EP1292795A1 - Method for operating a burner and burner with stepped premix gas injection - Google Patents

Method for operating a burner and burner with stepped premix gas injection

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EP1292795A1
EP1292795A1 EP01951833A EP01951833A EP1292795A1 EP 1292795 A1 EP1292795 A1 EP 1292795A1 EP 01951833 A EP01951833 A EP 01951833A EP 01951833 A EP01951833 A EP 01951833A EP 1292795 A1 EP1292795 A1 EP 1292795A1
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EP
European Patent Office
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fuel
burner
outlet openings
feeds
supply
Prior art date
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Granted
Application number
EP01951833A
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German (de)
French (fr)
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EP1292795B1 (en
Inventor
Adnan Eroglu
Jaan Hellat
Peter Stuber
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General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
Alstom Schweiz AG
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Publication date
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Publication of EP1292795A1 publication Critical patent/EP1292795A1/en
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/286Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F23C7/002Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D17/00Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
    • F23D17/002Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or liquid fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/07002Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D2900/00Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/14Special features of gas burners
    • F23D2900/14021Premixing burners with swirling or vortices creating means for fuel or air

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a burner, the at least one first fuel supply with a first group of fuel outlet openings arranged essentially in the direction of the burner axis for introducing a first quantity of premixed fuel into a swirl space and one or more second fuel supplies with a second group of fuel outlet openings arranged essentially in the direction of the burner axis, the second fuel feeds being able to be acted upon with fuel independently of the first fuel feed.
  • the invention further relates to a burner that can be operated advantageously with the method.
  • a preferred area of application for such burners is the combustion chambers of gas turbines; Such burners are also used, for example, in atmospheric boiler furnaces.
  • EP 0 321 809 discloses a conical burner consisting of several shells, a so-called double-cone burner, according to the preamble of claim 1. Due to the conical shape of several A swirl flow is generated in shells composed of swirl generators in the cone interior enclosed by the partial cone shells. Due to a cross-sectional jump at an end of the burner on the combustion chamber side, the swirl flow becomes unstable and changes into an annular swirl flow with a backflow in the core. This backflow enables the stabilization of a flame front at the burner outlet.
  • the shells of the swirl generator are composed in such a way that tangential air inlet slots for combustion air are formed along the burner axis.
  • feeds for a gaseous premix fuel are provided, which have outlet openings for the premix gas which are distributed in the direction of the burner axis.
  • the gas is injected through the outlet openings or bores transversely to the air inlet gap. This injection, in conjunction with the swirl of the combustion air / fuel gas flow generated in the swirl chamber, leads to thorough mixing of the combustion or
  • Premix gas with the combustion air With such premix burners, thorough mixing is the prerequisite for low NO x values during the combustion process.
  • a burner for a heat generator is known from EP 0 780 629, which has an additional mixing section for further mixing of fuel and combustion air after the swirl generator.
  • This mixing section can be designed, for example, as a downstream pipe into which the flow emerging from the swirl generator has no significant te flow losses is transferred. With this additional mixing section, the degree of mixing can be increased further and the pollutant emissions reduced.
  • WO 93/17279 shows another known premix burner in which a cylindrical swirl generator with an additional conical inner body is used.
  • the premix gas is also injected into the swirl chamber via feeds with corresponding outlet openings, which are arranged along the axially extending air inlet slots.
  • This burner also has a central feed for fuel gas in the conical inner body, which is close to the outlet opening of the
  • EP 0918191 AI shows a generic burner for operating a heat generator which, in addition to a first supply for fuel, also has a second supply for another type of fuel, which is matched to the other type of fuel. Both feeders are independent of each other. controllable. With this configuration, the burner can be operated with different types of fuel without having to be modified.
  • the premix gas is injected into the air inlet gap by means of feeds with outlet openings arranged essentially in the direction of the burner axis. So the characteristics of the injection are regarding
  • burners are equiped with a pilot fuel supply, as briefly outlined above.
  • the burners are then operated as diffusion burners at very high air ratios.
  • this results in superior flame stability, but on the other hand in high emission values and other operational disadvantages.
  • the object of the present invention is to provide a method for operating a burner and a burner with which the burner with approximately constant NO x even when the load, the gas quality or the gas preheating temperature changes. Emission values can be operated stably in premix mode if possible.
  • a burner with swirl body and the swirl chamber which at least stanchions a first fuel supply with a first group of substantially in the direction of a burner axis arranged fuel outlet orifices for introducing a first Vormischbrennstoffmenge in 'the swirl space and one or more second Brennstoffzut- with a second group of essentially in
  • the supply of the fuel via the first fuel feeds is controlled or regulated separately from the supply of the fuel via the second fuel feeds, the same fuel being fed to the first and second fuel feeds.
  • the fuel is used as a premixed fuel and is divided into a variable mass flow ratio between the first and second feeds.
  • the feed of pre-mixed fuel differs from the feed of pilot fuel, i.e. of fuel for the implementation of a pilot stage, in that premixed fuel is introduced into the swirl chamber with a higher momentum, preferably transversely to the flow of the combustion air.
  • pilot fuel i.e. of fuel for the implementation of a pilot stage
  • premixed fuel is introduced into the swirl chamber with a higher momentum, preferably transversely to the flow of the combustion air.
  • the burner is operated in a diffusion mode.
  • the fuel is preferably introduced into the burner in a distributed manner as a function of the load on the first and second fuel feeds.
  • a first operating state essentially the entire fuel quantity is supplied via the first fuel supply or feeds and introduced into the combustion air flow via the first group of fuel outlet openings, and in a further operating state at least part of the total fuel quantity introduced into the combustion air flow via at least one of the second fuel feeds with the second group of fuel outlet openings.
  • the means for introducing fuel into the combustion air flow comprise one or more first fuel feeds with a first group of fuel outlet openings arranged essentially in the direction of the burner axis for a first quantity of premixed fuel, and the burner one or more second fuel feeds with a second Group of fuel outlet openings arranged essentially in the direction of the burner axis for a second fuel quantity, preferably a pre-mixed fuel quantity, which second fuel feeds can be / are acted on independently of the first fuel feed or feeds.
  • the burner is characterized in that an inner body is arranged in the swirl chamber, the fuel outlet openings of at least one second fuel feed being arranged on the inner body essentially in the direction of the burner axis.
  • the inner body is a fuel lance which is arranged in the swirl chamber on the burner axis.
  • One or more of the first groups of fuel outlet openings are preferably in the region. at least one of the combustion air inlet openings arranged.
  • an arrangement essentially in the direction of the burner axis is understood to mean an arrangement on axes which run parallel or at an angle ⁇ 45 ° to the burner axis.
  • some of the second fuel feeds are also arranged directly next to the first fuel feeds, preferably parallel to these. In this case, at least one second fuel feed should be provided next to each first fuel feed.
  • the second fuel feeds can also be provided in a symmetrical arrangement on the swirl generator independently of the first fuel feeds.
  • the geometry of the swirl generator is irrelevant here.
  • cone-shaped swirl generators as are known from the prior art documents mentioned at the outset, can be used, for example with two, four or more air inlet slots.
  • Other geometries such as cylindrical swirl generators or cylindrical swirl generators with conical or cylindrical inner bodies, can also be used.
  • some of the second fuel feeds are arranged on the outer shell of the swirl body and in this case in particular on the air inlet slots along this. It is essential in the present burner that the second fuel feeds have a plurality of fuel outlet openings essentially distributed in the direction of the burner axis in order to be able to achieve a sufficient premixing.
  • the outlet openings are generally on axes running parallel or at an angle to the burner axis that is predetermined by a cone shape of the swirl generator or inner body.
  • the second fuel outlet openings of the second fuel feeds can have different mutual distances or flow cross-sections compared to the first fuel outlet openings. Particularly in the case of an arrangement in which at least one second fuel supply is also provided in addition to a first fuel supply, the respective fuel
  • Outlet openings also have the same mutual distances, but be arranged offset to one another. This leads to a more even injection of the premixed fuel into the swirl chamber.
  • the first fuel outlet openings can be arranged over the entire axial extent of the combustion air inlet openings, but the second fuel outlet openings can only be arranged in a specific axial partial area.
  • these are of different types Connections equipped.
  • means for independent regulation or control of the premix fuel supply to the first and second fuel supplies are preferably provided.
  • the different supply can be controlled, for example, by a suitable control valve.
  • Figure 1 schematically shows an embodiment of a burner that can be operated with the inventive method, in longitudinal and cross section;
  • FIG. 2 shows an example of the gas outlet from the outlet openings in a possible mode of operation of the burner shown in FIG. 1;
  • FIG. 3 schematically shows an example of the arrangement of the fuel feeds and the fuel outlet openings of a burner which can be operated using the method according to the invention
  • Fuel feeds and the fuel outlet openings of a burner connected to the inventive method can be operated;
  • FIG. 8 schematically shows an example of a burner with a cylindrical swirl generator that can be operated with the method according to the invention
  • FIG. 9 shows an example of a burner design with a cylindrical swirl body and a conical inner body, as can be operated using the method according to the invention.
  • Figure 10 shows a first example of the design of a burner according to the invention
  • FIGS. 11 to 14 schematically show examples of further swirl generator geometries with which the present invention can be implemented
  • FIGS. 15 and 16 swirl generator geometries with a downstream premixing tube, in which the invention can be implemented;
  • FIGS 17 and 18 schematically show two examples of the structure of the swirl body in cross section, as it can be used in the burner according to the invention.
  • FIG. 22 shows an example of the operation of a burner of Figures 20 and 21; and FIGS. 23 and 24 schematically show two examples of the configuration of the fuel feeds for carrying out the method according to the invention.
  • the burners are shown in a highly schematic design, so that the features essential for the respective explanation are only highlighted at one position.
  • the skilled worker is familiar with the further design of the burners shown, inter alia, from the documents cited as prior art, which form an integral part of the present description.
  • liquid fuel can also be introduced into the combustion air stream via the fuel outlet openings.
  • the fuel is still referred to as a premix fuel; it goes without saying that part of the total fuel quantity can also be introduced as a pilot fuel in certain load ranges to further increase flame stability.
  • FIG. 1 shows a first example of a burner that can be operated using the method according to the invention.
  • FIG. 1 a shows an arrangement of the first 5 and second fuel feeds 7 in a burner with a conical swirl body 1 a second feed 7 for a second premix fuel quantity P2 is arranged for a first premix fuel quantity PI.
  • These two feeds can be supplied with premix fuel independently of one another, ie that, for example, the mass flow of the second premix fuel P2 flowing through the second feed 7 can be set independently of the mass flow of the first premix fuel PI through the first feed 5. This is indicated by the different supply lines with the arrows. It goes without saying that preferably several of these feed pairs 5, 7 are arranged symmetrically about the burner axis.
  • the fuel supply to the two supply channels can be set independently of one another via control valves that are not explicitly described here. The arrangement of the control valves is not shown in the example, but is readily familiar to the person skilled in the art.
  • FIG lb the burner is shown in vertical section through the burner axis 3.
  • the two shells la, lb of the swirl body can be seen in this illustration. These are arranged with axes of symmetry 3a, 3b offset from the actual burner axis 3, in such a way that air inlets between them step slots 4 are formed for the combustion air 11.
  • the first supply duct 5 with the corresponding outlet openings 6 for the premixed fuel can be recognized at such an air inlet slot 4 in a manner known from the prior art.
  • the second feed channel 7 with the corresponding second outlet openings 8 is arranged. Both feed channels point with their outlet openings 6, 8 to the incoming combustion air flow.
  • the gradation of the premixed fuel quantities via feed channels which can be acted on separately from one another allows the depth of penetration of the premixed fuel quantities PI, P2 into the combustion air flow via one
  • Feed channel large and set small via the other feed channel This is shown schematically in FIG. 2, which figure shows the arrangement according to FIG. 1 in one possible operating mode.
  • the amount of fuel in the first feed channel 5 is set higher than in the second feed channel 7, so that the pressure and thus the outlet speed of the fuel at the outlet openings 6 increase in comparison to the outlet openings 8.
  • the first premix fuel PI from the first feed channel 5 thus penetrates deeper into the combustion air flow than the premix fuel P2 from the second feed channel 7, as is indicated in the figure.
  • the same effect can also be achieved by different opening diameters or flow cross-sections of the respective
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  • FIGS. 19 to 21 Further very advantageous embodiments of a burner can be seen in FIGS. 19 to 21.
  • the burners shown comprise the conical swirl body 1, in the outer formwork of which a first group of outlet openings 6 for premixing gas are arranged on the inflow edges of the air inlet slots.
  • the burners are also equipped with a central fuel lance 12, which can have a nozzle at its end on the combustion chamber side, ie at its tip, as in the present example, which can be used for a liquid fuel 13 or for a pilot fuel.
  • Outlet openings for shielding air 14 can be provided around this nozzle in a known manner.
  • the burners shown have a further fuel feed to a second group of outlet openings 8 in the fuel lance 12.
  • the outlet openings 8 of the second group are arranged essentially in the direction of the burner axis in the lateral surface of the fuel lance 12, as can be seen in FIGS. 19 to 21, and are preferably radially symmetrical about the axis of the fuel lance
  • both groups of outlet openings 6, 8 are charged with premix gas.
  • the burner is ignited and started in an operating mode in which the premix gas is introduced into the swirl chamber mainly via the outlet openings 8 on the fuel lance 12, also referred to below as stage 1.
  • stage 1 the supply of the premix gas to stage 1 is reduced and the supply of premix gas via the first group of outlet openings 6, hereinafter referred to as stage 2, is increased.
  • stage 2 Such a distribution of the premixed fuel to stages 1 and 2 depending on the operating state of the burner can be seen in FIG. 22 as an example. In this way, for example, a gas turbine with such a burner can be operated from the ignition to the base load without a pilot stage.
  • the supply of fuel to stages 1 and 2 is independently controlled or regulated by suitable valves.
  • FIGS. 23 and 24 show examples of the supply of a fuel quantity PO to the burner.
  • the fuel line branches in order to divide the total fuel quantity PO into a fuel quantity PI for the first group of outlet openings 6 and a fuel quantity P2 for the second group of outlet openings 8.
  • Figure 24 shows an embodiment in which a valve 16 before the branch to adjust the total amount of fuel PO and another valve 15 is arranged in the branch to the first group of outlet openings 6.
  • the valve 15 can also be arranged in the branching to the second group of outlet openings 8.
  • burners can be supplied with fuel in the set mass flow ratio at the same time via such an arrangement, as is indicated by the dashed lines in the figures.
  • the mass flow ratio P1 / P2 is controlled by actuating the valves depending on the operating state of the

Abstract

The invention relates to a method for operating a burner comprising at least one first fuel supply (5) with a first group of fuel outlets (6) for a first amount of premix fuel, said first group of fuel outlets being essentially arranged in the direction of a burner axis (3); and at least one second fuel supply (7) with a second group of fuel outlets for a second amount of premix fuel, said second group of fuel outlets (8) being essentially arranged in the direction of the burner axis (3). Fuel can be fed to the second fuel supply or supplies (7) independently from the first fuel supply (5). Both fuel supplies (5, 7) are operated using the same fuel. The inventive method for operating a burner enables optimum mixing conditions to be adjusted even in cases of varying loads, quality of gas or gas pre-heating temperatures.

Description

Verfahren zum Betrieb eines Brenners sowie Brenner mit gestufter Vormischgas-Eindüsung Process for operating a burner and burner with staged premix gas injection
Technisches AnwendungsgebietTechnical application area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Brenners, der zumindest eine erste BrennstoffZuführung mit einer ersten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse angeordneten Brennstoff-Austrittsδffnungen für das Einbringen einer ersten Vormischbrennstoffmenge in einen Drallraum und eine oder mehrere zweite Brennstoffzufuhrungen mit einer zweiten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse angeordneten Brennstoff- Austrittsöffnungen aufweist, wobei die zweiten Brenn- stoffZuführungen unabhängig von der ersten Brennstoffzuführung mit Brennstoff beaufschlagbar ist/sind. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Brenner, der mit dem Verfahren vorteilhaft betrieben werden kann. Ein bevorzugtes, Einsatzgebiet für derartige Brenner sind die Brennräume von Gasturbinen; derartige Brenner werden weiterhin beispielsweise auch in atmosphärischen Kesselfeuerungen eingesetzt.The present invention relates to a method for operating a burner, the at least one first fuel supply with a first group of fuel outlet openings arranged essentially in the direction of the burner axis for introducing a first quantity of premixed fuel into a swirl space and one or more second fuel supplies with a second group of fuel outlet openings arranged essentially in the direction of the burner axis, the second fuel feeds being able to be acted upon with fuel independently of the first fuel feed. The invention further relates to a burner that can be operated advantageously with the method. A preferred area of application for such burners is the combustion chambers of gas turbines; Such burners are also used, for example, in atmospheric boiler furnaces.
Stand der TechnikState of the art
Aus der EP 0 321 809 ist ein aus mehreren Schalen bestehender kegelförmiger Brenner, ein sogenannter Doppelkegelbrenner, gemäß dem Oberbegriff des Anspru- ches 1 bekannt. Durch den kegelförmigen aus mehreren Schalen zusammengesetzten Drallerzeuger wird eine Drallströmung in dem von den Teilkegelschalen eingeschlossenen Kegelinnenraum erzeugt. Aufgrund eines Querschnittssprungs an einem brennraumseitigen Ende des Brenners wird die Drallströmung instabil, und geht in eine annulare Drallströmung' mit Rückströmung im Kern über. Diese Rückströmung ermöglicht die Stabilisierung einer Flammenfront am Brenneraustritt . Die Schalen des Drallerzeugers sind derart zusammengesetzt, dass entlang der Brennerachse tangentiale Lufteintritts- schlitze für Verbrennungsluft gebildet werden. An der hierdurch gebildeten Einströmkante der Kegelschalen sind Zuführungen für einen gasförmigen Vormischbrenn- stoff, vorgesehen, die in Richtung der Brennerachse verteilte Austrittsδffnungen für das Vormischgas aufweisen. Das Gas wird durch die Austrittsöffnungen bzw. Bohrungen quer zum Lufteintrittsspalt eingedüst. Diese Eindüsung führt in Verbindung mit dem im Drall- räum erzeugten Drall der Verbrennungsluft-Brenngas- Strömung zu einer guten Durchmischung des Brenn- bzw.EP 0 321 809 discloses a conical burner consisting of several shells, a so-called double-cone burner, according to the preamble of claim 1. Due to the conical shape of several A swirl flow is generated in shells composed of swirl generators in the cone interior enclosed by the partial cone shells. Due to a cross-sectional jump at an end of the burner on the combustion chamber side, the swirl flow becomes unstable and changes into an annular swirl flow with a backflow in the core. This backflow enables the stabilization of a flame front at the burner outlet. The shells of the swirl generator are composed in such a way that tangential air inlet slots for combustion air are formed along the burner axis. On the inflow edge of the conical shells formed in this way, feeds for a gaseous premix fuel are provided, which have outlet openings for the premix gas which are distributed in the direction of the burner axis. The gas is injected through the outlet openings or bores transversely to the air inlet gap. This injection, in conjunction with the swirl of the combustion air / fuel gas flow generated in the swirl chamber, leads to thorough mixing of the combustion or
Vormischgases mit der Verbrennungsluft. Eine gute Durchmischung ist bei derartigen Vormischbrennern die Voraussetzung für niedrige NOx-Werte beim Verbrennungsvorgang .Premix gas with the combustion air. With such premix burners, thorough mixing is the prerequisite for low NO x values during the combustion process.
Zur weiteren Verbesserung eines derartigen Brenners ist aus der EP 0 780 629 ein Brenner für einen Wärmeerzeuger bekannt, der im Anschluss an den Drallerzeuger eine zusätzliche Mischstrecke zur weiteren Vermischung von Brennstoff und Verbrennungsluft aufweist. Diese Mischstrecke kann beispielsweise als nachgeschaltetes Rohr ausgeführt sein, in das die aus dem Drallerzeuger austretende Strömung ohne nennenswer- te Strömungsverluste überführt wird. Durch diese zusätzliche Mischstrecke kann der Vermischungsgrad weiter erhöht und damit die Schadstoffemissionen verringert werden.To further improve such a burner, a burner for a heat generator is known from EP 0 780 629, which has an additional mixing section for further mixing of fuel and combustion air after the swirl generator. This mixing section can be designed, for example, as a downstream pipe into which the flow emerging from the swirl generator has no significant te flow losses is transferred. With this additional mixing section, the degree of mixing can be increased further and the pollutant emissions reduced.
Die WO 93/17279 zeigt einen weiteren bekannten Vormisch-Brenner, bei dem ein zylindrischer Drallerzeuger mit einem zusätzlichen konischen Innenkörper eingesetzt wird. Bei diesem Brenner wird das Vormisch- gas ebenfalls über Zuführungen mit entsprechenden Austrittsöffnungen in den Drallraum eingedüst, die entlang der axial verlaufenden Lufteintrittsschlitze angeordnet sind. Dieser Brenner weist im konischen Innenkörper zusätzlich eine zentrale Zuführung für Brenngas auf, das nahe der Austrittsöffnung desWO 93/17279 shows another known premix burner in which a cylindrical swirl generator with an additional conical inner body is used. In this burner, the premix gas is also injected into the swirl chamber via feeds with corresponding outlet openings, which are arranged along the axially extending air inlet slots. This burner also has a central feed for fuel gas in the conical inner body, which is close to the outlet opening of the
Brenners zur Pilotierung in den Drallraum eingedüst werden kann. Diese zusätzliche Pilotstufe dient dem Anfahren des Brenners. Die Zuführung des Pilotgases im Austrittsbereich des Brenners führt jedoch zu erhöhten NOx-Emissionen, da in diesem Bereich nur eine unzureichende Vermischung mit der Verbrennungsluft stattfinden kann.Brenners can be injected into the swirl room for piloting. This additional pilot stage is used to start the burner. However, the supply of the pilot gas in the outlet area of the burner leads to increased NO x emissions, since in this area only insufficient mixing with the combustion air can take place.
Die EP 0918191 AI zeigt einen gattungsgemäßen Brenner zum Betrieb eines Wärmeerzeugers, der parallel zu einer ersten Zuführung für Brennstoff auch eine zweite Zuführung für einen anderen Brennstofftyp aufweist, die auf den anderen Brennstofftyp abgestimmt- ist. Beide Zuführungen sind unabhängig voneinander. ansteuerbar. Durch diese Ausgestaltung kann der Brenner ohne Umgestaltung mit unterschiedlichen Brennstofftypen betrieben werden. Bei allen dargestellten Brennern erfolgt die Ein- düsung des Vormischgases im Lufteintrittsspalt durch Zuführungen mit im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse angeordneten Austrittsöffnungen. Damit sind die Charakteristik der Eindüsung hinsichtlichEP 0918191 AI shows a generic burner for operating a heat generator which, in addition to a first supply for fuel, also has a second supply for another type of fuel, which is matched to the other type of fuel. Both feeders are independent of each other. controllable. With this configuration, the burner can be operated with different types of fuel without having to be modified. In all the burners shown, the premix gas is injected into the air inlet gap by means of feeds with outlet openings arranged essentially in the direction of the burner axis. So the characteristics of the injection are regarding
Eindringtiefe und Einmischung der Gasstrahlen sowie die Brennstoffverteilung entlang der Lufteintrittsschli.tze bzw. der Brennerachse vorgegeben. Die Anordnung der Austrittsöffnungen legt somit bereits die Mischgüte des Gases und der Verbrennungsluft sowie die Brennstoffverteilung am Brenneraustritt fest. Diese Größen sind wiederum entscheidend für die NOx-Emissionen, für die Lösch- und Rückschlagsgrenzen sowie für die Stabilität des Brenners im Hinblick auf Verbrennungspulsationen.Depth of penetration and mixing of the gas jets as well as the fuel distribution along the air inlet slots or the burner axis are specified. The arrangement of the outlet openings thus already defines the mixing quality of the gas and the combustion air as well as the fuel distribution at the burner outlet. These variables are in turn decisive for the NO x emissions, for the extinguishing and flashback limits as well as for the stability of the burner with regard to combustion pulsations.
Bei unterschiedlichen Lasten, Gasqualitäten oder Gasvorwärmtemperaturen treten jedoch unterschiedliche Gasvordrücke an den Austrittsöffnungen auf, die wiederum zu unterschiedlichen Vormischbedingungen und Gemischqualitäten am Brennstoffaustritt führen. Aus den unterschiedlichen Vormischbedingungen resultieren dann unterschiedliche Emissionswerte und Stabilitätsbedingungen, die von der Last, der Gasqualität und der Gasvorwärmung abhängig sind. Die bekannten Brenner lassen sich daher nur für ganz bestimmte Wertebereiche dieser Parameter optimal betreiben.With different loads, gas qualities or gas preheating temperatures, however, different gas admission pressures occur at the outlet openings, which in turn lead to different premixing conditions and mixture qualities at the fuel outlet. The different premixing conditions then result in different emission values and stability conditions, which depend on the load, the gas quality and the gas preheating. The known burners can therefore only be operated optimally for very specific value ranges of these parameters.
Problematisch beim Betrieb von Vormischbrennern insbesondere in Gasturbinen ist der Teillastbereich, da hier der Brennluft nur vergleichsweise geringe Brennstoffmengen zugemischt werden. Bei der vollständigen Vermischung des Brennstoffes mit der gesamten Luft aber entsteht ein Gemisch, welches gerade im unteren Teillastbereich nicht mehr zündfähig ist, oder nur noch eine sehr instabile Flamme auszubilden in der Lage ist. Dies kann zu schädlichen Verbrennungspulsationen oder zum vollständigen Verlöschen der Flamme führen.The problem with the operation of premix burners, particularly in gas turbines, is the partial load range, since only comparatively small amounts of fuel are mixed into the combustion air. When the fuel is completely mixed with all the air, however, a mixture is created, which is precisely in the lower one Partial load range is no longer ignitable, or is only able to form a very unstable flame. This can lead to harmful combustion pulsations or to the complete extinguishing of the flame.
Für eine Anpassung der bekannten Brenner auf bestimmte Emissionswerte oder auf ein bestimmtes Stabilitätsfenster bei unterschiedlichen Lasten, Umgebungsbedingungen, Gasqualitäten und Vorwärmtemperaturen besteht zurzeit einerseits die Möglichkeit, bei Einsatz von Mehrfachbrenneranordnungen die Vormisch- bzw. Premixgaszufuhr zu einzelnen Brennergruppen zu stufen. Dies ist jedoch nur bei mehrreihigen Brenneranordnungen möglich. Für einreihige annulare Brennkammern hat diese Technik den Nachteil, dass sich ein in Umfangsriehtung ungleichförmiges Temperaturprofil im Brennkammeraustritt einstellt.For an adaptation of the known burners to specific emission values or to a specific stability window with different loads, ambient conditions, gas qualities and preheating temperatures, there is currently the possibility, on the one hand, of using pre-mixed or premix gas supply to individual burner groups when using multiple burner arrangements. However, this is only possible with multi-row burner arrangements. For single-row, annular combustion chambers, this technology has the disadvantage that a non-uniform temperature profile occurs in the combustion chamber outlet in the circumferential direction.
Eine andere Möglichkeit ist, Brenner, wie oben be- reits kurz angerissen, mit einer sogenannten Pilot- BrennstoffVersorgung auszustatten. Die Brenner werden dann bei sehr hohen Luftzahlen als Diffusionsbrenner betrieben. Dies resultiert einerseits in einer überlegenen Flammenstabilität, andererseits aber in hohen Emissionswerten und weiteren betriebstechnischen Nachteilen.Another possibility is to equip burners with a pilot fuel supply, as briefly outlined above. The burners are then operated as diffusion burners at very high air ratios. On the one hand, this results in superior flame stability, but on the other hand in high emission values and other operational disadvantages.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betrieb eines Brenners sowie einen Brenner anzugeben, mit denen der Brenner auch bei Änderungen der Last, der Gasqualität oder der Gasvorwärmtemperatur mit annähernd konstanten NOx- Emissionswerten möglichst im Vormischbetrieb stabil betrieben werden kann.The object of the present invention is to provide a method for operating a burner and a burner with which the burner with approximately constant NO x even when the load, the gas quality or the gas preheating temperature changes. Emission values can be operated stably in premix mode if possible.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 und 7 bzw. dem Brenner gemäß Patentanspruch 8 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen des Brenners sowie der Verfahren sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved with the method according to claims 1 and 7 and the burner according to claim 8. Advantageous refinements and developments of the burner and the method are the subject of the dependent claims.
Beim vorliegenden Verfahren wird ein Brenner mit Drallkörper und Drallraum eingesetzt, der zumindest eine erste BrennstoffZuführung mit einer ersten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung einer Brennerachse angeordneten Brennstoff-Austrittsöffnungen für das Einbringen einer ersten Vormischbrennstoffmenge in' den Drallraum und eine oder mehrere zweite Brennstoffzufüh- rungen mit einer zweiten Gruppe von im Wesentlichen inIn the present method, a burner with swirl body and the swirl chamber is used, which at least stanchions a first fuel supply with a first group of substantially in the direction of a burner axis arranged fuel outlet orifices for introducing a first Vormischbrennstoffmenge in 'the swirl space and one or more second Brennstoffzufüh- with a second group of essentially in
Richtung der Brennerachse angeordneten Brennstoff- Austrittsöffnungen aufweist, wobei die zweite Brennstoffzufuhrungen unabhängig von der ersten Brennstoffzuführung mit Brennstoff beaufschlagbar ist/sind. Zum Betrieb des Brenners wird die Zufuhr des Brennstoffes über die ersten Brennstoffzufuhrungen getrennt von der Zufuhr des Brennstoffes über die zweiten Brennstoffzufuhrungen gesteuert oder geregelt, wobei der/den ersten und zweiten Brennstoffzufuhrungen der gleiche Brenn- stoff zugeführt wird. Über die Steuerung des Massen- stromverhältnisses der über die ersten Brennstoffzufuhrungen zugeführten ersten Brennstoffmenge zu einer über die zweiten Brennstoffzufuhrungen zugeführten zweiten Brennstoffmenge während des Betriebes des Brenners lässt sich der Brenner auch bei Änderungen der Last, der Gasqualität oder der Gasvorwärmtemperatur mit annähernd konstanten NOx-Emissionswerten stabil betreiben.Has fuel outlet openings arranged in the direction of the burner axis, wherein the second fuel supply is / can be acted upon independently of the first fuel supply. To operate the burner, the supply of the fuel via the first fuel feeds is controlled or regulated separately from the supply of the fuel via the second fuel feeds, the same fuel being fed to the first and second fuel feeds. By controlling the mass flow ratio of the first quantity of fuel supplied via the first fuel supply to a second quantity supplied via the second fuel supply Amount of fuel while the burner is in operation, the burner can be operated stably even with changes in the load, gas quality or gas preheating temperature with approximately constant NO x emission values.
In der bevorzugten Ausführungsform wird hierbei der Brennstoff als Vormischbrennstoff eingesetzt und in variablem Massenstromverhältnis auf die ersten und zweiten Zuführungen aufgeteilt. Die Einspeisung -von Vormischbrennstoff unterscheidet sich von der Einspeisung von Pilotbrennstoff, d.h. von Brennstoff für die Realisierung einer Pilotstufe, dadurch, dass Vormischbrennstoff mit einem höheren Impuls, vorzugsweise quer zur Strömung der Verbrennungsluft , in den Drallraum eingebracht wird. Bei der Einbringung von Brennstoff als Pilotbrennstoff hingegen wird der Brenner in einem Diffusionsmodus betrieben.In the preferred embodiment, the fuel is used as a premixed fuel and is divided into a variable mass flow ratio between the first and second feeds. The feed of pre-mixed fuel differs from the feed of pilot fuel, i.e. of fuel for the implementation of a pilot stage, in that premixed fuel is introduced into the swirl chamber with a higher momentum, preferably transversely to the flow of the combustion air. In contrast, when fuel is introduced as a pilot fuel, the burner is operated in a diffusion mode.
Vorzugsweise wird der Brennstoff lastabhängig auf die ersten und zweiten Brennstoffzufuhrungen verteilt in den Brenner eingebracht .The fuel is preferably introduced into the burner in a distributed manner as a function of the load on the first and second fuel feeds.
Bei einer weiteren bevorzugten Betriebsweise des Brenners wird in einem ersten Betriebszustand im Wesentlichen die gesamte Brennstoffmenge über den bzw. die ersten Brennstoffzufuhrungen zugeführt und über die erste Gruppe von Brennstoff-Austrittsöffnungen in den Verbrennungsluftstrom eingebracht, und in einem weiteren Betriebszustand wenigstens ein Teil der gesamten Brennstoffmenge über wenigstens eine der zweiten Brennstoffzufuhrungen mit der zweiten Gruppe von Brennstoff-Austrittsöffnungen in den Verbrennungs- luftstrom eingebracht. I oIn a further preferred mode of operation of the burner, in a first operating state essentially the entire fuel quantity is supplied via the first fuel supply or feeds and introduced into the combustion air flow via the first group of fuel outlet openings, and in a further operating state at least part of the total fuel quantity introduced into the combustion air flow via at least one of the second fuel feeds with the second group of fuel outlet openings. I o
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Drallraum eintretenden Verbrennungsluftstrom aufweist, die Mittel zur Einbringung von Brennstoff in den Verbrennungsluftstrom eine oder mehrere erste Brennstoffzufuhrungen mit einer ersten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse angeordneten Brennstoff-Austrittsöffnungen für eine erste Vormischbrennstoffmenge umfassen und der Brenner eine oder mehrere zweite Brennstoffzufuhrungen mit einer zweiten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse angeordneten Brennstoff-Austrittsöffnungen für eine zweite Brennstoffmenge, vorzugsweise eine Vormischbrennstoffmenge, aufweist, welche zweite Brennstoffzufuhrungen unabhängig von der bzw. den ersten Brennstoffzufuhrungen mit Brennstoff beaufschlagbar ist/sind. Der Brenner zeichnet sich in der beschriebenen Vorzugsvariante dadurch aus, dass in dem Drallraum ein Innenkörper angeordnet ist, wobei die Brennstoff- Austrittsöffnungen wenigstens einer zweiten Brennstoffzuführung im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse verteilt auf dem Innenkörper angeordnet sind. Bei demCombustion air flow entering swirl space, the means for introducing fuel into the combustion air flow comprise one or more first fuel feeds with a first group of fuel outlet openings arranged essentially in the direction of the burner axis for a first quantity of premixed fuel, and the burner one or more second fuel feeds with a second Group of fuel outlet openings arranged essentially in the direction of the burner axis for a second fuel quantity, preferably a pre-mixed fuel quantity, which second fuel feeds can be / are acted on independently of the first fuel feed or feeds. In the preferred variant described, the burner is characterized in that an inner body is arranged in the swirl chamber, the fuel outlet openings of at least one second fuel feed being arranged on the inner body essentially in the direction of the burner axis. In which
Innenkörper handelt es sich bei einer bevorzugten Ausführungsform um eine Brennstofflanze, die im Drallraum auf der Brennerachse angeordnet ist .In a preferred embodiment, the inner body is a fuel lance which is arranged in the swirl chamber on the burner axis.
Vorzugsweise sind eine oder mehrere der ersten Gruppen von Brennstoff-Austrittsöffnungen im Bereich . zumindest einer der Brennluft-Eintrittsöffnungen angeordnet .One or more of the first groups of fuel outlet openings are preferably in the region. at least one of the combustion air inlet openings arranged.
Unter einer Anordnung im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse ist in der vorliegenden Anmeldung eine Anordnung auf Achsen zu verstehen, die parallel oder unter einem Winkel < 45° zur Brennerachse verlaufen. In einer möglichen Ausführungsform des vorliegenden Brenners sind auch einige der zweiten Brennstoffzufuhrungen unmittelbar neben den ersten Brennstoffzufuhrungen, vorzugsweise parallel zu diesen, angeordnet. Hierbei sollte zumindest eine zweite BrennstoffZuführung neben jeder ersten BrennstoffZuführung vorgesehen sein.In the present application, an arrangement essentially in the direction of the burner axis is understood to mean an arrangement on axes which run parallel or at an angle <45 ° to the burner axis. In one possible embodiment of the present burner, some of the second fuel feeds are also arranged directly next to the first fuel feeds, preferably parallel to these. In this case, at least one second fuel feed should be provided next to each first fuel feed.
Es versteht sich jedoch von selbst, dass die zwei- ten Brennstoffzufuhrungen auch unabhängig von den ersten Brennstoffzufuhrungen in symmetrischer Anordnung am Drallerzeuger vorgesehen sein können. Die Geometrie des Drallerzeugers ist hierbei unerheblich. So können kegelförmige Drallerzeuger, wie sie aus den eingangs genannten Druckschriften des Standes der Technik bekannt sind, beispielsweise mit zwei, vier oder mehr Lufteintrittsschlitzen, eingesetzt werden. Auch andere Geometrien, wie zylindrische Drallerzeuger oder zylindrische Drallerzeuger mit konischen oder zylindri- sehen Innenkörpern lassen sich einsetzen.However, it goes without saying that the second fuel feeds can also be provided in a symmetrical arrangement on the swirl generator independently of the first fuel feeds. The geometry of the swirl generator is irrelevant here. Thus, cone-shaped swirl generators, as are known from the prior art documents mentioned at the outset, can be used, for example with two, four or more air inlet slots. Other geometries, such as cylindrical swirl generators or cylindrical swirl generators with conical or cylindrical inner bodies, can also be used.
Einige der zweiten Brennstoffzufuhrungen sind in einer Ausführungsform des Brenners an der Aussenschale des Drallkörpers und hierbei insbesondere an den Lufteintrittsschlitzen entlang dieser angeordnet. Wesentlich beim vorliegenden Brenner ist, dass die zweiten Brennstoffzufuhrungen mehrere im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse verteilte Brennstoff- Austrittsöffnungen aufweisen, um eine ausreichende Vormischung erzielen zu können. Die Austrittsöffnungen liegen in der Regel auf parallel oder unter einem durch eine Kegelform des Drallerzeugers oder Innenkörpers vorgegebenen Winkel zur Brennerachse verlaufenden Achsen. Je nach angestrebten Einflussmöglichkeiten auf die Vormischung können die zweiten Brennstoff-Austritts- Öffnungen der zweiten Brennstoffzufuhrungen im Ver- gleich zu den ersten Brennstoff-Austrittsöffnungen andere gegenseitige Abstände oder Durchströmquerschnitte aufweisen. Gerade bei einer Anordnung, bei der unmittelbar neben einer ersten BrennstoffZuführung auch zumindest eine zweite BrennstoffZuführung vorgesehen ist, können die jeweiligen Brennstoff-In one embodiment of the burner, some of the second fuel feeds are arranged on the outer shell of the swirl body and in this case in particular on the air inlet slots along this. It is essential in the present burner that the second fuel feeds have a plurality of fuel outlet openings essentially distributed in the direction of the burner axis in order to be able to achieve a sufficient premixing. The outlet openings are generally on axes running parallel or at an angle to the burner axis that is predetermined by a cone shape of the swirl generator or inner body. Depending on the desired influence on the premixing, the second fuel outlet openings of the second fuel feeds can have different mutual distances or flow cross-sections compared to the first fuel outlet openings. Particularly in the case of an arrangement in which at least one second fuel supply is also provided in addition to a first fuel supply, the respective fuel
Austrittsöffnungen auch die gleichen gegenseitigen Abstände aufweisen, jedoch versetzt zueinander angeordnet sein. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Eindüsung des Vormischbrennstoffes in den Drallraum. Weiterhin können beispielsweise die ersten Brennstoff-Austrittsöffnungen über die gesamte axiale Erstreckung der Brennluft-Eintrittsöffnungen, die zweiten Brennstoff- Austrittsöffnungen jedoch nur in einem bestimmten axialen Teilbereich angeordnet sein. In gleicher Weise ist es auch möglich, die ersten Brennstoff- Austrittsöffnungen nur in einem ersten axialen Teilbereich und die zweiten Brennstoff-Austrittsöffnungen nur in einem sich an den ersten Teilbereich anschließenden zweiten axialen Teilbereich vorzusehen - oder umge- kehrt. Unterschiedliche Einflussmöglichkeiten auf den Betrieb des Brenners aufgrund dieser unterschiedlichen Ausgestaltungsmöglichkeiten, deren Kombination keine praktischen Grenzen gesetzt sind, 'lassen sich den Ausführungsbeispielen entnehmen.Outlet openings also have the same mutual distances, but be arranged offset to one another. This leads to a more even injection of the premixed fuel into the swirl chamber. Furthermore, for example, the first fuel outlet openings can be arranged over the entire axial extent of the combustion air inlet openings, but the second fuel outlet openings can only be arranged in a specific axial partial area. In the same way, it is also possible to provide the first fuel outlet openings only in a first axial section and the second fuel outlet openings only in a second axial section adjoining the first section - or vice versa. Different possibilities to influence the operation of the burner due to these different possible configurations, the combination of no practical limits, 'can be found in the embodiments.
Zur voneinander unabhängigen Beaufschlagung der ersten und der zweiten Brennstoffzufuhrungen mit dem Vormischbrennstoff sind diese mit unterschiedlichen Anschlüssen ausgestattet. Vorzugsweise sind zusätzlich Mittel zur voneinander unabhängigen Regelung oder Steuerung der Vormischbrennstoffzufuhr zu den ersten und den zweiten Brennstoffzufuhrungen vorgesehen. Die unterschiedliche Zufuhr kann beispielsweise durch ein geeignetes Regelventil gesteuert werden.In order to act independently of one another on the first and second fuel feeds with the premixed fuel, these are of different types Connections equipped. In addition, means for independent regulation or control of the premix fuel supply to the first and second fuel supplies are preferably provided. The different supply can be controlled, for example, by a suitable control valve.
Der erfindungsgemäße Brenner sowie Brenner, mit denen das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist, werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:The burner according to the invention and the burner with which the method according to the invention can be carried out are explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments in conjunction with the drawings without restricting the general inventive concept. Here show:
Figur 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel für einen Brenner, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann, im Längsund Querschnitt;Figure 1 schematically shows an embodiment of a burner that can be operated with the inventive method, in longitudinal and cross section;
Figur 2 ein Beispiel für den Gasaustritt aus den Austrittsöffnungen bei einer möglichen Betriebsweise des in Figur 1 dargestellten Brenners;FIG. 2 shows an example of the gas outlet from the outlet openings in a possible mode of operation of the burner shown in FIG. 1;
Figur 3 schematisch ein Beispiel für die Anordnung der Brennstoffzufuhrungen und der Brenn- Stoffaustrittsöffnungen eines Brenners, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann;FIG. 3 schematically shows an example of the arrangement of the fuel feeds and the fuel outlet openings of a burner which can be operated using the method according to the invention;
Figuren 5 bis 7 Beispiele für die Anordnung derFigures 5 to 7 examples of the arrangement of the
Brennstoffzufuhrungen und der Brennstoffaus- trittsöffnungen eines Brenners, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann;Fuel feeds and the fuel outlet openings of a burner connected to the the inventive method can be operated;
Figur 8 schematisch ein Beispiel für einen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betreibbaren Brenner mit einem zylindrischen Drallerzeuger;FIG. 8 schematically shows an example of a burner with a cylindrical swirl generator that can be operated with the method according to the invention;
Figur 9 ein Beispiel für eine Brennerbauform mit zylindrischem Drallkörper und konischem Innenkörper, wie sie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann;FIG. 9 shows an example of a burner design with a cylindrical swirl body and a conical inner body, as can be operated using the method according to the invention;
Figur 10 ein erstes Beispiel für die Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Brenners ;Figure 10 shows a first example of the design of a burner according to the invention;
Figuren 11 bis 14 schematisch Beispiele für weitere Drallerzeugergeometrien, mit denen die vor- liegende Erfindung verwirklicht werden kann;FIGS. 11 to 14 schematically show examples of further swirl generator geometries with which the present invention can be implemented;
Figuren 15 und 16 Drallerzeugergeometrien mit einem nachgeschalteten Vormischrohr, bei denen die Erfindung verwirklicht werden kann;FIGS. 15 and 16 swirl generator geometries with a downstream premixing tube, in which the invention can be implemented;
Figuren 17 und 18 schematisch zwei Beispiele für den Aufbau des Drallkörpers im Querschnitt, wie er beim erfindungsgemäßen Brenner eingesetzt werden kann;Figures 17 and 18 schematically show two examples of the structure of the swirl body in cross section, as it can be used in the burner according to the invention;
Figuren 19 bis 21 weitere Beispiele für dieFigures 19 to 21 further examples of the
Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Bren- ners ;Design of a burner according to the invention;
Figur 22 ein Beispiel für die Betriebsweise eines Brenners der Figuren 20 und 21; und Figuren 23 und 24 schematisch zwei Beispiele für die Ausgestaltung der Brennstoffzufuhrungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens .Figure 22 shows an example of the operation of a burner of Figures 20 and 21; and FIGS. 23 and 24 schematically show two examples of the configuration of the fuel feeds for carrying out the method according to the invention.
Wege zur Ausführung der ErfindungWays of Carrying Out the Invention
In den folgenden Figuren sind die Brenner in stark schematisierter Ausführung dargestellt, so dass lediglich jeweils an einer Position die für die jeweilige Erläuterung wesentlichen Merkmale herausgestellt sind. Die weitere Gestaltung der dargestellten Brenner ist dem Fachmann unter anderem aus den als Stand der Technik zitierten Dokumenten geläufig, die einen integrierenden Bestandteil der vorliegenden Beschreibung darstellen. Weiterhin wird bei den Ausführungsbeispielen teilweise auf die Eindüsung von gasförmigem Brennstoff Bezug genommen. Es versteht sich jedoch von selbst, dass auch flüssiger Brennstoff über die Brennstoff-Austrittsöffnungen in den Verbrennungs- luftstrom eingebracht werden kann. Der Brennstoff wird weiterhin als Vormischbrennstoff referiert; es versteht sich von selbst, dass ein Teil der gesamten Brennstoff- menge in bestimmten Lastbereichen auch als Pilotbrenn- Stoff zur weiteren Erhöhung der Flammenstabilität eingebracht werden kann. Zuführungen für Pilotbrennstoff sind in keiner der Figuren dargestellt, da sie nicht erfindungswesentlich sind; in Kenntnis des Standes der Technik wird der Fachmann diese aber ohne Weiteres in die exemplarisch dargestellten Brenner zu implementieren wissen, falls er dies für nötig erachtet. In Figur 1 ist ein erstes Beispiel für einen Brenner dargestellt, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann. Figur la zeigt eine Anordnung der ersten 5 und zweiten Brennstoffzufuhrungen 7 bei einem Brenner mit kegelförmigem Drallkörper 1. In der Außenschalung dieses Drallkδrpers 1 ist an den Einströmkanten der Lufteintrittsschlitze, wie sie dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt sind, neben der ersten Zuführung 5 für eine erste Vormischbrenn- stoffmenge PI eine zweite Zuführung 7 für eine zweite Vormischbrennstoffmenge P2 angeordnet . Diese beiden Zuführungen lassen sich unabhängig voneinander mit Vormischbrennstoff beaufschlagen, d.h., dass beispielsweise der Massenstrom des zweiten Vormischbrennstoffes P2 , der durch die zweite Zuführung 7 strömt, unabhängig vom Massenstrom des ersten Vormischbrennstoffes PI durch die erste Zuführung 5 eingestellt werden kann. Dies ist durch die unterschiedlichen Zuführungsleitungen mit den Pfeilen angedeutet . Es versteht sich von selbst, dass vorzugsweise mehrere dieser Zuführungspaare 5, 7. symmetrisch um die Brennerachse angeordnet sind. Die Brennstoffzufuhr zu den beiden Zuführkanälen, kann über hier nicht explizierte Regelventile unabhängig voneinander eingestellt werden. Die Anordnung der Regelventile ist im Beispiel nicht dargestellt, dem Fachmann aber ohne Weiteres geläufig.In the following figures, the burners are shown in a highly schematic design, so that the features essential for the respective explanation are only highlighted at one position. The skilled worker is familiar with the further design of the burners shown, inter alia, from the documents cited as prior art, which form an integral part of the present description. Furthermore, reference is made in part to the injection of gaseous fuel in the exemplary embodiments. However, it goes without saying that liquid fuel can also be introduced into the combustion air stream via the fuel outlet openings. The fuel is still referred to as a premix fuel; it goes without saying that part of the total fuel quantity can also be introduced as a pilot fuel in certain load ranges to further increase flame stability. Feeds for pilot fuel are not shown in any of the figures, since they are not essential to the invention; With knowledge of the prior art, the person skilled in the art will readily know how to implement this in the exemplary illustrated burners if he considers this necessary. FIG. 1 shows a first example of a burner that can be operated using the method according to the invention. FIG. 1 a shows an arrangement of the first 5 and second fuel feeds 7 in a burner with a conical swirl body 1 a second feed 7 for a second premix fuel quantity P2 is arranged for a first premix fuel quantity PI. These two feeds can be supplied with premix fuel independently of one another, ie that, for example, the mass flow of the second premix fuel P2 flowing through the second feed 7 can be set independently of the mass flow of the first premix fuel PI through the first feed 5. This is indicated by the different supply lines with the arrows. It goes without saying that preferably several of these feed pairs 5, 7 are arranged symmetrically about the burner axis. The fuel supply to the two supply channels can be set independently of one another via control valves that are not explicitly described here. The arrangement of the control valves is not shown in the example, but is readily familiar to the person skilled in the art.
In Figur lb ist der Brenner im senkrechten Schnitt durch die Brennerachse 3 dargestellt. In dieser Abbildung sind die beiden Schalen la, lb des Drallkörpers zu erkennen. Diese sind mit zur eigentlichen Brennerachse 3 versetzten Symmetrieachsen 3a, 3b angeordnet, dergestalt, dass zwischen ihnen Luftein- trittsschlitze 4 für die Verbrennungsluft 11 ausgebildet sind. An einem solchen Lufteintrittsschlitz 4 ist in aus dem Stand der Technik bekannter Weise der erste Zuführungskanal 5 mit den entsprechenden Austrittsöff- nungen 6 für den Vormischbrennstoff zu erkennen.In Figure lb the burner is shown in vertical section through the burner axis 3. The two shells la, lb of the swirl body can be seen in this illustration. These are arranged with axes of symmetry 3a, 3b offset from the actual burner axis 3, in such a way that air inlets between them step slots 4 are formed for the combustion air 11. The first supply duct 5 with the corresponding outlet openings 6 for the premixed fuel can be recognized at such an air inlet slot 4 in a manner known from the prior art.
Unmittelbar neben diesem ersten Zuführungskanal 5 ist der zweite Zuführungskanal 7 mit den entsprechenden zweiten Austrittsöffnungen 8 angeordnet. Beide Zuführkanäle zeigen mit ihren Austrittsöffnungen 6, 8 zum einströmenden Verbrennungsluftström.Immediately next to this first feed channel 5, the second feed channel 7 with the corresponding second outlet openings 8 is arranged. Both feed channels point with their outlet openings 6, 8 to the incoming combustion air flow.
Durch die Stufung der Vormisch-Brennstoffmengen über getrennt voneinander beaufschlagbare Zuführkanäle kann die Eindringtiefe der Vormisch-Brennstoffmengen PI, P2 in den Verbrennungsluftstrom über den einenThe gradation of the premixed fuel quantities via feed channels which can be acted on separately from one another allows the depth of penetration of the premixed fuel quantities PI, P2 into the combustion air flow via one
Zuführkanal groß und über den anderen Zuführkanal klein eingestellt werden. Dies ist in Figur 2 schematisch dargestellt, welche Figur die Anordnung gemäß Figur 1 in einer möglichen Betriebsweise darstellt. Hierbei wird die Brennstoffmenge im ersten Zuführkanal 5 höher eingestellt als im zweiten Zuführkanal 7, so dass sich der Druck und somit die Austrittsgeschwindigkeit des Brennstoffs an den Austrittsöffnungen 6 im Vergleich zu den Austrittsöffnungen 8 erhöht. Der erste Vormisch- brennstoff PI aus dem ersten Zuführkanal 5 dringt somit tiefer in die Verbrennungsluftströmung ein als der Vormischbrennstoff P2 aus dem zweiten Zuführungskanal 7, wie dies in der Figur angedeutet ist. Die gleiche Wirkung kann auch durch unterschiedliche Öffnungsdurch- messer bzw. Durchströmquerschnitte der jeweiligenFeed channel large and set small via the other feed channel. This is shown schematically in FIG. 2, which figure shows the arrangement according to FIG. 1 in one possible operating mode. In this case, the amount of fuel in the first feed channel 5 is set higher than in the second feed channel 7, so that the pressure and thus the outlet speed of the fuel at the outlet openings 6 increase in comparison to the outlet openings 8. The first premix fuel PI from the first feed channel 5 thus penetrates deeper into the combustion air flow than the premix fuel P2 from the second feed channel 7, as is indicated in the figure. The same effect can also be achieved by different opening diameters or flow cross-sections of the respective
Austrittsöffnungen erreicht werden, wobei dann die durch die beiden Kanäle strömenden Brennstoffmengen bei ω t ro H o cπ o cπ O cπExit openings are reached, then the amount of fuel flowing through the two channels ω t ro H o cπ o cπ O cπ
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können beispielsweise als eingefräste Lufteintrittsschlitze oder als Reihen von Lufteintrittsbohrungen ausgebildet sein.can be formed, for example, as milled air inlet slots or as rows of air inlet bores.
Die in den vorangehenden und nachfolgenden Beispielen angeführten Kombinationen der Zuführkanäle sowie der Anordnung bzw. Ausgestaltung der Austritts- Öffnungen in den Zuführkanälen können beliebig verändert oder miteinander kombiniert werden. So lassen sich sämtliche Varianten der in den Figuren 4 bis 7 dargestellten Austrittsöffnungsanordnungen auch bei den Ausgestaltungen der Figuren 8 bis 16 anwenden. Dies gilt sowohl für die Verteilung, die Anzahl wie auch die Anordnung der einzelnen Austrittsöffnungen. Weiterhin lassen sich bei allen gezeigten Varianten in den beiden Zuführkanälen unterschiedliche Lochdurchmesser einsetzen. Auf diese Weise kann in der Stufe, die eine kleinere Brennstoffmenge aufnehmen soll, ein bestimmter Vordruck und eine gewünschte Austrittsgeschwindigkeit eingestellt werden. Der Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Ausgestaltungsvarianten sind hierbei keine Grenzen gesetzt. Der Fachmann wird die entsprechende Anordnung je nach gewünschter Einsatzbedingung und gewünschten Wirkungen wählen. Insbesondere ist es keineswegs zwingend, die Austrittsöffnungen in axialer Richtung äquidistant anzuordnen, wie es in allen Zeichnungen impliziert ist. Ganz im Gegenteil kann es sich als höchst vorteilhaft, erweisen, die Austrittsöf- fungen für den Vormischbrennstoff in einer willkürli- • chen axialen Verteilung anzuordnen, oder andereThe combinations of the feed channels and the arrangement or configuration of the outlet openings in the feed channels mentioned in the preceding and subsequent examples can be changed or combined with one another as desired. Thus, all variants of the outlet opening arrangements shown in FIGS. 4 to 7 can also be used in the embodiments of FIGS. 8 to 16. This applies both to the distribution, the number and the arrangement of the individual outlet openings. Furthermore, different hole diameters can be used in all of the variants shown in the two feed channels. In this way, a certain admission pressure and a desired exit speed can be set in the stage which is to take up a smaller amount of fuel. There are no limits to the possible combinations of the individual design variants. The person skilled in the art will choose the appropriate arrangement depending on the desired application condition and desired effects. In particular, it is in no way imperative to arrange the outlet openings equidistantly in the axial direction, as is implied in all drawings. On the contrary, it can be extremely advantageous to arrange the outlet openings for the premixed fuel in an arbitrary • axial distribution, or others
Verteilungsregeln, wie eine geometrische Stufung der axialen Abstände, zu implementieren. Das Gleiche gilt für den Einsatz unterschiedlicher Brennergeometrien oder die Kombination von Drallerzeugern mit Innenkörpern oder VormiSehrohren. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass die Verwirklichung der vorliegen- den Erfindung mit unterschiedlichsten Brennertypen sowie Kombinationen von Drallkörpern, Innenkörpern, VormiSehrohren und anderen bekannten Merkmalen von Brennern möglich ist.Implement distribution rules, such as a geometric grading of the axial distances. The same applies to the use of different burner geometries or the combination of swirl generators with inner bodies or premix pipes. It is apparent to the person skilled in the art that the present invention can be implemented with a wide variety of burner types and combinations of swirl bodies, inner bodies, pre-mixing tubes and other known burner features.
Weitere sehr vorteilhafte Ausführungsformen eines Brenners sind in den Figuren 19 bis 21 zu erkennen. Die dargestellten Brenner umfassen den kegelförmigen Drallkörper 1, in dessen Außenschalung an den Einströmkanten der Lufteintrittsschlitze eine erste Gruppe von Austrittsöffnungen 6 für Vormischgas angeordnet sind. Die Brenner sind weiterhin mit einer zentralen Brennstofflanze 12 ausgestattet, die an ihrem brennkammer- seitigen Ende, d.h. an ihrer Spitze, eine Düse aufweisen kann - wie im vorliegenden Beispiel-, die für einen flüssigen Brennstoff 13 oder für einen Pilotbrennstoff verwendbar ist . Um diese Düse herum können in bekannter Weise Austrittsöffnungen für Abschirmluft 14 vorgesehen sein. Neben den Brennstoffzufuhrungen zu der ersten Gruppe von Austrittsδffnungen 6 und einer Brennstoffzu- führung zur Eindüsung flüssigen Brennstoffes 13 an der Spitze der Brennstofflanze 12 weisen die dargestellten Brenner eine weitere BrennstoffZuführung zu einer zweiten Gruppe von Austrittsöffnungen 8 in der Brennstofflanze 12 auf. Die Austrittsöffnungen 8 der zweiten Gruppe sind im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse in der Mantelfläche der Brennstofflanze 12 angeordnet, wie in den Figuren 19 bis 21 ersichtlich ist, und vorzugsweise radialsymmetrisch um die Achse der Further very advantageous embodiments of a burner can be seen in FIGS. 19 to 21. The burners shown comprise the conical swirl body 1, in the outer formwork of which a first group of outlet openings 6 for premixing gas are arranged on the inflow edges of the air inlet slots. The burners are also equipped with a central fuel lance 12, which can have a nozzle at its end on the combustion chamber side, ie at its tip, as in the present example, which can be used for a liquid fuel 13 or for a pilot fuel. Outlet openings for shielding air 14 can be provided around this nozzle in a known manner. In addition to the fuel feeds to the first group of outlet openings 6 and a fuel feed for the injection of liquid fuel 13 at the tip of the fuel lance 12, the burners shown have a further fuel feed to a second group of outlet openings 8 in the fuel lance 12. The outlet openings 8 of the second group are arranged essentially in the direction of the burner axis in the lateral surface of the fuel lance 12, as can be seen in FIGS. 19 to 21, and are preferably radially symmetrical about the axis of the fuel lance
SD tö tsi Si tr1 P CQ Pi td < a td <! tuSD tö tsi Si tr 1 P CQ Pi td <a td <! tu
P fi μ- Φ SD Φ fi Φ μ- Φ a μ- 0 tiP fi μ- Φ SD Φ fi Φ μ- Φ a μ- 0 ti
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Bei dem Betrieb dieser Brenner werden beide Gruppen von Austrittsöffnungen 6, 8 mit Vormischgas beaufschlagt . Zündung und Anfahren des Brenners erfolgen in einer Betriebsweise, bei der das Vormisch- gas hauptsächlich über die Austrittsöffnungen 8 an der Brennstofflanze 12, im folgenden auch als Stufe 1 bezeichnet, in den Drallraum eingebracht wird. Bei steigender Last wird die Zufuhr des Vormischgases zur Stufe 1 verringert und die Zufuhr von Vormischgas über die erste Gruppe von Austrittsöffnungen 6, im folgenden als Stufe 2 bezeichnet, erhöht. Eine derartige Verteilung des Vormischbrennstoffes auf die Stufen 1 und 2 in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Brenners kann beispielhaft der Figur 22 entnommen werden. Auf diese Weise läßt sich beispielsweise eine Gasturbine mit einem derartigen Brenner von der Zündung bis zur Grundlast ohne eine Pilotstufe betreiben.During the operation of these burners, both groups of outlet openings 6, 8 are charged with premix gas. The burner is ignited and started in an operating mode in which the premix gas is introduced into the swirl chamber mainly via the outlet openings 8 on the fuel lance 12, also referred to below as stage 1. As the load increases, the supply of the premix gas to stage 1 is reduced and the supply of premix gas via the first group of outlet openings 6, hereinafter referred to as stage 2, is increased. Such a distribution of the premixed fuel to stages 1 and 2 depending on the operating state of the burner can be seen in FIG. 22 as an example. In this way, for example, a gas turbine with such a burner can be operated from the ignition to the base load without a pilot stage.
Die Zufuhr von Brennstoff zu den Stufen 1 und 2 wird über geeignete Ventile unabhängig gesteuert oder geregelt .The supply of fuel to stages 1 and 2 is independently controlled or regulated by suitable valves.
Die Figuren 23 und 24 zeigen Beispiele für die Zufuhr einer Brennstoffmenge PO zum Brenner. Bei beiden Beispielen verzweigt die Brennstoffleitung, um die Gesamtbrennstoffmenge PO auf eine Brennstoffmenge PI für die erste Gruppe von Austrittsöffnungen 6 und auf eine Brennstoffmenge P2 für die zweite Gruppe von Austrittsöffnungen 8 aufzuteilen.FIGS. 23 and 24 show examples of the supply of a fuel quantity PO to the burner. In both examples, the fuel line branches in order to divide the total fuel quantity PO into a fuel quantity PI for the first group of outlet openings 6 and a fuel quantity P2 for the second group of outlet openings 8.
In Figur 23 erfolgt die Einstellung des Auftei- lungs- bzw. Massenstromverhältnisses über je ein VentilIn FIG. 23, the division or mass flow ratio is set via one valve each
15 und 16 in jedem der Verzweigungen. Figur 24 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Ventil 16 vor der Verzweigung zur Einstellung der Gesamtbrennstoffmenge PO und ein weiteres Ventil 15 in der Verzweigung zur ersten Gruppe von Austrittsöffnungen 6 angeordnet ist. Durch Steuerung des Ventils 15 läßt sich auch hier das Massenstromverhältnis zwischen PI und P2 ändern. Selbstverständlich kann in diesem Beispiel das Ventil 15 auch in der Verzweigung zur zweiten Gruppe von Austrittsöffnungen 8 angeordnet sein.15 and 16 in each of the branches. Figure 24 shows an embodiment in which a valve 16 before the branch to adjust the total amount of fuel PO and another valve 15 is arranged in the branch to the first group of outlet openings 6. By controlling the valve 15, the mass flow ratio between PI and P2 can also be changed here. Of course, in this example the valve 15 can also be arranged in the branching to the second group of outlet openings 8.
Weiterhin lassen sich über eine derartige Anordnung auch mehrere Brenner gleichzeitig in dem einge- stellten Massenstromverhältnis mit Brennstoff versorgen, wie durch die gestrichelten Linien in den Figuren angedeutet ist.Furthermore, several burners can be supplied with fuel in the set mass flow ratio at the same time via such an arrangement, as is indicated by the dashed lines in the figures.
Bei beiden beispielhaften Ausführungsformen wird das Massenstromverhältnis P1/P2 durch Ansteuerung der Ventile in Abhängigkeit vom Betriebszustand desIn both exemplary embodiments, the mass flow ratio P1 / P2 is controlled by actuating the valves depending on the operating state of the
Brenners verändert . Die Änderung des Massenstromver- hältnisses kann in Abhängigkeit von verschiedenen Mess- und Betriebskennwerten gesteuert oder geregelt werden, wie dies bereits in einem vorangegangenen Teil der vorliegenden Beschreibung ausgeführt wurde. Die dargestellten Ausgestaltungen sind unabhängig von der Brennergeometrie und lassen sich bei allen Brennern der vorangegangenen Ausführungsbeispiele einsetzen.Brenners changed. The change in the mass flow ratio can be controlled or regulated as a function of various measurement and operating parameters, as has already been stated in a previous part of the present description. The configurations shown are independent of the burner geometry and can be used with all burners of the previous exemplary embodiments.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Drallerzeuger la Drallerzeuger-Teilkörper lb Drallerzeuger-Teilkörper lc Drallerzeuger-Teilkörper ld Drallerzeuger-Teilkörper1 swirl generator la swirl generator body lb swirl generator body lc swirl generator body ld swirl generator body
2 Drallräum 3 Brennerachse2 swirl rooms 3 burner axis
3a Achse eines Drallerzeuger-Teilkörpers3a axis of a swirl generator part body
3b Achse eines Drallerzeuger-Teilkörpers3b axis of a swirl generator part body
3c Achse eines Drallerzeuger-Teilkörpers 3d Achse eines Drallerzeuger-Teilkörpers3c axis of a swirl generator body 3d axis of a swirl generator body
4 Eintrittsöffnungen/Luftschlitze4 entry openings / louvers
5 erste Brennstoffzufuhrungen5 first fuel feeds
6 erste Brennstoff-Austrittsöffnungen6 first fuel outlet openings
7 zweite Brennstoffzufuhrungen 8 zweite Brennstoff-Austrittsöffnungen7 second fuel feeds 8 second fuel outlet openings
9 Innenkörper9 inner body
10 Vormischrohr10 premix tube
11 Verbrennungsluft11 combustion air
12 Brennstofflanze 13 flüssiger Brennstoff12 fuel lance 13 liquid fuel
14 Abschirmluft14 shielding air
15 Steuerventil15 control valve
16 Steuerventil16 control valve
PO Gesamtbrennstoffmenge PI erster VormischbrennstoffPO total fuel quantity PI first premixed fuel
P2 zweiter Vormischbrennstoff nl erste Anzahl von Bohrungen n2 zweite Anzahl von Bohrungen P2 second premix fuel nl first number of holes n2 second number of holes

Claims

Patentansprücheclaims
1. Verfahren zum Betrieb eines Brenners, der zumindest eine erste BrennstoffZuführung (5) mit einer ersten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung einer Brennerachse (3) angeordneten1. Method for operating a burner, which has at least one first fuel feed (5) with a first group arranged essentially in the direction of a burner axis (3)
Brennstoff-Austrittsöffnungen (6) für das Einbringen einer ersten Vormischbrennstoffmenge in einen Drallraum und eine oder mehrere zweite Brennstoffzufuhrungen (7) mit einer zweiten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse (3) angeordneten Brennstoff-Austrittsöffnungen (8) aufweist, wobei die zweiten Brennstoffzufuhrungen (7) unabhängig von der ersten Brennstof Zuführung (5) mit Brennstoff beaufschlagbar ist/sind, bei dem die Zufuhr des Brennstoffes über die ersten Brennstoffzufuhrungen (5) getrennt von der Zufuhr des Brennstoffes über die zweiten Brennstoffzufuhrungen (7) gesteuert oder geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der/den ersten und zweiten Brennstoffzufuhrungen (5, 7) der gleiche Brennstoff zugeführt wird.Has fuel outlet openings (6) for introducing a first amount of premixed fuel into a swirl chamber and one or more second fuel feeds (7) with a second group of fuel outlet openings (8) arranged essentially in the direction of the burner axis (3), the second Fuel supplies (7) can be acted upon independently of the first fuel supply (5), in which the supply of the fuel via the first fuel supply lines (5) is controlled or regulated separately from the supply of the fuel via the second fuel supply lines (7) , characterized in that the first and second fuel feeds (5, 7) are fed the same fuel.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der/den ersten und zweiten Brennstoffzufuhrungen (5, 7) Vormischbrennstoff zugeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the / the first and second fuel feeds (5, 7) premixed fuel is supplied.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der/den ersten und zweiten Brenn- stoffZuführungen (5, 7) gasförmiger Brennstoff zu- ω co to μ» o cπ o ι-π cπ 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the first and second fuel feeds (5, 7) supply gaseous fuel. ω co to μ »o cπ o ι-π cπ
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und dass wenigstens im Volllastbetrieb des Wärmeerzeugers der Brennstoff auf die ersten Brennstoffzufuhrungen (5) und wenigstens eine zweite BrennstoffZuführung (7) aufgeteilt wird.and that, at least in full load operation of the heat generator, the fuel is divided between the first fuel feeds (5) and at least one second fuel feed (7).
8. Brenner, im Wesentlichen bestehend aus einem8. Burner, consisting essentially of one
Drallerzeuger (1) für einen Verbrennungsluftström (11) , einem Drallraum (2) und Mitteln zur Einbringung von Brennstoff in den Verbrennungsluftstrom, wobei der Drallerzeuger (1) Brennluft- Eintrittsöf nungen (4) für den tangential in den Drallraum (2) eintretenden Verbrennungsluftstrom aufweist, die Mittel zur Einbringung von Brennstoff in den Verbrennungsluftstrom wenigstens eine erste BrennstoffZuführung (5) mit einer erstenSwirl generator (1) for a combustion air flow (11), a swirl chamber (2) and means for introducing fuel into the combustion air flow, the swirl generator (1) combustion air inlet openings (4) for the combustion air flow tangentially entering the swirl chamber (2) The means for introducing fuel into the combustion air flow have at least one first fuel feed (5) with a first one
Gruppe von im Wesentlichen in Richtung einer Brennerachse (3) angeordneten Brennstof -Austrittsöffnungen (6) für eine erste Vormischbrennstoffmenge (PI) umfassen und der Brenner eine oder meh- rere zweite Brennstoffzufuhrungen (7) mit einer zweiten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse (3) angeordneten Brennstoff- Austrittsöf nungen (8) für eine zweite Brennstoff- menge (P2) aufweist, welche zweite Brennstoff- Zuführungen (7) unabhängig von den ersten Brennstoffzufuhrungen (5) mit Brennstoff beaufschlagbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Drallraum (2) ein Innenkörper (9) an- geordnet ist, wobei die Brennstoff-Austrittsöffnungen (8) wenigstens einer zweiten Brennstoff- Zuführung (7) im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse (3) verteilt auf dem Innenkörper (9) angeordnet sind.Group of fuel outlet openings (6) arranged essentially in the direction of a burner axis (3) for a first premixed fuel quantity (PI) and the burner has one or more second fuel feeds (7) with a second group essentially in the direction of the burner axis (3) arranged fuel outlet openings (8) for a second fuel quantity (P2), which second fuel feeds (7) can be acted upon independently of the first fuel feeds (5), characterized in that in the swirl space (2) an inner body (9) is arranged, the fuel outlet openings (8) of at least one second fuel feed (7) being distributed essentially in the direction of the burner axis (3) on the inner body (9) are arranged.
9. Brenner nach Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkörper (9) eine Brennstofflanze (12) ist, die an ihrem brennraumseitigen Ende zumindest eine Austrittsdüse für flüssigen Brennstoff (13) und/oder Pilotbrennstoff aufweist .9. Burner according to claim 8, characterized in that the inner body (9) is a fuel lance (12) which has at least one outlet nozzle for liquid fuel (13) and / or pilot fuel at its combustion chamber end.
10. Brenner nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Innenkörper (9) in Richtung der Brennerachse (3) verteilt angeordneten Brennstoff- Austrittsöffnungen (8) in einem vom brennraumsei- tigen Ende entfernten axialen Teilbereich des Innenkörpers (9) angeordnet sind.10. Burner according to claim 8 or 9, characterized in that the fuel outlet openings (8) which are distributed on the inner body (9) in the direction of the burner axis (3) are arranged in an axial partial area of the inner body (9) remote from the end on the combustion chamber side. are arranged.
11. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet , dass die zweite Gruppe von Brennstoff-11. Burner according to one of claims 8 to 10, characterized in that the second group of fuel
Austrittsöffnungen (8) für die Zufuhr von Vormischbrennstoff ausgebildet ist .Outlet openings (8) is designed for the supply of premix fuel.
12. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Gruppen von Brennstoff- Austrittsöffnungen im Bereich zumindest einer der Brennluft-Eintrittsöffnungen (4) angeordnet ist.12. Burner according to one of claims 8 to 11, characterized in that at least one of the groups of fuel outlet openings is arranged in the region of at least one of the combustion air inlet openings (4).
13. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere erste Brennstoffzufuhrungen (5) und mehrere zweite Brennstoffzufuhrungen (7) vorgesehen sind, wobei jeder der ersten Brennstoffzufuhrungen (5) wenigstens eine zweite BrennstoffZuführung (7) zugeordnet ist.13. Burner according to one of claims 8 to 12, characterized in that a plurality of first fuel feeds (5) and a plurality of second fuel feeds (7) are provided, each of the first Fuel supply lines (5) is assigned to at least one second fuel supply line (7).
14. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Brennstoffzufuhrungen (7) unmittelbar benachbart zu ersten Brennstoffzufuhrungen (5) angeordnet sind.14. Burner according to one of claims 8 to 13, characterized in that second fuel feeds (7) are arranged immediately adjacent to first fuel feeds (5).
• 15. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennluft-Eintrittsöffnungen (4) im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse (3) verlaufende tangentiale Eintritts- schlitze sind.15. Burner according to one of claims 8 to 14, characterized in that the combustion air inlet openings (4) are tangential inlet slots running essentially in the direction of the burner axis (3).
16. Brenner nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass entlang jedem Eintrittsschlitz eine erste BrennstoffZuführung (5) mit einer ersten Gruppe von Brennstoff-Austrittsöffnungen (6) angeordnet ist .16. Burner according to claim 15, characterized in that a first fuel feed (5) with a first group of fuel outlet openings (6) is arranged along each inlet slot.
17. Brenner nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass entlang- jedem Eintrittsschlitz wenigstens eine zweite BrennstoffZuführung (7) mit einer zweiten Gruppe von Brennstoff-Austritts- Öffnungen (8) angeordnet ist.17. Burner according to claim 15 or 16, characterized in that at least one second fuel feed (7) with a second group of fuel outlet openings (8) is arranged along each inlet slot.
18. Br-enner nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoff-Austrittsöffnungen (8) einer oder mehrerer zweiter Brenn- stoffZuführungen (7) auf axialen Positionen zwischen den Brennstoff-Austrittsöffnungen (6) einer oder mehrerer ersten Brennstoffzufuhrungen (5) angeordnet sind. ω co co 1 o cπ o cπ o cπ to co to to H ω co μ> o CO18. Burner according to one of claims 8 to 17, characterized in that the fuel outlet openings (8) of one or more second fuel inlets (7) at axial positions between the fuel outlet openings (6) of one or more first fuel inlets (5) are arranged. ω co co 1 o cπ o cπ o cπ to co to to H ω co μ> o CO
N Öd t) P. td td rt > td φ CQ td a SD fi Φ SD fi μ- Φ a μ- μ- Φ üN Öd t) P. td td rt> td φ CQ td a SD fi Φ SD fi μ- Φ a μ- μ- Φ ü
3 CQ Φ p ra φ P ü CQ a P PC φ μ- ra P ra a rt Φ rt rt Φ Φ a a P P fi a fi fi 3 a a3 CQ Φ p ra φ P ü CQ a P PC φ μ- ra P ra a rt Φ rt rt Φ Φ a a P P fi a fi fi 3 a a
P. CQ Φ P. φ μ- μ- μ- a Φ φ μ- fi μ- fi rt SD rt rt φ N ü ra Ω φ rt X rt rt fi Φ rt tr P P m μ- CQ ra ra μ-P. CQ Φ P. φ μ- μ- μ- a Φ φ μ- fi μ- fi rt SD rt rt φ N ü ra Ω φ rt X rt rt fi Φ rt tr P P m μ- CQ ra ra μ-
SD SD SD aSD SD SD a
0= SD 0= 0= rt Ω SD rt , Ω X Ω Hi Hi Hl Φ tr Ω0 = SD 0 = 0 = rt Ω SD rt, Ω X Ω Hi Hi Hl Φ tr Ω
Φ Φ tr μ- PJ Hi Φ Hi Hi P P tr μ- P SD P a a P Φ μ-1 μ- -1 a a a SD rt ΦΦ Φ tr μ- P J Hi Φ Hi Hi PP tr μ- P SD P aa P Φ μ- 1 μ- - 1 aaa SD rt Φ
=» CQ Φ & a H a a X ~ μ- φ ra CQ a CQ CQ Φ CQ CQ μ- P μ- rt ti t) Φ μ- Φ Φ SD P φ ra φ fi μ. ti a j a a SD 3 φ P a φ a tr Φ CQ ra Ω μ- Ω -— - φ --^. ,-^ P ra P. a= tr t hü. fi σ> . Φ tr tsi tr ~-^ Φ ~ — ' m Pi ü= » CQ Φ & a H aa X ~ μ- φ ra CQ a CQ CQ Φ CQ CQ μ- P μ- rt ti t) Φ μ- Φ Φ SD P φ ra φ fi μ. ti a j aa SD 3 φ P a φ a tr Φ CQ ra Ω μ- Ω -— - φ - ^ . , - ^ P ra P. a = tr t hü. fi σ>. Φ tr tsi tr ~ - ^ Φ ~ - 'm Pi ü
Φ 3 to Φ co μ- Φ μ- ι fi φ μ> fi μ> < Ω 00 a μ- Φ > μ- « Φ - Φ tr P PΦ 3 to Φ co μ- Φ μ- ι fi φ μ> fi μ><Ω 00 a μ- Φ> μ- «Φ - Φ tr PP
SD μ- ti Φ P. tr öd ra i P Pi Ω (X rt P SD Φ ü ti i φ SD tr SD Φ a P. fi φ tiSD μ- ti Φ P. tr öd ra i P Pi Ω (X rt P SD Φ ü ti i φ SD tr SD Φ a P. fi φ ti
Φ fi P φ P μ- P P μ- φ P a= a • a a Φ Φ φ μ- P ΩΦ fi P φ P μ- P P μ- φ P a = a • a a Φ Φ φ μ- P Ω
SD H ar fi rt fi fi Ω CQ trSD H ar fi rt fi fi Ω CQ tr
X Ω μ- Ω Φ td t rt Φ μ- tr Ω t CQ td fi fi 0X Ω μ- Ω Φ td t rt Φ μ- tr Ω t CQ td fi fi 0
SD tr μ- fi φ Pi Hl ooSD tr μ- fi φ Pi Hl oo
CQ LQ a Φ Ω P Φ HlCQ LQ a Φ Ω P Φ Hl
Φ Φ P Φ P P fi P ti 1 trΦ Φ P Φ P P fi P ti 1 tr
P PC μ- pc • P a m to μ-P PC μ- pc • P a m to μ-
Φ Ω Φ μj ti et öd a CQ μ] P tr a a t) o ti ra φ P rt P Hl φ Hl Φ et μ> μ- N N rt a Hi P 00Φ Ω Φ μ j ti et öd a CQ μ] P tr aat) o ti ra φ P rt P Hl φ Hl Φ et μ> μ- NN rt a Hi P 00
Φ a= Φ 1 1 P μ- tr μ- tr μ- SD ctΦ a = Φ 1 1 P μ- tr μ- tr μ- SD ct
Φ Ω Φ Ω a a rt P- fi tr i tr Hi Hi ra SD φ P H1 P rt 1 P μ- Φ SD Φ $, 1Φ Ω Φ Ω aa rt P- fi tri tr Hi Hi ra SD φ PH 1 P rt 1 P μ- Φ SD Φ $, 1
Ω rt ti rt Φ aΩ rt ti rt Φ a
H tr - 1 *" μ- ΩH tr - 1 * "μ- Ω
Φ ι tr Φ ι tr
24. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoff-Austrittsöffnungen (6, 8) von zwei oder mehreren Gruppen unterschiedliche Durchstrδmquerschnitte aufweisen.24. Burner according to one of claims 8 to 23, characterized in that the fuel outlet openings (6, 8) of two or more groups have different flow cross-sections.
25. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur unabhängigen Steuerung der Vormischbrennstoffzufuhr zu der bzw. den ersten (5) und zu der bzw. den zweiten Brennstoff- Zuführungen (7) vorgesehen sind.25. Burner according to one of claims 8 to 24, characterized in that means are provided for independently controlling the premix fuel supply to the one or more (5) and to the or the second fuel supply (7).
26. Brenner nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur unabhängigen Steuerung der Vormischbrennstoffzufuhr eine gemeinsame Brennstoffleitung aufweisen, die in eine erste Zufuhrleitung zu der bzw. den ersten (5) und in eine zweite Zuführleitung zu der bzw. den zweiten Brennstoffzufuhrungen (7) verzweigt, wobei zumindest in einer der Zufuhrleitungen ein Ventil (15, 16) zur Einstellung der Durchflussmenge an Brennstoff angeordnet ist.26. Burner according to claim 25, characterized in that the means for independently controlling the premix fuel supply have a common fuel line, which leads into a first supply line to the first or the first (5) and in a second supply line to the or the second fuel supply ( 7) branches, a valve (15, 16) for adjusting the flow rate of fuel being arranged in at least one of the supply lines.
27. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der zweiten Brenn- stoffZuführungen (7) unabhängig voneinander mit Brennstoff beaufschlagbar sind. 27. Burner according to one of claims 8 to 26, characterized in that several of the second fuel feeds (7) can be supplied with fuel independently of one another.
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