WO2003054447A1 - Brennstofflanze - Google Patents

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WO2003054447A1
WO2003054447A1 PCT/CH2002/000675 CH0200675W WO03054447A1 WO 2003054447 A1 WO2003054447 A1 WO 2003054447A1 CH 0200675 W CH0200675 W CH 0200675W WO 03054447 A1 WO03054447 A1 WO 03054447A1
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WO
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fuel
lance
tube
cavity
purge air
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PCT/CH2002/000675
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French (fr)
Inventor
Stefano Bernero
Weiqun Geng
Christian Steinbach
Peter Stuber
Original Assignee
Alstom Technology Ltd
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Publication date
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Priority to EP02781042A priority patent/EP1456583B1/de
Priority to DE50211068T priority patent/DE50211068D1/de
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Priority to US11/426,924 priority patent/US7406827B2/en

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
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    • F23D2900/00016—Preventing or reducing deposit build-up on burner parts, e.g. from carbon

Definitions

  • the present invention relates to a fuel lance according to the preamble of claim 1 and to the use of such a fuel lance in a double-cone burner according to claim 11.
  • premix burners allow a significant reduction in NOx emissions from gas turbines.
  • the relatively narrow operating range of premix burners is problematic.
  • swirl stabilization with vortex breakdown such as in double-cone burners as described in US 4,932,861, or in double-cone burners with a downstream mixing section as described for example in EP 0704657
  • an additional flame is required for part-load operation.
  • This partial load flame or pilot flame is usually diffusion-like and should ideally have as close contact as possible with the (premix) main flame.
  • the fuel lance should be able to be operated simultaneously or alternatively with the two fuels without the risk of reignition or coking (in the case of liquid fuel).
  • the solution to the problem can be found in the characterizing part of the main claim.
  • the solution is that the fuel lance, in addition to fuel, also leads purge air to the injection location, and that the purge air at the injection location is conducted between the two fuel systems in such a way that the purge air shields them from one another.
  • the essence of the invention is therefore that the scavenging air, which is also led to the tip of the lance, is guided between the fuels injected into the combustion chamber at the tip of the lance in such a way that a “protective screen” of scavenging air prevents the two fuels from crossing.
  • a “protective screen” of scavenging air prevents the two fuels from crossing.
  • the two channels for the fuels and the channel for the scavenging air are designed as essentially concentric cylindrical tubes of different diameters, the three media being guided to the injection site in the hollow cylindrical or cylindrical gaps that are created.
  • This design is simple and particularly suitable in relation to the thermal loads in a burner.
  • the fuel systems are a system with liquid fuel and a system with gaseous fuel.
  • Partial load range used in gas operation and the liquid fuel, e.g. B. in the form of a
  • the liquid fuel is preferably led to the lance tip via a central, inner tube with the smallest diameter, this inner tube being arranged by two further tubes which are arranged concentrically with the inner one
  • Pipes is surrounded and the gaseous fuel and the scavenging air are guided in the hollow cylindrical spaces thus formed to the lance tip to the injection site, and the scavenging air continues directly at the injection site
  • Cavity flows between the central, inner tube and the middle tube. This will ensure that the purge air is effectively between the two at the point of injection Fuel flows and flows in the sense of a shielding jacket and decouples the two fuel flows from each other.
  • the scavenging air is injected into the combustion chamber in an essentially axial and circumferential manner, in the sense of a hollow cylinder, at the injection location.
  • the purge air enters the combustion zone parallel to the burner axis.
  • the liquid fuel can moreover preferably be at the injection point in a slightly radially outward direction and in a manner directed towards the axial purge air flow, i.e. in the form of an encircling hollow circular truncated cone opening towards the tip of the lance.
  • the liquid fuel can also be injected through a hollow-cone swirl nozzle or through a multi-hole nozzle.
  • the gaseous fuel can take place in a slightly radially inward direction and in a manner directed towards the purge air flow, ie. H. in the form of a circular circular frustum of a cone that closes at the tip of the lance.
  • Another preferred embodiment is characterized in that the liquid and the gaseous fuel are guided at the lance base in the inner tube and in the cavity between the inner tube and the middle tube, respectively, and the purge air is guided in the cavity between the middle tube and the outer tube ,
  • the purging air can either be diverted directly to the lance base into the cavity between the inner tube and the middle tube, while the gaseous fuel is directed into the cavity between the middle tube and the outer tube, with the purging air being particularly preferably introduced into the middle cavity through slots or holes arranged in corresponding radial segments. Since usually the lance tip can have a larger diameter at the lance base, this design allows higher flows of purge air and gaseous fuel.
  • the present invention relates to the use of a fuel lance as described above.
  • it relates to such a use for the pilot operation of a premix burner, in particular a double-cone burner with or without a downstream mixing section, the fuel lance being arranged on the axis of the premix burner.
  • the lance extends essentially over a length of 3/4 of the total length of the double-cone burner with or without a downstream mixing section, the total length being the length of the conical region of the double-cone burner.
  • FIG. 1 shows an axial section through a fuel lance according to the invention
  • FIG. 2 shows an axial section through an entire fuel lance according to the invention, in which the crossing is arranged at the tip of the lance;
  • Fig. 3 shows an axial section through a fuel lance according to the invention, in which the crossing is arranged on the lance base.
  • Fig. 1 shows the tip 1 of a fuel lance in an axial section.
  • the fuel lance consists of an outermost lance tube 2, the lance in the case of use in a double-cone burner, as it is for. B. is described in US 4,932,861, usually about 3/4 of the length of the burner protrudes into the cavity between the conical partial bodies.
  • the fuel lance usually has a circular cross section.
  • the oil tube in the cylindrical outermost tube 2, coaxially arranged with the outermost tube 2, there is a middle tube 4 and another inner tube 3, the oil tube, with the smallest diameter.
  • Liquid fuel that is to say oil, flows through the oil pipe 3, Petrol, or the like in the oil guide 5 to the lance tip if the lance is to be operated with liquid fuel.
  • a central insert 7 At the tip of the oil pipe 3 there is a central insert 7, which is arranged essentially on the axis of the burner lance and which leads to the oil flow at the tip of the lance being deflected radially outwards.
  • the liquid fuel does not enter the combustion chamber or the cavity in which the combustion is to take place in the direction of the axis of the fuel lance, but rather in the form of a circular cone-shaped spray cone which can be closed all around, that is to say it can run all the way around.
  • the liquid fuel can also be injected through a hollow-cone swirl nozzle (not shown in the figures) or through a multi-hole nozzle.
  • gaseous fuel usually flows at the lance tip 1.
  • the outer tube 2 has at its outermost end a circumferential curvature directed in the direction of the axis of the fuel lance, i.e. Constriction, which leads to the gas stream 11 being deflected in the direction of the axis of the fuel lance shortly before it emerges from the fuel lance.
  • Constriction a circumferential curvature directed in the direction of the axis of the fuel lance, i.e. Constriction, which leads to the gas stream 11 being deflected in the direction of the axis of the fuel lance shortly before it emerges from the fuel lance.
  • a tapered hollow gas cone is created.
  • purge air 9 now flows according to the invention at the lance tip 1.
  • This purge air now flows essentially axially, ie with the formation of a cylindrical air jacket at the lance tip 1.
  • the purge air 9 flows between the two fuels used.
  • both the gaseous fuel stream 11 and the liquid fuel stream 6 are directed onto this cylindrical air jacket made of purge air.
  • This particular arrangement allows an operation in which, as a result of the shielding of the fuel flows through the purge air, the lance can either be operated with one of the two fuels or with both without z.
  • such a fuel lance has an outside diameter in the range of 20 to 40 millimeters (outside diameter of the outermost pipe 2), the middle pipe 4 has an outside diameter of about 2/3 of that of the outermost pipe 2, and the oil pipe 3 has a diameter of something 1/3 that of the outermost tube 2. At the foot 17 of the lance, this usually has a larger outside diameter of in the range of 30 to 60 millimeters.
  • the tubes are advantageously made of nickel-based alloys with a wall thickness in the range of 1 to 3 millimeters.
  • the outer tube 2 which has an inward curvature in the foremost region, is there tapered over a length of 10 millimeters by in the region of 40%, which causes a deflection of the pilot gas 11 in the direction of the central axis of the fuel lance and thereby the outlet opening of the Pilot gas comes to lie so that the shielding effect of the purge air is at a maximum.
  • a fuel lance is usually used for the pilot operation of premix burners. If possible, only gaseous fuel is used in pilot operation, with the fuel lance typically being used up to about 50% load, ie until the premix flame is sufficiently stabilized. If the premix flame is sufficiently stabilized, the fuel lance is normally no longer activated with fuel, but only the fuel nozzles at the inlet slots of the premix burner.
  • the fuel lance according to the invention alternatively allows burner operation using liquid fuel.
  • This alternative usability is possible because the purge air prevents this fuel from getting into the non-operated channel when operating with only one fuel, and causing reignitions there.
  • the purge air jacket also has the advantage with liquid fuel that coking is avoided.
  • Fig. 2 shows a lance in its entire length. Since the liquid 16 and the gaseous 15 fuel are usually supplied at the base 17 of the burner in two concentrically arranged pipes, there is basically the problem of guiding the purge air 9 between these two fuel channels. This can be done in two different ways, FIG.
  • the pilot gas guide 10 is now guided into the radially outermost space on one side by crossing the two outer channels in an area 12.
  • the purge air 9 guided in the outermost space between the pipes 2 and 4 is guided into the middle space between the middle pipe 4 and the inner oil pipe 3.
  • This mutual deflection takes place segment by segment (with respect to the cross section perpendicular to the axis 18 of the fuel lance), three segments being sufficient for the gas duct and three segments for the scavenging air duct, the segments typically having the same cross section.
  • the area of the lance tip has the advantage that the lance has good cooling through this purge air channel. This makes this lance particularly suitable when it comes to burners with a certain risk of kickback.
  • FIG. 3 shows another exemplary embodiment of a fuel lance for pilot operation, in which the two channels of purge air and pilot gas do not cross at the lance tip, but already at the lance base 17.
  • the introduced purge air 14 is already guided on the lance base 17 into the space between the middle pipe 4 and the oil pipe 3, and accordingly the pilot gas supply 15 is already guided on the lance base 17 into the space between the middle pipe 4 and the outer pipe 2.
  • this takes place in segments, that is to say the supply 14 of the purge air takes place through slots or bores in three segments, while in a further three segments the pilot gas is led into the outermost channel.
  • the embodiment according to FIG. 3 has the advantage that, owing to the larger diameter of the fuel lance at its base 17, larger flow cross-sections for the pilot gas and the purge air are also possible than when the intersection takes place at the tip of the lance. Accordingly, higher flows of purge air and pilot gas can be realized with such a fuel lance.

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Abstract

Bei einer Brennstofflanze, mit welcher über wenigstens zwei voneinander getrennte Kanäle (5, 10) Brennstoffe (6, 11) an einem im wesentlichen an der Lanzenspitze (1) angeordneten Eindüsungsort in eine Brennkammer alternativ oder gleichzeitig eingedüst werden können, wird eine sichere Betriebsweise ohne Gefahr von Rückzündungen und bei Vermeidung von Verkokung dadurch erreicht, dass die Brennstofflanze neben Brennstoff auch Spülluft (9) zum Eindüsungsort leitet, und dass die Spülluft (9) am Eindüsungsort derart zwischen die beiden Brennstoffsysteme (6, 11) geführt wird, dass diese voneinander durch die Spülluft (9) abgeschirmt werden.

Description

Brennstofflanze
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennstofflanze gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , sowie die Verwendung einer derartigen Brennstofflanze in einem Doppelkegelbrenner gemäss dem Anspruch 11.
STAND DER TECHNIK
Vormischbrenner erlauben, je nach Vormischgüte, eine deutliche Reduktion der NOx- Emissionen von Gasturbinen. Problematisch ist aber der relativ enge Betriebsbereich von Vormischbrennern. Sogar mit einer Drallstabilisierung mit Vortex Breakdown, wie beispielsweise in Doppelkegelbrennern wie sie in der US 4,932,861 beschrieben werden, oder in Doppelkegelbrennern mit nachgeschalteter Mischstrecke wie sie beispielsweise in der EP 0704657 beschrieben werden, ist eine zusätzliche Flamme für den Teillastbetrieb erforderlich. Diese Teillastflamme oder Pilotflamme ist in der Regel diffusionsartig und soll idealerweise möglichst engen Kontakt zur (Premix-)Hauptflamme haben. Weiterhin ist es notwendig, durch aerodynamische Massnahmen eine Rezirkulation von Brennstoffluftgemisch im Pilotbrennstoffsystem während des Premixbetriebes zu vermeiden, da dieses sich entzünden kann und damit zu Ueberhitzungen der Brennstoffleitungen führen kann. DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennstofflanze für die Einleitung von zwei getrennt voneinander von einer Lanzenbasis, welche üblicherweise am Fuss des Brenners angeordnet ist, zugeführten Brennstoffen zum Eindusungsort auf der Brennerachse stromauf des Vortex-Breakdowns, zur Verfügung zu stellen. Es geht also darum eine Brennstofflanze zur Verfügung zu stellen, mit welcher über wenigstens zwei voneinander getrennte Kanäle Brennstoffe an einem im wesentlichen an der Lanzenspitze angeordneten Eindusungsort in eine Brennkammer alternativ oder gleichzeitig eingedüst werden können. Die Brennstofflanze soll dabei gleichzeitig oder alternativ mit den beiden Brennstoffen betrieben werden können, ohne dass die Gefahr von Rückzündungen oder von Verkokung (im Falle von flüssigem Brennstoff) auftritt.
Die Lösung der Aufgabe findet sich im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches dargestellt. Die Lösung besteht darin, dass die Brennstofflanze neben Brennstoff auch Spülluft zum Eindusungsort leitet, und dass die Spülluft am Eindusungsort derart zwischen die beiden Brennstoffsysteme geführt wird, dass diese durch die Spülluft voneinander abgeschirmt werden.
Der Kern der Erfindung besteht somit darin, dass die ebenfalls zur Lanzenspitze geführte Spülluft derart zwischen die bei der Lanzenspitze in die Brennkammer eingespritzten Brennstoffe geführt wird, dass ein "Schutzschirm" von Spülluft die Überkreuzung der beiden Brennstoffe verhindert. Insbesondere kann so bei Betrieb der Lanze mit nur einem Brennstoff verhindert werden, dass Brennstoff in jenen Brennstoffkanal hinein gelangt, welcher gerade nicht mit Brennstoff angesteuert wird.
Gemäss einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Kanäle für die Brennstoffe sowie der Kanal für die Spülluft als im wesentlichen konzentrische zylindrische Rohre unterschiedlichen Durchmessers ausgebildet, wobei die drei Medien in den dabei entstehenden hohlzylindrischen oder zylindrischen Zwischenräumen zum Eindusungsort geführt werden. Diese Bauweise ist einfach und in Bezug auf die thermischen Belastungen in einem Brenner besonders geeignet.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den Brennstoffsystemen um ein System mit flüssigem Brennstoff und um ein System mit gasförmigem Brennstoff. Typischerweise wird dabei der gasförmige Brennstoff für den
Teillastbereich im Gasbetrieb verwendet, und der flüssige Brennstoff, z. B. in Form eines
Öls für den ganzen Lastbereich im Ölbetrieb. Dabei wird bevorzugt der flüssige Brennstoff über ein zentrales, inneres Rohr mit geringstem Durchmesser zur Lanzenspitze geführt, wobei dieses innere Rohr von zwei weiteren, mit dem inneren konzentrisch angeordneten
Rohren umgeben ist und der gasförmige Brennstoff sowie die Spülluft in den dadurch gebildeten hohlzylindrischen Zwischenräumen zur Lanzenspitze zum Eindusungsort geführt wird, und wobei weiterhin unmittelbar beim Eindusungsort die Spülluft im
Hohlraum zwischen dem zentralen, inneren Rohr und dem mittleren Rohr strömt. Dadurch wird sichergestellt, dass die Spülluft am Ort der Eindüsung effektiv zwischen den beiden Brennstoffströmen und im Sinne eines abschirmenden Mantels strömt und die beiden Brennstoffströme voneinander entkoppelt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Brennstofflanze ist dadurch gekennzeichnet, dass beim Eindusungsort die Spülluft in im wesentlichen axialer und umlaufender Weise, im Sinne eines Hohlzylinders, in die Brennkammer eingedüst wird. Mit anderen Worten tritt die Spülluft parallel zur der Brennerachse in die Zone der Verbrennung. Dabei kann bevorzugtermassen ausserdem beim Eindusungsort der flüssige Brennstoff in leicht radial nach aussen und auf den axialen Spülluftstrom gerichteter Weise, d.h. in Form eines umlaufenden, zur Lanzenspitze sich öffnenden hohlen Kreiskegelstumpfes erfolgen. Der flüssige Brennstoff kann an dieser Stelle auch durch eine Hohlkegel-Dralldüse oder durch eine Mehrlochdüse eingespritzt werden. Und/oder es kann beim Eindusungsort der gasförmige Brennstoff in leicht radial nach innen und auf den Spülluftstrom gerichteter Weise erfolgen, d. h. in Form eines umlaufenden, zur Lanzenspitze sich schliessenden hohlen Kreiskegelstumpfes. Eine andere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der flüssige und der gasförmige Brennstoff an der Lanzenbasis im inneren Rohr respektive im Hohlraum zwischen dem inneren Rohr und dem mittleren Rohr geführt werden, und die Spülluft im Hohlraum zwischen dem mittleren Rohr und dem äusseren Rohr geführt wird. Dabei kann entweder unmittelbar bei der Lanzenbasis die Spülluft in den Hohlraum zwischen dem inneren Rohr und dem mittleren Rohr umgeleitet werden, während der gasförmige Brennstoff in den Hohlraum zwischen dem mittleren Rohr und dem äusseren Rohr geleitet wird, wobei insbesondere bevorzugt die Einleitung der Spülluft in den mittleren Hohlraum durch in entsprechenden radialen Segmenten angeordnete Schlitze oder Bohrungen erfolgt. Da üblicherweise die Lanzenspitze an der Lanzenbasis einen grösseren Durchmesser aufweisen kann, erlaubt diese Bauweise höhere Ströme von Spülluft und von gasförmigem Brennstoff.
Andererseits ist es möglich, die Spülluft erst an der Lanzenspitze mit der Führung des gasförmigen Brennstoffes zu kreuzen. Das heisst, dass die Spülluft im Hohlraum zwischen dem mittleren Rohr und dem äusseren Rohr zur Lanzenspitze geführt wird, und im Bereich der Lanzenspitze die Spülluft in den mittleren Hohlraum zwischen dem inneren Rohr und dem mittleren Rohr umgeleitet wird, während der gasförmige Brennstoff in den äusseren Hohlraum zwischen dem mittleren Rohr und dem äusseren Rohr geleitet wird. Diese Bauweise erlaubt zwar üblicherweise nur etwas niedrigere Ströme an Spülluft und gasförmigem Brennstoff infolge der geringeren Ausmasse der Lanzenspitze, weist aber den Vorteil auf, dass die Spülluft, welche im äussersten Kanal verläuft, gleichzeitig eine Kühlwirkung aufweist und übermässige Erhitzung und damit verbundene Rückzündungen dadurch zusätzlich verhindert werden.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemässen Brennstofflanze sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung einer Brennstofflanze, wie sie oben beschrieben ist. Insbesondere betrifft sie eine derartige Verwendung für den Pilotbetrieb eines Vormischbrenners, insbesondere eines Doppelkegelbrenners mit oder ohne nachgeschalteter Mischstrecke, wobei die Brennstofflanze auf der Achse des Vormischbrenners angeordnet ist.
Gemäss einer ersten bevorzugten Ausführungsform der genannten Verwendung erstreckt sich die Lanze im wesentlichen über eine Länge von 3/4 der Gesamtlänge des Doppelkegelbrenners mit oder ohne nachgeschalteter Mischstrecke, wobei als Gesamtlänge die Länge des konischen Bereiches des Doppelkegelbrenners gemeint ist. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemässen Verwendung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 einen axialen Schnitt durch eine erfindungsgemässe Brennstofflanze ;
Fig. 2 einen axialen Schnitt durch eine gesamte erfindungsgemässe Brennstofflanze, bei welcher die Kreuzung an der Lanzenspitze angeordnet ist ; und
Fig. 3 einen axialen Schnitt durch eine erfindungsgemässe Brennstofflanze, bei welcher die Kreuzung an der Lanzenbasis angeordnet ist.
Es sind nur die für die Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt. Gleiche Elemente sind in unterschiedlichen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Strömungsrichtungen werden mit Pfeilen bezeichnet.
WEGE ZUR AUSFUHRUNG DER ERFINDUNG
Fig. 1 zeigt die Spitze 1 einer Brennstofflanze in einem axialen Schnitt. Die Brennstoff lanze besteht aus einem äussersten Lanzenrohr 2, wobei die Lanze im Falle der Verwendung in einem Doppelkegelbrenner, wie er z. B. in der US 4,932,861 beschrieben wird, üblicherweise zirka 3/4 der Länge des Brenners in den Hohlraum zwischen den konischen Teilkörpem hineinragt. Es ist aber auch möglich, die vorgeschlagene Brennstofflanze bei einem Vormischbrenner mit vortex-breakdown einzusetzen, welcher zusätzlich über eine nachgeschaltete Mischstrecke verfügt (vgl. dazu z. B. EP 0704657).
Üblicherweise weist die Brennstofflanze einen kreisrunden Querschnitt auf. Im zylindrischen äussersten Rohr 2 befindet sich, koaxial mit dem äussersten Rohr 2 angeordnet, ein mittleres Rohr 4, sowie ein weiteres, inneres Rohr 3, das Ölrohr, mit geringstem Durchmesser. Durch das Ölrohr 3 strömt flüssiger Brennstoff, das heisst Öl, Benzin, oder Ähnliches in der Ölführung 5 zur Lanzenspitze, wenn die Lanze mit flüssigem Brennstoff betrieben werden soll. An der Spitze des Ölrohres 3 befindet sich ein zentraler Einsatz 7, welcher im wesentlichen auf der Achse der Brennerlanze angeordnet ist, und welcher dazu führt, dass der Ölstrom an der Lanzenspitze radial nach aussen abgelenkt wird. Der flüssige Brennstoff tritt dadurch nicht in Richtung der Achse der Brennstofflanze in die Brennkammer respektive den Hohlraum, in welchem die Verbrennung stattfinden soll, sondern in Form eines kreiskegelförmigen Sprühkegels, welcher rundum geschlossen, d. h. umlaufend ausgebildet sein kann. Der flüssige Brennstoff kann an dieser Stelle auch durch eine (nicht in den Figuren darstellte) Hohlkegel-Dralldüse oder durch eine Mehrlochdüse eingespritzt werden.
Im Hohlraum 10 zwischen dem äussersten Rohr 2 und dem mittleren Rohr 4 strömt üblicherweise gasförmiger Brennstoff bei der Lanzenspitze 1. Das äussere Rohr 2 weist dabei an seinem äussersten Ende eine in Richtung der Achse der Brennstofflanze gerichtete, umlaufende Krümmung, d.h. Verengung auf, welche dazu führt, dass der Gasstrom 11 kurz vor dem Austritt aus der Brennstofflanze in Richtung der Achse der Brennstofflanze abgelenkt wird. Mit anderen Worten entsteht ein konisch zulaufender hohler Gaskegel.
Im Zwischenraum 8 zwischen dem mittleren Rohr 4 und dem Ölrohr 3 strömt nun erfindungsgemäss Spülluft 9 bei der Lanzenspitze 1. Diese Spülluft strömt nun aber im wesentlichen axial, d. h. unter Bildung eines zylindrischen Luftmantels an der Lanzenspitze 1 aus. Die Spülluft 9 strömt mit anderen Worten zwischen den beiden verwendeten Brennstoffen. Insbesondere ist es so, dass sowohl der gasförmige Brennstoffstrom 11 , als auch der flüssige Brennstoffstrom 6 auf diesen zylindrischen Luftmantel aus Spülluft gerichtet sind. Diese besondere Anordnung erlaubt eine Betriebsweise, bei welcher infolge der Abschirmung der Brennstoffströme durch die Spülluft, die Lanze entweder mit einem der beiden Brennstoffe betrieben werden kann, oder mit beiden, ohne dass dabei z. B. beim Betrieb mit nur einem Brennstoff die Gefahr bestehen würde, dass Brennstoff vom angesteuerten Brennstoffkanal in den nicht betriebenen Kanal gelangen kann (kein Brennstoffrückfluss). Typischerweise weist eine derartige Brennstofflanze einen Aussendurchmesser im Bereich von 20 bis 40 Millimetern auf (Aussendurchmesser des äussersten Rohres 2), das mittlere Rohr 4 weist einen Aussendurchmesser von etwa 2/3 jenes des äussersten Rohres 2 auf, und das Ölrohr 3 einen Durchmesser von etwas 1/3 jenes des äussersten Rohres 2. Am Fuss 17 der Lanze weist diese meist einen grösseren Aussendurchmesser von im Bereich von 30 bis 60 Millimetern auf. Die Rohre werden vorteilhafterweise aus Nickel-Basis-Legierungen gefertigt mit einer Wandstärke im Bereich von 1 bis 3 Millimetern. Das äussere Rohr 2, welches im vordersten Bereich eine Krümmung nach innen aufweist, wird dort über eine Länge von 10 Millimetern um im Bereich von 40% verjüngt, was eine Ablenkung des Pilotgases 11 in Richtung der zentralen Achse der Brennstofflanze bewirkt und wodurch die Austrittsöffnung des Pilotgases so zu liegen kommt, dass die Abschirmwirkung der Spülluft maximal wird. Üblicherweise wird eine derartige Brennstofflanze für den Pilotbetrieb von Vormischbrennern verwendet. Wenn möglich kommt dabei nur gasförmiger Brennstoff im Pilotbetrieb zum Einsatz, wobei typischerweise die Brennstofflanze bis zu zirka 50% Last zum Einsatz gelangt, d. h. bis die Vormischflamme genügend stabilisiert ist. Ist die Vormischflamme genügend stabilisiert, wird normalerweise die Brennstofflanze nicht mehr mit Brennstoff angesteuert, sondern nur noch die Brennstoffdüsen an den Eintrittsschlitzen des Vormischbrenners.
Steht nun z. B. kein gasförmiger Brennstoff zur Verfügung, so erlaubt die erfindungsgemässe Brennstofflanze alternativ einen Brennerbetrieb unter Verwendung von flüssigem Brennstoff. Diese alternative Verwendbarkeit ist möglich, da durch die Spülluft verhindert wird, dass beim Betrieb mit nur einem Brennstoff dieser Brennstoff in den nicht betriebenen Kanal hinein gelangt, und dort zu Rückzündungen führt. Der Mantel aus Spülluft hat ausserdem bei flüssigem Brennstoff den Vorteil, dass Verkokungen vermieden werden. Fig. 2 zeigt eine Lanze in ihrer gesamten Länge. Da üblicherweise der flüssige 16 und der gasförmige 15 Brennstoff an der Basis 17 des Brenners in zwei konzentrisch angeordneten Rohren zugeführt wird, besteht grundsätzlich das Problem, die Spülluft 9 zwischen diese beiden Brennstoffkanäle zu führen. Dies kann auf zwei unterschiedliche Arten erfolgen, wobei Fig. 2 jene Möglichkeit darstellt, bei welcher von der Lanzenbasis 17 aus zunächst die beiden Brennstoffe in konzentrischen Rohren bis in den Bereich der Lanzenspitze geführt werden, und die Spülluft in einem weiteren Zwischenraum zwischen dem mittleren Rohr 4 und einem äusseren Rohr 2 bis in diesen Bereich geführt wird. Die Spülluft wird dabei im Bereich der Lanzenbasis 17 bei 14 durch Öffnungen in den Zwischenraum zwischen dem mittleren Rohr 4 und dem äussersten Rohr 2 eingebracht. Diese Spülluft wird üblicherweise aus einem Bereich hinter dem Brenner angesaugt. Die Eintrittsöffnungen können dabei als Schlitze gestaltet sein, zur Verhinderung des Eintretens von Schmutzpartikeln erweist es sich aber als vorteilhaft, diese Öffnungen als Bohrungen auszuführen, üblicherweise mit einem Durchmesser im Bereich von 2 bis 4 Millimetern. Im Bereich der Lanzenspitze 1 wird nun auf der einen Seite die Pilotgasführung 10 in den radial äussersten Zwischenraum geführt, indem in einem Bereich 12 die beiden äusseren Kanäle überkreuzt werden. Im gleichen Bereich wird dabei die im äussersten Zwischenraum zwischen den Rohren 2 und 4 geführte Spülluft 9 in den mittleren Zwischenraum zwischen mittlerem Rohr 4 und innerem Ölrohr 3 geführt. Diese wechselseitige Umlenkung geschieht segmentweise (in Bezug auf den Querschnitt senkrecht zur Achse 18 der Brennstofflanze), dabei reichen drei Segmente für die Gasführung und drei Segmente für die Spülluftführung, wobei die Segmente typischerweise den gleichen Querschnitt aufweisen.
Die in Fig. 2 dargestellte Führung der Spülluft im äussersten Zwischenraum bis in den
Bereich der Lanzenspitze weist den Vorteil auf, dass dadurch die Lanze eine gute Kühlung durch diesen Spülluftkanal aufweist. Damit eignet sich diese Lanze insbesondere dann, wenn es sich um Brenner handelt, welche eine gewisse Rückschlaggefahr aufweisen.
Fig. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer Brennstofflanze für den Pilotbetrieb, bei welcher die Kreuzung der beiden Kanäle Spülluft und Pilotgas nicht bei der Lanzenspitze, sondern bereits an der Lanzenbasis 17 erfolgt. Mit anderen Worten wird bereits an der Lanzenbasis 17 die eingeführte Spülluft 14 in den Zwischenraum zwischen mittlerem Rohr 4 und Ölrohr 3 geführt, und entsprechend die Pilotgaszuführung 15 bereits an der Lanzenbasis 17 in den Zwischenraum zwischen mittlerem Rohr 4 und äusserstem Rohr 2 geleitet. Wiederum geschieht dies segmentweise, das heisst die Zuführung 14 der Spülluft erfolgt durch Schlitze oder Bohrungen in drei Segmenten während in weiteren drei Segmenten das Pilotgas in den äussersten Kanal geführt wird. Auch hier erweist es sich als vorteilhaft, Bohrungen für den Eintritt der Spülluft 14 vorzusehen, um den Eintritt von Schmutzpartikeln zu verhindern.
Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 weist den Vorteil auf, dass infolge des grösseren Durchmessers der Brennstofflanze an ihrer Basis 17 auch grössere Durchflussquerschnitte für das Pilotgas und die Spülluft ermöglicht werden, als wenn die Kreuzung an der Lanzenspitze erfolgt. Entsprechend können bei einer derartigen Brennstofflanze höhere Ströme an Spülluft und Pilotgas realisiert werden.
BEZUGSZEICHENLISTE Lanzenspitze äusserstes Lanzenrohr Ölrohr mittleres Rohr Ölführung Öl zentraler Einsatz in Öldüse Spülluftführung Spülluft Pilotgasführung Pilotgas Kreuzung der Pilotgasführung (vorne) Kreuzung der Spülluftführung (vorne) Eintritt der Spülluft in die Spülluftführung Pilotgaseingang Öleingang Lanzenbasis Symmetrieachse der Lanze Kreuzung der Pilotgasführung (hinten) Kreuzung der Spülluftführung (hinten)

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Brennstofflanze, mit welcher über wenigstens zwei voneinander getrennte Kanäle (5,10) Brennstoffe (6, 11) an einem im wesentlichen an der Lanzenspitze (1) angeordneten Eindusungsort in eine Brennkammer alternativ oder gleichzeitig eingedüst werden können, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstofflanze neben Brennstoff auch Spülluft (9) zum Eindusungsort leitet, und dass die Spülluft (9) am Eindusungsort derart zwischen die beiden Brennstoffsysteme (6, 11) geführt wird, dass diese durch die Spülluft (9) voneinander abgeschirmt werden.
2. Brennstofflanze nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kanäle (5,10) für die Brennstoffe (6,11) sowie der Kanal (8) für die Spülluft (9) als im wesentlichen konzentrische zylindrische Rohre unterschiedlichen
Durchmessers ausgebildet sind, und dass die drei Medien (6, 9, 11) in den dabei entstehenden hohlzylindrischen oder zylindrischen Zwischenräumen (5,8, 10) zum Eindusungsort geführt werden.
3. Brennstofflanze nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Brennstoffsystemen um ein System mit flüssigem Brennstoff (6) und um ein System mit gasförmigem Brennstoff (11) handelt.
4. Brennstofflanze nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssige Brennstoff (6) über ein zentrales, inneres Rohr (3) mit geringstem Durchmesser zur Lanzenspitze (1) geführt wird, wobei dieses innere Rohr (3) von zwei weiteren, mit dem inneren konzentrisch angeordneten Rohren (2, 4) umgeben ist und der gasförmige Brennstoff (11 ) sowie die Spülluft (9) in den dadurch gebildeten hohlzylindrischen Zwischenräumen (8,10) zur Lanzenspitze (1) zum Eindusungsort geführt wird, wobei weiterhin unmittelbar beim Eindusungsort die Spülluft (9) im Hohlraum zwischen dem zentralen, inneren Rohr (3) und dem mittleren Rohr (4) strömt.
5. Brennstofflanze nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Eindusungsort die Spülluft (9) in im wesentlichen axialer und umlaufender Weise, im Sinne eines Hohlzylinders, in die Brennkammer eingedüst wird.
6. Brennstofflanze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Eindusungsort des flüssige Brennstoffs (6) in den Spülluftstrom (9) ein zentraler Einsatz (7) zur Erzeugung eines radial nach aussen gerichteten, umlaufenden und zur Lanzenspitze sich öffnenden, hohlen Kreiskegelstumpfes, eine Hohlkegel- Dralldüse oder eine Mehrlochdüse angeordnet ist.
7. Brennstofflanze nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Eindusungsort der gasförmige Brennstoff (11) in radial nach innen und auf den Spülluftstrom (9) gerichteter Weise erfolgt.
8. Brennstofflanze nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssige und der gasförmige Brennstoff (6, 11) an der Lanzenbasis (17) im inneren Rohr (3) respektive im Hohlraum zwischen dem inneren Rohr (3) und dem mittleren Rohr (4) geführt werden, und die Spülluft (9) im Hohlraum zwischen dem mittleren Rohr (4) und dem äusseren Rohr (2) geführt wird.
9. Brennstofflanze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar bei der Lanzenbasis (17) die Spülluft (14) in den Hohlraum (8) zwischen dem inneren Rohr (3) und dem mittleren Rohr (4) umgeleitet wird, während der gasförmige Brennstoff in. den Hohlraum (10) zwischen dem mittleren Rohr (4) und dem äusseren Rohr (2) geleitet wird, wobei insbesondere bevorzugt die Einleitung der Spülluft (14) in den mittleren Hohlraum (8) durch in entsprechenden radialen Segmenten angeordnete Schlitze oder Bohrungen erfolgt.
10. Brennstofflanze nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülluft (9) im Hohlraum zwischen dem mittleren Rohr (4) und dem äusseren Rohr (2) zur Lanzenspitze (1) geführt wird, und im Bereich der Lanzenspitze (1) die Spülluft (9) in den mittleren Hohlraum (8) zwischen dem inneren Rohr (3) und dem mittleren Rohr (4) umgeleitet wird, während der gasförmige Brennstoff (11) in den äusseren Hohlraum (10) zwischen dem mittleren Rohr (4) und dem äusseren Rohr (2) geleitet wird.
11. Verwendung einer Brennstoffianze nach einem der vorhergehenden Ansprüche für den Pilotbetrieb eines Vormischbrenners, insbesondere eines Doppelkegelbrenners mit oder ohne nachgeschalteter Mischstrecke, wobei die
Brennstofflanze auf der Achse des Vormischbrenners angeordnet ist.
2. Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lanze im wesentlichen eine Länge von 3/4 der Gesamtlänge des Doppelkegelbrenners mit oder ohne nachgeschalteter Mischstrecke aufweist.
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