EP1141628B1 - Burner for heat generator - Google Patents
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- F23L2900/07002—Injecting inert gas, other than steam or evaporated water, into the combustion chambers
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenner zum Betrieb eines Wärmeerzeugers gemäss Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs. Ein solcher Brenner ist aus EP 0 797 051 A2 bekannt.The present invention relates to a burner for operating a heat generator according to the preamble of the independent claim. Such a burner is from EP 0 797 051 A2.
Um hohe Wirkungsgrade und hohe Leistungsdichten zu erreichen, wird für moderne Gasturbinen das Prinzip der gestuften Verbrennung eingesetzt. Dabei wird in einer ersten Hochdruck-Brennkammer, vorzugsweise mit Vormischbrennern (vgl. EP-0 321 809 B1) ausgerüstet, ein Heissgas erzeugt, welches nach einer Teilentspannung in einer ersten Hochdruckturbine in eine zweite Brenn-kammer (Reheat-Brennkammer) strömt, in welcher das teilentspannte Heissgas wieder auf die maximale Turbinen-Eintrittstemperatur erhitzt wird, womit eine solche Gasturbine auf einer sequentiellen Verbrennung basiert. Eine solche Gasturbine geht aus US-5,454,220, US-5,577,378 sowie EP-0 620 362 A1 hervor.To achieve high efficiencies and high power densities, is for modern gas turbines used the principle of staged combustion. there is in a first high pressure combustor, preferably with premix burners (see EP-0 321 809 B1) equipped, produces a hot gas, which after a partial relaxation in a first high-pressure turbine in a second Brennkammer (reheat combustion chamber) flows, in which the partially relaxed Hot gas is reheated to the maximum turbine inlet temperature, with which such a gas turbine based on a sequential combustion. A such gas turbine is from US-5,454,220, US-5,577,378 and EP-0 620 362 A1 forth.
Die sogenannte Reheat-Brennkammer weist eine Konfiguration auf, welche in den Druckschriften EP-0 745 809 A1 und EP-0 835 996 A1 näher gezeigt und beschrieben ist.The so-called reheat combustion chamber has a configuration which in the publications EP-0 745 809 A1 and EP-0 835 996 A1 shown in more detail and is described.
Diese Brennkammer ist von ringförmiger Ausgestaltung, und sie weist im
wesentlichen eine Reihe einzelner nebengeordneter Übergangskanäle auf,
welche die Einzelbrenner dieser Brennkammer bilden. Diese Einzelbrenner
weisen einen nahezu rechteckigen Querschnitt auf, wobei hier die Mischung des
Brennstoffes mit dem sauerstoffhaltigen teilentspannten Heissgas, im folgenden
Verbrennungsluft genannt, aus der ersten Turbine, über mehrere Längswirbelerzeuger,
auch Wirbelgeneratoren genannt, geschieht, welche an den gekühlten
Wänden der Mischstrecke angebracht sind und selbst gekühlt werden. Diese
Längswirbelerzeuger (vgl. EP-0 745 809 A1 ) erzeugen auf ihrer Oberfläche eine
Strömungsablösung und Umlenkung, die schliesslich zur Ausbildung von
Längswirbeln führt. Der rechteckige Mischkanal wird von mehreren dieser
Längswirbel nahezu ausgefüllt. Dabei hat es sich gezeigt, dass eine solche
Konfiguration bei ganz bestimmten Betriebsarten und Betriebsparametern zu
Unvollkommenheiten führen kann:
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in Anspruch 1 gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Vormischbrenner der eingangs genannten Art die oben aufgelisteten Unvollkommenheiten zu beheben. The invention aims to remedy this situation. The invention as claimed in claim 1 is characterized, is the object of a Premix burner of the type mentioned above listed above Fix imperfections.
Die Mischung der Verbrennungsluft, d.h. der teilentspannten Heissgase und Brennstoff, wird in einer runden Mischstrecke bewerkstelligt, welche Mischstrecke von einer einzigen Drallströmung ausgefüllt ist. Zur Drallerzeugung werden in den nach wie vor rechteckig gehaltenen Eintrittsquerschnitt ein konischer aus mehrerern Teilkörpern bestehender Drallerzeuger oder Drallerzeugerschaufeln eingebaut, welche eine Verdrallung der Verbrennungsluft bilden. Die durch die Drallerzeugerschaufeln gebildeten oder zwischen den einzelnen Teilkörpern des Drallerzeugers vorhandenen Eintrittschlitze sind vorzugsweise von konstanter Schlitzweite, sie können aber entlang ihrer Lauflänge eine variable Schlitzweite aufweisen. Vorzugsweise werden vier Einlassschlitze vorgesehen, wobei aber auch Ausführungen mit einer anderen Schlitzzahl möglich sind. Eine solche Drallerzeugung entspricht weitgehend einer solchen gemäss DE 44 35 266 A1. Ein Unterschied zu dieser Drallerzeugung besteht darin, dass der erfindungsgemässe Drallerzeuger in einen zunächst rechteckigen Einströmungskanal integriert ist, wobei dieser über die Lauflänge des Drallerzeugers in einen Kanal mit annähernd quadratischem oder rundem Querschnitt überführt wird, wobei auf eine saubere Anströmung der Drallerzeugereintrittsschlitze geachtet wird, dies um allenfalls Strömungsablösungen zu vermeiden.The mixture of combustion air, i. the partially relaxed Hot gases and fuel, is accomplished in a round mixing section, which mixing section is filled by a single swirl flow. For swirl generation are in the still rectangular held inlet cross-section a conical consisting of several partial bodies swirl generator or swirl generator blades installed, which a twisting of the combustion air form. The formed by the swirler blades or between The individual sub-bodies of the swirl generator existing entry slots are preferably of constant slot width, but they can be along their barrel length have a variable slot width. Preferably, there are four inlet slots provided, but also versions with a different number of slots possible are. Such swirl generation largely corresponds to one those according to DE 44 35 266 A1. A difference to this swirl generation is that the inventive swirl generator in a first rectangular inflow channel is integrated, this over the run length of the swirl generator in a channel with approximately square or round Cross-section is transferred, with a clean flow to the swirler inlet slots is respected, this at best flow separation too avoid.
In den Drallerzeuger integriert ist ein Brennstoffverteilsystem für gasförmige und/oder flüssige Brennstoffe, wobei die Brennstoffverteilung dabei entlang der Eintrittsschlitze, wie dies aus der letztgenannten Druckschrift hervorgeht, oder durch die Hinterkanten der Drallerzegerschaufeln oder durch axiale Eindüsung des Brennstoffes aus der Schaufeloberfläche heraus erfolgen, wobei es hier vornehmlich um die Eindüsung eines nieder- oder mittelkalorischen Brennstoffes (LBTU, MBTU) geht. Falls erforderlich kann der Brennstoff von einem kalten Trägerluftstrom oder Inertgasstrom umhüllt werden, um eine frühzeitige Zündung des Brennstoffes zu vermeiden. Flüssige Brennstoffe werden vorteilhaft am stromaufseitigen Ende des Drallerzeugers durch mehrere Einzelstrahlen eingedüst, wobei sich hier gezeigt hat, dass es äusserst vorteilhaft ist, wenn die Anzahl der Einzelstrahlen mit der Anzahl der Einlassschlitze im Drallerzeuger bzw. der Anzahl der Dralierzeugerschaufeln übereinstimmt.Integrated into the swirl generator is a fuel distribution system for gaseous and / or liquid fuels, the fuel distribution thereby along the Entry slots, as is apparent from the latter document, or through the trailing edges of the swirl blades or through axial injection the fuel from the blade surface out, here it primarily for the injection of a low or medium calorific fuel (LBTU, MBTU) goes. If necessary, the fuel from a cold Carrier air stream or inert gas stream are enveloped to prevent premature ignition to avoid fuel. Liquid fuels are beneficial at injected upstream of the swirl generator by a plurality of individual jets, where it has been shown that it is extremely advantageous if the Number of individual beams with the number of inlet slots in the swirl generator or the number of Dralierzeugerschaufeln matches.
Auf der Achse des Drallerzeugers befindet sich ein freier Strömungskanal, der verhindert, dass sich im Mischrohr eine Rückströmzone auf der Achse einstellt. Die Zuführ von flüssigem Brennstoff muss also ausserhalb der Achse vorzugsweise durch das oben bereits genannte Mehrfachdüsensystem erfolgen.On the axis of the swirl generator is a free flow channel, the Prevents a backflow zone on the axis in the mixing tube. The supply of liquid fuel must therefore preferably outside the axis done by the above-mentioned multiple nozzle system.
Um die Drallerzeugerschaufeln gegen Oxidationsangriffe infolge der heissen Eintrittstemperaturen zu schützen, können diese entweder aus einem keramischen Material hergestellt und/oder mit einer internen Luftkühlung versehen werden. Die Auslegung und Fertigung der luftgekühlten Drallerzeugerschaufeln folgt den aus den gekühlten Turbinenschaufeln bekannten Regeln, die Wärmeübergangszahlen sind allerdings aufgrund der geringeren Strömungsgeschwindigkeiten im Vergleich zu Lauf- oder Leitschaufeln in der Turbine wesentlich geringer.To the swirler blades against oxidation attacks due to the hot To protect entry temperatures, these can be made of either a ceramic one Material produced and / or provided with an internal air cooling become. The design and manufacture of the air-cooled swirl generator blades follows the rules known from the cooled turbine blades, the heat transfer rates are however due to the lower flow rates compared to runners or vanes in the turbine much lower.
Nach dem Drallerzeuger wird die Strömung in einem zylindrischen Mischrohr geführt. Der Übergang vom Drallerzeuger zum Mischrohr ist so auszugestalten, dass die Strömungsquerschnittsfläche nahezu konstant ist und keine Ablösungen auftreten. Das kann entweder durch ein speziell geformtes Übergangsstück oder durch ein Eintauchen der Drallerzeugerschaufeln in den zylindrischen Kanal geschehen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Drallerzeugerschaufeln mit einer freigeschnittenen Hinterkante in axialer Richtung zu versehen. Die Länge des Mischrohres wird dabei so gewählt, dass von der Brennstoffeindüsung bis zum Ende des Mischrohres die Selbstzündzeit der gewählten Brennstoffe nicht überschritten wird. Je nach Baugrösse des Brenners und in Abhängigkeit des gewählten Brennerdruckverlustes kann die Länge der Mischstrecke zwischen Null und zwei Brennerdurchmessern variieren.After the swirl generator, the flow is in a cylindrical mixing tube guided. The transition from the swirl generator to the mixing tube is to be designed in such a way that that the flow cross-sectional area is almost constant and no separations occur. This can be done either by a specially shaped transition piece or by immersing the swirler blades in the cylindrical Channel happen. Another possibility is the swirler blades with a cutaway trailing edge in the axial direction too Mistake. The length of the mixing tube is chosen so that of the Fuel injection until the end of the mixing tube, the autoignition of the selected fuels is not exceeded. Depending on the size of the Burner and depending on the selected burner pressure loss, the Length of the mixing section between zero and two burner diameters vary.
Um ein Rückzünden der Flamme in den sich aufbauenden Grenzschichten des Übergangsstückes und des Mischrohres zu vermeiden, können an geeigneter Stelle Flammenrückzündsperrfilme eingebracht werden. In order to reignite the flame in the building up boundary layers of the Transition piece and the mixing tube to avoid, can be suitable Place Flammenrückzündsperrfilme be introduced.
Am stromabseitigen Ende des Mischrohres kann eine verschiedenartig ausgebildete Abrisskante angebracht werden, die über den Coandaeffekt aufgrund eines konvex gekrümmten Endteils die Grenzschicht stabilisiert und die gesamte Strömung nach aussen umlenkt. Dadurch wird einerseits erreicht, dass die Strömung in der Brennkammmer schneller an die Wand anlegt und schneller verzögert wird, so dass sich eine turbulente Flammenfront einstellen kann. Andererseits wird durch die Verzögerung am Ende des Mischrohres ein Teil des dynamischen Druckes im Sinne einer Diffusorwirkung zurückgewonnen.At the downstream end of the mixing tube, a differently shaped Demolition edge can be attached, which is due to the Coanda effect a convexly curved end portion stabilizes the boundary layer and the entire Flow deflects outwards. This will on the one hand achieved that the Flow in the combustion chamber moves faster to the wall and faster is delayed, so that can set a turbulent flame front. On the other hand, the delay at the end of the mixing tube part of the recovered dynamic pressure in the sense of a diffuser effect.
Die Drallstärke kann so stark eingestellt werden, dass stromab der Mischstrecke ein Rückströmgebiet auf der Achse entsteht, vorzugsweise sollte die Drallstärke aber so gross sein, dass die Strömung stromab des Mischrohres innerhalb eines Mischrohrdurchmessers auf der Achse lediglich auf Geschwindigkeiten kleiner der querschnittsgemittelten Brennkammer-Geschwindigkeit verzögert wird. Die bei dieser verlustbehafteten Verzögerung erzeugten turbulenten Geschwindigkeits-schwankungen dienen der Flammenstabilisierung.The swirl intensity can be adjusted so much that downstream of the mixing section a Rückströmgebiet arises on the axis, preferably the swirl strength but be so great that the flow downstream of the mixing tube within a Mixing tube diameter on the axis only at speeds smaller the cross-sectional average combustion chamber velocity is delayed. The turbulent ones generated at this lossy delay Velocity fluctuations are used for flame stabilization.
Die Brennstoffzufuhr zum Drallerzeuger geschieht durch eine zur Brennerachse radial verlaufende Brennstoff- und Kühllluftzuführung. Die Drallerzeuger können an der Brennstoffzuführung befestigt werden und mit dieser radial aus der Gasturbine entfernbar sein, ohne dass das Gehäuse abgehoben werden muss.The fuel supply to the swirl generator is done by one to the burner axis radially extending fuel and cooling air supply. The swirl generators can be attached to the fuel supply and with this radially from the gas turbine be removable without the housing must be lifted.
Bei der Erfindung können weitere Vorteile dadurch
er zielt werden,
Vorteilhafte und zweckmässige Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen gekennzeichnet.Advantageous and expedient developments of the invention are characterized in the further claims.
Im folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung unwesentlichen Merkmale sind fortgelassen worden. Gleiche Elemente sind in den verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Strömungsrichtung der Medien ist mit Pfeilen angegeben.In the following, with reference to the drawings, embodiments of Invention explained in more detail. All for the immediate understanding of the invention insignificant features have been omitted. Same elements are in provide the different figures with the same reference numerals. The flow direction the media is indicated by arrows.
Es zeigen:
- Fig. 1
- einen schematischen Schnitt durch einen Brenner,
- Fig. 2
- eine Konfiguration des eingebauten Drallerzeugers in perspektivischer Sicht und
- Fig. 3
- eine weitere Ausführung eines Drallerzeugers.
- Fig. 1
- a schematic section through a burner,
- Fig. 2
- a configuration of the built-in swirl generator in a perspective view and
- Fig. 3
- another embodiment of a swirl generator.
Fig. 1 zeigt den Gesamtaufbau eines Brennersystems zum Betrieb einer Brennkammer.
Das Brennersystem besteht grundsätzlich aus vier Betriebsstufen,
welche je eine bestimmte Funktion erfüllen und untereinander in einem interdependenten
Prozessablauf stehen. Der erste Abschnitt besteht einerseits aus
einem Einströmungskanal 10 für einen Verbrennungsluftstrom, in welchem Einströmungskanal
10 ein Drallerzeuger 100 angeordnet ist. Die in diesem Drallerzeuger
100 gebildete Drallströmung wird anhand einer stromab angeordneten
Übergangsgeometrie 200 ablösungsfrei in ein Mischrohr 20 überführt. Eine
solche Übergangsgeometrie 200 ist in der Druckschrift DE 44 35 266 A1 unter
Fig. 6 gezeigt und beschrieben. Abströmungsseitig des Mischrohres 20 befindet
sich die eigentliche Brennkammer 30, welche hier lediglich durch das Flammrohr
versinn-bildlicht ist. Das Mischrohr 20 erfüllt die Bedingung, dass stromab des
Drallerzeu-gers 100 eine definierte Mischstrecke bereitgestellt wird, in welcher
eine perfekte Vormischung von Brennstoffen verschiedener Art erzielt wird.
Diese Mischstrecke, also das Mischrohr 20, ermöglicht des weiteren eine
verlustfreie Strömungs-führung, so dass sich auch in Wirkverbindung mit der
Übergangsgeometrie 200 zunächst keine Rückströmzone bilden kann, womit
über die Länge des Mischrohres 20 auf die Mischungsgüte für alle Brennstoffarten
Einfluss ausgeübt werden kann. Dieses Mischrohres 20 hat aber noch eine
andere Eigenschaft, welche darin besteht, dass im Mischrohr selbst das Axialgeschwindigkeits-Profil
ein ausgeprägtes Maximum auf der Achse besitzt, so
dass eine Rückzündung der Flamme aus der Brennkammer 30 nicht möglich ist.
Allerdings ist es richtig, dass bei einer solchen Konfiguration diese Axialgeschwindigkeit
zur Wand hin abfällt. Um Rückzündung auch in diesem Bereich zu
unterbinden, wird das Mischrohr 20 in Strömungs- und Umfangsrichtung mit
einer Anzahl regelmässig oder unregelmässig verteilter Bohrungen 21 verschiedenster
Querschnitte und Richtungen versehen, durch welche eine
Luftmenge in das Innere des Mischrohres 20 strömt, und entlang der Wand im
Sinne einer Filmlegung eine Erhöhung der dort vorherrschenden Geschwindigkeit
induziert. Eine andere Möglichkeit, die gleiche Wirkung zu erzielen,
besteht darin, dass der Durchflussquerschnitt des Mischrohres 20 abströmungsseitig
der Übergangsgeometrie 200 eine Verengung erfährt, wodurch das
gesamte Geschwindigkeitsniveau innerhalb des Mischrohres 20 angehoben
wird. In der Figur verlaufen diese Bohrungen 21 unter einem spitzen Winkel
gegenüber der Brennerachse 60. Des weiteren entspricht der Auslauf der
Übergangsgeometrie dem engsten Durchflussquerschnitt des Mischrohres 20.
Die genannte Übergangsgeometrie 200 überbrückt demnach den jeweiligen
Querschnittsunterschied, ohne dabei die gebildete Strömung negativ zu
beeinflussen. Wenn die gewählte Vorkehrung bei der Führung der Rohrströmung
40 entlang des Mischrohres 20 einen nicht tolerierbaren Druckverlust
auslöst, so kann hiergegen Abhilfe geschaffen werden, indem am Ende des
Mischrohres 20 ein in der Figur nicht näher gezeigter Diffusor vorgesehen wird.
Am Ende des Mischrohres 20 schliesst sich sodann die bereits erwähnte
Brennkammer 30 an, wobei zwischen den beiden Durchflussquer-schnitten ein
Querschnittssprung vorhanden ist. Erst hier bildet sich eine zentrale Rückströmzone
50, welche die Eigenschaften eines körperlosen Flammenhalters
aufweist. Bildet sich innerhalb dieses Querschnittssprunges während des
Betriebes eine strömungsmässige Randzone, in welcher durch den dort
vorherrschenden Unterdruck Wirbelablö-sungen entstehen, so führt dies zu
einer verstärkten Ringstabilisation der Rück-strömzone 50. Stirnseitig weist die
Brennkammer 30 eine Anzahl Öffnungen 31 auf, durch welche eine Luftmenge
direkt in den Querschnittssprung strömt, und dort unteren anderen dazu beiträgt,
dass die Ringstabilisation der Rückströmzone 50 gestärkt wird. Danebst darf
nicht unerwähnt bleiben, dass die Erzeugung einer stabilen Rückströmzone 50
auch eine ausreichend hohe Drallzahl in einem Rohr erfordert. Ist eine solche
zunächst unerwünscht, so können stabile Rückström-zonen durch die Zufuhr
kleiner stark verdrallter Luftströmungen am Rohrende, beispielsweise durch
tangentiale Öffnungen, erzeugt werden. Dabei geht man hier davon aus, dass
die hierzu benötigte Luftmenge in etwa 5-20% der gesamten zum Betrieb der
Brennkammer eingesetzten Luftmenge beträgt. Was die nährere Ausgestaltung
der Kante am Ende des Mischrohres 20 zur Stärkung der Rück-strömzone 50
betrifft, so wird auf die Druckschriften DE 195 47 913 A1, Fig. 7, und DE 196 39
301 A1, Fig. 8-11, verwiesen.Fig. 1 shows the overall structure of a burner system for operating a combustion chamber.
The burner system basically consists of four operating stages,
which each fulfill a certain function and among themselves in an interdependent
Process flow. The first section consists of one hand
an
Fig. 2 zeigt die Kopfstufe des Brenners. Der viereckige Einströmungskanal 10
sowie der darin integrierte Drallerzeuger 100 sind hier gezeigt. Dieser Einströmungskanal
10 bildet an sich eine autonome Brennereinheit und im Verbund mit
einer Anzahl weiterer nebengeordneter Einströmungskanäle eine ringförmige
Brennkammer, vorzugsweise zum Betrieb von Gasturbinen, insbesondere einer
Nachbrennkammer, wie dies aus EP 0 620 362 A1, Figur Pos. 5, hervorgeht.
Der Einströmungskanal 10 ist kopfseitig von rechteckiger Form, über die Lauflänge
des Drallerzeugers 100 geht er in einen quadratischen Querschnitt über. Fig. 2 shows the head stage of the burner. The
Die Funktionsweise des hier dargestellten Drallerzeugers 100 lässt sich aus der
Beschreibung der Druckschriften DE 44 35 266 A1, Fig. 2-5; DE 195 47 913 A1,
Fig. 2-5; DE 196 39 301, Fig. 2-5, entnehmen.The mode of operation of the
Kurz umschrieben besteht hier der Drallerzeuger (100) aus mindestens zwei
hohlen, kegelförmigen, in Strömungsrichtung ineinandergeschachtelten Teilkörpern
101, deren jeweilige Längssymmetrieachse zueinander so versetzt
verlaufen, dass die benachbarten Wandungen der Teilkörper 101 in deren
Längserstreckung tangentiale Kanäle 102 für die Einströmung der Verbrennungsluft
115 in einen von den Teilkörpern 101 gebildeten Innenraum 103
aufweisen. Mit Wirkung auf diesen Innenraum ist mindestens eine Brennstoffdüse
vorgesehen.In short, here the swirl generator (100) consists of at least two
hollow, conical, nested in the flow direction
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsart eines Drallerzeugers, welcher ohne
weiteres in den Einströmungskanal gemäss Fig. 2 integriert werden kann. Dieser
Drallerzeuger 150 besteht aus einem zentralen Körper 151, welcher eine radiale
oder quasi-radiale Leitung 152 für die Zuführung von Brennstoffen 153, 154
aufweist. Auf diesem zentralen Körper 151 sind einzelne Drallschaufeln 156
verankert, welche sich in axialer Richtung erstrecken. Mantelförmig umschlossen
werden diese Drallschaufeln von einem Rohr 155, das endseitig jeweils offen ist,
einerseits kopfseitig für die Zuströmung der Verbrennungsluft 115 (vgl. Fig. 1)
und andererseits abflussseitig für die Weiterströmung der verdrallten Verbrennungsluft
(vgl. Fig. 1), womit er sich gegenüber der dem Drallerzeuger gemäss
Fig. 2, was die Zuströmung der Verbrennungsluft betrifft, unterscheidet.
Interdependent zur Verdrallung der Verbrennungsluft 115 wird Brennstoff
zugegeben, wodurch hier analog zum Drallerzeuger gemäss Fig. 2, ebenfalls
eine erste Vormischung entsteht; die endgültige Vormischung findet dann
stromab statt, einerseits entlang der Übergangsgeometrie (vgl. Fig. 1, Pos. 200)
und anschliessend innerhalb des Mischrohres (vgl. Fig. 1, Pos. 20). Flüssige
Brennstoffe 154 werden kopfseitig und zentral resp. quasi-zentral eingedüst
154a; gasförmige Brennstoffe 153 hingegen über eine Anzahl von in die Drallschaufeln
156 integrierte Öffnungen 153a. Die Anzahl und der Drallgrad der
Drallschaufeln 156 variiert je nach den jeweiligen Erfordernissen des Vormischprozesses.Fig. 3 shows another embodiment of a swirl generator, which without
can be further integrated into the inflow duct according to FIG. This
Bei einer dezentralen Brennstoffeindüsung 154a des flüssigen Brennstoffes 154
wird der Eindüsungswinkel des zur Brennstoffdüse 154a gehörigen Brennstoffstrahles
gegenüber der Achse vorzugsweise annähernd dem Anstellwinkel der
Drallschaufeln 156 gleichgesetzt. Mit dieser Vorkehrung wird eine perfekte
Vormischung des eingesetzten Brennstoffes gewährleistet, unter Wahrung einer
betriebssicheren und optimalen Flammenpositionierung, d.h. eine Anreicherung
der zentralen Zone wird damit nachhaltig verhindert, und die Brennstofftropfen
sind bei zunehmendem Radius innerhalb der Vormischstrecke einer stärkeren
radialen Beschleunigung ausgesetzt, dergestalt, dass sie sich in die dort
eintretende Verbrennungsluft gut einmischen können.In a
Bei einem aus mehreren Schalen bestehenden Drallerzeuger eines Brenners, wie dies beispielsweise aus EP 0 321 809 B1 oder aus den Drallerzeugern gemäss Fig. 1 (vgl. die dort angezogenen Druckschriften) hervorgeht, eignen sich gut als Einspritzposition des Brennstoffs die Nachlaufzonen entlang der Leeseite der entsprechenden Schale, bzw. der Leitschaufeln bzw. der Drallschaufeln eines entsprechend konzipierten Drallerzeugers. Dort ist das Tropfenspray geringeren aerodynamischen Kräften ausgesetzt, und er wird dementsprechend besser radial in die Verbrennungsluft eingemischt.In a multi-shell swirl generator of a burner, as for example from EP 0 321 809 B1 or from the swirl generators 1 (see the references cited therein), are suitable Good as injection position of the fuel, the trailing zones along the Lee side of the corresponding shell, or the guide vanes or the Swirl vanes of a suitably designed swirl generator. There it is Drop spray exposed to lower aerodynamic forces, and he will accordingly blended better radially into the combustion air.
Die Anzahl der Eindüsungsstellen ist der Brennerbauform angepasst, wobei mindestens eine Eindüsung pro Schale oder Schaufel vorzusehen ist.The number of injection points is adapted to the burner design, wherein At least one injection per shell or blade is provided.
- 1010
- Einströmungskanalinflow passage
- 2020
- Mischrohrmixing tube
- 2121
- Bohrungendrilling
- 3030
- Brennkammer, BrennraumCombustion chamber, combustion chamber
- 3131
- Öffnungen openings
- 4040
- Rohrströmungpipe flow
- 5050
- Rückströmzone, RückströmblaseBackflow zone, backflow bubble
- 6060
- BrennerachseBrenner
- 100100
- Drallerzeugerswirl generator
- 101101
- Teilkörperpartial body
- 102102
- Tangentiale KanäleTangential channels
- 103103
- Innenrauminner space
- 115115
- Verbrennungsluft, VerbrennungsluftstromCombustion air, combustion air flow
- 150150
- Drallerzeugerswirl generator
- 151151
- Zentraler KörperCentral body
- 152152
- Brennstoffleitungfuel line
- 153153
- Brennstoff, gasförmiger BrennstoffFuel, gaseous fuel
- 153a153a
- Brennstoffeindüsung, BrennstoffdüseFuel injection, fuel nozzle
- 154154
- Brennstoff, flüssiger BrennstoffFuel, liquid fuel
- 154a154a
- Brennstoffeindüsung, BrennstoffdüseFuel injection, fuel nozzle
- 155155
- Rohrpipe
- 156156
- Drallschaufelswirl blade
- 200200
- Übergangsstück, Übergangskanäle, ÜbergangsgeometrieTransition piece, transition channels, transition geometry
Claims (10)
- Burner for operating a heat generator, the burner consisting essentially of a swirl generator (100, 150) for a combustion air flow (115) and of means for injecting at least one fuel into the combustion air flow (115), a mixing section being arranged downstream of the swirl generator (100, 150), which mixing section has, in a first section part in the flow direction, a number of ducts in a transition piece (200) for the transfer of a flow formed in the swirl generator (100, 150) into a mixing tube (20) connected downstream of this transition piece (200), a combustion space (30) formed by a cross-sectional expansion being arranged downstream of this mixing tube (20), characterized in that the swirl generator (100, 150) is integrated into an inlet flow duct (10) into which the combustion air flow (115) flows, the flow cross section of the inlet flow duct (10) merging from a rectangular cross-sectional shape at the head end into an approximately square or round cross-sectional shape over the length of the swirl generator (100, 150).
- Burner according to Claim 1, characterized in that the swirl generator (100, 150) consists of at least two hollow, conical partial bodies (101), which are interlaced with one another in the flow direction, in that the respective longitudinal axes of symmetry of these partial bodies 101 extend offset to one another in such a way that the adjacent walls of the partial bodies (101) expose, in their longitudinal extent, tangential ducts (102) for the inlet flow of the combustion air flow (115) into an internal space (103) formed by the partial bodies (101).
- Burner according to Claim 2, characterized in that at least one fuel nozzle is present which acts on the internal space (103).
- Burner according to Claim 3, characterized in that the partial bodies (101) have a vane-shaped profile in cross section.
- Burner according to Claim 1, characterized in that the swirl generator (100, 150) consists of a number of swirl vanes (156) which are integrated into a closed envelope.
- Burner according to Claim 5, characterized in that the swirl generator (100, 150) has means for the injection (153a, 154a) of at least one fuel (153, 154).
- Burner according to Claim 5 or 6, characterized in that the swirl generator (100, 150) has at least one head-side fuel nozzle (154a), and in that the fuel nozzle (154a) is directed relative to the burner axis (60) approximately in accordance with the setting angle of the swirl vanes (156).
- Burner according to Claim 3 or 7, characterized in that the number of fuel nozzles (154a) at least corresponds to the number of the swirl-forming elements (101, 156) of the swirl generator (100, 150).
- Burner according to Claim 2 or 5, characterized in that the number of ducts in the transition piece (200) corresponds to the number of the swirled partial flows formed by the swirl generator (100, 150).
- Burner according to Claim 1, characterized in that the inlet flow duct (10) is a constituent part of an annular combustion chamber (30).
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