DE4033710A1 - Brenner fuer brennkraftmaschine - Google Patents
Brenner fuer brennkraftmaschineInfo
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- 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
- F23L7/002—Supplying water
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenner gemäß Ober
begriff des Anspruchs 1.
Bei Gasturbinenbrennern, die mit einer Wasser- und/oder
Dampf-Einspritzung zur Verminderung der NOx-Emissionen ausge
rüstet sind, ist die latente Gefahr vorhanden, daß die Ein
führung dieser Medien nachteilige Wirkungen auf die CO- und
UHC-Emissionen erzeugen können. Dies hängt im wesentlichen
mit der Schwierigkeit zusammen, daß die zur Minimierung der
NOx-Emissionen in den Brennprozeß eingeführten Medien nicht
optimal in die brennstoffreichen Zonen gelangen, sobald die
eingebrachten Medien aus technischen Gründen nicht optimal
einwirken können, behilft man sich, dadurch, daß die ent
sprechende Menge gesteigert wird, was sich wiederum kon
traproduktiv auf die CO- und UHC-Emissionen auswirkt.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.
Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist,
liegt die Aufgabe zugrunde, einem Brenner der eingangs ge
nannten Art eine optimale Zuführung von Hilfsmedien zur Mini
mierung der NOx-Emissionen in die brennstoffreichen Zonen op
timal zu gestalten.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen,
daß die dem Brenner vorgeschaltete Wasserzerstäubung, über
eine entsprechende Vorkehrung, zu einer gleichförmigen Ver
teilung möglichst feiner Tröpfchen führt. Dabei wird auch er
reicht, daß die Aufenthaltszeit der Tröpfchen in der dem
Brenner vorgelagerten Konfiguration, von der Form einer Was
serverdampfungsbüchse, und daß die Relativgeschwindigkeit
der Tröpfchen und der Luftströmung maximiert werden. Damit
ist sichergestellt, daß der Brennraum, bei Einsatz von Was
ser, mit einem vollständig verdampften Massenstrom beauf
schlagt wird.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich im Zusammen
hang dieser Wasserverdampfungsbüchse, welche am Ende in Strö
mungsrichtung mit einer geeigneten trichterförmigen Ausbil
dung versehen ist: Wenn der Abstand der trichterförmigen Aus
bildung der Wasserverdampfungsbüchse zum Brenner so gewählt
wird, daß dieser im Bereich der genannten Büchse nicht nen
nenswert angedrosselt ist, ergeben sich optimale kleinstmög
liche Mengen an Wasser resp. Wasserdampf, womit diese Beauf
schlagung effizient gestaltet ist.
Die erfinderische Wasserverdampfungsbüchse ermöglicht des
weiteren, daß der vom Brenner erzeugte Druckabfall über die
Büchse noch ausreichend groß ist, daß sich damit ein defi
nierter Luftmassenstrom durch eben diese Büchse einstellt.
Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungs
gemäßen Aufgabenlösung sind in den weiteren abhängigen An
sprüchen gekennzeichnet.
Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbei
spiel der Erfindung schematisch dargestellt und näher erläu
tert. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung
nicht erforderlichen Elemente sind fortgelassen. Die Strö
mungsrichtung der Medien ist mit Pfeilen angegeben.
In den verschiedenen Figuren sind jeweils gleiche Elemente
mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Brenner ohne Vormischstrecke mit einer vorgela
gerten Wasserverdampfungsbüchse und
Fig. 2 eine Wassereinspritzungskonfiguration.
Fig. 1 zeigt eine Konfiguration, welche aus einem Brenner 1
und einer Wasserverdampfungsbüchse 2 besteht. Im Falle des
Brenners 1 handelt es sich um einen solchen ohne Vormisch
strecke, wie er in EP-A1-03 21 809 beschrieben wird. Die Aus
gestaltung der hiesigen Wasserverdampfungsbüchse 2 ist auch
diesem Brenner, der in obengenannter Druckschrift als
"Doppelkegelbrenner" benannt ist, angepaßt. Über die Funkti
onsweise und spezielle Ausgestaltung dieses Doppelkegelbren
ners wird auf die Druckschrift EP-A1-03 21 809 verwiesen.
Selbstverständlich können auch andere Brennerarten zum Ein
satz kommen. Lediglich bezüglich des trichterförmigen Einzugs
3 der Wasserverdampfungsbüchse 2 müßte jeweils eine entspre
chende Anpassung vorgesehen werden. Es bleibt noch anzumer
ken, daß es für die nachfolgenden Ausführungen unerheblich
ist, mit welcher Art von Brennstoff der Brenner betrieben
wird, d. h., ob es sich um einen gasförmigen und/oder flüssi
gen Brennstoff handelt. Vorliegend geht es primär darum, eine
vorzunehmende Zuführung von Wasser/Dampf in den Brennraum des
jeweiligen Brenners optimal zu gestalten, d. h., das einzu
bringende Wasser/Dampf möglichst in die brennstoffreichen Zo
nen einzuleiten resp. einzulenken, dort wo die größte Gefahr
für die Bildung von NOx besteht, die aufgabengemäß zu mini
mieren gilt, ohne daß damit im Gegenzug ein Mehr an CO- und
UHC-Emissionen entstehen können. Selbstverständlich ist es
so, daß eine Wassereinspritzung besonders gute Dienste bei
einer Druckölzerstäubung leistet. Eine Brennstofflanze 4 er
streckt sich über die Länge der Wasserverdampfungsbüchse 2
und mündet in den Doppelkegelbrenner 1. Nebenbei sei hier er
wähnt, daß diese Brennstofflanze 4 in Abströmungsrichtung
der Düse in der Druckschrift EP-A1-03 21 809 entspricht. Die
sich aus der Brennstofflanze 4 in Strömungsrichtung sich aus
breitende kegelförmige Brennstoffsäule 5 wird von einem tan
gential in den Brenner 1 einströmenden rotierenden Verbren
nungsluftstrom 6, der in Fig. 1 nur schematisch angedeutet
ist, umschlossen. Der Doppelkegelbrenner selbst besteht aus
zwei aufeinander positionierten hohlen Teilkegelkörpern,
welche in Strömungsrichtung eine stetig zunehmende Kegelnei
gung aufweisen. Diese Teilkegelkörper sind auch zueinander so
versetzt, daß sich tangentiale Lufteintrittsschlitze bilden,
durch welche die genannte Verbrennungsluft 6 in den Brenner
einströmt. Was das Verfahren bezüglich einer vermischartigen
Verbrennung, beispielsweise eines flüssigen Brennstoffes, an
belangt, wird auf die Ausführungen in der Druckschrift EP-A1-
03 21 809 verwiesen. Die Brennstofflanze 4 führt beispiels
weise über eine interne koaxiale Führung Wasser mit. In einem
Abstand zum Eintritt des Brenners wird diese Wasserströmung 9
nach außen geführt, und dort im Gegenstrom mit einer Luft
strömung 7 durch die Büchse 2 vermischt. Diese Wasserzerstäu
bung wird durch eine Konfiguration A und B erreicht, welche
in Fig. 2 näher beschrieben wird. Geht man davon aus, daß
die herangeführte Luft 7 ca. 400°C warm ist, ergibt sich,
einer gleichförmigen und intensiven Wasserzerstäubung voraus
gesetzt, ein Wasser/Luft-Gemisch 8 in Form eines Sattdampfes,
der ein optimales Beaufschlagungsmedium für den Brenner dar
stellt. Allgemein läßt sich sagen, daß eine optimale Was
serzerstäubung dann erreichbar ist, wenn die Aufenthaltszeit
der Tröpfchen in der Wasserverdampfungsbüchse 2 möglichst
lang ist, und die Relativgeschwindigkeit der Tröpfchen und
der Luftströmung 7 möglichst groß ist. Von daher ist auf die
postulierte Gegenstromeindüsung des Wassers zurückzugreifen,
welche den beiden genannten Voraussetzungen am besten entge
genkommt. Das Wasser/Luft-Gemisch 8 (= Sattdampf) ummantelt
in Strömungsrichtung die Brennstoffsäule 5 zylindrisch dre
hend, dergestalt, daß es etwa auf Höhe des Flammenfrontes
auf die sich kegelförmig ausbreitende Brennstoffsäule 5 auf
trifft, womit eine ideale Einwirkung des Gemisches 8 auf die
brennstoffreichen Zonen gelingt. Je nach dem, wie weit die
Wasserverdampfungsbüchse 2 in den Brenner 1 eingeschoben
wird, ändert sich die Verdampfungsstrecke des Gemisches 8 ab
Ausgang A und B bis zu einem Auftreffen auf die Brennstoff
säule 5. Damit ist zugleich gesagt, daß sowohl der Verdam
pfungsgrund des Gemisches 8, als auch sein Auftreffen auf die
Brennstoffsäule 5 resp. auf die Flammenfront individuell und
optimal, auch in Relation zum Verdampfungsgrad des Brennstof
fes, ausgestaltet werden kann.
Fig. 2 zeigt eine Wassereinspritzung, welche gegenstrommäßig
ausgebildet ist. Das Wasser durchströmt, aus der Brenn
stofflanze 4 heraus, in Strömungsrichtung eine Anzahl Bohrun
gen 10 einer ersten radialen Scheibe A. Abströmungsseitig
dieser Scheibe A befindet sich eine zweite Scheibe B, welche
ebengleiche Vertiefungen 11 zu den Bohrungen 10 aufweist.
Diese Vertiefungen sind so ausgebildet, daß der dort über
die Bohrungen 10 auftreffende Wasserstrahl umgelenkt und in
einem Winkel gegen die Luftströmung 7 geschossen wird. Durch
den Aufprall auf die Vertiefungen 11, durch die Umlenkung ge
gen die Strömungsrichtung der Luftströmung 7, durch den Auf
prall auf die Luftströmung 7 selbst und durch die sich hier
aus ergebende größtmögliche Relativgeschwindigkeit der
beiden Medien wird jene postulierte Tröpfchen-Verteilung er
reicht.
Claims (6)
1. Brenner für Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Brenner (1) eine luftführende Wasserverdam
pfungsbüchse (2) vorgeschaltet ist, welche mit dem Bren
ner (1) kommuniziert, wobei das in die Wasserverdam
pfungsbüchse (2) eingespritzte Wasser (9) gegen die Strö
mung der Luft (7) in der Büchse (2) gerichtet ist.
2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Brenner (1) ein Brenner ohne Vormischstrecke ist.
3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Brenner (1) aus mindestens zwei aufeinander positionier
ten hohlen Teilkegelkörpern mit in Strömungsrichtung der
Teilkegelkörper zueinander versetzt verlaufen, wobei im
Innenraum des von den Teilkegelkörpern gebildeten kegel
förmigen Innenraumes am Brennerkopf eine Brennstofflanze
(4) plaziert ist, deren Brennstoffeindüsung mittig der
zueinander versetzten Mittelachsen der Teilkegelkörper
liegt, und wobei durch die Versetzung der Teilkegelkörper
in achsialer Richtung des Brenners (1) Lufteintritts
schlitze in den Innenraum des Brenners (1) entstehen.
4. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im
Bereich der Lufteintrittsschlitze weitere Brennstoffdüsen
vorhanden sind.
5. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Brennkraftmaschine eine Gasturbine ist.
6. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
eingespritzte Wasser (9) in die Wasserverdampfungsbüchse
(2) durch mechanische Mittel (A, B) umlenkbar ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH393289 | 1989-10-31 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4033710A1 true DE4033710A1 (de) | 1991-05-02 |
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ID=4266596
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19904033710 Withdrawn DE4033710A1 (de) | 1989-10-31 | 1990-10-24 | Brenner fuer brennkraftmaschine |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE4033710A1 (de) |
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- 1990-10-24 DE DE19904033710 patent/DE4033710A1/de not_active Withdrawn
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Legal Events
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