EP1892474A1 - Brenner mit einem Schutzelement für Zündelektroden - Google Patents
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- F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
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- F23Q7/24—Safety arrangements
Definitions
- the invention relates to a burner with an igniter and at least one ignition electrode, in particular one for installation in a burner of a gas turbine.
- a designed as a pilot burner torch with a detonator and igniter leading ignition electrodes is, for example, in EP 0 193 838 B1 described.
- the detonator has the task of igniting the fuel.
- the ignition electrodes are attached to the outside of the pilot burner and run parallel to its longitudinal axis.
- the fuel supply is located inside the pilot burner and ends in fuel outlet openings.
- the ignition electrodes end in the region of the fuel outlet openings and ignite the fuel emerging there by means of a spark.
- the spark is generated by an ignition voltage between two ignition electrodes and is active during the entire ignition duration.
- Damage to or bending of one or both of the ignition electrodes mounted on the pilot burner during transport or installation may adversely affect the performance of the ignition electrodes. Damage or bending may therefore necessitate replacement of the ignition electrodes.
- the replacement of the ignition electrodes may also be necessary if one of the electrodes is so bent that, instead of between the electrode tips between an electrode line and another metallic component to the electric flashover and therefore the gas mixture can not be ignited.
- the invention has for its object to provide a burner with at least one ignition electrode available, in which the above problem does not occur or only to a reduced extent.
- the burner can be designed in particular as a pilot burner.
- the solution of the problem is that the burner is equipped with at least one extending on its outer side ignition electrode, said electrode is associated with a protective element which projects beyond the outside of the burner and beyond the ignition electrode.
- the advantage of the solution according to the invention is therefore that the ignition electrodes are protected and therefore damage during transport or when installing and removing the ignition electrodes can be avoided.
- the protective element is connected to the outside of the burner, so that the necessary stability is ensured.
- the protective element surrounds the ignition electrodes, wherein the ignition electrode is at least partially covered lengthwise, so that the at least one ignition electrode is optimally protected.
- the protective member may be U-shaped and fixed with the open side and the outside of the burner, so that the ignition electrode are protected from three sides to the outside.
- the protective element can completely enclose the electrodes at least in the front region near the electrode tips.
- the protective element may be formed by at least one rib, so that a better accessibility of the ignition electrodes is ensured.
- the rib can run parallel to the ignition electrode. There may also be at least one rib on each side of the ignition electrode.
- the protective element is made of a rigid and impact-resistant material, so that a deformation of the protective element, which could lead to a deformation of the internal ignition electrodes, is avoided.
- a further advantageous development is that the distance between the protective element and the ignition electrode is at least so great that when an ignition voltage applied to the ignition electrode no flashover between the protective element and the ignition electrode, so that a current flashover between the ignition electrode and the protective element can be reliably avoided ,
- the burner assembly shown in FIG 1 belongs to a gas turbine plant, the preferred field of application of the invention.
- the burner arrangement is, however, also suitable for gas-fired furnaces of boilers.
- the burner arrangement consists of at least one first burner 2 (not shown in FIG 1, see FIGS 2, 3), which serves as a pilot burner, and a second burner 1, which serves as a main burner and in the middle of the first burner 2 is used coaxially.
- the first burner 2 has a burner head 4 with a swirl blading 3 and can be operated with natural gas E and / or fuel oil H as fuel.
- the head 4 of the first burner 2 is coaxial with respect to the burner axis, surrounded by an air supply channel 6, which serves to supply the main portion of the combustion air L to a combustion zone (not shown) formed downstream of the burner head 4.
- the annular gap, the pressurized combustion air L is supplied from a compressor of the gas turbine plant. The hot fuel gases flow into the turbine blading.
- the main burner serving as the second burner 1 is supplemented by the first, serving as a pilot burner burner 2, i. In natural gas mode, it is possible to switch from pilot burner to main burner mode with its lower NOx values after starting up and warming up.
- the first burner 2 serves to stabilize the flame.
- the second burner comprises nozzle tubes 5 and an air supply channel 6.
- the nozzle tubes are connected to a fuel supply system (not shown) and serve to mix petroleum, natural gas or other gaseous or liquid fuel with the supplied combustion air L.
- the air supply channel 6 passes the combustion air L possibly with admixed fuel to the flame area.
- the ignition of the first burner 2 supplied air-fuel mixture via a rod or tubular electrode assembly with two ignition electrodes 7.
- the ignition electrodes 7 are mainly parallel to the axis of the first burner 2. In the region of the support plate 9 through which the ignition electrodes however, the distance of the ignition electrodes 7 from the outer wall of the first burner is significantly greater. The distance of the ignition electrodes 7 from each other is greater in the region of the support plate than in the region of the outer wall of the first burner 2.
- the ignition electrodes are fastened with connecting pieces 11 on the outside of the first burner 2.
- a burner 2 is shown as an exemplary embodiment of a burner according to the invention, on the outer wall of which two ignition electrodes 7 extending in the longitudinal direction of the burner 2 are mounted.
- the burner 2 can in particular serve as the first burner in the burner arrangement described with reference to FIG.
- the ignition electrodes of the burner 2 are covered by a protective element 8, which is formed in the present example as a U-shaped bent sheet 8.
- the legs of the sheet 8 each have an angled region in which they are attached to the outer wall of the burner 2.
- the attachment 10 is advantageously carried out by means of suitable detachable connecting elements, for example screws, so that, if necessary, access to the ignition electrodes 7 is possible.
- detachable connecting elements for example screws
- non-detachable connections are also possible instead of the detachable connection, for example welded connections.
- the U-shaped metal sheet extends at least over the front part of the ignition electrodes 7, ie the part which lies close to the electrode tips 12.
- the sheet 8 should be made of an impact resistant and rigid material such as e.g. Be made of steel.
- the distance of the sheet 8 from the ignition electrodes 7 should be at least so great that when a firing voltage applied to the ignition electrodes 7 no flashover between the fender 8 and the ignition electrodes 7 takes place.
- the concrete value for the distance depends on the dielectric strength of the medium between the electrodes 7 and the protective plate 8 as well as the geometry of the ignition electrodes and the temperature prevailing when the ignition voltage is applied. In the present embodiment with air as the medium, a safety distance of at least 5 mm should be maintained if the ignition voltage is 5 kV.
- FIG. 3 shows an ignition electrode 7 mounted in the burner 2 with two ignition electrodes 7 mounted on its outer wall.
- This burner 2 can also be used, in particular, as the first burner in the burner arrangement described with reference to FIG.
- the longitudinal ribs 8 project from the surface of the burner 2 via the ignition electrodes 7, so that the ignition electrodes 7 are protected from shocks.
- the ribs 8 are fixedly connected to the wall of the burner 2.
- the attachment 10 can be made for example by welding or soldering. Although detachable connections between the longitudinal ribs 8 and the burner 2, for example by means of screws, are also possible, non-detachable connections are completely sufficient since the arrangement does not substantially restrict access to the ignition electrodes 7 and the ribs 8 are therefore accessible the electrodes 7 need not be removed.
- the ribs 8 should be made of a shock-resistant and rigid material such as steel.
- the distance of the ribs from the ignition electrodes 7 should be at least at a starting voltage of 5 kV 5 mm so that no flashover between a firing electrode and a rib can take place.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Brenner mit einem Zünder und wenigstens einer Zündelektrode, insbesondere einen solchen für den Einbau in einen Brenner einer Gasturbine.
- Ein als Pilotbrenner ausgebildeter Brenner mit einem Zünder und zum Zünder führenden Zündelektroden ist beispielsweise in
EP 0 193 838 B1 beschrieben. Der Zünder hat die Aufgabe, den Brennstoff zu zünden. Die Zündelektroden sind außen am Pilotbrenner befestigt und verlaufen parallel zu seiner Längsachse. Die Brennstoffzuführung befindet sich im Inneren des Pilotbrenners und endet in Brennstoffaustrittsöffnungen. Die Zündelektroden enden im Bereich der Brennstoffaustrittsöffnungen und entzünden den dort austretenden Brennstoff mittels eines Zündfunkens. Der Zündfunke wird durch eine Zündspannung zwischen zwei Zündelektroden erzeugt und steht während der gesamten Zünddauer an. - Beschädigungen oder Verbiegung einer oder beider am Pilotbrenner angebrachten Zündelektroden beim Transport oder Einbau können die Funktionstüchtigkeit der Zündelektroden negativ beeinflussen. Beschädigungen oder Verbiegung können daher den Austausch der Zündelektroden notwendig werden lassen.
- Der Austausch der Zündelektroden kann auch notwendig werden, wenn eine der Elektroden so sehr verbogen ist, dass es anstatt zwischen den Elektrodenspitzen zwischen einer Elektrodenleitung und einem anderen metallischen Bauteil zum Stromüberschlag kommt und daher das Gasgemisch nicht gezündet werden kann.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner mit wenigstens einer Zündelektrode zur Verfügung zu stellen, bei dem die oben genannte Problematik nicht oder nur in reduziertem Maße auftritt.
- Diese Aufgabe wird durch einen Brenner mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Brenner kann insbesondere als Pilotbrenner ausgebildet sein.
- Erfindungsgemäß besteht die Lösung der Aufgabe darin, dass der Brenner mit wenigstens einer an seiner Außenseite verlaufenden Zündelektrode ausgerüstet ist, wobei dieser Elektrode ein Schutzelement zugeordnet ist, welches über die Außenseite des Brenners und über die Zündelektrode hinaus vorsteht.
- Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt also darin, dass die Zündelektroden geschützt sind und daher Beschädigungen beim Transport bzw. beim Ein- und Ausbau der Zündelektroden vermieden werden können.
- Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
- Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Schutzelement mit der Außenseite des Brenners verbunden, so dass die nötige Stabilität gewährleistet ist.
- Eine andere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass das Schutzelement die Zündelektroden umgibt, wobei die Zündelektrode zumindest teilweise der Länge nach abgedeckt wird, so dass die wenigstens eine Zündelektrode optimal geschützt ist.
- Außerdem kann das Schutzelement U-förmig ausgebildet und mit der offenen Seite and der Außenseite des Brenners befestigt sein, so dass die Zündelektrode von drei Seiten nach außen hin geschützt werden. Das Schutzelement kann die Elektroden zumindest im vorderen Bereich nahe den Elektrodenspitzen vollständig umschließen.
- Alternativ kann das Schutzelement durch wenigstens eine Rippe gebildet sein, so dass eine bessere Zugänglichkeit der Zündelektroden gewährleistet ist. Die Rippe kann parallel zur Zündelektrode verlaufen. Es kann sich auch auf beiden Seiten der Zündelektrode jeweils mindestens eine Rippe befinden.
- Vorzugsweise wird das Schutzelement aus einem biegesteifen und stoßfesten Material hergestellt, so dass eine Verformung des Schutzelements, die zu einer Verformung der innen liegenden Zündelektroden führen könnte, vermieden wird.
- Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, der Abstand zwischen dem Schutzelement und der Zündelektrode mindestens so groß ist dass bei Anliegen einer Zündspannung an der Zündelektrode kein Überschlag zwischen dem Schutzelement und der Zündelektrode erfolgt, damit ein Stromüberschlag zwischen der Zündelektrode und dem Schutzelement zuverlässig vermieden werden kann.
- Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Es zeigt:
- FIG 1
- einen Brenner mit einer Zündelektrode,
- FIG 2
- einen Brenner mit Zündelektroden und einem Schutzelement, das einen U-förmigen Querschnitt aufweist und die Zündelektroden im vorderen Bereich umgibt,
- FIG 3
- einen Brenner mit Zündelektroden und einem Schutzelement, welches aus Rippen gebildet ist und parallel zu den Zündelektroden verläuft.
- Die in FIG 1 dargestellte Brenneranordnung gehört zu einer Gasturbinenanlage, dem bevorzugten Anwendungsgebiet der Erfindung. Die Brenneranordnung ist indes auch für gasbefeuerte Feuerungsanlagen von Kesseln geeignet.
- Die Brenneranordnung besteht aus wenigstens einem an einer Trägerplatte (in FIG 1 nicht dargestellt; s. FIG 2, 3) befestigten ersten Brenner 2, der als Pilotbrenner dient, und einem zweiten Brenner 1, der als Hauptbrenner dient und in dessen Mitte der erste Brenner 2 koaxial eingesetzt ist. Der erste Brenner 2 weist einen Brennerkopf 4 mit einer Drallbeschaufelung 3 auf und kann mit Erdgas E und/oder Heizöl H als Brennstoff betrieben werden. Der Kopf 4 des ersten Brenners 2 ist koaxial, bezogen auf die Brennerachse, umgeben von einem Luftzufuhrkanal 6, welcher der Zufuhr des Hauptanteils der Verbrennungsluft L zu einer stromab des Brennerkopfes 4 ausgebildeten Verbrennungszone (nicht dargestellt) dient. Dem Ringspalt wird die unter Druck stehende Verbrennungsluft L von einem Kompressor der Gasturbinenanlage zugeführt. Die heißen Brenngase strömen in die Turbinenbeschaufelung.
- Der als Hauptbrenner dienende zweite Brenner 1 wird durch den ersten, als Pilotbrenner dienenden Brenner 2 ergänzt, d.h. bei Erdgasbetrieb kann nach dem Anfahren und Anwärmen vom Pilotbrenner- auf den Hauptbrennerbetrieb mit seinen geringeren NOx-Werten umgeschaltet werden. Der erste Brenner 2 dient dabei zur Stabilisierung der Flamme.
- Der zweite Brenner umfasst Düsenrohre 5 und einen Luftzufuhrkanal 6. Die Düsenrohre sind an ein Brennstoffzuleitungssystem angeschlossen (nicht dargestellt) und dienen zur Vermischung von Erdöl, Erdgas oder einem anderen gasförmigen oder flüssigen Brennstoff mit der zugeführten Verbrennungsluft L. Der Luftzufuhrkanal 6 leitet die Verbrennungsluft L ggf. mit beigemischtem Brennstoff dem Flammenbereich zu.
- Die Zündung des dem ersten Brenner 2 zugeführten Luft-Brennstoff-Gemisches erfolgt über eine stab- oder rohrförmige Elektrodenanordnung mit zwei Zündelektroden 7. Die Zündelektroden 7 verlaufen hauptsächlich parallel zur Achse des ersten Brenners 2. Im Bereich der Trägerplatte 9, durch die die Zündelektroden 7 hindurchgeführt sind, ist der Abstand der Zündelektroden 7 von der Außenwand des ersten Brenners jedoch deutlich größer. Auch der Abstand der Zündelektroden 7 untereinander ist im Bereich der Trägerplatte größer als im Bereich der Außenwand des ersten Brenners 2. Die Zündelektroden sind mit Verbindungsstücken 11 auf der Außenseite des ersten Brenners 2 befestigt.
- In Figur 2 ist als Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Brenner ein Brenner 2 dargestellt, an dessen Außenwand zwei in Längsrichtung des Brenners 2 verlaufende Zündelektroden 7 angebracht sind. Der Brenner 2 kann insbesondere als erster Brenner in der mit Bezug auf FIG 1 beschriebenen Brenneranordnung dienen.
- Die Zündelektroden des Brenners 2 sind durch ein Schutzelement 8 abgedeckt, das im vorliegenden Beispiel als U-förmig gebogenes Blech 8 ausgebildet ist. Die Schenkel des Bleches 8 weisen jeweils einen abgewinkelten Bereich auf, in dem sie an der Außenwand des Brenners 2 befestigt sind. Die Befestigung 10 erfolgt vorteilhafterweise durch geeignete lösbare Verbindungselemente, z.B. Schrauben, damit im Bedarfsfall ein Zugang zu den Zündelektroden 7 möglich ist. Statt der lösbaren Verbindung sind grundsätzlich auch nicht lösbare Verbindungen möglich, bspw. Schweißverbindungen. Das U-förmige Blech erstreckt sich zumindest über den vorderen Teil der Zündelektroden 7, d.h. den Teil, der nahe den Elektrodenspitzen 12 liegt.
- Das Blech 8 sollte aus einem stoßfesten und biegesteifen Werkstoff wie z.B. Stahl gefertigt sein. Der Abstand des Bleches 8 von den Zündelektroden 7 sollte mindestens so groß sein, dass bei Anliegen einer Zündspannung an den Zündelektroden 7 kein Überschlag zwischen dem Schutzblech 8 und den Zündelektroden 7 erfolgt. Der konkrete Wert für den Abstand hängt von der Durchschlagsfestigkeit des Mediums zwischen den Elektroden 7 und dem Schutzblech 8 sowie der Geometrie der Zündelektroden und der bei Anliegen der Zündspannung herrschenden Temperatur ab. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit Luft als Medium sollte ein Sicherheitsabstand von mindestens 5 mm eingehalten werden, wenn die Zündspannung 5 kV beträgt.
- Figur 3 zeigt einen im Brenner 2 mit zwei an seiner Außenwand angebrachten Zündelektroden 7. Auch dieser Brenner 2 kann insbesondere als erster Brenner in der mit Bezug auf FIG 1 beschriebenen Brenneranordnung dienen.
- Rechts und links von den Zündelektroden 7 des in FIG 3 dargestellten Brenners 2 verläuft jeweils eine Längsrippe 8. Die Längsrippen 8 stehen von der Oberfläche des Brenners 2 aus über die Zündelektroden 7 vor, so dass die Zündelektroden 7 vor Stößen geschützt sind. Die Rippen 8 sind fest mit der Wand des Brenners 2 verbunden. Die Befestigung 10 kann beispielsweise durch Schweißen oder Löten erfolgen. Lösbare Verbindungen zwischen den Längsrippen 8 und dem Brenner 2, bspw. mittels Schrauben, sind zwar auch möglich, aber nicht lösbare Verbindungen sind völlig ausrechend, da die Anordnung den Zugang zu den Zündelektroden 7 nicht wesentlich einschränkt und die Rippen 8 daher für den Zugang zu den Elektroden 7 nicht abgenommen werden müssen.
- Wie das Blech des ersten Ausführungsbeispiels sollten die Rippen 8 aus einem stoßfesten und biegesteifen Werkstoff wie z.B. Stahl gefertigt sein. Der Abstand der Rippen von den Zündelektroden 7 sollte bei einer Zündspannung von 5 kV mindestens 5 mm betragen, damit kein Stromüberschlag zwischen einer Zündelektrode und einer Rippe stattfinden kann.
- Abschließend sei angemerkt, dass sämtlichen Merkmalen, die in den Anmeldungsunterlagen und insbesondere in den abhängigen Ansprüchen genannt sind, trotz des vorgenommenen formalen Rückbezuges auf einen oder mehrere bestimmte Ansprüche, auch einzeln oder in beliebiger Kombination eigenständiger Schutz zukommen soll.
Claims (11)
- Brenner (2) mit wenigstens einer an seiner Außenseite verlaufenden Zündelektrode (7), dadurch gekenn-zeichnet, dass der wenigstens einen Zündelektrode (7) ein Schutzelement (8) zugeordnet ist, welches über die Außenseite des Brenners (2) und über die Zündelektrode (7) hinaus vorsteht.
- Brenner (2) gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (8) mit der Außenseite des Brenners (2) verbunden ist. - Brenner (2) gemäß Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (8) die Zündelektrode (7) umgibt, wobei die Zündelektrode (7) zumindest teilweise der Länge nach abgedeckt wird. - Brenner (2) gemäß Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (8) im Querschnitt U-förmig ausgebildet und mit der offenen Seite an der Außenseite des Brenners (2) befestigt ist. - Brenner (2) gemäß Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (8) die Zündelelektrode (7) zumindest im vorderen Bereich nahe den Elektrodenspitzen umschließt. - Brenner (2) gemäß Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (8) wenigstens eine Rippe umfasst. - Brenner (2) gemäß Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rippe (8) parallel zur Zündelektrode (7) erstreckt. - Brenner (2) gemäß Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass sich auf beiden Seiten der Zündelektrode jeweils mindestens eine Rippe befindet. - Brenner (2) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (8) aus einem biegesteifen und stoßfesten Material ist. - Brenner (2) gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Schutzelement (8) und der Zündelektrode (7) mindestens so groß ist dass bei Anliegen einer Zündspannung an der Zündelektrode (7) kein Überschlag zwischen dem Schutzelement (8) und der Zündelektrode (7) erfolgt. - Brenner (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch seine Ausgestaltung als Pilotbrenner für eine Brenneranordnung.
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