EP2904317A2 - Brennerspitze und brenner - Google Patents

Brennerspitze und brenner

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Publication number
EP2904317A2
EP2904317A2 EP13792288.6A EP13792288A EP2904317A2 EP 2904317 A2 EP2904317 A2 EP 2904317A2 EP 13792288 A EP13792288 A EP 13792288A EP 2904317 A2 EP2904317 A2 EP 2904317A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
burner tip
burner
wall
displacement body
tip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13792288.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Kiener
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP13792288.6A priority Critical patent/EP2904317A2/de
Publication of EP2904317A2 publication Critical patent/EP2904317A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • F23D14/24—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other at least one of the fluids being submitted to a swirling motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/48—Nozzles
    • F23D14/58—Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/76—Protecting flame and burner parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/78—Cooling burner parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/007—Supplying oxygen or oxygen-enriched air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2214/00—Cooling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Definitions

  • the present invention relates to a burner tip, in particular a burner tip for high-temperature applications in synthesis gas production.
  • the invention relates to a burner, in particular a burner for synthesis gas production.
  • a burner for a synthesis gas reactor is schematically shown in FIG.
  • This comprises an outer burner element, in the tip of a cavity with a displacer arranged therein is present. Around the displacement body around a cooling water channel is guided, which serves to cool the burner tip.
  • the burner further comprises an inner burner element, which is arranged concentrically to the outer tube. Between the inner burner element and the outer burner element is a channel for the supply of
  • the inner burner element has in the region of its tip a cavity with a displacer arranged therein, around which a cooling water channel is guided, with which the tip of the inner burner element is cooled, on.
  • a pilot burner is arranged, wherein between the inner burner element and the pilot burner, a supply channel for an oxygen / steam mixture is formed.
  • the pilot ⁇ burner is hollow-walled, wherein in the region of the tip of the pilot burner, a displacement body is arranged around which a cooling water channel is guided in order to cool the pilot burner ⁇ tip.
  • the burner tips of burners in synthesis gas reactors are exposed to high temperatures during operation of the reactor, so that a considerable heat input into the burner tip occurs .
  • the registered heat is dissipated by the flowing into the beschrie ⁇ surrounded cooling water channels cooling water.
  • the burner tip can be provided with a thermal barrier coating, as described in DE 10 2008 006 572 AI.
  • the respective burner elements are usually made of several ⁇ ren pipes and one connecting the tubes together
  • the tip in which the displacement body is arranged, constructed.
  • the tip is usually assembled from a äuße ⁇ ren annular member and an inner annular member, wherein the outer annular member is connected to the äuße ⁇ ren tube and the inner annular member with the inner tube.
  • the annular parts are welded together at their ends facing away from the outer tube or the inner tube.
  • the displacer is connected to a centrally located tube which divides the space between the outer tube and the inner tube into an annular supply channel for cooling water and an annular discharge channel for cooling water.
  • Each burner element therefore has a complex structure.
  • the burner tips are relatively large, and thus heavy, which reduces their handling, for example, as part of a maintenance.
  • the wall thicknesses of the pipes or the tip portions are typically at least 3 mm, which makes the heat dissipation and increases the susceptibility to temperature fluctuations ⁇ .
  • suspended particles and cooling water over time can lead to a narrowing of the cooling water channels in the region of the burner tip or even to a blockage of the cooling water channels, which entails an increased need for maintenance so that such constrictions can be detected in good time.
  • a burner tip according to the invention includes a combustor liner ⁇ opening and at least one outlet opening surrounding the burner tip of the burner part.
  • the burner tip part be ⁇ sits a burner tip wall with a closed end of the burner tip part forming end wall. In its interior, the burner tip part has a cavity reaching up to the end wall.
  • the burner tip wall has a wall facing inside the cavity.
  • a displacement body is arranged with one of the wall inside of the burner tip wall facing the displacement body outside, wherein the displacement body is hollow. Between the wall inside the burner tip wall and the displacement body outside at least one flow ⁇ channel is formed.
  • the displacement body By virtue of the hollow formation of the displacement body, it is possible to save weight and material in comparison to combustion tips according to the prior art in which the displacement body is designed as a solid body. Because of the lower weight, the torch tip, which can have diameters of 50 cm and more, is easier to handle, for example as part of a maintenance or repair process.
  • the displacement body has an end proximal to the end wall, a distal end wall to the end wall, a Verdrlindungskör ⁇ inside and in the region of the distal end at least one positive displacement body opening towards the displacement body opening. In this way it is possible, the hollow displacement body a flowing through the flow channel between the displacement body outside and the inside wall ⁇ side of the burner tip wall cooling fluid, eg.
  • a flow guide may be arranged in the displacement body opening, for example., That it shares the displacement body opening into an inflow section and an outflow section under ⁇ , and that a flow path between the inflow and the outflow section is formed around the flow-around.
  • the displacement body has at least one further displacement body opening which is open toward the displacement body interior. This is then arranged between the proximal end of the displacement body and the in the region of the distal end to ⁇ ordered displacement body opening. Between the displacer opening and the further displacer opening, the displacer interior forms a flow path for cooling fluid, such as cooling water.
  • a foreign matter collecting space branching from the flow path in the displacement body interior may be located in the fluid flowing through the flow path.
  • the collecting ⁇ space in the displacement body interior is in an area of the flow path in which a change in the flow direction ⁇ takes place. It is particularly advantageous if the change in the flow direction brings about a substantial flow reversal.
  • the hollow displacement body is enough space to provide a sufficiently large collection space available. The collection of foreign matter such as suspended particles in the cooling fluid causes the To slow down the fluid passages leading around the outside of the displacement body and thereby delaying a narrowing of the flow cross-section longer. This in turn has a favorable effect on the maintenance intervals.
  • the displacement body is connected via support structures, for example via web-like or pillar-like structures, with the inside wall of the burner tip wall.
  • the support structures extend from the displacement body outside to the inside of the burner tip wall.
  • adjacent web-like or pillar- ⁇ like structures may converge on the displacement body on the outside and / or on the inner wall face of the burner tip wall into sheets at least in the region of the burner tip end wall.
  • These arches can be formed in particular as pointed arches, similar to the arches in Gothic architecture.
  • the position of the displacement body in the interior of the burner tip wall Festge ⁇ sets.
  • the entire structure of burner tip wall and displacement body can be more stable out ⁇ staltet.
  • the density of support structures which connect the displacement body to the burner tip wall is increased at least in the area of the end wall in comparison to other areas of the burner tip wall.
  • the burner tip wall can be made thinner compared to areas without increased density of support structures.
  • it may have thicknesses below 3 mm, in particular thicknesses in the range of 0.5 mm to 2 mm. In this way can be in areas that be ⁇ Sonder high temperatures and / or particularly pronounced temperature fluctuations are exposed to the heat absorbed from the burner tip wall off quickly to the cooling fluid lead, whereby the thinner wall can be kept cooler than a thicker wall, which in turn has a favorable effect on the available operating time to a maintenance.
  • the displacement body may be formed in particular integrally with the Stützstruktu ⁇ Ren and the burner tip wall.
  • This allows a particularly stable structure and allows in many structures in the first production.
  • the production can be carried out by additive manufacturing process (English: additive manufacturing process), for example, by selective laser melting (English: selective laser melting).
  • the burner tip wall can be coated with a thermal barrier coating at least in the region of the front wall. Insbeson ⁇ particular, if the burner tip wall thicker and thinner preparation ⁇ surface having a configuration is advantageous in which the thermal barrier coating is on the thinner regions, in particular in the region of the end wall, is applied. Characterized in that in the ⁇ ser embodiment in the regions with the thermal barrier coating, the tip of the burner wall is thinner may be achieved that the total wall thickness in these areas does not dispute the thickness of the remaining regions without any thermal barrier layer in spite of the applied thermal barrier coating.
  • the inventive burner tip may also swirl blades which extend at least partially into the burner outlet opening ⁇ be integrally trained det with the burner wall. So far swirl blades are pushed from the burner tip facing away from the burner side in the burner outlet wall surrounded by the burner outlet. This insertion may damage the swirl vanes and / or the burner tip wall. By integrally forming the swirl blades with the burner tip wall, the insertion of swirl blades is unnecessary. In addition, there is a possibility that the between the wall inside of the burner tip wall and the displacement body outside formed flow channel at least partially extends through the swirl blades. In this way, a common ⁇ same cooling of burner tip and swirl blades is possible.
  • twist scoops ⁇ feln form a blading, having the shape of a nozzle of the flow cross section for a flowing through the Be ⁇ blading oxygen-steam mixture in certain areas Blade reduced.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a burner as used in synthesis gas reactors.
  • FIG. 2 shows the tip of a first burner element.
  • FIG. 3 shows the tip of a second burner element.
  • FIG. 4 shows the tip of a pilot burner used in the burner.
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment of the tip from FIG. 3.
  • FIG. 6 shows a further alternative embodiment of the tip from FIG. 3.
  • FIG. 7 shows yet another alternative embodiment from FIG. 3.
  • Figure 8 shows the embodiment of Figure 7 in a section along the line VIII-VIII.
  • the burner is constructed rotationally symmetrically around a burner axis A and includes a tubular section and a Zu effetsab ⁇ is subsequently ⁇ sequent to the lead portion of the burner tip 1, which surrounds a burner opening.
  • the burner comprises a first, outer burner element 2, which is formed in the tubular portion of the burner of three inratge ⁇ inserted tubes 4, 6,. 8 Between the tubes, a cooling fluid supply channel 7 and a cooling fluid discharge channel 9 are formed, via which cooling fluid into the burner tip 1 leads ⁇ leads and can be discharged from this.
  • a cooling fluid in particular water comes into consideration.
  • the external burner element 2 of the pure tube shape differs from and is inclined toward the center of the burner outlet opening. 3
  • it has in the region of the tip a cavity in which a displacement body 5 is arranged at a distance from the wall of the burner element 2 in this area.
  • a flow channel 10 is formed through which the cooling fluid, for example cooling water, through which
  • Tip of the outer burner element 2 is passed to cool them.
  • the deviating from the tubular portion of the outer burner element 2 is an outer burner tip part 11, which is formed as a separate part and its wall IIA is welded to the tubular portion of the outer burner element 2.
  • the wall IIA of Brennerspit ⁇ zenteils 11 has an approximately U-shaped bend, so that it can be connected to both the outer tube 4 and the inner tube 8 of the tubular portion of the outer burner element 2.
  • the displacement body 5 is attached to the middle tube 6. For this purpose, it has a groove 5A whose width is adapted to the wall thickness of the central tube 6 of the tubular portion.
  • the burner further comprises an inner burner element 12 which, except in the region of the burner tip 1, is likewise formed from three telescoping tubes 14, 16, 18.
  • an internal burner ⁇ tip portion 15 closes on the tubular portion of the inner burner element 12 with a cavity therein.
  • a displacement body 15 is arranged, wherein the displacement body outer side has a distance from the inner ⁇ side of the burner tip wall 21A in the region of the inner burner ners-peak part 21, so that a flow channel Zvi ⁇ rule two is formed.
  • the inner burner ⁇ tip portion is formed as a separate part, the wall 21 A is welded to the outer tube 14 and the inner tube 18 of the tubular portion.
  • the wall 21A is bent in a broad sense U-shaped so that it can be welded to both the outer tube 14 and the inner tube 18 of the three nested tubes 14, 16, 18 of the tubular portion.
  • the displacement body 15 is placed on the central tube 16 of the tubular portion on ⁇ .
  • the inner burner element 12 has an outer diameter which is smaller than the inner diameter of the outer burner element 2, so that ge ⁇ forms between the two, an annular channel is serving for supplying a fuel dust, for example for supply of pulverized coal.
  • the inner burner element 12 encloses a largely zy ⁇ linderförmigen space in which a pilot burner 21 is arranged.
  • This includes a tubular portion 22A which is formed from three tubes 24, 26, 28 and a pilot burner tip portion 31 closes on the Be in ⁇ reaching the burner tip 1 at ⁇ .
  • the pilot burner tip part 31 has a cavity in which a displacement body 25 is arranged, wherein the displacement body outside has a distance from the inside of the wall 31A of the pilot burner tip part 31, so that a flow channel 30 is formed between the two.
  • the wall 31 A of the tip portion 31 is welded to the tubular ⁇ shaped portion.
  • the wall 31A of the Pilotbren- ners-peak part 31 is U-shaped ge ⁇ arc in the broadest sense, so that they are welded on the one hand with the outer tube 24 of the tubular portion of the pilot burner 21 and to the inner tube 28 of the tubular portion of the pilot burner 21 can.
  • the displacement body 25 is attached to the middle tube 26 of the tubular portion. For this purpose, it has a groove 25A, whose width is adapted to the wall ⁇ thickness of the central tube 26.
  • the tubular portion of the pilot burner 22 has an outer diameter which is smaller than the inner diameter of the inner burner element 12, so that between both an oxygen / steam channel 23 is formed. This is used to supply water vapor, which is required in the synthesis gas reactor for the conversion of the fuel dust into synthesis gas, and optionally for the supply of oxygen or air.
  • For För ⁇ alteration of the synthesis gas reaction is the steam supplied, and optionally the oxygen supplied and the supplied air, vortexed to the synthesis gas reaction to promote.
  • swirl blades 32 are arranged in the region of the burner tip 1 between the inner burner element 12 and the pilot burner 22.
  • the pilot burner 22 encloses a substantially cylindrical cavity in which a pilot burner and a device for flame monitoring are arranged.
  • FIG. 2 shows the structure of the outer burner tip part 11.
  • the tubes 4, 6, 8 of the tubular section of the outer burner element 2 pushed into one another can be seen.
  • the outer burner tip portion 11 terminates in an end wall 34, which is the end of the outer burner tip portion.
  • a cavity is formed, in which, as already described, the displacement body 5 is located.
  • This is, as shown in Figure 2, hollow. It has an end 36 which is proximal to the end wall 34 and an end 38 which is distal to the end wall and has a groove 5A for attachment to the middle tube 6 of the tubular section of the burner element.
  • a displacement body opening 40 which is open to the interior space 42 of the hollow displacement body 5, so that the interior space 42 is accessible through the displacement body opening 40 .
  • the mig approximately u-conveyor bent burner tip wall IIA is connected to both the äuße ⁇ ren tube 4 and the inner tube 8 of the tubular portion of the outer burner element 2, while the displacement body 5 so with the middle tube 6 of the tubular portion of the outer burner element 2 verbun ⁇ is that the displacement body opening 40 is open to the feed channel 7 formed between the outer tube 4 and the central tube 6.
  • the displacement body interior 42 is thereby fluidly connected to the supply channel 7 for the cooling fluid.
  • the hollow displacement body 5 which consists essentially of a relatively thin displacement body wall 44, is connected via support structures 46 to the inside of the burner tip wall 2. These can be formed like webs or pillars, so that they obstruct the flow in the flow channel 10 as little as possible and even direct it if necessary.
  • Fig. 3 shows the structure of the inner burner tip portion 21 and the subsequent nested tubes 14, 16, 18 of the tubular portion of the inner
  • the inner burner tip part 21 has a burner tip wall 21A with an end wall 47 forming the closed end of the inner burner tip part 21.
  • a displacement body 15 This is in turn designed to be self hollow and has a ⁇ VerdrDeutschungskör a per-interior 52 surrounding displacement body wall 54.
  • the displacement body 15 has an end 48 which is proximal to the end wall 47 and an end 49 which is distal to the end wall 47 and has a groove 15A for attachment to the middle tube 16 of the tubular section of the burner element.
  • a displacement body opening 50 is arranged, via which the displacement body interior 52 is accessible.
  • the torch tip wall 21A of the inner burner tip part 21 is bent approximately U-shaped with the ends of the torch tip wall 21A connected to the outer tube 14 of the tubular portion of the inner burner element 12 and to its inner tube 18.
  • the displacer body wall 54 is connected to the center tube 16 of the tubular portion of the inner burner element 12 such that the displacer body opening 50 is also open between the outer tube 14 and the middle tube 16 of the tubular portion of the inner burner element 12. In this way, the displacement body interior 52 is fluidly connected to the supply channel 17 for the cooling fluid.
  • the displacement body wall 54 is supported by structures, which may be formed, for example, web-like or pillar-like ⁇ forms, connected to the inside of the burner tip wall 21A, so that a defined distance between the displacement body outside and the inside of the burner tip wall 21A is present to form the flow channel 20.
  • structures which may be formed, for example, web-like or pillar-like ⁇ forms, connected to the inside of the burner tip wall 21A, so that a defined distance between the displacement body outside and the inside of the burner tip wall 21A is present to form the flow channel 20.
  • the outer burner tip part of the support structures can also be formed so that they conduct the Strö ⁇ mung through the flow channel, but in any case they are designed so that they impede the flow as little as possible.
  • swirl vanes 32 are integrally formed.
  • the swirl vanes 32 are hollow, and each have a swirl vane interior 58, which is fluidly connected via a cooling fluid inlet opening 59 and a cooling fluid outlet opening 60 to the flow channel 20 leading around the displacement body 15.
  • the swirl body interior 58 is thus part of the cooling circuit, so that the swirl vanes 32 are cooled together with the inner burner tip part 21 by the cooling fluid.
  • a pipe 62 is formed, which serves as a guide for the ⁇ set of the pilot burner 22.
  • Embodiments without tube 62 for guiding the pilot burner 22 are also possible.
  • the tube 62 shown in the figure thus represents only an option.
  • pilot burner 22 in the region of the burner tip 1 is shown in FIG. In the figure, the pilot burner tip portion 31 and consisting of the three interlocking ⁇ pushed tubes 24, 26 can be seen, tubular portion of the pilot burner 22 formed 28th
  • the pilot burner tip portion 31 has an approximately U-shaped burner tip wall 31A, which defines an interior of the burner Pilot burner tip portion 31 surrounds.
  • a displacement body 25 is arranged in the interior.
  • 21 of the outer burner element 2 and the inner burner member 12 and the displacement member 25 located in the interior of Pilotbren- ners-peak part 21 is hollow. It comprises a oriented to the front side 76 proximal ⁇ males end 66 and a distal end remote from this 68 with a groove 25A for attaching to the central tube 26 of the tubular portion of the burner element.
  • a displacement body opening 70 is arranged, via which the interior 72 of the displacement body 25 is accessible.
  • the displacement body interior 72 is surrounded by a displacement body wall 74, which is connected via support structures 76, for example the pfei ⁇ lerianon or web-like structures already described, with the inside of the burner tip wall 31A.
  • the support structures 76 may be formed flow-conducting. However, in any case they are designed so that they flow formed by the interim ⁇ rule the displacement body outer side and the inner side of the burner tip wall 31A of flow channel 30 does not interfere.
  • the two ends of the roughly U-shaped torch tip wall 31A of the pilot burner tip 31 are connected to the outer tube 24 and the inner tube 28 of the tubular section of the pilot burner 22, the displacer wall 74 to the central tube 26 of the tubular section.
  • the compound is carried out at a point of Verdrteilungsisson- wall 74, which is selected such that the Verdrän ⁇ supply body opening 70 supply channel formed to between the outer tube 24 of the tubular portion of the pilot burner 22 and its intermediate tube 26 is open , The displacement body interior 72 is thereby integrated into the cooling fluid circuit.
  • the outer diameter of the pilot burner so 22 is chosen such that it can be scho ⁇ ben into the tube 62 of the inner burner wall 12th
  • the pilot burner 22 also encloses a substantially cylindrical interior in which a pilot burner and a flame monitoring device can be arranged.
  • the burner tip parts 11, 21, 31 are each made separate from the tubular sections formed by the nested tubes.
  • the ineinan ⁇ dergeschobenen tubes are then connected, for example by means of a Sch Strukturpro ⁇ zesses with the respective burner tip parts subsequently.
  • the burner tip parts can in particular in each case in one piece einstü ⁇ Herge ⁇ represents by a generative layer construction process will be.
  • the described complex structures in which hollow displacement bodies are connected to the burner tip walls via support structures become possible.
  • the integral production of the swirl ⁇ blades 32 and the tube 62 with the inner Brennerspit ⁇ zenteil 21 can be ensured by the generative manufacturing method using a layer structure. 5
  • selective laser sintering may in particular be used.
  • FIG. 5 A modification of the embodiment shown in Figure 3 will be described below with reference to Figure 5.
  • the modification concentrates essentially on the design of the displacement body and its displacement ⁇ body interior.
  • the remaining elements of the exemplary embodiment described in FIG. 3, such as the swirl vanes, are therefore not shown in FIG.
  • Elements corresponding to those of Figure 3 are designated by the same reference numerals as in Figure 3 and will not be explained again to avoid repetition
  • the displacement body of the embodiment shown in Figure 5 differs from the displacement body of the embodiment shown in Figure 3 essentially in that its displacement body opening 50 is increased.
  • a flow guide element 80 projects from the inside of the inner burner wall into the displacement body opening 50, so that the flow guide element 80 divides the opening into an inflow section 81 and a discharge section 82.
  • a flow reversal 84 In the area of flow reversal 84, a collection space 85 branches off from the flow path 83, the access to the collection space being approximately in the original flow direction, ie the flow direction before the flow reversal is. Suspended particles in the cooling fluid can not as easily understand the abrupt change of direction in the flow reversal due to their inertia as the fluid itself, so that the suspended particles can enter the collection chamber 85 and deposit there.
  • the arches are formed as pointed arches, so that the pillar-like support structures form a kind of vault, which has the shape of a Gothic vault.
  • the thin wall may also extend beyond the end wall 147 and even form the entire burner tip wall 21A.
  • Reducing the thickness of the burner tip wall 21A in regions of high thermal stress can result in faster heat removal to the cooling fluid.
  • a thinner wall is less susceptible to thermal fluctuations.
  • FIGS. 7 and 8 show a section along the line VIII-VIII shown in FIG.
  • the support structures illustrated in Figures 7 and 8 have the form of webs 86, which are formed between the displacement body wall 54 and the burner tip wall 21A and 15 extend from the distal end of the displacement body to the ⁇ sen proximal end, and back to the distal end , In this case, the webs 86 run parallel and converge both on the displacement body outside and on the inside of the burner wall in arcs.
  • the arches are arches so that Zvi ⁇ rule to have a single webs flow channels 20 with cross-sections that correspond to a taper at their ends ellipse formed. Also, this configuration of the support structures allows reducing the wall thickness with high stability of the thinner wall.

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Abstract

Es wird eine Brennerspitze (1) mit einer Brenneraustrittsöffnung (3) und wenigstens einem die Brenneraustrittsöffnung (3) umgebenden Brennerspitzenteil (11), welches eine Brennerspitzenwand (11A) mit einer ein geschlossenes Ende des Brennerspitzenteils (11) bildenden Stirnwand (47, 67, 147) aufweist, zur Verfügung gestellt. Das Brennerspitzenteil (11) weist in seinem Inneren einen bis zur Stirnwand (47) reichenden Hohlraum auf, wobei die Brennerspitzenwand (11A) eine zum Hohlraum weisende Wandinnenseite besitzt. In dem Hohlraum ist ein Verdrängungskörper (5) mit einer der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand (11A) zugewandten Verdrängungskörper-Außenseite angeordnet. Zwischen der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand (11A) und der Verdrängungskörper-Außenseite wenigstens ein Strömungskanal (10) gebildet ist.

Description

Brennerspitze und Brenner
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennerspitze, insbe- sondere eine Brennerspitze für Hochtemperaturanwendungen in der Synthesegaserzeugung. Daneben betrifft die Erfindung einen Brenner, insbesondere einen Brenner für die Synthesegaserzeugung . Ein Brenner für einen Synthesegasreaktor ist schematisch in
DE 10 2008 006 572 AI beschrieben. Dieser umfasst ein äußeres Brennerelement, in dessen Spitze ein Hohlraum mit einem darin angeordneten Verdrängerkörper vorhanden ist. Um den Verdrängungskörper herum ist ein Kühlwasserkanal geführt, der zum Kühlen der Brennerspitze dient. Der Brenner umfasst weiterhin ein inneres Brennerelement, das konzentrisch zum äußeren Rohr angeordnet ist. Zwischen dem inneren Brennerelement und dem äußeren Brennerelement ist ein Kanal für die Zufuhr von
Brennstaub, beispielsweise Kohlestaub, gebildet. Auch das innere Brennerelement weist im Bereich seiner Spitze einen Hohlraum mit einem darin angeordneten Verdrängerkörper, um den herum ein Kühlwasserkanal geführt ist, mit dem die Spitze des inneren Brennerelements gekühlt wird, auf. Zentrisch zum inneren Brennerelement ist ein Pilotbrenner angeordnet, wobei zwischen dem inneren Brennerelement und dem Pilotbrenner ein Zufuhrkanal für ein Sauerstoff/Dampf-Gemisch gebildet ist. Wie das äußere und das innere Brennerelement ist der Pilot¬ brenner hohlwandig ausgebildet, wobei im Bereich der Spitze des Pilotbrenners ein Verdrängerkörper angeordnet ist, um den herum ein Kühlwasserkanal geführt ist, um die Pilotbrenner¬ spitze kühlen zu können.
Die Brennerspitzen von Brennern in Synthesegasreaktoren sind bei Betrieb des Reaktors hohen Temperaturen ausgesetzt, so dass ein erheblicher Wärmeeintrag in die Brennerspitze er¬ folgt. Die eingetragene Wärme wird durch das in den beschrie¬ benen Kühlwasserkanälen fließende Kühlwasser abgeführt. Um den Wärmeeintrag zu verringern, kann die Brennerspitze außer- dem mit einer Wärmedämmschicht versehen sein, wie dies in DE 10 2008 006 572 AI beschrieben ist.
Die jeweiligen Brennerelemente werden in der Regel aus mehre¬ ren Rohren und einer die Rohre miteinander verbindenden
Spitze, in der auch der Verdrängungskörper angeordnet ist, aufgebaut. Die Spitze wird dabei in der Regel aus einem äuße¬ ren ringförmigen Teil und einem inneren ringförmigen Teil zusammengebaut, wobei das äußere ringförmige Teil mit dem äuße¬ ren Rohr und das innere ringförmige Teil mit dem inneren Rohr verbunden wird. Zudem werden die ringförmigen Teile an ihren dem äußeren Rohr bzw. dem inneren Rohr abgewandten Enden miteinander verschweißt. Der Verdrängungskörper wird mit einem zentral angeordneten Rohr verbunden, welches den Zwischenraum zwischen den äußeren Rohr und dem inneren Rohr in einen ringförmigen Zufuhrkanal für Kühlwasser und einen ringförmigen Abfuhrkanal für Kühlwasser unterteilt. Jedes Brennerelement weist daher einen komplexen Aufbau auf. Außerdem sind die Brennerspitzen relativ groß, und damit schwer, was ihre Handhabbarkeit bspw. im Rahmen einer Wartung verringert.
Aus fertigungstechnischen Gründen betragen die Wandstärken der Rohre bzw. der Spitzenteile typischerweise mindestens 3 mm, was die Wärmeabfuhr erschwert und die Anfälligkeit gegen¬ über Temperaturfluktuationen erhöht. Außerdem können Schwebeteilchen und Kühlwasser mit der Zeit zu einer Verengung der Kühlwasserkanäle im Bereich der Brennerspitze oder gar zu einem Blockieren der Kühlwasserkanäle führen, was einen erhöhten Wartungsbedarf mit sich bringt, damit derartige Verengungen rechtzeitig entdeckt werden können.
Zudem sind die Materialien, aus denen die Brennerspitzen hergestellt sind, teuer und in der Verarbeitung aufwendig, da die Teile, aus denen die Brennerspitzen bestehen, miteinander verschweißt werden müssen. Das Verschweißen der Teile zum Formen der jeweiligen Brennerspitze ist nicht einfach, da die typischerweise verwendeten Superlegierungen auf Nickelbasis spezielle Schweißprozeduren erfordern. Gegenüber dem beschriebenen Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vorteilhafte Brennerspitze, insbesondere für Brennerelemente eines Synthesegasbrenners, zur Verfügung zu stellen. Daneben ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen vorteilhaften Brenner, insbesondere für die Synthesegaserzeugung, zur Verfügung zu stellen . Die genannte Aufgabe wird durch eine Brennerspitze nach An¬ spruch 1 bzw. einen Brenner nach Anspruch 18 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung . Eine erfindungsgemäße Brennerspitze weist eine Brenneraus¬ trittsöffnung und wenigstens ein die Brenneraustrittsöffnung umgebendes Brennerspitzenteil auf. Das Brennerspitzenteil be¬ sitzt eine Brennerspitzenwand mit einer ein geschlossenes Ende des Brennerspitzenteils bildenden Stirnwand. In seinem Inneren weist das Brennerspitzenteil einen bis zur Stirnwand reichenden Hohlraum auf. Die Brennerspitzenwand weist eine zum Hohlraum weisende Wandinnenseite auf. In dem Hohlraum ist ein Verdrängungskörper mit einer der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand zugewandten Verdrängungskörper-Außenseite an- geordnet, wobei der Verdrängerkörper hohl ausgebildet ist. Zwischen der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand und der Verdrängungskörper-Außenseite ist wenigstens ein Strömungs¬ kanal gebildet. Durch das hohle Ausbilden des Verdrängungskörpers lässt sich im Vergleich zu Verbrennerspitzen nach Stand der Technik, in denen der Verdrängungskörper als Vollkörper ausgebildet ist, Gewicht und Material einsparen. Wegen des geringeren Gewichtes ist die Brennerspitze, die Durchmesser von 50 cm und mehr aufweisen kann, leichter zu handhaben, etwa im Rahmen eines Wartungs- oder Reparaturprozesses. In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Brennerspitze weist der Verdrängungskörper ein zur Stirnwand proximales Ende, ein zur Stirnwand distales Ende, einen Verdrängungskör¬ per-Innenraum und im Bereich des distalen Endes wenigstens eine zum Verdrängungskörper-Innenraum hin offene Verdrängungskörper-Öffnung auf. Auf diese Weise wird es möglich, den hohlen Verdrängungskörper einem durch den Strömungskanal zwischen der Verdrängungskörper-Außenseite und der Wandinnen¬ seite der Brennerspitzenwand strömenden Kühlfluid, bspw.
Kühlwasser, zugänglich zu machen. Hierzu kann bspw. ein Strömungsleitelement derart in der Verdrängungskörper-Öffnung angeordnet sein, dass es die Verdrängungskörper-Öffnung in einen Einströmabschnitt und einem Ausströmabschnitt unter¬ teilt und dass zwischen dem Einströmabschnitt und dem Aus- strömabschnitt ein Strömungspfad um das Strömungsleitelement herum gebildet wird. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass der Verdrängungskörper wenigstens eine weitere zum Verdrängungskörper-Innenraum hin offene Verdrängungskörper-Öffnung aufweist. Diese ist dann zwischen dem proximalen Ende des Verdrängungskörpers und der im Bereich des distalen Endes an¬ geordneten Verdrängungskörper-Öffnung angeordnet. Zwischen der Verdrängungskörper-Öffnung und der weiteren Verdrängungskörper-Öffnung bildet der Verdrängungskörper-Innenraum einen Strömungspfad für Kühlfluid wie etwa Kühlwasser.
Wenn im Inneren des Verdrängungskörpers ein Strömungspfad für Kühlfluid gebildet ist, kann sich im Verdrängungskörper-Innenraum ein vom Strömungspfad abzweigender Sammelraum für Fremdkörper in dem durch den Strömungspfad strömenden Fluid befinden. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn sich der Sammel¬ raum im Verdrängungskörper-Innenraum in einem Bereich des Strömungspfades befindet, in dem eine Änderung der Strömungs¬ richtung stattfindet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Änderung der Strömungsrichtung eine weitgehende Strömungsum- kehr mit sich bringt. Im hohlen Verdrängungskörper ist dabei genug Platz, um einen hinreichend großen Sammelraum zur Verfügung stellen zu können. Das Sammeln von Fremdkörpern wie etwa Schwebeteilchen im Kühlfluid führt dazu, dass sich die um die Außenseite des Verdrängungskörpers herum führenden Fluidkanäle langsamer zusetzen und dadurch eine Verengung des Strömungsquerschnittes länger hinaus gezögert werden kann. Dies wirkt sich wiederum günstig auf die Wartungsintervalle aus .
In einer speziellen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennerspitze ist der Verdrängungskörper über Stützstrukturen, beispielsweise über stegartige oder pfeilerartige Strukturen, mit der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand verbunden. Die Stützstrukturen erstrecken sich dabei von der Verdrängungskörper-Außenseite zur Wandinnenseite der Brennerspitzenwand. Wenn die Stützstrukturen als stegartige oder pfeilerartige Strukturen ausgestaltet sind, können zumindest im Bereich der Brennerspitzenstirnwand benachbarte stegartige oder pfeiler¬ artige Strukturen an der Verdrängungskörper-Außenseite und/oder an der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand zu Bögen zusammenlaufen. Diese Bögen können insbesondere als Spitzbögen, ähnlich den Bögen in der gotischen Architektur, ausgebildet sein. Durch die Stutzstrukturen kann die Lage des Verdrängungskörpers im Inneren der Brennerspitzenwand festge¬ legt werden. Außerdem kann die gesamte Struktur aus Brennerspitzenwand und Verdrängungskörper insgesamt stabiler ausge¬ staltet werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Brennerspitze mit Stützstrukturen ist die Dichte an Stützstrukturen, welche den Verdrängungskörper mit der Brennerspitzenwand verbinden, zumindest im Bereich der Stirnwand im Vergleich zu anderen Berei- chen der Brennerspitzenwand erhöht. Dort, wo die Dichte der Stützstrukturen erhöht ist, kann dann die Brennerspitzenwand im Vergleich zu Bereichen ohne erhöhte Dichte an Stützstrukturen dünner ausgestaltet sein. Insbesondere kann sie Dicken unter 3 mm aufweisen, insbesondere Dicken im Bereich von 0,5 mm bis 2 mm. Auf diese Weise lässt sich in Bereichen, die be¬ sonders hohen Temperaturen und/oder besonders ausgeprägten Temperaturfluktuationen ausgesetzt sind, die von der Brennerspitzenwand aufgenommene Wärme rascher an das Kühlfluid ab- führen, wodurch die dünnere Wand kühler gehalten werden kann, als eine dickere Wand, was sich wiederum günstig auf die zur Verfügung stehende Betriebsdauer bis zu einer Wartung auswirkt .
Im Rahmen der erfindungsgemäßen Brennerspitze kann der Verdrängungskörper insbesondere einstückig mit den Stützstruktu¬ ren und der Brennerspitzenwand ausgebildet sein. Dies erlaubt eine besonders stabile Struktur und ermöglicht bei vielen Strukturen überhaupt die Herstellung erst. Die Herstellung kann dabei durch generative Schichtaufbauverfahren (engl.: additive manufacturing process) erfolgen, bspw. durch selektives Laserschmelzen (engl.: selective laser melting) . Die Brennerspitzenwand kann wenigstens in Bereich der Stirn¬ wand mit einer Wärmedämmschicht beschichtet sein. Insbeson¬ dere, wenn die Brennerspitzenwand dickere und dünnere Berei¬ che aufweist ist eine Ausgestaltung vorteilhaft, in der die Wärmedämmschicht auf die dünneren Bereiche, insbesondere im Bereich der Stirnwand, aufgebracht ist. Dadurch, dass in die¬ ser Ausgestaltung in den Bereichen mit Wärmedämmschicht die Brennerspitzenwand dünner ist, kann erreicht werden, dass die gesamte Wanddicke in diesen Bereichen trotz der aufgebrachten Wärmedämmschicht die Dicke der übrigen Bereiche ohne Wärme- dämmschicht nicht überstreitet.
In der erfindungsgemäßen Brennerspitze können zudem Drallschaufeln, die wenigstens teilweise in die Brenneraustritts¬ öffnung hineinragen, mit der Brennerwand einstückig ausgebil- det sein. Bisher werden Drallschaufeln von der der Brennerspitze abgewandten Brennseite aus in die von der Brennerwand umgebene Brenneraustrittsöffnung eingeschoben. Bei diesem Einschieben kann es zu Beschädigung der Drallschaufeln und/oder der Brennerspitzenwand kommen. Durch das einstückige Ausbilden der Drallschaufeln mit der Brennerspitzenwand wird das Einschieben von Drallschaufeln überflüssig. Zudem besteht die Möglichkeit, dass sich der zwischen der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand und der Verdrängungskörper-Außenseite gebildete Strömungskanal wenigstens teilweise auch durch die Drallschaufeln erstreckt. Auf diese Weise wird eine gemein¬ same Kühlung von Brennerspitze und Drallschaufeln möglich. Mit Hilfe spezieller Fertigungsverfahren (generative Schicht- aufbauverfahren) kann erreicht werden, dass die Drallschau¬ feln eine Beschaufelung bilden, welche die Form einer Düse aufweist, die den Strömungsquerschnitt für ein durch die Be¬ schaufelung strömendes Sauerstoff-Dampf-Gemisch in bestimmten Bereichen der Beschaufelung verkleinert.
In der erfindungsgemäßen Brennerspitze können die Brennerspitzenwand und der Verdrängungskörper toroidal ausgebildet sein . Ein erfindungsgemäßer Brenner ist mit einer erfindungsgemäßen Brennerspitze versehen. Die damit verbundenen Eigenschaften und Vorteile ergeben sich aus denen der erfindungsgemäßen Brennerspitze . Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung erheben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren . Figur 1 zeigt eine Prinzipskizze eines Brenners, wie er in Synthesegasreaktoren Verwendung findet.
Figur 2 zeigt die Spitze eines ersten Brennerelements. Figur 3 zeigt die Spitze eines zweiten Brennerelements.
Figur 4 zeigt die Spitze eines im Brenner verwendeten Pilotbrenners . Figur 5 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Spitze aus Figur 3. Figur 6 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung der Spitze aus Figur 3.
Figur 7 zeigt noch eine weitere alternative Ausgestaltung aus Figur 3.
Figur 8 zeigt die Ausgestaltung aus Figur 7 in einem Schnitt entlang der Linie VIII-VIII.
Der prinzipielle Aufbau eines Brenners für Synthesegasreakto¬ ren wird nachfolgend mit Bezug auf Figur 1 beschrieben.
Der Brenner ist rotationssymmetrisch um eine Brennerachse A herum aufgebaut und umfasst einen rohrförmigen Zuleitungsab¬ schnitt sowie eine sich an den Zuleitungsabschnitt anschlie¬ ßende Brennerspitze 1, die eine Brenneröffnung 3 umgibt.
Der Brenner umfasst ein erstes, äußeres Brennerelement 2, das im rohrförmigen Abschnitt des Brenners aus drei ineinanderge¬ schobenen Rohren 4, 6, 8 gebildet ist. Zwischen den Rohren sind ein Kühlfluidzufuhrkanal 7 und eine Kühlfluidabfuhrkanal 9 gebildet, über die Kühlfluid in die Brennerspitze 1 zuge¬ führt bzw. aus dieser abgeführt werden kann. Als Kühlfluid kommt insbesondere Wasser in Betracht. Im Bereich der Bren¬ nerspitze 1 weicht das äußere Brennerelement 2 von der reinen Rohrform ab und ist in Richtung auf das Zentrum der Brenneraustrittsöffnung 3 geneigt. Außerdem weist es im Bereich der Spitze einen Hohlraum auf, in dem ein Verdrängungskörper 5 mit Abstand zur Wand des Brennerelements 2 in diesem Bereich angeordnet ist. Zwischen der Innenseite der Wand IIA des Brennerelements 2 im Spitzenbereich und der Verdrängungskörperaußenseite ist dabei ein Strömungskanal 10 gebildet, durch den das Kühlfluid, beispielsweise Kühlwasser, durch die
Spitze des äußeren Brennerelements 2 geleitet wird, um diese zu kühlen. Der von der Rohrform abweichende Teil des äußeren Brennerelements 2 stellt ein äußeres Brennerspitzenteil 11 dar, das als eigenständiges Teil ausgebildet und dessen Wand IIA an den rohrförmigen Abschnitt des äußeren Brennerelements 2 angeschweißt ist. Dabei weist die Wand IIA des Brennerspit¬ zenteils 11 eine in etwa U-förmige Biegung auf, so dass sie sowohl mit dem äußeren Rohr 4 als auch mit den inneren Rohr 8 des rohrförmigen Abschnitts des äußeren Brennerelements 2 verbunden werden kann. Der Verdrängungskörper 5 ist auf das mittlere Rohr 6 aufgesteckt. Hierzu weist er eine Nut 5A auf, deren Breite an die Wanddicke des mittleren Rohres 6 des rohrförmigen Abschnitts angepasst ist.
Der Brenner umfasst weiterhin ein inneres Brennerelement 12, das außer im Bereich der Brennerspitze 1 ebenfalls aus drei ineinandergeschobenen Rohren 14, 16, 18 gebildet ist. Im Bereich der Brennerspitze 1 schließt sich an den rohrförmigen Abschnitt des inneren Brennerelements 12 ein inneres Brenner¬ spitzenteil 15 mit einem darin befindlichen Hohlraum an. In diesem Hohlraum ist ein Verdrängungskörper 15 angeordnet, wobei die Verdrängungskörperaußenseite einen Abstand zur Innen¬ seite der Brennerspitzenwand 21A im Bereich des inneren Bren- nerspitzenteils 21 aufweist, so dass ein Strömungskanal zwi¬ schen beiden gebildet ist. Die Zufuhr von Kühlfluid in den Strömungskanal erfolgt über einen zwischen den ineinanderge¬ schobenen Rohren 14, 16 des rohrförmigen Abschnitts des inneren Brennerelements 12 gebildeten Zufuhrkanal 17, die Abfuhr des Kühlfluids aus dem Bereich des inneren Brennerspitzenteils 21 über einen zwischen den ineinandergeschobenen Rohren 16, 18 gebildeten Abfuhrkanal 19. Auch das innere Brenner¬ spitzenteil ist als eigenständiges Teil ausgebildet, dessen Wand 21A an das äußere Rohr 14 und das innere Rohr 18 des rohrförmigen Abschnitts angeschweißt ist. Hierzu ist die Wand 21A im weitesten Sinne u-förmig gebogen, so dass sie sowohl mit dem äußeren Rohr 14 als auch mit dem inneren Rohr 18 der drei ineinander geschobenen Rohre 14, 16, 18 des rohrförmigen Abschnitts verschweißt werden kann. Der Verdrängungskörper 15 ist auf das mittlere Rohr 16 des rohrförmigen Abschnitts auf¬ gesteckt. Hierzu weist er eine Nut 15A auf, deren Breite an die Wanddicke des mittleren Rohres 16 angepasst ist. Das innere Brennerelement 12 weist einen Außendurchmesser auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser des äußeren Brennerelements 2, so dass zwischen beiden ein Ringkanal ge¬ bildet ist, der zur Zufuhr eines Brennstaubes , beispielsweise zur Zufuhr von Kohlenstaub, dient.
Das innere Brennerelement 12 umschließt einen weitgehend zy¬ linderförmigen Raum, in dem ein Pilotbrenner 21 angeordnet ist. Dieser umfasst einen rohrförmigen Abschnitt 22A, der aus drei Rohren 24, 26, 28 gebildet ist und an den sich im Be¬ reich der Brennerspitze 1 ein Pilotbrennerspitzenteil 31 an¬ schließt. Das Pilotbrennerspitzenteil 31 weist einen Hohlraum auf, in dem ein Verdrängungskörper 25 angeordnet ist, wobei die Verdrängungskörperaußenseite einen Abstand von der Innen- seite der Wand 31A des Pilotbrennerspitzenteils 31 aufweist, so dass zwischen beiden ein Strömungskanal 30 gebildet ist. Wie beim äußeren Brennerelement 2 und beim inneren Brennerelement 12 ist die Wand 31A des Spitzenteils 31 an den rohr¬ förmigen Abschnitt angeschweißt. Die Wand 31A des Pilotbren- nerspitzenteils 31 ist dabei im weitesten Sinne u-förmig ge¬ bogen, so dass sie einerseits mit dem äußeren Rohr 24 des rohrförmigen Abschnitts des Pilotbrenners 21 als auch mit dem inneren Rohr 28 des rohrförmigen Abschnitts des Pilotbrenners 21 verschweißt werden kann. Der Verdrängungskörper 25 ist auf das mittlere Rohr 26 des rohrförmigen Abschnitts aufgesteckt. Hierzu weist er eine Nut 25A auf, deren Breite an die Wand¬ dicke des mittleren Rohres 26 angepasst ist.
Der rohrförmige Abschnitt des Pilotbrenners 22 weist einen Außendurchmesser auf, der geringer ist als der Innendurchmesser des inneren Brennerelements 12, so dass zwischen beiden ein Sauerstoff/Dampf-Kanal 23 gebildet ist. Dieser dient zur Zufuhr von Wasserdampf, der im Synthesegasreaktor für die Umwandlung des Brennstaubs in Synthesegas benötigt wird, und gegebenenfalls zur Zufuhr von Sauerstoff oder Luft. Zur För¬ derung der Synthesegasreaktion wird der zugeführte Wasserdampf, und gegebenenfalls der zugeführte Sauerstoff bzw. die zugeführte Luft, verwirbelt, um die Synthesegasreaktion zu fördern. Hierzu sind Drallschaufeln 32 im Bereich der Brennerspitze 1 zwischen dem inneren Brennerelement 12 und dem Pilotbrenner 22 angeordnet. Der Pilotbrenner 22 umschließt einen im Wesentlichen zylinderförmigen Hohlraum, in dem ein Zündbrenner und eine Vorrichtung zur Flammenüberwachung angeordnet sind. Diese beiden Elemente sind in der Figur lediglich stark schematisiert dargestellt und unter der Bezugsziffer 33 zusammengefasst .
Figur 2 zeigt den Aufbau des äußeren Brennerspitzenteils 11. Außerdem sind die die ineinander geschobenen Rohre 4, 6, 8 des rohrförmigen Abschnittes des äußeren Brennerelementes 2 zu erkennen. Das äußere Brennerspitzenteil 11 endet in einer Stirnwand 34, die das Ende des äußeren Brennerspitzenteils darstellt. Im äußeren Brennerspitzenteil 11 ist ein Hohlraum gebildet, in dem sich, wie bereits beschrieben, der Verdrängungskörper 5 befindet. Dieser ist, wie in Figur 2 dargestellt ist, hohl ausgebildet. Er weist ein zur Stirnwand 34 proximalen Ende 36 sowie ein zur Stirnwand distales Ende 38 mit einer Nut 5A zum Aufstecken auf das mittlere Rohr 6 des rohrförmigen Abschnitts des Brennerelements auf. Im Bereich des distalen Endes 38, insbesondere unmittelbar vor der Nut 5A im distalen Ende, ist eine Verdrängungskörper-Öffnung 40 vorhanden, die zum Innenraum 42 des hohlen Verdrängungskörpers 5 hin offen ist, so dass der Innenraum 42 durch die Verdrängungskörper-Öffnung 40 zugänglich ist. Die in etwa u-för- mig gebogene Brennerspitzenwand IIA ist sowohl mit dem äuße¬ ren Rohr 4 als auch mit dem inneren Rohr 8 des rohrförmigen Abschnitts des äußeren Brennerelements 2 verbunden, während der Verdrängungskörper 5 derart mit dem mittleren Rohr 6 des rohrförmigen Abschnitts des äußeren Brennerelements 2 verbun¬ den ist, dass die Verdrängungskörper-Öffnung 40 zu dem zwischen dem äußeren Rohr 4 und dem mittleren Rohr 6 gebildeten Zufuhrkanal 7 hin offen ist. Der Verdrängungskörper-Innenraum 42 ist dadurch strömungstechnisch mit dem Zufuhrkanal 7 für das Kühlfluid verbunden. Der hohle Verdrängungskörper 5, der im Wesentlichen aus einer relativ dünnen Verdrängungskörperwand 44 besteht, ist über Stützstrukturen 46 mit der Innenseite der Brennerspitzenwand 2 verbunden. Diese können stegartig oder pfeilerartig ausge- bildet sein, so dass sie die Strömung im Strömungskanal 10 möglichst wenig behindern und gegebenenfalls sogar leiten.
Fig. 3 zeigt den Aufbau des inneren Brennerspitzenteils 21 sowie die sich darin anschließenden ineinandergeschobenen Rohre 14, 16, 18 des rohrförmigen Abschnitts des inneren
Brennerelements 12. Das innere Brennerspitzenteil 21 weist eine Brennerspitzenwand 21A mit einer Stirnwand 47, die das geschlossene Ende des inneren Brennerspitzenteils 21 bildet, auf. Wie bereits mit Bezug auf Figur 1 beschrieben worden ist, befindet sich im Hohlraum des inneren Brennerspitzenteils 21 ein Verdrängungskörper 15. Dieser ist wiederum selbst hohl ausgebildet und weist eine einen Verdrängungskör¬ per-Innenraum 52 umgebende Verdrängungsköper-Wand 54 auf. Darüber hinaus weist der Verdrängungskörper 15 ein zur Stirn- wand 47 proximales Ende 48 und ein zur Stirnwand 47 distales Ende 49 mit einer Nut 15A zum Aufstecken auf das mittlere Rohr 16 des rohrförmigen Abschnitts des Brennerelements auf. Im Bereich des distalen Endes 49, insbesondere unmittelbar vor der Nut 15A im distalen Ende, ist eine Verdrängungskör- per-Öffnung 50 angeordnet, über die der Verdrängungskörper- Innenraum 52 zugänglich ist. Die Brennerspitzenwand 21A des inneren Brennerspitzenteils 21 ist in etwa u-förmig gebogen, wobei die Enden der Brennerspitzenwand 21A mit dem äußeren Rohr 14 des rohrförmigen Abschnitts des inneren Brennerele- ments 12 sowie mit dessen innerem Rohr 18 verbunden ist. Die Verdrängungskörperwand 54 ist so mit dem mittleren Rohr 16 des rohrförmigen Abschnittes des inneren Brennerelements 12 verbunden, dass die Verdrängungskörperöffnung 50 zudem zwischen dem äußeren Rohr 14 und dem mittleren Rohr 16 des rohr- förmigen Abschnittes des inneren Brennerelements 12 hin offen ist. Auf diese Weise ist der Verdrängungskörperinnenraum 52 strömungstechnisch mit dem Zufuhrkanal 17 für das Kühlfluid verbunden ist. Die Verdrängungskörper-Wand 54 ist über Stütz- strukturen, die beispielsweise steg- oder pfeilerartig ausge¬ bildet sein können, mit der Innenseite der Brennerspitzenwand 21A verbunden, so dass ein definierter Abstand zwischen der Verdrängungskörper-Außenseite und der Innenseite der Brenner- spitzenwand 21A vorhanden ist, um den Strömungskanal 20 zu bilden. Wie beim äußeren Brennerspitzenteil können die Stützstrukturen auch derart ausgebildet sein, dass sie die Strö¬ mung durch den Strömungskanal leiten, auf jeden Fall sind sie jedoch so ausgebildet, dass sie die Strömung möglichst wenig behindern.
Mit dem Brennerspitzenteil 21 des inneren Brennerelements 12 sind Drallschaufeln 32 einstückig ausgebildet. Die Drallschaufeln 32 sind hohl, und besitzen jeweils einen Drall- schaufel-Innenraum 58, der über eine Kühlfluideintrittsöff- nung 59 und eine Kühlfluidaustrittsöffnung 60 strömungstechnisch mit dem um den Verdrängungskörper 15 herumführenden Strömungskanal 20 verbunden ist. Der Drallkörper-Innenraum 58 ist damit Teil des Kühlkreislaufs, so dass die Drallschaufeln 32 zusammen mit dem inneren Brennerspitzenteil 21 durch das Kühlfluid gekühlt werden.
Ebenfalls einstückig mit dem inneren Brennerspitzenteil 21 und den Drallschaufeln 32 ist im vorliegenden Ausführungsbei- spiel ein Rohr 62 ausgebildet, das als Führung für das Ein¬ setzen des Pilotbrenners 22 dient. Ausführungsbeispiele ohne Rohr 62 zur Führung des Pilotbrenners 22 sind aber auch möglich. Das in der Figur dargestellte Rohr 62 stellt somit lediglich eine Option dar.
Die Struktur des Pilotbrenners 22 im Bereich der Brennerspitze 1 ist in Figur 4 dargestellt. In der Figur sind das Pilotbrennerspitzenteil 31 sowie der aus den drei ineinander¬ geschobenen Rohren 24, 26, 28 gebildete rohrförmige Abschnitt des Pilotbrenners 22 zu erkennen.
Das Pilotbrennerspitzenteil 31 weist eine in etwa u-förmig gebogene Brennerspitzenwand 31A auf, die einen Innenraum des Pilotbrennerspitzenteils 31 umgibt. In dem Innenraum ist ein Verdrängungskörper 25 angeordnet. Wie bei Brennerspitzentei¬ len 11, 21 des äußeren Brennerelements 2 und des inneren Brennerelements 12 ist auch der im Innenraum des Pilotbren- nerspitzenteils 21 befindliche Verdrängungskörper 25 hohl ausgebildet. Er weist ein zur Stirnseite 76 weisendes proxi¬ males Ende 66 und ein von diesem abgewandtes distales Ende 68 mit einer Nut 25A zum Aufstecken auf das mittlere Rohr 26 des rohrförmigen Abschnitts des Brennerelements auf. Im Bereich des distalen Endes 68, insbesondere unmittelbar vor der Nut 25A im distalen Ende, ist eine Verdrängungskörper-Öffnung 70 angeordnet, über die der Innenraum 72 des Verdrängungskörpers 25 zugänglich ist. Der Verdrängungskörper-Innenraum 72 ist von einer Verdrängungskörper-Wand 74 umgeben, die über Stütz- strukturen 76, beispielsweise die bereits beschriebenen pfei¬ lerartigen oder stegartigen Strukturen, mit der Innenseite der Brennerspitzenwand 31A verbunden ist. Auch bei der Brennerspitzenwand des Pilotbrenners können die Stützstrukturen 76 strömungsleitend ausgebildet sein. Auf jeden Fall sind sie jedoch so ausgebildet, dass sie die Strömung durch den zwi¬ schen der Verdrängungskörper-Außenseite und der Innenseite der Brennerspitzenwand 31A gebildeten Strömungskanal 30 nicht behindern . Die beiden Enden der in etwa u-förmig gebogenen Brennerspitzenwand 31A der Pilotbrennerspitze 31 sind mit dem äußeren Rohr 24 und dem inneren Rohr 28 des rohrförmigen Abschnitts des Pilotbrenners 22 verbunden, die Verdrängungskörper-Wand 74 mit dem mittleren Rohr 26 des rohrförmigen Abschnitts. Die Verbindung ist dabei an einer Stelle der Verdrängungskörper- Wand 74 ausgeführt, die derart gewählt ist, dass die Verdrän¬ gungskörper-Öffnung 70 zu dem zwischen dem äußeren Rohr 24 des rohrförmigen Abschnitts des Pilotbrenners 22 und dessen mittlerem Rohr 26 gebildeten Zufuhrkanal hin offen ist. Der Verdrängungskörper-Innenraum 72 ist dadurch in den Kühlfluid- kreislauf integriert. Der Außendurchmesser des Pilotbrenners 22 ist so gewählt, dass er in das Rohr 62 der inneren Brennerwand 12 eingescho¬ ben werden kann. Der Pilotbrenner 22 umschließt zudem einen weitgehend zylinderförmigen Innenraum, in dem ein Zündbrenner und eine Flammenüberwachungsvorrichtung angeordnet werden können .
Sowohl bei dem äußeren Brennerelement 2 und dem inneren Brennerelement 12 als auch beim Pilotbrenner 22 werden die Brennerspitzenteile 11, 21, 31 jeweils getrennt von den durch die ineinandergeschobenen Rohre gebildeten rohrförmigen Abschnitte hergestellt. Anschließend werden dann die ineinan¬ dergeschobenen Rohre beispielsweise mittels eines Schweißpro¬ zesses mit den jeweiligen Brennerspitzenteilen verbunden.
Die Brennerspitzenteile können insbesondere jeweils einstü¬ ckig mittels eines generativen Schichtaufbauverfahrens herge¬ stellt werden. Dadurch werden die beschriebenen komplexen Strukturen, in denen hohle Verdrängungskörper über Stützstrukturen mit den Brennerspitzenwänden verbunden sind, möglich. Insbesondere auch das einstückige Herstellen der Drall¬ schaufeln 32 und des Rohres 62 mit dem inneren Brennerspit¬ zenteil 21 kann durch das generative Herstellen mittels eines Schichtaufbauverfahrens 5 gewährleistet werden. Als ein gene¬ ratives Schichtaufbauverfahren kann insbesondere selektives Lasersintern zur Anwendung kommen.
Eine Abwandlung des in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend mit Bezug auf Figur 5 beschrieben. Die Abwandlung konzentriert sich im Wesentlichen auf die Ausgestaltung des Verdrängungskörpers und seines Verdrängungs¬ körper-Innenraums. Die übrigen Elemente des in Figur 3 be¬ schriebenen Ausführungsbeispiels, etwa die Drallschaufeln, sind daher in Figur 5 nicht dargestellt. Elemente, die denen aus Figur 3 entsprechen sind mit denselben Bezugsziffern wie in Figur 3 bezeichnet und werden nicht noch einmal erläutert, um Wiederholungen zu vermeiden Der Verdrängungskörper des in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich vom Verdrängungskörper des in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiels im Wesentlichen dadurch, dass seine Verdrängungskörper-Öffnung 50 vergrößert ist. Darüber hinaus ragt ein Strömungsleitelement 80 von der Innenseite der inneren Brennerwand in die Verdrängungskörper- Öffnung 50 hinein, so dass das Strömungsleitelement 80 die Öffnung in einen Einströmabschnitt 81 und einen Ausströmab¬ schnitt 82 unterteilt.
Um das Strömungsleitelement 80 herum ist ein Strömungspfad 83 gebildet. Am Ende des Strömungsleitelements 80 erfährt die Strömung durch den Strömungspfad 83 eine Strömungsumkehr 84. Im Bereich der Strömungsumkehr 84 zweigt ein Sammelraum 85 vom Strömungspfad 83 ab, wobei der Zugang zum Sammelraum in etwa in der ursprünglichen Strömungsrichtung, also der Strömungsrichtung vor der Strömungsumkehr, angeordnet ist. Im Kühlfluid befindliche Schwebeteilchen können den abrupten Richtungswechsel bei der Strömungsumkehr aufgrund ihrer Träg- heit nicht so leicht nachvollziehen wie das Fluid selbst, so dass die Schwebeteilchen in den Sammelraum 85 gelangen und sich dort ablagern können. Auf diese Weise kann ein Teil der Schwebeteilchen aus dem Kühlfluid entfernt werden, bevor der zwischen der Verdrängungskörper-Außenseite und der Innenseite der Brennerspitzenwand 21A gebildete Strömungskanal 20 durch¬ strömt wird, wodurch Ablagerungen von Schwebeteilchen in diesem Strömungskanal reduziert werden können, so dass eine Verengung des Strömungskanals vermieden oder zumindest hin¬ ausgezögert werden kann.
Obwohl das Ausführungsbeispiel mit dem Sammelraum 85 mit Be¬ zug auf das Brennerspitzenteil 21 des inneren Brennerelements 12 beschrieben worden ist, kann eine entsprechende Ausgestal¬ tung auch beim Brennerspitzenteil 11 des äußeren Brennerele- ments 2 und auch beim Pilotbrennerspitzenteil 31 vorhanden sein . Eine weitere Alternative zum Ausführungsbeispiel aus Figur 3 ist in Figur 6 dargestellt. Elemente, die denen aus Figur 3 entsprechen, sind dabei mit denselben Bezugsziffern wie in Figur 3 bezeichnet und werden nicht noch einmal erläutert, um Wiederholungen zu vermeiden. Wie in Figur 5 sind in Figur 6 die Drallschaufeln 32 sowie das zylinderförmige Rohr 62 nicht dargestellt, da sich diese nicht von dem in Figur 3 darge¬ stellten Ausführungsbeispiel unterscheiden. Der wesentliche Unterschied zu dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt darin, dass die Stirnwand 147 dün¬ ner ausgebildet ist, als bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel. Um die dünne Stirnwand 147 zu stabili¬ sieren, ist in ihrem Bereich die Dichte an Stützstrukturen 146 erhöht. Die Stützstrukturen 146 sind als pfeilerartige
Strukturen ausgebildet, die am Verdrängungskörper 15 in Bögen zusammenlaufen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Bögen als Spitzbögen ausgebildet, so dass die pfeilerartigen Stützstrukturen eine Art Gewölbe bilden, welches die Form eines gotischen Gewölbes aufweist.
Obwohl in dem in Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel nur die Stirnwand 147 dünner ausgebildet ist, kann sich die dünne Wand auch über die Stirnwand 147 hinaus erstrecken und sogar die gesamte Brennerspitzenwand 21A bilden. Durch das
Verringern der Dicke der Brennerspitzenwand 21A in thermisch hoch belasteten Bereichen kann eine raschere Wärmeabfuhr an das Kühlfluid erzielt werden. Außerdem ist eine dünnere Wand weniger anfällig gegenüber Wärmefluktuationen.
Die beschriebene spitzbogenartige Ausgestaltung der Stütz¬ strukturen kann mittels des bereits erwähnten generativen Schichtaufbauverfahrens realisiert werden. Die mit Bezug auf Figur 6 beschriebene Ausgestaltung der Stützstrukturen und der Wanddicke kann auch bei den Brennerspitzenteilen 11, 31 des äußeren Brennerelements 2 und des Pilotbrenners 22 reali¬ siert werden. Eine alternative Form der Stützstrukturen, die ebenfalls eine Reduzierung der Wanddicke der Brennerspitzenwand ermöglicht, ist in den Figuren 7 und 8 dargestellt. Dabei zeigt Figur 8 einen Schnitt entlang der in Figur 7 gezeigten Linie VIII- VIII.
Die in den Figuren 7 und 8 dargestellten Stützstrukturen haben die Form von Stegen 86, die zwischen der Verdrängungskörper-Wand 54 und der Brennerspitzenwand 21A gebildet sind und sich vom distalen Ende des Verdrängungskörpers 15 um des¬ sen proximales Ende herum und zurück zum distalen Ende erstrecken. Dabei verlaufen die Stege 86 parallel und laufen sowohl an der Verdrängungskörper-Außenseite als auch an der Innenseite der Brennerwand in Bögen zusammen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Bögen Spitzbögen, so dass zwi¬ schen den einen einzelnen Stegen Strömungskanäle 20 mit Querschnitten, die einer an ihren Enden spitz zulaufenden Ellipse entsprechen, gebildet sind. Auch diese Ausgestaltung der Stützstrukturen erlaubt ein Verringern der Wanddicke bei hoher Stabilität der dünneren Wand. Die mit Bezug auf die
Figuren 7 und 8 beschriebenen Stützstrukturen können bei dem Brennerspitzenteil 11 des äußeren Brennerelements 2 und/oder dem Brennerspitzenteil 21 des inneren Brennerelements 12 und/oder dem Pilotbrennerspitzenteil 31 zum Einsatz kommen. Obwohl mit Bezug auf die Figuren 7 und 8 Spitzbögen beschrie¬ ben wurden, können auch andere Bogenformen, zur Anwendung kommen, wobei die jeweilige Bogenform u.a. im Hinblick auf das gewählte Herstellungsverfahren ausgesucht sein kann. Die vorliegende Erfindung wurde zu Illustrationszwecken anhand von konkreten Ausführungsbeispielen im Detail erläutert. Dabei können Elemente der einzelnen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden. Die Erfindung soll daher nicht auf einzelne Ausführungsbeispiele beschränkt sein, sondern lediglich eine Beschränkung durch die angehängten Ansprüche erfahren .

Claims

Patentansprüche
1. Brennerspitze (1) mit einer Brenneraustrittsöffnung (3) und wenigstens einem die Brenneraustrittsöffnung (3) um- gebenden Brennerspitzenteil (11, 21, 31),
welches eine Brennerspitzenwand (IIA, 21A, 31A) mit einer ein geschlossenes Ende des Brennerspitzenteils (11, 21, 31) bildenden Stirnwand (47, 67, 147) aufweist, wobei
- das Brennerspitzenteil (11, 21, 31) in seinem Inneren einen bis zur Stirnwand (34, 47, 64, 147) reichenden Hohlraum und die Brennerspitzenwand (IIA, 21A, 31A) eine zum Hohlraum weisende Wandinnenseite aufweisen,
- in dem Hohlraum ein Verdrängungskörper (5, 15, 25) mit einer der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand (IIA, 21A, 31A) zugewandten Verdrängungskörper-Außenseite angeordnet ist,
- zwischen der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand (IIA, 21A, 31A) und der Verdrängungskörper-Außenseite wenigstens ein Strömungskanal (10, 20, 30) gebildet ist, und
- der Verdrängungskörper (5, 15, 25) hohl ausgebildet ist.
2. Brennerspitze (1) nach Anspruch 1,
in der der Verdrängungskörper (5, 15, 25) ein zur Stirnwand (34, 47, 64) proximales Ende (36, 48, 66), ein zur Stirn- wand (34, 47, 64) distales Ende (38, 49, 68), einen Ver¬ drängungskörper-Innenraum (42, 52, 72) und im Bereich des distalen Endes (38, 49, 68) wenigstens eine zum Verdrän¬ gungskörper-Innenraum (42, 52, 72) hin offene Verdrängungskörper-Öffnung (40, 50, 70) aufweist.
3. Brennerspitze (1) nach Anspruch 2,
in der in die Verdrängungskörper-Öffnung (50) wenigstens ein Strömungsleitelement (80) derart angeordnet, dass es die Verdrängungskörper-Öffnung (50) in einen Einströmab- schnitt (81) und einen Ausströmabschnitt (82) unterteilt und dass um das Strömungsleitelement (80) herum ein Strö¬ mungspfad zwischen dem Einströmabschnitt (81) und dem Aus¬ strömabschnitt (82) gebildet ist.
4. Brennerspitze (1) nach Anspruch 2,
in der der Verdrängungskörper (5, 15, 25) wenigstens eine weitere zum Verdrängungskörper-Innenraum (42, 52, 72) hin offene Verdrängungskörper-Öffnung aufweist, die zwischen dem proximalen Ende (36, 48, 66) des Verdrängungskörpers (5, 15, 25) und der im Bereich des distalen Endes (38, 49, 68) angeordneten Verdrängungskörper-Öffnung (40, 50, 70) angeordnet ist und der Verdrängungskörper-Innenraum (42, 52, 72) einen Strömungspfad zwischen der Verdrängungskörper-Öffnung (40, 50, 70) und der weiteren Verdrängungskörper-Öffnung bildet.
5. Brennerspitze (1) nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, in dem sich im Verdrängungskörper-Innenraum (50) ein vom Strömungspfad abzweigender Sammelraum (85) für Fremdkörper in einem durch den Strömungspfad (20) strömenden Fluid be¬ findet .
6. Brennerspitze (1) nach Anspruch 5,
in der sich ein Eingang zum Sammelraum (85) in einem Bereich des Strömungspfades befindet, in dem eine Änderung der Strömungsrichtung (84) stattfindet.
7. Brennerspitze (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
in der der Verdrängungskörper (5, 15, 25) über Stützstrukturen (46, 56, 76, 86), die sich von der Verdrängungskörper-Außenseite zur Wandinnenseite der Brennerspitzenwand (HA, 21A, 31A) erstrecken, mit der Wandinnenseite der
Brennerspitzenwand (IIA, 21A, 31A) verbunden ist.
8. Brennerspitze (1) nach Anspruch 7,
in der die Stützstrukturen (46, 56, 76, 86) als stegartige oder pfeilerartige Strukturen ausgestaltet sind und zumin¬ dest im Bereich der Stirnwand (34, 47, 64) benachbarte stegartige oder pfeilerartige Strukturen an der Verdrängungskörper-Außenseite und/oder an der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand (IIA, 21A, 31A) zu Bögen zusammenlaufen.
9. Brennerspitze (1) nach Anspruch 8,
in der die Bögen als Spitzbögen ausgebildet sind.
10. Brennerspitze (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, in der die Dichte an Stützstrukturen (46, 56, 76), welche den Verdrängungskörper (5, 15, 25) mit der Brennerspitzen- wand (IIA, 21A, 31A) verbinden, zumindest im Bereich der
Stirnwand (34, 47, 64) im Vergleich zu anderen Bereichen der Brennerspitzenwand (IIA, 21A, 31A) erhöht ist.
11. Brennerspitze (1) nach Anspruch 10,
in der die Brennerspitzenwand (21A) dort, wo die Dichte der
Stützstrukturen (56) erhöht ist, im Vergleich zu Bereichen ohne erhöhte Dichte an Stützstrukturen (56) dünner ausge¬ staltet ist.
12. Brennerspitze (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, in der der Verdrängungskörper (5, 15, 25) einstückig mit den Stützstrukturen (46, 56, 76, 86) und der Brennerspit¬ zenwand (IIA, 21A, 31A) ausgebildet ist.
13. Brennerspitze (1) nach einem der vorangehenden Ansprü¬ che,
in der die Brennerspitzenwand (IIA, 21A, 31A) wenigstens in Bereich der Stirnwand an ihrer Außenseite mit einer Wärme¬ dämmschicht beschichtet ist.
14. Brennerspitze (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
in der Drallschaufeln (32), die wenigstens teilweise in die Brenneraustrittsöffnung (3) hineinragen, mit der Brenner- spitzenwand (21A) einstückig ausgebildet sind.
15. Brennerspitze (1) nach Anspruch 14,
in der sich der zwischen der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand (21A) und der Verdrängungskörper-Außenseite gebildete Strömungskanal (20) wenigstens teilweise durch die Drallschaufeln (32) erstreckt.
16. Brennerspitze nach einem der Ansprüche 14 oder 15,
in welcher die Drallschaufeln (32) eine Beschaufelung bil- den, welche die Form einer Düse aufweist, die den Strö¬ mungsquerschnitt für ein durch die Beschaufelung strömendes Sauerstoff-Dampf-Gemisch in bestimmten Bereichen der Beschaufelung verkleinert.
17. Brennerspitze (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche,
in der das Brennerspitzenteil (11, 21, 31) und der Verdrän¬ gungskörper (5, 15, 25) toroidal ausgebildet sind.
18. Brenner mit einer Brennerspitze nach einem der vorange¬ henden Ansprüche.
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