EP1559955A2 - Burner - Google Patents

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EP1559955A2
EP1559955A2 EP05101530A EP05101530A EP1559955A2 EP 1559955 A2 EP1559955 A2 EP 1559955A2 EP 05101530 A EP05101530 A EP 05101530A EP 05101530 A EP05101530 A EP 05101530A EP 1559955 A2 EP1559955 A2 EP 1559955A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
burner
burner according
outlet openings
combustion air
Prior art date
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Granted
Application number
EP05101530A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1559955A3 (en
EP1559955B1 (en
Inventor
Jaan Hellat
Adnan Eroglu
Peter Stuber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Alstom Technology AG filed Critical Alstom Technology AG
Priority claimed from EP01951833A external-priority patent/EP1292795B1/en
Publication of EP1559955A2 publication Critical patent/EP1559955A2/en
Publication of EP1559955A3 publication Critical patent/EP1559955A3/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1559955B1 publication Critical patent/EP1559955B1/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04—Air inlet arrangements
    • F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
    • F23R3/12—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F23C7/002—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/07021—Details of lances

Definitions

  • the invention relates to a burner according to the The preamble of claim 1.
  • a preferred application for such burners are the combustion chambers of Gas turbines; such burners will continue for example, in atmospheric boiler firing used.
  • 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.
  • EP 433 790 is a double cone burner or a method for operating a double-cone burner become known, in which over along the tangential Air inlet openings arranged nozzles a first Fuel, such as natural gas, in the combustion air stream is injected while upstream of the inlet the air in the burner in the area of the entry slots Channels are formed with injectors, about the second, different from the first fuel Fuel, for example, a karkalorisches Gas, which is usually flammable hydrogen contains, is injected.
  • a first Fuel such as natural gas
  • the object of the present invention is to provide a burner which can be operated stably even in the case of changes in the load, the gas quality or the gas preheating temperature with approximately constant NO x emission values, preferably in the premixing mode.
  • the proposed burner consists of a Swirl generator for a combustion air flow, a Swirling 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 outlets for a first premix fuel quantity 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 proposed burner stands out in characterized in that in the swirl space an inner body is arranged, wherein the fuel outlet openings at least one second fuel supply in Essentially distributed in the direction of the burner axis are arranged in the inner body.
  • the inner body one embodiment is one Fuel lance in the swirl chamber on the burner axis is arranged.
  • one or more of the first Groups of fuel outlets in the area at least one of the combustion air inlet openings arranged.
  • 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.
  • conical swirl generators there may be conical swirl generators, as they are made the aforementioned publications of the prior Technique are known, for example, two, four or more air inlet slots, are used.
  • Other 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 invention also includes such embodiments one in which next to first and second Also third, fourth, etc. fuel supplies available and be acted upon independently with fuel.
  • 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 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 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 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.
  • the illustrated Burners comprise the conical swirl body 1, in FIG its outer formwork at the inflow edges of the air inlet slots a first group of outlet openings 6 are arranged for premixed gas.
  • the burners are furthermore with a central fuel lance 12 equipped, which at its combustion chamber end, i.e. at its top, may have a nozzle - as in the present example, that for a liquid Fuel 13 or for a pilot fuel usable is. Around this nozzle can around in a known manner Outlets for shielding air 14 may be provided.
  • the fuel lance 12 In addition to the fuel supplies to the first group of outlet openings 6 and a fuel supply for injection of liquid fuel 13 at the top the fuel lance 12 have the burner shown 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 in the lateral surface of the fuel lance 12 arranged as can be seen in Figures 19 to 21, and preferably radially symmetric about the axis of the fuel lance 12 distributed. They allow the radial of the Fuel lance 12 outward injection of Fuel in the swirl chamber.
  • the number and size these outlet openings 8 and their distribution the fuel lance 12 - in the axial direction and Circumferential direction - will depend 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, so-called “Long Lance EV Burner”, as shown in Figures 1 and 2, or protrude into the swirl chamber for a short while as well the figure 3 shown.
  • 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. 1 leaves a very advantageous stepped mode of operation of the burner, at which both the fuel supplies 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. 2 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.
  • FIG. 5 shows this again with the first 5 and the second feed channel 7 with the corresponding outlet openings 6, 8.
  • the first feed channel arranged in the outer formwork of the swirl body 1 and the second feed channel 7 is cylindrical Inner body 9 is arranged.
  • the second feed channel 7 is in this case preferably within the outer wall of the Inner body 9 is arranged, wherein also in this case, as in the previous examples a symmetric Distribution of several feed channels 7 around the burner axis 3 can be selected.
  • the second supply 7 central to let run in the inner body 9, in which case the Outlet openings 8 via corresponding radially extending Channels to the swirl space 2 must be formed.
  • the front tapered area of the inner body 9 can also have one or more additional outlet openings with a correspondingly separate feeder for fuel (as a pilot stage) or air provided be.
  • FIGS. 6 to 9 schematically show examples of swirl generator geometries with which the described Burner can be realized.
  • a burner with conical Swirl body 1 and conical inner body 9 a burner formed in the form of an inverted cone Swirl body 1 and conical inner body 9, a burner with tulip-shaped and a burner with funnel-shaped Swirl body 1 shown.
  • all Geometries shown here are common that the axial flow cross-section of the swirl space in the area of the swirl body towards the burner outlet increases towards. This is not absolutely necessary for a generic Vormischbrenner, but is a advantageous embodiment of the swirl generator.
  • FIGS. 12 and 13 show schematically two examples of the structure of a swirl body in cross-section, as in the burner according to the invention can be used.
  • Figure 12 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.
  • FIG. 13 a monolithic swirl body 1 with incorporated therein tangential air inlet openings 4 shown.
  • Figures 14 and 15 show examples of feeding 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 14 the discontinuation of or mass flow ratio via one valve 15 and 16 in each of the branches.
  • Figure 15 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 measurement and Operating parameters 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

The method involves operating a burner with first and second fuel supplies for first (6) and second (8) groups of fuel outlets arranged in the direction of the burner axis to supply first and second amounts of the same premix fuel to a swirl chamber. Fuel can be fed to the two fuel supplies independently from each other. The fuel supplies for the two groups of fuel outlets can be controlled or regulated separately. An independent claim is included for a burner with stepped premix gas injection.

Description

Technisches AnwendungsgebietTechnical application

Die Erfindung betrifft einen Brenner gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein bevorzugtes Einsatzgebiet für derartige Brenner sind die Brennräume von Gasturbinen; derartige Brenner werden weiterhin beispielsweise auch in atmosphärischen Kesselfeuerungen eingesetzt.The invention relates to a burner according to the The preamble of claim 1. A preferred application for such burners are the combustion chambers of Gas turbines; such burners will continue for example, in atmospheric boiler firing used.

Stand der TechnikState of the art

Aus der EP 0 321 809 ist ein aus mehreren Schalen bestehender kegelförmiger Brenner, ein sogenannter Doppelkegelbrenner, gemäß dem Oberbegriff des 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 EP 0 321 809 a conical burner consisting of several shells, a so-called double-cone burner, according to the preamble of claim 1 is known. By means of 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.

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 EP 0 780 629 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.

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 become known, in which over along the tangential Air inlet openings arranged nozzles a first Fuel, such as natural gas, in the combustion air stream is injected while upstream of the inlet the air in the burner in the area of the entry slots Channels are formed with injectors, about the second, different from the first fuel Fuel, for example, a mittelkalorisches Gas, which is usually flammable hydrogen contains, is injected.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Brenner anzugeben, der 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 burner which can be operated stably even in the case of changes in the load, the gas quality or the gas preheating temperature with approximately constant NO x emission values, preferably in the premixing mode.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe wird mit dem Brenner gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen des Brenners sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is with the burner according to claim 1 solved. Advantageous embodiments and Further developments of the burner are the subject of Dependent claims.

Der vorgeschlagene 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 vorgeschlagene Brenner zeichnet sich in 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 Ausführungsform um eine Brennstofflanze, die im Drallraum auf der Brennerachse angeordnet ist.The proposed burner consists of a Swirl generator for a combustion air flow, a Swirling 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 outlets for a first premix fuel quantity 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 proposed burner stands out in characterized in that in the swirl space an inner body is arranged, wherein the fuel outlet openings at least one second fuel supply in Essentially distributed in the direction of the burner axis are arranged in the inner body. In the inner body one embodiment is one Fuel lance in the swirl chamber on the burner axis is arranged.

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 vorliegenden 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 present invention 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 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.There may be conical swirl generators, as they are made the aforementioned publications of the prior Technique are known, for example, two, four or more air inlet slots, are used. Other 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.

Durch eine Ausgestaltung, bei der auch mehrere der zweiten Brennstoff-Zuführungen unabhängig voneinander mit Vormischbrennstoff beaufschlagbar sind - und 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 can be acted upon with premix fuel - and 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. Brennstoffzuführungen vorhanden und unabhängig mit Brennstoff beaufschlagbar sind.Furthermore, the invention also includes such embodiments one in which next to first and second Also third, fourth, etc. fuel supplies available and be acted upon independently with fuel.

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.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 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.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Der vorgeschlagene Brenner sowie das ebenfalls beschriebene Betiebsverfahren werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:

Figur 1
ein erstes Beispiel für einen vorgeschlagenen Brenner;
Figur 2
ein zweites Beispiel für einen vorgeschlagenen Brenner;
Figur 3
ein drittes Beispiel für einen vorgeschlagenen Brenner;
Figur 4
ein Beispiel für die Betriebsweise eines vorgeschlagenen Brenners; und
Figur 5
ein viertes Beispiel für einen vorgeschlagenen Brenner;
Figuren 6 bis 11
Beispiele für die Ausgestaltung des Konturverlaufs des Drallerzeugers eines vorgeschlagenen Brenners;
Figuren 12 und 13
Beispiele für Ausgestaltungen der Drallerzeuger im Querschnitt ;
Figuren 14 und 15
schematisch zwei Beispiele für die Ausgestaltung der Brennstoffzuführungen zum Betrieb eines vorgeschlagenen Brenners.
The proposed burner and also the Betiebsverfahren also described will be explained in more detail using exemplary embodiments in conjunction with the drawings. Hereby show:
FIG. 1
a first example of a proposed burner;
FIG. 2
a second example of a proposed burner;
FIG. 3
a third example of a proposed burner;
FIG. 4
an example of the operation of a proposed burner; and
FIG. 5
a fourth example of a proposed burner;
FIGS. 6 to 11
Examples of the configuration of the contour of the swirl generator of a proposed burner;
FIGS. 12 and 13
Examples of embodiments of the swirl generator in cross section;
FIGS. 14 and 15
schematically two examples of the design of the fuel supply to operate a proposed burner.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention

In den folgenden Figuren sind die Brenner in stark schematisierter Ausführung dargestellt, so dass lediglich jeweils an einer Position die für die jeweilige Erläuterung wesentlichen Merkmale herausgestellt sind. Die weitere Gestaltung der dargestellten Brenner ist dem Fachmann unter anderem aus den als Stand der Technik zitierten Dokumenten geläufig, die einen integrierenden Bestandteil der vorliegenden Beschreibung darstellen. Weiterhin wird bei den Ausführungsbeispielen teilweise auf die Eindüsung von gasförmigem Brennstoff Bezug genommen. Es versteht sich jedoch von selbst, dass auch flüssiger Brennstoff über die Brennstoff-Austrittsöffnungen in den 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.

Erste beispielhafte Ausführungsformen eines in den Patentansprüchen beschriebenen Brenners sind in den Figuren 1 bis 3 zu dargestellt. 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 Schirmluft 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.First exemplary embodiments of the in Patent claims described burner are in the Figures 1 to 3 shown. The illustrated Burners comprise the conical swirl body 1, in FIG its outer formwork at the inflow edges of the air inlet slots a first group of outlet openings 6 are arranged for premixed gas. The burners are furthermore with a central fuel lance 12 equipped, which at its combustion chamber end, i.e. at its top, may have a nozzle - as in the present example, that for a liquid Fuel 13 or for a pilot fuel usable is. Around this nozzle can around in a known manner Outlets for shielding air 14 may be provided. In addition to the fuel supplies to the first group of outlet openings 6 and a fuel supply for injection of liquid fuel 13 at the top the fuel lance 12 have the burner shown 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 in the lateral surface of the fuel lance 12 arranged as can be seen in Figures 19 to 21, and preferably radially symmetric about the axis of the fuel lance 12 distributed. They allow the radial of the Fuel lance 12 outward injection of Fuel in the swirl chamber. The number and size these outlet openings 8 and their distribution the fuel lance 12 - in the axial direction and Circumferential direction - will depend on the respective Requirements of the burner such as extinction limits, Pulsations and setback limits selected.

Die Brennstofflanze 12 kann sich relativ weit in den Drallraum erstrecken, sogenannter "Long Lance EV Brenner", wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, oder auch nur ein kurzes Stück in den Drallraum ragen wie in der Figur 3 dargestellt. 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 fuel lance 12 may be relatively far in extend the swirl space, so-called "Long Lance EV Burner ", as shown in Figures 1 and 2, or protrude into the swirl chamber for a short while as well the figure 3 shown. In both cases, 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.

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 outlet openings 6 regardless of the Fuel supply to the second group of outlet openings Control or regulate with fuel.

Die Ausführungsform der Fig. 1 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. 1 leaves a very advantageous stepped mode of operation of the burner, at which both the fuel supplies 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.

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 outlet openings 8 also be operated in diffusion mode. By 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.

Figur 2 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. 2 shows an embodiment of a burner, which are also in the very advantageous tiered Operation can be operated. At the second Group of outlet openings 8 opposite Regions of the swirl body 1 are 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.

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 4 entnommen werden. Auf diese Weise läßt sich beispielsweise eine Gasturbine mit einem derartigen Brenner von der Zündung bis zur Grundlast ohne eine Pilotstufe betreiben.In the operation of these burners are both groups of outlet openings 6, 8 with premixed gas applied. Ignition and start of the burner take place in a mode of operation in which the premix gas mainly via the outlet openings 8 at the Fuel lance 12, in the following also as stage 1 designated, is introduced into the swirl space. at increasing load is the supply of premixed gas to Level 1 decreases and the supply of premix gas over the first group of outlet openings 6, in the following referred to as level 2, increased. Such a distribution of premix fuel to stages 1 and 2 in Depending on the operating status of the burner can are taken from the example of FIG 4. To this Way, for example, a gas turbine with such a burner from the ignition to the Operate base load without a pilot stage.

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 5 dargestellt. Figur 5 zeigt hierbei wiederum den ersten 5 und den zweiten Zuführkanal 7 mit den entsprechenden Austrittsöffnungen 6, 8. Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 5 ist der erste Zuführkanal in der Außenschalung des Drallkörpers 1 angeordnet und der zweite Zuführkanal 7 ist am zylindrischen Innenkörper 9 angeordnet. 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 kann. 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.Another embodiment of a burner, in this example using a cylindrical Swirl generator 1 with conical inner body 9, for the Implementation of the present method is exemplary shown in the figure 5. FIG. 5 shows this again with the first 5 and the second feed channel 7 with the corresponding outlet openings 6, 8. In the Embodiment of Figure 5 is the first feed channel arranged in the outer formwork of the swirl body 1 and the second feed channel 7 is cylindrical Inner body 9 is arranged. The second feed channel 7 is in this case preferably within the outer wall of the Inner body 9 is arranged, wherein also in this case, as in the previous examples a symmetric Distribution of several feed channels 7 around the burner axis 3 can be selected. In this example it is but also possible, the second supply 7 central to let run in the inner body 9, in which case the Outlet openings 8 via corresponding radially extending Channels to the swirl space 2 must be formed. In the front tapered area of the inner body 9 can also have one or more additional outlet openings with a correspondingly separate feeder for fuel (as a pilot stage) or air provided be.

Die Figuren 6 bis 9 zeigen schematisch Beispiele von Drallerzeugergeometrien, mit welchen der beschriebene Brenner 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 gattungsgemässen Vormischbrenner, ist aber eine vorteilhafte Ausführungsform der Drallerzeuger.FIGS. 6 to 9 schematically show examples of swirl generator geometries with which the described Burner can be realized. In the figures are from top to bottom a burner with conical Swirl body 1 and conical inner body 9, a burner formed in the form of an inverted cone Swirl body 1 and conical inner body 9, a burner with tulip-shaped and a burner with funnel-shaped Swirl body 1 shown. In all of these Burner geometries can be as in the previous Examples are the second feeds both in the swirl body 1 as well as be arranged in the inner body 9. all Geometries shown here are common that the axial flow cross-section of the swirl space in the area of the swirl body towards the burner outlet increases towards. This is not absolutely necessary for a generic Vormischbrenner, but is a advantageous embodiment of the swirl generator.

Weiterhin können sämtliche Brennergeometrien mit einem Vormischrohr 10 versehen sein, wie dies beispielhaft in Figur 10 für einen Kegelbrenner und in Figur 11 für einen zylinderförmigen Brenner mit konischem Innenkörper 9 veranschaulicht ist.Furthermore, all burner geometries with a premix tube 10, as exemplified in FIG. 10 for a cone burner and in FIG. 11 for a cylindrical burner with conical Inner body 9 is illustrated.

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 person skilled in the art will see that the realization of the present invention with a wide variety Burner types and combinations of spin bodies, Inner bodies, premix tubes and other known Characteristics of burners is possible.

Die Figuren 12 und 13 zeigen schließlich schematisch zwei Beispiele für den Aufbau eines Drallkörpers im Querschnitt, wie er beim erfindungsgemäßen Brenner eingesetzt werden kann. In Figur 12 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. In Figur 13 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.Finally, FIGS. 12 and 13 show schematically two examples of the structure of a swirl body in cross-section, as in the burner according to the invention can be used. In Figure 12 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. In FIG. 13 a monolithic swirl body 1 with incorporated therein tangential air inlet openings 4 shown. The air inlet openings 4, for example, as milled air intake slots or as rows of Air inlet holes may be formed.

Die Figuren 14 und 15 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 14 and 15 show examples of feeding 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.

In Figur 14 erfolgt die Einstellung des Aufteilungs- bzw. Massenstromverhältnisses über je ein Ventil 15 und 16 in jedem der Verzweigungen. Figur 15 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 14, the discontinuation of or mass flow ratio via one valve 15 and 16 in each of the branches. Figure 15 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. By controlling the valve 15 can be here also the Change the mass flow ratio between P1 and P2. Of course, in this example, the valve 15 also in the branch to the second group of Outlets 8 may be arranged.

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 measurement and Operating parameters 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.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

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
Drallraumswirl 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

Claims (20)

Brenner, im Wesentlichen bestehend aus einem Drallerzeuger (1) für einen Verbrennungsluftstrom (11), einem Drallraum (2) und Mitteln zur Einbringung von Brennstoff in den Verbrennungsluftstrom, wobei der Drallerzeuger (1) Brennluft-Eintrittsöffnungen (4) für den tangential in den Drallraum (2) eintretenden Verbrennungsluftstrom aufweist, die Mittel zur Einbringung von Brennstoff in den Verbrennungsluftstrom wenigstens eine erste Brennstoffzuführung (5) mit einer ersten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung einer Brennerachse (3) angeordneten Brennstoff-Austrittsöffnungen (6) für eine erste Vormischbrennstoffmenge (P1) umfassen und der Brenner eine oder mehrere zweite Brennstoffzuführungen (7) mit einer zweiten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse (3) angeordneten Brennstoff-Austrittsöffnungen (8) für eine zweite Brennstoffmenge (P2) aufweist, welche zweite Brennstoff-zuführungen (7) unabhängig von den ersten Brennstoffzuführungen (5) mit Brennstoff beaufschlagbar sind,
dadurch gekennzeichnet, dass in dem Drallraum (2) ein Innenkörper (9, 10) angeordnet ist, wobei die Brennstoff-Austrittsöffnungen (8) wenigstens einer zweiten Brennstoffzuführung (7) im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse (3) verteilt auf dem Innenkörper (9) angeordnet sind.Burner, essentially consisting of a swirl generator (1) for a combustion air flow (11), a swirl chamber (2) and means for introducing fuel into the combustion air flow, the swirl generator (1) combustion air inlet openings (4) for the tangential in the Swirl chamber (2) entering combustion air flow, the means for introducing fuel into the combustion air stream at least a first fuel supply (5) having a first group of substantially in the direction of a burner axis (3) arranged fuel outlet openings (6) for a first premix fuel ( P1) and the burner has one or more second fuel feeds (7) with a second group of fuel outlet openings (8) arranged in the direction of the burner axis (3) for a second fuel quantity (P2), which second fuel feeds ( 7) independently of the first fuel feeds (5) with fuel beauf are beatable,
characterized in that in the swirl space (2) an inner body (9, 10) is arranged, wherein the fuel outlet openings (8) at least a second fuel supply (7) substantially in the direction of the burner axis (3) distributed on the inner body (9 ) are arranged. Brenner nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkörper (9) eine Brennstofflanze (12) ist, die an ihrem brennraumseitigen Ende zumindest eine Austrittsdüse für flüssigen Brennstoff (13) und/oder Pilotbrennstoff aufweist.Burner according to claim 1,
characterized in that the inner body (9) is a fuel lance (12) having at its combustion chamber end at least one outlet nozzle for liquid fuel (13) and / or pilot fuel. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Innenkörper (9) in Richtung der Brennerachse (3) verteilt angeordneten Brennstoff-Austrittsöffnungen (8) in einem vom brennraumseitigen Ende entfernten axialen Teilbereich des Innenkörpers (9) angeordnet sind.Burner according to one of the preceding claims,
characterized in that on the inner body (9) distributed in the direction of the burner axis (3) arranged fuel outlet openings (8) are arranged in a remote from the combustion chamber end axial portion of the inner body (9). Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gruppe von Brennstoff-Austrittsöffnungen (8) für die Zufuhr von Vormischbrennstoff ausgebildet ist.Burner according to one of the preceding claims,
characterized in that the second group of fuel discharge openings (8) is designed for the supply of premix fuel. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Gruppen von Brennstoff-Austrittsöffnungen im Bereich zumindest einer der Brennluft-Eintrittsöffnungen (4) angeordnet ist.Burner according to one of the preceding claims,
characterized in that at least one of the groups of fuel outlet openings in the region of at least one of the combustion air inlet openings (4) is arranged. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass mehrere erste Brennstoffzuführungen (5) und mehrere zweite Brennstoffzuführungen (7) vorgesehen sind, wobei jeder der ersten Brennstoffzuführungen (5) wenigstens eine zweite Brennstoffzuführung (7) zugeordnet ist.Burner according to one of the preceding claims,
characterized in that a plurality of first fuel feeds (5) and a plurality of second fuel feeds (7) are provided, wherein each of the first fuel feeds (5) is associated with at least one second fuel supply (7). Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zweite Brennstoffzuführungen (7) unmittelbar benachbart zu ersten Brennstoffzuführungen (5) angeordnet sind.Burner according to one of the preceding claims,
characterized in that second fuel feeds (7) are arranged directly adjacent to first fuel feeds (5). Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Brennluft-Eintrittsöffnungen (4) im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse (3) verlaufende tangentiale Eintrittsschlitze sind.Burner according to one of the preceding claims,
characterized in that the combustion air inlet openings (4) are substantially in the direction of the burner axis (3) extending tangential entry slots. Brenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass entlang jedem Eintrittsschlitz eine erste Brennstoffzuführung (5) mit einer ersten Gruppe von Brennstoff-Austrittsöffnungen (6) angeordnet ist.Burner according to claim 8, characterized in that along each inlet slot, a first fuel supply (5) with a first group of fuel outlet openings (6) is arranged. Brenner nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass entlang jedem Eintrittsschlitz wenigstens eine zweite Brennstoffzuführung (7) mit einer zweiten Gruppe von Brennstoff-Austrittsöffnungen (8) angeordnet ist.Burner according to one of claims 8 or 9, characterized in that along each inlet slot at least a second fuel supply (7) with a second group of fuel outlet openings (8) is arranged. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoff-Austrittsöffnungen (8) einer oder mehrerer zweiter Brennstoffzuführungen (7) auf axialen Positionen zwischen den Brennstoff-Austrittsöffnungen (6) einer oder mehrerer ersten Brennstoffzuführungen (5) angeordnet sind.Burner according to one of the preceding claims,
characterized in that the fuel outlet orifices (8) one or more second fuel supply conduits (7) in axial positions between the fuel outlet orifices (6) one or more first fuel supply conduits (5) are arranged. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoff-Austrittsöffnungen (6, 8) aller Gruppen über die gesamte axiale Erstreckung der Brennluft-Eintrittsöffnungen (4) verteilt sind.Burner according to one of the preceding claims,
characterized in that the fuel outlet openings (6, 8) of all groups over the entire axial extent of the combustion air inlet openings (4) are distributed. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoff-Austrittsöffnungen (6, 8) wenigstens einer der Gruppen über die gesamte axiale Erstreckung der Brennluft-Eintrittsöffnungen (4) und die Brennstoff-Austrittsöffnungen (6, 8) wenigstens einer weiteren Gruppe über einen axialen Teilbereich der Brennluft-Eintrittsöffnungen (4) verteilt sind.Burner according to one of the preceding claims,
characterized in that the fuel outlet orifices (6, 8) at least one of the groups over the entire axial extension of the combustion air-inlet openings (4) and the fuel outlet orifices (6, 8) at least one further group over an axial partial region of the combustion air Inlets (4) are distributed. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoff-Austrittsöffnungen (6, 8) zumindest einer der Gruppen auf einem ersten axialen Teilbereich der Brennluft-Eintrittsöffnungen (4) und die Brennstoff-Austrittsöffnungen (6, 8) anderer Gruppen auf weiteren axialen Teilbereichen der Brennluft-Eintrittsöffnungen (4) verteilt sind.Burner according to one of the preceding claims,
characterized in that the fuel outlet openings (6, 8) of at least one of the groups on a first axial portion of the combustion air inlet openings (4) and the fuel outlet openings (6, 8) of other groups on other axial portions of the combustion air inlet openings ( 4) are distributed. Brenner nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Teilbereiche sich nicht überlappen. Burner according to claim 14, characterized in that the axial portions do not overlap. Brenner nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich wenigstens zwei der axialen Teilbereiche zumindest teilweise überlappen.Burner according to claim 14, characterized in that at least two of the axial portions at least partially overlap. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoff-Austrittsöffnungen (6, 8) von zwei oder mehreren Gruppen unterschiedliche Durchströmquerschnitte aufweisen.Burner according to one of the preceding claims,
characterized in that the fuel outlet openings (6, 8) of two or more groups have different flow cross-sections. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur unabhängigen Steuerung der Vormischbrennstoffzufuhr zu der bzw. den ersten (5) und zu der bzw. den zweiten Brennstoffzuführungen (7) vorgesehen sind.Burner according to one of the preceding claims,
characterized in that means are provided for independently controlling the premix fuel supply to the first (5) and second fuel feeds (7). Brenner nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur unabhängigen Steuerung der Vormischbrennstoffzufuhr eine gemeinsame Brennstoffleitung aufweisen, die in eine erste Zufuhrleitung zu der bzw. den ersten (5) und in eine zweite Zuführleitung zu der bzw. den zweiten Brennstoffzuführungen (7) verzweigt, wobei zumindest in einer der Zufuhrleitungen ein Ventil (15, 16) zur Einstellung der Durchflussmenge an Brennstoff angeordnet ist.Burner according to claim 18,
characterized in that the means for independently controlling the premix fuel supply comprises a common fuel line branching into a first supply line to the first (5) and a second supply line to the second fuel supply (s) (7), at least in one of the supply lines is arranged a valve (15, 16) for adjusting the flow rate of fuel. Brenner nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der zweiten Brennstoffzuführungen (7) unabhängig voneinander mit Brennstoff beaufschlagbar sind.Burner according to one of the preceding claims,
characterized in that a plurality of the second fuel supply lines (7) can be acted upon independently of fuel.
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