EP1292795B1 - Method for operating a burner with staged premix gas injection - Google Patents
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- EP1292795B1 EP1292795B1 EP01951833A EP01951833A EP1292795B1 EP 1292795 B1 EP1292795 B1 EP 1292795B1 EP 01951833 A EP01951833 A EP 01951833A EP 01951833 A EP01951833 A EP 01951833A EP 1292795 B1 EP1292795 B1 EP 1292795B1
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- fuel supply
- outlet openings
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/286—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
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- F23C7/002—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
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- F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
- F23D17/002—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or liquid fuel
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- F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
- F23C2900/07002—Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners
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- F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
- F23D2900/14—Special features of gas burners
- F23D2900/14021—Premixing 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 im Essentially arranged in the direction of the burner axis Fuel outlet openings for the introduction of a first premix fuel in a swirl chamber and one or more second fuel feeds with a second group of essentially in the direction the burner axis arranged fuel outlet openings wherein the second fuel feeds independent of the first fuel supply can be acted upon with fuel.
- a conical burner consisting of several shells a so-called double-cone burner, according to the preamble of claim 1 is known.
- the conical swirl generator composed of several shells, a swirl flow is generated in the conical interior enclosed by the partial cone shells. Due to a jump in cross section at a combustion chamber end of the burner, the swirl flow becomes unstable, and turns into an annular swirling flow with backflow in the core. This backflow allows the stabilization of a flame front at the burner outlet.
- the shells of the swirl generator are assembled in such a way that tangential air inlet slots for combustion air are formed along the burner axis.
- Feed lines for a gaseous premix fuel which have outlet openings for the premix gas distributed in the direction of the burner axis, are provided on the inflow edge of the conical shells formed in this way.
- the gas is injected through the outlet openings or bores transversely to the air inlet gap. This injection, in conjunction with the swirl generated in the swirl space of the combustion air-fuel gas flow to a good mixing of the fuel or premixed gas with the combustion air. Good mixing in such premix burners is the prerequisite for low NO x values during the combustion process.
- a burner for a Heat generator known after the swirl generator an additional mixing section to the other Mixing of fuel and combustion air having.
- This mixing section can, for example, as Downstream pipe be executed, in which the the swirl generator exiting flow without significant Flow losses is transferred. Through this additional mixing distance can be the degree of mixing further increased and thus the pollutant emissions be 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 via feeders with corresponding outlet openings in the swirl space, which are arranged along the axially extending air inlet slots.
- This burner has in the conical inner body in addition to a central supply of fuel gas, which can be injected near the outlet opening of the burner for piloting into the swirl space.
- This additional pilot stage is used to start the burner.
- the supply of the pilot gas in the outlet region of the burner leads to increased NO x emissions, since in this area only an insufficient mixing with the combustion air can take place.
- EP 0918191 A1 shows a generic Burner for operating a heat generator that is parallel to a first feeder for fuel also one second feeder for another type of fuel that matched to the other fuel type is. Both feeds are independent. controllable. By this configuration, the burner without modification with different fuel types operate.
- the premixing gas is injected into the air inlet gap by means of feeds with outlet openings arranged essentially in the direction of the burner axis.
- the characteristic of the injection with regard to penetration depth and mixing of the gas jets and the fuel distribution along the air inlet slots or the burner axis are predetermined.
- the arrangement of the outlet openings thus already determines the mixing quality of the gas and the combustion air and the fuel distribution at the burner outlet.
- a burner with swirl body and swirl space which has at least one first fuel feed with a first group of fuel exit openings arranged substantially in the direction of a burner axis for introducing a first premix fuel quantity into the swirl space and one or more second fuel feeds with a second one Group of substantially arranged in the direction of the burner axis fuel outlet openings, wherein the second fuel supply is acted upon regardless of the first fuel supply with fuel / are.
- 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, wherein the same fuel is supplied to the first and second fuel feeds.
- the burner can be stabilized even with changes in load, gas quality or gas preheating temperature with approximately constant NO x emission values operate.
- the fuel used as Vormischbrennstoff and in variable mass flow ratio to the first and split second feedings is hereby the fuel used as Vormischbrennstoff and in variable mass flow ratio to the first and split second feedings.
- the feed of Premix fuel differs from the feed of pilot fuel, i. of fuel for the Realization of a pilot stage, in that premix fuel with a higher momentum, preferably across to the flow of combustion air, in the swirl chamber is introduced.
- pilot fuel i. of fuel for the Realization of a pilot stage
- premix fuel with a higher momentum, preferably across to the flow of combustion air, in the swirl chamber is introduced.
- the burner is in a Operated diffusion mode.
- the fuel is load-dependent distributes the first and second fuel feeds placed in the burner.
- the Brenners is in a first operating state in the Essentially the total amount of fuel over or the first fuel feeds supplied and over the first group of fuel outlets in the Combustion air flow introduced, and in one further operating state at least a part of total amount of fuel over at least one of second fuel supply to the second group of fuel discharge openings in the combustion air flow brought in.
- the burner is operated in a heat generator, so can in a part load condition of the heat generator of entire fuel over the first fuel feeds be fed, and in full load operation of the Heat generator the fuel on the first fuel supplies and one or more second fuel feeds be split.
- fuel on the first and second Fuel feeds can be the distribution also control according to other company sizes. So can the Fuel, for example, depending on measured combustion chamber pulsations of a gas turbine, pollutant emissions, measured material temperatures, from that through a flame position sensor detected flame position or other measuring or Operating parameters on the first and second fuel feeds be distributed.
- the one or more second fuel feeds by which the amount of premix fuel, the over the second group of fuel outlet openings is injected into the swirling space, and thus also the fuel pre-pressure - independent of the amount of premix fuel can be adjusted can, which flows over the first fuel supply, can be a simple adjustment of the mixture distribution and the quality of mixing to different boundary conditions to reach. Furthermore, by this configuration also a balance of different Wobbe numbers achieved by, for example, the first Fuel feeds a certain power or carry a certain volume flow and the rest of the Power or the volumetric flow over the second Fuel feeds is driven.
- the invention also includes such embodiments one in which next to first and second also third, fourth, etc.
- Brennstoffzu Crystalugen available and be fueled independently.
- a burner which can be used by way of example for carrying out the method according to the invention consists of a swirl generator for a combustion air flow, a swirl space and means for introducing fuel into the Combustion air flow, wherein the swirl generator combustion air inlet openings for the tangential in the Having swirling space entering combustion air flow, the means for introducing fuel into the Combustion air flow one or more first fuel feeds with a first group of im Essentially arranged in the direction of the burner axis Fuel outlet openings for a first amount of premix fuel include and the burner one or several second fuel feeds with a second Group of essentially in the direction of the burner axis arranged fuel outlet openings for a second fuel quantity, preferably a premix fuel quantity, which second fuel feeds independent of the first fuel supply (s) be acted upon with fuel is / are.
- the burner is characterized in the described Preferred variant characterized in that in the swirl chamber an inner body is arranged, wherein the fuel outlet openings at least a second fuel supply essentially in the direction of the burner axis distributed on the inner body are arranged.
- Inner body is a preferred Embodiment to a fuel lance
- the Swirl space is arranged on the burner axis.
- one or more of the first Groups of fuel outlets in the area at least one of the combustion air inlet openings arranged.
- the exemplary Brenners are also some of the second fuel feeders right next to the first fuel feeds, preferably parallel to these, arranged. This should be at least a second fuel supply provided next to each first fuel supply be.
- the second Fuel supplies also independent of the first fuel supply in a symmetrical arrangement can be provided on the swirl generator.
- the geometry the swirl generator is irrelevant here. So can conical swirl generators, as described in the beginning mentioned prior art documents are known, for example, with two, four or more Air inlet slots, are used. Others too Geometries, such as cylindrical swirl generators or cylindrical swirl generators with conical or cylindrical Inner bodies can be used.
- the second fuel feeds are in an embodiment of the burner on the outer shell of the swirl body and in particular to the Air inlet slots are arranged along this.
- Essential in the present burner is that the second fuel feeds a plurality of substantially in the direction of the burner axis distributed fuel outlet openings have sufficient To be able to achieve premixing.
- the outlet openings are usually on parallel or under one a conical shape of the swirl generator or inner body predetermined angle to the burner axis extending Axes.
- the second fuel outlet openings the second fuel feeds in comparison to the first fuel outlets other mutual distances or flow cross sections exhibit.
- the respective fuel outlets also the same mutual Have distances, but offset from each other be. This leads to a more uniform injection of the premix fuel into the swirl space.
- the first fuel outlet openings over the entire axial extent of Combustion air inlet openings, the second fuel outlet openings but only in a certain be arranged axial portion.
- first fuel outlet openings only in a first axial portion and the second fuel outlets only in a subsequent to the first subarea provide second axial portion - or vice versa.
- first and second fuel feeds with the Premix fuel are these with different Equipped connections.
- Means for independent regulation or Control of premix fuel supply to the first and the second fuel supply lines Preferably, in addition Means for independent regulation or Control of premix fuel supply to the first and the second fuel supply lines.
- the different supply for example, by a suitable control valve can be controlled.
- the burners are in strong Schematically illustrated embodiment, so that only in each case at a position for the respective explanation essential features highlighted are.
- the further design of the illustrated Brenner is the expert among others from the The prior art cited common documents that an integral part of the present Show description.
- the fuel will furthermore referred to as premix fuel; it understands itself that part of the total fuel amount in certain load ranges also as pilot fuel to further increase the flame stability can be introduced. Feeders for pilot fuel are not shown in any of the figures, as they are are not essential to the invention; in knowledge of Prior art, the expert but this without More in the example shown burner implement, if he deems it necessary.
- FIG. 1 shows a first example of a burner represented, with the inventive method can be operated.
- FIG. 1a shows an arrangement the first 5 and second fuel feeds 7 for a cone-shaped swirl burner 1.
- the outer formwork of this swirl body 1 is connected to the Einströmkanten the air inlet slots, as they Person skilled in the art are known, in addition the first feed 5 for a first premix fuel quantity P1 a second feed 7 for a second Premix fuel quantity P2 arranged.
- These two Feeder can be independently with each other Premix fuel, that is, for example the mass flow of the second premix fuel P2, which flows through the second supply 7, independently from the mass flow of the first premix fuel P1 can be adjusted by the first feeder 5. This is due to the different feed lines indicated by the arrows.
- the burner is in vertical section represented by the burner axis 3.
- the two shells 1a, 1b of the swirl body to recognize are with the actual Burner axis 3 offset symmetry axes 3a, 3b arranged, such that between them air inlet slots 4 is formed for the combustion air 11 are.
- the first Feed channel 5 with the corresponding outlet openings 6 to recognize the premix fuel.
- the second supply channel 7 with the corresponding second outlet openings 8 arranged. Both feed channels show with their outlet openings 6, 8 for incoming combustion air flow.
- FIG. 3 shows a variant of the arrangement of the feed channels and the outlet openings.
- the conical swirl body 1 with each a first and a second supply channel 5, 7 for Illustration shown in a simplified form.
- the two feed channels are also here parallel next to each other on - not shown - tangential air inlet slot.
- the two feed channels have the same number of Holes n1 and n2 on.
- the holes are even distributed along the burner axis 3, wherein the axial arrangement of the holes 8 of the second feed 7 at a gap to the axial arrangement of the holes. 6 set the first premix fuel supply is.
- the number of holes n1 and n2 also be different from each other.
- FIG. 4 shows an arrangement in which the Holes 6 of the first feed channel 5 in a conventional manner in the direction of the burner axis 3 in even mutual distance are distributed.
- the holes 8 of the second feed channel 7 are in this example only over the first half of the swirl space towards the Burner axis 3 distributed. Through this hole arrangement can an enrichment of the fuel mixture in the burner center by connecting this second stage - the Premix fuel supply via the second feed 7 - be achieved.
- FIG. 5 shows a similar arrangement in which the Holes 8 of the second feed channel also, as in Figure 4 in the first region of the swirl space in the direction the burner axis 3 are arranged.
- the holes 6 of the first feed channel. 5 not over the entire length of the swirl space in the direction the burner axis 3 distributed, but only in second, directed to the burner exit part.
- the Number n1 or n2 of the respective holes can vary depending on Requirements are selected. These can be the same or also be different.
- a comparable embodiment with interchanged Arrangement of the outlet holes 6, 8 in the direction of Burner axis 1 show the figures 6 and 7.
- the enrichment can be the outer region of the burner, that is the of Combustion chamber facing area, with the second Reach level.
- a desired concentration gradient of the fuel be adjusted along the burner axis.
- FIG. 8 shows another example of the embodiment a burner according to the invention in strong schematic representation.
- a purely cylindrical swirl body 1 used.
- the two in the figure, indicated feeds 5, 7 with the first 6 and second outlet openings 8 can in be configured and arranged in the same way as this already in connection with the preceding Figures was explained.
- FIG. 9 shows this again with the first 5 and the second feed channel 7 with the corresponding outlet openings 6, 8.
- these feed channels are side by side in the outer formwork of the swirl body. 1 arranged.
- FIG. 10 shows an example of an embodiment the burner according to the invention, wherein the second Feed channel 7 arranged on the cylindrical inner body 9 is.
- the second supply channel 7 is in this case preferably arranged inside the outer wall of the inner body 9, although in this case too, as with the previous ones Examples a symmetrical distribution of several Feed channels 7 are selected around the burner axis 3 should. However, in this example it is also possible the second supply 7 centrally in the inner body. 9 let go, in which case the outlet openings 8 via corresponding radial channels for Twist space 2 must be formed. In the front itself tapered portion of the inner body 9 can also one or more additional outlet openings with a correspondingly separate feed for fuel be provided (as a pilot stage) or air.
- FIGS. 11 to 14 schematically show examples for further swirl generator geometries with which the present invention can be realized.
- FIGS. 11 to 14 schematically show examples for further swirl generator geometries with which the present invention can be realized.
- FIGS. 11 to 14 are from top to bottom with a burner conical swirl body 1 and conical inner body 9, a burner with in the form of an inverted cone trained swirl body 1 and conical inner body 9, a burner with tulip-shaped and a burner with funnel-shaped swirl body 1 shown.
- the second feeds both in the swirl body 1 as well as in the inner body. 9 be arranged.
- All geometries shown here are common that the axial flow area of the Swirl space in the area of the swirl body to the burner outlet increases. This is not absolutely necessary Prerequisite for a premix burner, but is an advantageous embodiment of Swirl generator.
- FIGS. 17 and 18 show schematically two examples of the structure of a swirl body in cross-section, as with a burner can be used.
- Figure 17 is a swirl body represented, which are offset from four against each other Shells 1a, 1b, 1c, 1d composed in the illustrated arrangement four tangential air inlet slots 4 form.
- the cups can be shown in the picture Cross-section different, for example circular segment, elliptical or oval, be formed.
- at the dargestllten configuration are the body part 1a, 1b, 1c, 1d arranged so that their respective central axes 3a, 3b, 3c, 3d offset to the actual Burner axis are arranged.
- the design of a Burner, with or without premix tube, with one such geometry can in detail that of EP 321 809 or EP 0780629.
- FIG. 18 shows a monolithic swirl body 1 with tangential air inlet openings introduced therein 4 shown.
- the air inlet openings 4 For example, as milled air entry slots or as rows of air intake holes be educated.
- outlet openings in the axial To arrange direction equidistant, as it is in all Drawings is implied.
- FIG. 19 to 21 Further very advantageous embodiments of a Burner can be seen in Figures 19 to 21.
- the illustrated burners include the cone-shaped Swirl body 1, in its outer formwork at the inflow edges the air inlet slots a first group of Outlet openings 6 are arranged for premixed gas.
- the burners are still with a central fuel lance 12 fitted, the at their combustion chamber side End, i. at its tip, have a nozzle can - as in this example - be used for one liquid fuel 13 or for a pilot fuel is usable.
- nozzle Around this nozzle around in known Way outlet openings for shielding air 14 is provided be.
- the illustrated Burner another fuel supply to a second group of outlet openings 8 in the fuel lance 12 on.
- the outlet openings 8 of the second Group are essentially in the direction of the burner axis arranged in the lateral surface of the fuel lance 12, as can be seen in Figures 19 to 21, and preferably radially symmetrical about the axis of Fuel lance 12 distributed. They allow the radial directed from the fuel lance 12 outward Injecting fuel into the swirl chamber.
- the number and size of these outlet openings 8 and their Distribution on the fuel lance 12 - in axial Direction and circumferential direction - is dependent on the respective requirements of the burner such as extinction limits, Pulsations and setback limits selected.
- the fuel lance 12 may be relatively far in extend the swirl space (see Figures 19 and 20; “Long Lance EV Brenner ”) or just a short piece in protrude the swirl space (Fig. 21).
- the second group of outlet openings 8 preferably in rear, i. farthest from the combustion chamber removed, area of the swirl space at the fuel lance 12 arranged as indicated in the figures.
- the embodiment of Fig. 19 leaves a very advantageous stepped operation of the burner, at both the fuel feeds to the first Group of outlet openings 6 and the fuel feeds to the second group of outlet openings 8 are fed with premix gas.
- the Independent Control possibility of the fuel supply to the first and second group of outlet openings 6, 8 allows one to the respective operating conditions of the Burner or the burner using the system optimally adapted mode of operation.
- the second group of Outlets 8 are located on the fuel lance 12 in this example, outlet openings of the first Group of outlet openings 6 on the swirl body. 1 opposite, so that the first and second group of Outlet openings 6, 8 in certain operating conditions for example, also exclusively, i. without the each other group, be fueled can.
- the one shown in the figure Burner with appropriate supply of fuel and corresponding embodiment of the second group of Outlets over these outlet openings 8 also be operated in diffusion mode.
- the spatial Separation of the outlet openings 8 of the injection liquid fuel 13 at the top of the fuel lance 12 can be contrasted in this case known burners the penetration of fuel droplets or fuel vapor into the fuel supply system for the second group of outlet openings 8 avoid.
- FIG. 20 shows an embodiment of a burner, which are also in the very advantageous tiered Operation can be operated.
- the outlet openings 6 closed or there are no outlet openings 6 provided because their function of the outlet openings 8 is taken on the fuel lance 12.
- Figure 21 shows the same burner with shortened Fuel lance 12, for the same operation is trained.
- a gas turbine can be with such a burner from the ignition operate up to the base load without a pilot stage.
- the supply of fuel to stages 1 and 2 is controlled independently via suitable valves or regulated.
- Figures 23 and 24 show examples of the feed a fuel amount P0 to the burner. By both Examples branches the fuel line to the Total fuel quantity P0 to a fuel quantity P1 for the first group of outlet openings 6 and on a fuel amount P2 for the second group of Distribute outlet openings 8.
- FIG 23 the discontinuation of the distribution or mass flow ratio via one valve 15 and 16 in each of the branches.
- Figure 24 shows an embodiment in which a valve 16 before the Branching to set the total fuel quantity P0 and another valve 15 in the branch to first group of outlet openings 6 is arranged.
- the valve 15 can be here also the Change the mass flow ratio between P1 and P2.
- the valve 15 also in the branch to the second group of Outlets 8 may be arranged.
- the mass flow ratio P1 / P2 by controlling the Valves depending on the operating condition of the Brenner changed.
- the change of the mass flow ratio may vary depending on different measuring and operating characteristics are controlled or regulated, like this already in a previous part of the this description has been carried out.
- the Embodiments shown are independent of the Burner geometry and can be with all burners of use previous embodiments.
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Abstract
Description
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-Austrittsöffnungen für das Einbringen einer ersten Vormischbrennstoffmenge in einen Drallraum und eine oder mehrere zweite Brennstoffzuführungen mit einer zweiten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse angeordneten Brennstoff-Austrittsöffnungen aufweist, wobei die zweiten Brennstoffzuführungen unabhängig von der ersten Brennstoffzuführung mit Brennstoff beaufschlagbar ist/sind.The present invention relates to a method for operating a burner, the at least one first Fuel supply with a first group of im Essentially arranged in the direction of the burner axis Fuel outlet openings for the introduction of a first premix fuel in a swirl chamber and one or more second fuel feeds with a second group of essentially in the direction the burner axis arranged fuel outlet openings wherein the second fuel feeds independent of the first fuel supply can be acted upon with fuel.
Aus der EP 0 321 809 ist ein aus mehreren Schalen
bestehender kegelförmiger Brenner, ein sogenannter
Doppelkegelbrenner, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
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 Lufteintrittsschlitze
für Verbrennungsluft gebildet werden. An der
hierdurch gebildeten Einströmkante der Kegelschalen
sind Zuführungen für einen gasförmigen Vormischbrennstoff,
vorgesehen, die in Richtung der Brennerachse
verteilte Austrittsöffnungen für das Vormischgas
aufweisen. Das Gas wird durch die Austrittsöffnungen
bzw. Bohrungen quer zum Lufteintrittsspalt eingedüst.
Diese Eindüsung führt in Verbindung mit dem im Drallraum
erzeugten Drall der Verbrennungsluft-Brenngas-Strömung
zu einer guten Durchmischung des Brenn- bzw.
Vormischgases mit der Verbrennungsluft. Eine gute
Durchmischung ist bei derartigen Vormischbrennern die
Voraussetzung für niedrige NOx-Werte beim Verbrennungsvorgang.From
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 nennenswerte
Strömungsverluste überführt wird. Durch diese
zusätzliche Mischstrecke kann der Vermischungsgrad
weiter erhöht und damit die Schadstoffemissionen
verringert werden.To further improve such a burner
is from
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 Vormischgas 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 des 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.WO 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 via feeders with corresponding outlet openings in the swirl space, which are arranged along the axially extending air inlet slots. This burner has in the conical inner body in addition to a central supply of fuel gas, which can be injected near the outlet opening of the burner for piloting into the swirl space. This additional pilot stage is used to start the burner. However, the supply of the pilot gas in the outlet region of the burner leads to increased NO x emissions, since in this area only an insufficient mixing with the combustion air can take place.
Die EP 0918191 A1 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. EP 0918191 A1 shows a generic Burner for operating a heat generator that is parallel to a first feeder for fuel also one second feeder for another type of fuel that matched to the other fuel type is. Both feeds are independent. controllable. By this configuration, the burner without modification with different fuel types operate.
Bei allen dargestellten Brennern erfolgt die Eindüsung des Vormischgases im Lufteintrittsspalt durch Zuführungen mit im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse angeordneten Austrittsöffnungen. Damit sind die Charakteristik der Eindüsung hinsichtlich Eindringtiefe und Einmischung der Gasstrahlen sowie die Brennstoffverteilung entlang der Lufteintrittsschlitze 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.In all the illustrated burners, the premixing gas is injected into the air inlet gap by means of feeds with outlet openings arranged essentially in the direction of the burner axis. Thus, the characteristic of the injection with regard to penetration depth and mixing of the gas jets and the fuel distribution along the air inlet slots or the burner axis are predetermined. The arrangement of the outlet openings thus already determines the mixing quality of the gas and the combustion air and the fuel distribution at the burner outlet. These variables are in turn crucial for NO x emissions, extinguishing and flashback limits, and burner stability 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.For different loads, gas qualities or Gas preheating temperatures, however, are different Gasprordrücke on the outlet openings, the again to different premix conditions and Mixing qualities at the fuel outlet lead. From the different premix conditions then result different emission levels and stability conditions, that of the load, the gas quality and the Gas preheating are dependent. The famous burner can therefore only be used for very specific value ranges operate this parameter optimally.
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.Problematic in the operation of premix burners especially in gas turbines is the partial load range because here the combustion air only comparatively small amounts of fuel be mixed. At the full Mixing the fuel with all the air though A mixture is formed, which is just in the lower one Part load range is no longer flammable, or only to be able to form a very unstable flame. This can lead to harmful combustion pulsations or lead to complete extinction 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 Umfangsrichtung ungleichförmiges Temperaturprofil im Brennkammeraustritt einstellt.For an adaptation of the known burner to certain Emission levels or on a specific stability window at different loads, ambient conditions, Gas qualities and preheating temperatures On the one hand, there is currently the possibility of using it of multi-burner arrangements, the premix or Premix gas supply to individual burner groups to rate. However, this is only with multi-row burner arrangements possible. For single row annillar combustors this one has Technology has the disadvantage of being a circumferential non-uniform temperature profile in the combustion chamber outlet established.
Eine andere Möglichkeit ist, Brenner, wie oben bereits 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 option is Brenner, as above briefly touched, with a so-called pilot fuel supply equip. The burners will be then at very high air ratios as a diffusion burner operated. This results in a superior one hand Flame stability, but on the other hand in high Emission values and other operational Disadvantages.
Aus der EP 433 790 ist ein Doppelkegelbrenner bzw. ein Verfahren zum Betrieb eines Doppelkegelbrenners bekannt geworden, bei dem über längs der tangentialen Lufteintrittsöffnungen angeordnete Düsen ein erster Brennstoff, beispielsweise Erdgas, in den Verbrennungsluftstrom eingedüst wird, während stromauf des Eintritts der Luft in den Brenner im Bereich der Eintrittsschlitze Kanäle mit Injektoren ausgebildet sind, über die ein zweiter, vom ersten Brennstoff verschiedener Brennstoff, beispielsweise ein mittelkalorisches Gas, das in der Regel leicht entzündlichen Wasserstoff enthält, eingedüst wird.From EP 433 790 is a double-cone burner or a method for operating a Double cone burner has become known in which over along the tangential Air inlet openings arranged a first fuel, for example natural gas, in the combustion air stream is injected while upstream of the entry of air into the Burner in the area of the entrance slits channels with injectors are formed over the one second, different from the first fuel fuel, such as a mittelkalorisches Gas, which usually contains flammable hydrogen, is injected.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betrieb eines Brenners 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, with which the burner can be operated stably even when the load, the gas quality or the gas preheating temperature with approximately constant NO x emission values in Vormischbetrieb possible.
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß den Patentansprüchen
1 und 7
gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterentwicklungen sowie der Verfahren
sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by the method according to the
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 Brennstoffzuführungen mit einer zweiten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse angeordneten Brennstoff-Austrittsöffnungen aufweist, wobei die zweite Brennstoffzuführungen unabhängig von der ersten Brennstoffzuführung mit Brennstoff beaufschlagbar ist/sind. Zum Betrieb des Brenners wird die Zufuhr des Brennstoffes über die ersten Brennstoffzuführungen getrennt von der Zufuhr des Brennstoffes über die zweiten Brennstoffzuführungen gesteuert oder geregelt, wobei der/den ersten und zweiten Brennstoffzuführungen der gleiche Brennstoff zugeführt wird. Über die Steuerung des Massenstromverhältnisses der über die ersten Brennstoffzuführungen zugeführten ersten Brennstoffmenge zu einer über die zweiten Brennstoffzuführungen 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.In the present method, a burner with swirl body and swirl space is used which has at least one first fuel feed with a first group of fuel exit openings arranged substantially in the direction of a burner axis for introducing a first premix fuel quantity into the swirl space and one or more second fuel feeds with a second one Group of substantially arranged in the direction of the burner axis fuel outlet openings, wherein the second fuel supply is acted upon regardless of the first fuel supply with fuel / are. For operation of 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, wherein the same fuel is supplied to the first and second fuel feeds. By controlling the mass flow ratio of the first quantity of fuel supplied via the first fuel feeds to a second quantity of fuel supplied via the second fuel feeds during operation of the burner, the burner can be stabilized even with changes in load, gas quality or gas preheating temperature with approximately constant NO x emission values operate.
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 is hereby the fuel used as Vormischbrennstoff and in variable mass flow ratio to the first and split second feedings. The feed of Premix fuel differs from the feed of pilot fuel, i. of fuel for the Realization of a pilot stage, in that premix fuel with a higher momentum, preferably across to the flow of combustion air, in the swirl chamber is introduced. When introducing fuel as a pilot fuel, however, the burner is in a Operated diffusion mode.
Vorzugsweise wird der Brennstoff lastabhängig auf die ersten und zweiten Brennstoffzuführungen verteilt in den Brenner eingebracht.Preferably, the fuel is load-dependent distributes the first and second fuel feeds placed in the burner.
Bei einer weiteren bevorzugten Betriebsweise des Brenners wird in einem ersten Betriebszustand im Wesentlichen die gesamte Brennstoffmenge über den bzw. die ersten Brennstoffzuführungen 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 Brennstoffzuführungen mit der zweiten Gruppe von Brennstoff-Austrittsöffnungen in den Verbrennungsluftstrom eingebracht. In a further preferred operation of the Brenners is in a first operating state in the Essentially the total amount of fuel over or the first fuel feeds supplied and over the first group of fuel outlets in the Combustion air flow introduced, and in one further operating state at least a part of total amount of fuel over at least one of second fuel supply to the second group of fuel discharge openings in the combustion air flow brought in.
Wird der Brenner in einem Wärmeerzeuger betrieben, so kann in einem Teillastzustand des Wärmeerzeugers der gesamte Brennstoff über die ersten Brennstoffzuführungen zugeführt werden, und im Volllastbetrieb des Wärmeerzeugers der Brennstoff auf die ersten Brennstoffzuführungen und eine oder mehrere zweite Brennstoffzuführungen aufgeteilt werden.If the burner is operated in a heat generator, so can in a part load condition of the heat generator of entire fuel over the first fuel feeds be fed, and in full load operation of the Heat generator the fuel on the first fuel supplies and one or more second fuel feeds be split.
Neben der oben angeführten lastabhängigen Verteilung des Brennstoffes auf die ersten und zweiten Brennstoffzuführungen läßt sich die Verteilung auch nach anderen Betriebsgrößen steuern. So kann der Brennstoff beispielweise auch in Abhängigkeit von gemessenen Brennkammer-Pulsationen einer Gasturbine, von Schadstoffemissionen, von gemessenen Materialtemperaturen, von der durch einen Flammenpositionssensor erfassten Flammenposition oder von sonstigen Mess- oder Betriebsparametern auf die ersten und zweiten Brennstoffzuführungen verteilt werden.In addition to the load-dependent distribution mentioned above fuel on the first and second Fuel feeds can be the distribution also control according to other company sizes. So can the Fuel, for example, depending on measured combustion chamber pulsations of a gas turbine, pollutant emissions, measured material temperatures, from that through a flame position sensor detected flame position or other measuring or Operating parameters on the first and second fuel feeds be distributed.
Durch die ein oder mehreren zweiten Brennstoffzuführungen, durch die die Menge an Vormischbrennstoff, die über die zweite Gruppe von Brennstoff-Austrittsöffnungen in den Drallraum eingedüst wird, und somit auch der Brennstoffvordruck - unabhängig von der Menge an Vormischbrennstoff eingestellt werden kann, die über die ersten Brennstoffzuführungen strömt, lässt sich eine einfache Anpassung der Mischungsverteilung und der Mischgüte an unterschiedliche Randbedingungen erreichen. Weiterhin kann durch diese Ausgestaltung auch ein Ausgleich unterschiedlicher Wobbezahlen erreicht werden, indem beispielsweise die ersten Brennstoffzuführungen eine bestimmte Leistung oder einen bestimmten Volumenstrom tragen und der Rest der Leistung oder des Volumenstroms über die zweiten Brennstoffzuführungen gefahren wird. Durch geeignete Anordnung der zweiten Brennstoffzuführungen mit den entsprechenden zweiten Gruppen von Brennstoff-Austrittsöffnungen relativ zu den ersten Brennstoffzuführungen mit den ersten Gruppen von Brennstoff-Austrittsöffnungen lässt sich die axiale und radiale Brennstoffverteilung im Brenner günstig beeinflussen. So ist es möglich, im Teillastbetrieb in bestimmten Bereichen des Brenneraustritts eine gezielte Anreicherung des Gemisches mit Brennstoff zu erzielen, um die Flammenstabilität zu verbessern. Bei hoher Brennerlast kann der Brennstoff dann gleichmässig verteilt werden, was in geringen Emissionen resultiert.By the one or more second fuel feeds, by which the amount of premix fuel, the over the second group of fuel outlet openings is injected into the swirling space, and thus also the fuel pre-pressure - independent of the amount of premix fuel can be adjusted can, which flows over the first fuel supply, can be a simple adjustment of the mixture distribution and the quality of mixing to different boundary conditions to reach. Furthermore, by this configuration also a balance of different Wobbe numbers achieved by, for example, the first Fuel feeds a certain power or carry a certain volume flow and the rest of the Power or the volumetric flow over the second Fuel feeds is driven. By suitable Arrangement of the second fuel supply to the corresponding second groups of fuel outlet openings relative to the first fuel feeds with the first groups of fuel outlets can be the axial and radial Fuel distribution in the burner favorably influence. So it is possible in partial load operation in certain Areas of the burner outlet targeted enrichment of the mixture with fuel to achieve the Improve flame stability. At high burner load then the fuel can be distributed evenly, which results in low emissions.
Durch eine Ausgestaltung, bei der auch mehrere der zweiten Brennstoff-Zuführungen unabhängig voneinander mit Vormischbrennstoff beaufschlagt werden, lässt sich eine noch feiner abgestufte Anpassung der Mischungsverteilung und der Mischgüte an unterschiedliche Randbedingungen vornehmen.By an embodiment in which several of the second fuel feeds independently with premix fuel can be applied, can be an even finer graduated adjustment of the distribution of the mixture and the Mix quality to different boundary conditions make.
Weiterhin schliesst die Erfindung auch solche Ausgestaltungen ein, bei denen neben ersten und zweiten auch dritte, vierte usw. Brennstoffzuführugen vorhanden und unabhängig mit Brennstoff beaufschlagt werden.Furthermore, the invention also includes such embodiments one in which next to first and second also third, fourth, etc. Brennstoffzuführugen available and be fueled independently.
Ein beispielhaft zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahren verwendbar Brenner besteht aus einem Drallerzeuger für einen Verbrennungsluftstrom, einem Drallraum und Mitteln zur Einbringung von Brennstoff in den Verbrennungsluftstrom, wobei der Drallerzeuger Brennluft-Eintrittsöffnungen für den tangential in den Drallraum eintretenden Verbrennungsluftstrom aufweist, die Mittel zur Einbringung von Brennstoff in den Verbrennungsluftstrom eine oder mehrere erste Brennstoffzuführungen 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 Brennstoffzuführungen mit einer zweiten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse angeordneten Brennstoff-Austrittsöffnungen für eine zweite Brennstoffmenge, vorzugsweise eine Vormischbrennstoffmenge, aufweist, welche zweite Brennstoffzuführungen unabhängig von der bzw. den ersten Brennstoffzuführungen 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 dem Innenkörper handelt es sich bei einer bevorzugten Ausführungsform um eine Brennstofflanze, die im Drallraum auf der Brennerachse angeordnet ist.A burner which can be used by way of example for carrying out the method according to the invention consists of a swirl generator for a combustion air flow, a swirl space and means for introducing fuel into the Combustion air flow, wherein the swirl generator combustion air inlet openings for the tangential in the Having swirling space entering combustion air flow, the means for introducing fuel into the Combustion air flow one or more first fuel feeds with a first group of im Essentially arranged in the direction of the burner axis Fuel outlet openings for a first amount of premix fuel include and the burner one or several second fuel feeds with a second Group of essentially in the direction of the burner axis arranged fuel outlet openings for a second fuel quantity, preferably a premix fuel quantity, which second fuel feeds independent of the first fuel supply (s) be acted upon with fuel is / are. The burner is characterized in the described Preferred variant characterized in that in the swirl chamber an inner body is arranged, wherein the fuel outlet openings at least a second fuel supply essentially in the direction of the burner axis distributed on the inner body are arranged. In which Inner body is a preferred Embodiment to a fuel lance, the Swirl space is arranged on the burner axis.
Vorzugsweise sind eine oder mehrere der ersten Gruppen von Brennstoff-Austrittsöffnungen im Bereich zumindest einer der Brennluft-Eintrittsöffnungen angeordnet.Preferably, one or more of the first Groups of fuel outlets in the area 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. Under an arrangement essentially in the direction the burner axis is in the present application a Arrangement to understand axes that are parallel or at an angle <45 ° to the burner axis.
In einer möglichen Ausführungsform des beispielhaften Brenners sind auch einige der zweiten Brennstoffzuführungen unmittelbar neben den ersten Brennstoffzuführungen, vorzugsweise parallel zu diesen, angeordnet. Hierbei sollte zumindest eine zweite Brennstoffzuführung neben jeder ersten Brennstoffzuführung vorgesehen sein.In a possible embodiment of the exemplary Brenners are also some of the second fuel feeders right next to the first fuel feeds, preferably parallel to these, arranged. This should be at least a second fuel supply provided next to each first fuel supply be.
Es versteht sich jedoch von selbst, dass die zweiten Brennstoffzuführungen auch unabhängig von den ersten Brennstoffzuführungen 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 zylindrischen Innenkörpern lassen sich einsetzen.It goes without saying, however, that the second Fuel supplies also independent of the first fuel supply in a symmetrical arrangement can be provided on the swirl generator. The geometry the swirl generator is irrelevant here. So can conical swirl generators, as described in the beginning mentioned prior art documents are known, for example, with two, four or more Air inlet slots, are used. Others too Geometries, such as cylindrical swirl generators or cylindrical swirl generators with conical or cylindrical Inner bodies can be used.
Einige der zweiten Brennstoffzuführungen 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 Brennstoffzuführungen 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. Some of the second fuel feeds are in an embodiment of the burner on the outer shell of the swirl body and in particular to the Air inlet slots are arranged along this. Essential in the present burner is that the second fuel feeds a plurality of substantially in the direction of the burner axis distributed fuel outlet openings have sufficient To be able to achieve premixing. The outlet openings are usually on parallel or under one a conical shape of the swirl generator or inner body predetermined angle to the burner axis extending Axes.
Je nach angestrebten Einflussmöglichkeiten auf die Vormischung können die zweiten Brennstoff-Austrittsöffnungen der zweiten Brennstoffzuführungen im Vergleich 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-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 umgekehrt. Unterschiedliche Einflussmöglichkeiten auf den Betrieb des Brenners aufgrund dieser unterschiedlichen Ausgestaltungsmöglichkeiten, deren Kombination keine praktischen Grenzen gesetzt sind, lassen sich den Ausführungsbeispielen entnehmen.Depending on the desired influence on the Premix may be the second fuel outlet openings the second fuel feeds in comparison to the first fuel outlets other mutual distances or flow cross sections exhibit. Especially with an arrangement in which right next to a first fuel feeder too provided at least a second fuel supply is, can the respective fuel outlets also the same mutual Have distances, but offset from each other be. This leads to a more uniform injection of the premix fuel into the swirl space. Farther For example, the first fuel outlet openings over the entire axial extent of Combustion air inlet openings, the second fuel outlet openings but only in a certain be arranged axial portion. In the same way it is also possible the first fuel outlet openings only in a first axial portion and the second fuel outlets only in a subsequent to the first subarea provide second axial portion - or vice versa. Different possibilities of influence on the Operation of the burner due to these different Design options, their combination no Practical limits are set, can the Refer to exemplary embodiments.
Zur voneinander unabhängigen Beaufschlagung der ersten und der zweiten Brennstoffzuführungen 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 Brennstoffzuführungen vorgesehen. Die unterschiedliche Zufuhr kann beispielsweise durch ein geeignetes Regelventil gesteuert werden.For the independent use of the first and second fuel feeds with the Premix fuel are these with different Equipped connections. Preferably, in addition Means for independent regulation or Control of premix fuel supply to the first and the second fuel supply lines. The different supply, for example, by a suitable control valve can be controlled.
Das erfindungsgemäße Verfahren 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:
Figur 1- schematisch ein Ausführungsbeispiel für einen Brenner, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann, im Längs- und Querschnitt;
Figur 2- ein Beispiel für den Gasaustritt aus den
Austrittsöffnungen bei einer möglichen Betriebsweise
des in
Figur 1 dargestellten Brenners; Figur 3- schematisch ein Beispiel für die Anordnung der Brennstoffzuführungen und der Brennstoffaustrittsöffnungen eines Brenners, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann;
Figuren 5bis 7- Beispiele für die Anordnung der Brennstoffzuführungen und der Brennstoffaustrittsöffnungen eines Brenners, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann;
Figur 8- schematisch ein Beispiel für einen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betreibbaren Brenner mit einem zylindrischen Drallerzeuger;
Figur 9- ein Beispiel für eine Brennerbauform mit zylindrischem Drallkörper und konischem Innenkörper, wie sie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann;
Figur 10- ein Beispiel für die Ausgestaltung eines geeigneten Brenners;
Figuren 11bis 14- schematisch Beispiele für weitere Drallerzeugergeometrien, mit denen die vorliegende Erfindung verwirklicht werden kann;
Figuren 15 und 16- Drallerzeugergeometrien mit einem nachgeschalteten Vormischrohr, bei denen die Erfindung verwirklicht werden kann;
- Figuren 17 und 18
- schematisch zwei Beispiele für den Aufbau des Drallkörpers im Querschnitt, wie er bei einem geeigneten Brenner eingesetzt werden kann;
- Figuren 19 bis 21
- weitere Beispiele für die Ausgestaltung eines Brenners;
- 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 Brennstoffzuführungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- FIG. 1
- schematically an embodiment of a burner which can be operated by the method according to the invention, in longitudinal and cross-section;
- FIG. 2
- an example of the gas outlet from the outlet openings in a possible operation of the burner shown in Figure 1;
- FIG. 3
- schematically an example of the arrangement of the fuel supply lines and the fuel outlet openings of a burner, which can be operated by the method according to the invention;
- FIGS. 5 to 7
- Examples of the arrangement of the fuel supply lines and the fuel outlet openings of a burner, which can be operated by the method according to the invention;
- FIG. 8
- schematically an example of a burner operable with the inventive method burner with a cylindrical swirl generator;
- FIG. 9
- an example of a burner design with cylindrical swirl body and conical inner body, as they can be operated by the method according to the invention;
- FIG. 10
- an example of the design of a suitable burner;
- FIGS. 11 to 14
- schematically examples of further swirler geometries, with which the present invention can be realized;
- FIGS. 15 and 16
- Swirl generator geometries with a downstream premix tube, in which the invention can be realized;
- FIGS. 17 and 18
- schematically two examples of the structure of the swirl body in cross section, as it can be used in a suitable burner;
- FIGS. 19 to 21
- further examples of the design of a burner;
- FIG. 22
- an example of the operation of a burner of Figures 20 and 21; and
- FIGS. 23 and 24
- schematically two examples of the configuration of the fuel feeds for carrying out the method according to 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 Verbrennungsluftstrom eingebracht werden kann. Der Brennstoff wird weiterhin als Vormischbrennstoff referiert; es versteht sich von selbst, dass ein Teil der gesamten Brennstoffmenge in bestimmten Lastbereichen auch als Pilotbrennstoff 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 the following figures, the burners are in strong Schematically illustrated embodiment, so that only in each case at a position for the respective explanation essential features highlighted are. The further design of the illustrated Brenner is the expert among others from the The prior art cited common documents that an integral part of the present Show description. Furthermore, at the Embodiments partly to the injection of gaseous fuel reference. It goes without saying however, that too liquid fuel over the fuel outlet openings in the combustion air stream can be introduced. The fuel will furthermore referred to as premix fuel; it understands itself that part of the total fuel amount in certain load ranges also as pilot fuel to further increase the flame stability can be introduced. Feeders for pilot fuel are not shown in any of the figures, as they are are not essential to the invention; in knowledge of Prior art, the expert but this without More in the example shown burner implement, if he deems it necessary.
In Figur 1 ist ein erstes Beispiel für einen Brenner
dargestellt, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
betrieben werden kann. Figur 1a zeigt eine Anordnung
der ersten 5 und zweiten Brennstoffzuführungen 7
bei einem Brenner mit kegelförmigem Drallkörper 1. In
der Außenschalung dieses Drallkörpers 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 Vormischbrennstoffmenge
P1 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 P1
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.FIG. 1 shows a first example of a burner
represented, with the inventive method
can be operated. FIG. 1a shows an arrangement
the first 5 and second fuel feeds 7
for a cone-shaped
In Figur 1b ist der Brenner im senkrechten Schnitt
durch die Brennerachse 3 dargestellt. In dieser
Abbildung sind die beiden Schalen 1a, 1b des Drallkörpers
zu erkennen. Diese sind mit zur eigentlichen
Brennerachse 3 versetzten Symmetrieachsen 3a, 3b
angeordnet, dergestalt, dass zwischen ihnen Lufteintrittsschlitze
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 Austrittsöffnungen
6 für den Vormischbrennstoff zu erkennen.
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 Verbrennungsluftstrom.In Figure 1b, the burner is in vertical section
represented by the
Durch die Stufung der Vormisch-Brennstoffmengen
über getrennt voneinander beaufschlagbare Zuführkanäle
kann die Eindringtiefe der Vormisch-Brennstoffmengen
P1, P2 in den Verbrennungsluftstrom über den einen
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 Vormischbrennstoff
P1 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 Öffnungsdurchmesser
bzw. Durchströmquerschnitte der jeweiligen
Austrittsöffnungen erreicht werden, wobei dann die
durch die beiden Kanäle strömenden Brennstoffmengen bei
unterschiedlicher Eindringtiefe identisch gewählt
werden können.By grading the premix fuel quantities
via feed channels which can be acted upon separately
can reduce the penetration depth of the premix fuel
P1, P2 in the combustion air flow over the one
Feed channel large and small over the other feed channel
be set. This is schematic in FIG
illustrated, which figure the arrangement of Figure 1
represents in a possible mode of operation. in this connection
the amount of fuel in the
Mit dieser Anordnung können somit die Mischungsverteilung und die Mischgüte im Brenner gezielt eingestellt werden.With this arrangement, thus, the mixing distribution and the mixing quality in the burner targeted be set.
Figur 3 zeigt eine Variante der Anordnung der Zuführkanäle
und der Austrittsöffnungen. Auch in diesem
Beispiel ist der kegelförmige Drallkörper 1 mit jeweils
einem ersten und einem zweiten Zuführungskanal 5, 7 zur
Veranschaulichung in stark vereinfachter Form dargestellt.
Die beiden Zuführkanäle liegen auch hier
parallel nebeneinander am - nicht dargestellten -
tangentialen Lufteintrittsschlitz. Bei dieser Anordnung
weisen die beiden Zuführkanäle die gleiche Anzahl von
Bohrungen n1 bzw. n2 auf. Die Bohrungen sind gleichmäßig
entlang der Brennerachse 3 verteilt, wobei die
axiale Anordnung der Bohrungen 8 der zweiten Zuführung
7 auf Lücke zu der axialen Anordnung der Bohrungen 6
der ersten Vormisch-Brennstoffzuführung eingestellt
ist. Selbstverständlich kann die Anzahl der Bohrungen
n1 und n2 auch voneinander verschieden sein.FIG. 3 shows a variant of the arrangement of the feed channels
and the outlet openings. Also in this
Example is the
Durch die Möglichkeit, die Bohrungen der Zuführkanäle unterschiedlich anzuordnen, zu verteilen oder mit unterschiedlichen Durchmessern zu versehen lässt sich die axiale und radiale Brennstoffverteilung im Brenner respektive am Brenneraustritt gezielt beeinflussen.By the possibility of drilling the feed channels to arrange differently, to distribute or with can be provided with different diameters the axial and radial fuel distribution in the burner respectively at the burner exit purposefully influence.
So kann die axiale und radiale Brennstoffverteilung
beispielsweise durch eine ungleichmäßige Anordnung
der Bohrungen 8 entlang des zweiten Zuführkanals 7 bzw.
der Brennerachse 3 beeinflusst werden, wie dies in den
folgenden Figuren dargestellt ist. So can the axial and radial fuel distribution
for example, by a non-uniform arrangement
the
Figur 4 zeigt hierbei eine Anordnung, bei der die
Bohrungen 6 des ersten Zuführkanals 5 in üblicher Weise
in Richtung der Brennerachse 3 in gleichmäßigem
gegenseitigen Abstand verteilt sind. Die Bohrungen 8
des zweiten Zuführkanals 7 sind in diesem Beispiel nur
über die erste Hälfte des Drallraums in Richtung der
Brennerachse 3 verteilt. Durch diese Lochanordnung kann
eine Anfettung des Brennstoffgemisches im Brennerzentrum
durch Zuschalten dieser zweiten Stufe - der
Vormischbrennstoffzufuhr über die zweite Zuführung 7 -
erreicht werden.FIG. 4 shows an arrangement in which the
Figur 5 zeigt eine ähnliche Anordnung, bei der die
Bohrungen 8 des zweiten Zuführkanals ebenfalls, wie bei
Figur 4 im ersten Bereich des Drallraums in Richtung
der Brennerachse 3 angeordnet sind. Bei diesem Beispiel
sind jedoch die Bohrungen 6 des ersten Zuführkanals 5
nicht über die gesamte Länge des Drallraums in Richtung
der Brennerachse 3 verteilt, sondern lediglich im
zweiten, zum Brenneraustritt gerichteten Teil. Die
Anzahl n1 bzw. n2 der jeweiligen Bohrungen kann je nach
Anforderungen gewählt werden. Diese können gleich oder
auch unterschiedlich sein.FIG. 5 shows a similar arrangement in which the
Eine vergleichbare Ausgestaltung mit vertauschter
Anordnung der Austrittsbohrungen 6, 8 in Richtung der
Brennerachse 1 zeigen die Figuren 6 und 7. Insbesondere
bei der Anordnung der Figur 6 lässt sich die Anfettung
des äußeren Bereiches des Brenners, das heißt des der
Brennkammer zugewandten Bereiches, mit der zweiten
Stufe erreichen. Grundsätzlich kann mit Anordnungen,
wie sie in den Figuren 4 bis 7 dargestellt sind, ein
gewünschter Konzentrationsgradient des Brennstoffes
entlang der Brennerachse eingestellt werden. A comparable embodiment with interchanged
Arrangement of the outlet holes 6, 8 in the direction of
Mit einer Anordnung, wie sie in Figur 4 dargestellt ist, kann auch eine Zufuhr von Pilotbrennstoff bei kleinen Lasten durchgeführt werden. In diesem Fall wird mit der Stufe angefahren, die den Brennstoff in das Zentrum des Brenners eindüst. Mit zunehmender Last wird dann die zweite Stufe zugeschaltet. Bei Volllast, bei der eine möglichst gleichmäßige Brennstoffverteilung erwünscht ist, wird dann nur noch mit der zweiten Stufe gefahren.With an arrangement as shown in Figure 4 is also a supply of pilot fuel be carried out at low loads. In this case is approached with the stage that the fuel in inject the center of the burner. With increasing load then the second stage is switched on. At full load, in the most uniform fuel distribution is desired, then only with the second Level driven.
Figur 8 zeigt ein weiteres Beispiel für die Ausführung
eines erfindungsgemäßen Brenners in stark
schematischer Darstellung. In diesem Beispiel wird ein
rein zylindrischer Drallkörper 1 eingesetzt. Die beiden
in der Figur angedeuteten Zuführungen 5, 7 mit den
ersten 6 und zweiten Austrittsöffnungen 8 können in
gleicher Weise ausgestaltet und angeordnet sein, wie
dies bereits in Zusammenhang mit den vorangehenden
Figuren erläutert wurde.Figure 8 shows another example of the embodiment
a burner according to the invention in strong
schematic representation. In this example, a
purely
Eine weitere Ausführungsform eines Brenners, in
diesem Beispiel unter Einsatz eines zylindrischen
Drallerzeugers 1 mit konischem Innenkörper 9, für die
Durchführung des vorliegenden Verfahrens ist beispielhaft
in der Figur 9 dargestellt. Figur 9 zeigt hierbei
wiederum den ersten 5 und den zweiten Zuführkanal 7 mit
den entsprechenden Austrittsöffnungen 6, 8. Bei dem
Ausführungsbeispiel der Figur 9 sind diese Zuführkanäle
nebeneinander in der Außenschalung des Drallkörpers 1
angeordnet. Another embodiment of a burner, in
this example using a
Figur 10 zeigt ein Beispiel für eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Brenners, bei dem der zweite
Zuführkanal 7 am zylindrischen Innenkörper 9 angeordnet
ist.FIG. 10 shows an example of an embodiment
the burner according to the invention, wherein the
Der zweite Zuführkanal 7 ist hierbei vorzugsweise
innerhalb der Außenwandung des Innenkörpers 9 angeordnet,
wobei auch in diesem Fall, wie bei den vorangehenden
Beispielen eine symmetrische Verteilung mehrerer
Zuführkanäle 7 um die Brennerachse 3 gewählt werden
sollte. Bei diesem Beispiel ist es jedoch auch möglich,
die zweite Zuführleitung 7 zentral im Innenkörper 9
verlaufen zu lassen, wobei dann die Austrittsöffnungen
8 über entsprechende radial verlaufende Kanäle zum
Drallraum 2 ausgebildet sein müssen. Im vorderen sich
verjüngenden Bereich des Innenkörpers 9 können auch
eine oder mehrere zusätzliche Austrittsöffnungen mit
einer entsprechend getrennten Zuführung für Brennstoff
(als Pilotstufe) oder Luft vorgesehen sein.The
Die Figuren 11 bis 14 zeigen schematisch Beispiele
für weitere Drallerzeugergeometrien, mit denen die
vorliegende Erfindung verwirklicht werden kann. In den
Figuren sind von oben nach unten ein Brenner mit
kegelförmigem Drallkörper 1 und konischem Innenkörper
9, ein Brenner mit in Form eines umgekehrten Kegels
ausgebildetem Drallkörper 1 und konischem Innenkörper
9, ein Brenner mit tulpenförmigem sowie ein Brenner mit
trichterförmigem Drallkörper 1 dargestellt. Bei
sämtlichen dieser Brennergeometrien können wie in den
vorangegangenen Beispielen die zweiten Zuführungen
sowohl im Drallkörper 1 wie auch im Innenkörper 9
angeordnet sein. Allen hier gezeigten Geometrien ist
gemeinsam, dass der axiale Durchflussquerschnitt des
Drallraumes im Bereich des Drallkörpers zum Brenneraustritt
hin zunimmt. Dies ist zwar keine absolut notwendige
Voraussetzung für einen Vormischbrenner,
ist aber eine vorteilhafte Ausführungsform der
Drallerzeuger.FIGS. 11 to 14 schematically show examples
for further swirl generator geometries with which the
present invention can be realized. In the
Figures are from top to bottom with a burner
Weiterhin können sämtliche Brennergeometrien mit
einem Vormischrohr 10 versehen sein, wie dies beispielhaft
in Figur 15 für einen Kegelbrenner und in Figur 16
für einen zylinderförmigen Brenner mit konischem
Innenkörper 9 veranschaulicht ist.Furthermore, all burner geometries with
a
Die Figuren 17 und 18 zeigen schließlich schematisch
zwei Beispiele für den Aufbau eines Drallkörpers
im Querschnitt, wie er bei einem Brenner
eingesetzt werden kann. In Figur 17 ist ein Drallkörper
dargestellt, der sich aus vier gegeneinander versetzten
Schalen 1a, 1b, 1c, 1d zusammensetzt, die in der
dargestellten Anordnung vier tangentiale Lufteintrittschlitze
4 bilden. Die Schalen können im gezeigten
Querschnitt unterschiedlich, beispielsweise kreissegmentförmig,
elliptisch oder oval, ausgeformt sein. Bei
der dargestllten Konfiguration sind die Teilkörper 1a,
1b, 1c, 1d so angeordnet, dass deren jeweilige Mittelachsen
3a, 3b, 3c, 3d versetzt zur eigentlichen
Brennerachse angeordnet sind. Die Ausgestaltung eines
Brenners, mit oder ohne Vormischrohr, mit einer
derartigen Geometrie kann im Detail der der EP 321 809
oder der EP 0780629 entnommen werden.Finally, FIGS. 17 and 18 show schematically
two examples of the structure of a swirl body
in cross-section, as with a burner
can be used. In Figure 17 is a swirl body
represented, which are offset from four against each
In Figur 18 ist ein monolithischer Drallkörper 1
mit darin eingebrachten tangentialen Lufteintrittsöffnungen
4 dargestellt. Die Lufteintrittsöffnungen 4
können beispielsweise als eingefräste Lufteintrittsschlitze
oder als Reihen von Lufteintrittsbohrungen
ausgebildet sein.FIG. 18 shows a
Die in den vorangehenden und nachfolgenden Beispielen angeführten Kombinationen der Zuführkanäle sowie der Anordnung bzw. Ausgestaltung der Austrittsöffnungen 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 Austrittsöffungen für den Vormischbrennstoff in einer willkürlichen axialen Verteilung anzuordnen, oder andere Verteilungsregeln, wie eine geometrische Stufung der axialen Abstände, zu implementieren. The in the preceding and following examples cited combinations of feed channels as well as the arrangement or design of the outlet openings in the feed channels can be changed arbitrarily or combined with each other. That's the way to go All variants of the illustrated in Figures 4 to 7 Outlet opening arrangements also in the Apply embodiments of Figures 8 to 16. This applies to both the distribution, the number as well as the Arrangement of the individual outlet openings. Farther can be in all variants shown in the two Feed channels use different hole diameters. This way, in the stage, the one to absorb smaller amounts of fuel, a certain Form and a desired exit velocity be set. The combination possibilities of individual design variants are not here Set limits. The expert will be the appropriate Arrangement according to the desired application condition and select desired effects. In particular it is by no means mandatory, the outlet openings in the axial To arrange direction equidistant, as it is in all Drawings is implied. On the contrary it can prove to be highly beneficial, the outlet openings for the premix fuel in an arbitrary axial distribution or other Distribution rules, such as a geometric grading of the axial distances, to implement.
Das Gleiche gilt für den Einsatz unterschiedlicher Brennergeometrien oder die Kombination von Drallerzeugern mit Innenkörpern oder Vormischrohren. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass die Verwirklichung. der vorliegenden Erfindung mit unterschiedlichsten Brennertypen sowie Kombinationen von Drallkörpern, Innenkörpern, Vormischrohren und anderen bekannten Merkmalen von Brennern möglich ist.The same applies to the use of different Burner geometries or the combination of swirl generators with inner bodies or premix tubes. The expert is evident that the realization. the present Invention with different types of burners and combinations of spin bodies, inner bodies, Premix tubes and other known features of Burners is possible.
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 brennkammerseitigen
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 Brennstoffzuführungen zu der ersten
Gruppe von Austrittsöffnungen 6 und einer Brennstoffzuführung
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
Brennstofflanze 12 verteilt. Sie ermöglichen die radial
von der Brennstofflanze 12 nach außen gerichtete
Eindüsung von Brennstoff in den Drallraum. Die Anzahl
und Größe dieser Austrittsöffnungen 8 sowie deren
Verteilung auf der Brennstofflanze 12 - in axialer
Richtung und Umfangsrichtung - wird in Abhängigkeit von
den jeweiligen Anforderungen des Brenners wie Löschgrenzen,
Pulsationen und Rückschlaggrenzen gewählt.Further very advantageous embodiments of a
Burner can be seen in Figures 19 to 21. The
illustrated burners include the cone-shaped
Die Brennstofflanze 12 kann sich relativ weit in
den Drallraum erstrecken (vgl. Fig. 19 und 20; "Long
Lance EV Brenner") oder auch nur ein kurzes Stück in
den Drallraum ragen (Fig. 21). In beiden Fällen ist die
zweite Gruppe von Austrittsöffnungen 8 vorzugsweise im
hinteren, d.h. am weitesten von der Brennkammer
entfernten, Bereich des Drallraums an der Brennstofflanze
12 angeordnet, wie in den Figuren angedeutet.The
Selbstverständlich läßt sich auch bei diesen Ausführungsbeispielen
die Brennstoffzufuhr zu der ersten
Gruppe von Austrittsöffnungen 6 unabhängig von der
Brennstoffzufuhr zu der zweiten Gruppe von Austrittsöffnungen
8 mit Brennstoff steuern oder regeln.Of course, can also be in these embodiments
the fuel supply to the first
Group of
Die Ausführungsform der Fig. 19 läßt eine sehr
vorteilhafte gestufte Betriebsweise des Brenners zu,
bei der sowohl die Brennstoffzuführungen zu der ersten
Gruppe von Austrittsöffnungen 6 als auch die Brennstoffzuführungen
zur zweiten Gruppe von Austrittsöffnungen
8 mit Vormischgas gespeist werden. Die Unabhängige
Steuermöglichkeit der Brennstoffzufuhr zur ersten
und zweiten Gruppe von Austrittsöffnungen 6, 8 ermöglicht
eine an die jeweiligen Betriebsbedingungen des
Brenners oder der den Brenner nutzenden Anlage optimal
angepasste Betriebsweise. Der zweiten Gruppe von
Austrittsöffnungen 8 an der Brennstofflanze 12 liegen
bei diesem Beispiel Austrittsöffnungen der ersten
Gruppe von Austrittsöffnungen 6 am Drallkörper 1
gegenüber, so dass die erste und zweite Gruppe von
Austrittsöffnungen 6, 8 in bestimmten Betriebszuständen
beispielsweise auch ausschließlich, d.h. ohne die
jeweils andere Gruppe, mit Brennstoff versorgt werden
kann.The embodiment of Fig. 19 leaves a very
advantageous stepped operation of the burner,
at both the fuel feeds to the first
Group of
Prinzipiell kann der in der Figur dargestellte
Brenner bei entsprechender Zufuhr des Brennstoffes und
entsprechender Ausgestaltung der zweiten Gruppe von
Austrittsöffnungen über diese Austrittsöffnungen 8 auch
im Diffusionsmodus betrieben werden. Durch die räumliche
Trennung der Austrittsöffnungen 8 von der Eindüsung
flüssigen Brennstoffes 13 an der Spitze der Brennstofflanze
12 lässt sich in diesem Fall im Gegensatz zu
bekannten Brennern das Eindringen von Brennstofftropfen
oder von Brennstoffdampf in das Brennstoffzufuhrsystem
für die zweite Gruppe von Austrittsöffnungen 8 vermeiden.In principle, the one shown in the figure
Burner with appropriate supply of fuel and
corresponding embodiment of the second group of
Outlets over these
Figur 20 zeigt eine Ausführungsform eines Brenners,
die ebenfalls in der sehr vorteilhaften gestuften
Betriebsweise betrieben werden kann. An den der zweiten
Gruppe von Austrittsöffnungen 8 gegenüberliegenden
Bereichen des Drallkörpers 1 sind die Austrittsöffnungen
6 geschlossen bzw. es sind keine Austrittsöffnungen
6 vorgesehen, da deren Funktion von den Austrittsöffnungen
8 auf der Brennstofflanze 12 übernommen wird.
Figur 21 zeigt den gleichen Brenner mit verkürzter
Brennstofflanze 12, der für die gleiche Betriebsweise
ausgebildet ist. FIG. 20 shows an embodiment of a burner,
which are also in the very advantageous tiered
Operation can be operated. At the second
Group of
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 Vormischgas
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.In the operation of these burners are both groups
of
Auf diese Weise läßt sich beispielsweise eine Gasturbine mit einem derartigen Brenner von der Zündung bis zur Grundlast ohne eine Pilotstufe betreiben.In this way, for example, a gas turbine can be with such a burner from the ignition operate up 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
Die Figuren 23 und 24 zeigen Beispiele für die Zufuhr
einer Brennstoffmenge P0 zum Brenner. Bei beiden
Beispielen verzweigt die Brennstoffleitung, um die
Gesamtbrennstoffmenge P0 auf eine Brennstoffmenge P1
für die erste Gruppe von Austrittsöffnungen 6 und auf
eine Brennstoffmenge P2 für die zweite Gruppe von
Austrittsöffnungen 8 aufzuteilen.Figures 23 and 24 show examples of the feed
a fuel amount P0 to the burner. By both
Examples branches the fuel line to the
Total fuel quantity P0 to a fuel quantity P1
for the first group of
In Figur 23 erfolgt die Einstellung des Aufteilungs-
bzw. Massenstromverhältnisses über je ein Ventil
15 und 16 in jedem der Verzweigungen. Figur 24 zeigt
eine Ausführungsform, bei der ein Ventil 16 vor der
Verzweigung zur Einstellung der Gesamtbrennstoffmenge
P0 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 P1 und P2 ändern.
Selbstverständlich kann in diesem Beispiel das Ventil
15 auch in der Verzweigung zur zweiten Gruppe von
Austrittsöffnungen 8 angeordnet sein.In Figure 23, the discontinuation of the distribution
or mass flow ratio via one
Weiterhin lassen sich über eine derartige Anordnung auch mehrere Brenner gleichzeitig in dem eingestellten Massenstromverhältnis mit Brennstoff versorgen, wie durch die gestrichelten Linien in den Figuren angedeutet ist.Furthermore, can be about such an arrangement also several burners simultaneously in the set Supply mass flow ratio with fuel, as by the dashed lines in the figures is indicated.
Bei beiden beispielhaften Ausführungsformen wird das Massenstromverhältnis P1/P2 durch Ansteuerung der Ventile in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Brenners verändert. Die Änderung des Massenstromverhältnisses 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.In both exemplary embodiments the mass flow ratio P1 / P2 by controlling the Valves depending on the operating condition of the Brenner changed. The change of the mass flow ratio may vary depending on different measuring and operating characteristics are controlled or regulated, like this already in a previous part of the this description has been carried out. The Embodiments shown are independent of the Burner geometry and can be with all burners of use previous embodiments.
- 11
- Drallerzeugerswirl generator
- 1a1a
- Drallerzeuger-TeilkörperSwirl generator partial body
- 1b1b
- Drallerzeuger-TeilkörperSwirl generator partial body
- 1c1c
- Drallerzeuger-TeilkörperSwirl generator partial body
- 1d1d
- Drallerzeuger-TeilkörperSwirl generator partial body
- 22
- Drallraum swirl space
- 33
- BrennerachseBrenner
- 3a3a
- Achse eines Drallerzeuger-TeilkörpersAxle of a swirl generator part body
- 3b3b
- Achse eines Drallerzeuger-TeilkörpersAxle of a swirl generator part body
- 3c3c
- Achse eines Drallerzeuger-TeilkörpersAxle of a swirl generator part body
- 3d3d
- Achse eines Drallerzeuger-TeilkörpersAxle of a swirl generator part body
- 44
- Eintrittsöffnungen/LuftschlitzeInlet openings / air slots
- 55
- erste Brennstoffzuführungenfirst fuel feeds
- 66
- erste Brennstoff-Austrittsöffnungenfirst fuel outlet openings
- 77
- zweite Brennstoffzuführungensecond fuel feeds
- 88th
- zweite Brennstoff-Austrittsöffnungensecond fuel outlet openings
- 99
- Innenkörperinner body
- 1010
- Vormischrohrpremix
- 1111
- Verbrennungsluftcombustion air
- 1212
- Brennstofflanzefuel lance
- 1313
- flüssiger Brennstoffliquid fuel
- 1414
- AbschirmluftAbschirmluft
- 1515
- Steuerventilcontrol valve
- 1616
- Steuerventilcontrol valve
- P0P0
- GesamtbrennstoffmengeTotal amount of fuel
- P1P1
- erster Vormischbrennstofffirst premix fuel
- P2P2
- zweiter Vormischbrennstoffsecond premix fuel
- n1n1
- erste Anzahl von Bohrungenfirst number of holes
- n2n2
- zweite Anzahl von Bohrungensecond number of holes
Claims (7)
- Method of operating a burner, which has at least one first fuel supply conduit (5) with a first group of fuel outlet openings (6), essentially arranged in the direction of a burner centre line (3), for the introduction of a first premix fuel quantity into a swirl space and one or a plurality of second fuel supply conduits (7) with a second group of fuel outlet openings (8) essentially arranged in the direction of the burner centre line (3), it being possible to admit fuel to the second fuel supply conduits (7) independently of the first fuel supply conduit (5), in which the supply of the fuel via the first fuel supply conduits (5) is controlled, in an open-chain or closed-loop manner, separately from the supply of the fuel via the second fuel supply conduits (7), characterized in that the same fuel is supplied to the first and second fuel supply conduits (5, 7).
- Method according to Claim 1, characterized in that premix fuel is supplied to the first fuel supply conduit or conduits (5) and the second fuel supply conduit or conduits (7).
- Method according to Claim 1 or 2, characterized in that gaseous fuel is supplied to the first fuel supply conduit or conduits (5) and the second fuel supply conduit or conduits (7).
- Method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the fuel is introduced into the burner in such a way that it is distributed between the first (5) and second fuel supply conduits (7) as a function of the load.
- Method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the fuel is introduced into the burner in such a way that it is distributed, as a function of the burner air/fuel ratio, between the first (5) and second fuel supply conduits (7).
- Method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that in a first operating condition, the total fuel quantity is essentially supplied to the burner via the first fuel supply conduit or conduits (5) and is introduced into the combustion air flow via the first group of fuel outlet openings (6), and in that, in a further operating condition, at least a part of the total fuel quantity is supplied to the burner via at least one of the second fuel supply conduits (7) with the second group of fuel outlet openings (8).
- Method of operating a burner according to Claims 1 to 3 in a heat generator, characterized in that, in a partial load condition of the heat generator, the total fuel is supplied via the first fuel supply conduits (5), and in that, in at least the full-load operation of the heat generator, the fuel is divided between the first fuel supply conduits (5) and at least one second fuel supply conduits (7).
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