DE1232690B - Einrichtung zum Zufuehren von Verbrennungsluft - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

F23d

Deutsche KL: 24 b-1/01

Nummer: 1232 690

Aktenzeichen: M 467631 a/24 b

Anmeldetag: 7. Oktober 1960

Auslegetag: 19. Januar 1967

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Zuführen von Verbrennungsluft hoher Strömungsgeschwindigkeit zu einer kombinierten Öl-Gas-Brennereinheit für Brennkammern mit hoher Wärmebelastung, welche aus einem mittig in einem Rohrstutzen angeordneten Düsenstock für den flüssigen Brennstoff mit an der Mündung vorgesehenem Luftdrallgitter besteht und einen den Rohrstutzen umgebenden Gasbrenner aufweist, wobei der Gasbrenner aus abwechselnd nebeneinanderliegenden Luft- und Gastaschen besteht und eine steuerbare Primär-Verbrennungsluftmenge aus einem gemeinsamen Vorratsraum der Öl-Gas-Brennereinheit zuführbar ist. Die Erfindung ist vornehmlich für Gasturbinenbrennkammern vorgesehen, denen die Verbrennungsluft unter erheblichem Druck zugeführt wird und in denen große Strömungsgeschwindigkeiten auftreten.

Es ist eine Brennkammer mit Doppelbrenner für Brenngas und Brennöl bekannt, bei dem um eine in axialer Richtung verschiebbare öldüse am brennraumseitigen Ende ein Drallkörper angebracht ist, der sowohl vom Brenngas als auch von der Primärluft durchströmt wird. Beim Ausfall des Brenngases wird die Öldüse axial in Richtung zum Feuerraum verschoben und in Betrieb genommen. Die Primär-Verbrennungsluft hat hierbei für angenähert gleiches λ immer die gleiche Ausströmgeschwindigkeit.

Aus regelungstechnischen Gründen ist es nun jedoch erwünscht, daß eine Brennkammer, insbesondere in Gasturbinenanlagen, mit sehr unterschiedlichen Brennstoffmengen betrieben werden kann. Die Brennstoffmengenregulierung bedingt also sehr unterschiedliche Luftüberschüsse bzw. Α-Werte. Eingehende Versuche haben bestätigt, daß der maximale Α-Bereich nur dann erreicht wird, wenn die pyro- und strömungstechnisch günstigen Bedingungen für die Verbrennung des jeweiligen Brennstoffes eingestellt sind. Hier zeigen sich nun besonders bei der Verbrennung des heizwertarmen Gichtgases und des Steinkohlenteeröles sehr entgegengesetzte Tendenzen: Während bei der Gichtgasverbrennung der maximale Α-Bereich nur bei kleinen Gas- und Luftgeschwindigkeiten erreichbar ist, stellt er sich bei der Ölverbrennung nur bei weit höheren Geschwindigkeiten ein. Aus diesem Grunde ist die bekannte Brennkammer mit Doppelbrenner für einen Betrieb mit stark wechselndem Luftüberschuß nicht geeignet.

Bei einer anderen Brennkammer ist nun zwar ein besonderer Gasbrenner mit abwechselnd im Ring nebeneinanderliegenden Luft- und Gastaschen vorgesehen. Mangels eines Regelorgans für die Primär-

Einrichtung zum Zuführen von Verbrennungsluft

Anmelder:

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg

Aktiengesellschaft, Augsburg, Stadtbachstr. 1

Als Erfinder benannt:

Frank Beyer, Leitershofen bei Augsburg

luft des Gasbrenners können hier bei etwa konstanter Primärluftmenge aber keine kleinen Primärluftgeschwindigkeiten verwirklicht werden, weil die dafür erforderlichen großen Ausströmquerschnitte nur einen sehr niedrigen Drosselwiderstand ergeben würden. Beim Misch- oder reinen Ölbetrieb würde also der Ölbrenner keine ausreichenden Luftmengen erhalten.

Beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird

nun ein großer Α-Bereich und eine einfache Regelung

; dadurch ermöglicht, daß das Luftdrallgitter des Ölbrenners zur Steigerung der Ausströmgeschwindigkeit kleinere Ausströmquerschnitte als die Lufttaschen des Gasbrenners aufweist, und daß ein Steuerschieber beim reinen Betrieb der Öl-Gäsbrennereinheit mit flüssigem Brennstoff den Zustrom von Primär-Verbrennungsluft zum Gasbrenner bis auf eine für dessen Kühlung ausreichende Menge drosselt. Das Verhältnis der Luftgeschwindigkeiten kann für die jeweiligen Brennstoffe empirisch leicht ermittelt werden. Für die Brennstoffe Gichtgas und Steinkohlenteeröl beträgt es etwa 1: 5. Der kleine Austrittsquerschnitt des Luftdrallgitters des Ölbrenners bedingt eine so starke Drosselwirkung, daß für den reinen Brenngasbetrieb ein besonderes Drosselorgan in der Luftzuführung zum Ölbrenner normalerweise entbehrlich ist. Für den Teillastbetrieb ist es allerdings zweckmäßig, das Regelorgan für die Primärluft so auszubilden, daß es auch die Zuströmung der Primärluft zum Ölbrenner drosselt, oder daß in dessen .. Luftführung eine Hilfsdrosselklappe angeordnet wird. Ein weiterer Vorteil der Erfindung gegenüber der erstgenannten Brennkammer besteht darin, daß eine besondere Mechanik für die Axialverschiebung der Öldüse zur Vermeidung von Verbrennung ent-

.: fällt.

Im folgenden sei ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Die hierzu gehörigen Zeichnungen zeigen in

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Fig. 1 einen Axialschnitt durch den Doppelbrenner einer Gasturbinenbrennkammer für die Verbrennung von Gichtgas und Steinkohlenteeröl,

F i g. 2 die Draufsicht auf das als Drehschieber ausgebildete Regelorgan und

F i g. 3 den Schnitt durch eine Brennkammer, in deren Boden mehrere Doppelbrenner angeordnet sind.

In Fig. 1 bezeichnet 1 den Boden einer Brennkammer, der den Feuerraum 2 von dem Luftvorratsraum 3 trennt und in dem der Doppelbrenner 4 befestigt ist. Dieser ist zusammengesetzt aus einem ölbrenner 5, bestehend aus einem Düsenstock 6, der mittig in einer an seiner Mündung mit einem Luftdrallgitter 7 versehenen Rohrstutzen 8 angeordnet ist, und einem Gasbrenner 9, der aus zu einem Ring zusammengefügten, abwechselnd nebeneinanderliegenden Lufttaschen 10 und Gastaschen 11 besteht. Alle Taschen 10 und 11 münden schräg zur Brennerachse in den Brennraum 2. Das Brenngas strömt

— wie mit ausgezogenen Pfeilen angedeutet — den Gastaschen 11 durch das Ringrohr 12 und den Ringkanal 13 zu. Die Primärluft hingegen gelangt durch die Öffnungen 14 in die Lufttaschen 10 und durch die schrägradialen Kanäle 15 in den Innenraum des Rohrstutzens 8. Die Luftwege sind mit unterbrochenen Pfeilen angedeutet.

Zwischen Gasbrenner 9 und ölbrenner 5 befindet sich der ebenfalls als Ring ausgebildete Zündbrenner 16, dem durch Leitung 17, Kammer 18, Kanal 19 und Ringraum 20 ein zündfähiges Gemisch, z. B. ein Brenngas-Luft-Gemisch, zugeführt wird.

Als Regelorgan ist der Drehschieber 21 vorgesehen, der bei 22 auf Rollen gelagert ist und mittels Innenzahnkranz 23 und Ritzelwelle 24 verdreht werden kann. Wie besonders aus F i g. 2 ersichtlich, enthält der Ringschieber 21 schlitzförmige Öffnungen 25, welche die Eintrittsöffnungen 14 der Lufttaschen 10 freigeben, und Langlöcher 26, welche den Zugang zu den Kanälen 15 zum Ölbrenner eröffnen.

Der Ausströmquerschnitt des Luftdrallgitters 7 ist

— wie bei allen Gittern mit Axialschaufeln — außer von der Schaufelhöhe noch durch den Schaufelabstand gegeben, der wiederum von der Schrägstellung der Schaufeln abhängig ist. Der Ausströmquerschnitt der Lufttaschen 10 ist durch die radiale Höhe h (Fig. 1) und die Breite a (Fig. 2) gegeben. Das Luftdrallgitter 7 ist nun für wesentlich größere Ausströmgeschwindigkeiten ausgelegt und weist dementsprechend wesentlich kleinere Ausströmquerschnitte auf als die Lufttaschen 10 des Gasbrenners 9. Ferner ist die Stegbreite b zwischen den Schlitzen 25 im Drehschieber 21 (vgl. F i g. 2) so bemessen, daß auch noch in der Schließstellung des Schiebers bei reinem ölbetrieb Primärluft in die Taschen 10 für deren Kühlung gelangt.

Wie F i g. 1 erkennen läßt, umschließen die Luft- und Gastaschen des Gasbrenners in einem Ring den ölbrenner, wobei der ölbrenner jedoch etwa um den halben Durchmesser des Rohrstutzens 8 über die Austrittsebene des Gasbrenners hinaus in den Brennraum 2 hineinragt. Durch diese Anordnung wird der Gasbrenner ebenfalls vor Verbrennung bei reinem Ölbetrieb geschützt. Im Verein mit der Luftkühlung ist es somit möglich, den Gasbrenner aus gewöhnlichem Stahlblech ohne besondere Hitzebeständigkeit herzustellen.

In F i g. 3 ist eine Brennkammer 30 gezeigt, in deren Boden 31 mehrere Doppelbrenner 32 radialsymmetrisch angeordnet sind. Das Brenngas gelangt durch das Rohr 33 in den in F i g. 1 mit 13 bezeichneten Ringkanal usw. Die Primärluft wird durch das Rohr 34 in den Vorratsraum 35 geführt, der hier durch eine Wand 36 in zwei Kammern 37, 38 unterteilt ist. Die Wand 36 ist in der Mitte mit einer öffnung 39 versehen, deren Durchflußquerschnitt mit einem Pilzventil 40 geregelt werden kann. Die Kammer 37 steht über die Kanäle 15 mit dem Rohrstutzen des Ölbrenners 5 in Verbindung, ebenso besteht ein freier Zugang von der Kammer 38 zu den Lufttaschen 10 des Gasbrenners. Durch Verstellen des Pilzventils 40 wird nun im Mischbetrieb der Überströmquerschnitt (Ringquerschnitt zwischen Ventilpilz und Wand 36) so geregelt, daß dem Gasbrenner eine für die Gasverbrennung ausreichende Luftmenge bei geringer Ausströmgeschwindigkeit zugeführt wird. Bei reinem ölbetrieb wird das Pilzventil nicht vollständig geschlossen, um den Übertritt

ao einer geringen Kühlluftmenge zu ermöglichen.

Das im vorstehenden erläuterte Ausführungsbeispiel betraf eine Brennkammer für Gasturbinenanlagen. Die Erfindung ist jedoch keinesfalls auf dieses Anwendungsgebiet beschränkt; sie kann viel-

»5 mehr überall dort mit Vorteil verwendet werden, wo gasförmige und nichtgasförmige Brennstoffe zur Verbrennung zur Verfügung stehen, wie beispielsweise bei allen Feuerungen in der Hüttenindustrie (Winderhitzerfeuerungen, Schmelzfeuerungen od. dgl.), in der chemischen Verfahrenstechnik, der Kokereitechnik, in Erdölgewinnungs- und ähnlichen Betriebsanlagen.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Zuführen von Verbrennungsluft hoher Strömungsgeschwindigkeit zu einer kombinierten Öl-Gas-Brennereinheit für Brennkammern mit hoher Wärmebelastung, welche aus einem mittig in einem Rohrstutzen angeordneten Düsenstock für den flüssigen Brennstoff mit an der Mündung vorgesehenem Luftdrallgitter besteht und einen den Rohrstutzen umgebenden Gasbrenner aufweist, wobei der Gasbrenner aus abwechselnd nebeneinanderliegenden Luft- und Gastaschen besteht und eine steuerbare Primär-Verbrennungsluftmenge aus einem gemeinsamen Vorratsraum der Öl-Gas-Brennereinheit zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftdrallgitter (7) des ölbrenners (5) zur Steigerung der Ausströmgeschwindigkeit kleinere Ausströmquerschnitte als die Lufttaschen (10) des Gasbrenners (9) aufweist, und daß ein Steuerschieber (21) beim reinen Betrieb der Öl-Gas-Brennereinheit mit flüssigem Brennstoff den Zustrom von Primär-Verbrennungsluft zum Gasbrenner (9) bis auf eine für dessen Kühlung ausreichende Menge drosselt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Luftführung zum ölbrenner eine Hilfsdrosselklappe angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelorgan (21) als Drehschieber ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft- und Gastaschen des

Gasbrenners (9) in an sich bekannter Weise zu einem Ring zusammengefügt sind, welcher den ölbrenner (5) umschließt, daß letzterer jedoch über die Austrittsebene des Gasbrenners hinaus weiter in den Brennraum (2) hineinragt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gasbrenner (9) und Ölbrenner (5) ein Zündbrenner (16) angeordnet ist, der mit einem zündfähigen Gemisch gespeist wird. ίο

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Ausströmgeschwindigkeiten der Luft aus dem Gasbrenner (9) und dem Drallgitter des Ölbrenners (5) im Mittel oo 1:5 beträgt.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere kombinierte Gas-Öl-Brenner (32) im Brennkammerboden (31) radialsymmetrisch verteilt angeordnet sind, und daß der Vorratsraum für Primärluft in zwei durch eine öffnung (39) mit regelbarem Durchströmquerschnitt verbundene Kammern (37, 38) unterteilt ist, von denen eine (37) ständig mit dem Rohrstutzen (8) des ölbrenners (5) und die andere (38) ständig mit den Lufttaschen (10) des Gasbrenners (9) in Verbindung steht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 953 551;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1039 785;
USA.-Patentschriften Nr. 1986796, 1527214.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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