EP0789187B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennung von Brennstoffen - Google Patents

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EP0789187B1
EP0789187B1 EP96810567A EP96810567A EP0789187B1 EP 0789187 B1 EP0789187 B1 EP 0789187B1 EP 96810567 A EP96810567 A EP 96810567A EP 96810567 A EP96810567 A EP 96810567A EP 0789187 B1 EP0789187 B1 EP 0789187B1
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EP
European Patent Office
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zone
delta
vortex generator
swirl
fuel
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EP96810567A
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EP0789187A3 (de
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Jürgen Dr. Haumann
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Alstom SA
Original Assignee
Alstom Schweiz AG
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Publication date
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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
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/40—Mixing tubes or chambers; Burner heads
    • F23D11/402—Mixing chambers downstream of the nozzle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/16—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration with devices inside the flame tube or the combustion chamber to influence the air or gas flow
    • F23R3/18—Flame stabilising means, e.g. flame holders for after-burners of jet-propulsion plants
    • F23R3/20—Flame stabilising means, e.g. flame holders for after-burners of jet-propulsion plants incorporating fuel injection means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2209/00—Safety arrangements
    • F23D2209/20—Flame lift-off / stability

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for Combustion of fuels in a main flow from combustion air.
  • the invention has for its object in a method and a device for burning fuels in one Main flow from combustion air of the aforementioned Way to improve combustion and exhaust emissions reduce.
  • this is achieved in that the combustion air in a channel via at least one delta-shaped Body is directed, the delta-shaped body being made at least one essentially triangular vortex generator area and a trapezoidal shape downstream Flame stabilization area that exists in the region of the vortex generator area fuel into the swirled Combustion air is introduced into the vortex area by means of a half arrow angle and an angle of attack against the mainstream that the swirl of the longitudinal vortices induced in the main flow is smaller than the critical twist to generate one Recirculation zone that the flame stabilization area by means of a half arrow angle and an angle of attack in relation to the current is such that the Swirl of the longitudinal vortices induced in the flow is greater than the critical twist to create a recirculation zone, with which a pair of dome-shaped bodies per delta-shaped body Recirculation zones are created and that the inflamed Combustion air-fuel mixture through the recirculation zones is stabilized.
  • a device for performing the method draws is characterized by the fact that in one channel several delta-shaped Bodies are arranged that consist of at least one essentially triangular vortex generator area and a subsequent, downstream trapezoidal flame stabilization area consist.
  • the advantages of the invention include that through the method and the device the different Functions such as premixing and flame stabilization, be spatially divided accordingly. This allows the individual functions can be optimized.
  • the delta-shaped Bodies create small-scale eddy currents, which causes a very compact design can be realized. This leads to the short mixing and residence times required at low cost and low emissions, above all nitrogen oxides and carbon monoxide.
  • Building a delta-shaped Body is also very simple in terms of cost further lowers.
  • the mixture of combustion air and fuel is also almost perfect and can be done with the slightest Pressure losses can be realized.
  • By forming a Pair of counter-rotating recirculation zones each delta-shaped body the recirculation zones stabilize each other. This minimizes the risk that the flame strikes back into the burner and damages it.
  • FIG. 1 and 2 is a premix burner 40, essentially consisting of a delta-shaped body 40 and a Fuel injection system 10, 11 shown.
  • the delta-shaped Body 40 consists of three flat areas 1, 2 and 3, which have the shape of delta wings and is symmetrical with respect to an axis of symmetry 9.
  • the delta-shaped body 40 is made of one according to the occurring temperatures heat-resistant material, for example made of heat-resistant Sheet steel.
  • the first area 1 serves as a vortex generator and as a mixing section and is an equilateral triangle with two side edges 30 and a connecting edge 31 are formed. By the two side edges 30 a tip 36 is formed.
  • This Tip 36 can of course also be designed as a leading edge are, the first region 1 then being designed as a trapezoid would.
  • This vortex generator 1 is by means of a half arrow angle ⁇ 1 and by means of an angle of attack ⁇ 1 defined.
  • the second area 2 serves as a further mixing and evaporation section. It is an equilateral trapezoid with the same length Side edges 32 and connecting edges 31 and 33 are formed and is connected to the area by means of the connecting edge 31 connected.
  • the mixing section 2 is by means of a half arrow angle ⁇ 2 and defined by means of an angle of attack ⁇ 2.
  • the third area 3 serves to stabilize the flame. He is also as an equilateral trapezoid with side edges of equal length 34, the connecting edge 33 and an edge 35 are formed and by means of the connecting edge 33 with the area 2 connected.
  • the area 3 is marked by a half arrow angle ⁇ 3 and defined by an angle of attack ⁇ 3.
  • Area 2 is optional and is only used if the mixing section formed by area 1 for a homogeneous Mix is not enough. Again, using the side edges 32 induced longitudinal vortices in the flow. Corresponding Area 1 is the number of twists of the longitudinal vortices the arrow angle ⁇ 2 and the angle of attack ⁇ 2 so set that no vortex breakdown (vortex break down) and thus no recirculation zone 5 occurs.
  • Area 3 serves to stabilize the flame by means of the longitudinal vortices generated by the side edges 34.
  • the swirl number of the longitudinal vertebrae is determined by the sweep angle ⁇ 3 and set the angle of attack ⁇ 3 so that vertebrae burst (vortex break down) occurs.
  • Per delta-shaped body 40 creates a pair of recirculation zones 5.
  • the swirl of the The longitudinal vortex must be greater than the critical swirl, at which a vertebral burst occurs.
  • the gradient in the Swirl number from upstream area 1 or 2 to Area 3 is chosen very large to be a thermoacoustic to achieve stable behavior. To support flame stabilization the cross section of the can not shown channel can be expanded.
  • the delta-shaped body 40 shows a thermo-acoustically stable even when operating in rich conditions Behavior on.
  • the delta-shaped bodies 40 can be arranged in rows become.
  • the delta-shaped body 40 are in large number in parallel rows or concentric rings, arranged for example in an annular combustion chamber. Usually is then not at each tip 36 of the delta-shaped Body 40 attached a fuel nozzle 10.
  • the flame itself is stabilized by the recirculation zones 5, without the need for a mechanical flame holder.
  • the channel 8 can of course also be made round and the number of delta-shaped bodies 40 per channel is 8 arbitrary and must be adapted to the respective conditions.
  • the delta-shaped bodies 40 are in a round channel 20 arranged.
  • the arrangement is analogous to Fig.4 and Figure 5.
  • the delta-shaped bodies 40 must be curved become.
  • mixing tubes 21 are without Flame stabilization arranged.
  • Through the mixing tubes 21 Blown combustion air and 10 fuel in through the nozzles the combustion air injected.
  • Can for better mixing well-known mixing elements in the mixing tubes 21 how deflectors with wing profile are arranged.
  • a such burner arrangement is for unclassified (lean-lean) and graded (fat-lean) operation suitable.
  • the number of Mixing tubes 21 which is arranged around the channel 20 arbitrary and must be adapted to the respective conditions.
  • FIG. 7 shows a round delta-shaped body in a burner system arranged according to WO 92/06328.
  • a burner described with very low nitrogen oxide emissions Downtown of the burner system described there is one fuel-rich flame zone surrounded by one or more Low fuel zones. To do this, the flame becomes radial layered, creating a large radial density gradient arises in the flame.
  • the fuel-rich zone contains less than the stoichiometric amount of oxygen.
  • By the radial stratification becomes the fuel-rich flame core protected from mixing with the remaining combustion air.
  • By recirculating combustion gases into the Outer low-fuel layers can emit nitrogen oxide be further reduced.
  • the recirculated combustion gas reduces the oxygen content and the flame temperature.
  • Bodies 40 are surrounded by two concentric, annular ones Channels 22 and 23.
  • a fuel nozzle 10 is arranged in the body.
  • the delta premix burner 40 now becomes substoichiometric, i.e. fuel-rich operated.
  • a possibly swirled exhaust gas / air mixture is fed axially.
  • the number of concentric channels 22, 23 the Channel 20 is arbitrary and must be appropriate to the circumstances be adjusted.
  • the delta-shaped Bodies can also be fixed in the channel in other ways be, for example, so that the downstream edge the third area forms a slot with the channel and that the tips don't touch.
  • the delta premix burner can also be used in any other burner configuration to be built in.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion Of Fluid Fuel (AREA)

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbrennung von Brennstoffen in einer Hauptströmung aus Verbrennungsluft.
Stand der Technik
Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind beispielsweise bekannt aus der EP-B1-0 321 809. Durch den als Drallbrenner ausgelegten Vormischbrenner, der im wesentlichen aus zwei Kegelhalbschalen besteht, wird die Luft in Rotation versetzt. Der Brennstoff wird in die rotierende Luft eingeblasen und dort mit ihr vermischt. Am Brenneraustritt entsteht eine definierte kalottenförmige Rezirkulationszone, an deren Spitze die Zündung erfolgt. Die Flamme selbst wird durch die Rezirkulationszone vor dem Brenner stabilisiert, ohne einen mechanischen Flammenhalter zu benötigen. Das thermoakustische Verhalten solcher Brenner ist stabil und sie zeichnen sich durch einen einfachen und kostengünstigen Aufbau aus.
Ein weiterer Brenner mit einer Misch - und Flammenstabilisierungseinrichtung ist in EP-A-0 620 403 beschrieben.
Insbesondere bei der Verwendung flüssiger Brennstoffe können sich jedoch einige Nachteile ergeben. Mit einer üblicherweise in der Spitze des Vormischbrenners angeordneten Düse wird der flüssige Brennstoff in den Verbrennungsraum eingespritzt. Vor der Zündung des zerstäubten Brennstoffes ist eine gute Vermischung von Verbrennungsluft und Brennstoff schwierig zu erreichen, da der Brennstoff nicht in Kontakt mit der gesamten Verbrennungsluft kommt. Dies kann bei der Verwendung flüssiger Brennstoffe zu relativ hohen Abgasemissionen führen, im speziellen zu hohen Stickoxydemission. Weiter kann es zu Frühzündungen in der Nähe der Brennstoffdüse oder auf den Kegelhalbschalen kommen. Bei fettem Betrieb weist der Brenner zudem ein ungenügendes thermoakustisches Verhalten auf.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Verbrennung von Brennstoffen in einer Hauptströmung aus Verbrennungsluft der eingangs genannten Art die Verbrennung zu verbessern und die Abgasemission zu senken.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Verbrennungsluft in einem Kanal über mindestens einen deltaförmigen Körper geleitet wird, wobei der deltaförmige Körper aus mindestens einem im wesentlichen dreieckförmigen Wirbelerzeuger-Bereich und einem stromabwärts liegenden trapezförmigen Flammenstabilisierungs-Bereich besteht, dass in der Region des Wirbelerzeuger-Bereiches Brennstoff in die verwirbelte Verbrennungsluft eingeleitet wird, dass der Wirbelerzeuger-Bereich mittels eines halben Pfeilungswinkels und eines Anstellwinkels gegenüber der Hauptrömung so angestellt ist, dass der Drall der in der Hauptströmung induzierten Längswirbel kleiner ist als der kritische Drall zur Erzeugung einer Rezirkulationszone, dass der Flammenstabilisierungs-Bereich mittels eines halben Pfeilungswinkels und eines Anstellwinkels gegenüber der Strömung so angestellt ist, dass der Drall der in der Strömung induzierten Längswirbel grösser ist als der kritische Drall zur Erzeugung einer Rezirkulationszone, womit je deltaförmigen Körper ein Paar von kalottenförmigen Rezirkulationszonen erzeugt wird und dass das entzündete Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch durch die Rezirkulationszonen stabilisiert wird.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass in einem Kanal mehrere deltaförmige Körper angeordnet sind, die aus mindestens einem im wesentlichen dreieckförmigen Wirbelerzeuger-Bereich und einem anschliessenden, stromabwärts liegenden trapezförmigen Flammenstabilisierungs-Bereich bestehen.
Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, dass durch das Verfahren und die Vorrichtung die verschiedenen Funktionen, wie Vormischung und Flammenstabilisation, räumlich entsprechend aufgeteilt werden. Dadurch können die einzelnen Funktionen optimiert werden. Durch den deltaförmigen Körper werden kleinskalige Wirbelströmungen erzeugt, wodurch eine sehr kompakte Bauweise verwirklicht werden kann. Dies führt wegen der kurzen notwendigen Misch- und Verweilzeiten zu geringen Kosten und niedrigen Emissionen, vor allem der Stickoxide und von Kohlenmonoxid. Der Aufbau eines deltaförmigen Körpers ist zudem sehr einfach, was die Kosten weiter senkt. Die Mischung von Verbrennungsluft und Brennstoff ist zudem beinahe perfekt und kann mit geringsten Druckverlusten realisiert werden. Durch die Bildung eines Paares von gegenläufig rotierenden Rezirkulationszonen je deltaförmigen Körper, stabilisieren sich die Rezirkulationszonen gegenseitig. Dadurch wird die Gefahr minimiert, dass die Flamme in den Brenner zurückschlägt und diesen beschädigt.
Es kann besonders zweckmässig sein, wenn ein weiterer trapezförmiger Bereich zwischen dem Wirbelerzeuger-Bereich und dem Flammenstabilisierungs-Bereich angeordnet ist, der als weiterer Misch- und Verdampfungsbereich dient. Dadurch kann die Mischung von Verbrennungsluft und Brennstoff weiter homogenisiert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1
eine Draufsicht auf einen deltaförmigen Körper;
Fig. 2
einen Längsschnitt des deltaförmigen Körpers entlang der Linie II-II in Fig.1;
Fig. 3
eine Reihenanordnung der deltaförmigen Körper;
Fig. 4
einen Teillängsschnitt durch einen Kanal mit darin angeordneten deltaförmigen Körpern;
Fig. 5
einen Teilquerschnitt durch den Kanal entlang der Linie V-V in Fig.4;
Fig. 6
eine Draufsicht auf einen Rohrbrenner mit deltaförmigen Körpern;
Fig. 7
eine Draufsicht auf einen Kern-Brenner mit deltaförmigen Körpern und geschichteter Verbrennung.
Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt.
Weg zur Ausführung der Erfindung
In den Figuren 1 und 2 ist ein Vormischbrenner 40, im wesentlichen bestehend aus einem deltaförmigen Körper 40 und einem Brennstoffeindüsungssystem 10, 11 gezeigt. Der um den deltaförmigen Körper 40 angeordnete Kanal, der von einer mit Pfeilen bezeichneten Hauptströmung 4 aus Verbrennungsluft durchströmt wird, ist nicht dargestellt. Der deltaförmige Körper 40 besteht aus drei flächigen Bereichen 1, 2 und 3, die die Form von Deltaflügeln aufweisen und ist symmetrisch bezüglich einer Symmetriachse 9. Der deltaförmige Körper 40 ist entsprechend der auftretenden Temperaturen aus einem warmfesten Material gefertigt, beispielsweise aus warmfestem Stahlblech.
Der erste Bereich 1 dient als Wirbelerzeuger und als Mischstrecke und ist als gleichseitiges Dreieck mit zwei Seitenkanten 30 und einer Verbindungskante 31 ausgebildet. Durch die beiden Seitenkanten 30 wird eine Spitze 36 gebildet. Diese Spitze 36 kann natürlich auch als eine Vorderkante ausgebildet werden, wobei dann der erste Bereich 1 als Trapez ausgebildet würde. Dieser Wirbelerzeuger 1 wird mittels eines halben Pfeilungswinkels Φ1 und mittels eines Anstellwinkels α1 definiert.
Der zweite Bereich 2 dient als weitere Misch- und Verdampfungsstrecke. Er ist als gleichseitiges Trapez mit gleichlangen Seitenkanten 32 und Verbindungskanten 31 und 33 ausgebildet und ist mittels der Verbindungskante 31 mit dem Bereich verbunden. Die Mischstrecke 2 wird mittels eines halben Pfeilungswinkels Φ2 und mittels eines Anstellwinkels α2 definiert.
Der dritte Bereich 3 dient zur Flammenstabilisierung. Er ist ebenfalls als gleichseitiges Trapez mit gleichlangen Seitenkanten 34, der Verbindungskante 33 und einer Kante 35 ausgebildet und mittels der Verbindungskante 33 mit dem Bereich 2 verbunden. Der Bereich 3 wird durch einen halben Pfeilungswinkels Φ3 und durch einen Anstellwinkels α3 definiert.
Selbstverständlich können die Uebergänge zwischen den Bereichen 1, 2 und 3, bei den Verbindungskanten 31 und 33, auch stetig oder mit Sprüngen ausgebildet werden. Wesentlich ist, dass die Eigenschaften der Bereiche durch die Pfeilungswinkels Φi und durch einen Anstellwinkels αI eingestellt werden.
Analog zur EP-B1-0 321 809 kann nun an der durch die Seitenkanten 30 des Bereiches 1 gebildeten Spitze 36 eine Brennstoffdüse 10 zur Eindüsung flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe angeordnet werden. Zur Eindüsung von gasförmigem Brennstoff wird vorzugsweise entlang der Seitenkanten 30 eine Brennstoffleitung 11 mit mehreren, nicht dargestellten Eindüsungsöffnungen angeordnet. Diese Brennstoffleitung kann sich natürlich bei der Verwendung eines zweiten Bereiches 2 auch über die Seitenkanten 32 erstrecken.
Durch die Geometrie des Bereiches 1 des deltaförmigen Körpers 40 wird die Hauptströmung 4 beim Umströmen der Seitenkanten 30 des Wirbelerzeugers 1 in ein Paar von gegenläufigen Längswirbeln umgewandelt. Die Wirbelachsen dieser Längswirbel liegen in der Achse der Hauptströmung. Die Drallzahl der Längswirbel wird mittels des Pfeilungswinkels Φ1 und des Anstellwinkels α1 so eingestellt, dass kein Wirbelaufplatzen (engl.: vortex break down) und somit keine kalottenförmige Rezirkulationszone 5 auftritt. Der Drall der Längswirbel muss somit kleiner sein als der kritische Drall, bei dem ein Wirbelaufplatzen eintritt. Mit steigenden Winkeln Φ1 und α1 kann die Wirbelstärke bzw. die Drallzahl erhöht werden, bis in den Bereich des Wirbelaufplatzens. Durch den Drall der Längswirbel wird die zur Mischung von Hauptströmung und Brennstoffströmung benötigte Strecke eingestellt.
Der Bereich 2 ist optional und wird nur verwendet, wenn die durch den Bereich 1 gebildete Mischstrecke für eine homogene Mischung nicht ausreicht. Auch hier werden mittels der Seitenkanten 32 in der Strömung Längswirbel induziert. Entsprechend dem Bereich 1 wird die Drallzahl der Längswirbel mittels des Pfeilungswinkels Φ2 und des Anstellwinkels α2 so eingestellt, dass kein Wirbelaufplatzen (vortex break down) und somit keine Rezirkulationszone 5 auftritt.
Selbstverständlich können auch noch weitere dem Bereich 2 entsprechende Bereiche stromabwärts an den Bereich 2 angeschlossen werden, um eine homogene Mischung zu erreichen.
Der Bereich 3 dient der Flammenstabilisierung mittels der durch die Seitenkanten 34 erzeugten Längswirbel. Die Drallzahl der Längswirbel wird durch den Pfeilungswinkel Φ3 und den Anstellwinkel α3 so eingestellt, dass Wirbelaufplatzen (vortex break down) eintritt. Pro deltaförmigen Körper 40 entsteht ein Paar von Rezirkulationszonen 5. Der Drall der Längswirbel muss grösser sein als der kritische Drall, bei dem ein Wirbelaufplatzen eintritt. Der Gradient in der Drallzahl vom stromaufwärts gelegenen Bereich 1 oder 2 zum Bereich 3 wird sehr gross gewählt, um ein thermoakustisch stabiles Verhalten zu erzielen. Zur Unterstützung der Flammenstabilisierung kann zusätzlich der Querschnitt des nicht dargestellten Kanals erweitert werden. Der deltaförmigen Körper 40 weist auch bei fettem Betrieb ein thermoakustisch stabiles Verhalten auf.
Gemäss Fig.3 können die deltaförmigen Körper 40 in Reihen angeordnet werden. Die deltaförmigen Körper 40 werden dabei in grosser Zahl in parallelen Reihen oder konzentrischen Ringen, beispielsweise bei einer Ringbrennkammer angeordnet. Normalerweise wird dann nicht an jeder Spitze 36 der deltaförmigen Körper 40 eine Brennstoffdüse 10 angebracht.
In Fig.4 und Fig.5 sind in einem rechteckigen Kanal 8 vier deltaförmigen Körper 40 so angeordnet, dass die Spitzen 36 stromauf im Zentrum des Kanals 8 zu liegen kommen. Die vier deltaförmigen Körper 40 sind über ihre Spitzen 36 miteinander und mit dem Kanal 8 über ihre Kanten 35 verbunden. An der Spitze 36 der deltaförmigen Körper 40 befindet sich eine Brennstoffdüse 10. Der Brennstoff wird in die, in der Verbrennungsluft 4 beim Umströmen der Kanten 30, 32 erzeugten Längswirbeln eingeblasen und dort mit der Verbrennungsluft vermischt. Auf den Bereich 2 wird hier infolge einer genügenden Durchmischung mittels des Bereichs 1 verzichtet. Am Brenneraustritt 7 entstehen durch den Bereich 3 des deltaförmigen Körpers 40 und einer Querschnitterweiterung am Brenneraustritt 7 zu einer Brennkammer 6 acht kalottenförmige Rezirkulationszonen 5, an deren Spitze die Zündung erfolgt. Die Flamme selbst wird durch die Rezirkulationszonen 5 stabilisiert, ohne einen mechanischen Flammenhalter zu benötigen. Der Kanal 8 kann selbstverständlich auch rund ausgeführt werden und die Zahl der deltaförmigen Körper 40 pro Kanal 8 ist beliebig und muss den jeweiligen Verhältnissen angepasst werden.
In Fig.6 sind die deltaförmigen Körper 40 in einem runden Kanal 20 angeordnet. Die Anordnung erfolgt analog zu Fig.4 und Fig.5. Dazu müssen die deltaförmigen Körper 40 gebogen ausgeführt werden. Um den runden Kanal 20 sind Mischrohre 21 ohne Flammenstabilisation angeordnet. Durch die Mischrohre 21 wird Verbrennungsluft geblasen und über die Düsen 10 Brennstoff in die Verbrennungsluft eingedüst. Zur besseren Vermischung können in den Mischröhren 21 allgemein bekannte Mischelemente wie Umlenkkörper mit Flügelprofil angeordnet werden. Eine solche Brenneranordnung ist für ungestuften (mager-mager) und gestuften (fett-mager) Betrieb geeignet. Die Anzahl der Mischrohre 21 die um den Kanal 20 herum angeordnet werden ist beliebig und muss den jeweiligen Verhältnissen angepasst werden.
In Fig.7 wird ein runder deltaförmiger Körper in einem Brennersystem gemäss WO 92/06328 angeordnet. Dort wird ein Brenner mit sehr geringem Stickoxidausstoss beschrieben. Im Zentrum des dort beschriebenen Brennersystems befindet sich eine brennstoffreiche Flammenzone umgeben von einer oder mehreren Zonen mit geringem Brennstoffgehalt. Dazu wird die Flamme radial geschichtet, wodurch ein grosser radialer Dichtegradient in der Flamme entsteht. Die brennstoffreiche Zone enthält weniger als den stöchiometrischen Gehalt an Sauerstoff. Durch die radiale Schichtung wird der brennstoffreiche Flammenkern vor der Durchmischung mit der restlichen Verbrennungsluft geschützt. Durch die Rezirkulation von Verbrennungsgasen in die äusseren, brennstoffarmen Schichten kann der Stickoxidausstoss weiter gesenkt werden. Das rezirkulierte Verbrennungsgas reduziert den Sauerstoffgehalt und die Flammentemperatur.
Ein ringförmiger Kanal 20 mit darin angeordneten deltaförmigen Körpern 40 ist umgeben von zwei konzentrischen, ringförmigen Kanälen 22 und 23. An der Spitze 36 der deltaförmigen Körper ist eine Brennstoffdüse 10 angeordnet. Der Deltavormischbrenner 40 wird nun unterstöchiometrisch, d.h. brennstoffreich betrieben. Ueber die konzentrischen Kanäle 22, 23 wird axial ein eventuell verdralltes Abgas/Luft-Gemisch zugeführt. Die Anzahl der konzentrischen Kanäle 22, 23 die den Kanal 20 umgeben ist beliebig und muss den jeweiligen Verhältnissen angepasst werden.
Die deltaförmigen Körper können auch auf andere Weise im Kanal befestigt werden, beispielsweise so dass die stromabwärtige Kante des dritten Bereiches mit dem Kanal einen Schlitz bildet und dass sich die Spitzen nicht berühren. Der Deltavormischbrenner kann auch in beliebige, weitere Brenner-Konfigurationen eingebaut werden.
Bezugszeichenliste
1
Wirbelerzeuger und Mischstrecke
2
Misch- und Verdampfungsstrecke
3
Flammenstabilisierung
4
Hauptströmung / Verbrennungsluft
5
kalottenförmige Rückströmzone
6
Brennkammer
7
Querschnittserweiterung, Brenneraustritt
8
Kanal
9
Symmetrieachse
10
Brennstoffdüse
11
Brennstoffeindüsungsleitung
20
runder Kanal
21
Mischrohre
22, 23
konzentrischer Kanal
30
Vorderkante
31, 33
Verbindungskante
32, 34
Seitenkante
35
Kante
36
Spitze
40
deltaförmiger Körper
α1, α2, α3
Anstellwinkel
Φ1, Φ2, Φ3
halber Pfeilungswinkel

Claims (9)

  1. Verfahren zur Verbrennung von Brennstoffen in einer Hauptströmung aus Verbrennungsluft,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsluft in einem Kanal (8, 20) über mindestens einen deltaförmigen Körper (40) geleitet wird, wobei der deltaförmige Körper aus mindestens einem im wesentlichen dreieckförmigen Wirbelerzeuger-Bereich (1) und einem stromabwärts liegenden trapezförmigen Flammenstabilisierungs-Bereich (3) besteht, dass in der Region des Wirbelerzeuger-Bereiches (1) Brennstoff in die verwirbelte Verbrennungsluft eingeleitet wird, dass der Wirbelerzeuger-Bereich (1) mittels eines halben Pfeilungswinkels (Φ1) und eines Anstellwinkels (α1) gegenüber der Hauptrömung so angestellt ist, dass der Drall der in der Hauptströmung induzierten Längswirbel kleiner ist als der kritische Drall zur Erzeugung einer Rezirkulationszone (5), dass der Flammenstabilisierungs-Bereich (3) mittels eines halben Pfeilungswinkels (Φ3) und eines Anstellwinkels (α3) gegenüber der Strömung so angestellt ist dass der Drall der in der Strömung induzierten Längswirbel grösser ist als der kritische Drall zur Erzeugung einer Rezirkulationszone (5), womit je deltaförmigen Körper (40) ein Paar von kalottenförmigen Rezirkulationszonen (5) erzeugt wird und dass das entzündete Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemisch durch die Rezirkulationszonen (5) stabilisiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wirbelerzeuger-Bereich (1) und dem Flammenstabilisierungs-Bereich (3) mindestens ein weiterer trapezförmiger Bereich (2) angeordnet ist der als weiterer Misch- und Verdampfungsbereich dient und mittels eines halben Pfeilungswinkels (Φ2) und eines Anstellwinkels (α2) gegenüber der Hauptrömung so angestellt ist, dass der Drall der in der Strömung induzierten Längswirbel kleiner ist als der kritische Drall.
  3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Abspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass in einem Kanal (8, 20) mehrere deltaförmige Körper (40) angeordnet sind, die aus mindestens einem im wesentlichen dreieckförmigen Wirbelerzeuger-Bereich (1) und einem anschliessenden, stromabwärts liegenden trapezförmigen Flammenstabilisierungs-Bereich (3) bestehen.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wirbelerzeuger-Bereich (1) und dem Flammenstabilisierungs-Bereich (3) mindestens ein weiterer trapezförmiger Bereich (2) angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer durch die Seitenkanten (30) des Wirbelerzeuger-Bereiches (1) gebildete Spitze (36) eine Brennstoffdüse (10) angeordnet ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass an den Seitenkanten (30) des Wirbelerzeuger-Bereiches (1) Brennstoffeindüsungsleitungen (11) angeordnet sind.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die deltaförmigen Körper (40) über eine durch die Seitenkanten (30) des Wirbelerzeuger-Bereiches (1) gebildete Spitze (36) miteinander und über eine stromabwärtige Kante (35) des Flammenstabilisierungs-Bereiches (3) mit dem Kanal (8, 20) verbunden sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass um den Kanal (8, 20) herum mehrere Mischrohre (21) angeordnet sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass um den Kanal (8, 20) herum mindestens ein konzentrischer Kanal (22, 23) angeordnet ist.
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