Sinne einer besseren Übersichtlichkeit ist die Flüssigbrennstoffversorgung nicht dargestellt. In Fig. 2 ist gut zu erkennen, wie ein Gaversorgungsrohr 32 von aussen durch die Öffnung 31 des Drallerzeuger-Teilkörpers 101 hindurchgeführt ist.In Fig. 2 the same burner is shown without a section. For the better The liquid fuel supply is not shown for clarity. In Fig. 2 can be clearly seen how a hammer supply pipe 32 from the outside through the Opening 31 of the swirl generator body 101 is passed.

Die externe Halterung der Gasversorgungsrohres 32, ohne Befestigung an den Bauteilen des Drallerzeugers, hat beim Einsatz des Brenners unter entsprechenden thermodynamischen Bedingungen wesentliche Vorteile. Die Verbrennungsluft 15 erreicht Temperaturen von mehreren 100°C. 500°C liegen aus heutiger Sicht eher auf der konservativen Seite, während in Verbindung mit höheren Druckverhältnissen der Arbeitsprozesse von Gasturbinen und externer Verbrennungsluftvorwärmung Temperaturen um 700°C diskutiert werden. Hingegen ist eine mögliche Vorheiztemperatur der gasförmigen Brennstoffe auf beispielsweise 150°C oder 200 °C begrenzt. Damit weisen die Drallerzeuger-Teilkörper und die Gasversorgungsrohre 32 im Betrieb sehr unterschiedliche Temperaturen und thermische Dehnungen auf. Wenn eine Gasversorgung nunmehr fest mit einem Drallerzeuger-Teilkörper verbunden ist, stellen sich im Betrieb aufgrund behinderter thermischer Dehnungen starke Wärmespannungen ein, die zumindest die Lebensdauer des Brenners verkürzen.The external bracket of the gas supply pipe 32, without attachment to the Components of the swirl generator, has when using the burner appropriate thermodynamic conditions significant advantages. The Combustion air 15 reaches temperatures of several 100 ° C. 500 ° C from today's perspective, more on the conservative side, while in connection with higher pressure ratios of the working processes of gas turbines and external ones Combustion air preheating temperatures around 700 ° C can be discussed. In contrast, a possible preheating temperature of the gaseous fuels is up for example 150 ° C or 200 ° C limited. The swirl generator partial bodies thus have and the gas supply pipes 32 are very different in operation Temperatures and thermal expansions. If a gas supply is now firmly connected to a swirl generator part, in the Operation strong due to disabled thermal expansion Thermal stresses that are at least the life of the burner shorten.

Die Erfindung kann selbstverständlich auch realisiert werden, wenn die Gasversorgungsleitungen für den Vormischbetrieb in einer anderen Weise, beispielsweise in der konventionellen, aus EP 0 321 809 bekannten Bauart ausgeführt und fest mit dem Drallerzeuger verbunden sind. Die EP 0 908 671 offenbart eine weitere Variante der Brenngasversorgung, die der hier eingesetzten stark ähnelt. Jedoch sind auch dort die Gasversorgungsleitungen fest mit dem Drallerzeuger verbunden. Dies wiederspricht nicht per se der Erfindungsidee, und steht einer Realisierung der Erfindung nicht entgegen. Im Geiste der Erfindung ist es jedoch vorteilhaft und konsequent, tatsächlich auch an dieser Stelle durch eine mechanische Entkopplung des Drallerzeugers von der Gaszufuhr Wärmespannungen zu vermeiden. Auch in den folgenden Ausführungsbeispielen wurde diese Variante der Vormisch-Gasversorgung gewählt, was jedoch keine Einschränkung darstellt! Es wäre auch möglich, einen erfindungsgemässen Brenner ganz ohne Gasversorgung, nur für den Betrieb mit Flüssigbrennstoff, zu realisieren. Solche Varianten erhält der Fachmann aus der Lehre des vorliegenden Dokumentes jedoch vollkommen zwanglos, weshalb sie nicht expliziert werden.The invention can of course also be implemented if the Gas supply lines for premix operation in a different way, for example in the conventional type known from EP 0 321 809 executed and firmly connected to the swirl generator. EP 0 908 671 discloses another variant of the fuel gas supply, that of here used strongly resembles. However, the gas supply lines are also there firmly connected to the swirl generator. This does not contradict per se Idea of the invention, and does not stand in the way of realizing the invention. in the However, in spirit of the invention, it is advantageous and consistent, indeed at this point by mechanical decoupling of the swirl generator from to avoid thermal stresses in the gas supply. Also in the following This variant of the premix gas supply was used as an exemplary embodiment chosen, but this is not a limitation! It would also be possible a burner according to the invention without any gas supply, only for the Operation with liquid fuel. He receives such variants Expert from the teaching of the present document, however, completely casual, which is why they are not explicated.

In Fig. 1 wie in Fig. 2 ist zu erkennen, dass die dem Brennraum 22 zugewandte Frontpartie des Brenners zweiteilig aufgebaut ist. Der Drallerzeuger ist auf einer Trägerstruktur 42 gehalten, während ein Hitzeschutzschild 41 ohne direkten grossflächigen Kontakt mit der Trägerstuktur 42 diese vor unmittelbarem Kontakt mit Heissgas innerhalb des Brennraums 22 schützt. Die Trägerstruktur ihrerseits ist mit einer Anzahl von Bohrungen 11 versehen, durch welche ein Kühlmedium 18, bevorzugt das Oxydationsmedium, in einen als Kühlkanal ausgebildeten Zwischenraum zwischen der Trägerstruktur und dem Hitzeschutzschild strömt. Die Trägerstruktur dient damit gleichzeitig als Lochblech für die Prallkühlung des Hitzeschutzschildes, und wird selbst durch das durchströmende Kühlmittel 18 gekühlt. Der Kühlkanal ist seinerseits durch einen in Umfangsrichtung des Brenners verlaufenden umlaufenden Steg 411 in radialer Richtung geteilt, welcher Steg sowohl am Hitzeschutzschild als auch an der Trägerstruktur angeordnet sein kann. Durch diese Unterteilung werden schädliche Radialströmungen, aufgrund derer Heissgase in den Kühlkanal eindringen können, vermieden. Der Hitzeschutzschild ist mittels Bolzen an der Trägerstruktur befestigt, die in der Darstellung Fig. 1 und Fig. 2 nicht gezeigt sind. Die relativ weiche Befestigung mittels einiger Bolzen gewährleistet eine wenigstens teilweise Kompensation unterschiedlicher thermischer Dehnungen, weshalb diese nicht zu ausgeprägten mechanischen Spannungen führen. Weiterhin ist die Trägerstruktur, auf welcher der Drallerzeuger montiert ist, vor exzessivem Wärmeeintrag geschützt. Dadurch unterscheidet sich dessen Temperatur nur unwesentlich von der der Drallerzeuger-Teilkörper, weshalb auch an der Verbindungsstelle zwischen dem Drallerzeuger und der Trägerstruktur Spannungsüberhöhungen aufgrund unterschiedlicher thermischer Dehnungen vermieden werden.In FIG. 1 as in FIG. 2 it can be seen that the combustion chamber 22 facing Front part of the burner is constructed in two parts. The swirl generator is on a support structure 42 held, while a heat shield 41 without direct large-area contact with the support structure 42 before this protects direct contact with hot gas within the combustion chamber 22. The The support structure in turn is provided with a number of bores 11, through which a cooling medium 18, preferably the oxidation medium, into one formed as a cooling channel space between the support structure and the heat shield flows. The support structure thus also serves as Perforated plate for the impingement cooling of the heat shield, and is by itself the coolant 18 flowing through is cooled. The cooling duct is in turn through a circumferential web 411 in the circumferential direction of the burner in divided in the radial direction, which web on both the heat shield and can be arranged on the support structure. Through this subdivision harmful radial flows, due to which hot gases enter the cooling channel can penetrate avoided. The heat protection shield is attached to the by means of bolts Carrier structure attached, which is not shown in the illustration Fig. 1 and Fig. 2 are. The relatively soft attachment using a few bolts ensures one at least partial compensation of different thermal expansions, which is why they do not lead to pronounced mechanical stresses. Furthermore, the support structure on which the swirl generator is mounted is in front excessive heat input protected. This makes it different Temperature is only marginally different from that of the swirl generator part, which is why also at the junction between the swirl generator and the Support structure stress increases due to different thermal expansion can be avoided.

Der in Fig. 1 und 2 perspektivisch dargestellte Brenner ist in Fig. 3 in einem Längsschnitt gezeigt. In dieser Darstellung ist insbesondere die Konfiguration der Brennerfront gut zu erkennen. Der Drallerzeuger ist fest mit der Trägerstruktur 42 verbunden. An diesen ist mittels Bolzen 43 der Hitzeschutzschild 41 montiert, der zwischen der Trägerstruktur und dem Hitzschutzschild einen umlaufenden Steg 411 aufweist. Die Bolzenverbindung kann dabei so ausgeführt werden, dass eine Relativverschiebung zwischen der Trägerstruktur und dem Hitzeschutzschild nur gering behindert wird.The burner shown in perspective in FIGS. 1 and 2 is in one in FIG Longitudinal section shown. The configuration is particularly important in this representation the front of the burner is clearly visible. The swirl generator is fixed with the Support structure 42 connected. At this is the bolt 43 Heat shield 41 mounted between the support structure and the Heat protection shield has a circumferential web 411. The bolt connection can be carried out so that a relative displacement between the Support structure and the heat shield is only slightly hindered.

Im Bedarfsfalle wird auch die Tägerstuktur nicht unmittelbar an der Brennraumwand befestigt, sondern diese ist mittels Rohren oder Stangen 33 ebenfalls so an der Brennraumwand befestigt, dass Relativbewegungen aufgrund thermischer Dehnungen auch hier nur gering behindert werden. In einer bevorzugten Variante werden Halterungen als Rohre ausgeführt, welche an der Stirnseite der Trägerstruktur zum Brennraum hin verlängert und durch den Hitzeschutzschild hindurchgeführt ist. Diese Rohre 33 können für die Zufuhr eines gasförmigen Brennstoffs 16 für den sogenannten Pilotbetrieb genutzt werden. Bei einer sehr hohen Brenner-Luftzahl genügt die Menge eines gasförmigen Brennstoffes nicht mehr, um, bei einer Zufuhr über die Vormisch-Gaszufuhr 32, eine stabile Vormischflamme zu gewährleisten. In einem solchen Betriebszustand wird die Gasmenge als sogenanntes Pilotgas 16 über die Leitungen 33 zugeführt, und verbrennt dann in einer Diffusionsflamme. Diese erzeugt zwar einerseits deutlich mehr Stickoxide, ist aber bei hohen Brenner-Luftzahlen ungleich stabiler als eine Vormischflamme.If necessary, the carrier structure is not directly on the Fixed combustion chamber wall, but this is by means of tubes or rods 33 also attached to the combustion chamber wall so that relative movements are only slightly hampered here due to thermal expansion. In a preferred variant, holders are designed as tubes, which extended at the front of the support structure towards the combustion chamber and through the heat shield is passed through. These tubes 33 can for Supply of a gaseous fuel 16 for the so-called pilot operation be used. If the burner air ratio is very high, the amount is sufficient of a gaseous fuel no longer, um, when supplied via the Premix gas supply 32 to ensure a stable premix flame. In Such an operating state is the amount of gas as a so-called pilot gas 16 supplied via lines 33, and then burns in one Diffusion flame. On the one hand, this generates significantly more nitrogen oxides but at high burner air ratios much more stable than a premix flame.

Fig. 4 zeigt einen erfindungsgemässen Brenner mit einer alternativen, aber vollkommen gleichwirkenden Bauart des Drallerzeugers. Im Gegensatz zu den vorangehend dargestellten Drallerzeugerbauarten ist der Drallerzeuger 100 nämlich nicht kegelförmig sondern zylinderförmig ausgestaltet. Die Erweiterung des Strömungsquerschnitts des Brenner-Hohlraums 14 wird bei dieser Bauart dadurch erreicht, dass sich im Inneren des Brenners ein kegelförmiger Verdrängungskörper 8 befindet, der sich in axialer Strömungsrichtung verjüngt. Ausdrücklich zu erwähnen ist, dass sich selbstverständlich auch ein sich erweiternder Drallerzeuger mit einem Verdrängungskörper kombinieren lässt. Im Extremfalle könnte gar ein sich in axialer Strömungsrichtung verjüngender Drallerzeuger benutzt werden, in welchem ein sich noch stärker verjüngender Verdrängungskörper eingesetzt ist: Bei entsprechender Auslegung vergrössert sich der durchströmte Querschnitt des Hohlraums 14 im Drallerzeuger dennoch. In diesem Verdrängungskörper kann eine Flüssigbrennstoffdüse 3 angeordnet sein, deren hier dargestellte Anordnung unmittelbar an der Kegelspitze keineswegs zwingend ist. Wie in den vorangehend gezeigten Ausführungsbeispielen wird ein gasförmiger Brennstoff 17 für den Vormischbetrieb auch hier über Leitungen 32 in die verdrallte Verbrennungsluft 15 eingebracht, welche Leitungen keine starre Verbindung mit dem Drallerzeuger 100 aufweisen. Der tangentiale Eintrittsschlitz 19 ist in diesem Beispiel nicht unmittelbar bis an die Brennermündung fortgesetzt; es kann davon gesprochen werden, dass sich stromab bis hin zur Brennermündung eine Mischstrecke an den Drallerzeuger anschliesst. Dieser Punkt ist unten detaillierter erörtert. Wie bei den Brennern mit Drallerzeuger in divergenter Bauart platzt auch bei dem Brenner mit zylindrischen Drallerzeuger die vorgemischte Drallströmung beim plötzlichen Querschnittsübergang vom Brenner-Innenraum zum Brennraum 22 auf, und bildet so die Rückströmzone 6 aus, die schliesslich eine Stabilisierung einer Flamme bewirkt. Fig. 4 shows a burner according to the invention with an alternative, but completely equivalent design of the swirl generator. In contrast to the The swirl generator types shown above is the swirl generator 100 namely not conical but cylindrical. The extension the flow cross section of the burner cavity 14 is in this type achieved by creating a conical inside the burner Displacement body 8 is located, which tapers in the axial flow direction. It should be explicitly mentioned that of course there is also one expanding swirl generator can be combined with a displacement body. In extreme cases, a tapering in the axial flow direction could even occur Swirl generators are used, in which an even more tapered Displacement body is used: Enlarged with the appropriate design the cross section of the cavity 14 in the swirl generator yet. A liquid fuel nozzle 3 can be arranged in this displacement body be arranged, the arrangement shown here directly on the Cone tip is by no means mandatory. As shown in the previous ones Embodiments is a gaseous fuel 17 for the Premix operation here also via lines 32 into the swirled combustion air 15 introduced which lines have no rigid connection with the Have swirl generator 100. The tangential entry slot 19 is in this Example does not continue immediately to the mouth of the burner; it can are said to be downstream to the burner mouth connects a mixing section to the swirl generator. This point is below discussed in more detail. As with the burners with swirl generator in divergent The design also bursts on the burner with cylindrical swirl generator premixed swirl flow at sudden cross-section transition from Burner interior to the combustion chamber 22, and thus forms the backflow zone 6 which ultimately stabilizes a flame.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Brenners mit zylindrischem Drallerzeuger ist in Fig. 5 dargestellt. bei dieser Ausführungsform ist der Verdrängungskörper vollständig für die Brennstoffzufuhr genutzt. Eine Leitung 35 leitet einen Flüssigbrennstoff 12 durch den Verdrängungskörper 8 hindurch bis zu einer Flüssigbrennstoff-Düse 3. An einem stromabwärtigen Ende ist der Verdrängungskörper abgeschlossen. In den so entstehenden Hohlraum wird mittels einer Leitung 36 ein gasförmiger Brennstoff 17 für den Vormischbetrieb zugeführt, der über eine Anzahl Öffnungen 37 im Verdrängungskörper der verdrallten Verbrennungsluft 15 beigemischt wird. Bei dieser Ausführung werden thermische Spannungen im Bereich der Vormisch-Gaszuführung zwar nicht perfekt vermieden, sind jedoch deutlich geringer als nach dem Stand der Technik.Another preferred embodiment of a cylindrical burner Swirl generator is shown in Fig. 5. in this embodiment Displacer fully used for the fuel supply. A line 35 conducts a liquid fuel 12 through the displacer 8 to a liquid fuel nozzle 3. At a downstream end is the Displacement body completed. In the resulting cavity by means of a line 36 a gaseous fuel 17 for the premix operation supplied by a number of openings 37 in the displacement body swirled combustion air 15 is added. In this version there are thermal tensions in the area of the premix gas supply not perfectly avoided, but are significantly lower than according to the state of the Technology.

Wie diese Beispiele zeigen, kann der axiale Verlauf der Drallkörperkontur in Kombination mit einem inneren Verdrängungskörper bei einem erfindungsgemässen Brenner in weiten Grenzen variiert werden. Insbesondere kann auch der Verdrängungskörper eine Reihe unterschiedlicher Konturen in Richtung der Brenner-Längsachse aufweisen, ohne die Erfindung in Ihrem Wesen zu beeinflussen. Entscheidend ist, dass im Zusammenspiel des Drallerzeugers und des Verdrängungskörpers der axial durchströmte Querschnitt innerhalb des Drallerzeugers zunimmt.As these examples show, the axial course of the swirl body contour in Combination with an inner displacement body in one Burner according to the invention can be varied within wide limits. In particular the displacement body can also have a number of different contours Have direction of the burner longitudinal axis without the invention in your To influence beings. It is crucial that in the interaction of the Swirl generator and the displacement body which flowed through axially Cross section within the swirl generator increases.

Ebenso, wie die axiale Kontur des Drallerzeugers in sehr weiten Bereichen variiert werden kann, wobei selbstverständlich bestimmte Geometrien aus fluidmechanischen oder fertigungstechnischen Überlegungen zu bevorzugen sind, kann auch der Aufbau des Drallerzeugers im Querschnitt in weiten Grenzen bestimmten Bedingungen, beispielsweise fluiddynamische, reaktionskinetische oder fertigungstechnische Erfordernisse, angepasst werden. Figuren 6 bis 9 vermitteln einen kleinen Einblick in die Vielzahl möglicher Geometrien. In Fig. 6 besteht der Drallerzeuger aus zwei im Querschnitt halbkreisförmigen Teilkörpem 101, 102, mit jeweils einer Einlauf-Leitstrecke. Die Mittelachsen 101 a und 102a der beiden Teilkörper sind voneinander verschieden, wodurch die tangentialen Einlassöffnungen 19 entstehen. Die Teilkörper können selbstverständlich statt halbkreisförmig auch spiral- oder ellipsenförmig, oder auch oval sein, durch welche Wahl die Feinstruktur der Drallströmung im Drallerzeuger-Hohlraum beeinflusst wird. Ebenso kann der Drallerzeuger auch aus mehr als zwei gegeneinander versetzten Teilkörpern bestehen, wie in Fig. 7 dargestellt. In Fig. 8 ist ein Drallerzeuger im Querschnitt dargestellt, der aus vier aerodynamischen Schaufelprofilen 101, 102, 103, 104 besteht, die so angeordnet sind, dass ebenfalls tangentiale Eintrittsöffnungen 19 entstehen. Vorstellbar wäre prinzipiell, die Teilkörper schwenkbar zu gestalten, um auf diese Weise eine variable Geometrie der Einlassöffnungen 19 zu realisieren. In Fig. 9 ist der Drallerzeuger 100 schliesslich als monolithisches Bauteil ausgeführt, in welches tangentiale Schlitze 19 eingefräst - oder durch ein anderes Bearbeitungsverfahren eingebracht - sind. Alle Beispiele aus den Figuren 6 bis 9 können selbstverständlich mit beliebiger axialer Kontur des Drallerzeugers ausgeführt werden, und mit oder ohne einen inneren Verdrängungskörper.As well as the axial contour of the swirl generator in very wide areas can be varied, of course certain geometries fluid mechanical or manufacturing considerations to be preferred are, the structure of the swirl generator in cross section can be wide Certain conditions, for example fluid dynamic, reaction kinetic or manufacturing requirements become. Figures 6 to 9 give a small insight into the multitude possible geometries. In Fig. 6, the swirl generator consists of two in Cross-section of semicircular partial bodies 101, 102, each with an inlet guide section. The central axes 101a and 102a of the two partial bodies are different from one another, as a result of which the tangential inlet openings 19 arise. The partial body can of course also instead of semicircular be spiral or elliptical, or even oval, by which choice the Fine structure of the swirl flow in the swirl generator cavity is influenced. The swirl generator can also consist of more than two against each other offset partial bodies exist, as shown in Fig. 7. 8 is a Swirl generator shown in cross section, consisting of four aerodynamic Bucket profiles 101, 102, 103, 104, which are arranged so that tangential inlet openings 19 also arise. Would be conceivable in principle, to make the partial body pivotable in order to create a to implement variable geometry of the inlet openings 19. 9 is the Swirl generator 100 finally designed as a monolithic component, in which tangential slots 19 milled - or by another Machining procedures introduced - are. All examples from Figures 6 to 9 can of course with any axial contour of the swirl generator be carried out, and with or without an internal displacement body.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung des erfindungsgemässen Brenners ist einem Drallerzeuger 100 eine Mischstrecke 220 für eine verbesserte Vermischung von Brennstoff und Brennluft in axialer Durchströmungsrichtung des Brenners nachgeschaltet. Der Drallerzeuger ist als kegeliger Drallerzeuger, bestehend aus vier Drallerzeuger-Teilkörpern dargestellt, von denen im gewählten Schnitt zwei Teilkörper 101 und 102 vollständig und der Teilkörper 103 teilweise sichtbar sind. Wiederum enthält jeder Teilkörper eine Durchführung 31 für eine Vormisch-Gasleitung 32, über die ein gasförmiger Brennstoff 17 für den Gas-Vormischbetrieb des Brenners zuführbar ist. Von den insgesamt vier Vormisch-Gasleitungen sind in der gewählten Darstellung nur zwei sichtbar, nämlich die, die durch die Teilkörper 101 und 102 hindurchgeführt sind. Wiederum sind diese Leitungen an ihrem Ende leicht düsenförmig gestaltet. Dadurch wird ein Rückströmen von Brennstoff durch die Durchführungsöffnungen 31 verhindert. Über eine zentrale Brennstoffdüse 3 ist der Brenner weiterhin mit Flüssigbrennstoff betreibbar. Stromab des Drallerzeugers schliesst sich ein Übergangsstück 200 an, das in Fig. 11 nochmals grösser dargestellt ist. An der Innenwand des Übergangsstücks ist die Wandgeometrie so gestaltet, dass die im Drallerzeuger gebildete Drallströmung 50 möglicht verlustfrei in ein Mischrohr 20 überführt wird. Daher sind in dem Übergangsstück 200 auch eine Anzahl von Überleitungskanälen 201 eingearbeitet, welche die Strömung, die aus jedem tangentialen Eintrittschlitz 19 in den Brennerinnenraum 14 einströmt, unter Vermeidung von Unstetigkeiten in der Wandkontur vom Drallerzeuger zum Mischrohr führt. Das Übergangsstück ist in einem Montagering 10 eingebaut, der den Drallerzeuger 100, das Übergangsstück 200 und das Mischrohr 20 trägt. Im Mischrohr selbst sind tangentiale Wandbohrungen 21 eingebracht, durch die eine Luftmenge 151 in das Mischrohr einströmt. Durch diese zusätzliche Luft wird verhindert, dass sich zündfähiges Gemisch in der wandnahen Strömungsgrenzschicht befindet, in welcher aufgrund der lokal geringen Strömungsgeschwindigkeit ein Rückzünden einer Flamme in das Mischrohr hinein stattfinden könnte. Das Mischrohr mündet mit einem kleinen Übergangsradius und einer Abrisskante 212 in den Brennraum 22. Radial ausserhalb der Abrisskante ist eine umlaufende Nut in der Stirnseite des Brenners eingearbeitet. Aufgrund dieser speziellen Konfiguration bildet sich eine Ablöseblase 6 mit einer vergleichsweise grossen radialen, aber einer sehr kleinen axialen Ausdehnung. Die Frontpartie des exemplarisch gezeigten Brenners ist, wie oben ausführlich diskutiert, mit einem Hitzeschutzschild versehen.In a further preferred embodiment of the burner according to the invention is a swirl generator 100 a mixing section 220 for an improved Mixing of fuel and combustion air in the axial direction of flow downstream of the burner. The swirl generator is a conical swirl generator, consisting of four swirl generator parts shown, of which in selected section two partial bodies 101 and 102 completely and the partial body 103 are partially visible. Again each sub-body contains one Implementation 31 for a premix gas line 32, through which a gaseous Fuel 17 for the gas premix operation of the burner can be supplied. Of The total of four premix gas lines are shown in the illustration only two visible, namely those through the partial bodies 101 and 102 are passed through. Again, these lines are light at the end designed nozzle-shaped. This will cause a backflow of fuel through the Feedthrough openings 31 prevented. Via a central fuel nozzle 3 the burner can still be operated with liquid fuel. Downstream of the The swirl generator is followed by a transition piece 200, which is shown in FIG is shown even larger. On the inner wall of the transition piece the wall geometry is designed so that that formed in the swirl generator Swirl flow 50 is transferred into a mixing tube 20 without loss. Therefore there are also a number of transition channels in the transition piece 200 201 incorporated the flow coming from each tangential Entry slot 19 flows into the burner interior 14, avoiding Discontinuities in the wall contour from the swirl generator leads to the mixing tube. The Transition piece is installed in a mounting ring 10, which is the swirl generator 100, the transition piece 200 and the mixing tube 20 carries. In the mixing tube itself are tangential wall holes 21 through which an amount of air 151 flows into the mixing tube. This additional air prevents that there is an ignitable mixture in the flow boundary layer close to the wall is in which due to the locally low flow velocity A flame could reignite into the mixing tube. The Mixing tube opens with a small transition radius and a tear-off edge 212 into the combustion chamber 22. Radially outside the tear-off edge is one circumferential groove incorporated in the front of the burner. Based on these A special configuration forms a detachment bubble 6 with a comparatively large radial, but a very small axial extent. The front part of the burner shown as an example is, as detailed above discussed, provided with a heat shield.

Die anhand der Zeichnung dargestellten und oben diskutierten Ausführungsbeispiele der Erfindung können selbstverständlich keinen vollständigen Überblick über alle denkbaren Ausführungsformen der in den Ansprüchen gekennzeichneten Erfindung darstellen. Es handelt sich lediglich um instruktive Darstellungen einiger Varianten, die nach dem Kenntnisstand der Anmelderin zum Zeitpunkt der Anmeldung bevorzugt werden. The illustrated with the aid of the drawing and discussed above Of course, embodiments of the invention cannot Complete overview of all conceivable embodiments of the in the Represent claims marked invention. It's just about for instructive representations of some variants, based on the state of knowledge preferred to the applicant at the time of registration.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

33: Zerstäuberdüseatomizer
44: Flüssigbrennstoff-SprayLiquid fuel spray
66: Rückströmblasebackflow
88th: Verdrängungskörperdisplacer
1010: Montageringmounting ring
1111: Kühlöffnungencooling apertures
1212: Flüssigbrennstoffliquid fuel
1414: Hohlraumcavity
15.15th: Oxydationsmedium, VerbrennungsluftOxidizing medium, combustion air
1616: gasförmiger Brennstoff für Pilotbetriebgaseous fuel for pilot operation
1717: gasförmiger Brennstoff für den Vormischbetrieb des Brennersgaseous fuel for the premix operation of the burner
1818: Kühlmediumcooling medium
1919: tangentiale Einlassschlitzetangential inlet slots
2020: Mischrohrmixing tube
2121: tangentiale Wandbohrungentangential wall holes
2222: Brennraumcombustion chamber
3131: Öffnungenopenings
3232: Rohre zur Zufuhr von gasförmigem Brennstoff für den Vormischbetrieb des BrennersPipes for the supply of gaseous fuel for the Premix operation of the burner
3333: Befestigungsrohr, Befestigungsstange, Zuführleitung für PilotgasMounting pipe, mounting rod, supply line for pilot gas
3535: FlüssigbrennstoffleitungLiquid fuel line
3636: Gasleitunggas pipe
3737: Öffnungopening
4141: HitzeschutzschildHeat shield
4242: Trägerstruktursupport structure
4343: Bolzenbolt
5050: Drallströmungswirl flow
100100: Drallerzeugerswirl generator
101101: Drallerzeuger-TeilkörperSwirl generator partial body
101 a101 a: Mittelachse des Teilkörpers 101Center axis of partial body 101
102102: Drallerzeuger-TeilkörperSwirl generator partial body
102a102: Mittelachse des Teilkörpers 102 Center axis of partial body 102
103103: Drallerzeuger-TeilkörperSwirl generator partial body
103a103a: Mittelachse des Teilkörpers 103Center axis of partial body 103
104104: Drallerzeuger-TeilkörperSwirl generator partial body
104a104a: Mittelachse des Teilkörpers 104Center axis of partial body 104
151151: Luftmengeair flow
200200: ÜbergangsstückTransition piece
201201: ÜberführungskanalTransfer channel
212212: Abrisskantetear-off edge
220220: Mischstreckemixing section
411411: Stegweb

Claims

A premix burner which has an axial throughflow direction and an upstream and a downstream end, containing a swirl generator (100) for swirling a gaseous oxidizing medium (15) and means for injecting at least one fuel (12, 17) into the swirl flow thus generated, the oxidizing medium flowing through the swirl generator into the premix burner, and said swirl generator likewise having an axial throughflow direction, enclosing a cavity (14) and having at least one tangential slit (19) which runs in the axial direction and through which the oxidizing medium flows in the tangential direction into the cavity which has a throughflow cross section, the cross-sectional area of which increases, at least in stages, towards the downstream end of the swirl generator, and said premix burner having a sudden jumping cross section at its downstream end, characterized in that the premix burner is fastened at its downstream end to a carrier structure (42), in that there is arranged downstream of the carrier structure a heat shield (41) which is fastened to the carrier structure in such a way that there is no direct contact between the carrier structure and the heat shield and there is a distance between the carrier structure and the heat shield, and in that fastening means (43), by which the heat shield is fastened to the carrier structure, are selected in such a way as to ensure relative displaceability between the heat shield and the carrier structure.
Premix burner according to Claim 1, characterized in that the axial throughflow direction of the swirl generator is identical to the axial throughflow direction of the premix burner.
Premix burner according to Claim 1, characterized in that the swirl generator consists of a monolithic hollow body, into which at least one tangential slit (19) extending in the axial direction of the swirl generator is machined.
Premix burner according to Claim 1, characterized in that the swirl generator consists of a number of part bodies (101, 102, 103, 104), the longitudinal axes (101a, 102a, 103a, 104a) of which are arranged so as to be offset relative to one another, in such a way that a tangential slit (19) extending in the direction of the burner longitudinal axis is formed in each case between two part bodies.
Premix burner according to Claim 1, characterized in that the swirl generator has essentially a cylindrical shape.
Premix burner according to Claim 1, characterized in that the swirl generator has a conicity such that the swirl generator widens continuously in diameter in its axial throughflow direction.
Premix burner according to Claim 1, characterized in that a displacement body (8) narrowing, at least in stages, towards the downstream end of the burner is installed in the cavity (14).
Premix burner according to Claim 1, characterized in that means (3) for introducing a liquid fuel (12) into the swirl flow are arranged in the vicinity of the burner axis.
Premix burner according to Claim 1, characterized in that the swirl generator (100) or the part bodies (101, 102, 103, 104) of the swirl generator have orifices, and in that, in order to inject a gaseous fuel for the burner to operate with a premixed gas flame, pipes (32) project through the orifices (31) into the cavity (14) of the swirl generator, said pipes being uncoupled mechanically from the swirl generator.
Premix burner according to Claim 9, characterized in that the pipes have a nozzle shape at their end.
Premix burner according to Claim 1, characterized in that each tangential slit (19) is assigned at least one means for injecting a gaseous fuel for the burner to operate with a premixed gas flame.
Premix burner according to Claim 7, characterized in that the displacement body (8) is designed as a closed-off hollow body which at an upstream end has a connection (36) for a gaseous fuel (17), via which gaseous fuel is led into the hollow body, said displacement body being provided with a number of orifices (37), through which a gaseous fuel (17) for operating the burner with a premixed gas flame is introduced into the cavity (14).
Premix burner according to Claim 1, characterized in that the carrier structure is fastened to the combustion space wall by means of pipes or rods (33) which extend from the carrier structure opposite to the axial flow direction of the burner.
Premix burner according to Claim 13, characterized in that the pipes (33) are led through the heat shield, and in that these pipes are at the same time supply lines for a gaseous fuel (16) for operation with a gas diffusion flame.
Premix burner according to Claim 1, characterized in that the heat shield is cooled.
Premix burner according to Claim 15, characterized in that the carrier structure is provided with a multiplicity of orifices (11), through which a coolant (18) flows during operation, said coolant bringing about both convective cooling of the carrier structure and impact cooling of the heat shield.
Premix burner according to Claim 16, characterized in that the coolant is the same medium as the oxidizing medium.
Premix burner according to Claim 15, characterized in that the distance between the heat shield and the carrier structure is a cooling duct.
Premix burner according to Claim 18, characterized in that the cooling duct is subdivided by means of a continuous web (411).
Premix burner according to Claim 1, characterized in that a mixing section (220) is arranged downstream of the swirl generator (100).
Premix burner according to Claim 20, characterized in that the mixing section is designed as a tubular mixing element (20), the longitudinal axis of which is substantially identical to the burner axis.
Premix burner according to Claim 20, characterized in that transition ducts (201) for transferring the swirl flow (50) formed in the swirl generator into the mixing section (220) have [sic] in the axial flow direction of the burner, said transition ducts running between the swirl generator (100) and the mixing section in the flow direction.
Premix burner according to Claim 22, characterized in that the number of transition ducts (201) corresponds to the number of tangential inlet slits (19).