EP0754908A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Unterdrückung von Flammen-/Druckschwingungen bei einer Feuerung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Unterdrückung von Flammen-/Druckschwingungen bei einer Feuerung Download PDF

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EP0754908A2
EP0754908A2 EP96109647A EP96109647A EP0754908A2 EP 0754908 A2 EP0754908 A2 EP 0754908A2 EP 96109647 A EP96109647 A EP 96109647A EP 96109647 A EP96109647 A EP 96109647A EP 0754908 A2 EP0754908 A2 EP 0754908A2
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fuel
flow
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Horst Dr. Ing. Büchner
Wolfgang Prof. Dr. Ing. Leuckel
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BUECHNER, HORST, DR.-ING.
Leuckel Wolfgang Prof Dr-Ing
Deutscher Verein des Gas und Wasserfaches eV Technisch Wissenschaftlicher Verein
Original Assignee
DVGW Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches eV
Leuckel Wolfgang Prof Dr-Ing
Deutscher Verein des Gas und Wasserfaches eV Technisch Wissenschaftlicher Verein
Buechner Horst Dr-Ing
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • 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
    • F23D—BURNERS
    • F23D2210/00—Noise abatement

Definitions

  • the invention relates to a method for suppressing flame / pressure vibrations in a furnace, which has a burner with which a flame is generated and a combustion chamber into which the flame is directed, and a corresponding device for implementing the method.
  • unstable operating states occur under certain conditions, which are determined by the firing operating parameters such as thermal output and air ratio, which are characterized by changes in the flame over time , which go hand in hand with changes in particular the static pressure in the combustion chamber and in this upstream or downstream system parts. These unstable states also occur in furnaces whose flames have been sufficiently stabilized by known measures such as swirl currents, bluff bodies, etc.
  • combustion instabilities causes often a change in behavior compared to the stationary operation of the system and, in addition to increased noise pollution, also causes increased mechanical and / or thermal stress on the combustion chamber or the combustion chamber lining.
  • flame / pressure vibrations can lead to the destruction of the system in which they occur, so that a lot of effort is made to avoid such flame / pressure vibrations.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a method with which such flame / pressure vibrations with intolerable pressure amplitudes can be prevented.
  • the invention is based on the finding that the vibrations are essentially caused or amplified by ring vortices which form in the edge region of the flame.
  • ring vortices which are created by rolling up the edge areas of the fuel-containing burner flow, include hot flue gases when they are formed, which cause the fuel / air mixture which is also contained in the ring vortex to heat up quickly and cause an impulsive reaction of the fuel that stimulates pressure vibrations.
  • the flame is surrounded with a gas jacket flow emerging as close as possible to the flame or to the main burner flow, which has a higher flow velocity in the flame propagation direction than the outer or edge areas of the flame.
  • This results in an axial impulse exchange between the jacket flow and the flame or fuel gas / air flow, which causes the free flame or flow boundary layer of the fuel / air mixture to accelerate and thus effectively counteracts the formation of reactive vortices in this area.
  • the non-fuel-containing gas is preferably air, which is available in sufficient quantities everywhere.
  • air which is available in sufficient quantities everywhere.
  • inert gas it is also conceivable to use an inert gas here, but this would have a certain cost disadvantage.
  • the gas jacket flow consist of a non-ignitable mixture of gas and fuel
  • the gas jacket flow essentially behaves as if it contains no fuel with regard to its effect in suppressing the formation of reactive ring vortices. This means that any vortices that may arise in the boundary layer between the gas jacket flow and the surrounding medium cannot react and therefore cannot excite or amplify flame / pressure vibrations.
  • the gas can be both inert gas (for example nitrogen, water vapor or burned-out exhaust gases) and air, the former being the case If the fuel concentration is irrelevant, since inert gas cannot react with fuel in any mixing ratio, that is, it can burn, while in the second case the fuel concentration is outside the ignition limits of the respective fuel, so that here too, ring vortices arising from the gas jacket flow cannot react.
  • inert gas for example nitrogen, water vapor or burned-out exhaust gases
  • air the former being the case
  • the fuel concentration is irrelevant, since inert gas cannot react with fuel in any mixing ratio, that is, it can burn, while in the second case the fuel concentration is outside the ignition limits of the respective fuel, so that here too, ring vortices arising from the gas jacket flow cannot react.
  • a fuel / air mixture with fuel concentrations within the ignition limits dependent on the respective fuel can also be used as the medium of the gas jacket flow, if the essentially axial outflow speed of this gas jacket flow, which is in principle combustible, is chosen to be so high compared to the main burner flow that forms the flame that on the one hand A sufficient transmission of axial impulse and thus a sufficient acceleration of the outer areas of the flame or the main burner flow is guaranteed, but on the other hand the formation of an independent, stable flame (or several flames in the case of several individual outlet openings of the gas jacket flow) from the gas jacket flow is prevented. This means that the exit velocity of the mantle flow is significantly higher than the blow-off limit speed for a flame.
  • the gas jacket flow preferably runs parallel to the central axis of the flame, but it can also have a certain radial and / or tangential component with respect to this flame or main flow direction of the fuel / air flow, which results in a certain expansion of the gas jacket along the direction of the flame , taking into account that not all burners have flames in them critical areas do not have changing cross sections, but that flames can also assume the conical shape described. It is always important that the gas jacket flow has a sufficiently high momentum in the axial direction compared to the uncovered flame or fuel / air flow.
  • a furnace according to the invention with a burner for generating a flame and a combustion chamber into which the flame is directed has at least one gas outlet opening from which the gas flows out in a jacket-shaped manner in a surrounding manner .
  • the distance between the gas outlet opening and the edge of the combustion outlet from which the fuel / air mixture flows should be kept as small as possible.
  • the burners for carrying out this process are accordingly adapted in a known manner to these types of combustion process.
  • the gas outlet opening for generating the gas jacket flow is preferably designed as a gap or as a gap nozzle and closely surrounds the burner outlet, the burner outlet being both rotationally symmetrical can be formed as well as an elongated cross-sectional shape.
  • the gap is then designed as an annular gap nozzle, which is arranged in particular concentrically and closely spaced around the burner outlet.
  • a plurality of smaller gas outlet openings which are closely spaced apart, can also surround the burner outlet. It also applies here that the burner outlet and the overall arrangement of the gas outlet openings, which are preferably in the form of nozzles, are arranged concentrically, and that the large number of gas outlet openings or nozzles also generates a gas jacket flow which completely surrounds the flame of the burner and suppresses the formation of ring vortices.
  • the burner outlet and nozzle (s) do not have to be arranged in one plane, as long as it is ensured that the gas jacket flowing around the flame in the critical areas in which ring vortices can occur, sufficient acceleration of the edge areas of the flame can cause to prevent vortex formation.
  • FIG. 1 A burner for carrying out the method according to the invention is shown in FIG. 1: It is a swirl burner to which a premixed fuel gas / air mixture 1 is fed via a burner tube 2.
  • This burner tube ends at a swirl cupboard 3 which is rotationally symmetrical and has guide vanes 4 inclined on its outer circumference. These guide vanes have an inclination of approximately 30 °, as a result of which the outflowing fuel gas / air mixture is deflected and thus swirled.
  • a plurality of perforated holes 5 are provided, distributed through the swirl cupboard 3, through which a partial flow of the fuel gas / air mixture can flow and thus contributes to flame stabilization through pilot flame formation.
  • the fuel gas / air mixture emerging from the burner is ignited and forms a flame 12 which enters a burner chamber (not shown in FIG. 1).
  • the flame 12 of the burner is made from a jacket Gas flows around.
  • This jacket is brought about by a gas flow 8, which is passed through the burner through an annular channel 7 parallel to the burner tube 2 and exits the burner at an annular gap 9, which surrounds the swirl cabinet 3 in a closely spaced manner.
  • quarter-circle nozzles 10 are installed in the end region of the annular duct, which cause a strong acceleration in particular of the outer regions of the gas jacket flow in the axial direction (that is to say parallel to the axis 11 of the burner).
  • the flow velocity of the gas jacket flow emerging from the annular gap 9 is accelerated to such an extent due to the quarter-circle nozzles 10 that the velocity in the direction of the axis 11 is considerably higher than that in the direction of the flame of the burning fuel gas / air mixture behind the swirl cabinet 3, which means in the area between the in a flame-burning fuel gas / air mixture and the gas jacket flow closely surrounding it, a boundary layer acceleration of the burning fuel gas / air mixture takes place.

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Abstract

Verfahren die einen Brenner aufweist, mit dem eine Flamme (12) erzeugt wird, und einen Brennraum, in den die Flamme gerichtet ist. Üblicherweise können bei solchen Feuerungen Druckschwingungen auftreten, die, wie der Erfinder erkannt hat, durch sich an den Außen- bzw. Randbereichen der Flamme bzw. der Brennstoff/Luftströmung aufrollende Ringwirbel angeregt und verstärkt werden. Um diese Ringwirbel zu unterbinden, wird vorgeschlagen, die Flamme mit einem Mantel aus Gas (8) zu umgeben, der eine höhere Strömungsgeschwindigkeit in Flammenrichtung aufweist als der Randbereich der Flamme, wodurch eine Grenzschichtbeschleunigung erfolgt und die Wirbelbildung nicht mehr auftreten kann. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterdrückung von Flammen-/Druckschwingungen bei einer Feuerung, die einen Brenner aufweist, mit dem eine Flamme erzeugt wird, und einen Brennraum, in den die Flamme gerichtet ist, sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Umsetzung des Verfahrens.
  • Bei industriellen Verbrennungsanlagen wie Gasturbinenbrennkammern, Winderhitzern, Rückstandsverbrennungsanlagen oder Industrieöfen, aber auch bei Kleinfeuerungen wie Gasboilern oder Heizkesseln im häuslichen Nutzungsbereich treten unter bestimmten, durch die feuerungstechnischen Betriebsparameter wie thermische Leistung und Luftzahl festgelegten Bedingungen instabile Betriebszustände auf, die durch zeitperiodische Änderungen der Flamme gekennzeichnet sind, die einhergehen mit Änderungen insbesondere des statischen Druckes in der Brennkammer sowie in dieser vor- oder nachgeschalteten Anlagenteilen. Diese instabilen Zustände treten auch auf bei Feuerungen, deren Flammen durch bekannte Maßnahmen wie Drallströmungen, Staukörper etc. ausreichend zündstabilisiert sind.
  • Das Auftreten dieser Verbrennungsinstabilitäten bewirkt oftmals ein gegenüber dem stationären Betrieb der Anlage verändertes Verhalten und verursacht neben einer erhöhten Lärmbelästigung auch eine verstärkte mechanische und/oder thermische Beanspruchung der Brennkammer bzw. der Brennkammerauskleidung. Derartige Flammen-/Druckschwingungen können unter ungünstigen Verhältnissen bis zur Zerstörung der Anlage führen, in der sie auftreten, so daß viel Aufwand getrieben wird, um derartige Flammen-/Druckschwingungen zu vermeiden. So verändert man beispielsweise die Brennkammergeometrie durch spezielle Einbauten, was aber häufig nur zu einer Verschiebung der auftretenden Schwingungsfrequenzen führt und somit nicht zu einer generellen Lösung des Problemes beiträgt. Ansonsten werden bei auftretenden Flammen-/Druckschwingungen jeweils spezielle Maßnahmen auf empirischer Basis ergriffen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem derartige Flammen-/Druckschwingungen mit nicht tolerierbaren Druckamplituden zu verhindern sind.
  • Zur Erfüllung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Flamme des Brenners mit einer Strömung aus Gas möglichst eng zu ummanteln, die eine höhere Strömungsgeschwindigkeit in Flammenausbreitungsrichtung aufweist als die Außen- bzw. Randbereiche der Flamme bzw. der brennstoffhaltigen Brennerhauptströmung. Damit wird eine Übertragung von Axialimpuls auf die Außenbereiche der Flamme bzw. der brennstoffhaltigen Brennerausströmung bewirkt.
  • Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß die Schwingungen im wesentlichen durch sich im Randbereich der Flamme ausbildende Ringwirbel verursacht bzw. verstärkt werden. Diese Ringwirbel, die durch Aufrollung der Randbereiche der brennstoffhaltigen Brennerströmung entstehen, schließen bei ihrer Bildung heiße Rauchgase mit ein, die ein schnelles Aufheizen des ebenfalls im Ringwirbel enthaltenen Brennstoff/Luft-Gemisches und eine impulsartige, druckschwingungsanregende Abreaktion des Brennstoffes bewirken.
  • Um die Ringwirbelbildung zu verhindern, wird die Flamme mit einer in möglichst geringem radialen Abstand zur Flamme bzw. zur Brennerhauptströmung austretenden Gasmantelströmung umgeben, die eine höhere Strömungsgeschwindigkeit in Flammenausbreitungsrichtung aufweist als die Außen- bzw. Randbereiche der Flamme. Damit kommt es zwischen Mantelströmung und Flamme bzw. Brenngas/Luftströmung zu einem Axialimpulsaustausch, der eine Beschleunigung der freien Flammen- bzw. Strömungsgrenzschicht des Brennstoff/Luftgemisches bewirkt und damit der Entstehung von reaktionsfähigen Wirbeln in diesem Bereich wirkungsvoll entgegenwirkt.
  • Soweit dann an der Grenzschicht zwischen der Gasmantelströmung und dem Umgebungsmedium (im eingeschlossenen Fall i. allg. Rauchgase) entsprechende Ringwirbel auftreten, ist es am günstigsten, wenn die Gasmantelströmung keinen Brennstoff enthält, da sich dann aus der (brennstofffreien) Mantelströmung keine Brennstoff einschließenden Wirbel bilden können, die zu einer periodischen Abreaktion von Brennstoff und damit zu einer Anregung von Flammen-/Druckschwingungen führen können, wie sie bei einer ungemantelten Flamme bzw. Brenngas/Luftströmung auftreten.
  • Bevorzugterweise handelt es sich bei dem nicht-brennstoffhaltigen Gas um Luft, die überall in ausreichender Menge zur Verfügung steht. Es ist aber auch denkbar, hier ein inertes Gas zu verwenden, was allerdings einen gewissen Kostennachteil zur Folge hätte.
  • Auch wenn die Gasmantelströmung Brennstoff enthält, kann der erfindungsgemäße Effekt einer Beschleunigung der Außenbereiche der Brennerausströmung (bzw. der die Flamme bildenden Hauptströmung) erzielt werden, wobei sich hierbei in bezug auf das Medium der Gasmantelströmung verschiedene Fälle unterscheiden lassen:
  • Sollte die Gasmantelströmung aus einem nicht zündfähigen Gemisch aus Gas und Brennstoff bestehen, verhält sich die Gasmantelströmung hinsichtlich ihrer Wirkung bei der Unterdrückung der Bildung reaktionsfähiger Ringwirbel im wesentlichen als ob sie keinen Brennstoff enthält. D.h. eventuell in der Grenzschicht zwischen Gasmantelströmung und Umgebungsmedium entstehende Wirbel können nicht abreagieren und somit nicht zur Anregung bzw. Verstärkung von Flammen-/Druckschwingungen führen. Bei diesem nicht zündfähigen Gemisch aus Gas und Brennstoff kann es sich bei dem Gas sowohl um Inertgas (z.B. Stickstoff, Wasserdampf oder ausgebrannte Abgase) als auch um Luft handeln, wobei im ersteren Fall die Brennstoffkonzentration irrelevant ist, da Inertgas mit Brennstoff in keinem Mischungsverhältnis reagieren d.h. verbrennen kann, während im zweiten Fall die Brennstoffkonzentration außerhalb der Zündgrenzen des jeweiligen Brennstoffes liegt, so daß auch hier aus der Gasmantelströmung entstehende Ringwirbel nicht abreagieren können.
  • Grundsätzlich kann als Medium der Gasmantelströmung auch ein Brennstoff/Luftgemisch mit Brennstoffkonzentrationen innerhalb der vom jeweiligen Brennstoff abhängigen Zündgrenzen verwendet werden, wenn die im wesentlichen axiale Ausströmgeschwindigkeit dieser im Prinzip brennbaren Gasmantelströmung gegenüber der Brennerhauptströmung, die die Flamme bildet, so hoch gewählt wird, daß einerseits eine ausreichende Übertragung von Axialimpuls und damit eine ausreichende Beschleunigung der Außenbereiche der Flamme bzw. der Brennerhauptströmung gewährleistet wird, andererseits jedoch die Ausbildung einer eigenständigen, stabilen Flamme (oder mehrerer Flammen im Falle mehrerer einzelner Austrittsöffnungen der Gasmantelströmung) aus der Gasmantelströmung verhindert wird. Das heißt, daß die Austrittsgeschwindigkelt der Fasmantelströmung deutlich höher ist, als die Abblasegrenzgeschwindigkeit für eine Flamme.
  • Der Gasmantelströmung verläuft vorzugsweise parallel zur Mittelachse der Flamme, sie kann aber auch in bezug auf diese Flammen- bzw. Hauptströmungsrichtung der Brennstoff/ Luftströmung zusätzlich eine gewisse Radial- und/ oder Tangentialkomponente aufweisen, woraus eine gewisse Aufweitung des Gasmantels entlang der Richtung der Flamme folgt, wobei zu berücksichtigen ist, daß nicht alle Brenner Flammen mit sich im kritischen Bereich nicht verändernden Querschnitten haben, sondern daß Flammen ebenfalls die beschriebene konische Form einnehmen können. Wesentlich ist dabei immer, daß die Gasmantelströmung einen im Vergleich zur ungemantelten Flamme bzw. Brennstoff/Luftströmung ausreichend hohen Impuls in Axialrichtung besitzt.
  • Zur Durchführung dieses Verfahrens zur Unterdrückung von Flammen-/Druckschwingungen bei einer Feuerung weist eine erfindungsgemäße Feuerung mit einem Brenner zur Erzeugung einer Flamme und einem Brennraum, in den die Flamme gerichtet ist, mindestens eine Gasaustrittsöffnung auf, aus der das Gas die Flamme mantelförmigen umschließend ausströmt.
  • Der Abstand zwischen der Gasaustrittsöffnung und dem Rand des Brennaustritts aus dem das Brennstoff/Luftgemisch ausströmt, soll dabei möglichst gering gehalten werden.
  • Da sich das oben angegebene erfindungsgemäße Verfahren sowohl bei einer vorgemischten Verbrennungsführung als auch bei Diffusionsverbrennung insbesondere mit flüssigem oder gasförmigen Brennstoff anwenden läßt, sind demgemäß die Brenner zur Durchführung dieses Verfahrens jeweils in bekannter Weise an diese erwähnten Arten der Verbrennungsführung angepaßt.
  • Bevorzugterweise ist die Gasaustrittsöffnung zur Erzeugung der Gasmantelströmung als Spalt bzw. als Spaltdüse ausgebildet und umschließt den Brenneraustritt eng, wobei der Brenneraustritt sowohl rotationssymmetrisch ausgebildet sein kann als auch eine längliche Querschnittsform haben kann.
  • Beim rotationssymmetrischen Brenneraustritt ist der Spalt dann als Ringspaltdüse ausgebildet, die insbesondere konzentrisch und eng beabstandet um den Brenneraustritt angeordnet ist.
  • Anstelle eines einzelnen Spaltes bzw. einer einzelnen Spaltdüse können auch eine Vielzahl von kleineren Gasaustrittsöffnungen den Brenneraustritt umgeben, die eng zueinander beabstandet sind. Auch hierbei gilt, daß der Brenneraustritt und die Gesamtanordnung der vorzugsweise als Düsen ausgebildeten Gasaustrittsöffnungen konzentrisch angeordnet sind und daß auch durch die Vielzahl der Gasaustrittsöffnungen bzw. Düsen eine die Flamme des Brenners vollständig umgebende Gasmantelströmung erzeugt wird, die die Entstehung von Ringwirbeln unterdrückt.
  • Es muß dabei gesehen werden, daß grundsätzlich Brenneraustritt und Düse(n) nicht in einer Ebene angeordnet sein müssen, solange sichergestellt ist, daß der die Flamme umströmende Gasmantel in den kritischen Bereichen, in denen Ringwirbel entstehen können, eine ausreichende Beschleunigung der Randbereiche der Flamme bewirken können, um eine Wirbelbildung zu unterbinden.
  • Dies wird insbesondere dann erfüllt, wenn die Ausströmrichtung der Düsen im wesentlichen parallel zur Brennerachse ist. Aber auch durch eine entsprechende Winkelanstellung der Düsen gegen die Brennerachse kann erreicht werden, daß ein die Flamme in ihrem Randbereich ummantelnder Gasstrom aus den Düsen austritt.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigt
    • Figur 1
    Schnitt durch einen Brenner zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • In der Figur 1 ist ein Brenner zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt: Es handet sich um einen Drallbrenner, dem eine vorgemischte Brenngas-/Luftmischung 1 über ein Brennerrohr 2 zugeführt wird. Dieses Brennerrohr endet an einem Drallgeschränk 3, das rotationssymmetrisch ist und an seinem Außenumfang geneigte Leitschaufeln 4 aufweist. Diese Leitschaufeln haben eine Neigung von etwa 30°, wodurch das ausströmende Brenngas-/Luftgemisch eine Ablenkung und damit einen Drall erfährt. Des weiteren sind radial etwas weiter innen als die Leitschaufeln 4 über den Umfang verteilt mehrere durch das Drallgeschränk 3 hindurchlaufende Lochbohrungen 5 angebracht, durch die ein Teilstrom des Brenngas- /Luftgemisches hindurchströmen kann und so durch Pilotflammenbildung zur Flammenstabilisierung beiträgt. Auf der Außenseite 6 des Drallgeschränks wird das aus dem Brenner austretende Brenngas-/Luftgemisch entzündet und bildet eine Flamme 12, die in eine in der Figur 1 nicht dargestellte Brennerkammer eintritt.
  • Die Flamme 12 des Brenners wird von einem Mantel aus Gas umströmt. Dieser Mantel wird durch eine Gasströmung 8 bewirkt, die durch einen Ringkanal 7 parallel zum Brennerrohr 2 durch den Brenner hindurchgeführt wird und an einem Ringspalt 9 aus dem Brenner austritt, der das Drallgeschränk 3 eng beabstandet umgibt. Um die Gasströmung 8 vor ihrem Austreten aus dem Ringkanal zu beschleunigen, sind in den Endbereich des Ringkanals Viertelkreisdüsen 10 eingebaut, die eine starke Beschleunigung insbesondere der Außenbereiche der Gasmantelströmung in Axialrichtung (das heißt parallel zur Achse 11 des Brenners) bewirken.
  • Die Strömungsgeschwindigkeit der aus dem Ringspalt 9 austretenden Gasmantelströmung ist aufgrund der Viertelkreisdüsen 10 soweit beschleunigt, daß die Geschwindigkeit in Richtung der Achse 11 erheblich höher ist als die in Richtung der Flamme des verbrennenden Brenngas-/Luftgemisches hinter dem Drallgeschränk 3, wodurch im Bereich zwischen dem in einer Flamme verbrennenden Brenngas-/ Luftgemisch und der ihn eng umschließenden Gasmantelströmung eine Grenzschichtbeschleunigung des verbrennenden Brenngas-/Luftgemisches erfolgt. Damit wird wirksam verhindert, daß es im Randbereich des Brenngas/Luftgemisches zur Ausbildung periodischer, kohärenter Ringwirbelstrukturen kommt, die durch eine schnelle Abreaktion des in ihnen enthaltenen Brennstoffes durch phasenrichtige Energiezufuhr Flammen-/Druckschwingungen anregen und verstärken.
  • Somit wird eine einfache aber wirkungsvolle Möglichkeit angegeben, derartige Flammen-/Druckschwingungen sicher zu unterbinden und damit die Betriebssicherheit entsprechender Feuerungsanlagen zu erhöhen.

Claims (19)

  1. Verfahren zur Unterdrückung von Flammen-/Druckschwingungen bei einer Feuerung, die einen Brenner aufweist, mit dem eine Flamme erzeugt wird, und einen Brennraum, in den die Flamme gerichtet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Flamme mit einer Strömung aus Gas ummantelt wird, die eine höhere Strömungsgeschwindigkeit in Flammenausbreitungsrichtung aufweist als die Außenbereiche der Flamme.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gas nicht-brennstoffhaltig ist.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gas Brennstoff enthält.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gas Luft ist.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gas ein Inertgas, insbesondere Stickstoff, Wasserdampf oder ausgebranntes Abgas ist.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gas ein Brennstoff/Luftgemisch ist, welches Brennstoff in einer Konzentration außerhalb der Zündgrenzen beinhaltet.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gas ein Brennstoff/Luftgemisch ist, welches Brennstoff in einer Konzentration innerhalb der Zündgrenzen beinhaltet.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Gasmantelströmung im wesentlichen zylinderförmig ist.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Gasmantelströmung eng beabstandet zu den Außenbereichen der Flamme ist.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Strömungsrichtung des Gases parallel zur Flammenrichtung ist.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Strömungsrichtung des Gases in bezug auf die Flammenrichtung zusätzlich eine Radial- und/oder Tangentialkomponente aufweist.
  12. Feuerung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche mit einem Brenner zur Erzeugung einer Flamme und einem Brennraum, in den die Flamme gerichtet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Feuerung mindestens eine Gasaustrittsöffnung (9) aufweist, aus der Gas die Flamme mantelförmig umschließend ausströmt.
  13. Feuerung gemäß Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Gasaustrittsöffnung als Spalt (9) ausgebildet ist und den Brenneraustritt eng umschließt.
  14. Feuerung gemäß Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Brenneraustritt rotationssymmetrisch ist und der Spalt ein Ringspalt (9) ist.
  15. Feuerung gemäß Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß Brenneraustritt und Ringspalt konzentrisch angeordnet sind.
  16. Feuerung gemäß Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Brenneraustritt von einer Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen umgeben ist, die eng beabstandet zueinander und zur Brenneraustrittsöffnung sind und eine die Flamme vollständig umschließende Mantelströmung bilden.
  17. Feuerung gemäß Anspruch 16,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Brenneraustritt und die Gesamtanordnung der Gasaustrittsöffnungen konzentrisch angeordnet sind.
  18. Feuerung gemäß Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Gasaustrittsöffnung düsenförmig ausgebildet ist.
  19. Feuerung gemäß Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Ausströmrichtung der Gasaustrittsöffnung im wesentlichen parallel zur Mittelachse des Brenners ist.
EP96109647A 1995-07-20 1996-06-15 Verfahren und Vorrichtung zur Unterdrückung von Flammen-/Druckschwingungen bei einer Feuerung Expired - Lifetime EP0754908B2 (de)

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DE19526369 1995-07-20
DE19542681A DE19542681A1 (de) 1995-07-20 1995-11-16 Verfahren und Vorrichtung zur Unterdrückung von Flammen-/Druckschwingungen bei einer Feuerung
DE19542681 1995-11-16

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EP0754908A2 true EP0754908A2 (de) 1997-01-22
EP0754908A3 EP0754908A3 (de) 1998-01-21
EP0754908B1 EP0754908B1 (de) 1998-09-09
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